0 引言

　　組合機(jī)床是一種在制造領(lǐng)域中用途廣泛的半自動(dòng)專(zhuān)用機(jī)床，由通用部件(如動(dòng)力頭、動(dòng)力滑臺(tái)、床身、立柱等)和專(zhuān)用部件(如專(zhuān)用動(dòng)力箱、專(zhuān)用夾具等)組成。這種機(jī)床既可以單機(jī)使用，也可以多機(jī)配套組成加。上自動(dòng)線，用于大批量機(jī)械產(chǎn)品的高效自動(dòng)化生產(chǎn)，如汽車(chē)零部件制造中的許多生產(chǎn)線。

　　三面鉆組合機(jī)床由三個(gè)液壓動(dòng)力滑臺(tái)和液壓傳動(dòng)的上作臺(tái)組成。左、右動(dòng)力頭和后動(dòng)力頭分別由其主軸電機(jī)拖動(dòng)，左、右動(dòng)力頭滑臺(tái)和后動(dòng)力滑臺(tái)由液壓缸驅(qū)動(dòng)前進(jìn)或后退。工件通過(guò)液壓夾具安裝在工作臺(tái)上。左、右動(dòng)力頭和后動(dòng)力頭同時(shí)工作、依次工作或選擇其中任意一個(gè)滑臺(tái)進(jìn)行一輪自動(dòng)加工循環(huán)。

1 三面鉆組合機(jī)床控制系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

　　目前，三面鉆組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)及夾緊機(jī)構(gòu)的控制傳統(tǒng)上普遍采用液壓結(jié)合電氣控制，電氣控制采用傳統(tǒng)的繼電器PLC硬布線邏輯控制。這種控制方式具有很大的局限性，即一種控制系統(tǒng)只能控制特定的對(duì)象。當(dāng)控制對(duì)象變化時(shí)，需要重新設(shè)計(jì)、重新布線;另外，這種控制系統(tǒng)可靠性差，需經(jīng)常維修。而可編程控制器(PLC)是工業(yè)控制當(dāng)中的通用設(shè)備，當(dāng)控制對(duì)象變化，只需改變程序軟件就能滿(mǎn)足控制要求。同時(shí)，PLC相對(duì)+RLC具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、性能價(jià)格比高、硬件配套齊全，適應(yīng)性強(qiáng)、用戶(hù)使用方便等優(yōu)勢(shì)。因此，隨著近年來(lái)數(shù)控技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的發(fā)展，在三面鉆組合機(jī)床的控制系統(tǒng)中用PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的RLC是必然的趨勢(shì)。

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　2.1 PLC的選取

　　由于PLC的品種、型號(hào)、規(guī)格、功能各不相同，綜合多種因素考慮，本控制系統(tǒng)的主控設(shè)備選用酉門(mén)子公司的S7-200系列小型可編程序控制器。S7-200型是一個(gè)小型模塊化的PLC;系統(tǒng)，’已能滿(mǎn)足中等性能要求的應(yīng)用，具有功能完善、結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便、易于掌握、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)。并且具有多種功能模塊和人機(jī)界面可供選擇，可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)，它同時(shí)具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)更加簡(jiǎn)單，非常適用于本系統(tǒng)。

　　2.2 硬件設(shè)計(jì)

　　2.2.1 系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)

　　控制系統(tǒng)的上電路主要由刀開(kāi)關(guān)、熔斷器、接觸器的主觸點(diǎn)、熱繼電器的熱元件和電動(dòng)機(jī)構(gòu)成。

　　對(duì)于三面鉆紐合機(jī)床來(lái)說(shuō)，機(jī)床上有四臺(tái)電動(dòng)機(jī):液壓泵電動(dòng)機(jī)M1(對(duì)整個(gè)系統(tǒng)提供油液)、左刀具電動(dòng)機(jī)M2,右刀具電動(dòng)機(jī)M3、后刀具電動(dòng)機(jī)M4(對(duì)工件進(jìn)行鉆孔加工)。各電動(dòng)機(jī)的控制如下:液壓泵電動(dòng)機(jī)M1由接觸器KM1控制;左動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)M2由接觸器KM}控制:右動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)M3由接觸器KM3控制;后動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)M4由接觸器KM4控制。四臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率不是很大，啟動(dòng)電流不大，無(wú)須采用降壓?jiǎn)?dòng)，同時(shí)也無(wú)正反轉(zhuǎn)要求，均為直接起動(dòng)，單向旋轉(zhuǎn)。圖1為三面鉆組合機(jī)床控制系統(tǒng)的主電路圖。

　　2.2.2 系統(tǒng)控制回路的設(shè)計(jì)

　　PLC控制系統(tǒng)中的控制回路，是指由繼電器、接觸器等低壓電器構(gòu)成的強(qiáng)電控制l}}i路。在常見(jiàn)的控制系統(tǒng)中，控制回路一般有AC220V與DC24V兩種。具體設(shè)計(jì)步驟如下:

　　a)控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)的確定

　　對(duì)三面鉆組合機(jī)床的要求進(jìn)行分析，可以確定的輸入/輸出量有:液壓泵啟動(dòng)了停止按鈕、系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕、工件夾緊/放松按鈕、工作臺(tái)前進(jìn)/后退點(diǎn)動(dòng)按鈕、滑臺(tái)前進(jìn)/后退點(diǎn)動(dòng)按鈕、動(dòng)力頭電機(jī)啟動(dòng)/停止按鈕、急停按鈕、手動(dòng)/自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)、自動(dòng)工作模式選擇開(kāi)關(guān)、滑臺(tái)選擇)開(kāi)關(guān)、工作臺(tái)選擇開(kāi)關(guān)以及各執(zhí)行元件的的位置檢測(cè)行程開(kāi)關(guān)等輸人量。四個(gè)電機(jī)的接觸器線圈、工作臺(tái)前進(jìn)/后退電磁閥、夾具夾緊電磁閥、左右后滑臺(tái)的快進(jìn)工進(jìn)/快退電磁閥、指不燈等輸出量。具體分配如表1所示。

