李俊湘

(廣東省高級(jí)技工學(xué)校，廣東 惠州 516100)

1 引言

在機(jī)械行業(yè)，機(jī)械加工自動(dòng)線已成為一種常見的自動(dòng)化生產(chǎn)形式，這種自動(dòng)線由基本工藝設(shè)備及工件傳送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。其控制系統(tǒng)大多采用機(jī)械、液壓、電氣或氣動(dòng)相結(jié)合的控制方式。其中，電氣控制往往起著中樞聯(lián)接作用，但傳統(tǒng)的電氣控制通常采用繼電器邏輯控制方式，使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、行程開關(guān)等。PLC作為新一代工業(yè)控制裝置，因其具有通用性好，實(shí)用性強(qiáng)，硬件配套齊全，編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域［1］。

某機(jī)加工生產(chǎn)線采用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳送零件，有夾具、上、下料機(jī)械手和進(jìn)料器四個(gè)輔助裝置以及冷卻和液壓系統(tǒng)。系統(tǒng)中除加工動(dòng)力頭的主軸由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)以外，其余各運(yùn)動(dòng)部分均由液壓驅(qū)動(dòng)。自動(dòng)線的機(jī)械部分主要由銑端面、鉆孔、檢查、擴(kuò)孔、鏜孔、攻絲、轉(zhuǎn)位、鉆深孔和上、下料等工位，單面加工，隨行夾具傳送工件。各工位動(dòng)力頭主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，而輸送帶步進(jìn)裝置、定位機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、各工位動(dòng)力頭滑臺(tái)、檢查機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)等的運(yùn)動(dòng)則由液壓系統(tǒng)拖動(dòng)。液壓系統(tǒng)的液壓泵由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。此外，機(jī)加工自動(dòng)線還配有一臺(tái)冷卻泵，用來在加工時(shí)對(duì)各動(dòng)力頭的刀具和工件的加工面進(jìn)行冷卻。冷卻泵由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。生產(chǎn)線控制部分采用PLC進(jìn)行控制。本文重點(diǎn)說明銑端面的設(shè)計(jì)方法。

2 銑端面工位的設(shè)計(jì)

2.1 液壓傳動(dòng)工作原理

銑端面動(dòng)力頭液壓傳動(dòng)部分原理圖如圖1所示。由圖1可知，當(dāng)加工工件夾緊后，若使電磁鐵線圈YV12、YV13通電，則壓力油的流動(dòng)路線為:泵排出的油→電磁換向閥38→油缸39無活塞桿腔。

回油路線為:油缸39有活塞桿腔→電磁換向閥38→二位二通電磁換向閥37→油箱。油缸39活塞桿拖動(dòng)銑銷動(dòng)力頭快進(jìn)。

當(dāng)銑端面動(dòng)力頭快進(jìn)到位時(shí)，碰行程開關(guān)SQ12，使電磁鐵線圈YV13斷電，YV12保持通電，此時(shí)壓力油的流動(dòng)路線為:泵排出的油→調(diào)速閥36→電磁換向閥38→油缸無活塞桿腔?；赜吐肪€為:油缸有活塞桿腔→電磁換向閥38→油箱。油缸39活塞桿拖動(dòng)銑銷動(dòng)力頭工進(jìn)。

圖1 銑端面動(dòng)力頭液壓傳動(dòng)部分原理圖

當(dāng)銑端面動(dòng)力頭工進(jìn)到位時(shí)，碰行程開關(guān)SQ13，使電磁鐵線圈YV12斷電，YV11、YV13通電，此時(shí)壓力油的流動(dòng)路線為:泵排出的油→電磁換向閥38→油缸有活塞桿腔。回油路線為:油缸無活塞桿腔→電磁換向閥38→二位二通電磁換向閥37→油箱。油缸39活塞桿拖動(dòng)銑銷動(dòng)力頭快退。

當(dāng)銑端面動(dòng)力頭快退回原位時(shí)，碰原位行程開關(guān)SQ11，使電磁鐵線圈 YV11、YV12、YV13斷電，切斷使油缸39中活塞向后運(yùn)動(dòng)的油路，從而使銑銷動(dòng)力頭停止在原位，為下一次銑銷作準(zhǔn)備。

通過以上分析，可以繪出銑端面動(dòng)力頭的執(zhí)行元件動(dòng)作節(jié)拍表如表1所示。

表1 銑端面動(dòng)力頭的執(zhí)行元件動(dòng)作節(jié)拍表

2.2 PLC程序設(shè)計(jì)

在自動(dòng)線中，一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)部分稱為單機(jī)，在本自動(dòng)線中有下述單機(jī):

①輸送帶、定位機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu);②各動(dòng)力頭;③檢查機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)。

單機(jī)半自動(dòng)程序就是用來實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)線中各個(gè)單機(jī)的單周循環(huán)控制的。具體地說，當(dāng)用單機(jī)選擇開關(guān)選中某個(gè)單機(jī)，且按下單機(jī)起動(dòng)按鈕后，該單機(jī)起動(dòng)(此時(shí)其他單機(jī)均停在原位不動(dòng))，完成其自身的一個(gè)循環(huán)的工作后，自動(dòng)停在其原位。

手動(dòng)程序用于實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)線中某一單機(jī)進(jìn)行手動(dòng)控制。手動(dòng)控制方式又稱為點(diǎn)動(dòng)控制方式，所謂手動(dòng)控制，就是當(dāng)用單機(jī)選擇開關(guān)選中某個(gè)單機(jī)，且按下某個(gè)單機(jī)的某一步的點(diǎn)動(dòng)按鈕不松手時(shí)，該單機(jī)的該步就起動(dòng)運(yùn)行。但是，一松開該點(diǎn)動(dòng)按鈕，該單機(jī)的該步就立即停止運(yùn)行。

