組合機床是一種進行特定加工的高效率、自動化專用設備。傳統(tǒng)組合機床的控制系統(tǒng)大部分為繼電接觸器控制。繼電器控制系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，但其接線復雜、故障率高、壽命短、可靠性差。特別是當機床加工對象改變、控制要求更改時，需對控制系統(tǒng)重新設計、安裝、調(diào)試，不能適應現(xiàn)代生產(chǎn)要求。

　　如某廠三面銑組合機床可用來對如圖1所示工件的Φ80、Φ90孔的端面及定位面進行銑銷加工。其原有控制系統(tǒng)采用繼電接觸器控制與液壓系統(tǒng)相結(jié)合的方式。由于使用多年，電氣器件及控制線路已嚴重老化，故障率高，維修困難，嚴重影響生產(chǎn)的正常進行。應其要求，我們采用三菱Fxon一40MR可編程序控制器(PLC)對該設備控制系統(tǒng)進行了改造。由于PIE通用性強、可靠性高、抗干擾能力強、系統(tǒng)組合靈活方便，使改裝后的組合機床控制系統(tǒng)具有很好的柔性。同時降低了設備故障率，提高了生產(chǎn)效率，經(jīng)濟效益顯著。

1 機床工作原理及電氣控制要求

　　三面銑組合機床是典型的機電液一體化的自動加工設備，主要結(jié)構(gòu)有底座、床身、銑削動力頭、液壓動力滑臺、工作臺、夾緊油缸、液壓站等。床身安放于機床底座上，一頭安裝有液壓動力滑臺，工件及夾緊裝置放于滑臺上；左右銑銷頭裝在床身兩邊，上方有市銑頭，液壓站在機床附近。

　　該機床采用電動機和液壓系統(tǒng)相結(jié)合的驅(qū)動方式，其中M1為液壓泵的驅(qū)動電動機，電動機M2、M3、M5、M4分別帶動左側(cè)單銑頭主軸、右側(cè)一單銑頭主軸、右側(cè)二單銑頭主軸以及立銑頭主軸旋轉(zhuǎn)，為它們提供切削主運動，動力滑臺的運動，工件松緊則由液壓系統(tǒng)實現(xiàn)。圖2為其液壓系統(tǒng)原理圖。

圖1加工工件示意圖

圖2液壓系統(tǒng)原理圖

　　在加工圖1所示零件時，先把工件裝入夾具，按下按鈕SB3，機床便開始自動循環(huán)的工作過程。當工件夾緊到位，壓下行程開關SQ6，壓力繼電器SP2動作，動力滑臺(工作臺)開始陜速前進；到預定位置壓下行程開關SQ2，滑臺由快進轉(zhuǎn)為工進。同時左銑頭電動機M2、右銑頭1電動機M3起動，左和右1銑頭開始加工；滑臺繼續(xù)工進到壓下行程開關SQ3，立銑頭電動機M。起動；滑臺繼續(xù)工進到壓下行程開關SQ4，右銑頭1電動機M，停轉(zhuǎn)。同時右銑頭2電動機M5起動；滑臺進給到終點，壓下終點行程開關SQ5，立銑、左、右2三臺動力頭電動機均停轉(zhuǎn)。此時滑臺位于擋鐵停留位置，壓力繼電器SP1動作。時間繼電器KT延時后控制滑臺快速退回，退回至原位時，壓下行程開關SQ1；工件被松開，壓力繼電器SP2觸點打開，夾緊行程開關SQ6放開，—個工作循環(huán)結(jié)束。

　　圖3為三面銑組合機床自動循環(huán)工作示意圖，表1為機床自動循環(huán)工作時各電器元件動作表。

圖3三面銑組合機床自動循環(huán)工作示意圖

　　機床的電氣控制要求液壓采電動機M1先啟動，只有系統(tǒng)正常供油后，其它控制電路才能通電工作；動力滑臺可單循環(huán)自動工作、同時具備快速(快進、快退)點動調(diào)整功能；左、右(右1、右2)、立四臺單銑頭既可自動循環(huán)工作，其主軸電動機M2、M3、M4、M5又均能點動對刀；夾緊油缸可進行手動松開與夾緊的調(diào)整；五臺電動機均為單向旋轉(zhuǎn)；另外要求有電源、油泵工作、工件夾緊、加工等信號指示；要求有照明電路和必要的聯(lián)鎖與保護環(huán)節(jié)等。

