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·控制與檢測· 組合機(jī)床與自動化Jj~-r技術(shù) 文章編號：1001—2265(2010)01—0044～O3 基于PLC的三面銑組合機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 曾燕飛，李虎山 (廣東技術(shù)師范學(xué)院自動化學(xué)院，廣州 510635) 摘要：文章以三面銑組合機(jī)床為研究對象，通過對主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動形式的探究以及對機(jī)床的工作過程和 控制要求分析，給出了機(jī)床動作循環(huán)圖、液壓元件動作表；并采用PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，列出了I／0 地址分配表，進(jìn)行了軟硬件設(shè)計，繪制了PLC的外部接線圖和單循環(huán)自動工作流程圖及其說明；實驗運(yùn) 行結(jié)果表明，將PLC技術(shù)應(yīng)用于三面銑組合機(jī)床具有整體技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益。 關(guān)鍵詞：可編程控制器(PLC)；三面銑組合機(jī)床；控制系統(tǒng) 中圖分類號：TG659；TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A The Design of Combined Machine Tool Electrical Control System of Three DimensionaJ Shining Metal Based on PLC ZEN Yan—fei，LI Hu—shan (Automation Department，Guang dong Polytechnic Normal University，Guangzhou 5 1 0635，China) Abstract：Taken the three dimensional shining metal combination machine tool as an object of study in the paper，the main structure and motion form have been discussed and the work process and control requirement of machine tool have been analyzed，the movement cycle diagram of machine tool and the motion table of hy- draulic pressure component have been given．Then the control system design based on PLC has been pro- posed，the I／O address table has been listed and the hardware and software of the control system has been de- signed，the outer wiring diagram of PLC and the flow chart of single cycle and its exp lanation have been put forwarded．the experiment results showed that three dimensional shining metal combination machine tool based on PLC had a entirety technology and economic benefits． Key words：programmable logic controller；combined machine tool of three dimensional shining metal；control system 0 引言 1 三面銑組合機(jī)床概述 可編程控制器(PLC)是以微處理器為核心的通用 工業(yè)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器一接觸器控制系統(tǒng)與 計算機(jī)控制技術(shù)緊密結(jié)合，集計算機(jī)、控制、通訊于一 體，具有可靠性高、通用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活、易于使用、維 修方便、價格便宜等優(yōu)點，為工業(yè)自動化提供了近乎完 美的自動控制裝置。 