采用PLC為核心的液壓自動(dòng)攻牙機(jī)的設(shè)計(jì)

廣東省工商高級(jí)技工學(xué)校　劉暑平

一、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

數(shù)控機(jī)床的液壓自動(dòng)攻牙機(jī)模塊一般都安裝在由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力滑臺(tái)上。動(dòng)力滑臺(tái)由液壓傳動(dòng)系統(tǒng)控制，動(dòng)力來(lái)源于液壓泵，由PLC控制電磁閥，再由電磁閥通斷來(lái)接通或斷開(kāi)油路，從而控制液壓動(dòng)力滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的方向和運(yùn)動(dòng)的速度。液壓泵電動(dòng)機(jī)為通用型三相異步電動(dòng)機(jī)，它的動(dòng)作是單方向長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)作方式；液壓自動(dòng)攻牙機(jī)模塊的攻絲動(dòng)作也是由三相異步電動(dòng)機(jī)控制，但這臺(tái)電機(jī)要求有正反轉(zhuǎn)長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)作方式，停止時(shí)候采用了全波整流能耗制動(dòng)方式。

動(dòng)力滑臺(tái)的工作流程為：在動(dòng)力滑臺(tái)原點(diǎn)SQ1位置啟動(dòng)后，動(dòng)力滑臺(tái)快速向前運(yùn)動(dòng)碰到SQ2，動(dòng)力滑臺(tái)由原來(lái)的快進(jìn)變成工進(jìn)模式；動(dòng)力滑臺(tái)繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)到達(dá)攻牙進(jìn)給位置時(shí)停止向前運(yùn)動(dòng)，壓合絲錐原位開(kāi)關(guān)SQ4，轉(zhuǎn)成攻牙主軸開(kāi)始動(dòng)作，主軸動(dòng)作，絲錐離開(kāi)原位向前攻絲，當(dāng)攻絲牙到達(dá)規(guī)定深度時(shí)，SQ5動(dòng)作，主軸快速制動(dòng)；然后開(kāi)始反轉(zhuǎn)，讓絲錐退出孔洞，當(dāng)絲錐回到攻牙原點(diǎn)時(shí)，SQ4閉合，就要快速制動(dòng)，與其同時(shí)動(dòng)力滑臺(tái)也要快速退回，回到動(dòng)力滑臺(tái)原點(diǎn)停下。在這個(gè)動(dòng)作流程中，要注意SQ3的動(dòng)作，在動(dòng)力滑臺(tái)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，碰到SQ3則是動(dòng)力滑臺(tái)前進(jìn)到達(dá)攻牙位置，此時(shí)停止前時(shí)；而當(dāng)絲牙加工完成后，絲錐退回原位后，碰到SQ3，則是動(dòng)力滑臺(tái)快速退回到原點(diǎn)。整個(gè)工作系統(tǒng)必須在液壓泵電動(dòng)機(jī)工作正常的情況下才能投入到工作。為了便于系統(tǒng)的調(diào)試，要求有手動(dòng)操作功能。各種保護(hù)機(jī)制也要完善。

二、控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)

1、根據(jù)數(shù)控機(jī)床的液壓自動(dòng)攻牙機(jī)的設(shè)計(jì)要求列出了PLC的輸入/輸出分配表，如表1所示。

表1　液壓自動(dòng)攻牙機(jī)的I/O分配表

2、根據(jù)數(shù)控機(jī)床的模塊液壓自動(dòng)攻牙機(jī)的設(shè)計(jì)要求，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1　液壓自動(dòng)攻牙機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖

在這個(gè)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中YA1和YA3同時(shí)得電為快進(jìn)狀態(tài)；YA1得電為工進(jìn)狀態(tài)；YA2和YA3同時(shí)得電為快退狀態(tài)。

3、根據(jù)液壓自動(dòng)攻牙機(jī)設(shè)計(jì)要求所確定的I/O分配表所設(shè)計(jì)整個(gè)控制系統(tǒng)的PLC硬件接線原理圖如圖2所示。圖中M2為自動(dòng)攻牙機(jī)主軸電動(dòng)機(jī)，M1為液壓泵電動(dòng)機(jī)，YA1、YA2、YA3為控制自動(dòng)攻牙機(jī)的動(dòng)力滑臺(tái)電磁閥，R為能耗電阻，KH1，KH2為兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期工作提供過(guò)載保護(hù)。

三、控制程序的設(shè)計(jì)

根據(jù)液壓自動(dòng)攻牙機(jī)的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出指令表如圖3所示。

圖3　

圖2　

四、程序解釋

1、液壓泵電動(dòng)機(jī)M1的控制

在整個(gè)控制系統(tǒng)當(dāng)中，首先要啟動(dòng)是液壓泵電機(jī)，給整個(gè)系統(tǒng)提供液壓油。按下啟動(dòng)按鈕SB1，X0輸入信號(hào)為ON，提供給PLC，經(jīng)過(guò)程序運(yùn)算，讓Y3為ON，控制KM1接觸器接通，讓液壓泵電動(dòng)機(jī)M1啟動(dòng)連續(xù)運(yùn)行。停止分成正常停止和故障停止，正常停止則是按下SB2,則X1輸入信號(hào)為ON，這個(gè)信號(hào)提供給PLC，最終讓Y3為OFF，讓接觸器KM1斷開(kāi)，液壓泵電動(dòng)機(jī)M1停止工作；故障停止是指當(dāng)熱繼電器KH1動(dòng)作時(shí)，X11的輸入信號(hào)為OFF，這個(gè)信號(hào)進(jìn)入到PLC，經(jīng)過(guò)程序運(yùn)算，讓液壓泵電動(dòng)機(jī)M1停止運(yùn)行，也會(huì)讓所有步進(jìn)停止下來(lái)。

