李夢(mèng)飛,秦 濤
組合機(jī)床是一種可實(shí)現(xiàn)多工序、多軸、多面的高效加工、自動(dòng)化程度很高的加工設(shè)備[1-2]。而在部分中小型企業(yè)生產(chǎn)加工過程中,由于資金缺乏、技術(shù)欠缺等原因,依舊采用故障頻繁出現(xiàn)、控制系統(tǒng)可靠性差、維修時(shí)間長(zhǎng)的老式機(jī)床。為了能夠有效地提高組合機(jī)床鉆孔加工效率,減少電氣部分維修次數(shù),滿足加工生產(chǎn)需求,實(shí)現(xiàn)雙面鉆組合機(jī)床的自動(dòng)控制,本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC控制的雙面鉆床控制系統(tǒng)。
雙面鉆床主要用于在工件相對(duì)的兩面鉆孔,機(jī)床由動(dòng)力滑臺(tái)提供進(jìn)給運(yùn)動(dòng),刀具電動(dòng)機(jī)固定在動(dòng)力滑臺(tái)上。機(jī)床的控制過程是典型的順序控制,其控制系統(tǒng)模型如圖1所示,工作流程為:工件裝入后,按下啟動(dòng)按鈕X0,工件夾緊,兩側(cè)滑臺(tái)同時(shí)進(jìn)入快速進(jìn)給工步;工件兩面加工完成后,兩側(cè)動(dòng)力滑臺(tái)退回原位,工件松開,觸發(fā)限位開關(guān)X10,系統(tǒng)返回初始步,一次加工的工作循環(huán)結(jié)束。
圖1 雙面鉆床控制系統(tǒng)模型
傳統(tǒng)的雙面鉆床采用繼電器-接觸器控制方式,需要的繼電器多且接線復(fù)雜,可靠性低且容易產(chǎn)生誤動(dòng)作,故障率高。本文提出PLC控制方式實(shí)現(xiàn)鉆孔加工的周期性循環(huán)動(dòng)作,滑臺(tái)的位置信息通過觸發(fā)行程開關(guān)獲得。為保證每個(gè)工序的同步性,采用并行序列程序,在各子序列的末尾增設(shè)了一個(gè)等待步,如果兩個(gè)子序列分別進(jìn)入了等待步,表示兩側(cè)滑臺(tái)的快速退回均已結(jié)束,應(yīng)轉(zhuǎn)換到下一狀態(tài)。
2.1 I/O點(diǎn)估算
通過對(duì)雙面鉆床總體控制方案分析可知,系統(tǒng)共有9個(gè)輸入點(diǎn):?jiǎn)?dòng)按鈕、夾緊開關(guān)、左側(cè)快進(jìn)開關(guān)、左側(cè)工進(jìn)開關(guān)、左側(cè)啟動(dòng)開關(guān)、右側(cè)快進(jìn)開關(guān)、右側(cè)工進(jìn)開關(guān)、右側(cè)啟動(dòng)開關(guān)以及松開開關(guān);共有8個(gè)輸出點(diǎn):夾緊閥觸發(fā)器、左側(cè)快進(jìn)觸發(fā)器、左側(cè)工進(jìn)觸發(fā)器、左側(cè)快退觸發(fā)器、右側(cè)快進(jìn)觸發(fā)器、右側(cè)工進(jìn)觸發(fā)器、右側(cè)快退觸發(fā)器以及松開閥觸發(fā)器。根據(jù)控制系統(tǒng)需要具備的功能分析和I/O點(diǎn)數(shù)目估算,本文選用三菱PLC FX1S-20MR型號(hào),具有16個(gè)輸入點(diǎn)和14個(gè)輸出點(diǎn),且外部接線留有10%~20%的余量,便于擴(kuò)展[3],能滿足雙面鉆床的控制要求。
2.2 I/O分配
根據(jù)雙面鉆床控制系統(tǒng)的功能及技術(shù)要求,可確定PLC控制系統(tǒng)的I/O分配表如表1所示,相應(yīng)的外部接線圖如圖2所示。
表1 雙面鉆床控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)分配表
圖2 PLC控制系統(tǒng)外部接線圖
2.3 SFC圖和梯形圖設(shè)計(jì)
基于三菱GX developer軟件進(jìn)行雙面鉆床控制程序設(shè)計(jì),其控制系統(tǒng)的SFC圖如圖3(a)所示。具體的實(shí)施步驟:工件裝入機(jī)床后,按下啟動(dòng)按鈕X0,按下夾緊開關(guān)X1,工件夾緊,M2和M6變?yōu)榛顒?dòng)步,兩側(cè)同時(shí)進(jìn)入快速進(jìn)給工步。待兩面加工均完成后,兩側(cè)動(dòng)力滑臺(tái)退回原位,系統(tǒng)進(jìn)入步M10;工件松開,觸發(fā)限位開關(guān)X10,系統(tǒng)返回初始步M0,一次加工的工作循環(huán)結(jié)束。為保證并行序列各子序列同時(shí)結(jié)束,在各子序列的末尾增設(shè)了一個(gè)等待步(即步M5和M9),如果兩個(gè)子序列分別進(jìn)入了步M5和M9,表示兩側(cè)滑臺(tái)的快速退回均已結(jié)束,應(yīng)轉(zhuǎn)換到步M10.步M5和M9之后的轉(zhuǎn)換條件為“=1”,表示應(yīng)無條件轉(zhuǎn)換,在梯形圖中,該轉(zhuǎn)換等效為一根短接線,或理解為不需要轉(zhuǎn)換條件。
雙面鉆床控制程序梯形圖如圖3(b)所示,通過對(duì)每步的輔助繼電器M置位,完成特定的功能指令。按下啟動(dòng)按鈕,系統(tǒng)發(fā)出初始化脈沖,置位M0后緊接著置位M1,隨后完成功能指令Y0,即實(shí)現(xiàn)工件的夾緊。組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)夾緊運(yùn)動(dòng)觸發(fā)限位開關(guān)X1,分別置位輔助繼電器 M2、M6,同時(shí)復(fù)位 M1,實(shí)現(xiàn)機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)的左側(cè)和右側(cè)工進(jìn)。具體功能的實(shí)施過程與用狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖編程所實(shí)現(xiàn)的功能一致。
圖3 組合機(jī)床控制系統(tǒng)程序
針對(duì)工廠現(xiàn)階段所使用的老式機(jī)床的配備情況以及在使用過程中可能出現(xiàn)的問題,本文設(shè)計(jì)了一種適用于雙面鉆孔組合機(jī)床的PLC控制系統(tǒng)。PLC控制程序修改方便,易于擴(kuò)充且可靠性極高。在實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn),保證加工效率的同時(shí)節(jié)約了機(jī)床設(shè)備成本。軟件調(diào)試結(jié)果表明:本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求,可以用于雙面鉆床加工控制現(xiàn)場(chǎng)。
[1]王昭同.PLC在雙面鉆銑組合機(jī)床中的應(yīng)用[J].金屬加工(冷加工)冷加工,2012(6):55-57.
[2]葉曉光.PLC在組合機(jī)床的控制應(yīng)用探討[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2011,33(20):146-148.
[3]張良山,馬 帥,秦 濤.基于PLC控制的多人搶答系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].輕工科技,2017(7):86-87.