一種廢舊雕銑機修改成鉆孔機的方案

摘 要：一種將廢舊難操作的雕銑機修改成易操作的鉆孔機的方案。修改后，不會數(shù)控編程的普通員工經(jīng)過簡易培訓即可學會使用，培訓時間短、培訓簡單。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)的費用。人機界面采用觸摸屏，簡單明了易操作。主控制器選用PLC編程靈活方便。

關鍵詞：雕銑機；改造；鉆孔機；PLC；易操作

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

1 設計原理

雕銑機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，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，點擊啟動即可運行。通過PLC控制三軸步進電機按照規(guī)定程序運行，Z軸帶動電主軸運行，實現(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：步進系統(tǒng)、變頻器、水泵、報警燈等信號。

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

電源設計規(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，減少費用。

步進系統(tǒng)選型：步進電機驅動器選用DQ3HB220M，驅動電壓為AC110V-220V，直接接AC220V電源即可。根據(jù)電流設定表和細分設定表設定合適的工作方式。

聯(lián)軸器選型：電機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，結構較緊湊，強度高，使用壽命長，無旋轉間隙，不受溫度和油污影響。

傳感器選型：XYZ三個運動軸上都選用傳感器作為限位開關和限位信號。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PLC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電源作為驅動器輸入信號的電源。驅動器輸入信號均通過光電隔離，為確保內置高速光耦可靠導通，要求提供控制信號的電流驅動能力至少15mA。當輸入信號電壓高于5V時，要根據(jù)需要外串電阻R進行限流。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)生器可以方便的調節(jié)系統(tǒng)。選用手搖脈沖發(fā)生器時，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 程序設計

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

（1）開發(fā)調試模式。本模式用于設備的調試。為便于操作，系統(tǒng)中設置了兩個坐標系：1）機械坐標系；2）工件坐標系。兩者的原點分別稱為機械坐標系原點和工件坐標系原點。相應的就產(chǎn)生了機械坐標和工件坐標兩個概念。

機械坐標是顯示當前相對于機械坐標系原點的坐標。

工件坐標是顯示當前相對于工件坐標系原點的坐標。

設置工件坐標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。

機械坐標系原點的位置由原點傳感器的安裝位置確定。工件坐標系原點的位置要結合工件的實際安裝位置確定。工件坐標系原點在機械坐標系中的坐標是相對于機械坐標系原點的坐標。

調試模式中設置了手輪模式、點動模式。上電后，點擊觸摸屏中紅色的“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”，定位到機械坐標原點。

系統(tǒng)初始化時不是三軸同時初始化，為保證安全，要注意兩點：

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。

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

本系統(tǒng)對開發(fā)調試模式設有權限，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。調試完畢后，要將密碼關閉，防止無關人員誤操作。

（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。拆卸工件后，再次裝加工件，點擊啟動按鈕，系統(tǒng)循環(huán)加工工件。

（3）報警設置。系統(tǒng)在運行中，主要會有以下3種故障：

1）驅動器報警；2）超限位信號報警；3）變頻器報警。

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

4 結語

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，主要從事自動化設備控制系統(tǒng)的設計、調試工作。