浅谈PLC编程在数控钻尖磨床自动上下料机构中的应用

(内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古 包头 014000)
摘 要：文章介绍了在钻尖磨床上设计自动上下料系统, 通过PLC控制达到了钻尖磨床的全自动化目标，实现了无人操作的高效率生产的过程。
关键词：PLC；钻尖磨床；自动上下料机构
中图分类号：TP274  文献标识码：A  文章编号：[HT K]1007—6921(2008)20—0096—01

随着数控制造业的发展，我国在钻尖磨床方面有了新的突破。为了适应多品种大批量的生产 及 高效率的生产要求，有必要在磨床上设计自动上下料系统，以便能够自动装卸与输送尺寸不 等的钻头。
1 自动上下料的结构、动作原理
1.1 自动上下料机构的组成

自动上下料机构分3部分：上料、送料、自动下料机构。

上料机构：由储料仓、上料油缸、料槽、检测开关组成。储料仓里存放着带刃磨的钻头，储 料仓的基座与上料油缸的推杆通过螺母固定。当上料油缸将储料仓推到前位时，储料仓里的 钻头落入料槽中。然后上料油缸带动储料仓退回至后位，推料完成；

送料机构：由送料油缸、送料杆、夹头、检测开关组成。首先送料油缸带动送料杆将料槽中 的钻头快速顶至已松开的夹头中位。然后送料油缸快以低速将其顶到前位，夹头将钻头夹紧 5，送料油缸快速退回到后位。最后推料油缸将夹头推至前位即磨削位置，送料完成；下料机构：由推料油缸、夹头夹紧油缸、检测开关组成。刃磨完成后，推料油缸带动夹 头推至后位。然后夹紧油缸将夹头松开，送料油缸送下一只料的同时将夹头里的已刃磨的钻 头顶出，落入下料仓里，完成自动下料过程。
1.2 自动上下料动作流程

要使上下料机构与磨床之间相互协调地、连续地、自动地运行，成为比较完善的全自动数控 磨床，必须通过PLC来控制上下料流水线上的各种电器与液压设备。在PLC设计与控制之前分 析磨床上下料动作及刃磨过程是必须的。经分析其完整的自动上下料动作顺序为：加工→上 料油缸进→上料油缸退回→推料油缸退回→送料油缸进→夹头夹紧→送料油缸退回→执行水 平定位检测程序→定位完毕→推料油缸进→执行刃磨程序，上料油缸进与上料油缸退回→刃 磨完毕→推料油缸退回，夹头松开→送料油缸进且将钻头顶出→夹头夹紧→循环执行。

这样的设计可使结构紧凑，也能节省整个刃磨时间，具有较高的生产效率。
2 PLC设计与控制

自动上下料系统各个动作之间的协调是通过PLC控制的。该PLC采用的是西班牙FSGOR公司的8 025CNC控制系统内置的可编程控制器。它是CNC和机床之间的接口，担负着CNC和机床之间的 信息交换，控制机床各个动作正确执行。因此PLC设计与编程是该系统的关键。
2.1 I/O信号处理模块设计

所有输入到PLC的检测信号均通过相应的接近开关获得。为了充分考虑磨床的安全性能，接 近开关没有发生作用或接近开关故障时保持低电平I=0输入给PLC，有作用时输入给PLC的信 号为高电平I=1。各油缸的相应位置分别由检测信号I2至I8输入到PLC进行处理。钻头在水平 刃磨定位时，考虑到钻头定位精度及检测距离的可调性，特意安装了一个高精度的接近开关 。当执行定位检测程序时，钻头转动。如果高精度接近开关只检测到钻头的沟槽时输入信号 I9=0，当检测到钻头的刃带时输入信号I9=1，这样可以通过输入信号的变化利用其上升沿来 实现准确的水平定位。PLC的输出通过继电器控制各个油缸电磁阀的通断和其他相关设备的 起停。
2.2 自动上下料PLC功能模块设计

根据数控磨床及自动上下料的要求与特点，自动上下料应具备多种功能。具体如下：
2.2.1 系统初始化。PLC初始化程序首先将所有的输出O、计时器T、寄存其R、标识M等清空 置零。然后设置系统的基本状态，如允许NC程序运行、启动液压系统等。
2.2.2 复位控制。在启动机床后或急停时，可以按复位按扭使上下料机构自动复位到初始 位置，并且让机床自动回零。
2.2.3 手动控制。当需要刃磨不同型号的钻头或者对上下料机构进行调整时，可以手动控制上下 料的各油缸动作进行操作调整。
2.2.4 自动控制。系统处于正常状态时，按下加工键，即可以使整个机床进入自动加工循 环过程中，直到按下停止键或者遇到急停情况。
2.2.5 PLC急停控制。当按下急停按扭，油缸出现动作故障或者是CNC内部出现故障等情况 时，均可导出系统出现急停状态。此时PLC程序会根据不同的报警条件进行不同的急停处理 ，并显示故障信息和报警。
2.2.6 PLC互锁控制。系统如果在非正常状态下动作，则有可能发生干涉。通过PLC可能发 生的干涉动作进行互锁控制，使其相互制约，从而避免损坏设备或发生事故。
2.3 自动上下料PLC软件设计

本软件是基于FAGOR公司的控制系统进行设计的，其软件流程如图。

机床上电后，PLC程序一直循环扫描执行。它获取外界输入信号，根据机床数据和各种标志 位的判断来实现M、S等辅助功能，决定轨迹运动或循环运动的条件是否满足。完成手动或自 动动作的控制。另外，还用来增加对机床工作过程中出错的报警和处理信息的屏幕提示。

当系统在复位完毕后，可以进行手动操作或者进入自动加工循环过程。同时软件在自动下料 ——定位检测——加工——下料循环过程中设置了一个循环计时器，它用来记录一个加工循 环所用的时间。在加工过程中，如果循环时间超过设定的值时，系统自动认为上下料机构的 动作有故障而产生急停报警。

由软件流程图可知，上料油缸的上料动作在第一次循环过程中最先执行，在以后的循环中它 与刃磨钻尖及推料动作并行执行，这样可以减少辅助加工时间。
4 结论

该自动上下料结构是全自动数控钻尖磨床的关键部分，它通过PLC控制达到了钻尖磨床的全 自动化目标，真正实现了无人操作的高效率生产。其动作可靠、性能稳定，逐渐被广泛的利 用。