液壓滑臺(tái)式自動(dòng)攻螺紋機(jī)的PLC控制設(shè)計(jì)

易　琳，　周岳斌，　劉　樂(lè)

（湖北文理學(xué)院機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，湖北　襄陽(yáng)　441053）

引言

螺紋加工在機(jī)械制造的零件生產(chǎn)中極為常見(jiàn)，螺紋加工的質(zhì)量將直接影響到工件的質(zhì)量，從而影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。絲錐攻螺紋的加工主要用于加工小孔徑的內(nèi)螺紋，而在特殊的零件中只能用到攻螺紋的加工方法，因此，高效、精準(zhǔn)的攻螺紋加工方法尤為重要[1]。

滑臺(tái)式組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形和加工工藝設(shè)計(jì)的專(zhuān)用部件和夾具組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專(zhuān)用機(jī)床[2]。傳統(tǒng)的液壓滑臺(tái)式自動(dòng)攻螺紋機(jī)一般采用繼電器進(jìn)行控制，操作繁瑣、復(fù)雜，且易出現(xiàn)故障?？删幊踢壿嬁刂破鱌LC具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、便于維護(hù)的特點(diǎn)，本文采用PLC對(duì)自動(dòng)攻螺紋機(jī)的控制方式進(jìn)行改進(jìn)[3-4]。

1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

液壓滑臺(tái)式自動(dòng)攻螺紋機(jī)工作流程如圖1所示。攻螺紋機(jī)的攻螺紋動(dòng)力頭安置在滑臺(tái)上，滑臺(tái)在原位置由液壓裝置驅(qū)動(dòng)，按下SQ1按鈕，滑臺(tái)快速向前運(yùn)動(dòng)。前進(jìn)到一定位置時(shí)，按下SQ2按鈕，滑臺(tái)轉(zhuǎn)為慢速向前，當(dāng)滑臺(tái)前進(jìn)到達(dá)攻螺紋進(jìn)給位置時(shí)按下SQ3按鈕，滑臺(tái)停止前進(jìn)。此時(shí)攻螺紋主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，絲錐離開(kāi)原來(lái)的位置向前攻入，當(dāng)攻螺紋轉(zhuǎn)動(dòng)到規(guī)定的深度時(shí)，按下SQ5按鈕，主軸快速制動(dòng)，并開(kāi)始反轉(zhuǎn)，同時(shí)絲錐開(kāi)始反轉(zhuǎn)。按下SQ4按鈕，此時(shí)絲錐退出。當(dāng)絲錐退到原位置時(shí)按下SQ3按鈕，滑臺(tái)快速制動(dòng)，退出至原點(diǎn)位置。按下SQ1按鈕，滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)。

2　I/O分配與控制電路

三菱FX2N系列PLC具有速度快、功能邏輯選件高級(jí)、定位控制準(zhǔn)等特點(diǎn)，在基本單元上連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行16-256點(diǎn)的靈活輸入輸出組合。內(nèi)置800步RAM，最大可擴(kuò)充至16k步?？筛鶕?jù)電源及輸出形式，自由選擇擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展，還具有指令數(shù)字開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)讀取、16位數(shù)據(jù)讀取、矩陣輸入讀取、7段顯示器輸出等功能，可滿(mǎn)足各種不同工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用需求[5]。

圖1　自動(dòng)攻螺紋機(jī)工作流程圖

根據(jù)前述的液壓式滑臺(tái)自動(dòng)攻螺紋機(jī)工作流程，可知該系統(tǒng)需要輸入點(diǎn)與輸出點(diǎn)各7個(gè)，因此選用具有8點(diǎn)輸入和8點(diǎn)輸出的三菱FX2N-16MR型PLC即可滿(mǎn)足控制系統(tǒng)需要，各類(lèi)元器件以及PLC輸入與輸出I/O對(duì)照關(guān)系見(jiàn)下頁(yè)表1（表中指示燈L1、L2、L3分別代表液壓換向閥YV1、YV2、YV3的開(kāi)關(guān)狀態(tài)）。

為了滿(mǎn)足系統(tǒng)工作需要，控制電路需要連接兩個(gè)電機(jī) M1，M2 和 4 個(gè)接觸器 KM1、KM2、KM3、KM4。PLC外部接線如下頁(yè)圖2所示，主控制電路如下頁(yè)圖3所示。

