引言：
在新開發(fā)的產(chǎn)品中有一個(gè)型號為Q7的長條鋁基臺,，要在上面加工兩個(gè)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(dòng)滾珠絲杠,，以移動(dòng)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(dòng)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(dòng)功能,，如手動(dòng)各軸快慢移動(dòng),、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(jià)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(cuò)等操作非常順手,，按鍵,、鼠標(biāo)并用及在線即時(shí)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(gè)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(shí)的ES系列全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng),、電子齒輪、自動(dòng)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(dòng)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(shí)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(gè)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(dòng)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(gè)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(gè)合適的余量范圍,。 人機(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(dòng)開關(guān)是否有效,，若手動(dòng)開關(guān)有效即利用各手動(dòng)控制開關(guān)執(zhí)行手動(dòng)操作的項(xiàng)目。若手動(dòng)開關(guān)無效,，則啟動(dòng)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(dòng),，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(dòng)對刀程序,，3軸分別對刀,，即找工件原點(diǎn)，利用手動(dòng)各軸移動(dòng)開關(guān)快慢移動(dòng)各軸,，使工件的三個(gè)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(shí)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(dòng)坐標(biāo),，還有移動(dòng)速度,、循環(huán)加工時(shí)的循環(huán)次數(shù)等。編好程序后或使用當(dāng)前程序時(shí),，即復(fù)位到預(yù)備狀態(tài)：各軸移動(dòng)到初始位—一個(gè)合適的位置,，裝卸工件方便、不易碰觸刀具時(shí),，裝上工件,，按啟動(dòng)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(dòng)。當(dāng)加工結(jié)束時(shí),，機(jī)床復(fù)位,，即各軸又移動(dòng)到初始位，主軸停,，冷卻關(guān),，這時(shí)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(gè)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(shí)緊靠工作臺上的定位固定好胎具，按啟動(dòng)后,，主軸旋轉(zhuǎn),，待主軸即將達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，X,、Y軸同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)到第一加工工位,，也就是第一個(gè)孔的X,、Y工件坐標(biāo)值，此時(shí)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(shí),，Z軸帶動(dòng)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(dòng)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(shí)發(fā)出5s聲光報(bào)訊,，用以提醒操作者,，各軸移動(dòng)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(gè)加工周期完成,，裝上胎具再按啟動(dòng)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(dòng)器等保持一定距離。