用PLC改造三面铣组合机床控制系统

・１２・　用ＰＬＣ改造三面铣组合机床控制系统　赵华　（南阳理工学院，河南南阳４７３００４）　摘要：从机床自动控制的实际需要出发，利用ＰＬＣ对三面铣组合机床的电气控制系统进行了改造，并给出了其ＰＬＣ控制系统的硬　件设计和梯形图程序。以此可以提高机床的可靠性、灵活性以及效率。　关键词：ＰＬＣ三面铣组合机床控制系统改造　中图分类号：ＴＧ５２７；ＴＧ５０２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１１３０２—６８８６（２０１０）０３—００１２—０３　Ｔｈｅ　Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｔｈｒｅｅ－ｓｕｒｆａｃｅ　Ｍｉｌｌｉｎｇ　Ｍｏｄｕｌａｒ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｔｏｏｌ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＬＣ　ＺＨＡ０Ｈｕａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＰＬＣ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｉｒｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ—Ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｉｌｌｉｎｇ　ｍｏｄｕｌａｒ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，　ｗｈｉｃｈ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ　ｏｆ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　ｔｏｏ１．Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ＰＬＣ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｅ　ｖｅｎ　ａｌｓｏ．Ｉｔ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｒｅｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＰＬＣ；ｔｈｒｅｅ—ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｉｌｌｉｎｇ　ｍｏｄｕｌａｒ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌ；ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ；ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　组合机床是一种进行特定加工的高效率、自动化专用设　台、夹紧油缸、液压站等。床身安放于机床底座上，一头安装　备。传统组合机床的控制系统大部分为继电接触器控制。　有液压动力滑台，工件及夹紧装置放于滑台上；左右铣销头装　继电器控制系统虽然结构简单、价格便宜，但其接线复杂、故　在床身两边，上方有立铣头，液压站在机床附近。　障率高、寿命短、可靠性差。特别是当机床加工对象改变、控　该机床采用电动机和液压系统相结合的驱动方式，其中　制要求更改时，需对控制系统重新设计、安装、调试，不能适应　Ｍ。为液压泵的驱动电动机，电动机Ｍ　、　、Ｍ　、Ｍ　分别带动　现代生产要求。　左侧单铣头主　如某厂三面铣组合机床　轴、右侧一单铣　可用来对如图１所示工件的　头主轴、右侧二　卿、＋９０孔的端面及定位面　单铣头主轴以及　进行铣销加工。其原有控制　立铣头主轴旋　系统采用继电接触器控制与　转，为它们提供　液压系统相结合的方式。由　切削主运动，动　于使用多年，电气器件及控　力滑台的运动，　制线路已严重老化，故障率　工件松紧则由液　高，维修困难，严重影响生产　图１加工工件示意图　压系统实现。