1 前言

　　活塞作為內(nèi)燃機中的關鍵部件。其外圓形線越來越復雜。對活塞外形的加工精度要求越來越高，為此我們研制了活塞雙軸硬靠模仿形機床，電氣控制系統(tǒng)采用可編程序控制器和經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)合實現(xiàn)控制。使經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)具備了高檔數(shù)控系統(tǒng)的PMC功能．可編程序控制器與經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)相互配合實現(xiàn)對設備的工藝動作控制。具有成本低、編程調(diào)試方便、易維護、易操作的特點。

2 工作原理

　　該設備由電氣系統(tǒng)、液壓與氣動、床身、主軸部分、滑臺、前刀架、后刀架、硬靠模、尾座部分組成，設備結構示意圖如圖1所示。

　　設備電氣系統(tǒng)主要執(zhí)行部件有主軸電機、主軸定位電機、主軸制動器、滑臺伺服電機、液壓電磁鐵和氣動電磁鐵、潤滑電機、液壓電機、顯示部分等。設備的后刀架、尾座、工件夾緊、換刀、前刀架靠模機構抬起與落下、吹掃、冷卻、外圓加工橫向微進退刀等工藝動作由液壓或氣動實現(xiàn)，電磁鐵動作如表1所示，另外冷卻和吹掃電磁鐵為YVll、YVl3、YVl4、YVl5，前刀架的縱向移動由伺服機構實現(xiàn)。主軸電機低速和高速分別用于活塞外圓的粗加工和精加工，伺服機構帶動前刀架縱向左右移動，實現(xiàn)活塞外圓仿形加工的縱向進給動作；主軸低速時，對活塞外圓進行粗加工。同時后刀架完成活塞仿形車削端面和頭部倒角；粗加工完畢，主軸變?yōu)楦咚?，伺服系統(tǒng)帶動前刀架左移，完成活塞外圓的精加工；在活塞外圓加工過程中。要求在活塞裙部和環(huán)岸部分界線實現(xiàn)自動換刀，金剛刀位于刀架下部．用于活塞裙部外圓加工，合金刀位于刀架上部，用于活塞環(huán)岸部外圓加工。主軸定位電機和制動器實現(xiàn)主軸的準確定位停止。工藝要求設備具有手動狀態(tài)和自動狀態(tài)，手動狀態(tài)用于調(diào)整機床各部分動作，確定工藝位置，更換工裝，手動加工工件，另外當故障停機后，能手動調(diào)整機床的基本位置；自動狀態(tài)時，控制系統(tǒng)能夠按工藝實現(xiàn)活塞外圓仿形加工、仿形車削端面和頭部倒角功能；另外在設備工作過程中，出現(xiàn)故障和急停信號時，能自動停機和發(fā)出報警信號。

3 硬件設計

　　根據(jù)系統(tǒng)工作原理和工藝要求，設計硬件電路，順序動作控制采用PLC實現(xiàn)，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)對伺服機構的控制，為了節(jié)約PLC的I/O節(jié)點，液壓電機不經(jīng)過PLC控制,PLC只采集液壓電機的故障信息，液壓電機故障時,PLC進行故障報警處理，實現(xiàn)停機并顯示故障信息，其它執(zhí)行部件均由PLC和數(shù)控系統(tǒng)進行控制，實現(xiàn)相應的工藝動作和人機交互。PLC選擇OMRON CPM2A-6UCDR-A型，兩個110擴展單元為CPM1A-2OEDR型,PLC主單元與擴展單元為繼電器輸出型;數(shù)控系統(tǒng)選擇廣州數(shù)控設備廠的具有宏程序功能的GSK98QI型車床數(shù)控系統(tǒng)。PLC主單元控制電路原理如圖2所示，PLC擴展單元控制電路原理如圖3所示，數(shù)控系統(tǒng)電路原理如圖4所示。

圖2 PLC主單元控制電路原理圖

圖3 PLC擴展單元控制電路原理圖

圖4數(shù)控系統(tǒng)電路和原理圖

　　該控制系統(tǒng)以PLC作為控制核心，數(shù)控系統(tǒng)作為PLC控制系統(tǒng)的一個執(zhí)行機構部件。P1.C控制系統(tǒng)有54個信號輸人點，包括系統(tǒng)的手動/自動一切換、手動運行、循環(huán)起動和停止、故障、行程開關、數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)通知PLC及電源接通的信號等，這些信號送入PLC進行邏輯運算和處理PLC控制系統(tǒng)有36個信號輸出點，實現(xiàn)對執(zhí)行部件的控制、系統(tǒng)狀態(tài)顯示及PLC對數(shù)控系統(tǒng)信息傳遞;PLC輸出回路除顯示信號外，均通過HH54P型直流中間繼電器實現(xiàn)對執(zhí)行機構的控制，并加人二極管續(xù)流回路，可保護PLC輸出回路作用。

