1、萬能銑床的控制要求及傳統(tǒng)繼電控制的問題
銑床是一種高效率的銑削加工機(jī)床，可用來加工各種表面、溝槽和成形面等；裝上分度頭以后，可以加工直齒輪和螺旋面；裝上回轉(zhuǎn)圓形工作臺則可以加工凸輪和弧形槽。銑床的應(yīng)用范圍很廣，在金屬切削機(jī)床中銑床的數(shù)量僅次于車床。
1.1萬能銑床的控制要求
以 X62W 型臥式萬能銑床為例，其控制要求如下：
1）主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間，沒有速度比例協(xié)調(diào)的要求，所以主軸與工作臺各自采用單獨(dú)的籠型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。
2）主軸電動(dòng)機(jī)是在空載時(shí)直接起動(dòng)，為完成順銑和逆銑，要求有正反轉(zhuǎn)?？筛鶕?jù)銑刀的種類來選擇轉(zhuǎn)向，在加工過程中不必變換轉(zhuǎn)向。
3）為了減小負(fù)載波動(dòng)對銑刀轉(zhuǎn)速的影響，以保證加工質(zhì)量，主軸上裝有飛輪，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大。為提高工作效率，要求主軸電動(dòng)機(jī)有停車制動(dòng)控制。一般采用機(jī)械抱閘制動(dòng)。
4）工作臺的縱向、橫向和垂直三個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由一臺進(jìn)給電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，三個(gè)方向的選擇由操縱手柄改變傳動(dòng)鏈來實(shí)現(xiàn)，每個(gè)方向有正反向運(yùn)動(dòng)，要求有正反轉(zhuǎn)。同一時(shí)間只允許工作臺向一個(gè)方向移動(dòng)，故三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)之間應(yīng)有聯(lián)鎖保護(hù)。
5）為了縮短調(diào)整運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，提高生產(chǎn)率，工作臺應(yīng)有快速移動(dòng)控制，X62W 型銑床是采用快速電磁鐵吸合來改變傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比而實(shí)現(xiàn)的。
6） 使用回轉(zhuǎn)工作臺時(shí)，要求回轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與工作臺的上下、左右、前后三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)之間有聯(lián)鎖保護(hù)控制 ，即回轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)時(shí)，工作臺不能向其他方向移動(dòng) 。
7） 為適應(yīng)加工的需要，主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度應(yīng)有較寬的調(diào)節(jié)范圍。X62W 型銑床是采用機(jī)械變速的方法，改變變速箱傳動(dòng)比來實(shí)現(xiàn)的。為保證變速時(shí)齒輪易于嚙合，減小齒輪槽面的沖擊，要求變速時(shí)有電動(dòng)機(jī)沖動(dòng)（短時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)控制）。
8）根據(jù)工藝要求，主軸旋轉(zhuǎn)與工作臺進(jìn)給應(yīng)有聯(lián)鎖控制，即進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要在銑刀旋轉(zhuǎn)之后才能進(jìn)行，加工結(jié)束必須在銑刀停轉(zhuǎn)前停止進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
9） 冷卻泵由一臺電動(dòng)機(jī)拖動(dòng) 供給銑削時(shí)的冷卻液。
10）為操作方便，應(yīng)能在兩處控制各部件的起動(dòng)停止。
上面的控制要求包含多個(gè)基本控制環(huán)節(jié)，如：正反轉(zhuǎn)控制、順序控制、兩地控制、沖動(dòng)控制、制動(dòng)控制和聯(lián)鎖保護(hù)環(huán)節(jié)（包含了多個(gè)聯(lián)鎖）。其中有些控制和聯(lián)鎖還要配合機(jī)械控制才能實(shí)現(xiàn)。
