組合機(jī)床是一種進(jìn)行特定加工的高效率、自動(dòng)化專用設(shè)備。傳統(tǒng)組合機(jī)床的控制系統(tǒng)大部分為繼電接觸器控制。繼電器控制系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，但其接線復(fù)雜、故障率高、壽命短、可靠性差。特別是當(dāng)機(jī)床加工對(duì)象改變、控制要求更改時(shí)，需對(duì)控制系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試，不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)要求。

　　如某廠三面銑組合機(jī)床可用來(lái)對(duì)如圖1所示工件的Φ80、Φ90孔的端面及定位面進(jìn)行銑銷加工。其原有控制系統(tǒng)采用繼電接觸器控制與液壓系統(tǒng)相結(jié)合的方式。由于使用多年，電氣器件及控制線路已嚴(yán)重老化，故障率高，維修困難，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。應(yīng)其要求，我們采用三菱Fxon一40MR可編程序控制器(PLC)對(duì)該設(shè)備控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造。由于PIE通用性強(qiáng)、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、系統(tǒng)組合靈活方便，使改裝后的組合機(jī)床控制系統(tǒng)具有很好的柔性。同時(shí)降低了設(shè)備故障率，提高了生產(chǎn)效率，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

1 機(jī)床工作原理及電氣控制要求

　　三面銑組合機(jī)床是典型的機(jī)電液一體化的自動(dòng)加工設(shè)備，主要結(jié)構(gòu)有底座、床身、銑削動(dòng)力頭、液壓動(dòng)力滑臺(tái)、工作臺(tái)、夾緊油缸、液壓站等。床身安放于機(jī)床底座上，一頭安裝有液壓動(dòng)力滑臺(tái)，工件及夾緊裝置放于滑臺(tái)上；左右銑銷頭裝在床身兩邊，上方有市銑頭，液壓站在機(jī)床附近。

　　該機(jī)床采用電動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)相結(jié)合的驅(qū)動(dòng)方式，其中M1為液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)M2、M3、M5、M4分別帶動(dòng)左側(cè)單銑頭主軸、右側(cè)一單銑頭主軸、右側(cè)二單銑頭主軸以及立銑頭主軸旋轉(zhuǎn)，為它們提供切削主運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，工件松緊則由液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。圖2為其液壓系統(tǒng)原理圖。

圖1加工工件示意圖

圖2液壓系統(tǒng)原理圖

　　在加工圖1所示零件時(shí)，先把工件裝入夾具，按下按鈕SB3，機(jī)床便開(kāi)始自動(dòng)循環(huán)的工作過(guò)程。當(dāng)工件夾緊到位，壓下行程開(kāi)關(guān)SQ6，壓力繼電器SP2動(dòng)作，動(dòng)力滑臺(tái)(工作臺(tái))開(kāi)始陜速前進(jìn)；到預(yù)定位置壓下行程開(kāi)關(guān)SQ2，滑臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)。同時(shí)左銑頭電動(dòng)機(jī)M2、右銑頭1電動(dòng)機(jī)M3起動(dòng)，左和右1銑頭開(kāi)始加工；滑臺(tái)繼續(xù)工進(jìn)到壓下行程開(kāi)關(guān)SQ3，立銑頭電動(dòng)機(jī)M。起動(dòng)；滑臺(tái)繼續(xù)工進(jìn)到壓下行程開(kāi)關(guān)SQ4，右銑頭1電動(dòng)機(jī)M，停轉(zhuǎn)。同時(shí)右銑頭2電動(dòng)機(jī)M5起動(dòng)；滑臺(tái)進(jìn)給到終點(diǎn)，壓下終點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)SQ5，立銑、左、右2三臺(tái)動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)均停轉(zhuǎn)。此時(shí)滑臺(tái)位于擋鐵停留位置，壓力繼電器SP1動(dòng)作。時(shí)間繼電器KT延時(shí)后控制滑臺(tái)快速退回，退回至原位時(shí)，壓下行程開(kāi)關(guān)SQ1；工件被松開(kāi)，壓力繼電器SP2觸點(diǎn)打開(kāi)，夾緊行程開(kāi)關(guān)SQ6放開(kāi)，—個(gè)工作循環(huán)結(jié)束。

　　圖3為三面銑組合機(jī)床自動(dòng)循環(huán)工作示意圖，表1為機(jī)床自動(dòng)循環(huán)工作時(shí)各電器元件動(dòng)作表。

圖3三面銑組合機(jī)床自動(dòng)循環(huán)工作示意圖

　　機(jī)床的電氣控制要求液壓采電動(dòng)機(jī)M1先啟動(dòng)，只有系統(tǒng)正常供油后，其它控制電路才能通電工作；動(dòng)力滑臺(tái)可單循環(huán)自動(dòng)工作、同時(shí)具備快速(快進(jìn)、快退)點(diǎn)動(dòng)調(diào)整功能；左、右(右1、右2)、立四臺(tái)單銑頭既可自動(dòng)循環(huán)工作，其主軸電動(dòng)機(jī)M2、M3、M4、M5又均能點(diǎn)動(dòng)對(duì)刀；夾緊油缸可進(jìn)行手動(dòng)松開(kāi)與夾緊的調(diào)整；五臺(tái)電動(dòng)機(jī)均為單向旋轉(zhuǎn)；另外要求有電源、油泵工作、工件夾緊、加工等信號(hào)指示；要求有照明電路和必要的聯(lián)鎖與保護(hù)環(huán)節(jié)等。

