吳宏新

（廣東省河源技師學院，廣東 河源 517000）

Z3040型的搖臂鉆床在鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔以及攻螺絲等方面上均有廣泛應用，是一種工廠上較為常用的孔加工機床。Z3040型的搖臂鉆床主要可以作五種結構的動作，分別為主軸帶著鉆頭作旋轉(zhuǎn)運動、鉆頭上下左右進給運動、主軸沿著搖臂作水平運動、搖臂沿著立柱做上下運動及搖臂繞立柱作回轉(zhuǎn)運動。

當前，Z3030型的搖臂鉆床采用的一般是以繼電器——接觸器為控制的元件。但是，這種控制方式還是存在一些不足，比如，電路的接線較為復雜、在運行時整體存在噪聲大、觸點多、可靠性差、故障診斷和排除較為困難等問題。

PLC系統(tǒng)，又被稱為可編程邏輯控制器,它具有可靠性強、編程與接線簡單以及靈活通用等優(yōu)勢，在工業(yè)生產(chǎn)的各個領域已經(jīng)被廣泛運用。本文基于PLC自動化控制系統(tǒng)對搖臂鉆床的改造，使得Z3040型搖臂鉆床的精確性和可靠性更高，同時也實現(xiàn)其自動化控制。

1 Z3040型搖臂鉆床的介紹

機械鉆床可以分為很多種類型，比較常見的有臺式鉆床、立式鉆床、搖臂鉆床、臥式鉆床、深孔鉆床以及專用鉆床等。其中，由于搖臂鉆床具有操作方便、靈活以及適用范圍廣等優(yōu)點，在大型零件的孔加工中尤其方便，是機械加工中較為普遍的一種機床設備。

1.1 Z3040型的搖臂鉆床的運動形式和控制要求

Z3040型的搖臂鉆床在進行加工之前，首先是利用搖臂的回轉(zhuǎn)和升降動作以及主軸箱的移動定位對各個部位的移動進行調(diào)整。在加工之時，夾緊裝置對主軸箱緊固于搖臂的導軌上，搖臂在外立柱上夾緊緊固，而外立柱則緊固在內(nèi)立柱上，鉆頭或絲攻則是由主軸帶動旋轉(zhuǎn)并向下垂直進給，使鉆孔或絲攻的加工得以順利進行。

（1）主運動與進給運動。Z3040搖臂機鉆床的主運動指的是主軸的旋轉(zhuǎn)運動，而進給運動則代表著主軸的上下移動。主軸電動機的拖動使得主軸做旋轉(zhuǎn)以及上下進給運動，而主軸的正反轉(zhuǎn)運動則是在加工螺紋的過程中要求的，利用機械方法可以實現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)運動以及上下進給運動。在主軸箱內(nèi)具有主軸變向以及進給變速的結構，可以通過變速元件對主軸的轉(zhuǎn)速和上下的進給量進行調(diào)節(jié)，由于主軸電動機只要求單方向的旋轉(zhuǎn)，不需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和制動，直接啟動即可。

（2）輔助運動。除了以上的主要運動方式外，Z3040型的搖臂鉆床還具有其他的輔助運動形式，比如搖臂連同外立柱繞內(nèi)立柱作回轉(zhuǎn)運動、搖臂沿外立柱做上下運動、主軸箱沿搖臂導軌作水平運動。搖臂鉆床運用旋轉(zhuǎn)的鉆頭對工件進行加工，主軸箱固定在搖臂上，能夠沿著搖臂做徑向運動，搖臂通過絲桿的作用，可以進行升降的運動，也可以通過固定外立柱，沿內(nèi)立柱旋轉(zhuǎn)。

2 改造的方法介紹

首先應該對PLC控制系統(tǒng)的功能進行分析，我們可以把它聯(lián)想成機床控制系統(tǒng)的控制箱，控制箱的外接線可以通過外部的圖形模式對其進行表示和描述，而對于控制箱內(nèi)部的“線路圖”，則可以通過梯形圖來表示。該控制箱與外部世界相聯(lián)系的“接口”則是利用梯形圖中輸入和輸出的繼電器來完成。對于整個PLC控制系統(tǒng)的結構進行分析時，所對應的外部接入器件的觸點可以通過梯形圖中的輸入繼電器觸點來表示，對于外部負載的線圈可以依據(jù)梯形圖中的輸出繼電器的線圈來表示。外部負載的線圈不僅會受到梯形圖的控制，還有可能會受到外部接觸點的控制而發(fā)生影響。