　　數(shù)控系統(tǒng)電路由GSK980T型數(shù)控系統(tǒng)、DA98型伺服驅(qū)動器、交流伺服電機、編碼器和電源等構成。系統(tǒng)用z軸實現(xiàn)前刀架的縱向定位運動，采用數(shù)控程序?qū)崿F(xiàn)運動位移的數(shù)字控制，定位準確，無需行程開關檢測工藝位置，可靠性高，并且運動位置可以直觀顯示，方便觀察和控制。數(shù)控系統(tǒng)除標準操作面板外，在設備操作面板上還設有限位解除、急停、進給保持按鈕。數(shù)控系統(tǒng)急停與PLC急停為同一個自鎖型蘑菇頭按鈕．以便在緊急狀態(tài)下，使數(shù)控系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)同時緊急停止。數(shù)控系統(tǒng)還有z軸參考點開關，每次加工完畢，系統(tǒng)返回參考點。

　　PLC和數(shù)控系統(tǒng)之間交互信息通過各自I／O口傳遞．PLC到數(shù)控系統(tǒng)的信號有：PLC循環(huán)起動信號、自動循環(huán)期間防止數(shù)控系統(tǒng)由面板誤起動信號、PLC通知數(shù)控系統(tǒng)進給保持信號、PLC通知數(shù)控系統(tǒng)工件夾緊信號等。數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動器到PLC的信號有：NC準備好、伺服準備好、粗車完裙部、粗車完環(huán)岸部、精車完環(huán)岸部、糖車完裙部等信號。交互信息是PI E和數(shù)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的基礎．雙方通過交互信息可以知道對方的工作狀態(tài)及對方要求進行的動作，得到交互信號后，通過邏輯處理產(chǎn)生合理的處理信號，完成工藝要求的動作，并能夠防止撞車事故的發(fā)生。

4 軟件設計

　　系統(tǒng)軟件包括PLC控制程序和數(shù)控系統(tǒng)程序，PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的總體協(xié)調(diào)、順序動作控制，數(shù)控系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)前刀架的縱向左右定移動、執(zhí)行PLC的控制命令及發(fā)出數(shù)控系統(tǒng)狀態(tài)信息等，PLC控制程序流程圖如圖5所示，數(shù)控系統(tǒng)程序流程圖如圖6所示。在自動狀態(tài)下，系統(tǒng)處于原位(即前刀架零位、后刀架后退位置、主軸定向定位、金剛刀在下、尾座在右等，這些狀態(tài)均有開關檢測并輸入PLC)、沒有故障、伺服和數(shù)控系統(tǒng)準備好及工件夾緊的情況下，PLC控制系統(tǒng)才能夠起動自動循環(huán)：否則應手動調(diào)整或排除故障。自動循環(huán)起動后，前刀架和后刀架同時起動，仿形加工活塞外圓和仿形加工活塞端面及頭部倒角?；钊共看旨庸ね旰?，要等待后刀架加工完畢后退到原位后，系統(tǒng)才能夠起動活塞環(huán)岸部外圓加工．防止前、后刀架相互干涉、發(fā)生事故。

　　PLC發(fā)出的命令通過GSK980T型數(shù)控系統(tǒng)輸入接口賦值給其內(nèi)部所對應的宏變量，相應宏變量作為PLC要求數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行相應動作的條件，數(shù)控系統(tǒng)程序利用宏程序的條件轉移語句對相應動作條件進行判斷，以確定是否可以執(zhí)行相應動作，條件滿足則執(zhí)行相應動作，否則進行等待，這樣可以使數(shù)控系統(tǒng)接受PLC的控制，PLC可以協(xié)調(diào)系統(tǒng)按工藝運行。

5 結束語

　　作者采用PLC和經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)合實現(xiàn)了對活塞仿形機床的電氣控制，提出了一種PLC與經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的解決方案，該方案提升了PLC和經(jīng)濟數(shù)控系統(tǒng)的整體性能。本文作者創(chuàng)新點：作者采用PLC和經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)合實現(xiàn)了對活塞仿形機床的電氣控制，提出了一種PLC與經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的解決方案。并給出了PLC控制系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)的硬件、軟件設計的完整方案，該方案提升了PLC和經(jīng)濟數(shù)控系統(tǒng)的整體性能。