基于PLC数控钻床控制系统的应用与开发.pdf

力 技 术 与 机 床 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 5 ． 0 1 ． 0 2 0 基于P L C数控钻床控制系统的应用与开发 邓昌奇 广东石油化工学院 机电学院，广东茂名 5 2 5 0 0 0 摘要简述数控钻床和数控系统的组成，详细分析了可编程控制器，在数控钻床中的应用方式及特点，利用三菱P L C 对数控钻 床进行控制 ， 详细讨论了钻床的输人输出信息，研究了其逻辑关系，并列出了部分梯形图，实际使用表明该系统获得了良好的 控制效果 。 关键词 P L C ；钻床；应用；开发 中图分类号 T P 3 9 T G 5 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 5 0 1 0 0 7 60 3 Th e Ap p l i c a t i o n a n d De v e l o p me n t o f Co n t r o l S y s t e m f o r NC Dr i l l i n g M a c h i ne Ba s e d o n PLC DE NG C h a n g q i S c h o o l o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ，G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f P e t r o c h e m i c a l T e c h n o l o g y ， Ma o m i n g 5 2 5 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e c o mp o s i n g o f t h e NC d r i l l i n g ma c h i n e a n d t h e NC s y s t e m wa s d e s c rib e ， T h e a p p l i c a t i o n mo de a n d c h a r a c t e ris t i c o f t h e p r o g r a mma b l e l o g i c c o n t r o l l e r P L C i n t h e N C d r i l l i n g ma c h i n e ． A d o p t Mi t s u b i s h i p r o gra m ma b l e c o n t r o ll e r N C d ri l l i n g ma c h i n e c o n t r o 1 ． a n d i t d i s c u s s e s i n p u t a n d o u t p ut i n f o r ma t i o n o f d ri l l i n g i n d e t a i l ， T h e r e s e a r c h l o g i c r e l a t i o n o f d ril l i n g ma c h i n e i n d e t a i l，a n d i t l i s t p a r t l a dd e r ． Th e e mp l o y me n t i n f a c t e n u n c i a t i o n NC d r i l l i n g ma c h i n e t o o l a c q u i r e d t h e g o o d c o n t r o l r e s u l t ． Ke y wor d s PL C； d ri l l i n g ma c hi n e ； a p p l i c a t i o n； d e v e l o p me n t 0引言 钻床是一种孑 L 加工机床 ，可用来钻孔 、扩 孔 、铰孑 L 、攻螺 纹及修 刮端面等 多种形 式 的加 工 。本文所叙述的数控钻床是加工饲料模 的专用 数控钻床。