雙面二工位銑鉆組合機床控制系統設計

衛道柱，楊 沁，桂貴生，高 雷

(合肥工業大學機械與汽車工程學院，合肥 230009)

雙面二工位銑鉆組合機床控制系統設計

衛道柱，楊 沁，桂貴生，高 雷

(合肥工業大學機械與汽車工程學院，合肥 230009)

文章通過對雙面二工位銑鉆組合機床主要結構和運動形式的探究，以及對機床的工作過程和控制要求分析，給出了機床動作循環圖，并采用三菱FX2n-64MR型PLC作為機床控制系統的核心，闡述了系統的硬件結構和工作原理，列出了輸入/輸出的地址分配表，繪制了PLC的外部接線圖和機床主電路圖，設計了軟件控制程序，并采用分支程序的方法，使機床可工作在手動、自動兩種模式。整個系統進行了調試并投入運行一段時間后表明，故障率低，可靠性高，提高了設備的生產效率。

自動循環;工進;快進;分支程序

0 引言

組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍［1-2］。

雙面二工位銑鉆組合機床是由雙面銑床和雙面鉆床組合而成，具體加工對象是對江淮汽車6700系列底盤的直、彎臂，是銑直、彎臂的兩側端面、鉆孔，機床布置形式為臥式。

雙面二工位銑鉆組合機床主要由床身、移動工作臺、液壓站、2臺液壓滑套鉆削動力頭和2臺銑削動力頭組成，其結構如圖1所示［3］。

加工時，工件裝夾在移動工作臺上，采用具有油路失電夾緊功能的液壓控制系統夾緊(放松)。在組合機床上一次裝夾，在兩個工位完成銑、鉆工序。第一工位為雙面銑削，左右兩個銑削動力頭安裝在床身兩邊，移動工作臺帶動工件到位后，對工件進行銑削加工。第二工位為雙面鉆孔，2臺鉆削動力頭安裝在液壓滑套上，移動工作臺帶動工件到位后，液壓滑套帶動鉆削動力頭向前移動，進行鉆孔加工［4-5］。

圖1 雙面二工位組合機床結構示意圖

1 雙面二工位銑鉆組合機床的控制要求

根據生產工藝要求，機床采用行程控制和液壓傳動，可進行手動和自動操作［6］。

銑削前要求工件快進，到規定位置工進銑削加工;銑削完成后快速退回原位，到規定位置緩沖至死擋鐵停留。此時液壓滑套鉆削動力頭以快進轉工進的工藝流程對工件鉆削，鉆削完成后必須在兩液壓滑套鉆削動力頭全部退回原位，液壓滑套鉆削動力頭確實已離開工件后才允許夾具松開［7-8］。

雙銑頭銑削后，工作臺攜夾緊的工件退回原位至死擋鐵停止。此時工作臺不動，左右液壓滑套鉆削動力頭先快進，壓上行程開關后轉工進，對夾緊固定在工作臺上的工件進行工進鉆削，加工完畢后鉆頭快速退回，鉆頭停止轉動。只有當左、右鉆頭全部退到原位后，才允許液壓夾具松開。操作工卸下工件后，進行第二個零件的加工，機床自動循環工作示意圖如圖2所示。整個控制系統采用行程和壓力控制，被加工零件的夾緊(放松)由具有油路失電定位功能的液壓控制系統完成。手動調整的特點是按住某個按鈕后，系統相關環節動作，松開后關斷。機床動力部件工作流程示意圖如圖3所示［9］。

圖2 機床動力部件工作流程圖

圖3 機床自動循環工作示意圖

2 機床電氣控制設計

2.1 機床主電路

雙面二工位銑鉆組合機床配置的電動機最大為5.5kW，滿足電動機直接起動的要求，可采用直接起動［10］，除鉆削動力頭電機有正反向控制的要求外，其余均為單向起?？刂啤？紤]到短路保護、過載保護、零電壓和欠電壓保護等電氣控制電路的基本保護。設計機床主電路如圖4所示［11］。

圖4 機床主電路圖

在圖4中，設置自動空氣斷路器QF1為機床電源開關，其本身具有短路和過載的保護功能，使控制系統形成雙重保護，QF1～QF5為各電機斷路器，選用型號為帶電機保護功能的斷路器，故這里未設置熱繼電器，零壓和欠壓保護通過電動機電源接觸器KM1～KM6的電磁機構來實現。

機床共設置有6臺電動機:

