杜宇凡，宋 煒，秦 濤

（湖北文理學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，湖北 襄陽(yáng) 441053）

0 引言

單面組合鉆床是以通用的獨(dú)立部件為基礎(chǔ)，配合部分專用部件或模塊組成的高效率的自動(dòng)化加工設(shè)備[1]。應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鉆孔的單面組合鉆床可同時(shí)加工三個(gè)孔洞，具有鉆孔、擴(kuò)孔、磨孔三個(gè)工作進(jìn)給。采用PLC技術(shù)，通過修改存儲(chǔ)器程序來改變鉆孔工藝的順序控制過程，以滿足三個(gè)工作進(jìn)給的順序加工。本文設(shè)計(jì)了基于三菱FX2N-32M系列的PLC的單面組合鉆床控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)鉆床進(jìn)給動(dòng)作的順序控制和精確定位，能夠較好地滿足發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鉆孔的實(shí)際需求[2-3]。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制要求

該單面組合鉆床主要適用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的鉆孔工藝，對(duì)于缸體孔進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、磨孔，一次性自動(dòng)加工，其工作流程為：上料-夾具夾緊-刀具工進(jìn)-刀具停留-工件旋轉(zhuǎn)-計(jì)數(shù)循環(huán)-工件放松-下料。技術(shù)要求如下：

（1）上料：?jiǎn)?dòng)機(jī)器，上料機(jī)械手臂自動(dòng)將待加工工件放入組合鉆床加工工位。

（2）工件夾緊：工件下方壓力傳感器接收一個(gè)上升沿信號(hào)，夾具對(duì)工件進(jìn)行定位夾緊，直至觸動(dòng)夾緊限位行程開關(guān)。

（3）鉆頭工進(jìn)：工件夾緊后，鉆床小鉆頭、大鉆頭、磨刀同時(shí)工進(jìn)啟動(dòng)加工工件。

（4）刀具停留：組合鉆頭對(duì)工件工進(jìn)到指定位置時(shí)，觸發(fā)工進(jìn)下限位行程開關(guān)，使組合鉆頭停留在工件中3 s，3 s過后使組合鉆頭退出。

（5）工件旋轉(zhuǎn)：組合鉆頭退出達(dá)到指定位置時(shí)，觸發(fā)上限位行程開關(guān)，夾具臺(tái)開始旋轉(zhuǎn)至90°時(shí)，觸發(fā)旋轉(zhuǎn)限位開關(guān)，使旋轉(zhuǎn)停止，并使組合鉆頭繼續(xù)工進(jìn)對(duì)工件進(jìn)行加工。

（6）計(jì)數(shù)循環(huán)：在觸發(fā)旋轉(zhuǎn)限位開關(guān)時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器次數(shù)未達(dá)到3次時(shí)，工件會(huì)繼續(xù)加工完四組孔后使計(jì)數(shù)器達(dá)到3次。

（7）工件放松：計(jì)數(shù)器達(dá)到3次后，觸發(fā)夾具松開開關(guān)，夾具開始放松至指定位置時(shí)，觸發(fā)夾具松開限位開關(guān)。

（8）下料：夾具松開限位開關(guān)被觸發(fā)后，下料機(jī)械手臂啟動(dòng)將加工好的工件從工作臺(tái)上取出，壓力傳感器接收一個(gè)下降沿信號(hào)，機(jī)械手臂將工件取出；此后上料機(jī)械手開始動(dòng)作，重復(fù)2-7步驟，可成批加工出符合要求的工件。見圖1.