数控钻床主要用于圆柱体 、圆锥体的 钻孔 ，数控钻床设有主轴、曰 轴 、z 轴 、机体支 架、通气管及冷却液漕 l。主轴由变频器驱动异步 电动机 ，异进 电动机带动皮带 叶轮 ，皮带 叶轮驱 动 主轴转动 。 轴是旋转轴 ，由步进驱动单元驱 动B 轴旋转，使B 轴旋转所需要的转角。z 轴是作 上下 垂直 运动 ，由步进驱动单元驱动 z轴步 进电动机作上下移动 ，使z 轴上下移动所需要的 距离 。前后的移动由手动前后移动的距离 。数控 机床组成见 图 i 。 1 数控钻床控制的设计与实现 矩 的设 定 、显示及其报警 ；Z轴 的移动距离 的设 定与显示 ；B轴的旋转角度 的设定与显示。它们 数控钻床的控制主要用于对主轴的转速及转 图1 数控钻床机械结构示意图 2 0 1 1 年广东省部产学研引导项 目 编号 2 0 1 1 B 0 9 0 4 0 0 2 0 9 ；2 0 1 1 年广东省科技型 中小企业技术创新专项资金项 目 编号 2 0 1 1 C Y1 7 9 收稿 日期 2 0 1 40 80 8 邓昌奇基才P L C 数控铭乐控制 系统的应用与开发 加工技术与 是本机 的关键技术 。对 不 同的加工件进行 速度 、 位移及旋转角的设定及其显示 ，在显示的过程中 在触摸屏上随时可在线调出不同加工件及材质的 速度、位移及旋转角的设定，也可以调出某加工 件的速度、位移及旋转角的设定。包括z 轴、 B轴 位移的计算 、主轴变频器、B轴驱动模块 、z轴驱 动模块 、P L C和触摸屏等装置 。 触摸屏主要用于主轴 、B 轴、z 轴的速度、旋 转角及位移的设置及其显示，在线调阅相关的技 术参数及数据，触摸屏采用三菱 G O T 1 0 0 0 系列的 G T 1 1 7 5 一 V N B A规格。P L C 用于主轴、 轴、z轴 间的逻辑控制及数据处理 、脉冲数的运算与输 出 ，是 本 机 的 核 心 部 件 ，P L C采 用 三 菱 F X 一 2 4 MT 。两轴驱动模块主要用于B轴 、z轴 的 驱动定位控制 ，作为P L C 的重要的附属模块，配 合P L C 处理B 轴、z 轴间的关系，两轴驱动模块采 用D 3 0 6 三相混合式步进电机驱动器。主轴变频器 主要用 于主轴 的速度及转矩 的设定及控制 ，变频 器的控制方式为恒转矩控制方式和恒功率控制方 式，安装于主轴的异步电动机上，主轴的转速 、 转矩、加减速等参数通过触摸屏与变频器通讯在 触摸屏上进行设定和参数 的实时显示 。 2三菱可编程控制器 P L C简介 2 ． 1 指令 脉冲输出指令 P L S Y 指令用于产生指定数量 的脉冲 p l s y[ S 1 ． 儿S 2 ． 】 [ D ． ] ， [ s 1 ．] 指定脉冲频率， F X ，F X 为 2 到2 0 0 0 0 Hz 1 ； F X 2 s ，F X 。 为 1 6 位指令 1 到3 2 7 6 7 Hz 3 2 位指令 1 到 1 0 0 O 0 0 H z 1 [ S 2 ．] 指定产生脉冲的数目。脉冲范围 1 6 位指令 1 到 3 2 7 6 7 个脉冲 3 2 位指令 1 到2 1 4 7 4 8 3 6 4 7 个脉冲，若指定 脉冲数为 “ O ” ，则产生无穷多个脉冲，即连续脉 冲输 出。 【 D ．] 指定脉冲输出单元号，占空比5 0 ％，只 能为输出的 Y O或 Y 1 ，在编程过程 中使用F X ， F X 。 ，F X V 2 ． 1 1以上版 本 P L S Y指令 或 者 P L S R 指令在 Y 0 和 Y 1 输 出端得到各 自独立的脉冲输 出，该 指令 只能使用一次。F X ，F X 。 ， P L S Y指 令或者P L S R 指令在Y O 和Y 1 输出端得到各 自独立 的脉冲输出，可以反复使用该指令 。 M8 0 2 9 指定 脉冲数输 出完成后 ，M8 0 2 9置 1 ，当 P L S Y和 P L S R指 令 从 O N变 为 O F F时 ， M8 0 2 9 复位 。输出用晶体管电路。 2 _ 2元件 可 编程 控制 器 的输 人输 出分 配表 见表 1 所 示。