單步程序用于實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)線中某一單機(jī)進(jìn)行單步控制。所謂單機(jī)控制，就是按下某個(gè)單機(jī)的某一步的起動(dòng)按鈕時(shí)，該單機(jī)的該步就起動(dòng)運(yùn)行，松開該起動(dòng)按鈕后，該單機(jī)的該步仍繼續(xù)運(yùn)行，直至完成該步的工作時(shí)才自動(dòng)停止。

自動(dòng)回原點(diǎn)程序用來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)線各動(dòng)力頭和和各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)從當(dāng)前所處的任何位置自動(dòng)地退回到各自的原位，為自動(dòng)線或某個(gè)單機(jī)的起動(dòng)作好準(zhǔn)備［2－3］。

本自動(dòng)生產(chǎn)線輸入元件中包括工作方式選擇開關(guān)、啟動(dòng)、預(yù)停、急停按鈕，用于檢測(cè)各工位工作進(jìn)程的行程開關(guān)和壓力繼電器等等。輸出元件包括控制各動(dòng)力頭主軸電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的接觸器線圈，控制各工位向前與向后、快速以及攻絲、退絲、夾緊、松開的電磁換向閥線圈。根據(jù)自動(dòng)生產(chǎn)線的工作特點(diǎn)，選用三菱FX2N－128MR型PLC，即可滿足輸入輸出信號(hào)的數(shù)量要求，同時(shí)由于各工位動(dòng)作頻率不是很高，但控制線路電流較大，故選用繼電器輸出方式的PLC，系統(tǒng)中銑端面工位的輸入輸出信號(hào)地址分配表如表2所示。

根據(jù)機(jī)加工自動(dòng)線機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件(輸送帶、定位機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)和銑端面動(dòng)力頭)的工藝控制要求，可以設(shè)計(jì)出銑端面工位的PLC功能表圖如圖2所示［4］。圖中M500為1時(shí)，表示系統(tǒng)滿足機(jī)加工自動(dòng)線的初始條件。

回油路線為:油缸39有活塞桿腔→電磁換向閥38→二位二通電磁換向閥37→油箱。油缸39活塞桿拖動(dòng)銑銷動(dòng)力頭快進(jìn)。

當(dāng)銑端面動(dòng)力頭快進(jìn)到位時(shí)，碰行程開關(guān)SQ12，使電磁鐵線圈YV13斷電，YV12保持通電，此時(shí)壓力油的流動(dòng)路線為:泵排出的油→調(diào)速閥36→電磁換向閥38→油缸無活塞桿腔?；赜吐肪€為:油缸有活塞桿腔→電磁換向閥38→油箱。油缸39活塞桿拖動(dòng)銑銷動(dòng)力頭工進(jìn)。

表2 PLC I/O地址分配表(銑端面)

圖2 銑端面工位PLC順序功能圖

3 PLC輸出端的保護(hù)

機(jī)加工自動(dòng)線控制系統(tǒng)中的交流用電設(shè)備較多，如變頻器、變壓器、PLC共處于一控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的電磁干擾較強(qiáng)，對(duì)PLC及其輸出電路產(chǎn)生較嚴(yán)重的影響，有時(shí)甚至?xí)_亂系統(tǒng)的正常工作秩序。由于本系統(tǒng)中PLC的驅(qū)動(dòng)元件主要是電磁閥和交流接觸器線圈，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了有效抑制電磁干擾，確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定，在PLC輸出端與驅(qū)動(dòng)元件之間增加過零型固態(tài)繼電器AC-SSR進(jìn)行隔離，如圖3所示。

圖3 增加SSR的抗干擾措施

從圖3可以看出，從PLC輸出的控制信號(hào)經(jīng)晶體管放大，去驅(qū)動(dòng)AC-SSR，AC-SSR的輸出經(jīng)負(fù)載連接AC220V電壓。圖3中MOV為金屬氧化物壓敏電阻，用于保護(hù)AC-SSR，其兩端電壓在其標(biāo)稱值電壓以下時(shí)，MOV阻值很大，當(dāng)超過標(biāo)稱值時(shí)，阻值很小，這樣在AC220V電壓斷開的瞬間，負(fù)載因電磁感應(yīng)產(chǎn)生高電壓，MOV阻值下降，兩端電壓下降，就保護(hù)了ACSSR，實(shí)踐證明，這種隔離措施是行之有效。

4 結(jié)束語(yǔ)

可編程控制器(PLC)具有開發(fā)柔性好、接線簡(jiǎn)單、安裝方便、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，用它來控制機(jī)加工自動(dòng)線這樣復(fù)雜的生產(chǎn)設(shè)備，是理想的選擇。本系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行表明，該系統(tǒng)性能可靠，自動(dòng)化程度高，完全能滿足生產(chǎn)工藝要求，它不僅提高了生產(chǎn)效率，而且大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境。

［1］任振輝，等.現(xiàn)代電氣控制技術(shù)［M］.北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［2］姜映紅.基于PLC控制的工件裝配裝置系統(tǒng)改造［J］.成都:機(jī)床電器，2012，2:30－4.

［3］任國(guó)軍.基于PLC的多頭鉆床控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)［J］.成都:機(jī)床電器，2012，3:32－40.

［4］MELSEC-FX2系列使用手冊(cè)［M］.日本三菱公司，2012.