用PLC改造三面铣组合机床控制系统

　　组合机床是一种进行特定加工的高效率、自动化专用设备。传统组合机床的控制系统大部分为继电接触器控制。继电器控制系统虽然结构简单、价格便宜，但其接线复杂、故障率高、寿命短、可靠性差。特别是当机床加工对象改变、控制要求更改时，需对控制系统重新设计、安装、调试，不能适应现代生产要求。

　　如某厂三面铣组合机床可用来对如图1所示工件的Φ80、Φ90孔的端面及定位面进行铣销加工。其原有控制系统采用继电接触器控制与液压系统相结合的方式。由于使用多年，电气器件及控制线路已严重老化，故障率高，维修困难，严重影响生产的正常进行。应其要求，我们采用三菱Fxon一40MR可编程序控制器(PLC)对该设备控制系统进行了改造。由于PIE通用性强、可靠性高、抗干扰能力强、系统组合灵活方便，使改装后的组合机床控制系统具有很好的柔性。同时降低了设备故障率，提高了生产效率，经济效益显著。

1 机床工作原理及电气控制要求

　　三面铣组合机床是典型的机电液一体化的自动加工设备，主要结构有底座、床身、铣削动力头、液压动力滑台、工作台、夹紧油缸、液压站等。床身安放于机床底座上，一头安装有液压动力滑台，工件及夹紧装置放于滑台上；左右铣销头装在床身两边，上方有市铣头，液压站在机床附近。

　　该机床采用电动机和液压系统相结合的驱动方式，其中M1为液压泵的驱动电动机，电动机M2、M3、M5、M4分别带动左侧单铣头主轴、右侧一单铣头主轴、右侧二单铣头主轴以及立铣头主轴旋转，为它们提供切削主运动，动力滑台的运动，工件松紧则由液压系统实现。图2为其液压系统原理图。

图1加工工件示意图

图2液压系统原理图

　　在加工图1所示零件时，先把工件装入夹具，按下按钮SB3，机床便开始自动循环的工作过程。当工件夹紧到位，压下行程开关SQ6，压力继电器SP2动作，动力滑台(工作台)开始陕速前进；到预定位置压下行程开关SQ2，滑台由快进转为工进。同时左铣头电动机M2、右铣头1电动机M3起动，左和右1铣头开始加工；滑台继续工进到压下行程开关SQ3，立铣头电动机M。起动；滑台继续工进到压下行程开关SQ4，右铣头1电动机M，停转。同时右铣头2电动机M5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触点打开，夹紧行程开关SQ6放开，—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。

图3三面铣组合机床自动循环工作示意图

　　机床的电气控制要求液压采电动机M1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、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M2、M3、M4、M5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。

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，输入输出均为开关鼍。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育流电源由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。

　　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同路中。另外，电磁阀为感性负载并且通断频繁，为了保护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。PIE与机床中各个电器的I／O接线图如图4所示。

图4 PLC与机床的I／O接线图

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分。根据要求首先写出该组合机床的顺序功能图，再由顺序功能图，最终设计出符合要求的控制梯形图程序，如图5所示。

图5梯形图程序

　　由梯形图程序可知，当液压泵电动机起动以后。SA1置于0位置(即X20 ON)时，按下SB3(X2 ON)，开始执行如图3所示的夹紧、快进、工进、停留、快退、松开的机床自动循环控制；SA1置于1位置(即X21 ON)时，通过SB4～SB7可对铣削动力头电动机进行点动调整控制；SAI置于2位置(即x22 ON)时，通过SB3、SBIO、SB8、SB9可对工件的夹紧与放松、动力滑台的快进与快退进行手动调整控制。

　　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，节省了安装调试时间，大大提高了灵活性和生产效率。

4 结语

　　该三面铣组合机床控制系统经过PLC改造后，运行良好，故障率大大降低。而且改装后的组合机床控制系统具有很好的柔性，能适应产品的变化，当工艺程序变更时，只需修改程序，就可满足新的加工要求。可见传统的机械设备经过PLC改造后，既能使之成为机电一体化的新产品，适用生产过程的自动控制；又能发挥原组合机床的效能，而且投资较小。因此灵活应用PLC是实现组合机床电气自动化的有效途径。