1．概述

    四工位組合機床由四個工作滑臺各載一個加工動力頭，組成四個加工工位完成對零件進行銑端面、鉆孔、擴孔和攻絲等工序的加工，采用回轉工作臺傳送零件，有夾具、上、下料機械手和進料器四個輔助裝置以及冷卻和液壓系統。系統中除加工動力頭的主軸由電動機驅動以外，其余各運動部分均由液壓驅動。機床的四個動力頭同時對一個零件進行加工，一次加工完成一個零件。

    2．控制要求和工作方式

    本機床共有連續全自動工作循環、單機半自動循環和手動調整三種工作方式。連續全自動和單機半自動循環的控制要求為：按下啟動按鈕，上料機械手向前，將待加工零件送到夾具上，同時進料裝置進料，然后上料機械手退回原位，進料裝置放料，回轉工作臺自動微抬并轉位，．接著四個工作滑臺向前，四個動力頭同時加工，加工完成后，各工作滑臺退回原位，下料機械手向前抓住零件，夾具松開，下料機械手退回原位并取走已加工完的零件，完成一個工作循環，并開始下一個工作循環，實現全自動工作方式。如果選擇預停，則每個工作循環完成后，機床自動停止在初始位置，等到再次發出啟動命令后，才開始下一個循環，這就是半自動循環工作方式。

    3.系統的硬件構成

    本組合機床由PLC組成的電控系統共有各種輸入信號約37個，輸出信號25個。輸入元件中包括工作方式選擇開關、啟動、預停、急停按鈕，用于檢測各工位工作進程的行程開關和壓力繼電器等等。輸出元件包括控制各動力頭主軸電動機運行的接觸器線圈，控制各工位向前與向后、快速以及攻絲、退絲、夾緊、松開的電磁換向閥線圈。根據組合機床的工作特點，選用三菱FX2N-64MR型PLC，即可滿足輸入輸出信號的數量要求，同時由于各工位動作頻率不是很高，但控制線路電流較大，故選用繼電器輸出方式的PLC，系統的輸入／輸出信號地址分配表如表4-4所示。

    表4-4 系統的輸入／輸出信號地址分配表

    4．PLC控制系統的軟件設計

    本機床PLC控制系統的軟件由公用程序、全自動程序、半自動程序、手動程序、全線自動回原點程序以及故障報警程序等六部分組成，程序總體結構圖如圖4-46所示。

    公用程序主要用來處理組合機床的各種操作信號，如啟動、預停、緊急停止以及各工位的原位信號、機床啟動前應具備的各種初始信號、工作方式選擇信號、各種復位信號，并將處理結果作為機床啟動、停止、程序轉換或故障報警等的依據，公用程序一般采用經驗法設計，其梯形圖如圖4-47所示。

    故障報警程序包括故障的檢測與顯示，故障檢測由傳感器完成，再送入PLC，故障顯示采取分類組合顯示的方法，將所有的故障檢測信號按層次分成組，每組各包括幾種故障，本系統分為：故障區域，故障部件（動力頭、滑臺、夾具等），故障元件三個層次，當具體的故障發生時，檢測信號同時送往區域、部件、元件三個顯示組。這樣就可以指示故障發生在某區域、某部件、某元件上。

圖4-46 PLC的總體結構圖

圖4-47 公用程序梯形圖

    全自動程序是軟件中最重要的部分，它用來實現組合機床在無人參與的情況下對成批工件進行自動地連續加工。在全自動工作方式下，當機床具備所有初始條件后，按下啟動按鈕X12，機床即按控制要求所述工藝過程工作，各動力頭進行各自的工作循環，循環結束時重新回到各自的初始位置并停止。本文以銑端面和鉆孔工位為例，著重分析全自動程序的設計，結合表4-3 I/O地址的分配，可以畫出這兩個工位的狀態流程圖如圖4-48所示。

    需要指出的是：在圖4-48中，我們設置了預停功能和超節拍保護功能。

    (1)預停功能：當按下預停按鈕X13，M500為“1”狀態，M503為“0”狀態，如圖4-47所示。這樣當組合機床進展到S513步且X21=1時，將轉入初始步S2，并自動停止，而不會轉入S500進入下一個循環。

    (2)超節拍保護：當組合機床進行超節拍保護時，超節拍監控定時器T0將動作，（由S500置位M504），使M501為“1”狀態，M502為“0”狀態，如圖4-47所示，當機床進行到S511步時，將轉入初始步S2停止，不會繼續往下運動。

    圖4-48 全自動／半自動程序流程圖

    依照上述方法，同樣可以把其他幾部分的程序流程圖設計出來。

    5．系統調試與運行

    系統調試將手動與自動操作控制獨立分開，自動操作控制首先保證單機程序調試成功后，再轉入連續控制，最后連接整個系統試運行。由于PLC可靈活、方便地通過編程夾改變控制過程，使調試變得更簡單。本系統經過一段時間運行表明，該系統性能可靠，自動化程度高，完全能滿足生產工藝要求，它不僅提高了生產效率，而且大大減輕了勞動強度，改善了工作環境。

    6．結束語

    PLC作為新一代的工業控制裝置，具有開發柔性好，接線簡單，安裝方便，抗干擾性強等特點，用它來控制四工位組合機床這樣復雜的生產設備，是理想的選擇。在實際應用中，對這樣理想的控制器也采取了一定的保護措施。如本系統中，由于接觸器和電磁閥較多，為防止電磁干擾，在PLC的輸出端與電磁閥、接觸器線圈之間增加了固態繼電器進行隔離，這樣就避免了可能產生的誤動作。實踐證明，這種隔離措施行之有效。