一、應用背景與需求

    工業(yè)機床的控制在工業(yè)生產(chǎn)自動化控制中占有重要的位置。在機床行業(yè)中，多工步機床由于其工步及動作多，控制較為復雜。采用傳統(tǒng)的繼電器控制時，需要的繼電器多，接線復雜，因此故障多，維修困難，費工費時。采用PLC控制，可使接線大為簡化，不但安裝十分方便，而且保證了可靠性，減少了維修量，提高了工效。

    某多工步機床是用于加工棉紡錠子錠腳的一種加工機床，其錠腳加工工藝比較復雜，零件加工前為實心坯件，整個機械加工過程由7個刀具分別按照7個工步要求依次進行切削。7個工步依次為：鉆孔、車平面、鉆深孔、車外圓及鉆孔、粗鉸雙節(jié)孔及倒角、精鉸雙節(jié)孔、鉸錐孔，各工步的動作分解如圖8-24所示。

    本節(jié)以該錠腳加工機床的PLC控制為例，介紹PLC在多工步機床控制系統(tǒng)中的應用。

    二、多工步機床PLC控制系統(tǒng)分析

    該錠腳加工機床的電氣控制主電路如圖8-25所示。

    圖8-24    錠腳加工過程示意圖

    (a)鉆孔；(b)車平面；(c)鉆深孔；(d)車外圓及鉆孔；(e)粗鉸雙節(jié)孔及倒角；(f)精鉸雙節(jié)孔；(g)鉸錐孔

    圖8-25    錠腳加工機床主電路圖

    使用該機床進行加工時，工件由主軸上的夾頭夾緊，并由主軸電機M1帶動作旋轉(zhuǎn)運動。大拖板帶動回轉(zhuǎn)工作臺作縱向進給運動，其進給速度由工進電機（慢速電機M2）、快進電機（快速電機M3）經(jīng)電磁氣閥YV1離合器帶動絲杠控制。小拖板的橫向運動由電磁氣閥YV1氣壓驅(qū)動。

    對于7把刀具，除了第2把刀（完成第2工步，即車平面）是由小拖板橫向運動切削外，完成其余6個工步的6把刀均由大拖板帶動回轉(zhuǎn)工作臺（六角）縱向運動切割，每完成一個工步，回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動一個工位，進行下一工步的切削。

    為簡明期間，本例只對刀具進給運動的控制進行分析與設計，刀具進給運動的控制過程如下：

    (1)刀具進給的啟動由啟動按鈕SB1發(fā)出啟動指令。

    (2)刀具進給運動過程中，各動作之間的轉(zhuǎn)換由限位開關發(fā)出指令；縱向快進結(jié)束壓合限位開關ST1，發(fā)出工進指令。

    (3)工進結(jié)束壓合限位開關ST2，發(fā)出延時指令，延時1s后開始縱向快退。

    (4)縱向快退結(jié)束后壓合限位開關ST3，發(fā)出橫向進給指令，由第一工步轉(zhuǎn)入第二工步，發(fā)出下一工步快進指令。

    (5)橫向進給結(jié)束壓合限位開關ST4，發(fā)出橫向退回指令及第三工步的快進指令，以后各工步的動作將重復第一工步的變化。

    另外，各動作之間應設置互鎖，即某一個動作進行時，應鎖定另一個動作，如快進與工進互鎖、縱進與縱退互鎖等。

    三、多工步機床控制系統(tǒng)硬件設計

    1．輸入/輸出信號分析

    根據(jù)對多工步機床控制系統(tǒng)的功能分析，可知其主要的輸入和輸出信號如下：

    輸入信號：控制多工步機床刀具進給加工的開始按鈕1個，行程開關共有4個，包括縱向快進到位行程開關1個、縱向工進到位行程開關1個、縱向后退到位開關1個以及橫向進給到位行程開關1個，所以輸入信號共5路，需5個輸入端子。

    輸出信號：主要是控制各類接觸器以及電磁閥，包括縱向前進接觸器、縱向快速接觸器、縱向后退接觸器以及橫向前進電磁閥各1個，所以輸出信號共4路，需4個輸出端子。

    2．PLC的輸入/輸出分配表

    在對多工步轉(zhuǎn)塔車床控制系統(tǒng)的各個硬件組成部分進行了詳細分析后，可以對PLC主機的I/O點數(shù)進行分配，如表8-7所示。

    表8-7    多工步轉(zhuǎn)塔車床控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)分配表

    3．PLC的選型

    通過對各個輸入和輸出信號進行分析后可以得知，該多工步機床控制系統(tǒng)中有5個數(shù)字量輸入信號和4個數(shù)字量輸出信號，共需9個I/O點，根據(jù)I/O點數(shù)和容量，本實例可以選擇S7-200系列PLC中的CPU221作為控制主機。

    4．硬件接線圖

    根據(jù)PLC的輸入/輸出分配表，可以畫出如圖8-26所示的多工步機床PLC控制主機的硬件接線圖。

    四、多工步機床PLC控制系統(tǒng)軟件設計

    根據(jù)多工步轉(zhuǎn)塔車床加工棉紡錠子、錠腳的加工工序，采用順序控制指令可以編寫出多工步轉(zhuǎn)塔車床控制系統(tǒng)的PLC梯形圖及語句表，如圖8-27所示。

    圖8-26    多工步機床控制硬件接線圖

    圖8-27    多工步轉(zhuǎn)塔車床控制系統(tǒng)的PLC梯形圖及語句表