基于PLC的三面铣组合机床电气控制系统设计

0 引言

　　可编程控制器(PLc)是以微处理器为核心的通用工业控制装置，它将传统的继电器．接触器控制系统与计算机控制技术紧密结合，集计算机、控制、通讯于一体，具有可靠性高、通用性强、应用灵活、易于使用、维修方便、价格便宜等优点，为工业自动化提供r近乎完美的自动控制装置。

　　目前，许多企业和高校实习工厂的机床和设备仍采用传统的继电器一接触器控制系统。由于采用物理电子器件和大最而又复杂的硬接线，使得系统的可靠性差，工作效率低，故障诊断和排除困难，严重影响了工厂的生产效率。因此，采用PLC对机床电气控制系统进行技术改造，很有益处。本文介绍三面铣组合机床PLC控制系统的设计和应用。

1 三面铣组合机床概述

　　1.1 组成及其工作过程

　　三面铣组合机床是用来对Z512W型台式钻床主轴箱的Φ80、Φ90孔端面及定位面进行铣销加工的一种自动加丁设备。主要由底座、床身、铣削动力头、液压动力滑台、液压站、工作台、工件松紧油缸等组成。机床底座上安放有床身，床身上一头安装有液压动力滑台。工件及夹紧装置放于滑台上。床身的两边各安装有一台铣销头，上方有立铣头，液压站在机床附近。其加丁动作是按预定的步骤安排的。操作者将要加工的零件放在液压动力滑台(工作台)的夹具中，在其他准备丁作就绪后，发出加丁指令。工件夹紧后压力继电器动作，滑台开始快进，到位转工进，同时起动左和右1铣头开始加工，加工到某一位置，立铣头开始加工，加工又过一定位置右1铣头停止，右2铣头开始加下，加1二到终点三台电机同时停止。待电机完全停止后，滑台快退回原位，工件松开，一个自动下作循环结束。操作者取下加工好的丁件，再放上未加工的零件，重新发出加丁指令重复上述工作过程。

　　1.2 三面铣组合机床的电气控制要求

　　三面铣组合机床有液压泵、左铣削头、右铣l削头、右铣2削头和立铣削头五台电机，均采用三相交流笼型异步电动机，设计要求如下：

　　(1)五台电机均为单向旋转。

　　(2)机床要求有单循环自动工作、单动力头自动循环丁作、点动三种工作方式，油泵电机在自动加工一个循环后不停机。

　　(3)单循环自动丁作过程。

　　(4)单动力头自动循环工作包括：左铣头单循环工作、右1铣头单循环工作、右2铣头单循环丁作、立铣头单循环工作。要求考虑各铣头单循环丁作的加工区间。

　　(5)点动工作包括：四台主轴电机均能点动对刀、滑台快速(快进、快退)点动调整、松紧油缸的调整(手动松开与手动夹紧)。

　　(6)电源、油泵工作、工件夹紧与放松和加工等信号指示。

　　(7)照明电路

　　(8)必要的联锁环节与保护环节。

2 PLC控制系统的硬件设计

　　三面铣组合机床液压泵、左铣削头、右铣1削头、右铣2削头和立铣削头的五台电动机均为单向运转，分别由KM1～KM5控制，FU1～FU5做短路保护，FR1～FR5做长期过载保护。

　　2.1 PLC的外部电路设计

　　(1)SB0为加T指令按钮，SQ1为滑台原位开关，SQ2为滑台快进转工进位置开关。

　　(2)由转换开关SA实现三面铣组合机床的单循环自动工作、单动力头自动循环工作、点动三种工作方式的选择。

　　(3)由按钮SB1～SB4分别控制左铣头、右1铣头、右2铣头、立铣头，且各铣头的单循环工作和点动对刀共用同一按钮。由程序实现两种控制；南位置歼关SQ3～SQ6分别控制左铣头、右1铣头、右2铣头、立铣头单循环丁作的加工区间。

　　(4)由按钮SB5和SB6控制滑台快进与快退，SB7和SB8控制以实现滑台的点动调整和油缸的松紧调整(手动松开与手动夹紧)。

　　(5)油泉和各铣头电动机的长期过载保护FR1～FR5触点并联后接入PLC，可以节省PLC的输入点数。

　　(6)工件夹紧与放松信号指示(HL1和HL2)、滑台快进与快退信号指示(HL3和HIA)、滑台工进信号指示(H15)、液压泵丁作信号指示(HL6)和各铣头加丁信号指示(HL7、HL8、HL9和HL10)分别并联在相对应的电磁铁或接触器线圈两端，可以节省PLC的输出点数。将触点并联后接人PLC，或将输出没备并联后接到PLC的同一个输出端子，可以降低设备的成本，这些方法被经常利用，但必须充分考虑控制系统的可靠性。

　　(7)由开关QS控制机床总电源，SAl控制机床的照明EL，且照明电路采用36V安全电压。冈QS、SAl不参与系统过程循环，故不纳入PLC控制系统。

　　(8)三面铣组合机床进行单循环自动铣销加工和单动力头自动循环工作时都必须先起动液压泵再进行后面的操作，即液压泵与各铣头之间有顺序联锁，且不论哪台电动机过载，液压泵与各铣头电动机全部停止，以保证加丁质量，减少故障。进行单循环自动铣销加工时还必须有以下联锁：①右1铣头与立铣头之间有顺序联锁；②立铣头与右2铣头之间有顺序联锁；③右1铣头与右2铣头不能同时工作，有互锁。

　　2.2 PLC选型与I／O资源分配

　　根据以上设计可知，该系统有19个输入点，11个输出点，由于接触器与电磁阀线圈所加电压的种类与高低不一样，故必须占用PLC的两组输出通道，并选择继电器输出型的PLC。通过对机床控制系统输入、输出电路的综合分析，本设计选择了两门子的STEP7—200 CPU226PLC，该机型的输入点数为24，输出点数为16，完全满足本设计中的基本要求。

　　3 PLC控制系统的软件设计

　　三面铣组合机床有单循环自动工作、单动力头自动循环工作、点动i种丁作方式，下面以一个自动工作循环为例分析单循环自动丁作过程控制。将转换开关SA扳至“单循环自动工作”位置，当操作者将要加T的零件放在液压滑台的夹具中后(其他准备工作就绪)，按下SB0，工件开始夹紧，夹紧后压力继电器BP2触点动作，信号灯HL1亮，滑台开始快进，信号灯HL3亮，原位开关SQl复位；当滑台压下S02后转工进，信号灯HL3熄灭，HL5亮，同时起动左和右1铣头开始加工，信号灯HL7、HL8亮；当加丁到指，定位置，立铣头开始加工，HL10亮；又过一定位置时，右1铣头停止，HL8熄灭。右2铣头开始加工，HL9亮，直到终点三台电动机同时停止。信号灯HL7、HL9、HLl0全部熄灭，此时，死档铁停留，当压力继电器BPI触点动作后滑台自动快速退回(HL4亮)原位，SQ1受压，工件松开(H12亮)，一个自动工作循环结束。

4 结束语

　　通过实验运行结果表明，将PLC技术应用于三面铣组合机床可节省大量的电气元件、导线与原材料，且可靠性高、使用灵活、调试方便，缩短了设计周期，减少了维修工作量，提高了加工零件合格率，具有整体技术经济效益。