①液壓泵電動機M1，功率為3kW，采用連續運轉工作方式，用交流接觸器KM1來控制。

②左右銑削頭電動機M2、M6，功率為5.5kW，用KM2、KM6進行單向連續運行控制。

③左、右鉆頭電動機M3、M4，功率為5.5kW，用KM3、KM4進行單向連續運行控制。

④機床潤滑電機M5用來給液壓滑臺導軌進行自動潤滑，減少導軌磨損并降低操作工勞動強度，用KM5進行單向連續控制。

2.2 控制電源、照明及顯示電路

為了在設計中符合“電隔離保護”的技術要求，在機床PLC控制系統中設置了控制變壓器TC。TC的輸入為交流380V，輸出為交流電110V、28V(整流后為DC24V)、36V和6.3V四種電壓，圖中只畫出了DC24V和交流36V兩種引線。其中交流110V電壓提供給接觸器;交流36V提供給照明燈HL，受燈開關S控制;直流24V電壓提供給電磁閥線圈以及電磁制動器;交流6.3V提供給按鈕、半自動循環和手動狀態指示燈等。

電源指示燈HL1采用直流24V電壓，當合上QF以后即被點亮，夾具欠壓指示燈HL2和液壓報警指示燈HL3也由直流24V供電。相關電路如圖5所示。

圖5 控制電源電源及機床照明指示燈圖

3 PLC控制系統的設計

3.1 確定PLC輸入、輸出設備，選擇PLC機型

雙面二工位銑鉆組合機床的控制系統是由PLC可編程控制器設計完成的，它在傳統的順序控制器的基礎上引入了計算機技術、自動控制技術和通訊技術，目的是用來取代繼電器、執行邏輯、記時、計數等順序控制功能，實現操作簡化、安全［12］。機床現場信號及工步與PLC數據對照表如表1、2所示。

表1 輸入信號地址分配表

(續表)

表2 輸出信號地址分配表

參照PLC的I/O信號，本設計選用三菱FX2n-64MR型PLC作為組合機床PLC控制系統的機型［13-14］。FX2n-64MR型PLC的基本單元是具有64個I/O點獨立工作系統，包括32個輸入點，32個輸出點及工作狀態指示燈等。

3.2 PLC輸入/輸出接線端子外接線圖

PLC輸入端子外電路共接30個輸入點，分別連接旋鈕、按鈕、行程開關壓力繼電器等主令元件及檢測元件，電源由PLC內部提供。輸出端子外電路按執行電器的電源類別分別組成不同的端子組，公用端子COM端加裝熔斷器作短路保護，并加裝中間繼電器來保護PLC輸出繼電器觸點。見圖6所示。

3.3 雙面二工位銑鉆組合機床程序設計

通過對雙面二工位組合機床工藝要求、控制流程及元器件的配置的分析，我們對控制過程、控制要求、轉換條件、機電關系和要使用的電器元件有了比較清楚的認識，在此基礎上編制了PLC控制程序。程序分為二部分:一為手動模式控制;二為自動模式控制。在自動模式中，采用分支程序對左右鉆削動力頭進行控制。系統調試將手動與自動操作控制獨立分開，自動操作控制首先保證單機程序調試成功后，再轉入連續控制，最后連成整個系統試運行。控制程序流程圖如圖7所示。

圖6 PLC輸入/輸出接線端子外接線圖

圖7 雙面二工位銑鉆組合機床PLC程序流程圖

4 結束語

雙面二工位組合機床電氣控制設計實施過程中，也遇到了很多實際的問題，經過不斷的修改、調試，最終圓滿的完成的機床的PLC控制系統調試，并投入生產。該系統經過一段時間運行表明，減少了大量繼電器的硬件接線，使得故障率低，可靠性高，提高了設備的生產效率。

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The Design of Control System of Two-station and Two-dimensional Shining and Drilling Modular Machine Tool

WEI Dao-zhu，YANG Qin，GUI Gui-sheng，GAO Lei
(School of Machinery and Automobile Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China)

In this paper，the main structure and motion form of two-station and two-dimensional shining and drilling modular machine tool are discussed and the work process and control requirement are analyzed，the movement cycle diagram of machine tool given.The types of Mitsubishi FX2n-64MR PLC are regarded as the core of control system of machine tool.The hardware structure and principle of operation are explained，the input and output address tables are listed and the outer wiring diagram of PLC is drawn.And the control software is programmed in this system.The machine tool can be operated by manual and automatic models though the way of branching program.The failure rate of the machine tool is reduced and reliability is raised，therefore the productivity is promoted after the system is put into operation，after the performing adjustment and period of time running.

automatic circulation;working feed;fast feed;branching program

TH165;TG502

B

1001-2265(2012)11-0057-04

2012-06-04

衛道柱(1970—)，男，合肥人，合肥工業大學講師，博士研究生，主要從事自動化加工與制造等，(E-mail)weidaozhu@126.com。

(編輯 李秀敏)