　　從上表的分析可以知道，系統(tǒng)共有開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)3&個(gè)，開(kāi)關(guān)輸出點(diǎn)19個(gè);無(wú)模擬量的輸人和輸出點(diǎn)，因此可以選擇CP}224 PLC,作為主機(jī)單元。參照兩門(mén)子57一200產(chǎn)品目錄及市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī)為CPL1224 (14輸人/10輸出丫臺(tái)，加仁一臺(tái)純輸人模塊E14221(16DC輸人)，一臺(tái)混合擴(kuò)展模塊EM14i2?3 (8DC輸人/8繼電器輸出)和一臺(tái)混合擴(kuò)展模塊E11223(4170輸人/4T}C輸出)。這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。整個(gè)PLC系統(tǒng)的配置如圖2所示。

　　c)確定P1,C;輸人/輸出回路

　　PLC輸人/輸出回路設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，只是按照系統(tǒng)的要求一與模塊的I/O)情況，對(duì)各模塊的I/O點(diǎn)進(jìn)行功能分組與相對(duì)均勻的分配而已，這些分配不僅需要考慮PLC的負(fù)載均勻，而且同時(shí)要求考慮PLC程序設(shè)計(jì)方面的需要。因此，在三面鉆組合機(jī)床I/O點(diǎn)的確定以及PLC選邢完成后，便可以分配I/O點(diǎn)，然后確定出PLC輸人/輸出回路。I/O點(diǎn)分配情況如表2和3所示.;

　　其中，選抒開(kāi)關(guān)SA2才f到I3,O時(shí)為同時(shí)工作模式。打到I3.1為選擇工作模式，都斷開(kāi)時(shí)表示為順序工作模式。選擇開(kāi)關(guān)SA3都斷開(kāi)時(shí)表示滑臺(tái)全選，SA4都斷開(kāi)時(shí)表示主軸電機(jī)全選。這樣的選擇有利干節(jié)省點(diǎn)數(shù)。

　　在分配好I/O點(diǎn)后，便PLC連接PLC輸人/輸出回路。

　　2.3 軟件設(shè)計(jì)

　　三面鉆組介機(jī)床的控制是比較復(fù)雜的，要滿(mǎn)足多位置、多控制的要求但是其運(yùn)行還是有規(guī)律可循的，它總是按照一定的程序性。重復(fù)地進(jìn)行動(dòng)作，循環(huán)過(guò)程為:災(zāi)緊→工作臺(tái)前進(jìn)→滑臺(tái)快進(jìn)→工進(jìn)→滑臺(tái)快退→工作臺(tái)后退→放松。

　　由三面鉆組合機(jī)床的控制要求可知，該控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)3個(gè)控制功能:

　　①執(zhí)行元件的點(diǎn)動(dòng)、復(fù)位控制;

　?、趧?dòng)力滑臺(tái)的單機(jī)自動(dòng)循環(huán)控制;

　?、壅麢C(jī)全自動(dòng)工作循環(huán)控制。

　　由此可首先設(shè)計(jì)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。

　　分析汽面鉆組合機(jī)床的加工過(guò)程，可知系統(tǒng)的工作條件是在液壓泵啟動(dòng)且系統(tǒng)壓力達(dá)到指定值后，執(zhí)行元件才能丁作，這就相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)的啟?？刂?，而設(shè)備有“自動(dòng)/手動(dòng)”兩種工作方式，其控制程序由系統(tǒng)主程序、“自動(dòng)”控制程序、“手動(dòng)”控制程序三個(gè)模塊組成。各模塊程序分開(kāi)編寫(xiě)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)一單，層次清楚，便于調(diào)試和修改。下面就以系統(tǒng)主程序?yàn)槔?，說(shuō)明程序的設(shè)計(jì)。

　　系統(tǒng)主程序包含系統(tǒng)的起、?？刂坪椭甘緹舻炔糠秩鐖D3所示。當(dāng)按一下液壓泵啟動(dòng)按鈕I0.0時(shí)，液壓泵電機(jī)啟動(dòng)，系統(tǒng)壓力逐漸升高，直到達(dá)到工作要求時(shí)，壓力繼電器I4.3(ON)，指示燈Q2.6亮，當(dāng)夾緊壓力繼電器I4.4(ON)，指示燈Q2.7亮，當(dāng)4個(gè)電機(jī)過(guò)載時(shí)，指示燈Q3.0亮。

圖3 系統(tǒng)主程序

　　本程序經(jīng)模擬調(diào)試，憲全符合三面鉆孔組合機(jī)床的電氣控制要求，使用效果良好。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，人大節(jié)省了安裝調(diào)試時(shí)間，提高了效率。

3 結(jié)束語(yǔ)

　　本文在對(duì)三面鉆組合機(jī)床控制系統(tǒng)現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，提出了種纂于西門(mén)子公司57 - 200系列小型叮編程序控制器作為主控設(shè)備的控制系統(tǒng)，并完成了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。經(jīng)模擬調(diào)試，完全滿(mǎn)足相關(guān)控制要求，同原有控制系統(tǒng)相比具有穩(wěn)定性高、適應(yīng)性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。為組合機(jī)床控制系統(tǒng)智能化、知識(shí)化、小型化的發(fā)展提供了有利的參考