一、應(yīng)用背景與需求

    工業(yè)機(jī)床的控制在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制中占有重要的位置。在機(jī)床行業(yè)中，多工步機(jī)床由于其工步及動(dòng)作多，控制較為復(fù)雜。采用傳統(tǒng)的繼電器控制時(shí)，需要的繼電器多，接線復(fù)雜，因此故障多，維修困難，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。采用PLC控制，可使接線大為簡化，不但安裝十分方便，而且保證了可靠性，減少了維修量，提高了工效。

    某多工步機(jī)床是用于加工棉紡錠子錠腳的一種加工機(jī)床，其錠腳加工工藝比較復(fù)雜，零件加工前為實(shí)心坯件，整個(gè)機(jī)械加工過程由7個(gè)刀具分別按照7個(gè)工步要求依次進(jìn)行切削。7個(gè)工步依次為：鉆孔、車平面、鉆深孔、車外圓及鉆孔、粗鉸雙節(jié)孔及倒角、精鉸雙節(jié)孔、鉸錐孔，各工步的動(dòng)作分解如圖8-24所示。

    本節(jié)以該錠腳加工機(jī)床的PLC控制為例，介紹PLC在多工步機(jī)床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

    二、多工步機(jī)床PLC控制系統(tǒng)分析

    該錠腳加工機(jī)床的電氣控制主電路如圖8-25所示。

    圖8-24    錠腳加工過程示意圖

    (a)鉆孔；(b)車平面；(c)鉆深孔；(d)車外圓及鉆孔；(e)粗鉸雙節(jié)孔及倒角；(f)精鉸雙節(jié)孔；(g)鉸錐孔

    圖8-25    錠腳加工機(jī)床主電路圖

    使用該機(jī)床進(jìn)行加工時(shí)，工件由主軸上的夾頭夾緊，并由主軸電機(jī)M1帶動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。大拖板帶動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)作縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，其進(jìn)給速度由工進(jìn)電機(jī)（慢速電機(jī)M2）、快進(jìn)電機(jī)（快速電機(jī)M3）經(jīng)電磁氣閥YV1離合器帶動(dòng)絲杠控制。小拖板的橫向運(yùn)動(dòng)由電磁氣閥YV1氣壓驅(qū)動(dòng)。

    對于7把刀具，除了第2把刀（完成第2工步，即車平面）是由小拖板橫向運(yùn)動(dòng)切削外，完成其余6個(gè)工步的6把刀均由大拖板帶動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)（六角）縱向運(yùn)動(dòng)切割，每完成一個(gè)工步，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)工位，進(jìn)行下一工步的切削。

    為簡明期間，本例只對刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制過程如下：

    (1)刀具進(jìn)給的啟動(dòng)由啟動(dòng)按鈕SB1發(fā)出啟動(dòng)指令。

    (2)刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)過程中，各動(dòng)作之間的轉(zhuǎn)換由限位開關(guān)發(fā)出指令；縱向快進(jìn)結(jié)束壓合限位開關(guān)ST1，發(fā)出工進(jìn)指令。

    (3)工進(jìn)結(jié)束壓合限位開關(guān)ST2，發(fā)出延時(shí)指令，延時(shí)1s后開始縱向快退。

    (4)縱向快退結(jié)束后壓合限位開關(guān)ST3，發(fā)出橫向進(jìn)給指令，由第一工步轉(zhuǎn)入第二工步，發(fā)出下一工步快進(jìn)指令。

    (5)橫向進(jìn)給結(jié)束壓合限位開關(guān)ST4，發(fā)出橫向退回指令及第三工步的快進(jìn)指令，以后各工步的動(dòng)作將重復(fù)第一工步的變化。

    另外，各動(dòng)作之間應(yīng)設(shè)置互鎖，即某一個(gè)動(dòng)作進(jìn)行時(shí)，應(yīng)鎖定另一個(gè)動(dòng)作，如快進(jìn)與工進(jìn)互鎖、縱進(jìn)與縱退互鎖等。

    三、多工步機(jī)床控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    1．輸入/輸出信號(hào)分析

    根據(jù)對多工步機(jī)床控制系統(tǒng)的功能分析，可知其主要的輸入和輸出信號(hào)如下：

    輸入信號(hào)：控制多工步機(jī)床刀具進(jìn)給加工的開始按鈕1個(gè)，行程開關(guān)共有4個(gè)，包括縱向快進(jìn)到位行程開關(guān)1個(gè)、縱向工進(jìn)到位行程開關(guān)1個(gè)、縱向后退到位開關(guān)1個(gè)以及橫向進(jìn)給到位行程開關(guān)1個(gè)，所以輸入信號(hào)共5路，需5個(gè)輸入端子。

    輸出信號(hào)：主要是控制各類接觸器以及電磁閥，包括縱向前進(jìn)接觸器、縱向快速接觸器、縱向后退接觸器以及橫向前進(jìn)電磁閥各1個(gè)，所以輸出信號(hào)共4路，需4個(gè)輸出端子。

    2．PLC的輸入/輸出分配表

    在對多工步轉(zhuǎn)塔車床控制系統(tǒng)的各個(gè)硬件組成部分進(jìn)行了詳細(xì)分析后，可以對PLC主機(jī)的I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行分配，如表8-7所示。

    表8-7    多工步轉(zhuǎn)塔車床控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)分配表

    3．PLC的選型

    通過對各個(gè)輸入和輸出信號(hào)進(jìn)行分析后可以得知，該多工步機(jī)床控制系統(tǒng)中有5個(gè)數(shù)字量輸入信號(hào)和4個(gè)數(shù)字量輸出信號(hào)，共需9個(gè)I/O點(diǎn)，根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)和容量，本實(shí)例可以選擇S7-200系列PLC中的CPU221作為控制主機(jī)。

    4．硬件接線圖

    根據(jù)PLC的輸入/輸出分配表，可以畫出如圖8-26所示的多工步機(jī)床PLC控制主機(jī)的硬件接線圖。

    四、多工步機(jī)床PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    根據(jù)多工步轉(zhuǎn)塔車床加工棉紡錠子、錠腳的加工工序，采用順序控制指令可以編寫出多工步轉(zhuǎn)塔車床控制系統(tǒng)的PLC梯形圖及語句表，如圖8-27所示。

    圖8-26    多工步機(jī)床控制硬件接線圖

    圖8-27    多工步轉(zhuǎn)塔車床控制系統(tǒng)的PLC梯形圖及語句表