圖1 控制流程圖

2 I/O確定與分配

根據(jù)前文中系統(tǒng)分析可確定該系統(tǒng)約有10個(gè)輸入端子，約有8個(gè)輸出端子。表1所示為I/O分布表及其對(duì)應(yīng)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)器件。該系統(tǒng)需要18個(gè)I/O口，點(diǎn)數(shù)上留大約10%的余量，查三菱PLC用戶手冊(cè)可知，F(xiàn)X2N-32M-001的輸入點(diǎn)有16個(gè)，輸出點(diǎn)有16個(gè)，能滿足要求，系統(tǒng)的外部接線如圖2所示。

表1 I/O分配表及實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)器件

圖2 I/O分配及PLC與外部接線圖

3 控制程序設(shè)計(jì)與模擬調(diào)試

采用SFC方式進(jìn)行編程，如圖3所示，程序描述如下：

（1）啟動(dòng)上料：按下循環(huán)啟動(dòng)按鈕SB0，對(duì)應(yīng)的X000置1，輸出Y000與Y005置1，上料機(jī)器手臂開始上料，組合鉆頭開始旋轉(zhuǎn)；

（2）夾緊定位：當(dāng)工件準(zhǔn)確放入指定位置時(shí)，壓力感應(yīng)器上升點(diǎn)位ST1觸發(fā)，對(duì)應(yīng)X001置1，輸出Y003置1，夾具開始夾緊；

（3）鉆頭工進(jìn)：夾具夾緊到觸發(fā)夾具夾緊限位開關(guān)時(shí)，開關(guān)ST4對(duì)應(yīng)的X004置1，輸出Y001置1，對(duì)應(yīng)組合鉆頭開始工進(jìn)；

（4）鉆頭停留：當(dāng)組合鉆頭工進(jìn)到觸發(fā)工進(jìn)下限位開關(guān)ST2，對(duì)應(yīng)X002置1，輸出T0開始計(jì)時(shí)3 s，鉆頭在工件中暫停3 s；

（5）鉆頭退出：計(jì)時(shí)器T0時(shí)間到，T0置1，輸出Y002置1，組合鉆頭開始從工件中退出；

（6）工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)：當(dāng)工件退出觸發(fā)到退出上限位開關(guān)ST3，對(duì)應(yīng)的X003置1，輸出Y007置1，工作臺(tái)電機(jī)開始帶動(dòng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)；

（7）計(jì)數(shù)下料：當(dāng)旋轉(zhuǎn)到觸發(fā)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°限位開關(guān)ST6時(shí)，X006置1，輸出C0開始計(jì)數(shù)一次；若次數(shù)達(dá)到計(jì)數(shù)器規(guī)定的3次時(shí)，觸發(fā)輸出Y006對(duì)應(yīng)的下料機(jī)械手比開始將加工好的工件拿出工件臺(tái)；

（8）工作循環(huán)：工件被移出工件臺(tái)后，壓力傳感器下降沿被觸發(fā)，X001置1，輸出則返回到S20所對(duì)應(yīng)到的上料機(jī)械手臂Y005，使Y005置1，使機(jī)械手臂開始上料操作；若次數(shù)未達(dá)到計(jì)數(shù)器規(guī)定的次數(shù)，即未達(dá)到3次循環(huán)，則返回到S22所對(duì)應(yīng)的工進(jìn)形成，輸出Y001置1，組合鉆頭開始工進(jìn)，使未加工完成的工件繼續(xù)加工余下的步驟，直至整個(gè)工作循環(huán)結(jié)束。

（9）緊急停車：工作過程中如因特殊原因需緊急停車，可按下按鈕SB1使X010置1，此時(shí)PLC所有輸出點(diǎn)均置0，電機(jī)均失電，機(jī)床停止工作。

圖3 SFC循環(huán)控制程序

采用三菱GX Works2軟件對(duì)編寫的控制程序進(jìn)行模擬調(diào)試，相應(yīng)的動(dòng)作響應(yīng)如表2所示，模擬調(diào)試結(jié)果驗(yàn)證了程序設(shè)計(jì)的所有動(dòng)作量均可實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。

表2 模擬調(diào)試動(dòng)作響應(yīng)表

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)剛體組合鉆孔加工過程及控制要求，本文設(shè)計(jì)了一種適用于單面組合鉆床的PLC控制系統(tǒng)?？刂瞥绦蛐薷姆奖悖子跀U(kuò)充且可靠性極高，適用于大批量生產(chǎn)。軟件調(diào)試結(jié)果表明：本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)滿足工序設(shè)計(jì)要求，可以用于單面組合鉆床加工控制。