目前，許多企業(yè)和高校實習(xí)工廠的機(jī)床和設(shè)備仍 采用傳統(tǒng)的繼電器一接觸器控制系統(tǒng)，由于采用物理 電子器件和大量而又復(fù)雜的硬接線，使得系統(tǒng)的可靠 性差，工作效率低，故障診斷和排除困難，嚴(yán)重影響了 工廠的生產(chǎn)效率。因此，采用PLC對機(jī)床電氣控制系 統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，很有益處。本文介紹三面銑組合機(jī) 床PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用。 1．1 組成及其工作過程 三面銑組合機(jī)床是用來對Z512W型臺式鉆床主 軸箱的4,80、4,90孔端面及定位面進(jìn)行銑銷加工的一種 自動加工設(shè)備。主要由底座、床身、銑削動力頭、液壓 動力滑臺、液壓站、工作臺、工件松緊油缸等組成。機(jī) 床底座上安放有床身，床身上一頭安裝有液壓動力滑 臺，工件及夾緊裝置放于滑臺上。床身的兩邊各安裝 有一臺銑銷頭，上方有立銑頭，液壓站在機(jī)床附近。 其加工動作是按預(yù)定的步驟安排的。操作者將要 加工的零件放在液壓動力滑臺(工作臺)的夾具中，在 其他準(zhǔn)備工作就緒后，發(fā)出加工指令。工件夾緊后壓 力繼電器動作，滑臺開始快進(jìn)，到位轉(zhuǎn)工進(jìn)，同時起動 收稿日期：2009—07—20 作者簡介：曾燕飛(1961一)，女，湖南邵東人，廣東技術(shù)師范學(xué)院自動化學(xué)院副教授，碩士，主要從事自動控制理論與控制工程的教學(xué)和應(yīng)用研究， (E—mail)zyf1961@tom．com。 2010年第1期 ·控制與檢測· 左和右1銑頭開始加工，加_丁到某一位置，立銑頭開始 加工，加_T又過一定位置右1銑頭停止，有2銑頭開始 加工，加工到終點三臺電機(jī)同時停止。待電機(jī)完全停 止后，滑臺快退回原位，工件松開，一個自動工作循環(huán) 結(jié)束。操作者取下加工好的工件，再放上未加工的零 件，重新發(fā)出加工指令重復(fù)上述工作過程。丁作流程 如圖1所示，機(jī)床的液壓元件動作表見表1。 原位廠 起動 停止 圖l機(jī)床動作循環(huán)圖 表1 三面銑組合機(jī)床的液壓元件動作表 點 ＼＼元 工序＼＼ YVl YV2 YV3 ， Ir YV5 BPl BP2 ＼ 原位 (+) 夾緊 + 快進(jìn) (+) 工進(jìn) (+) + 死擋鐵停留 (+) 快退 (+) + + 松開 1．2 三面銑組合機(jī)床的電氣控制要求 三面銑組合機(jī)床有液壓泵、左銑削頭、右銑1削 頭、右銑2削頭和立銑削頭五臺電機(jī)，均采用三相交流 籠型異步電動機(jī)，設(shè)計要求如下： (1)五臺電機(jī)均為單向旋轉(zhuǎn)。 (2)機(jī)床要求有單循環(huán)自動工作、單動力頭自動循 環(huán)工作、點動三種工作方式，油泵電機(jī)在自動加工一個 循環(huán)后不停機(jī)。 (3)單循環(huán)自動工作過程見圖1。 (4)單動力頭自動循環(huán)T作包括：左銑頭單循環(huán)工 作、右1銑頭單循環(huán)工作、右2銑頭單循環(huán)工作、立銑頭 單循環(huán)工作。要求考慮各銑頭單循環(huán)工作的加工區(qū)間。 (5)點動工作包括：四臺主軸電機(jī)均能點動對刀、 滑臺快速(快進(jìn)、快退)點動調(diào)整、松緊油缸的調(diào)整(手 動松開與手動夾緊)。 (6)電源、油泵工作、工件夾緊與放松和加工等信 號指示。 (7)照明電路 (8)必要的聯(lián)鎖環(huán)節(jié)與保護(hù)環(huán)節(jié)。 2 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 三面銑組合機(jī)床液壓泵、左銑削頭、右銑1削頭、 右銑2削頭和立銑削頭的五臺電動機(jī)均為單向運(yùn)轉(zhuǎn)， 分別由KM1～KM5控制，F(xiàn)U1～FU5做短路保護(hù)，F(xiàn)R1 ～FR5做長期過載保護(hù)。 