基于PLC和交流伺服系統(tǒng)的數(shù)控鉆銑床控制系統(tǒng)設(shè)計

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

控制部分采用PLC，并配以人機界面進行程序參數(shù)修改、設(shè)定，以及運行狀態(tài)顯示監(jiān)控，可編程設(shè)置人機界面的內(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(diào)試和檢修，各項操作均設(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，該型機具有較高的性價比，體積小，功能強，24點輸入，其中有16點高速計數(shù)器，頻率可達(dá)120K，16點輸出，其中有4軸步進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。

　　接點分配：取各軸伺服電機的Z相信號作原點開關(guān)，要分接在幾個高速輸入點上，用中斷進行機床原點復(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，主軸高低速、冷卻、報警等接在其余輸出點上。

　　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。　　人機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(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