仅用一个开关的组合机床钻深孔PLC控制系统.pdf

务l 匐 似 仅用一个开关的组合机床钻深孔P L C 控制系统 PL | c ont r ol s y s t em f or dr i l l i n g de ep h ol e on m o dul ar mach i ne t o ol onl y u si ng o ne s w i t ch 何荣 HE Ro n g 桂林理工大学 南宁分校，南宁 5 3 0 0 0 1 摘要 对现有钻深孔工艺及控制系统进行了研究，针对存在的问题1 要在组合机床上附加复杂的活 动档铁专用机构和几个行程开关，很麻烦 ；2 采用固定的动作转换当铁 ，导致每次工进都增 加一段等于之前每次钻深累加值的无效工进行程，效率很低。提出了一种仅用一个开关的组 合机床钻深孔P L C 控制系统。该系统仅使用机床上的原位开关。滑台每次快进和工进的行程及 二者动作的转换采用定时器控制。每次快退由控制工进的定时器输出信号启动 ， 停留 2 秒 或 停止由原位开关控制。 关键词 组合机床 ；钻深孔 ；进给；P L C 控制 中图分类号；T P2 7 3 文献标识码 A 文章编号1 0 0 9 - 0 1 3 4 2 0 1 4 0 6 上 -0 1 5 1 - 0 3 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 -0 1 3 4 ． 2 0 1 4 ． o 6 上 ． 4 3 0 引言 孔深 与孔径 比大于或 等于5 的孔 通常称 为深 孔，在内燃机 零件如缸盖 、缸体和连杆等大批量 加工中常常遇 到在组合机床上钻深孔 的问题 ，解 决钻深孔问题的关键 是排屑和钻头 的冷却 。目前 钻深孔的P L C 控制系统有两种，一种是触发快进转 工进的行程 开关采用 活动 当铁 。这就需要在滑台 和动力头上安装上特殊 的专用机构 ，使工进时活 动挡块 能够后移一个工进行程的距离 ，以实现多 次分级 进给 。当工作循环完成并快退时 ，另一块 电磁铁 控制 的活动挡铁又要随滑台快退并拨动活 动 挡铁 回初始位置 。这样 的机械结构 比较复杂， 不能直 接应用标准滑 台和动力头 ，而且要额外增 加 四五个 行程开关 ，接线和调整 比较麻烦 。另一 种P L C控制 系统采 用在滑台上 固定的挡铁，来触 发快进转工进 的行程开关 。其缺点是每次进给的 工进起 点位置相 同，导致第二次工进起 ，每次都 有一段等于之前每次工进钻深累计值的无效空行 程 ，效率太低。为了克服现有P L C 控制系统的上述 缺点，本文提 出下文所述的一种新的组合机床钻 深孔进给P L C控制系统 。 1 深孔钻削的工艺特点及对控制系 统的要求 深孔钻削的工艺特点是钻头在封 闭的孔 内切 削零件 ，切 屑排 除困难 ，容 易堵塞 ，而且钻头容 S B0 凸 S B0 停留2 S 且 U S B0 停 留 2 s 停止 U 注 图中的m 为避免快进结束时撞 刀而设 的工进空行程 图 1 钻 深孔 工作 循环 图 进 易发热 而导 致 寿命 降 低 。为 了实现 定期 排屑 和 定期冷却钻头 ，要求控制 系统能够实现钻头分级 多次进给和 多次退 出。此外 ，钻削时孔深逐渐增 加 ，工件钻孔部位 的温度会逐渐升高 ，而且不容 易散热 ，导致钻头 的温度也随着孔深 的增加而逐 渐升高 。为避免钻头过热 ，每级工进深度应逐级 减少 。为满足这些要求，给出了图1 所示的钻深孔 工作循环 图。图中，驱动钻头快进、工进和快退 的机构采用进给速度比较稳定 相对液压和气压传 而言 动 的机械滑台，驱动钻头旋转的机构是机械 动 力头 。图 中的m为钻孔工艺和控制 系统设 计时 要考虑的切入量 为 了避免快 进结束时发生撞刀 所需 的空工进行程 。