2．1 PLC的外部電路設(shè)計 (1)SB0為加工指令按鈕，SQ1為滑臺原位開關(guān)， SQ2為滑臺快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)位置開關(guān)。 (2)由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA實現(xiàn)三面銑組合機(jī)床的單循 環(huán)自動工作、單動力頭自動循環(huán)工作、點動三種工作方 式的選擇。 (3)由按鈕SB1～SB4分別控制左銑頭、右1銑 頭、右2銑頭、立銑頭，且各銑頭的單循環(huán)工作和點動 對刀共用同一按鈕，由程序?qū)崿F(xiàn)兩種控制；由位置開關(guān) SQ3～SQ6分別控制左銑頭、右1銑頭、右2銑頭、立銑 頭單循環(huán)工作的加工區(qū)間。 (4)由按鈕SB5和SB6控制滑臺快進(jìn)與快退，SB7 和SB8控制以實現(xiàn)滑臺的點動調(diào)整和油缸的松緊調(diào)整 (手動松開與手動夾緊)。 (5)油泵和各銑頭電動機(jī)的長期過載保護(hù)FR1～ FR5觸點并聯(lián)后接人PLC，可以節(jié)省PLC的輸入點數(shù)。 (6)工件夾緊與放松信號指示(HL1和HL2)、滑臺 快進(jìn)與快退信號指示(HL3和HIA)、滑臺工進(jìn)信號指示 (HL5)、液壓泵工作信號指示(HL6)和各銑頭加工信號 指示(HL7、HL8、HL9和HL10)分別并聯(lián)在相對應(yīng)的電 磁鐵或接觸器線圈兩端，可以節(jié)省PLC的輸出點數(shù)。 將觸點并聯(lián)后接人PLC，或?qū)⑤敵鲈O(shè)備并聯(lián)后接 到PLC的同一個輸出端子，可以降低設(shè)備的成本，這些 方法被經(jīng)常利用，但必須充分考慮控制系統(tǒng)的可靠性。 (7)由開關(guān)QS控制機(jī)床總電源，SA1控制機(jī)床的 照明EL，且照明電路采用36V安全電壓。因QS、SA1 不參與系統(tǒng)過程循環(huán)，故不納入PLC控制系統(tǒng)。 (8) 面銑組合機(jī)床進(jìn)行單循環(huán)自動銑銷加工和 單動力頭自動循環(huán)工作時都必須先起動液壓泵再進(jìn)行 后面的操作，即液壓泵與各銑頭之間有順序聯(lián)鎖，且不 論哪臺電動機(jī)過載，液壓泵與各銑頭電動機(jī)全部停止， 以保證加_丁質(zhì)量，減少故障。進(jìn)行單循環(huán)自動銑銷加 1=時還必須有以下聯(lián)鎖：①右1銑頭與立銑頭之間有 順序聯(lián)鎖；②立銑頭與右2銑頭之間有順序聯(lián)鎖；③右 1銑頭與右2銑頭不能同時工作，有互鎖。 2．2 PLC選型與I／O資源分配 根據(jù)以上設(shè)計可知，該系統(tǒng)有19個輸入點，11個 輸出點，由于接觸器與電磁閥線圈所加電壓的種類與 高低不一樣，故必須占用PLC的兩組輸出通道，并選擇 繼電器輸出型的PLC。通過對機(jī)床控制系統(tǒng)輸入、輸 出電路的綜合分析，本設(shè)計選擇了西門子的STEP7— 200 CPU226PLC，該機(jī)型的輸入點數(shù)為24，輸出點數(shù)為 16，完全滿足本設(shè)計中的基本要求。 ·控制與檢測· 組合機(jī)床與自動化加工技術(shù) 三面銑組合機(jī)床的I／0地址分配見表2，PLC的外 部接線如圖2所示。 表2 三面銑組合機(jī)床I／0地址分配表 電路器件 地址分配 功能說明 SBO 10．0 加工指令按鈕 SBl 10．1 左銑頭點動按鈕 SB2 IO．2 右1銑頭點動按鈕 SB3 IO．3 右2銑頭點動按鈕 SB4 10．4 立銑頭點動按鈕 SB5 IO．5 滑臺怏i井苣動按鈕 SB6 10．6 滑臺快退點動按鈕 輸 SB7 10．7 工件夾緊點動按鈕 入 SB8 丁1．O 工件放松點動按鈕 點 BPl I1．1 死擋鐵停留壓力繼電器 數(shù) BP2 I1．2 工件夾緊壓力繼電器 分 SQ1 I1．3 滑臺原位位置開關(guān) 配 Q2 I1．4 滑臺快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)位置開關(guān) SQ3 I1．5 立銑頭加T區(qū)間位置開關(guān) SQ4 I1．6 右1銑頭終端、右2銑頭起始開關(guān) FRl～FR5 I1．