图　的正常进行。应其要求，我们采用三菱Ｆｘｏｎ一４０ＭＲ可编程　２为其液压系统　序控制器（ＰＬＣ）对该设备控制系统进行了改造。由于ＰＬＣ　原理图。　图２　液压系统原理图　通用性强、可靠性高、抗干扰能力强、系统组合灵活方便，使改　在加工图１所示零件时，先把工件装入夹具，按下按钮　装后的组合机床控制系统具有很好的柔性。同时降低了设　ＳＢ３，机床便开始自动循环的工作过程。当工件夹紧到位，压　备故障率，提高了生产效率，经济效益显著。　下行程开关ＳＱ６，压力继电器ＳＰ２动作，动力滑台（工作台）开　始决速前进；到预定位置压下行程开关ＳＱａ，滑台由快进转为　１机床工作原理及电气控制要求　工进。同时左铣头电动机Ｍ，、右铣头１电动机　起动，左和　三面铣组合机床是典型的机电液一体化的自动加工设　右１铣头开始加工；滑台继续工进到压下行程开关ＳＱ３，立铣　备，主要结构有底座、床身、铣削动力头、液压动力滑台、工作　头电动机Ｍ　起动；滑台继续工进到压下行程开关ＳＱ４，右铣　作者简介：赵华（１９６９一），女，硕士，副教授，主要从事测控技术以及机电一体化的教学与研究。　收稿日期：２００９—１２—３０　・１３・　头１电动机Ｍ　停转。同时右铣头２电动机Ｍ　起动；滑台进　给到终点，压下终点行程开关ＳＱ５，立铣、左、右２三台动力头　电动机均停转。此时滑台位于挡铁停留位置，压力继电器　ＳＰ１动作。时间继电器ＫＴ延时后控制滑台快速退回，退回至　原位时，压下行程开关ＳＱ１；工件被松开，压力继电器ＳＰ２触　制器。此型号ＰＬＣ输入点数为２４个，输出点数为１６个，继电　器输出，使用电源为ＡＣ２２０Ｖ。　该控制系统中所有输入触发信号采用常开触点接法，所　需的２４　ｖ直流电源由ＰＬＣ内部提供；输出负载中的所有直流　电磁换向阀同样采用由ＰＬＣ内部提供的２４　Ｖ直流电源，输出　负载中的５个交流接触器线圈则需外接２２０　Ｖ交流电源，具　体的Ｉ／Ｏ地址分配详见表２。　表２　ＰＬＣ的Ｉ／ｏ分配表　点打开，夹紧行程开关ＳＱ６放开，一个工作循环结束。　图３为三面铣组合机床自动循环工作示意图，表１为机　床自动循环工作时各电器元件动作表。　ＳＱＳ　５　ＳＢ１　系统总停　ｘ０　ＫＭ１液压泵电动机Ｍ．起动接触器Ｙ０　ｘｌ　ＫＭ２左铣头电动机Ｍ　起动接触器Ｙ１　）（２　ＫＭ３右铣头１电动机Ｍ　起动接触器Ｙ２　）（３　ＫＭ４立铣头电动机Ｍ　起动接触器Ｙ３　ＫＴ　。　ＳＢ２液压泵电动机Ｍ。起动ＳＢ３　工件夹紧手动控制　瓣。　　僦。　头。一　ＳＢ４左铣头电动机Ｍ　起动ＳＢ５右铣头１电动机Ｍ　起动Ｘ４　ＫＭ５右铣头２电动机Ｍ　起动接触器Ｙ４　ＳＱ４瞧Ｍ５停ｔｓＱ　ＳＢ６立铣头电动机Ｍ　起动）（５　ＨＬＩ　ＳＢ７右铣头２电动机Ｍ　起动Ｘ６　ＨＬ２　电源指示灯　液压泵指示灯　Ｙ５　Ｙ６　图３三面铣组合机床自动循环工作示意图　表１　电器元件动作表　ＳＢ８　ＳＢ９　ＳＢ１０　ＳＱＩ　动力滑台快进动力滑台陕退放松工件手动控制原位行程开关Ｘ７　ＨＬ３　Ｘ１０　ＹＶ１　Ｘ１　１　ＹＶ２　工件夹紧指示灯　Ｙ７　工件夹紧电磁阀　Ｙ１０　工件松开电磁阀　ＹＩ１　Ｘ１２　ＹＶ３动力滑台快进电磁阀Ｙ１２　ＳＱ２　工进行程开关Ｘ１３　ＹＶ４动力滑台快退电磁阀Ｙ１３　ＸＩ４　ＹＶ５动力滑台工进电磁阀ＹＩ４　机床工作指示灯　Ｙ１５　ＳＱ３　立铣头工作行程开关ＳＱ４右铣头２工作行程开关ＸＩ５　ＥＬ　ＳＱ５　ｓＱ６　终点行程开关快进行程开关自动循环控制ＸＩ６　Ｘ１７　Ｘ２０　Ｘ２１　机床的电气控制要求液压泵电动机Ｍ。先启动，只有系　统正常供油后，其它控制电路才能通电工作；动力滑台可单循　环自动工作、同时具备快速（快进、快退）点动调整功能；左、　ＳＡ１—０　ＳＡ１—１铣头电动机点动控制ＳＡ１—２　动力滑台点动控制ＳＰ１　挡铁停留压力继电器ＳＰ２　夹紧压力继电器Ｘ２２　Ｘ２３　Ｘ２４　右（右１、右２）、立四台单铣头既可自动循环工作，其主轴电动　机Ｍ　、Ｍ　、Ｍ　、Ｍ　又均能点动对刀；夹紧油缸可进行手动松开　与夹紧的调整；五台电动机均为单向旋转；另外要求有电源、　油泵工作、工件夹紧、加工等信号指示；要求有照明电路和必　要的联锁与保护环节等。　