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无心外园磨床自动上料装置的PLC控制摘要：针对汽门杆无心外园磨床需要人工送料，没有工件计量和测量提示报警，也不能对螺杆和滑板进行自动加油等情况。在这里介绍我们已设计开发好的自动上料装置，并重点分析PLC控制系统程序设计的过程和要求。目前上料装置已成功地实现了自动化单机生产，并在实际应用中取得良好的经济效益。关键词：汽门杆；无心外园磨床；自动上料装置；电磁阀；PLC控制1前言汽门是发动机的重要组成部件，让空气或混合气进入的称为进气汽门，让燃烧后的废气排出的称为排气汽门。汽门加工质量的好坏，直接影响发动机的性能，而汽门杆无心外园磨床是汽门加工的专用设备之一，它负责研磨汽门的细杆部分，汽门彩图如图一。因为该磨床是半自动设备，需要人工送料，没有自动报警和自动计量等系统，操作人员的劳动强度大，并存在较大的无法避免的操作安全隐患，而且操作人员的素质决定了日产量和工件的研磨质量，因此，对磨床进行自动化改造势在必行。这样不但可以彻底解决以上问题，还可以提高生产效率，创造更好的经济效益。2改造前磨床的结构和工作过程磨床的结构示意图及实物彩图见图一，其工作过程是：首先启动研磨砂轮，延时后自动开启磨削液，研磨进刀系统解锁。按下进刀启动按钮，经可调的延时后，进给压轮开始快速进刀（在这个时间段里，操作人员必须完成用手拿着汽门装夹位把其放进磨床），碰到减速弹簧后，变为磨削工件的研磨加工慢速行程，进给压轮进刀完成后，压下行程开关，启动时间继电器计时（可调，为最后研磨），到点后，则要快速退刀，回到原点，压下行程开关，排料杆顶出后用弹簧力复位。等待数秒（可调）后，无论操作人员是否放置工件，机器都自动进入第二个工作周期，如此不断地循环工作，直到人工干预停止，整个控制过程原设计为继电器控制。从上面的操作流程可以看出：加工工件的数量与质量完全由操作员的素质决定，而且必须每人操作一台机，操作人员注意力要高度集中，稍有疏忽就会造成工件不合格甚至引起生产安全问题。图一13无心外园磨床的自动化改造3.1改造方案在操作员站立侧加装代替人手的能旋转180°的机械放料手，其示意和实物图见图二。(1)加装的自动上料装置，必须有三种控制模式：手动调试模式：用于手动测试各执行机构能否单独正常工作，能否正确地完成工件的传送过程，保证工件准确地放置到相应位置。半自动加工模式：为了满足工件小量生产或是样板工件的加工要求，保留了半自动加工模式，这是极少使用的加工模式。全自动加工模式：全自动加工模式是关键所在，是工厂正常生产与工件加工质量和数量的根本保证，这是机器长期工作的加工模式。(2)改装后的无心外园磨床电气控制分为两大部分：第一大部分是砂轮转动控制系统，采用三菱MR-J2S-200A伺服放大器和HC-SFS203伺服电机，使用速度控制模式工作，用电位器调整砂轮转速。它图二2是独立系统，与PLC控制无关。第二部分是自动上料装置的控制，其控制构成的方式是：以PLC为控制中心，以电磁阀的控制线圈为PLC的输出执行元件，再由电磁阀控制气缸和油缸为最终执行元件，以及控制CL电机的正、反转继电器和灯光报警器等形成了整个按PLC程序去执行相应动作的机构系统，以达到生产控制要求，并最终完成生产任务。(3)改造后的无心外园磨床的工作过程如下：操作员把工件放满导入槽在自动模式下按启动按钮料架检测有无工件工件无报警操作员放入工件后，自动转到进料工步工件有进料工件固定1PA夹持工件向下转工件转移到CL转臂并进行固定2PA放出工件后向上返回返回到原点后等待下一周期或复位CL夹持工件进CL夹持工件在中间位CL夹持工件再进CL在前端放下工件CL退回原点等待下一周期LB进刀LB退刀排料排料确认并返回原点等待下一周期3.2PLC控制系统的输入/输出分配本系统选用FX1N-40MR可编程控制器，I/O分配图如图三。SB1是自动和半自动加工时的启动按钮，也是测量位暂停，工件经测量合格后，再次启动工作的启动按钮。SB2是自动和半自动加工时的停止按钮，工件处于加工过程中按下，机器则必须完成本次加工后才能停止。