7 Ml～M5的過載保護(hù) SA I2．0 單循環(huán)自動T作方式選擇 I2．1 單動力頭自動循環(huán)工作方式選擇 I2．2 點動工作方式選擇 YV1、HL1 QO．o 工件夾緊電磁閥及信號指示 YV2、HL2 QO．1 工件放松電磁閥及信號指示 YV3、HL3 QO．2 滑臺快進(jìn)電磁閥及信號指示 輸 YV4 、H1．4 Q0，3 滑臺快退電磁閥及信號指示 出 YV5 、HL5 Qo．4 快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)電磁閥及信號指示 點 HL0 Q1．o 電源信號指示 數(shù) KM1、HL6 Q】．1 液壓泵控制接觸器及信號指示 分 KM2、HL7 Q1．2 左銑削頭控制接觸器及信號指示 配 KM3、HL8 Q1．3 右1銑削頭控制接觸器及信號指示 KM4、HL9 QI．4 有2銑削頭控制接觸器及信號指示 KM5、HL10 Q1．5 立銑削頭控制接觸器及信號指示 SB0 10 ．0 YV1 、HL1 —_／面 IO ．1 QO．0 YV2 、Hl2 ——儷 IO ．2 QO．1 YV3 、HL3 ——儷 ／0 ．3 QO．2 YV4 、HL4 ／SIM IO ．4璺QO·3 Yv5 、 HL5 ／SB5 IO ．5奄Q(mào)O_4 — ／SB6 10．6 COM 一／面 10．7釜 12V 二 I1．0 ／BP 1 11 ．1皇 二 叵 I1 -2 Q1．0 — — I1．3 Q1．1 KM1、HL6 — 置Q1．z KM2、HL7 — § I1．6 Q1．3 、 — 曼 KM3、HL8 nt．_3 FR FR5 ／ I1．7 Q1．4 、 『_ 一／—— 12．0 Q1．5 U I 1 2 2 ． ． 2 1 COM ——o一 38OV C0M 圖 的外部接線 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 三面銑組合機(jī)床有單循環(huán)自動工作、單動力頭自 ·46· 動循環(huán)工作、點動三種工作方式，下面以一個自動工作 循環(huán)為例分析單循環(huán)自動工作過程控制。將轉(zhuǎn)換開關(guān) 扳至“單循環(huán)自動工作”位置，當(dāng)操作者將要加工的 零件放在液壓滑臺的夾具中后(其他準(zhǔn)備工作就緒)， 按下 ，工件開始夾緊，夾緊后壓力繼電器 觸點 動作，信號燈 亮，滑臺開始快進(jìn)，信號燈 亮， 原位開關(guān) 復(fù)位；當(dāng)滑臺壓下 后轉(zhuǎn)工進(jìn)，信號燈 熄滅， 亮，同時起動左和右銑頭開始加工，信 號燈 、 亮；當(dāng)加工到指定位置，立銑頭開始加 工， 亮；又過一定位置時，右銑頭停止， 熄滅， 右2銑頭開始加工， 亮，直到終點三臺電動機(jī)同時 停止。信號燈 、 、 全部熄滅，此時，死檔鐵 停留，當(dāng)壓力繼電器 觸點動作后滑臺自動快速退回 ( 亮)原位， 受壓，工件松開( 亮)，一個自動 工作循環(huán)結(jié)束。單循環(huán)自動工作流程圖如圖3所示。 圖 單循環(huán)自動工作流程圖 結(jié)束語 通過實驗運(yùn)行結(jié)果表明，將 技術(shù)應(yīng)用于三面 銑組合機(jī)床可節(jié)省大量的電氣元件、導(dǎo)線與原材料，且 可靠性高、使用靈活、調(diào)試方便，縮短了設(shè)計周期，減少 了維修工作量，提高了加工零件合格率，具有整體技術(shù) 經(jīng)濟(jì)效益。 [參考文獻(xiàn)] []陳遠(yuǎn)齡 [業(yè)電氣控制技術(shù)[M]．北京：科學(xué)出版社， ． []廖常初． 編程及應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， ● []西門子(中國)自動化與驅(qū)動集團(tuán)． 一 可縮程 控制器[z]．北京：兩門子(中國)自動化與驅(qū)動集團(tuán)， ． [4]劉燕平．基于 的組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計[J]． 《PLc＆FA》2008()： 一 ． []石玉明．用 技術(shù)改造普通車床的電氣控制系統(tǒng)[J]． 機(jī)床電器， ()：38—39． []周振寶． 在普通銑床數(shù)控化改造中的應(yīng)用[J]．機(jī)床 電器， ()： 一 ． (編輯李秀敏)