陳建國

（寧夏民族職業(yè)技術學院，751100）

1 三軸鉆專用機床對PLC 系統(tǒng)的控制要求

1.1 三軸鉆專用機床的工作流程

三軸鉆專用機床用于同一個零件同時鉆三個孔，機床工作流程是：當裝有工件的專用夾具與機床工作臺上的兩個定位觸點相接觸時，工件裝夾完成的信號傳送給機床控制系統(tǒng)。機床控制系統(tǒng)發(fā)出指令，驅動機床主軸箱快進、工進1 、（鉆孔）、工進2（锪孔），然后機床主軸箱回零，完成一個工作循環(huán)。

1.2 三軸鉆專用機床對PLC 系統(tǒng)的控制要求

機床運動部件較多，為簡化傳動裝置，采用多臺電動機控制，通常設有主軸電動機、遙臂升降電動機、立柱夾緊和放松電動機及冷卻泵電動機。因此三軸鉆專用機床對PLC 系統(tǒng)的控制要求是：

(1)要求主軸及進給有較大的調(diào)速范圍。

(2)機床的升降由升降電動機拖動，要求電動機能正、反轉。

(3)機床卡具的夾緊和放松是由電氣和液壓聯(lián)合控制，并且有夾緊和放松指示。

(4)內(nèi)外立柱的夾緊與放松，、主軸箱與搖臂的夾緊與放松可采用手柄機械操作。

2 PLC 控制系統(tǒng)系統(tǒng)的設計

2.1 PLC 的選擇及輸出端口分配

在選用PLC 上，考慮到只是對三軸鉆專用機床做電器部分的改造，并不通過網(wǎng)絡或其他方式做遠程控制。因此，考慮到經(jīng)濟，實用，穩(wěn)定等方面因素。我決定選用因此在滿足以上條件的情況下，選擇FX2N-48MR 型，作為本次設計所用PLC。

在設計中根據(jù)原控制電路來確定I/O 端口點數(shù)，其中：按鈕8個，行程開關5個，轉換開關1個（觸點位置3個），熱繼電器常閉2個，電壓繼電器觸點1個，控制線路電源總開關1個，共20個輸入端口點數(shù)；接觸器7個，電壓繼電器一個，信號燈4個，共計12個輸出端口點數(shù)。表1 是機床PLC 控制I/O(輸入、輸出）地址分配表。

2.2 PLC 控制程序

2.2.1 PLC 控制程序設定

(1）系統(tǒng)與開機

先將自動開關QF2～QF5 接通，在將電源總開關QF1 扳倒“接通”位置，引入三相電源。PLC 上電，電源指示燈點亮表示機床已處于帶電狀態(tài)。按下SB1，X2 接通，低電壓繼電器KV（Y0）得電并自鎖,其常開觸點KV(X3) 閉合接通了控制電路電源為機床工作做準備。

(2）主軸電動機控制

啟動時，按下啟動按鈕SB2，X5 接通，Y1 動作并自鎖使KM1 得電并自鎖，KM1 主觸點閉合主軸電動機M1 轉動，指示燈HL4 亮。停車時，按下停止按鈕SB7，Y6 斷開Y1 復位，KM1斷電釋放，主軸電動機M1 停轉，指示燈HL4 滅。

(3）主軸升降控制

當需要主軸上升時按下SB3，X7 閉合，M0 接通，同時，接通斷電延時定時器T37，其長閉觸點T37 瞬時斷開，斷開了液壓泵電動機M3 反轉控制的電路。由于主軸箱、立柱、主軸松開邏輯行X15 是閉合的，因而Y4 接通閉合，液壓泵電動機M3 正轉，松開主軸。主軸松開到位后，X13 長閉觸點斷開，液壓泵電動機M3 停轉，主軸上升邏輯行X13 常開觸點閉合，Y2 接通閉合，主軸上升電動機M2 正轉，帶動主軸上升。當主軸上升到一定高度時松開SB3，X7 復位斷開，M0 斷開，斷電延時定時器T37 斷電，其長閉觸點T37 延時3 秒鐘閉合Y5 接通閉合，液壓泵電動機M3 反轉，夾緊主軸。主軸夾緊后ST2（X13）、ST3（X14）恢復初始狀態(tài)且X14 斷開，Y5 失電，液壓泵電動機M3 停轉，完成了主軸松開－上升－夾緊的動作過程。主軸下降的控制過程與主軸上升的控制過程相似。

(4)立柱與主軸箱松開、夾緊控制

立柱與主軸箱的松開、夾緊控制可單獨進行，也可同時進行，由轉換開關SA 與按鈕SB5 或SB6 控制。轉換開關有三個位置，板到中間位置時立柱和主軸箱的松開與夾緊同時進行；板到左邊位置時，立柱被夾緊與放松；板到右邊位置時主軸箱單獨夾緊與放松。

當立柱與主軸箱松開后，可手動使立柱回轉或主軸箱做徑向移動。當調(diào)整到位后可按下SB6 夾緊按鈕，主軸箱與立柱夾緊工作情況與松開時相似。這里不再贅述。另外兩種情況，只有將轉換開關SA 板到相應位置，再按SB5 與SB6 即可實現(xiàn)。

2.2.2 三軸鉆專用機床的PLC 控制程序

(1）系統(tǒng)預開機程序

本段梯形圖程序是為主電動機及其他電動機啟動做準備。當合上FQ3（X0）按下SB1(X2)低電壓繼電器KV（Y0）得電并自鎖,其常開觸點KV(X3) 閉合接通了控制電路電源為機床工作做準備。

(2）主軸電動機控制程序

主軸電動機只做單方向旋轉，需要過載保護，過載保護由熱繼電器FR1(X4)完成。

(3）主軸升降控制程序

主軸的升（或降）嚴格按照主軸松開－升（或降）－夾緊的順序進行。為此，要求夾緊與放松作用的液壓泵電動機與主軸升降電動機按一定順序啟動工作，由主軸松開行程開關與主軸夾緊行程開關發(fā)出控制信號進行控制。當要求主軸上升（或下降）時，按下SB3(或SB4)首先啟動主軸箱、立柱、主軸松開電路當松開到位時ST2(X13) 常開觸點閉合,使液壓泵電動機旋轉（正轉或反轉）,主軸上升（或下降）。液壓泵電動機正、反轉需必要的互鎖。

(4）主軸箱、立柱松開、夾緊控制程序

主軸箱、立柱松開與夾緊控制要求可單獨操作，也可以同時操作，由轉換開關SA 和SB5、SB6 配合定時器進行控制

2.3 PLC 控制程序的模擬運行

將各部分梯形圖程序上機調(diào)試并合并成三軸鉆專用機床PLC 控制系統(tǒng)梯形圖，經(jīng)過內(nèi)置的GX Simulator6.0 調(diào)試和模擬實驗，所設計的梯形圖程序完全滿足機床對控制系統(tǒng)的要求。

3 結論

本論文完成了三軸鉆專用機床的PLC 控制設計。完成了PLC 控制系統(tǒng)中硬件的參數(shù)進行匹配，編寫了機床定位模塊的定位程序以及機床 PLC 的控制程序。經(jīng)測試，硬件配置合理，設計程序模擬運行良好。選擇的專用主軸電動機、三菱伺服驅動系統(tǒng)、安川變頻器等為系統(tǒng)升級為數(shù)控系統(tǒng)預留了空間。

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