引言：
在新開發(fā)的產(chǎn)品中有一個型號為Q7的長條鋁基臺，要在上面加工兩個φ3.7×1.65的平底盲孔,，由于要求精度高,，批量大，故無法用傳統(tǒng)的鉆模在鉆床上加工,，也很難在傳統(tǒng)銑床上面加工,，即使能加工效率也很低，并且設(shè)備損耗和電力損耗也很大,。此工件的加工有著非常廣泛的代表性,，生產(chǎn)的很多產(chǎn)品有著類似的要求，為此,，我們設(shè)計(jì)制做了一臺用于此類產(chǎn)品加工的設(shè)備——通用型數(shù)控鉆銑床,。
一、系統(tǒng)概述
PLC和交流伺服在數(shù)控鉆銑床中的應(yīng)用" border="0" src="http://www.gongso.com/images/hyyy/2010/6/7/02CAD93FDDBD4DEE9B627A008CA7B63E.jpg" />
控制部分采用PLC,，并配以人機(jī)界面進(jìn)行程序參數(shù)修改,、設(shè)定，以及運(yùn)行狀態(tài)顯示監(jiān)控,，可編程設(shè)置人機(jī)界面的內(nèi)容,。三軸均為全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)，各軸伺服電機(jī)通過連軸器帶動滾珠絲杠,，以移動配有直線導(dǎo)軌的工作臺和主軸銑頭,，其定位準(zhǔn)確，速度快,。主軸銑頭由變頻器控制,，根據(jù)刀具及工件和進(jìn)給量，來設(shè)置主軸合理的轉(zhuǎn)速,，并在程序中設(shè)定它的啟動停止,。各軸均設(shè)二端極限傳感器和原點(diǎn)傳感器，冷卻和潤滑也都有異常檢測,，在報(bào)警燈和人機(jī)界面處顯示報(bào)警信息,。為便于調(diào)試和檢修，各項(xiàng)操作均設(shè)手動功能,，如手動各軸快慢移動,、主軸高低速旋轉(zhuǎn),、切削液及潤滑開關(guān)等。此機(jī)床整體雖為半閉環(huán)控制,，只要選件,、裝配、程序編制及操作合理,，精度和穩(wěn)定性還是能滿足使用要求的,。
二、硬件配置
PLC選用永宏的FBS-40MCT,，該型機(jī)具有較高的性價比,，體積小，功能強(qiáng),，24點(diǎn)輸入,，其中有16點(diǎn)高速計(jì)數(shù)器，頻率可達(dá)120K,，16點(diǎn)輸出,，其中有4軸步進(jìn)或伺服輸出整合在里面，輸出頻率可達(dá)120K,，使應(yīng)用起來非常方便,，接線簡捷。編程軟件WinProladder有梯形圖大師之稱,，易學(xué)易用且功能強(qiáng)大,，編輯、監(jiān)視,、除錯等操作非常順手,，按鍵、鼠標(biāo)并用及在線即時指令功能查詢與操作指引,，使編輯,、輸入效率倍增。
接點(diǎn)分配：取各軸伺服電機(jī)的Z相信號作原點(diǎn)開關(guān),，要分接在幾個高速輸入點(diǎn)上，用中斷進(jìn)行機(jī)床原點(diǎn)復(fù)歸,，其余限位開關(guān),、操作開關(guān)、液位檢知等常規(guī)接點(diǎn)可按順序依次接入,。X,、Y、Z三軸伺服電機(jī)連在前3軸伺服輸出點(diǎn),，主軸高低速,、冷卻,、報(bào)警等接在其余輸出點(diǎn)上。
X,、Y,、Z3軸伺服系統(tǒng)均選用相同的，和利時的ES系列全數(shù)字交流伺服驅(qū)動器0040E-CBCEE-02,，和60系列小慣量的伺服電機(jī)60CB040C-2DE6E,。該伺服系統(tǒng)功能比較完善，如能耗制動,、電子齒輪,、自動加減速等，具備多種脈沖串輸入,，保護(hù)功能也比較完備,，有欠壓、過壓,、過流,、過載、堵轉(zhuǎn),、失速,、位置超差、編碼器異常等,。在此設(shè)備中按集電極開路驅(qū)動方式連接至PLC,，最高脈沖輸入頻率為200K,伺服ON、Z相信號等也做相應(yīng)連接,。
變頻器選用富凌的DZB70B0015L2A,，規(guī)格為單相1500W，400Hz,，有多步速供編輯使用,。由于正常使用時不頻繁變速，故速度調(diào)節(jié)設(shè)定不引出,，只在變頻器操作面板上調(diào)節(jié),，設(shè)定兩個速度，高速用于加工,，低速用于對刀,。調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)與主軸匹配，如基頻,、基壓,、運(yùn)行頻率上限、載頻等，并改動相應(yīng)跳線,。
