摘要： 内燃机等设备中的对开滑动轴承加工工艺关键工序之一是对接平面拉削加工，提高该专用拉床加工质量和效率的技术要点是使启动上料、工件定位、清扫拉屑、执行夹紧、定位复位、拉削、夹具松开及退料等拉削过程中所有动作正确无误。本文在简述对接平面拉削工艺流程的基础上对采用S7-200系列PLC进行全自动对接平面拉床控制系统技术改造设计的过程予以分析阐述，并对相关技术问题给出说明。
Abstract： The finish machining of the bisect plane of bisect sliding bearing is the key working procedure of the machining of such products.The automatic orientation，clamping， directional return，broaching，clamping/loosing，automatic feeding and withdrawal of this special broaching machine in the broaching process are the key technical points for improving the machining quality and work efficiency in the procedure. This paper analyzed the machining process of this working procedure， discussed the reform process of applying PLC S7-200 on the machine tool control system of automatic hydraulic broaching machine for Bisect Plane Machining， and explained the relative technical problems.
关键词： 拉床；液压系统；可编程控制器；机床改造；滑动轴承
Key words： broaching machine；hydraulic system；programmable logic controller；reconstruction of machine tool；sliding bearing
中图分类号：TH39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）01-0021-03
0 引言
半圆周长是对开滑动轴承类工件的关键尺寸之一，对于半圆周长尺寸公差等精度要求相关行业技术标准均有严格规定。该工序加工机床的发展历经了配有车端面夹具的车床、采用丝杆螺母副驱动的拉床、液压传动半自动拉床发展到液压全自动拉床。目前在滑动轴承制造业中广泛采用的液压全自动对接平面拉床的主要技术特点是加工具有理想且稳定的尺寸精度、粗糙度等加工精度指标，较高的工作效率及较低的劳动强度和理想的操作安全性。
1 对接平面拉床的基本结构及工作原理
1.1 液压全自动对接平面拉床基本结构 该对接平面拉床属机电液一体化专用全自动平面拉削机床，主要由电气控制系统、机床本体、液压传动系统、辅助装置等若干部分组成，图1所示为该机床基本组成原理。
1.2 拉床基本工作原理 该机工作流程如图2所示。电液机构在PLC控制下完成拉削全过程。图3所示为液压系统原理。液压泵启动，如选择自动拉削方式，则系统压力正常时进行初始化操作，包括工作台22返回拉削结束点SQ3=1，定位缸27复位SQ4=1，夹紧缸16松开SQ6=1，上料平台（图1-5）此时位于料仓口下方，工作台上固定的挡料杆同步右行至料仓口脱离挡料杆的遮挡，垂直料仓中对接平面朝下叠放的毛坯下落在上料平台上，初始化完成。加工启动，工作台左行快进，挡料杆同步左行全程遮挡料仓口避免其余毛坯落下，至SQ1处上料结束；SQ1启动定位缸27活塞右行，由碰块推动滚轮轴，轴上的齿条推入上料平台，经平台内齿轮齿条及丝杆螺母机构驱动毛坯下方的2块等高托料板上移，把工件托入开口向下的拉削胎具18中，定位同时扫屑装置的电磁铁（图1-14）往复动作2次，2只排刷经连杆机构摆动清理拉刀切屑；定位结束信号SQ5=1启动夹紧缸16活塞上行，工件被半圆形芯铁17压紧在胎具中；在夹紧缸下腔夹紧压力升至设定值时，KP2复位定位缸，SQ4=1时工作台携拉刀工进右行拉削，当SQ2被碰块23触及时，转快速右行，在SQ3=1时停止；SQ3复位DT5夹紧释放，经1秒延时DT6得电，工件松开落下，下行至SQ6=1，如无其他操作请求，自启下一加工循环，拉削结束落下的工件在下次上料时被向左推至出料槽中；控制系统在有其他操作方式请求时则进行方式判断，若设置为点动方式，则可手控完成工作台右行、左行，夹紧缸上行、下行点动操作；若再次转为自动加工方式，系统仍首先执行初始化操作后转入加工。为保证夹紧可靠和拉削的平稳性，液压系统设计为拉削主油路和控制油路独立分开结构。