2、各個(gè)控制單元的手動(dòng)操作

當(dāng)液壓自動(dòng)攻牙機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)以，首先我們要啟動(dòng)液壓泵電動(dòng)機(jī)，只有它起動(dòng)了才可以選擇工作模式，一個(gè)自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，另外一個(gè)手動(dòng)調(diào)整狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)SA1旋鈕，讓SA1處于閉合狀態(tài)，此時(shí)處于手動(dòng)工作狀態(tài)。在手動(dòng)工作狀態(tài)下，按下SB5，則PLC的輸出Y0和Y2得電，此時(shí)快進(jìn)；按下SB6，則PLC的輸出Y0得電，此時(shí)工進(jìn)；按下SB7，則PLC的輸出Y1和Y2得電，此時(shí)快退；按下SB6，則PLC的輸出Y4得電，此時(shí)自動(dòng)攻牙機(jī)正轉(zhuǎn)；按下SB7，則PLC的輸出Y5得電，此時(shí)自動(dòng)攻牙機(jī)反轉(zhuǎn)。

3、液壓滑臺(tái)和攻牙操作

當(dāng)PLC輸入點(diǎn)X13信號(hào)為ON，也就是說(shuō)檢測(cè)到液壓泵電動(dòng)機(jī)已經(jīng)開(kāi)始正常工作了，也就是允許液壓滑臺(tái)和攻牙機(jī)開(kāi)始工作。

液壓滑臺(tái)的工作，首先要按下啟動(dòng)按鈕SB3，讓輸入信號(hào)X2為ON，這個(gè)時(shí)候液壓滑臺(tái)正好停止在原點(diǎn)的位置，此時(shí)活動(dòng)步為S31，在S31步內(nèi)完成接通Y0和Y2，接通電磁閥YA1和YA3，液壓滑臺(tái)處于快進(jìn)狀態(tài)，快速向前，到達(dá)指定位置碰到行程開(kāi)關(guān)SQ2，輸入信號(hào)X5為ON，此時(shí)活動(dòng)步為S32，也就是斷開(kāi)Y0和Y2，再次接通Y0，讓液壓滑臺(tái)處于工進(jìn)狀態(tài)；液壓滑臺(tái)以慢速向前移動(dòng)，碰到行程開(kāi)關(guān)SQ3，同時(shí)液壓滑臺(tái)也到達(dá)要攻牙的位置，碰到SQ4，電磁閥Y0斷電，液壓滑臺(tái)停止向前，Y4為ON，接通接觸器KM2，攻牙機(jī)向下運(yùn)動(dòng)開(kāi)始攻牙。攻牙機(jī)向下運(yùn)動(dòng)到攻牙終點(diǎn)，壓合行程開(kāi)關(guān)SQ5，斷開(kāi)Y4，接通Y5,也就是攻牙機(jī)停止正轉(zhuǎn)，接通制動(dòng)回路，讓攻牙機(jī)快速停止下來(lái)，另有一個(gè)定時(shí)器T0在定時(shí)工作，1S秒攻牙機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)，到達(dá)攻牙原點(diǎn)的時(shí)候，碰到SQ4，攻牙機(jī)反轉(zhuǎn)停止，開(kāi)始制動(dòng)，同時(shí)也有一定時(shí)器T1也開(kāi)始工作，定時(shí)1秒后，開(kāi)始執(zhí)行快退程序，讓Y1和Y2得電，也就是電磁閥YA2和YA3得電，液壓系統(tǒng)處于快退狀態(tài)，碰到原點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)SQ1，則這次攻牙結(jié)束。等待下一個(gè)動(dòng)作周期的動(dòng)作信號(hào)。

4、信號(hào)指示動(dòng)作

利用各個(gè)信號(hào)的來(lái)源驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)指示燈。舉例說(shuō)明，旋轉(zhuǎn)SA1，則X14為ON，接通Y7，驅(qū)動(dòng)HL1，手動(dòng)指示燈亮；旋回SA1，則X14為OFF，Y3常開(kāi)閉合，串聯(lián)X14常閉點(diǎn)，接通Y10，驅(qū)動(dòng)HL2，自動(dòng)指示燈亮。其余指示燈都是類似，這不一一說(shuō)明 。

五、調(diào)試

按圖1所示電氣原理圖在控制柜內(nèi)接好線，將做好程序下載到PLC當(dāng)中，液壓自動(dòng)攻牙機(jī)符合預(yù)選設(shè)計(jì)思想，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

[1]黃志堅(jiān).液壓系統(tǒng)控制與PLC應(yīng)用實(shí)例[M].中國(guó)電力出版社.第一版.

[2]官忠飯.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.第三版.

[3]阮友德.任務(wù)引領(lǐng)型PLC應(yīng)用技術(shù)教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社.第一版.

[4]向曉漢.三菱FX系列PLC完全精通教程[M].化學(xué)工業(yè)出版社.第一版.