组合机床的PLC控制_基于PLC的组合机床控制系统设计

时间：2019-05-07 03:33:57　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　【摘要】文中针对机床电器的控制特点，将PLC技术应用于组合机床，可以充分发挥PLC可靠性高、调试方便和使用灵活等优点。进而大大缩短产品的开发周期，降低设计成本，提高控制系统的可靠性和产品的合格率，使生产效率大幅提升。
　　【关键词】可编程控制器；组合机床；控制系统
　　
　　一、引言
　　组合机床是由一些通用部件及少量的专用部件组成的自动化程度较高的高效专用机床。可多轴、多边、多工序和多面同时进行钻、扩、铰、镗、车、铣和磨等加工工作，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。并可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期，兼有成本低和效率高的优点，在大批量生产中得到广泛应用。同时，随着生产自动化水平的提高，可编程序控制器以其功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程及适应工业环境下应用等一系列优点在工业控制中的应用越来越广泛。把PLC技术应用于组合机床，可以充分发挥其可靠性高、调试方便和使用灵活等优点。进而大大缩短产品的开发周期，降低设计成本，提高成功率和产品的可靠性及生产效率。利用PLC实现对组合机床的自动控制，无疑是今后的发展方向。
　　二、组合机床的结构、运动形式和控制要求
　　1.组合机床的结构与运动分析
　　组合机床由底座、立柱、滑台、切削头、动力箱等通用部件，多轴箱、夹具等专用部件，以及控制、冷却、排屑、润滑等辅助部件组合而成。
　　其中，动力部件用来实现主运动或进给运动。包括动力滑台、动力箱和各种切削头。切削头的旋转运动为主运动，由电动机驱动；动力头或动力滑台是组合机床最主要的通用部件。动力头能同时完成切削运动及进给运动，而动力滑台只能完成进给运动。它们是完成刀具切削运动和进给运动的部件。一般多采用电动机驱动或采用液压系统驱动，并由电气系统进行自动工作循环的控制，是典型的机电或机电液一体化的自动化加工设备。
　　支承部件主要为各种底座、滑座、立柱等，它是组合机床的基础部件，用于支承、安装组合机床的其他零部件。
　　输送部件用于多工位组合机床中，用来完成工件的工位转换。包括直线移动工作台、回转工作台、回转鼓轮工作台等。
　　控制部件。用于组合机床完成预定的工作循环程序。它包括液压元件操纵板、控制挡铁、按钮控制台及电气控制部分。
　　辅助部件。辅助部件包括冷却、排屑、润滑等装置以及机械手、定位、夹紧、导向等部件。
　　2.组合机床的拖动要求与控制特点
　　组合机床的控制系统大多采用机械、液压(或气动)、电气相结合的控制方式。组合机床的电气控制系统由通用部件的典型控制线路及基本控制环节，再根据加工、操作要求以及自动循环过程综合而成。
　　由于加工工件和工序要求不同，组合机床的配置各不相同，它的电气控制线路亦不相同，电气控制的主要对象是通用部件和专用部件。加工过程中电动机大多不需调速，运动部件状态即自动工作循环流程(快进、工进、快退等)的转换，多由行程开关控制和发出转换信号，控制电路大多采用继电器—接触器控制系统。
　　动力滑台配置不同的控制电路，可完成多种自动循环。在一次循环中，要实现速度差别很大的快进和工进，快进、快退由快进电动机实现，工进由工进电动机实现。
　　动力滑台与动力头相比较，前者配置成的组合机床较动力头更为灵活。在动力头上只安装多轴箱，而滑台还可安装各种切削头组成的动力头，广泛用来组成卧式、立式组合机床及其自动线，以完成钻、扩、铰、镗、刮端面、倒角、铣削和攻螺纹等加工工序。
　　3.系统设计要求
　　本系统有连续全自动工作循环及手动工作方式。由按钮对每一加工进行单独控制。手动方式可供维修用，每按一次启动按钮，回转台转一个工位，铣、钻、扩、攻同时加工，加工完毕自动停止。全自动方式供正常工作使用，当按下启动按钮时，组合机床周而复始地执行各步动作，直到按下停止按钮为止。
　　根据组合机床的加工特点，其动作过程要求如下：
　　启动电源（液压系统启动M1）；系统启动后延时3秒保证系统压力正常。按工作按钮（启动SB1），工件夹紧（7DT带电）并延时2秒以保证工件可靠夹紧；然后动力头启动运转（M2/M3运行）并快速进给（1DT/4DT带电）；当行程开关LS3、LS4压下时，动力头工作进给（1DT/2DT和4DT/5DT同时带电）；当行程开关LS5、LS6压下时，动力头进给到位暂停2秒（该动作能够充分保证钻孔底面的加工质量）。随后动力头快退（1DT/2DT/4DT/5DT断电、3DT/6DT带电）；当行程开关LS1/LS2压下时，3DT/6DT断电，动力头停止（M2制动），夹紧松开（7DT断电）。该系统可进行单循环和自动循环控制。
　　三、控制系统硬件设计
　　该机床由PLC组成的电控系统共有各种输入信号8个，输出信号9个。输入元件中包括工作方式选择开关、启动、急停按钮，用于检测各工位工作进程的行程开关等等。输出元件包括控制各动力头主轴电动机运行的接触器线圈，控制各工位向前与向后、快速以及退回、夹紧、松开的电磁换向阀线圈。根据组合机床的工作特点，选用S7-200型PLC，即可满足输入输出信号的数量要求，同时由于各工位动作频率不是很高，但控制线路电流较大，故选用继电器输出方式的PLC，系统的输入输出信号地址分配如下：
　　四、系统软件设计
　　控制软件设计思路应满足流程图的设计要求。
　　当程序编好存入PLC以后，可通过执行该程序使机床动作，来检验程序的正确性。
　　五、结束语
　　组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批量生产中得到广泛的应用，并可以组成自动生产线。其传统的电气控制系统采用的继电器控制设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少等缺点，正逐渐被淘汰。而PLC控制系统由于可编程控制器具有编程软件采用易学易懂的梯形图语言，控制灵活方便，抗干扰能力强，运行稳定可靠、易操作、维修方便等特点，使可编程控制器已全面替代原来的继电器控制，成为目前机床电器控制系统中使用最多的控制方式。将PLC控制技术应用于机床，可以大大提高了自动化程度和工作效率。
　　参考文献：
　　[1]叶晓光.PLC在组合机床的控制应用探讨[J].制造业自动化,2011年20期.
　　[2]罗勇.PLC控制的专用组合机床[J].机械与电子,1998(2).
　　[3]邓昌奇,张航.基于PLC的组合机床控制技术[J].机械与电子,2008年第06期.
　　[4]齐华军.组合机床电气控制系统改造[J].机电工程技术,2010年第11期.
　　
　　作者简介：行娟娟（1963—），硕士研究生，西安外事学院工学院高级工程师。

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