基于PLC技术的组合机床改造

跟随我国微电子技术的快速发展，PLC技术在机械加工的各类机床的电气设备的改造和新型设备的自动控制中获得日趋普遍的应用，本文将论述家用缝纫机的机加工专用组合机床的PLC改造实例。

1 组合机床的运动及控制情形

浙江某缝纫机厂，拥有许多的加工缝纫机部件的专用组合机床，用以生产家用缝纫机。如对家用缝纫机的机壳实行机械切削加工的组合机床，其动力头散布与运动情形如图1所示。图1中动力头Ⅰ、Ⅲ分别用于针距大孔和夹线器孔的钻削加工，动力头Ⅱ用于挑线杆行线槽的铣削加工。M1，M2和M3均为三相异步电念头，分别为Ⅰ、Ⅱ和III动力头的切削主运动提供动力。为便于控制组合机床运动，在组合机床上装了许多行程开关，以获得的地位信号。图1中的行程开关的压动情形为：SQ51、SQ61和SQ71分别为Ⅰ、Ⅱ和III动力头在原位时压动;SQ52、SQ63和SQ72分别为Ⅰ、Ⅱ和III动力头工进到位时压动;加工时Ⅱ动力头先动作，当压合SQ62时，Ⅰ、III动力头才能够分开原位。另外还有：后插销滑台降、升到位分别压动SQ11、SQ12;人工拔、插定位销分别压动SQ21、SQ22;针孔杆拔、插销分别压动SQ31、SQ32;夹具松开、夹紧分别压动SQ41、SQ42。

组合机床中的液压系统的油泵也由一台三相异步电念头M0驱动。液压系统的第一个功能是给三个动力头的进、后运动提供动力，液压系统三个动力头的进给、撤退撤退运动由液压系统中的三个三位五通换向电磁阀分别控制，动力头从快进转换到工进由液压行程调速阀控制，与电气控制无关。液压系统的第二个功能是：用于加工件——机壳的夹紧和松开。其中机壳的装夹过程是：将机壳（工件）放于工作台上，先由液压驱动后插销滑台上升，再进行人工插销定位，接着由液压驱动针孔杆插销定位，最后是液压驱动下夹具压夹紧工件。夹紧过程的动作由液压系统中的三个二位五通换向电磁阀控制，这三个换向阀带有机械自锁。加工好的机壳（工件）的下卸过程正好与装夹过程相反。相同，松开过程的动作也由液压系统中的另三个二位五通换向电磁阀控制。所以加上三个动力头的进、退动作，共有12个电磁阀线圈的通断电进行控制。

组合机床的单循环、循环和调整三种工作状态的选择由组合开关SA的三个地位选择;SB1、SB2为油泵电念头M0的起动、停止按钮;SB3、SB4为选择循环工作（含单循环）状态时组合机床工作的起动、停动按钮;其他按钮SB11～SB62（共15个）均为选择调整工作状态时组合机床的点动调整控制按钮。不管选择何种组合机床工作状态，油泵起动是组合机床工作的要求，油泵停止组合机床立刻停止工作。选择单循环或循环工作状态时，点动调整按钮SB11～SB62不起用处;选择调整工作状态时，组合机床工作起动、停止按钮SB3、SB4不起用处。

所以原组合机床的控制电路有一个组合开关、19个按钮、4个接触器、12个行程开关、12个电磁阀线圈、还有众多的中心继电器、时间继电器，其控制电路的接线特别复杂，电器触点易破坏。所以应用时间一长，靠得住性变差，故障率增大，维修困难，从而使生产遭到很大的影响，所以急切需求对此专用组合机床的电气控制电路进行技术改造，经分析决定采取PLC控制技术，以满足生产靠得住性的要求。

2 PLC控制的设计

2.1 PLC的I/O分配表

依据组合机床的电气控制、液压系统原理，设备要求的输进/输出均为开关量，分析输进、输出点数，选择了日本OMRON公司的CPM1A-40CDR型的PLC，继电器输出。其中PLC的输进点是24点，输出是16点。16个输出点对应控制4台电念头的4个接触器，12个电磁阀线圈，正好够用。关于输进点，有SA的3个档位、油泵电念头的起动、停止按钮，循环工作的起动、停止按钮和调整用的15个按钮共22个输进点，尚有行程开关输进点15个，这样有37个输进点，所以PLC的24个输进点不够用，为此采取输进公共端切换的办法来扩大PLC的输进点数，将单循环和循环控制的输进置于一条公共线上，而将点动调整的输进置于另外一条公共线上，这两条公共线的切换由组合开关SA完成。保障每种情形下的输进点不超出24 点。详细的PLC的I/O点分配表如表1所示。

表1 I/O点分配表

2.2 PLC控制的程序设计

PLC控制程序用梯型图编程完成，依据控制要求，总框图如图2所示。图中有一个复位至原位的程序，这是考虑到油泵电念头M0起动后，选择循环工作方法时，假设机床不在原位状态，按下工作起动按钮，也许会使各动力头相撞。所以必须使Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ动力头自动回原位，夹具自动松开，针孔杆自动拔销;假设后插销滑台没有降低，则人工拔定位销使滑台自动降低。

图3所示为组合机床循环工作（含单循环）的PLC的梯形图。其中组合机床的循环工作状态与单循环工作状态由SA组合开关选择，它们的不一样的地方是，单循环工作状态每开始一个循环必须按一下SB3，而循环工作状态则在一个循环结束后设置30秒钟的延时，用于取放工件，延时到，则机床自动开始下一个工作循环，不需再按SB3。梯形图中的内部帮助继电器20110、20111、20112分别代表复位至原位程序中的复位1、复位2和原位，而20000至20010分别用于移位，按加工流程进行控制。

3 结语

把PLC技术应用于家用缝纫机的机壳加工专用组合机床，采取了输进公共点切换的办法来扩大输进点数，用少输进点的PLC取代多输进点的PLC，节俭了改形成本;用移位指令控制循环加工流程，经改造后的控制系统靠得住性高，稳固性好，易于保护，加工零件的质量也获得了获得了很好的保障，产生了优越的经济效益。

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