x o _ X 1 2 为可编程控制器的输入信号，Y Y 5 为可编程控制器的输出信号，输入、输出继电 器均为八进制，内部中间继电器、计数器、定时 器等 均 为十进 制 ，P L C输 入 、输 出 、内部继 电 器、定时器和计数器等进行分别编址。本P L C 采 用F X 一 2 4 M T ，三菱F X 。 系列输人输出总点数为 2 4 点，输人 1 4 点输出1 0 点的晶体管输出。 表 1 输入输 出分配表 2 ． 3 位移及速度计量处理装置 计算机是用 R S 2 3 2 及 R S 4 8 5 接口分别与P L C 和触摸屏进行通讯 ，将程序传送至P L C和触摸 屏。触摸屏将 轴和z 轴的位移量传送至在编写 及调试程序时使P L C 程序进行运算 ，将运算结果 传送至 轴、z 轴驱动单元，经驱动单元放大后送 至 轴、z 轴的步进电动机，使电动机旋转带动 轴 、Z轴 移 动 。计 算 P L C送 到 的脉 冲数 D 8 1 4 1 、 D 8 1 4 0 和D 8 1 4 3 、D 8 1 4 4 数据寄存器的脉冲数 目 在 触摸屏显示 轴、z 轴的旋转角度和位移量。主轴 变频器通过电位器设置主轴电动机的转速 ，将单 位时间内的脉冲数送到主轴电动机，主轴电动机 在设定的值旋转 ，电动机的实际转速通过调用变 加 工技术与机床 频器的特殊存储器送到触摸屏，在触摸屏上显示 主轴电动机的实际转速。加工时冷却液由P L C 控 制 ，当加工零件时 P L C控制冷却液泵电动机 ，将 冷却液抽上冷却被加工零件。数控钻床处理系统 工艺流程如图2所示。 触摸屏 卜 计算机 曰轴 电动机 Z 轴电动机 主轴变频器 H主轴电动 图2 数控钻床处理系统工艺流程 3 梯形 图及程序流程 3 ． 1 程序 流 程 数控钻床 的控制流程 如图 3 所示。初始化处 理外部是否有报警 、坐标极 限是否超程等 。判 断 图 3循 环流程图 自动方式还是手动方 式 ，在 自动方式下z 轴下降 即钻孑 L 到 位后上升 ，上升到位 后判断循环次数到没 有 ， 到 了 B轴 就 旋 转 ，没有到继续下降 和上升 ，钻孔根据用 户需求分几次才钻到 需要 的位置。手动操 作包括 z轴的上下移 动 、日轴旋转 、z轴B 轴 的 清 零 等 操 作 。 程 序对 z轴 、日轴 位 移 及主轴 的旋转 速 度 、电流及频率等参数进行数据处理。 3 ． 2程序梯形图 程序梯形 图如 图4 所示 。程序判断是 自动还 是手动 ，是手动跳过 自动程序执行手动程序 ，是 手动程序在执行完 自动程序后跳过手动程序段 ， 这样可 以减少程序执行 的时问 ，程序包括数据处 理和变频器与 P L C的通讯处理程序等 。 4 触摸屏 画面设计实现过程 触摸 屏 是 本 系 统 的人 机 界 面 ，通 过 触 摸 屏可以对系统进行信息交流 。本 系统设计通 过选择触摸屏的 型 号 为 5 ． 6 i n的 MT 5 0 6 T 3 2 0 2 4 0 触 摸 屏来 实 现 系 统控制 】 ，可以进 行 系 统 的 自动启 动 运 行 和 停 止 ， 也 可 手 动 控 制 Z 轴 和 B 轴 的 运 行 。触摸 屏 首 页 画面如图5 所示。 在 此 画 面 中 显示 了 “自动 ” 、 “ 手动” 、“ 设定参 数 ”、 “手 动 设 定 ”、 “ 启 动 ”、 “停 止 ”、 “急 停 ”、 “ 数 据 显 示 ”、 “返 回 首 页 ” 9个 操 作 按 钮 。 设 定 参 数 画 面 在 按 下“自 动 ”前 提 下 ，单 图4程序梯形 图 功能 画面 阿 l手 动l l 手 动 设 定I l 停 止j l急停}1数据显示l I 返回 首页l 图 5 首 页功能画面 击 “ 设定参数”按钮 ，如 图6 所示 ，画面将切换 到设定参数 画面 ，用户可 以在此设定系统的相关 参数。 设 定 参数 圆 囱 z 轴 脉 冲 数 [ ] 循 环 次 数 [ ] 工 件 孔 数 [ ] 医 三 图 6参 数 设 詈 画面 在按下 “ 手动 ”前 提下 ，单击 “ 手动设 定 ”按 钮 ，画面将切 换到手 动设 定画 面 ，用户 可 以在 此 手 动 控 制 相关 操 作 。