摘 要：一種將廢舊難操作的雕銑機(jī)修改成易操作的鉆孔機(jī)的方案。修改后，不會數(shù)控編程的普通員工經(jīng)過簡易培訓(xùn)即可學(xué)會使用，培訓(xùn)時(shí)間短、培訓(xùn)簡單。既可以改舊為新、變廢為寶，又可以使普通員工容易掌握，不需要高薪聘請專業(yè)數(shù)控操作人員，從多方面節(jié)省了企業(yè)的費(fèi)用。人機(jī)界面采用觸摸屏，簡單明了易操作。主控制器選用PLC編程靈活方便。

關(guān)鍵詞：雕銑機(jī)；改造；鉆孔機(jī)；PLC；易操作

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.025

1 設(shè)計(jì)原理

雕銑機(jī)的主控制器是老舊的數(shù)控系統(tǒng)，占用空間大，且操作起來非常不方便。現(xiàn)將其改造為鉆孔機(jī)，修改后的主控制器采用PLC，占用面積小、編程簡單、操作靈活。用觸摸屏作為人機(jī)交換的界面，形象直觀、操作簡單。

操作人員按照圖紙將鉆孔數(shù)據(jù)輸入到觸摸屏中，點(diǎn)擊啟動即可運(yùn)行。通過PLC控制三軸步進(jìn)電機(jī)按照規(guī)定程序運(yùn)行，Z軸帶動電主軸運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)鉆孔動作。

2 基本組成

輸入信號：傳感器、手搖脈沖發(fā)生器等信號。

輸出信號：步進(jìn)系統(tǒng)、變頻器、水泵、報(bào)警燈等信號。

機(jī)械部分用鋁型材搭建成基本支撐框架。用直線模組搭建機(jī)床運(yùn)動的三個運(yùn)動軸，分別稱作X軸、Y軸、Z軸。電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)。鉆孔軸選用電主軸，主軸橫向安裝在Z軸上。

電源設(shè)計(jì)規(guī)格：輸入電源的參數(shù)AC220V，10A。

電氣部分盡可能選用電源為AC220V50Hz的電器元件，省去了變壓器等器件，方便接線，減少費(fèi)用。

步進(jìn)系統(tǒng)選型：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器選用DQ3HB220M，驅(qū)動電壓為AC110V-220V，直接接AC220V電源即可。根據(jù)電流設(shè)定表和細(xì)分設(shè)定表設(shè)定合適的工作方式。

聯(lián)軸器選型：電機(jī)與直線模組連接的聯(lián)軸器選用的是膜片聯(lián)軸器，不用潤油，結(jié)構(gòu)較緊湊，強(qiáng)度高，使用壽命長，無旋轉(zhuǎn)間隙，不受溫度和油污影響。

傳感器選型：XYZ三個運(yùn)動軸上都選用傳感器作為限位開關(guān)和限位信號。傳感器選用歐姆龍的EE-SX671-WR、EE-SX674-WR系列。二者都是NPN型光電傳感器，電氣參數(shù)相同，電源類型為直流5V—24V，外觀不同（安裝方式不同）。該類型的傳感器自身帶線，比用接插件連接的傳感器防水，電氣安全指標(biāo)高。

主控器選型：作為主控制器的PLC選用的是信捷電氣的XCC-32T-E。該P(yáng)LC的輸入電源是AC220V，方便接線，有5路高速脈沖輸出，本系統(tǒng)控制需要3路高速脈沖輸出，該類型PLC滿足要求。

變頻器選型：選用臺安科技變頻器N310。

開關(guān)電源的選型：選用DC24V電源作為傳感器、繼電器、觸摸屏等的電源，具體型號選用S-100-24，100W24V電源。

選用DC5V電源作為驅(qū)動器輸入信號的電源。驅(qū)動器輸入信號均通過光電隔離，為確保內(nèi)置高速光耦可靠導(dǎo)通，要求提供控制信號的電流驅(qū)動能力至少15mA。當(dāng)輸入信號電壓高于5V時(shí)，要根據(jù)需要外串電阻R進(jìn)行限流。由于輸入信號很小，都是毫安級別，選用較小的電源即可，具體型號NES-15-5，15W5V電源。安裝使用整潔方便，不用選擇多個電阻。

電纜選型：電機(jī)電纜選用TRVV4*1，4芯1平方毫米。TRVV電纜能夠滿足于常規(guī)工業(yè)環(huán)境下來回移動彎曲場合下使用的柔性電纜，具有柔軟、耐磨、耐彎、抗拉（可定制）、耐候、抗撕裂等基本性能，主要適用于常規(guī)工業(yè)環(huán)境下潮濕或干燥場合下的高頻移動安裝使用，屬于柔性特種移動電纜。

