僅用一個開關的組合機床鉆深孔PLC控制系統

何 榮

（桂林理工大學 南寧分校，南寧 530001）

僅用一個開關的組合機床鉆深孔PLC控制系統

何 榮

（桂林理工大學 南寧分校，南寧 530001）

0 引言

孔深與孔徑比大于或等于5的孔通常稱為深孔，在內燃機零件如缸蓋、缸體和連桿等大批量加工中常常遇到在組合機床上鉆深孔的問題，解決鉆深孔問題的關鍵是排屑和鉆頭的冷卻。目前鉆深孔的PLC控制系統有兩種，一種是觸發快進轉工進的行程開關采用活動當鐵。這就需要在滑臺和動力頭上安裝上特殊的專用機構，使工進時活動擋塊能夠后移一個工進行程的距離，以實現多次分級進給。當工作循環完成并快退時，另一塊電磁鐵控制的活動擋鐵又要隨滑臺快退并撥動活動擋鐵回初始位置。這樣的機械結構比較復雜，不能直接應用標準滑臺和動力頭，而且要額外增加四五個行程開關，接線和調整比較麻煩。另一種PLC控制系統采用在滑臺上固定的擋鐵，來觸發快進轉工進的行程開關。其缺點是每次進給的工進起點位置相同，導致第二次工進起，每次都有一段等于之前每次工進鉆深累計值的無效空行程，效率太低。為了克服現有PLC控制系統的上述缺點，本文提出下文所述的一種新的組合機床鉆深孔進給PLC控制系統。

1 深孔鉆削的工藝特點及對控制系統的要求

圖1 鉆深孔工作循環圖

深孔鉆削的工藝特點是鉆頭在封閉的孔內切削零件，切屑排除困難，容易堵塞，而且鉆頭容易發熱而導致壽命降低。為了實現定期排屑和定期冷卻鉆頭，要求控制系統能夠實現鉆頭分級多次進給和多次退出。此外，鉆削時孔深逐漸增加，工件鉆孔部位的溫度會逐漸升高，而且不容易散熱，導致鉆頭的溫度也隨著孔深的增加而逐漸升高。為避免鉆頭過熱，每級工進深度應逐級減少。為滿足這些要求，給出了圖1所示的鉆深孔工作循環圖。圖中，驅動鉆頭快進、工進和快退的機構采用進給速度比較穩定(相對液壓和氣壓傳而言)動的機械滑臺，驅動鉆頭旋轉的機構是機械動力頭。圖中的m為鉆孔工藝和控制系統設計時要考慮的切入量（為了避免快進結束時發生撞刀所需的空工進行程）。此外，除了最后一次快退外，每次快退至原位后，都停留2秒鐘，目的之一是避免控制快速進給電機的正轉接觸器和反轉接觸器同時斷電和得電，以致產生觸點競爭而導致電機短路燒毀，之二是使鉆頭在切削液的噴淋下能充分冷卻。

本控制系統的每次快進、工進的行程按時間控制，為了確定控制這些工步行程的定時器設定值，需要按以下公式下計算這些工步的行程量。而每次快退不必按時間控制行程量，只需控制工進行程的定時器給出每次快退的啟動信號即可，快退后停留或停止由原位開關SB0發信號控制。

1.1 快進工進行程的計算

L一次快進=鉆頭鉆尖至待鉆孔端面的距離-切入量m

L一次工進=一次工進鉆入工件的深度

L后續i次快進=Li-1次快退-m

L后續i次工進=后續i次工進鉆入工件的深度

上述每次工進的鉆入深度由工藝專業人員根據工件材料、孔深、孔徑和鉆孔工藝確定。

1.2 定時器設定值K的計算

控制快進快退行程定時器的設定值

控制工進行程定時器的設定值

2 控制系統順序功能流程圖

圖2 控制系統功能流程圖

控制系統順序功能流程圖如圖2所示，X0（SB0為原位開關信號，X1 為組合機床夾具的夾緊信號。X0和X1的“與”信號作為控制系統的啟動信號，以確?；_必須在原位才能啟動。啟動后，每次快進和工進都由內部繼電器和定時器其控制。由于定時器在其輸入信號保持時間等于或大于定時器設定時間的條件下才能正常工作，所以要采用內部繼電器的自保信號作為定時器的輸入信號。每次快退的控制信號只用內部繼電器的自保信號控制即可。快退結束時，為了保證鉆頭能充分冷卻，采用設定時間為2秒的定時器來控制停留時間。由于每個控制停留的定時器分布在不同的工步，并控制不同次序的快進，為了區別不同工步的停留，每個停留定時器的輸入信號應各有區別。所以圖中的一次停留定時器輸入信號為X0,二次停留定時器輸入信號為“與”信號X0.R7。控制系統工作循環結束后的停止控制信號也應與前兩次停留的信號相區別，所以最終停止的控制信號為“與”信號X0.R11。