此外 ，除 了最后一次快退 外 ，每次快退至原位后，都停 留2 秒钟 ，目的之一 是避免控制快速进给 电机 的正转接触器和反转接 收稿日期2 0 1 4 0 3 2 7 作者简介何荣 1 9 6 8 一，男，广西玉林人，学士，实验师，研究方向为工业 自动化。 第3 6 卷第6 期2 0 1 4 0 6 上 [ 1 5 1 ] 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 生 訇 化 触器 同时 断电和得 电，以致 产生触 点竞争而导致 电机短路 烧毁，之二 是使钻头在切 削液的喷淋下 能充分冷却 。 本控制 系统的每次快进 、工进的行程按时 间 控制 ，为 了确 定控制这 些工步行程 的定时器设定 值 ，需要按 以下公式下计算这些工步 的行程量 。 而每次快退不必按时 间控制行程量 ，只需控制工 进 行程 的定时器给 出每次快退 的启动信号 即可 ， 快退后停留或停止 由原位开关S B 0 发信号控制。 1 ． 1快进工进行程的计算 L 一 次 快 进 钻头钻尖至待钻孔端面的距离一 切入量m L 一 次 工 进 一次工进钻入工件的深度 L 后 续 i 次 快 进 L i 一 1 次快退一 m L 后 续 i 次 工 进 后续i 次工进钻入工件的深度 上述每次工进 的钻 入深度 由工艺 专业人员根 据工件材料 、孔深、孔径和钻孔工艺确定。 1 ． 2 定时器设定值K 的计算 控制快进快退行程定时器的设定值 K _快 速 进 或 快 退 ， V 滑 台 每 秒 快 速 进 给 速 度 控制工进行程定时器的设定值 K工进L工进 厂 、 ， 滑台每秒工作进给速度 2 控制系统顺序功能流程 图 注图中采用的P L C 控制元件为松下电工F P l 系列P L C 的控制元件 1 ． X _ 一输入继电器；Y ～输出继电器R 一内部继电器 2 ． T MY 4 Y 2 一 定时器 ，其 中T MY 4 表示定时器编号为4 ．2 2 表示设定值为2 秒 ，其 中的Y为时标0 ． 1 秒 3 ． M1 、M2 ～ 控制快速进给电机正反转的交流接触器 M3 一控制工进 电机正转的交 流接触器 图2 控制系统功能流程图 1 1 5 2 1 第3 6 卷第6 期2 0 1 4 0 6 上 控制 系统 顺 序功 能 流 程 图 如 图2 所 示 ，X0 S B0 为原位开关信号，X1为组合机床夹具 的夹 紧信 号 。X0 和X1 的 “ 与 ”信号作 为控制 系统的 启动信号 ，以确保滑 台必须在原位才能启动 。启 动后 ，每次快进和工进都 由内部继电器和定时器 其控制 。由于定时器在其 输入信号保持时间等于 或大干定时器设 定时间的条件 下才能正常工作 ， 所 以要采用内部继电器的 自保信号作为定时器的 输入信号 。每次快退的控制信号只用内部继电器 的 自保信号控制即可 。快 退结束时 ，为了保证钻 头能充分 冷却 ，采用设定 时间为2 秒 的定 时器来 控制停 留时 间。由于每个控制停 留的定时器分布 在不 同的工步 ，并控制不 同次序的快进 ，为 了区 别不 同工步的停 留，每个停 留定时器的输入信号 应各有区别 。所 以图 中的一次停 留定时器输入信 号 为X0 ， 二次停 留定 时器输入信 号为 “与 ”信号 X 0 ． R7 。控制 系统工作循环结束后的停止控制信号 也应与前两次停 留的信号相区别 ，所 以最终停止 的控制信号为 “ 与”信号X 0 ． R1 1 。 