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       摘 要：以普通連桿頸銑床為研究對象，通過對機(jī)床主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動形式的探究以及對機(jī)床工作過程和控制要求的分析，采用PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，選擇合適的PLC與變頻器，進(jìn)行系統(tǒng)軟硬件設(shè)計，列出了PLC的I/O地址分配表，繪制了電氣接線圖和自動工作流程圖，編寫了PLC控制程序的梯形圖并調(diào)試，再結(jié)合液壓傳動系統(tǒng)，完成了整個電氣控制系統(tǒng)設(shè)計。采用PLC控制系統(tǒng)，使機(jī)床的性能和穩(wěn)定性得到很大的提升，也便于維護(hù)和技術(shù)升級。
 
      關(guān)鍵詞：PLC；變頻調(diào)速；控制系統(tǒng)；液壓傳動

     銑床是用銑刀對工件進(jìn)行銑削加工的機(jī)床，多用來銑削各種平面、溝槽、輪齒、螺紋、花鍵軸以及比較復(fù)雜的型面，在機(jī)械制造和維修工廠廣泛應(yīng)用。XL-4型曲軸連桿頸銑床廣泛適用于汽車、拖拉機(jī)和內(nèi)燃機(jī)曲軸的連桿的粗加工。主要用于加工曲軸的連桿頸外圓、臺階及R弧和扇面。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和機(jī)械生產(chǎn)現(xiàn)代化要求的不斷提高，人們對普通銑床的認(rèn)識進(jìn)一步深化，電氣控制系統(tǒng)也逐步趨于完善，各種新技術(shù)、新工藝逐步應(yīng)用于機(jī)械制造生產(chǎn)中。
 
      XL4連桿頸曲軸銑床采用2組刀盤同時對曲軸的同相位的2個軸頸成型加工。刀盤采用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金銑刀，刀盤的尺寸按照曲軸的開檔設(shè)計，同時對軸頸平衡塊側(cè)面、臺階、R弧、軸頸外圓一次成型銑削，夾具采用偏心夾緊方式，兩個動力頭裝在同一個滑臺上，每個動力頭帶1個刀盤，一次工進(jìn)到位后，滑臺鎖緊，夾具旋轉(zhuǎn)一圈，完成了一個曲軸的銑削加工。
  
     采用PLC與變頻器相結(jié)合的控制方案對原有繼電器和接觸器控制系統(tǒng)進(jìn)行替代，可提高機(jī)床的性能和抗干擾能力；便于維護(hù)和技術(shù)升級；節(jié)省資金，改造機(jī)床同購置新機(jī)床相比一般可節(jié)省60%左右的費(fèi)用；性能穩(wěn)定可靠，因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。
 
     1 、機(jī)床的控制要求
 
     機(jī)床要求具有手動和自動兩種操作方式。機(jī)床的液壓動力滑臺通過液壓傳動系統(tǒng)進(jìn)行物理調(diào)速，便于頻繁地?fù)Q向工作，滑臺快進(jìn)、工進(jìn)、快退、夾具、相位、頂尖等均由液壓系統(tǒng)傳動裝置與電氣控制系統(tǒng)相配合。機(jī)床頭架電機(jī)的4種運(yùn)行速度由變頻器控制。
 
     1.1 手動操作
 
    把“狀態(tài)”按鈕鑰匙置于“手動”狀態(tài)機(jī)床即為手動操作狀態(tài)。按下“滑臺快進(jìn)”或“滑臺工進(jìn)”或“滑臺快退”按鈕可單獨(dú)使滑臺前進(jìn)或后退。轉(zhuǎn)動“刀盤啟動”按鈕可使刀盤電機(jī)單獨(dú)啟動。按下“頭架低速”或“頭架高速”或“頭架反轉(zhuǎn)”按鈕可使頭架電機(jī)轉(zhuǎn)動，每次換速或換向前必須按下“頭架停止”按鈕。按下“回油泵啟動”按鈕可使回油泵單獨(dú)啟動。按下“滑臺潤滑”按鈕可使滑臺、頭架傳動箱等用油機(jī)械部分得到潤滑。
 
     1.2 自動操作
    
     在自動狀態(tài)下，當(dāng)滑臺回到原位，頭架停在原位，頂尖、相位、夾具處于松開或縮回狀態(tài)，且原位
燈亮?xí)r，把“狀態(tài)”按鈕鑰匙置于“自動”狀態(tài)，按下“自動啟動”按鈕，整個機(jī)床按程序自動完成加工，而且加工完工件后，機(jī)床會自動回到原位狀態(tài)。
   
    1.3 聯(lián)鎖與保護(hù)
   
     為了保證電力拖動控制系統(tǒng)中電動機(jī)各種電器組件和控制電路能正常運(yùn)行，消除可能出現(xiàn)的有害因素，并在出現(xiàn)電氣故障時，盡可能使故障縮小到最小范圍，以保障人身和設(shè)備安全，必須設(shè)置聯(lián)鎖和保護(hù)環(huán)節(jié)。
 
     無論在手動還是自動狀態(tài)下，夾具、頂尖和相位不夾緊和頂緊，滑臺就不能前進(jìn)；且頭架不在原位和滑臺不在后退位置時，夾具、相位、頂尖都不能松開或縮回。刀盤電機(jī)的Y-△降壓啟動不僅在電氣程序中有聯(lián)鎖保護(hù)，在接觸器上也要做相應(yīng)的機(jī)械互鎖。頭架的4種運(yùn)行速度都在電氣程序中做必要的聯(lián)鎖保護(hù)。機(jī)床還應(yīng)設(shè)置電動機(jī)過熱保護(hù)和刀盤電機(jī)短路保護(hù)。當(dāng)故障指示燈亮，刀盤和頭架電機(jī)立即停止工作，滑臺快速退回原位，油泵停止工作。

     2 、系統(tǒng)設(shè)計
 
    設(shè)計選用歐姆龍公司的CP1E-N40DR-A型PLC加上一個CP1W-40EDR擴(kuò)展單元。變頻器選擇三菱電機(jī)的FR700系列。該變頻器的“R、S、T”接三相電源，“U、V、W”接被控制的三相異步電動機(jī)。“X1、X2、X3、X4”為頻率編碼輸入，分別連接到PLC的102.04、102.05、102.06、102.07輸出端口。使X1、X2、X3中有某一個接通時，F(xiàn)WD接通，由變頻器拖動的電動機(jī)正轉(zhuǎn)；X4接通時，REV接通，電機(jī)反轉(zhuǎn)。
 
    變頻器設(shè)置為外部控制模式，采用多步頻率設(shè)定值的方法，在C05～C19項中輸入目標(biāo)頻率值，由X4、X3、X2、X1的四位二進(jìn)制組合來確定選擇C05～C19中的某個值。變頻器的其他參數(shù)采用默認(rèn)值。具體頻率輸入編碼，如表1所示。根據(jù)機(jī)床的工作流程和控制要求，繪制的工作流程圖并編寫相應(yīng)的梯形圖程序，完成調(diào)試運(yùn)行。工作流程如圖1所示。
   

                     圖1 工作流程圖
   
                  表1 多段頻率編碼表