一 、概述
四工位組合機(jī)床由四個(gè)工作滑臺(tái)各載一個(gè)加工動(dòng)力頭，組成四個(gè)加工工位完成對零件進(jìn)行銑端面、鉆孔、擴(kuò)孔和攻絲等工序的加工，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)。機(jī)床的四個(gè)動(dòng)力頭同時(shí)對一個(gè)零件進(jìn)行加工，一次加工完成一個(gè)零件。
二、控制要求和工作方式
本機(jī)床共有連續(xù)全自動(dòng)工作循環(huán)、單機(jī)半自動(dòng)循環(huán)和手動(dòng)調(diào)整三種工作方式。連續(xù)全自動(dòng)和單機(jī)半自動(dòng)循環(huán)的控制要求為：按下啟動(dòng)按鈕，上料機(jī)械手向前，將待加工零件送到夾具上，同時(shí)進(jìn)料裝置進(jìn)料，然后上料機(jī)械手退回原位，進(jìn)料裝置放料，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)自動(dòng)微抬并轉(zhuǎn)位，接著四個(gè)工作滑臺(tái)向前，四個(gè)動(dòng)力頭同時(shí)加工，加工完成后，各工作滑臺(tái)退回原位，下料機(jī)械手向前抓住零件，夾具松開，下料機(jī)械手退回原位并取走已加工完的零件，完成一個(gè)工作循環(huán)，并開始下一個(gè)工作循環(huán)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)工作方式。如果選擇預(yù)停，則每個(gè)工作循環(huán)完成后，機(jī)床自動(dòng)停止在初始位置，等到再次發(fā)出啟動(dòng)命令后，才開始下一個(gè)循環(huán)，這就是半自動(dòng)循環(huán)工作方式。
三、系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
本組合機(jī)床由plc組成的電控系統(tǒng)共有各種輸入信號約37個(gè)，輸出信號25個(gè)。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)組合機(jī)床的工作特點(diǎn)，選用三菱fx2n—64mr型plc，即可滿足輸入輸出信號的數(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)的輸入輸出信號地址分配表如下表所示。
（四）plc控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
本機(jī)床plc控制系統(tǒng)的軟件由公用程序、全自動(dòng)程序、半自動(dòng)程序、手動(dòng)程序、全線自動(dòng)回原點(diǎn)程序以及故障報(bào)警程序等六部分組成，程序總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
圖1 plc的總體結(jié)構(gòu)圖
公用程序主要用來處理組合機(jī)床的各種操作信號，如啟動(dòng)、預(yù)停、緊急停止以及各工位的原位信號、機(jī)床啟動(dòng)前應(yīng)具備的各種初始信號、工作方式選擇信號、各種復(fù)位信號，并將處理結(jié)果作為機(jī)床啟動(dòng)、停止、程序轉(zhuǎn)換或故障報(bào)警等的依據(jù)，公用程序一般采用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)，其流程圖如圖2所示。
圖2 公用程序梯形圖
故障報(bào)警程序包括故障的檢測與顯示，故障檢測由傳感器完成，再送入plc，故障顯示采取分類組合顯示的方法，將所有的故障檢測信號按層次分成組，每組各包括幾種故障，本系統(tǒng)分為：故障區(qū)域，故障部件（動(dòng)力頭、滑臺(tái)、夾具等），故障元件三個(gè)層次。當(dāng)具體的故障發(fā)生時(shí)，檢測信號同時(shí)送往區(qū)域、部件、元件三個(gè)顯示組。這樣就可以指示故障發(fā)生在某區(qū)域、某部件、某元件上。
全自動(dòng)程序是軟件中最重要的部分，它用來實(shí)現(xiàn)組合機(jī)床在無人參與的情況下對成批工件進(jìn)行自動(dòng)地連續(xù)加工。在全自動(dòng)工作方式下，當(dāng)機(jī)床具備所有初始條件后，按下啟動(dòng)按鈕（x12），機(jī)床即按控制要求所述工藝過程工作，各動(dòng)力頭進(jìn)行各自的工作循環(huán)，循環(huán)結(jié)束時(shí)重新回到各自的初始位置并停止。本文以銑端面和鉆孔工位為例，著重分析全自動(dòng)程序的設(shè)計(jì)，結(jié)合表1i/o地址的分配，可以畫出這兩個(gè)工位的狀態(tài)流程圖如圖3所示。
圖3 全自動(dòng)/半自動(dòng)程序流程圖
需要指出的是：在圖3中，我們設(shè)置了預(yù)停功能和超節(jié)拍保護(hù)功能。
（1）預(yù)停功能：當(dāng)按下預(yù)停按鈕x13，m500為“1”態(tài)，m503為“0”態(tài)（圖2）
這樣當(dāng)組合機(jī)床進(jìn)展到s513步且x21=1，將轉(zhuǎn)入初始步s2，并自動(dòng)停止，而不會(huì)轉(zhuǎn)入s500進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。
（2）超節(jié)拍保護(hù)：當(dāng)組合機(jī)床進(jìn)行超節(jié)拍保護(hù)時(shí)，超節(jié)拍監(jiān)控定時(shí)器t0將動(dòng)作，（由s500置位m504），使m501為“1”態(tài)，m502為“0”態(tài)，（如圖2），當(dāng)機(jī)床進(jìn)行到s511步時(shí)，將轉(zhuǎn)入初始步（s2）停止，不會(huì)繼續(xù)往下運(yùn)動(dòng)。
依照上述方法，同樣可以把其他幾部分的程序流程圖設(shè)計(jì)出來。
五、系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行
系統(tǒng)調(diào)試將手動(dòng)與自動(dòng)操作控制獨(dú)立分開，自動(dòng)操作控制首先保證單機(jī)程序調(diào)試成功后，再轉(zhuǎn)入連續(xù)控制，最后連接整個(gè)系統(tǒng)試運(yùn)行。由于plc可靈活、方便地通過編程來改變控制過程，使調(diào)試變得更簡單。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。
六、結(jié)束語
plc作為新一代的工業(yè)控制裝置，具有開發(fā)柔性好，接線簡單，安裝方便，抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，用它來控制四工位組合機(jī)床這樣復(fù)雜的生產(chǎn)設(shè)備，是理想的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，對這樣理想的控制器我們也采取了一定的保護(hù)措施。如本系統(tǒng)中，由于接觸器和電磁閥較多，為防止電磁干擾，在plc的輸出端與電磁閥、接觸器線圈之間增加了固態(tài)繼電器進(jìn)行隔離，這樣就避免了可能產(chǎn)生的誤動(dòng)作。實(shí)踐證明，這種隔離措施是行之有效。