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
系統構成如圖1所示，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。
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
機床工作的流程圖如圖2所示，開(kāi)機后先檢測手動(dòng)開(kāi)關(guān)是否有效，若手動(dòng)開(kāi)關(guān)有效


即利用各手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)執行手動(dòng)操作的項目。若手動(dòng)開(kāi)關(guān)無(wú)效，則啟動(dòng)原點(diǎn)復歸程序，各軸進(jìn)行機床原點(diǎn)復歸，先回Z軸再回其它兩軸，當所有軸都原點(diǎn)復歸成功后 才能進(jìn)行到下一步。若刀具和工裝夾具、工件程序均沒(méi)有變動(dòng)，可復位到加工預備狀態(tài)而不進(jìn)行對刀，若需對刀，則打開(kāi)對刀開(kāi)關(guān)啟動(dòng)對刀程序，3軸分別對刀，即 找工件原點(diǎn)，利用手動(dòng)各軸移動(dòng)開(kāi)關(guān)快慢移動(dòng)各軸，使工件的三個(gè)面分別碰觸低速旋轉的刀具，剛好碰上為止。對好后，按對刀OK確認，再輸入刀補，經(jīng)過(guò)程序處 理，即形成工件原點(diǎn)也就是編程0點(diǎn)，編程時(shí)根據此0點(diǎn)按照圖紙計算刀具路徑，可使操作者思路清晰，編輯運算簡(jiǎn)單。操作者編輯的是用戶(hù)程序，可以編輯刀具軌 跡，就是各軸移動(dòng)坐標，還有移動(dòng)速度、循環(huán)加工時(shí)的循環(huán)次數等。編好程序后或使用當前程序時(shí)，即復位到預備狀態(tài)：各軸移動(dòng)到初始位—一個(gè)合適的位置，裝卸 工件方便、不易碰觸刀具時(shí)，裝上工件，按啟動(dòng)即可開(kāi)始加工，主軸運轉，冷卻液開(kāi)，各軸按程序設定坐標移動(dòng)。當加工結束時(shí)，機床復位，即各軸又移動(dòng)到初始 位，主軸停，冷卻關(guān)，這時(shí)可卸下工件，完成加工過(guò)程。
工件的加工流程圖如圖3所示，以Q7產(chǎn)品為例，胎具上一次裝夾15只工件，那么


就有30個(gè)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。在預備狀態(tài)時(shí)緊靠工作臺上的定位固定好胎 具，按啟動(dòng)后，主軸旋轉，待主軸即將達到額定轉速時(shí)，X、Y軸同時(shí)運轉到第一加工工位，也就是第一個(gè)孔的X、Y工件坐標值，此時(shí)冷卻液打開(kāi)、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(jìn)速度開(kāi)始鉆削加工。當加工深度到達設定深度（1.65mm）時(shí)，Z軸帶動(dòng)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(jìn)行比較運算，判斷加工是否完了，如否，則X、Y軸繼續運轉到下一加工工位，再重復 Z軸下降加工動(dòng)作。如加工完了，產(chǎn)量計數器加數、主軸停轉、冷卻液關(guān)閉，同時(shí)發(fā)出5s聲光報訊，用以提醒操作者，各軸移動(dòng)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(gè)加工周期完成，裝上胎具再按啟動(dòng)即開(kāi)始進(jìn)行下一輪加工。

四、一些著(zhù)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(xiàn)圈都并接反峰二極管，交流接觸器線(xiàn)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(xiàn)、人機界面通訊線(xiàn)等使用屏蔽線(xiàn)，并遠離電源線(xiàn)。
6.在拖鏈內走線(xiàn)，使用耐折的柔性電纜，并盡量增大拖鏈的彎曲半徑。
7.變頻器與PLC、伺服驅動(dòng)器等保持一定距離。