V80系列PLC在數控鉆銑床中的應用

一、系統概述
控制部門采用V80數控銑床系列PLC，并配以人機界面進行程序參數修改、設定，以及運行狀態顯示監控，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，各軸伺服電機通過連軸器帶動滾珠絲杠，以移動配有直線導軌的工作臺和主軸銑頭，其定位正確，速度快。主軸銑頭由變頻器控制，根據刀具及工件和進給量，來設置主軸公道的轉速，并在程序中設定它的啟動休止。各軸均設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。為便于調試和檢驗，各項操縱均設手動功能，如手動各軸快慢移動、主軸高低速旋轉、切削液及潤滑開關等。此機床整體雖為半閉環控制，只要選件、裝配、程序編制及操縱公道，精度和不亂性仍是能知足使用要求的。
二、硬件配置
PLC選用矩形的M40DT-AC/S，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點高速計數器，頻率可達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120K，使應用起來非常利便，接線簡捷。編程軟件WinProladder有梯形圖巨匠之稱，易學易用且功能強盛，編纂、監督、除錯等操縱非常順手，按鍵、鼠標并用及在線即時指令功能查詢與操縱指引，使編纂、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，要分接在幾個高速輸入點上，用間斷進行機床原點復歸，其余限位開關、操縱開關、液位檢知等常規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軸伺服系統均選用相同的，和利時的ES系列全數字交流伺服驅動器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、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、失速、位置超差、編碼器異常等。在此設備中按集電極開路驅動方式連接至PLC，最高脈沖輸入頻率為200K,伺服ON、Z相信號等也做相應連接。
變頻器選用富凌的DZB70B0015L2A，規格為單相1500W，400Hz，有多步速供編纂使用。因為正常使用時不頻繁變速，故速度調節設定不引出，只在變頻器操縱面板上調節，設定兩個速度，高速用于加工，低速用于對刀。調節相關參數與主軸匹配，如基頻、基壓、運行頻率上限、載頻等，并改動相應跳線。
主軸沒有采用傳統方式，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軸的絲杠和導軌上造成損害，也使主軸箱外表顯得美觀。它的最高轉速為24000轉/分，使正常工作轉速6000-14000轉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督、修改PLC內部寄存器或繼電器的數值及狀態。
?三、軟件設計
機床工作的流程圖如圖2所示，開機后先檢測手動開關是否有效，若手動開關有效，即利用各手動控制開關執行手動操縱的項目。若手動開關無效，則啟動原點復歸程序，各軸進行機床原點復歸，先回Z軸再回其它兩軸，當所有軸都原點復歸成功后才能進行到下一步。若刀具和工裝夾具、工件程序均沒有變動，可復位到加工準備狀態而不進行對刀，若需對刀，則打開對刀開關啟動對刀程序，3軸分別對刀，即找工件原點，利用手動各軸移動開關快慢移動各軸，使工件的三個面分別碰觸低速旋轉的刀具，恰好碰上為止。對好后，按對刀OK確認，再輸入刀補，經由程序處理，即形成工件原點也就是編程0點，編程時根據此0點按照圖紙計算刀具路徑，可使操縱者思路清楚，編纂運算簡樸。操縱者編纂的是用戶程序，可以編纂刀具軌跡，就是各軸移動坐標，還有移動速度、輪回加工時的輪回次數等。編好程序后或使用當前程序時，即復位到準備狀態：各軸移動到初始位—一個合適的位置，裝卸工件利便、不易碰觸刀具時，裝上工件，按啟動即可開始加工，主軸運轉，冷卻液開，各軸按程序設定坐標移動。當加工結束時，機床復位，即各軸又移動到初始位，主軸停，冷卻關，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。在準備狀態時緊靠工作臺上的定位固定好胎具，按啟動后，主軸旋轉，待主軸即將達到額定轉速時，X、Y軸同時運轉到第一加工工位，也就是第一個孔的X、Y工件坐標值，此時冷卻液打開、Z軸快速下降到加工區，即銑刀端面即將觸及工件加工面，迅速變用緩慢的工進速度開始鉆削加工。當加工深度到達設定深度（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。計數器加1后程序進行比較運算，判定加工是否完了，如否，則X、Y軸繼承運轉到下一加工工位，再重復Z軸下降加工動作。如加工完了，產量計數器加數、主軸停轉、冷卻液封閉，同時發出5s聲光報訊，用以提醒操縱者，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，相應回路都安裝合適的斷路器。
2. PLC和伺服系統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、主軸冷卻都設液位低報警器。
5. 伺服控制線、人機界面通信線等使用屏蔽線，并闊別電源線。
7. 變頻器與PLC、伺服驅動器等保持一定間隔。

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