劉曉玲，李建壯，萬國平

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封 475004）

0 引言

X62W 型萬能銑床是一種通用的多用途銑床，可以對各種零件進行平面、斜面、溝槽、齒輪及成型表面加工。 但其原有的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)接線復(fù)雜、觸點多，易發(fā)生故障，這不僅給操作和維修人員增加了麻煩， 也影響了生產(chǎn)率的進一步提高。為了提高控制系統(tǒng)的可靠性和機床的加工效率，我們應(yīng)用PLC 技術(shù)對萬能銑床控制系統(tǒng)進行了改造。

PLC 以其可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、使用方便、控制程序可變、體積小、功能強等特點，在機床改造、自動生產(chǎn)線上得到了廣泛應(yīng)用。 利用PLC 改造機床電氣系統(tǒng)， 是將各個電氣元件直接與PLC 的各個輸入、輸出端口相連，元件之間的連接關(guān)系，以及各線圈的狀態(tài)由邏輯程序確定，元件之間不存在直接的串聯(lián)或并聯(lián)，所以線路簡單，維護和設(shè)計比較容易。 為此，我們選用三菱FX2 系列PLC對X62W 萬能銑床進行電氣改造。

1 萬能銑床的電氣控制要求及其改造原則

1.1 萬能銑床的電氣控制要求

萬能銑床的電氣控制應(yīng)滿足以下要求：（1）X62W 萬能銑床的主運動和進給運動之間沒有速度比例協(xié)調(diào)的要求，各自采用單獨的籠型異步電動機拖動。 （2）為了能進行順銑和逆銑加工，要求主軸能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)。 （3）為了提高主軸旋轉(zhuǎn)的均勻性，并消除銑削加工時的振動，主軸上裝有飛輪。 這使主軸轉(zhuǎn)動慣量較大。 因此，要求主軸電動機有停車制動控制裝置。 （4）為適應(yīng)加工的需要，主軸轉(zhuǎn)速與進給速度應(yīng)有較寬的調(diào)節(jié)范圍。 X62W 銑床采用機械變速的方法，為保證變速時齒輪易于嚙合，減小齒輪端面的沖擊，要求變速時有電機瞬時沖動[1]。（5）進給運動和主軸運動應(yīng)有電氣連鎖。 為了防止主軸未轉(zhuǎn)動時工作臺將工件送進，損壞刀具或工件，進給運動應(yīng)在銑刀旋轉(zhuǎn)之后才能進行。 為了降低加工工件的表面粗糙度，必須在銑刀停轉(zhuǎn)前停止進給運動。 （6）工作臺在6 個方向上運動要有連鎖，使工作臺在上、下、左、右、前、后6 個方向上，只能有一個方向的進給運動。（7）為了適應(yīng)工作臺在6 個方向上運動的要求，進給電動機應(yīng)能正反轉(zhuǎn)。快速運動由進給電動機與快速電磁鐵配合完成。（8）圓工作臺運動只需一個轉(zhuǎn)向， 且與工作臺進給運動要有連鎖， 不能同時進行。 （9）冷卻泵電動機M3 只要求單方向轉(zhuǎn)動。 （10）為操作方便，應(yīng)能在兩處控制各部件的啟動和停止。

1.2 萬能銑床的改造原則

（1）銑床的工藝加工方法不變。 （2）原有的繼電器控制系統(tǒng)已經(jīng)過長期使用驗證，安全可靠。 所以，應(yīng)保留主電路原有元件，控制系統(tǒng)的操作方法不變。（3）用PLC 改造原有的繼電器控制方式。

2 PLC 機型的選擇和I/O 地址的分配

2.1 PLC 機型的選擇

根據(jù)X62W 的拖動特點和控制要求，需要輸入點16 個，輸出點7 個，選擇三菱FX2N-48MR 型PLC[2]。

2.2 I/O 地址的分配

I/O 地址的分配如表1 所示。

表1 輸入、輸出信號地址分配Table 1 Address allocation of input signal and output signal

3 改造后銑床主電路及控制梯形圖分析

3.1 主電路分析

如圖1 所示的主電路，有3 臺電機，M1 為主軸電機，M2 為工作臺進給電機，M3 為冷卻泵電機。

圖1 銑床主電路改造圖Fig.1 Milling machine main circuit transformation diagram

主軸電動機M1 由接觸器KM1 控制，其旋轉(zhuǎn)方向由SA5 倒順開關(guān)預(yù)先選擇，熱繼電器FR1 實現(xiàn)過載保護。 接觸器KM3 和KM4 控制M2 電動機正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)工作臺6 個方向的工作進給和快速移動。冷卻泵電動機M3 由接觸器KM1 和QS2 刀開關(guān)控制，KM1 得電后，M3 才能啟動，實現(xiàn)了主軸和冷卻泵之間的順序啟動。