单 击“ 数 据 显 示 ”按钮 ，如 图 7所 示 ，画面 将切 换到 数据 显 示 画面 ，用 户可 以观察 系统显示 自动运 行 的状 态 。 下转 第 1 0 4 页 _] [ H 叫叫 P M 一 一 一 一 、一 H S 釜 笋 笋 交流 1 外观要看焊料 的熔解状态 ，是否完全熔解 ， 是否有效粘附在电枢线表面上，钎缝处是否有焊 料 ； 2 机 械检验 ，通 常用专用 工具嵌 住 电枢 线 ，用 力矩扳 手来扭转 电枢 线 ，直 到 电枢线 变 形 ，焊接位都还没有开裂 ，说明焊接牢固 ，这只 能用 于抽检 ；本公 司用硬钎焊焊接 出来 的产 品， 电枢线的规格 2 ． 4 3 mm5 ． 5 m m，用 6 N m的力矩 来检验，电枢线变形，焊接位都不会出现开裂 ； 3 有条件 的企业可用超声波进行致密性检查n 1 ， 可检查工件焊接位内部缺陷。 3 ．2 ．5 焊接的优缺点 换 向器结构采用平头无槽式 的电枢 ，用硬钎 焊的方法来焊接 ，其优点 焊接位导 电良好 ，接 点牢 固。其缺点 焊接过程焊机受 电网电压 的波 动影 响 ，电压过高时 ，易对换 向器 内部的电木粉 造成烧坏 ，有条件 的企业可加装电源稳压装置可 解决 电压过高问题。 4结论 通过对换向器结构、电枢接线方式 、焊接原 理 的分析 ；起 动机 电枢 用半 塑换 向器 的焊接 T 艺 用硬钎焊 的工艺方法 ，焊接过程用水冷却换 向器表面 ，钎料用 HL 2 0 4 铜基钎焊片 ，通过该方 法加工出来 的产品 ，能够适应用户 的使用要求 ， 且性价 比好 ，对企业的长远发展起着重要作用。 参考文献 [ 1 ]刘胜新．特种焊接技术问答 [ M]．北京机械工业 出版 社 ．2 0 0 9 ． [ 2 ]邓键． 钎焊[ M]．北京机械工业出版社 ，1 9 7 9 ． [ 3 ]孟庆龙． 电器制造工艺学 [ M]．北京机械工业出版 社 ． 1 9 8 2 ． 作者简介 张沐吕，男 ，1 9 7 0 年生 ，广东五华人 ，中专， 助理工程师。研究领域汽车起动电机产品研发与制造。 编辑 向飞 上接第 7 8页 手 动 设 定 圊 囱 z 轴 坐 标 显 示[ ] 轴 坐 标 显 示 [ ] 匿圃 匿 图豳匿堕 囤 图7 手动设定画面 5结论 随着数控技术 的发展 ，可编程控制器控制的 设备 已由单机扩展到 F MS 柔性制造 系统 、C I MS 现代集成制造系统等。P L C 有较好的逻辑处理 功能 ，在工业控制领域具有广泛 的应用空间 。三 菱 P L C为 “ 通用 型 ”的可编 程控制 器 ，它 的机 架 、C P U模块 、输入输出模块 、信号模块 、功能 模块和电源模块等是完全集成一体，应用非常方 面 。由于具有强大 的编程功能 ，灵 活的应用能 力 ，在 数控机床中 ，应用相当广泛 。实践证 明， 三菱 P L C数控 钻床应 用 中 ，具有 相 当好 的稳 定 性 ，提高了数控钻床的工作效率和 自动化水平。 参考文献 [ 1 ]刘书华． 数控机床与编程 [ M]．北京机械工业出版 社 ．2 0 0 1 ． [ 2 ]廖效果． 数控技术 [ M]． 武汉湖北科学技 术出报 社 ．2 0 0 0 ． [ 3 ]钟肇新 ，范建东，冯太合． 可编程控制器原理及 应 用 第三版 [ M]． 广 0 I1 华南理工 大学 出版 社 ， 20 03 ． [ 4 ] F X 一 2 0 P E P R 0 G R A MMI N G P A N E L O P E R A T I O N MA N U A L[ Z ]．J a p a n MI T S U B I S HI E L E C T R I C CORP ORA TI ON J UL． 2 0 0 23 2 4 3 ． [ 5 ]曹菁． 三菱P L C、触摸屏和变频器应 用技术 第1 版 [ M]． 北京机械工业出版社，2 0 1 0 ． 作者简介邓昌奇，男，1 9 6 3 年生，四川白贡人 ，硕士， 教授 。研究领域 数控机床 、机 电一体化技术 。 编辑 向 飞 ≮弩 薯 囊 羹赢 l l ≮ 0 ◇ 。 l 鬻 篓 黛 誊 ≥ 蕊 ⋯， 囊