主軸沒有采用傳統(tǒng)方式,，而是根據(jù)加工需要，采用了雕刻機(jī)用的電主軸,，安陽萊必泰的ADX80-24Z/1型,，其體積小、噪音低,，直徑只有80mm,這樣使整個主軸箱便于整體密封,，可有效地防止加工中的碎屑飛濺到Z軸的絲杠和導(dǎo)軌上造成損害，也使主軸箱外表顯得美觀,。它的最高轉(zhuǎn)速為24000轉(zhuǎn)/分,，使正常工作轉(zhuǎn)速6000-14000轉(zhuǎn)有一個合適的余量范圍?！ ∪藱C(jī)界面選用人機(jī)電子的通用可編程文本顯示器MD204L,，它可以以文字或指示燈等形式監(jiān)視、修改PLC內(nèi)部寄存器或繼電器的數(shù)值及狀態(tài),。
三,、軟件設(shè)計(jì)
開機(jī)后先檢測手動開關(guān)是否有效，若手動開關(guān)有效即利用各手動控制開關(guān)執(zhí)行手動操作的項(xiàng)目,。若手動開關(guān)無效,，則啟動原點(diǎn)復(fù)歸程序，各軸進(jìn)行機(jī)床原點(diǎn)復(fù)歸,，先回Z軸再回其它兩軸,，當(dāng)所有軸都原點(diǎn)復(fù)歸成功后才能進(jìn)行到下一步。若刀具和工裝夾具,、工件程序均沒有變動,，可復(fù)位到加工預(yù)備狀態(tài)而不進(jìn)行對刀，若需對刀,，則打開對刀開關(guān)啟動對刀程序,，3軸分別對刀，即找工件原點(diǎn),，利用手動各軸移動開關(guān)快慢移動各軸,，使工件的三個面分別碰觸低速旋轉(zhuǎn)的刀具，剛好碰上為止,。對好后,，按對刀OK確認(rèn)，再輸入刀補(bǔ),，經(jīng)過程序處理，即形成工件原點(diǎn)也就是編程0點(diǎn)，編程時根據(jù)此0點(diǎn)按照圖紙計(jì)算刀具路徑,，可使操作者思路清晰,，編輯運(yùn)算簡單。操作者編輯的是用戶程序,，可以編輯刀具軌跡,，就是各軸移動坐標(biāo)，還有移動速度,、循環(huán)加工時的循環(huán)次數(shù)等,。編好程序后或使用當(dāng)前程序時，即復(fù)位到預(yù)備狀態(tài)：各軸移動到初始位—一個合適的位置,，裝卸工件方便,、不易碰觸刀具時，裝上工件,，按啟動即可開始加工,，主軸運(yùn)轉(zhuǎn)，冷卻液開,，各軸按程序設(shè)定坐標(biāo)移動,。當(dāng)加工結(jié)束時，機(jī)床復(fù)位,，即各軸又移動到初始位,，主軸停，冷卻關(guān),，這時可卸下工件,，完成加工過程。
工件的加工流程圖如圖3所示,，以Q7產(chǎn)品為例,，胎具上一次裝夾15只工件，那么就有30個φ3.7的平底盲孔需要加工,，刀具選用φ3.7的2刃鎢鋼立銑刀,，鉆削加工，鉆削深度1.65mm,。在預(yù)備狀態(tài)時緊靠工作臺上的定位固定好胎具,，按啟動后，主軸旋轉(zhuǎn),，待主軸即將達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時,，X、Y軸同時運(yùn)轉(zhuǎn)到第一加工工位,，也就是第一個孔的X,、Y工件坐標(biāo)值，此時冷卻液打開、Z軸快速下降到加工區(qū),，即銑刀端面即將觸及工件加工面,，迅速變用緩慢的工進(jìn)速度開始鉆削加工。當(dāng)加工深度到達(dá)設(shè)定深度（1.65mm）時,，Z軸帶動銑刀迅速抬起,，抬起的高度為銑刀端面水平方向上碰觸不到工件及胎具為準(zhǔn)。計(jì)數(shù)器加1后程序進(jìn)行比較運(yùn)算,，判斷加工是否完了,，如否，則X,、Y軸繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)到下一加工工位,，再重復(fù)Z軸下降加工動作。如加工完了,，產(chǎn)量計(jì)數(shù)器加數(shù),、主軸停轉(zhuǎn)、冷卻液關(guān)閉,，同時發(fā)出5s聲光報(bào)訊,，用以提醒操作者，各軸移動到初始位：Z軸到上端,；X軸到左端,；Y軸到外端。卸下胎具后,，一個加工周期完成,，裝上胎具再按啟動即開始進(jìn)行下一輪加工。
四,、一些著重的電氣措施
1.主回路加裝漏電斷路器,，相應(yīng)回路都安裝合適的斷路器。
2.PLC和伺服系統(tǒng)的電源處都分別加有電源濾波器,。
3.各直流繼電器線圈都并接反峰二極管,，交流接觸器線圈并接阻容吸收回路。
4.潤滑,、主軸冷卻都設(shè)液位低報(bào)警器,。
5.伺服控制線、人機(jī)界面通訊線等使用屏蔽線,，并遠(yuǎn)離電源線,。
6.在拖鏈內(nèi)走線，使用耐折的柔性電纜,，并盡量增大拖鏈的彎曲半徑,?！?nbsp;
7.變頻器與PLC、伺服驅(qū)動器等保持一定距離,。