3　梯形圖設(shè)計(jì)

梯形圖語(yǔ)言沿襲了繼電器控制電路的形式，梯形圖是在常用的繼電器與接觸器邏輯控制基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化了符號(hào)演變而來(lái)的，具有形象、直觀、實(shí)用等特點(diǎn)，是目前被應(yīng)用上最多的一種PLC的編程語(yǔ)言。在PLC程序圖中，左、右母線類(lèi)似于繼電器與接觸器控制電源線，輸出線圈類(lèi)似于負(fù)載，輸入觸點(diǎn)類(lèi)似于按鈕。梯形圖由若干階級(jí)構(gòu)成，自上而下排列，每個(gè)階級(jí)起于左母線，經(jīng)過(guò)觸點(diǎn)與線圈，止于右母線[6]。

表1　I/O分配表

圖2　PLC外部接線圖

圖3　主控制電路圖

系統(tǒng)的PLC梯形圖如圖4所示：

1）使用M8002初始化脈沖，使中間繼電器M0到M20置零；

2）當(dāng)?shù)玫絏0上升沿脈沖時(shí)，M1得電，隨即M1失電，M1下降沿脈沖使M2得電，此時(shí)M2動(dòng)合觸點(diǎn)動(dòng)作使M2保持得電，使Y0和Y3輸出；

圖4　梯形圖

3）當(dāng)X2動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，M2失電，M2下降沿脈沖使M3得電，此時(shí)M3動(dòng)合觸點(diǎn)動(dòng)作使M3保持得電，使Y1和Y3輸出，Y0斷開(kāi)；

4）當(dāng)X3動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，M3失電，X3動(dòng)合觸點(diǎn)閉合；當(dāng)?shù)玫組3下降沿脈沖時(shí)會(huì)使M4得電并保持，使Y5輸出，Y1和Y3斷開(kāi)；

5）當(dāng)X5動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，M4失電，M4下降沿脈沖使M5得電并保持，使Y6輸出，Y5斷開(kāi)；M5動(dòng)合觸點(diǎn)使時(shí)間繼電器T0開(kāi)始計(jì)時(shí)，達(dá)到2 s后，T0動(dòng)斷觸點(diǎn)將M5斷開(kāi)，T0上升沿脈沖使M6得電并保持，使Y4輸出，Y6斷開(kāi)；

6）當(dāng)X4動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，M6失電，此時(shí)M6下降

沿脈沖使M7得電并保持，使Y6輸出，Y4斷開(kāi)。M7動(dòng)合觸點(diǎn)使時(shí)間繼電器T1開(kāi)始計(jì)時(shí)，達(dá)到2 s后，T1動(dòng)斷觸點(diǎn)將M7斷開(kāi)，T1上升沿脈沖使M10得電并保持，使Y2輸出，Y6斷開(kāi)；

7）當(dāng)X6動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，重新進(jìn)行初始化，程序結(jié)束。

4　結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)采用三菱FX2N系列PLC改良液壓滑臺(tái)式自動(dòng)攻螺紋機(jī)的控制，可滿(mǎn)足全自動(dòng)化的工作需求，不僅確保了加工零件的質(zhì)量，節(jié)約了大量的人力物力，還使工作環(huán)境得以改善。通過(guò)PLC控制改進(jìn)的液壓滑臺(tái)式自動(dòng)攻螺紋機(jī)，維修方便，便于調(diào)節(jié)，使得原有設(shè)備的穩(wěn)定性與可靠性也有所提高。

[1]王先逵，艾興.機(jī)械加工工藝手冊(cè)（單行本）——螺紋加工[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]張紅霞，桂偉.基于S7-200PLC的液壓滑臺(tái)式自動(dòng)攻螺紋機(jī)系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)[J].信息通信，2013（8）：65-66.

[3]王洪峰.車(chē)床用自動(dòng)攻螺紋裝置的改進(jìn)[J].金屬加工，2006（12）：35-36.

[4]馮清秀，鄧星鐘.機(jī)電傳動(dòng)控制：第5版[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010.

[5]三菱微型可編程控制器手冊(cè)[Z].MITSUBISHISOCIO TECH，2003.

[6]黃中玉，于寧波.PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2009.