基于PLC和交流伺服系統的數控鉆銑床控制系統設計

引言

　　在新開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品中有一個(gè)型號為Q7的長(cháng)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(wú)法用傳統的鉆模在鉆床上加工，也很難在傳統銑床上面加工，即使能加工效率也很低，并且設備損耗和電力損耗也很大。此工件的加工有著(zhù)非常廣泛的代表性，生產(chǎn)的很多產(chǎn)品有著(zhù)類(lèi)似的要求，為此，我們設計制做了一臺用于此類(lèi)產(chǎn)品加工的設備——通用型數控鉆銑床。

　　一、系統概述

控制部分采用PLC，并配以人機界面進(jìn)行程序參數修改、設定，以及運行狀態(tài)顯示監控，可編程設置人機界面的內容。三軸均為全數字交流伺服系統，各軸伺服電機通過(guò)連軸器帶動(dòng)滾珠絲杠，以移動(dòng)配有直線(xiàn)導軌的工作臺和主軸銑頭，其定位準確，速度快。主軸銑頭由變頻器控制，根據刀具及工件和進(jìn)給量，來(lái)設置主軸合理的轉速，并在程序中設定它的啟動(dòng)停止。各軸均設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，在報警燈和人機界面處顯示報警信息。為便于調試和檢修，各項操作均設手動(dòng)功能，如手動(dòng)各軸快慢移動(dòng)、主軸高低速旋轉、切削液及潤滑開(kāi)關(guān)等。此機床整體雖為半閉環(huán)控制，只要選件、裝配、程序編制及操作合理，精度和穩定性還是能滿(mǎn)足使用要求的。

　　二、硬件配置

　　PLC選用永宏的FBS-40MCT，該型機具有較高的性?xún)r(jià)比，體積小，功能強，24點(diǎn)輸入，其中有16點(diǎn)高速計數器，頻率可達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120K，使應用起來(lái)非常方便，接線(xiàn)簡(jiǎn)捷。編程軟件WinProladder有梯形圖大師之稱(chēng)，易學(xué)易用且功能強大，編輯、監視、除錯等操作非常順手，按鍵、鼠標并用及在線(xiàn)即時(shí)指令功能查詢(xún)與操作指引，使編輯、輸入效率倍增。

　　接點(diǎn)分配：取各軸伺服電機的Z相信號作原點(diǎn)開(kāi)關(guān)，要分接在幾個(gè)高速輸入點(diǎn)上，用中斷進(jìn)行機床原點(diǎn)復歸，其余限位開(kāi)關(guān)、操作開(kāi)關(guān)、液位檢知等常規接點(diǎn)可按順序依次接入。X、Y、Z三軸伺服電機連在前3軸伺服輸出點(diǎn)，主軸高低速、冷卻、報警等接在其余輸出點(diǎn)上。

　　X、Y、Z3軸伺服系統均選用相同的，和利時(shí)的ES系列全數字交流伺服驅動(dòng)器0040E-CBCEE-02，和60系列小慣量的伺服電機60CB040C-2DE6E。該伺服系統功能比較完善，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，保護功能也比較完備，有欠壓、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)載、堵轉、失速、位置超差、編碼器異常等。在此設備中按集電極開(kāi)路驅動(dòng)方式連接至PLC，最高脈沖輸入頻率為200K,伺服ON、Z相信號等也做相應連接。

　　變頻器選用富凌的DZB70B0015L2A，規格為單相1500W，400Hz，有多步速供編輯使用。由于正常使用時(shí)不頻繁變速，故速度調節設定不引出，只在變頻器操作面板上調節，設定兩個(gè)速度，高速用于加工，低速用于對刀。調節相關(guān)參數與主軸匹配，如基頻、基壓、運行頻率上限、載頻等，并改動(dòng)相應跳線(xiàn)。

　　主軸沒(méi)有采用傳統方式，而是根據加工需要，采用了雕刻機用的電主軸，安陽(yáng)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軸的絲杠和導軌上造成損害，也使主軸箱外表顯得美觀(guān)。它的最高轉速為24000轉/分，使正常工作轉速6000-14000轉有一個(gè)合適的余量范圍?！　∪藱C界面選用人機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視、修改PLC內部寄存器或繼電器的數值及狀態(tài)。

　　三、軟件設計