ＳＡ２　照明开关Ｘ２５　由于三面铣组合机床中按钮、行程开关及转换开关较多，　为了减少输入点数，降低费用，对输入信号作了适当处理，如　５台电动机的过载保护不作为输入信号，而直接接入输出线　圈回路中。另外，电磁阀为感性负载并且通断频繁，为了保护　２电气控制系统硬件设计　三面铣组合机床的电气控制属单机控制，输入输出均为　开关量。根据实际控制要求，并考虑系统改造成本，在改造　时尽可能使用原有电器，根据原有控制电路来计算Ｉ／Ｏ点数。　其中：按钮１１个、行程开关６个、转换开关１个（３个位置）、压　力继电器２个，共计输入点数２２个；接触器５个、电磁铁５　ＰＬＣ的输出触点，在每个电磁阀两端各并上一续流二极管，来　吸收反向过电压。ＰＬＣ与机床中各个电器的Ｉ／Ｏ接线图如图　４所示。　个、指示灯４个，共计输出点数１４个。　在准确计算Ｉ／Ｏ总点数的基础上，采用抗干扰强、稳定　性和可靠性较高的三菱公司生产的Ｆｘｏｎ一４０ＭＲ型可编程控　３　电气控制系统软件设计　由三面铣组合机床的控制要求可知，程序结构应包含３　个部分：自动循环工作控制、调整控制以及工作状态显示部　中国机械采购网　一　・１４・　哪　ＡＣ　２２ＯＶ　Ｘ　ｃ　ｘ】２　ＣＯＭ　哪　洲　ＣＯＭ０　…　㈨　Ｉｌ　Ｘ０　Ｙ０　ｎ　ｋ　Ｘ０２５　０Ｂ　ＸＩ　Ｋ　－ｒ暑Ｒｌ　ｌｌ　Ｘｆｌｌ７　ＣＯＭｌ　Ｘ２　Ｙ１　ｎ　ｋ　ｌｌ　Ｘ３　ＫＭ　Ｒ２　Ｙ０００　ｌ＿　Ｔ＋－　Ｘ４　ＣＯＭ２　ｎ　Ｒ３　Ｘ５　Ｙ２　Ｙ３　Ｘ０２ｌ　Ｘ００３　一　Ｘ６　Ｘ７　Ｌ．Ｊ＿　＾　ｌＩ　ｌ】　Ｉ●　ＫＭ４　ＦＲ４　Ｘ１０　ＣＯＭ３　Ｘ００４　ＸＩ１　Ｙ４　———｛＝）Ｊ卜　ｌ’　Ｘ【ｘ】５　Ｘ１２　霉　Ｙ５　—　１ｌ　Ｘ１３　Ｙ６　———　ｘｌ４　至　Ｙ７　Ｘｅ０６　Ｉｌ　————　【ｌ　　．Ｘ１５　Ｍ０　ＸＩ６　Ｃ０Ｍ４　Ｘ１７　ＹｌＯ　ＹＶ１　Ｖ＂ｌ　Ｘｏｏ　广　Ｘ２０　ＹＩ１　、　＿卜＿Ｊ　－－－－－－　，●　－－一　Ｘ２ｌ　Ｘ０２２　Ｘ［ｘ】７　ＹＩ２　１　ｒ＿　１　Ｊ　Ｘ２２　／　Ｘ２３　Ｙｌ３　、　Ｘ０ｌｌ　／　Ｘ２４　Ｉｌ　ＣＯＭ５　Ｘ０ｌ０　Ｘ２５　＂１＂１４　ＹＶ５　ｎ　Ｙ１５　图４　ＰＬＣ与机床的Ｉ／Ｏ接线图　图５梯形图程序　分。根据要求首先写出该组合机床的顺序功能图，再由顺序　４结语　功能图，最终设计出符合要求的控制梯形图程序，如图５所　该三面铣组合机床控制系统经过ＰＬＣ改造后，运行良　示。　好，故障率大大降低。而且改装后的组合机床控制系统具有　由梯形图程序可知，当液压泵电动机起动以后，ＳＡ１置于　很好的柔性，能适应产品的变化，当工艺程序变更时，只需修　０位置（即Ｘ２０　ＯＮ）时，按下ＳＢ３（Ｘ２　ＯＮ），开始执行如图３所　改程序，就可满足新的加］二要求。可见传统的机械设备经过　示的夹紧、快进、工进、停留、快退、松开的机床自动循环控制；　ＰＩ　改造后，既能使之成为机电一体化的新产品，适用生产过　ＳＡ１置于１位置（即Ｘ２１　ＯＮ）时，通过ＳＢ４～ＳＢ７可对铣削动　程的自动控制；３Ｌ能发挥原组合机床的效能，而且投资较小。　力头电动机进行点动调整控制；ＳＡ１置于２位置（即Ｘ２２　ＯＮ）　因此灵活应用ＰＬＣ是实现组合机床电气自动化的有效途径。　时，通过ＳＢ３、ＳＢ１０、ＳＢ８、ＳＢ９可对工件的夹紧与放松、动力滑　台的快进号陕退进行手动调整控制。　参考文献　本程序经模拟调试，完全符合三面铣组合机床的电气控　制要求。在使用过程中，还可根据不同的控制要求，在不改动　［１］周军等．电气控制及ＰＬＣ北京：机械工业出版社，２０Ｏ４　接线或改动很少的情况下，通过改变程序来实现不同要求，节　［２］海心等．机电传动控制．北京：高等教育出版社，２Ｏ０７　省了安装调试时间，大大提高了灵活性和生产效率。　（上接第７页）　４结束语　参考文献　由于采用触摸屏和ＰＬＣ进行控制，采用伺服电机拖动，　不仅大大简化了机械机构，缩短制造周期，节约制造成本，而　［１］ＡＤＰ６软体使用手册．泉毅电子股份有限公司　且锥度磨削精度也比原来的机械式锥度磨削有较大的提高。　［２］ｓｕ一５／６Ｂ用户手册．光洋电子（无锡）有限公司　生产实践表明，经该机床磨削的锥度接触面达８０％￣２：￣ｐｇ－　［。］　ｕ一　／　Ｂ可编程序控制器特殊模块・光洋电子（无锡）有限公司　、于…跳动ｓ　ｍ，可　愀　４］ＳＵ　－６Ｍ　１￣ｆｌｑ－　７／＇０１－　．　度轴颈磨削要求…。　…　。司　。