3 PLC控制系統梯形圖

圖3 PLC控制系統梯形圖

PLC控制系統梯形圖如3所示，每次快進和工進的時間由不同設定值（圖中不標具體數值，只用XX表示）的定時器和相應的內部繼電器控制，每次快退則由工進定時器的輸出信號及相應的內部繼電器控制。以一次快進、一次工進、一次快退、停留四個工步為例說明時間步進式的控制原理。在控制系統處于原位狀態時，原位開關X0閉合，此時若機床發出工件夾緊信號X1，則內部繼電器R1得電自鎖，定時器TMY1開始計時，R1的常開觸點接通輸出繼電器Y1，啟動快速進給電機啟動正轉，一次快進開始。當TMY1計時到設定值時輸出信號，其常開觸點T1使內部繼電器R2得電自鎖，R2的常開觸點接通輸出繼電器Y3，啟動工作進給電機，開始一次工進。在定時器TMY2開始計時的同時。TMY1常閉觸點的斷開比其常開觸點閉合滯后一個PLC掃描周期（R4和R8的常閉觸點斷開亦比其常開觸點閉合滯后一個PLC掃描周期）， 即TMY1在其輸出信號后經過一個掃描周期便停止計時，R1的線圈隨之同時斷電。一個掃描周期的時間可以忽略不計，這樣R1的得電時間恰好等于TMY1的設定時間，即一次快進的時間。其他的每次快進和工進的控制原理與此相同。每次工進完成后，控制工進時間的定時的器輸出常開觸點接通內部繼電器R3、R7得電并使它們自鎖，隨之啟動快速進給電機反轉實現快退?？焱说皆粫r觸動原位開關X0，使控制快退的R3、R7斷電，即令快速進給電機停止后停留2秒鐘。最后一次快退是由定時器TMY10的輸出信號啟動,原位開關X0控制停止，使工作循環結束。至于工作進給電機，則是用每一次工進時相應的內部繼電器R2、R6、R10控制啟動，當每一次工進結束時，R2、R6、R10斷電而令其停止。

4 結論

本控制系統經過調試驗證，符合設計要求，運行可靠。其特點是：1）簡單實用，僅使用機床上的原位開關。每次快進、工進的行程由定時器的設定時間控制，每次快進、工進、快退的工步動作轉換由控制工進的定時器輸出信號啟動，由原位開關控制停留或停止。實用是指不僅能實現目前通用的多次分級進給和多次快退的控制方法，而且采用每次工進行程逐次減少和快退后停留的控制方式能避免鉆頭過熱而提高壽命,并確?？焖龠M給電機的安全運行；2）應用時，宜選用機械傳動的機械滑臺式組合機床，以保證進給速度穩定，從而提高按時間控制進給量的精度。

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PLC control system for drilling deep hole on modular machine tool only using one switch

HE Rong

對現有鉆深孔工藝及控制系統進行了研究，針對存在的問題：1)要在組合機床上附加復雜的活動檔鐵專用機構和幾個行程開關，很麻煩；2)采用固定的動作轉換當鐵，導致每次工進都增加一段等于之前每次鉆深累加值的無效工進行程，效率很低。提出了一種僅用一個開關的組合機床鉆深孔PLC控制系統。該系統僅使用機床上的原位開關。滑臺每次快進和工進的行程及二者動作的轉換采用定時器控制。每次快退由控制工進的定時器輸出信號啟動，停留(2秒)或停止由原位開關控制。

組合機床；鉆深孔；進給；PLC控制

何榮（1968 -），男，廣西玉林人，學士，實驗師，研究方向為工業自動化。

TP273

A

1009-0134(2014)06(上)-0151-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2014.06(上).43

2014-03-27