手搖脈沖發(fā)生器選型：通過手搖脈沖發(fā)生器可以方便的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。選用手搖脈沖發(fā)生器時(shí)，電氣參數(shù)要與PLC的輸入口電氣參數(shù)匹配。本系統(tǒng)的電氣參數(shù)選用DC24V，NPN型。

3 程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)置了兩種參數(shù)修改模式：（1）開發(fā)調(diào)試模式；（2）操作人員模式。

（1）開發(fā)調(diào)試模式。本模式用于設(shè)備的調(diào)試。為便于操作，系統(tǒng)中設(shè)置了兩個坐標(biāo)系：1）機(jī)械坐標(biāo)系；2）工件坐標(biāo)系。兩者的原點(diǎn)分別稱為機(jī)械坐標(biāo)系原點(diǎn)和工件坐標(biāo)系原點(diǎn)。相應(yīng)的就產(chǎn)生了機(jī)械坐標(biāo)和工件坐標(biāo)兩個概念。

機(jī)械坐標(biāo)是顯示當(dāng)前相對于機(jī)械坐標(biāo)系原點(diǎn)的坐標(biāo)。

工件坐標(biāo)是顯示當(dāng)前相對于工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的坐標(biāo)。

設(shè)置工件坐標(biāo)系是為了讓操作者方便操作，只要能看懂圖紙，將圖紙中的數(shù)據(jù)輸入到觸摸屏中的固定位置，就可以完成產(chǎn)品信息的錄入。這種方式簡單易懂，操作方便。

機(jī)械坐標(biāo)系原點(diǎn)的位置由原點(diǎn)傳感器的安裝位置確定。工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的位置要結(jié)合工件的實(shí)際安裝位置確定。工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在機(jī)械坐標(biāo)系中的坐標(biāo)是相對于機(jī)械坐標(biāo)系原點(diǎn)的坐標(biāo)。

調(diào)試模式中設(shè)置了手輪模式、點(diǎn)動模式。上電后，點(diǎn)擊觸摸屏中紅色的“初始化”按鈕，系統(tǒng)初始化，初始化指示燈顯示綠色的“初始化中……”并閃爍，完成后，顯示“初始化完成”，定位到機(jī)械坐標(biāo)原點(diǎn)。

系統(tǒng)初始化時(shí)不是三軸同時(shí)初始化，為保證安全，要注意兩點(diǎn)：

1）帶有主軸的Z軸先初始化，確保鉆頭離開工件，然后其他軸各自初始化。2）初始化方向必須是各軸后退。

定位工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的方法：初始化完畢后，在點(diǎn)動模式下分別點(diǎn)擊XYZ三軸的點(diǎn)動按鈕，快速定位到工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的大體位置，然后在手輪模式下微調(diào)系統(tǒng)，根據(jù)工裝位置，找到工件坐標(biāo)系原點(diǎn)。試加工工件，根據(jù)要求測量工件實(shí)際加工尺寸，將實(shí)際數(shù)據(jù)和要求數(shù)據(jù)作對比，根據(jù)對比結(jié)果在手輪模式下微調(diào)系統(tǒng)，確定準(zhǔn)確的工件坐標(biāo)系原點(diǎn)。

本系統(tǒng)對開發(fā)調(diào)試模式設(shè)有權(quán)限，在觸摸屏中密碼輸入位置輸入正確的密碼，才可以打開此模式。調(diào)試完畢后，要將密碼關(guān)閉，防止無關(guān)人員誤操作。

（2）操作人員模式。在該模式下，系統(tǒng)上電初始化。工人每次裝夾一個工件，裝夾完畢后，選擇要加工的程序，點(diǎn)擊啟動按鈕加工即可。一個工件加工完畢后，系統(tǒng)自動停機(jī)。拆卸工件后，再次裝加工件，點(diǎn)擊啟動按鈕，系統(tǒng)循環(huán)加工工件。

（3）報(bào)警設(shè)置。系統(tǒng)在運(yùn)行中，主要會有以下3種故障：

1）驅(qū)動器報(bào)警；2）超限位信號報(bào)警；3）變頻器報(bào)警。

這些報(bào)警信息出現(xiàn)后，系統(tǒng)會立即停止運(yùn)行，并在觸摸屏上顯示報(bào)警信息，根據(jù)顯示的信息可以方便的知道報(bào)警位置及報(bào)警類型，解決報(bào)警后，可利用“點(diǎn)動”、“初始化”使系統(tǒng)復(fù)位。

4 結(jié)語

與常規(guī)的數(shù)控系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)使用簡單、易于操作，提高了生產(chǎn)效率，降低了企業(yè)成本，滿足了企業(yè)的需求，確保企業(yè)在激烈的市場競爭中占據(jù)優(yōu)勢。

作者簡介：王澤志（1985-），男，山東汶上人，本科，助理工程師，電氣主管，主要從事自動化設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試工作。