1 引言

　　傳統(tǒng)的普通鉆床鉆孔的精度和效率受到人工的熟練程度、疲勞程度等人為因素影響較大，要想達(dá)到高精度和高效率就十分不容易?；诖藛?wèn)題，我們開(kāi)發(fā)了數(shù)控鉆床，它可以按照輸入的進(jìn)刀曲線連續(xù)工作，鉆孔精度可達(dá)0.01mm．采用PLC定時(shí)器編程可定時(shí)自動(dòng)循環(huán)加工，以提高工作效率。本系統(tǒng)是為岫巖玉器加工廠原有鉆床的改造而設(shè)計(jì)，造價(jià)不高，精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足加工需求，具有很高的性?xún)r(jià)比。

2 系統(tǒng)控制要求及原理

　　鉆床主要由進(jìn)給電機(jī)M1、切削電機(jī)M2、進(jìn)給絲杠、上限位行程開(kāi)關(guān)SQ1、下限位行程開(kāi)關(guān)SQ2、旋轉(zhuǎn)編碼器MD、光電開(kāi)關(guān)SPH組成。M 1轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)進(jìn)給絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，使M2和鉆頭產(chǎn)生位移，M1正傳為進(jìn)刀，反轉(zhuǎn)為退刀。SQ1、SQ2之間的距離即為鉆頭的移動(dòng)范圍，并且SQ2提供下限位的超行程保護(hù)。旋轉(zhuǎn)編碼器MD將進(jìn)給絲杠的進(jìn)給轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成電脈沖個(gè)數(shù)，可對(duì)鉆頭進(jìn)給量進(jìn)行精確控制。光電開(kāi)關(guān)SPH是鉆頭的檢測(cè)元件，從SPH光軸線(圖中虛線所示)至工件表面的距離稱(chēng)為位移值，工件上的鉆孔深度與位移值之和就是脈沖數(shù)的控制值。如進(jìn)給絲杠的螺距是10mm，MD的轉(zhuǎn)盤(pán)每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生1000脈沖，可知對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖的進(jìn)給量是10／1000=0.01mm。如果要求孔深15.751mm，又已知工件表面到SPH光軸線的距離為10mm，那么將控制值設(shè)為(15.75+10)/0.01=2575個(gè)脈沖數(shù)就可以了?？梢?jiàn)該鉆床鉆孔深度的精度可達(dá)0.01mm。該鉆床的工作方式為自動(dòng)控制并設(shè)置手動(dòng)控制環(huán)節(jié)，手動(dòng)控制為點(diǎn)動(dòng)，以便調(diào)整或PLC故障時(shí)手動(dòng)操作。電源的引入使用電源接觸器KM1。在緊急情況下，按緊急停車(chē)按鈕就可以將PL C控制系統(tǒng)切除電源。

3 確定輸入／輸出設(shè)備及分配表

　　在此系統(tǒng)中，手動(dòng)控制只是要求點(diǎn)動(dòng)，且只是在PL C故障時(shí)使用，所以將手動(dòng)控制按鈕SB2、SB3、SB4直接與負(fù)載相連，不在PLC輸人端接人。需接人PLC的輸入／輸出設(shè)備如表1。其中輸入信號(hào)7個(gè)，輸出信號(hào)4個(gè)。

4 選定PLC型號(hào)

　　選用西門(mén)子S7200系列PLCCPU224，它具有14輸入／10輸出共24個(gè)數(shù)字量I／O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模板單元，最大可擴(kuò)展至168個(gè)數(shù)字量I／O或35模擬量I／O，組成的I／O端子排可以很容易地整體拆卸。

5 PLC外部接線圖及操作說(shuō)明

　　畫(huà)出了手動(dòng)控制環(huán)節(jié)，手動(dòng)控制直接接到負(fù)載側(cè)，與PLC不相連。隔離變壓器用來(lái)消除電噪聲的侵入，提高系統(tǒng)的可靠性。輸出回路中在接觸器線圈兩端并接RC回路，是為了防止感性負(fù)載對(duì)PLC輸出元件的不良影響而設(shè)置。進(jìn)給電動(dòng)機(jī)正傳接觸器KM3的輸出回路中串接SQ2的目的是在出現(xiàn)超行程進(jìn)給時(shí)，由SQ2直接切斷KM3，強(qiáng)制進(jìn)給電機(jī)M1停轉(zhuǎn)。電機(jī)正、反轉(zhuǎn)接觸器KM3和KM4之間設(shè)置了硬互鎖環(huán)節(jié)，避免短路事故。在緊急情況下，只需按下緊急停車(chē)按鈕就可使PLC系統(tǒng)切除電源。

　　控制系統(tǒng)的具體操作步驟：

　　(1)按下運(yùn)行準(zhǔn)備按鈕，KMl得電自鎖，運(yùn)行準(zhǔn)備指示燈PL亮。

　　(2)選擇開(kāi)關(guān)SA放在自動(dòng)位置，鉆床處于自動(dòng)控制方式。按下啟動(dòng)按鈕SB1，正傳接觸器KM3接通，進(jìn)給電機(jī)M1正向啟動(dòng)，進(jìn)給絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，MD開(kāi)始產(chǎn)生脈沖。鉆頭下降。