3 P L C 控制系统梯形图 } R 8 量 T 埘8 Y 2 一 次快进 一 次工进 一 次快退 停 留2 s 二次快进 二次工进 二次快退 停 留2 S 三次快进 三次工进 三次快退 快速进给电机正转 快速进给电机反转 工作进给电机正转 图3 P L C 控 制系统梯形图 P L C控制 系统梯形图如3 所示，每次快进和工 进 的时 间由不 同设定值 图中不标具体数值 ，只 用XX表示 的定时器和相应 的内部继 电器控制， 每次快退则 由工进定时器的输 出信号及相 应的内 部继 电器控制 。以一次快进 、一次工进 、一次快 退 、停 留四个工步为例说明时 间步进式的控制原 理 。在控制 系统处于原位状态时 ，原位开关X0 闭 合 ，此时若机床发 出工件夹紧信号Xl ，则内部继 一 。 v 一 蕊 瑟 罐 盯 全 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 匐 似 电器R1 得电 自锁，定时器T MY1 开始计 时，R1 的 常开触点接通输 出继电器Y1 ，启动快速进给 电机 启动正转 ，一 次快 进开始 。当T MY1 计时到设定 值时输出信号 ，其常开触点T1 使内部继电器R2 得 电自锁，R 2 的常开触点接通输出继 电器Y3 ，启动 工作进给电机，开始一次工进。在定时器T MY2 开 始计时的同时。T MY1 常闭触点的断开 比其常开触 点 闭合滞后一个P L C扫描周期 R 4 和R8 的常闭触 点断开亦 比其常开触点 闭合滞后一个P L C扫描 周 期 ， I p T MY1 在其输 出信号后经过一个 扫描 周 期便停止计时 ，R1 的线圈随之 同时断电。一个扫 描周期的时 间可以忽略不计 ，这样R1 的得 电时 间 恰好等于T MY1 的设定时间，即一次快进的时间。 其 他的每次快 进和工进的控制原理与此相 同。每 次工进完成后，控制工进时 间的定时的器输 出常 开触点 接通 内部 继电器R3 、R7 得 电并使它 们 自 锁，随之 启动快速进给 电机反转实现快退 。快退 到原位时触动原位开关X 0 ，使控制快退 的R3 、R7 断电，即令快速进给电机停止后停留2 秒钟。最后 一 次快退是 由定时器T MY1 0 的输出信号启动， 原位 开关X0 控 制停止 ，使工作循环结束。至于工作进 给 电机 ，则是用每一次工进时相应的 内部继 电器 R 2 、R6 、R1 0 控制启动，当每一次工进结束时 ， R 2 、R 6 、R 1 0 断电而令其停止 。 4 结论 本控制 系统 经过调试 验证 ，符合设计要 求 ， 运 行可靠 。其 特点是 1 简单实用 ，仅使 用机 床上 的原位开关 。每次快进、工进的行程 由定时 器 的设定时 间控制 ，每次快进 、工进 、快退的工 步动作转换 由控制工进的定时器输 出信号启动 ， 由原位开关控制停留或停止 。实用是指不仅 能实 现 目前通用的多次分级进给和多次快退的控制 方 法 ，而且 采用每次 工进行程逐次 减少和快退 后停 留的控制方式能避免钻头过热而提高寿命， 并确保 快速进给电机的安全运行；2 应用时，宜选用机 械传动 的机械滑 台式组合机床 ，以保证进给速度 稳定，从而提高按时间控制进给量的精度 。 参考文献 【 1 ]1 宋现春， 马宝林． 采用P L C改造深孔钻床【 J ] ． 组合机床与自 动化加工技术． 1 9 9 5 7 2 1 2 3 ． 【 2 】张宜钢， 李鸣， 杨志麟， 凌仁宏． 全 自动环形饲料模深孔钻 机P L C 控制技术【 J 】 _ 电机电器技术， 1 9 9 8 2 1 9 2 2 ． 【 3 】熊幸明． P L C在深孔钻床控制中的应用[ J 】 ． 组合机床与自 动化加工技术， 2 0 0 1 5 3 4 3 5 ． [ 4 ]陈德山． P L C在专用数控深孔钻床中的应用． 淮海工学院 学报． 1 9 9 9 4 1 1 - 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