X5～X15的是手动调试开关，X16～X27的是分布机器各检测位置的传感器，Y1～Y6及Y15～Y17接电磁阀的线圈YA1～YA9，均使用220V交流电，Y10、Y11、Y13接220V的继电器，Y12、Y14接220V的红色、黄色灯光报警器。图三33.3PLC控制程序设计程序设计的关键在于自动/半自动/手动的程序结构设计、全自动控制的顺序功能图设计、半自动顺序功能图设计，具体见图四和图五。但由于全自动控制程序必要的互锁和运动机构执行的先后顺序锁定比较复杂，在编程时，除了考虑顺序功能图中的注解事项外，还要解决以下的问题：（1）在进行模式控制转换时，因S0～S999都是保持用，因此每次模式转换都要对用到的状态继电器S、计数器C复位。（2）启动按钮SB1的锁定要求，在半自动和全自动加工模式下，当系统已处于加工过程，此时，尽管再次按动SB1，系统不受任何影响。也就是必须让SB1按下一次启动程序后就立即无效，只有停止按钮SB2和模式转换按钮SA1才能解除。（3）PA转臂向下转的条件是只有在CL转臂到位和固定2气缸缩回后，PA转臂才能夹着工件向下转，把工件转送给CL转臂。（4）CL转臂转动位置与转动的条件是程序设计的重点与难点所在。首先CL转臂在A位把PA转臂送来的工件用固定2气缸压紧后，CL转臂则顺时针转动，如果是第一个工件则直接送到C处的磨削加工位，从第二个工件开始，则会停留在B位，等待LB磨削前一个工件完成并在排料和出料都已确认后，再从B位转到C位，在C位放下工件后回到A位取件。在CL转臂转到B位的过程中，PA转臂则往上返回，进行工件的装夹，完成后等待CL转臂回到A位取件，如此不断循环。而CL转臂从B位向C位转动，第一个工件用C0常闭直接转移，从第二个开始则要满足以下条件：图四4①无料报警不动作。②在LB退刀到位后，排料杆弹出并得到确认。③如果工件被弹出则要碰到出料确认板，从而实现出料确认条件。④测量暂停/连续工作选择开关SA2要在连续工作位。四个条件确认CL转臂则带着工件从B向C运动并在C处放下工件，然后返回A位装夹工件。另外，测量暂停位的作用是：磨削一定数量的工件后，由于砂轮直径尺寸变小，则需要测量工件的加工尺寸是否合格，因此，在这里要设置测量暂停/连续工作选择开关SA2，当选择测量暂停位时，CL转臂停在B位，这时对上一次加工的工件进行测量，调整好进给压轮后，把SA2打到连续工作位，再按下启动按钮SB1，则CL转臂带着工件从B向C运动并在C处放下工件，然后返回A位装夹工件。由于以上几个条件确认的时间不可能也不应该同时发生，所以必须设计转换电路将已产生过的条件记忆，等待所有条件满足后则转步。（5）LB进刀的条件，在CL转臂带着工件从B向C运动并在C处放下工件，然后返回A位装夹工件的过程中，LB进刀要在CL转臂离开C位返回A位的中途经过B位时启动，这是LB进刀必须满足的条件，为的是防止LB进给压轮压到CL转臂上而发生安全事故。（6）排料时间的要求，排料时间不能太短也不能太长，时间太短，则排料动作不充分，使工件弹出不到位，不能完成出料确认。时间太长，则排料针未复位CL已拿着工件到达，造成工件放不下去，经过调试应控制在0.1～0.3秒内为佳。由于篇幅所限，具体程序略。4结束语磨床加装自动上料装置并实际投入运行后该技术革新给生产带来的巨大变化已得到证明，不但使单机日产量数倍提高，同时大幅减小了机器操作员人数，由原来的一人一机的操作模式变为一人四机的监控模式，操作者只需完成加料、测量、进刀调节等机器报警提示的间歇性任务，大大地降低了操作者的劳动强度，彻底消除安全生产隐患。该装置具有调试简单、操作方便、使用安全、运行可靠、效率高、故障率低、工件加工效果好等特点，同时由于软硬件均采用合理化结构和布局，方便了工程技术人员的安装、调试和维修，为工厂带来了良好的经济效益，也为同类型设备的自动化改造提供范例。参考文献[1]三菱电机.FX1S，FX1N，FX2N，FX2NC编程手册2002.[2]三菱电机.FX1N系列微型可编程控制器使用手册2000.[3]中华人民共和国国家标准.电气制图[S].北京：中国标准出版社，1987.[4]廖常初.PLC基础及应用[M].北京：机械工业出版社.2003.5图五