　　(3)在光電開(kāi)關(guān)SPH檢測(cè)到鉆頭尖的同時(shí)，便有接通信號(hào)輸出，使切削電機(jī)M2啟動(dòng)，同時(shí)PLC內(nèi)部計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，記錄編碼器MD脈沖個(gè)數(shù)。

　　(4) 當(dāng)計(jì)數(shù)器記錄的脈沖數(shù)達(dá)到所需要的控制值所對(duì)應(yīng)的設(shè)定值時(shí)，KM3斷電停止進(jìn)給，M1停轉(zhuǎn)，進(jìn)刀結(jié)束。

　　(5)KM3和KM4經(jīng)過(guò)延時(shí)電弧互鎖切換后，KM4接通，M1反向運(yùn)轉(zhuǎn)，鉆頭上升退刀。

　　(6)上升至鉆頭尖離開(kāi)SPH光軸的瞬間，SPH的輸出截止，KM2斷電，M2停轉(zhuǎn)。

　　(7)上升至碰到上限位行程開(kāi)關(guān)SQl時(shí)，SQ1動(dòng)作，KM4斷電，M1停轉(zhuǎn)，自動(dòng)鉆削過(guò)程結(jié)束。

6 程序設(shè)計(jì)

　　注釋?zhuān)壕W(wǎng)絡(luò)1：MO．1為切削電機(jī)M2啟動(dòng)輔助信號(hào)，當(dāng)MD產(chǎn)生脈沖10.0=1；鉆頭碰到上限為行程開(kāi)關(guān)SQ1，10.2=1；光電開(kāi)關(guān)SPH檢測(cè)到鉆頭尖，10.3=1，則M0.1接通且自鎖。

　　網(wǎng)絡(luò)2：M0.0為鉆頭檢測(cè)標(biāo)志，若切削電機(jī)M2信號(hào)M0.1=1，且SPH檢測(cè)到鉆頭10.3=l則接通M0.0且自鎖，啟動(dòng)定時(shí)器T33。

　　網(wǎng)絡(luò)3：M0.2為電機(jī)M2啟動(dòng)條件，若檢測(cè)到鉆頭，M0.0=1，且定時(shí)器T33時(shí)間未到，接通M0.2。

　　網(wǎng)絡(luò)4：若M0.2=1，SPH檢測(cè)到鉆頭尖，10.3=1，則接通KM2，即Q0.0=l，啟動(dòng)M2；若KM2反饋信號(hào)有效10.4=1，則Q0.0自鎖。

　　網(wǎng)絡(luò)5：若10.0=1，按下啟動(dòng)按鈕10.1=1，SPH未檢測(cè)到鉆頭10.3未接通，KM4沒(méi)反饋信號(hào)10.6未接通，進(jìn)給量未達(dá)到控制值M0．3未接通，且反轉(zhuǎn)Q0.2未接通，則Q0.1=1接通正傳繼電器KM3，若10.5=1，則Q0.1自鎖。

　　網(wǎng)絡(luò)6：進(jìn)給量達(dá)到控制值標(biāo)志M0.3=1，則啟動(dòng)定時(shí)器T34。

　　網(wǎng)絡(luò)7：若T34定時(shí)時(shí)間到，且KM3未接通無(wú)反饋信號(hào)10.5=0，未碰到上限為開(kāi)關(guān)SQ1，10.2=0，Q0.1未接通，則Q0.2=1接通反轉(zhuǎn)接觸器KM4，若10.6=1，則Q0.2自鎖。

　　網(wǎng)絡(luò)8：若未碰到上限為開(kāi)關(guān)SQ1，10.2=0，或光電開(kāi)關(guān)SPH有輸出10.3=1，且未按下啟動(dòng)按鈕10.1=0，則啟動(dòng)異常信號(hào)燈Q0.=1。

　　網(wǎng)絡(luò)9：若Qo．1=1且SPH檢測(cè)到鉆頭尖，10.3=l，則C0對(duì)編碼器MD脈沖輸入計(jì)數(shù)。若10．3停止輸出或Q0.2 啟動(dòng)，則C0停止計(jì)數(shù)復(fù)位。

　　網(wǎng)絡(luò)10：若C0的計(jì)數(shù)值達(dá)到設(shè)定值2575，則接通M0.4。網(wǎng)絡(luò)11：若M0.4=1，且光電開(kāi)關(guān)SPH有輸出值10.3=1，則接通進(jìn)給量達(dá)到設(shè)定值標(biāo)志M0．3，且自鎖。

7 結(jié)束語(yǔ)

　　PLC在機(jī)械數(shù)控行業(yè)的應(yīng)用已十分普遍，它是機(jī)電一體化的重要工具，也是機(jī)械工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的強(qiáng)大支柱。PLC參與控制的數(shù)控機(jī)床大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率，同時(shí)，極大的減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。自從2007年岫巖玉器加工廠的兩臺(tái)鉆床改造至今，鉆床運(yùn)行二年多，性能良好，工人干活輕松了，產(chǎn)品質(zhì)量提高了，廢品率也大大降低了。這里我們選用的CPU224型PLC有24個(gè)I／O點(diǎn)，而本系統(tǒng)只用了兒個(gè)點(diǎn)，有足夠的擴(kuò)展空間，以后可根據(jù)生產(chǎn)需要，增加新的控制功能。