汽车万向节轴铣钻组合机床PLC控制系统的设计

1 引言

　　汽车万向节轴头部的耳孔及内外侧面加工，以前是由钻床和铣床分别来完成的，这种生产方式两道工序分别在两台设备上完成。需要两次装夹，因此存在生产效率低、精度难以控制，废品率高的问题，对于小批量的生产还能满足要求，但随着市场需求的不断扩大，产量的增加。这种落后的生产方式显得越来越不能适应。因此，有必要改变这种落后生产方式是继续购进钻、铣设备还是改用加工中心?前者属低水平投入，无法起到提高生产效率的目的，后者则资盘投入较大，企业一时无法筹措唯一经济有效的方案就是制造一种专用设备来生产加工万向节轴头部的耳孔从内外侧面、这样才能达到既减少投入、改善质量，又提高效率的目的。

2 零件加工工艺及机床控制要求

　　万向书轴锻打成形出来以后，还须对其轴头内外4个侧面进行加工，并在头部的两耳各钻一个孔。如果用铣床、钻床分别加工，则效率很低且精度难以保证;用加工中心虽然精度高，但要换儿次刀，生产效率也就不高。那么如果制造一台专用钻铣组合机床来进行加工，势必起到事平功倍的效果。用这种机床来加工万向节轴头部的耳孔及内外侧面,其加工工艺过程如下:首先操作人员将工件放入专用夹具中按下夹紧按钮，此时夹紧机构的定位翻板在液压系统控制下使工件成正向位置，小油缸升起通过压板使零件定位在孔内，同时弹性夹头在大油缸向下运动的作用下收紧，夹住零件。确认零件装夹好后，按下自动循环按钮，中间铣头，左、右钻头在PLC程序控制下由液压系统和各白的动力头驰动，对零件进行加工，完成铣削、钻孔的动作。钻孔深度、铣削尺寸由行程开关控制，到位压下行程开关后各滑台分别退回原位，动力头停止转动，零件加工完成。零件加工过程中机床还必须同时对铣刀及钻头进行冷却，对滑台导轨进行润滑。零件加工动作流程见图1机床运行动作与执行元件状态关系见表1。

图1机床运行流程

3 控制系统的组成及其功能

　　3.1 硬件构成

　　该组合机床采用机械、液压、电气等传动方式共同完成对零件的加工.基于这一原因，设备对电气控制系统的可靠性和稳定性的要求就比较高。因此，我们选用了性能价格比较好，功能强、速度快的日本三菱FX2N-48MR型FLC作为控制系统核心。它具有24个输入点XO-X27、24个输出点Y0-Y27, 3000多点辅助继电器、200多点定时器以及若干计数器、寄存器、跳步指针、中断指针等编程元件m。辅以按钮、行程开关、接触器、电磁阀等组成了设备的电气控制系统，实现对工件夹紧、一个铣削头、两个钻头按零件加工工艺运行的控制和零件加工过程中刀具冷却、导轨润滑、铣头润滑的自动控制。由此构成的以PLC为核心的电气控制系统的框图见图2, PLC输人、输出点的分配(I/0)见表2、表3。

图2 控制系统框图

　　3.2 软件控制

　　根据零件加工工艺，我们可以画出控制程序流程图，见图3，并方便地设计出PLC控制程序梯形图，见图4再根据梯形图编写出控制指令，然后用FX-20P简易编程器将控制指令键人PLC。这样设备就能按控制程序的指令动作，对零件进行加工。PLC运行时还能进行在线监控，在编程工作方式下可进行指令修改。

图3 控制程序流程图

图4 PLC控制程序梯形图

　　3.3 系统功能及特点

　　(1)为了节省输人点，三个驱动头和油泵、水泵的点动控制信号不进人PLC，直接控制其接触器。

　　(2)设有空气开关作为每个分系统的过载、短路保护，安全可靠。

　　(3)机床通过SA1, SA2控制手动调整、及自动循环两种运行方式，方便机床调整和故障处理。

　　(4)滑台的润滑可根据情况设置成手动或自动方式，自动方式下为定时间隔润滑，时间长短可任意调整。

　　(5)工件夹紧电磁阀断电时为夹紧状态，可避免因突然停电工件松开而损坏刀具。

　　(6)液压系统压力控制，压力不够系统自动停止工作。

　　(7)能实现三个驱动头的不同组合工作。

　　(8)各滑台完成切削任务后延时返回，避免油缸换向冲击。

　　(9)中滑台(铣头)进给与左右滑台(钻头)进给互锁，避免撞刀。

　　(10)紧急停止功能，方便处理突发情况。

4 结束语

　　机床共有30个控制元件(包括按钮、主令开关、行程开关)，巧个执行元件(包括电磁阀、接触器)。为了节省制造费用，采取一些控制量不进人PLC的做法，如各电机的手动控制等，这样可以减少PLC输人输出点的占用，并能多预留一些备用点，既节省了投资，还简化了设计，提高了运行可靠性。PLC作为标准工业控制设备，没有继电器控制系统硬接线所带来的维修困难、无互换性的缺点。想要改变零件加工工艺，只需通过修改PLC控制指令即可实现。设备投人运行后，具有稳定可靠、故障率低、生产效率高、维修方便等优点，为企业创造了良好的经济效益。