2 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　三面銑組合機(jī)床的電氣控制屬單機(jī)控制，輸入輸出均為開(kāi)關(guān)鼉。根據(jù)實(shí)際控制要求，并考慮系統(tǒng)改造成本，在改造時(shí)盡可能使用原有電器，根據(jù)原有控制電路來(lái)計(jì)算I／O點(diǎn)數(shù)。其中：按鈕11個(gè)、行程開(kāi)關(guān)6個(gè)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)1個(gè)(3個(gè)位置)、壓力繼電器2個(gè)，共計(jì)輸入點(diǎn)數(shù)22個(gè)；接觸器5個(gè)、電磁鐵5個(gè)、指示燈4個(gè)，共計(jì)輸出點(diǎn)數(shù)14個(gè)。

　　在準(zhǔn)確計(jì)算I／O總點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上，采用抗干擾強(qiáng)、穩(wěn)定性和可靠性較高的三菱公司生產(chǎn)的Fxon一40MR型可編程控制器。此型號(hào)PLC輸入點(diǎn)數(shù)為24個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)為16個(gè)，繼電器輸出，使用電源為AC220V。

該控制系統(tǒng)中所有輸入觸發(fā)信號(hào)采用常開(kāi)觸點(diǎn)接法，所需的24 V育流電源由PLC內(nèi)部提供；輸出負(fù)載中的所有直流電磁換向閥同樣采用由PLC內(nèi)部提供的24 V直流電源，輸出負(fù)載中的5個(gè)交流接觸器線圈則需外接220 V交流電源，具體的I／O地址分配詳見(jiàn)表2。

　　由于三面銑組合機(jī)床中按鈕、行程開(kāi)關(guān)及轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)較多，為了減少輸入點(diǎn)數(shù)，降低費(fèi)用，對(duì)輸入信號(hào)作了適當(dāng)處理，如5臺(tái)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)不作為輸入信號(hào)，而直接接入輸出線圈同路中。另外，電磁閥為感性負(fù)載并且通斷頻繁，為了保護(hù)PLC的輸出觸點(diǎn)，在每個(gè)電磁閥兩端各并上一續(xù)流二極管，來(lái)吸收反向過(guò)電壓。PIE與機(jī)床中各個(gè)電器的I／O接線圖如圖4所示。

圖4 PLC與機(jī)床的I／O接線圖

3 電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　由三面銑組合機(jī)床的控制要求可知，程序結(jié)構(gòu)應(yīng)包含3個(gè)部分：自動(dòng)循環(huán)工作控制、調(diào)整控制以及工作狀態(tài)顯示部分。根據(jù)要求首先寫(xiě)出該組合機(jī)床的順序功能圖，再由順序功能圖，最終設(shè)計(jì)出符合要求的控制梯形圖程序，如圖5所示。

圖5梯形圖程序

　　由梯形圖程序可知，當(dāng)液壓泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)以后。SA1置于0位置(即X20 ON)時(shí)，按下SB3(X2 ON)，開(kāi)始執(zhí)行如圖3所示的夾緊、快進(jìn)、工進(jìn)、停留、快退、松開(kāi)的機(jī)床自動(dòng)循環(huán)控制；SA1置于1位置(即X21 ON)時(shí)，通過(guò)SB4～SB7可對(duì)銑削動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)調(diào)整控制；SAI置于2位置(即x22 ON)時(shí)，通過(guò)SB3、SBIO、SB8、SB9可對(duì)工件的夾緊與放松、動(dòng)力滑臺(tái)的快進(jìn)與快退進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整控制。

　　本程序經(jīng)模擬調(diào)試，完全符合三面銑組合機(jī)床的電氣控制要求。在使用過(guò)程中，還可根據(jù)不同的控制要求，在不改動(dòng)接線或改動(dòng)很少的情況下，通過(guò)改變程序來(lái)實(shí)現(xiàn)不同要求，節(jié)省了安裝調(diào)試時(shí)間，大大提高了靈活性和生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語(yǔ)

　　該三面銑組合機(jī)床控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)PLC改造后，運(yùn)行良好，故障率大大降低。而且改裝后的組合機(jī)床控制系統(tǒng)具有很好的柔性，能適應(yīng)產(chǎn)品的變化，當(dāng)工藝程序變更時(shí)，只需修改程序，就可滿足新的加工要求?？梢?jiàn)傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備經(jīng)過(guò)PLC改造后，既能使之成為機(jī)電一體化的新產(chǎn)品，適用生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制；又能發(fā)揮原組合機(jī)床的效能，而且投資較小。因此靈活應(yīng)用PLC是實(shí)現(xiàn)組合機(jī)床電氣自動(dòng)化的有效途徑。