2 机床控制系统的PLC选型及改造设计
2.1 PLC选型及控制系统改造方案的确定 原继电器控制装置，触点及接线多，故障率较高。考虑工艺条件诸因素，改造设计选用S7-200系列PLC的CPU226 AC/DC/RLY基本单元结合强电单元组成控制系统。PLC系统具有24个输入点和16个输出点，工作内容主要是PLC的I/O端子与外设连接，梯形图设计及现场联机调试。
2.2 PLC的I/O信号配置设计
①输入信号及输入器件。本机共19点PLC输入信号。输入器件包括位置开关、方式选择开关、按钮、热继电器、压力继电器等。为提高可靠性，全部采用动合触头输入。
②输出信号及外部工作设备。本机共16点输出信号。输出信号所控制的外部工作设备包括阀用电磁铁、扫屑电磁铁、接触器及LED显示器等。
2.3 控制系统强电电路及PLC的I/O接口电路设计
①强电电路设计。强电电路包括机床主电路、工作电器电磁线圈与PLC输出点的连接及显示电路等。PLC扫描采样、执行程序后进行输出继电器刷新，线圈和LED显示器等外设由其物理触头驱动，完成指定控制和显示。本电路设计了零压保护单元，防止因供电系统失电后随机供电而非正常接通PLC电源可能产生的意外。为减少I/O点数而获较好经济性，电路直接用接触器KM1、KM2辅助触头驱动LED完成对应显示（图略）。
②PLC的I/O接线设计。根据输入输出设备编号分配PLC的I/O点。故障信息从I2.2输入，由扫屑电磁铁和2台液压泵电机的FR常开触头并联接入，任一电器过载均产生故障信号。PLC的I/O接线原理如图4所示。
2.4 控制程序设计 根据加工要求及硬件组成，控制程序主要由液压泵启停及压力检测部分、自动循环拉削部分、点动操作部分和公共处理四部分组成，图5所示为拉床整机控制流程。
2.4.1 泵启停控制及压力检测部分 该程序段控制液压泵电机M1和M2的单按钮起停并进行系统压力检测，根据系统压力是否正常执行方式判断或跳转至公共部分进行故障显示及处理（图略）。
2.4.2 自动循环拉削部分 程序段执行上料、定位、夹紧至拉削完成返回上料点并夹具松开全过程控制。由单周期信号M0.1启动自动拉削的初始化操作（夹具松开、定位返回、工作台回上料起始点）；加工结束无停止请求M0.3，则由再启信号M0.7再启；若有停止请求，则停止请求M0.3阻断信号M0.7启动；当从I1.4再次启动同时撤销停止请求M0.3。扫屑程序段梯形图从略，其主要部分梯形图如图6所示。
2.4.3 点动操作部分 控制以人工点动方式完成机床调整，包括：手动方式的判断及跳转，夹具松开或夹紧的点动，工作台右行及左行点动，由夹紧压力继电器和位置开关作点动限位控制（图略）。
2.4.4 公共处理部分 该部分主要对不同工作方式程序段中所产生的中间信号进行逻辑算运后再驱动同一输出继电器，从而避免重复输出；并有松开、夹紧、右行、左行、定位状态及故障信息的显示和急停处理，故障显示包括液压泵电机过载及系统和夹紧压力低于设定值的显示。急停微分信号M1.0或故障微分信号M1.1锁定M1.3而停止运行，在转为点动方式后，点动方式信号I0.3的微分输出M1.2可解除M1.3并转为点动调整。公共处理部分主要梯形图如图7所示。
3 结束语
①拉床控制系统采用S7-200系列PLC完成从上料、定位、扫屑、夹紧、定位退、拉削、夹具松开并自启下一循环的全自动拉削控制及相关显示和故障处理，系统稳定，性价比高。
②设置点动、急停、过载处理及零压保护功能，运行安全，维护调整方便。
③液压泵单按钮起停和使用接触器辅助触头驱动LED显示等方法可减少PLC的I/O点数而降低系统硬件成本，且液压泵的单按钮起停可减少误操作。
参考文献：
[1]周四六主编.S7-200系列PLC应用基础[M].北京：人民邮电出版社，2009.
[2]王曙光，魏秋月，张高记编著.S7-200PLC应用基础与实例[M].北京：人民邮电出版社，2007.
[3]周军，主编.电气控制及PLC[M].北京：机械工业出版社，2003.
[4]孙平 编.可编程控制器原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2008.