2 電氣控制系統(tǒng)硬件設計

　　三面銑組合機床的電氣控制屬單機控制，輸入輸出均為開關鼉。根據(jù)實際控制要求，并考慮系統(tǒng)改造成本，在改造時盡可能使用原有電器，根據(jù)原有控制電路來計算I／O點數(shù)。其中：按鈕11個、行程開關6個、轉(zhuǎn)換開關1個(3個位置)、壓力繼電器2個，共計輸入點數(shù)22個；接觸器5個、電磁鐵5個、指示燈4個，共計輸出點數(shù)14個。

　　在準確計算I／O總點數(shù)的基礎上，采用抗干擾強、穩(wěn)定性和可靠性較高的三菱公司生產(chǎn)的Fxon一40MR型可編程控制器。此型號PLC輸入點數(shù)為24個，輸出點數(shù)為16個，繼電器輸出，使用電源為AC220V。

該控制系統(tǒng)中所有輸入觸發(fā)信號采用常開觸點接法，所需的24 V育流電源由PLC內(nèi)部提供；輸出負載中的所有直流電磁換向閥同樣采用由PLC內(nèi)部提供的24 V直流電源，輸出負載中的5個交流接觸器線圈則需外接220 V交流電源，具體的I／O地址分配詳見表2。

　　由于三面銑組合機床中按鈕、行程開關及轉(zhuǎn)換開關較多，為了減少輸入點數(shù)，降低費用，對輸入信號作了適當處理，如5臺電動機的過載保護不作為輸入信號，而直接接入輸出線圈同路中。另外，電磁閥為感性負載并且通斷頻繁，為了保護PLC的輸出觸點，在每個電磁閥兩端各并上一續(xù)流二極管，來吸收反向過電壓。PIE與機床中各個電器的I／O接線圖如圖4所示。

圖4 PLC與機床的I／O接線圖

3 電氣控制系統(tǒng)軟件設計

　　由三面銑組合機床的控制要求可知，程序結(jié)構(gòu)應包含3個部分：自動循環(huán)工作控制、調(diào)整控制以及工作狀態(tài)顯示部分。根據(jù)要求首先寫出該組合機床的順序功能圖，再由順序功能圖，最終設計出符合要求的控制梯形圖程序，如圖5所示。

圖5梯形圖程序

　　由梯形圖程序可知，當液壓泵電動機起動以后。SA1置于0位置(即X20 ON)時，按下SB3(X2 ON)，開始執(zhí)行如圖3所示的夾緊、快進、工進、停留、快退、松開的機床自動循環(huán)控制；SA1置于1位置(即X21 ON)時，通過SB4～SB7可對銑削動力頭電動機進行點動調(diào)整控制；SAI置于2位置(即x22 ON)時，通過SB3、SBIO、SB8、SB9可對工件的夾緊與放松、動力滑臺的快進與快退進行手動調(diào)整控制。

　　本程序經(jīng)模擬調(diào)試，完全符合三面銑組合機床的電氣控制要求。在使用過程中，還可根據(jù)不同的控制要求，在不改動接線或改動很少的情況下，通過改變程序來實現(xiàn)不同要求，節(jié)省了安裝調(diào)試時間，大大提高了靈活性和生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語

　　該三面銑組合機床控制系統(tǒng)經(jīng)過PLC改造后，運行良好，故障率大大降低。而且改裝后的組合機床控制系統(tǒng)具有很好的柔性，能適應產(chǎn)品的變化，當工藝程序變更時，只需修改程序，就可滿足新的加工要求。可見傳統(tǒng)的機械設備經(jīng)過PLC改造后，既能使之成為機電一體化的新產(chǎn)品，適用生產(chǎn)過程的自動控制；又能發(fā)揮原組合機床的效能，而且投資較小。因此靈活應用PLC是實現(xiàn)組合機床電氣自動化的有效途徑。