3.2 梯形圖程序設(shè)計分析

應(yīng)用PLC 對原有的繼電器接觸器系統(tǒng)進行改造后，對應(yīng)PLC 的I/O 接線圖如圖2 所示，梯形圖程序如圖3 所示。

圖2 改造后的I/O 線路圖Fig.2 I/O circuit diagram after transformation

3.2.1 主軸電機的啟動

主軸電機啟動之前，由SA3 選擇好轉(zhuǎn)向，并合上電源開關(guān)QS1。然后，按下啟動按鈕SB1 或SB2，KM1 的三對主觸點閉合，主軸電動機M1 啟動。

3.2.2 主軸電機的制動

主軸制動時，按下SB5 或SB6，使KM1 線圈斷電，主觸點斷開，M1 電機停轉(zhuǎn)。

3.2.3 工作臺進給控制

圖3 PLC 梯形圖Fig.3 PLC trapezoid diagram

工作臺的進給運動有左右運動、 前后運動和上下運動。以左右運動中的向右運動為例，工作臺進給時，轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2 斷開，使輸入繼電器X15 斷電。手柄扳向右，合上縱向進給機械離合器，壓下SQ3，使輸入繼電器X10 得電，X10 常開觸點閉合， 輸出繼電器Y2 得電， 驅(qū)動交流接觸器KM3 線圈得電，從而使電動機M3 正轉(zhuǎn)，工作臺向右移動。其他運動與此類似。

3.2.4 圓工作臺的控制

合上轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2， 使輸入繼電器X15 得電，X15 的常開觸點閉合，輸出繼電器Y2 得電，驅(qū)動接觸器KM3 線圈得電。 從而使電動機M3 啟動，拖動圓工作臺運動。

3.2.5 主軸換刀時的制動控制

將轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到接通位置， 使觸點SA1-1 閉合，SA1-2 斷開，輸入繼電器X14 得電，輸出繼電器Y4 得電， 驅(qū)動制動指示燈HL1 亮。 換刀結(jié)束，將SA1-1 斷開，SA1-2 閉合，使輸入繼電器X14 斷電，為主軸電動機啟動做好準(zhǔn)備。

4 程序調(diào)試運行

4.1 PLC 程序?qū)懭?/h3>

將設(shè)計好的PLC 程序輸入到三菱FX2N-48MR型PLC 中，PLC 程序?qū)懭肴鐖D4 所示。

圖4 程序?qū)懭敕椒▓DFig.4 Program writing method

4.2 調(diào)試監(jiān)控

PLC 程序?qū)懭牒?，連接好主電路和輸入、輸出電路，用GX 軟件進行調(diào)試運行。 程序調(diào)試監(jiān)控如圖5所示。

圖5 程序運行監(jiān)控Fig.5 Program running monitoring

5 結(jié)語

將設(shè)計好的程序輸入到FX2N-48MR 型PLC主機中，連接好主電路和PLC 輸入、輸出電路，按照上面的操作方法進行調(diào)試，可滿足控制要求。

經(jīng)使用，用三菱PLC 改造后的X62W 型萬能銑床，取得了非常好的效果。 在使用過程中發(fā)現(xiàn)，用三菱PLC 替代原來的繼電接觸器控制系統(tǒng)， 提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，減少了機床的故障的發(fā)生，生產(chǎn)效率也得到了很大的提高， 并且降低了日常維護成本。

[1] 吳麗. 電氣控制與PLC 應(yīng)用技術(shù)［M］. 北京：機械工業(yè)出版社，2007：79.

[2] 廖常初. FX 系列PLC 編程及應(yīng)用［M］. 北京：機械工業(yè)出版社，2005：124.

[3] 龔仲華. 三菱FX/Q 系列PLC 應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京：人民郵電出版社，2006：113.

[4] 洪志育. 例說PLC[M]. 北京：人民郵電出版社，2006：402.