基于三菱PLC的單面組合鉆床控制設計

杜宇凡，宋 煒，秦 濤

（湖北文理學院機械工程學院，湖北 襄陽 441053）

0 引言

單面組合鉆床是以通用的獨立部件為基礎，配合部分專用部件或模塊組成的高效率的自動化加工設備[1]。應用于汽車發動機缸體鉆孔的單面組合鉆床可同時加工三個孔洞，具有鉆孔、擴孔、磨孔三個工作進給。采用PLC技術，通過修改存儲器程序來改變鉆孔工藝的順序控制過程，以滿足三個工作進給的順序加工。本文設計了基于三菱FX2N-32M系列的PLC的單面組合鉆床控制系統，可以實現鉆床進給動作的順序控制和精確定位，能夠較好地滿足發動機缸體鉆孔的實際需求[2-3]。

1 系統結構和控制要求

該單面組合鉆床主要適用于汽車發動機缸體的鉆孔工藝，對于缸體孔進行鉆孔、擴孔、磨孔，一次性自動加工，其工作流程為：上料-夾具夾緊-刀具工進-刀具停留-工件旋轉-計數循環-工件放松-下料。技術要求如下：

（1）上料：啟動機器，上料機械手臂自動將待加工工件放入組合鉆床加工工位。

（2）工件夾緊：工件下方壓力傳感器接收一個上升沿信號，夾具對工件進行定位夾緊，直至觸動夾緊限位行程開關。

（3）鉆頭工進：工件夾緊后，鉆床小鉆頭、大鉆頭、磨刀同時工進啟動加工工件。

（4）刀具停留：組合鉆頭對工件工進到指定位置時，觸發工進下限位行程開關，使組合鉆頭停留在工件中3 s，3 s過后使組合鉆頭退出。

（5）工件旋轉：組合鉆頭退出達到指定位置時，觸發上限位行程開關，夾具臺開始旋轉至90°時，觸發旋轉限位開關，使旋轉停止，并使組合鉆頭繼續工進對工件進行加工。

（6）計數循環：在觸發旋轉限位開關時，計數器開始計數，當計數器次數未達到3次時，工件會繼續加工完四組孔后使計數器達到3次。

（7）工件放松：計數器達到3次后，觸發夾具松開開關，夾具開始放松至指定位置時，觸發夾具松開限位開關。

（8）下料：夾具松開限位開關被觸發后，下料機械手臂啟動將加工好的工件從工作臺上取出，壓力傳感器接收一個下降沿信號，機械手臂將工件取出；此后上料機械手開始動作，重復2-7步驟，可成批加工出符合要求的工件。見圖1.

圖1 控制流程圖

2 I/O確定與分配

根據前文中系統分析可確定該系統約有10個輸入端子，約有8個輸出端子。表1所示為I/O分布表及其對應實際現場器件。該系統需要18個I/O口，點數上留大約10%的余量，查三菱PLC用戶手冊可知，FX2N-32M-001的輸入點有16個，輸出點有16個，能滿足要求，系統的外部接線如圖2所示。

表1 I/O分配表及實際現場器件

圖2 I/O分配及PLC與外部接線圖

3 控制程序設計與模擬調試

采用SFC方式進行編程，如圖3所示，程序描述如下：

（1）啟動上料：按下循環啟動按鈕SB0，對應的X000置1，輸出Y000與Y005置1，上料機器手臂開始上料，組合鉆頭開始旋轉；

（2）夾緊定位：當工件準確放入指定位置時，壓力感應器上升點位ST1觸發，對應X001置1，輸出Y003置1，夾具開始夾緊；

（3）鉆頭工進：夾具夾緊到觸發夾具夾緊限位開關時，開關ST4對應的X004置1，輸出Y001置1，對應組合鉆頭開始工進；

（4）鉆頭停留：當組合鉆頭工進到觸發工進下限位開關ST2，對應X002置1，輸出T0開始計時3 s，鉆頭在工件中暫停3 s；

（5）鉆頭退出：計時器T0時間到，T0置1，輸出Y002置1，組合鉆頭開始從工件中退出；

（6）工作臺旋轉：當工件退出觸發到退出上限位開關ST3，對應的X003置1，輸出Y007置1，工作臺電機開始帶動工作臺旋轉；

（7）計數下料：當旋轉到觸發工作臺旋轉90°限位開關ST6時，X006置1，輸出C0開始計數一次；若次數達到計數器規定的3次時，觸發輸出Y006對應的下料機械手比開始將加工好的工件拿出工件臺；

（8）工作循環：工件被移出工件臺后，壓力傳感器下降沿被觸發，X001置1，輸出則返回到S20所對應到的上料機械手臂Y005，使Y005置1，使機械手臂開始上料操作；若次數未達到計數器規定的次數，即未達到3次循環，則返回到S22所對應的工進形成，輸出Y001置1，組合鉆頭開始工進，使未加工完成的工件繼續加工余下的步驟，直至整個工作循環結束。

（9）緊急停車：工作過程中如因特殊原因需緊急停車，可按下按鈕SB1使X010置1，此時PLC所有輸出點均置0，電機均失電，機床停止工作。

圖3 SFC循環控制程序

采用三菱GX Works2軟件對編寫的控制程序進行模擬調試，相應的動作響應如表2所示，模擬調試結果驗證了程序設計的所有動作量均可實現快速響應。

表2 模擬調試動作響應表

4 結束語

針對汽車發動機剛體組合鉆孔加工過程及控制要求，本文設計了一種適用于單面組合鉆床的PLC控制系統?？刂瞥绦蛐薷姆奖?，易于擴充且可靠性極高，適用于大批量生產。軟件調試結果表明：本文設計的控制系統滿足工序設計要求，可以用于單面組合鉆床加工控制。