3 PLC的Z3040搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)改造

3.1 改造方案

運用PLC對搖臂鉆床進行改造主要可以分為以下兩個部分，首先是電氣控制系統(tǒng)的硬件設計，對PLC的機型進行確定；第二個部分則是電氣控制系統(tǒng)的軟件設計，對控制程序進行編寫。同時還應當注意改造后的搖臂鉆床不能改變原有的功能，應該對原有的電氣控制主電路進行保留，同時所有的輸入和輸出設備也不能改變。只是利用軟件編程對原繼電器控制器中的硬件接線進行改造。

3.2 PLC型號的選擇

在對機型進行選擇時，首先應該考慮和估測的是控制對象的相關內(nèi)容，比如開關量的輸入和輸出、電壓、輸出功率以及模擬輸入和輸出等方面的情況，Z3040的搖臂鉆床有輸入點17個點，輸出點11個點，一共28個點。（見圖1）按照實際的情況，避免大材小用的現(xiàn)象，并考慮到PLC輸入和輸出點要留有一定的余量，本文選擇松下FP1-C40 PLC機型對Z3040搖臂鉆床進行改造。FP1-C40型可編輯程序控制器，是日本松下電工生產(chǎn)的小型PLC，它有24個輸入點，16個輸出點，一共40個點，為繼電器輸出型，負載能力為250V，2A。

3.3 Z3040搖臂轉(zhuǎn)床改造后的電氣線路

圖1是根據(jù)對Z3040型的搖臂鉆床PLC輸入和輸出的分配，對其進行改造后的輸入和輸出的接線圖。在圖1中，由于原繼電器的控制回路中存在著按鈕多、行程開關多、觸點繁多、線路復雜等問題，站在安全的角度上考慮，應該采用110V的低電壓。在對其進行PLC控制之后，運用PLC提供的24V DC 的直流電壓對按鈕、行程開關的輸入信號進行改造，使得輸入和輸出回路完全隔離。因此，對于PLC改造后的搖臂鉆床可以采用110 V的接觸器。

圖1 Z3040搖臂轉(zhuǎn)床改造后的電氣線路

3.4 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)梯形圖

圖2為Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)梯形圖，利用傳輸線傳輸程序與PLC相連進行程序調(diào)試。因選用FP1型號的PLC，所以編程時采用Windows環(huán)境下運行的FPWIN—GR的編程軟件來編程設計，采用TVT—90A2可編程控制器訓練裝置來進行模擬調(diào)試。

圖2 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)梯形圖

4 Z3040搖臂鉆床電路PLC改造的注意事項

4.1 時間繼電器瞬動觸點和斷電延時時觸點的處理

此次改造的目的是將時間繼電器KT取代。在原有的時間繼電器KT中，有兩對瞬動觸點與一對斷電延時動作的觸點，然而在FP1-C40的可編程序控制器里則沒有該類觸點。因此，對于瞬動觸點的處理，可以采用內(nèi)部繼電器取代。如圖2的梯形圖中的R1，應該要按SB3—X2或者SB4-X3的線路接通R1。而斷電延時動作的斷電則是應該在松開SB3或者SB4后才開始計時的，此時可以利用R1的常閉點對內(nèi)部計時器T0進行控制。本程序中的內(nèi)部繼電器R4的運用，能很好地解決起初未按SB3或SB4而T0開始計時的問題，這種方法是運用R4的常開觸點對T0進行控制，如圖2中的第64步所示。

4.2 停止按鈕、行程開關、熱繼電器等常閉觸點的處理

在繼電器控制中，對于行程開關、停止開關、熱繼電器觸點均屬于常閉點。而當運用PLC進行控制時，則應該改為常開點。如圖1中的SB1、KR1和ST2所示，這些相應的觸點在繼電器控制中是常閉點，而在PLC控制里是常開點。在圖2的梯形圖中，X6、X7、X9以及X4等，這些觸點如果在繼電器控制使用常閉點，則在梯形圖中的輸入點應該使用常開點。當接通電源時，會接通相應的輸入點，使常開點閉合。換句話說，雖然梯形圖中我們看到的這些觸點的狀態(tài)是常開的，但實際上的狀態(tài)卻是閉合的。

4.3 不同電壓的處理

原先的繼電-接觸器電路中將各種交流控制電路和直流控制電路分開表示，如110V的接觸器、36V的照明燈、以及信號燈等，在PLC的梯形圖中則應該合在一起表示，如圖2中的第114步信號燈，它是將115步信號燈的控制和110V的接觸器的控制程序畫在一起的結果。

5 結語

本文基于松下FP1-C40 對Z3040搖臂鉆床控制系統(tǒng)進行PLC改造，通過接線簡單的PLC，對復雜的繼電器——接觸器控制系統(tǒng)進行改造優(yōu)化，使Z3040型的搖臂鉆床的穩(wěn)定性和可維護性有效地提升，提高了勞動生產(chǎn)率，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益。