1.2 傳統(tǒng)繼電接觸控制的問題
對于萬能銑床如此復(fù)雜的控制要求，若采用傳統(tǒng)繼電接觸控制的方法，會(huì)碰到這么幾個(gè)問題：1）設(shè)計(jì)難度大；2）控制電路接線復(fù)雜；3）使用到的元器件多，電路可靠性差；4）初學(xué)者不容易理解和掌握。為此，下面介紹采用 PLC 的控制方式來實(shí)現(xiàn)上述能銑床電氣控制要求，在此基礎(chǔ)上還加入了對電路故障的診斷。
2、PLC 的選擇和硬件電路設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)時(shí)選擇的是日本三菱公司的 FX2N-48MR-001 型可編程控制器。該控制器有 48 個(gè)輸人輸出口，其中輸入 24 個(gè)，輸出 24 個(gè)。該控制器的結(jié)構(gòu)為輸入輸出一體化組件型結(jié)構(gòu)， 安裝和調(diào)試比較方便，且具有較快的輸入響應(yīng)速度，并可以進(jìn)行 I／O 口擴(kuò)展。
為實(shí)現(xiàn)上述萬能銑床電氣控制及故障診斷要求。需要 PLC 的輸人信號包括 6 個(gè)按鈕、5 個(gè)行程開關(guān)、5 個(gè)選擇開關(guān)、3 個(gè)熱繼電器輸入信號，共計(jì) 19 個(gè)。而 PLC 的輸出控制信號包括 3 個(gè)電磁離合器、5個(gè)繼電器、6 個(gè)指示燈，共 14 個(gè)，具體的 I／O 分配如表 1 所列。
該 PLC 的 I／O 通道分配可根據(jù)其控制對象的特點(diǎn)和控制要求，將 I／O 的輸入輸出口與相應(yīng)的電氣設(shè)備相連，從而達(dá)到控制和檢測的目的。完成 I／O 口地址分配后，即可進(jìn)行 PLC 硬件設(shè)計(jì)。
3、PLC 梯形圖設(shè)計(jì)
根據(jù) X62W 型臥式萬能銑床控制要求 PLC 梯形圖的設(shè)計(jì)如圖 1 所示。在用 PLC 進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中．運(yùn)用了 2 個(gè)輔助繼電器來簡化梯形圖設(shè)計(jì)。在編制程序的過程中，充分考慮了系統(tǒng)的安全性，因而在梯形圖中采用了有互鎖功能的設(shè)計(jì)，并且在 PLC 外部分別串聯(lián)了 KM2、KM3 常閉觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn) KM2、KM3 的互鎖控制，從而提高了整個(gè)機(jī)床控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。程序設(shè)計(jì)中將不同控制方式的程序分別編寫，這樣可根據(jù)工作方式來選擇開關(guān)以決定執(zhí)行哪行程序，從而使程序結(jié)構(gòu)更清晰．編程更方便。
4、故障診斷設(shè)計(jì)
在被控設(shè)備工作正常的情況下，控制系統(tǒng)的各個(gè)輸入、輸出信號和內(nèi)部繼電器的信號之間都會(huì)存在確定的邏輯關(guān)系。本控制器使 PLC的邏輯功能并通過編程來實(shí)現(xiàn)報(bào)警。硬件中的左右行程開關(guān)，如果同時(shí)閉合，就會(huì)形成邏輯錯(cuò)誤輸出報(bào)警．以表示左右行程開關(guān)中有需要維修的部件。最終通過邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)行程開關(guān)、電機(jī)、接觸器等故障報(bào)警功能。
可編程控制器用于X62W 型臥式萬能銑床控制系統(tǒng)，既具有微機(jī)控制的一系列優(yōu)點(diǎn)，又能夠克服繼電接觸器控制的不足之處。表現(xiàn)在：穩(wěn)定性好，可靠性高。采用高集成度器件制造的 PLC，它與外部電路均經(jīng)過光電隔離，具有很強(qiáng)的抗干擾能力；控制靈活。PLC 采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，而且，PLC 中每只軟繼電器的觸點(diǎn)數(shù)無限制，因此具有很強(qiáng)的靈活性和擴(kuò)展性；PLC 具有自診斷程序，每次使用都能自行檢查，發(fā)現(xiàn)故障立即停機(jī)。
5、結(jié)束語
實(shí)踐證明，通過把 PLC 控制技術(shù)應(yīng)用于各種機(jī)床控制系統(tǒng)，大大提高了機(jī)床控制系統(tǒng)的可靠性和故障診斷的效率，同時(shí)也提高了設(shè)備的自動(dòng)化水平和產(chǎn)品的質(zhì)量。PLC 正改變著工廠自動(dòng)控制的面貌，對傳統(tǒng)的技術(shù)改造、發(fā)展新型工業(yè)具有重大的實(shí)際意義。
