1 引言

　　傳統(tǒng)的普通鉆床鉆孔的精度和效率受到人工的熟練程度、疲勞程度等人為因素影響較大，要想達到高精度和高效率就十分不容易。基于此問題，我們開發(fā)了數(shù)控鉆床，它可以按照輸入的進刀曲線連續(xù)工作，鉆孔精度可達0.01mm．采用PLC定時器編程可定時自動循環(huán)加工，以提高工作效率。本系統(tǒng)是為岫巖玉器加工廠原有鉆床的改造而設(shè)計，造價不高，精度遠遠滿足加工需求，具有很高的性價比。

2 系統(tǒng)控制要求及原理

　　鉆床主要由進給電機M1、切削電機M2、進給絲杠、上限位行程開關(guān)SQ1、下限位行程開關(guān)SQ2、旋轉(zhuǎn)編碼器MD、光電開關(guān)SPH組成。M 1轉(zhuǎn)動，通過進給絲杠轉(zhuǎn)動，使M2和鉆頭產(chǎn)生位移，M1正傳為進刀，反轉(zhuǎn)為退刀。SQ1、SQ2之間的距離即為鉆頭的移動范圍，并且SQ2提供下限位的超行程保護。旋轉(zhuǎn)編碼器MD將進給絲杠的進給轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成電脈沖個數(shù)，可對鉆頭進給量進行精確控制。光電開關(guān)SPH是鉆頭的檢測元件，從SPH光軸線(圖中虛線所示)至工件表面的距離稱為位移值，工件上的鉆孔深度與位移值之和就是脈沖數(shù)的控制值。如進給絲杠的螺距是10mm，MD的轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生1000脈沖，可知對應(yīng)一個脈沖的進給量是10／1000=0.01mm。如果要求孔深15.751mm，又已知工件表面到SPH光軸線的距離為10mm，那么將控制值設(shè)為(15.75+10)/0.01=2575個脈沖數(shù)就可以了。可見該鉆床鉆孔深度的精度可達0.01mm。該鉆床的工作方式為自動控制并設(shè)置手動控制環(huán)節(jié)，手動控制為點動，以便調(diào)整或PLC故障時手動操作。電源的引入使用電源接觸器KM1。在緊急情況下，按緊急停車按鈕就可以將PL C控制系統(tǒng)切除電源。

3 確定輸入／輸出設(shè)備及分配表

　　在此系統(tǒng)中，手動控制只是要求點動，且只是在PL C故障時使用，所以將手動控制按鈕SB2、SB3、SB4直接與負載相連，不在PLC輸人端接人。需接人PLC的輸入／輸出設(shè)備如表1。其中輸入信號7個，輸出信號4個。

4 選定PLC型號

　　選用西門子S7200系列PLCCPU224，它具有14輸入／10輸出共24個數(shù)字量I／O點，可連接7個擴展模板單元，最大可擴展至168個數(shù)字量I／O或35模擬量I／O，組成的I／O端子排可以很容易地整體拆卸。

5 PLC外部接線圖及操作說明

　　畫出了手動控制環(huán)節(jié)，手動控制直接接到負載側(cè)，與PLC不相連。隔離變壓器用來消除電噪聲的侵入，提高系統(tǒng)的可靠性。輸出回路中在接觸器線圈兩端并接RC回路，是為了防止感性負載對PLC輸出元件的不良影響而設(shè)置。進給電動機正傳接觸器KM3的輸出回路中串接SQ2的目的是在出現(xiàn)超行程進給時，由SQ2直接切斷KM3，強制進給電機M1停轉(zhuǎn)。電機正、反轉(zhuǎn)接觸器KM3和KM4之間設(shè)置了硬互鎖環(huán)節(jié)，避免短路事故。在緊急情況下，只需按下緊急停車按鈕就可使PLC系統(tǒng)切除電源。

　　控制系統(tǒng)的具體操作步驟：

　　(1)按下運行準備按鈕，KMl得電自鎖，運行準備指示燈PL亮。

　　(2)選擇開關(guān)SA放在自動位置，鉆床處于自動控制方式。按下啟動按鈕SB1，正傳接觸器KM3接通，進給電機M1正向啟動，進給絲杠轉(zhuǎn)動，MD開始產(chǎn)生脈沖。鉆頭下降。

　　(3)在光電開關(guān)SPH檢測到鉆頭尖的同時，便有接通信號輸出，使切削電機M2啟動，同時PLC內(nèi)部計數(shù)器開始計數(shù)，記錄編碼器MD脈沖個數(shù)。

　　(4) 當計數(shù)器記錄的脈沖數(shù)達到所需要的控制值所對應(yīng)的設(shè)定值時，KM3斷電停止進給，M1停轉(zhuǎn)，進刀結(jié)束。

　　(5)KM3和KM4經(jīng)過延時電弧互鎖切換后，KM4接通，M1反向運轉(zhuǎn)，鉆頭上升退刀。

　　(6)上升至鉆頭尖離開SPH光軸的瞬間，SPH的輸出截止，KM2斷電，M2停轉(zhuǎn)。

　　(7)上升至碰到上限位行程開關(guān)SQl時，SQ1動作，KM4斷電，M1停轉(zhuǎn)，自動鉆削過程結(jié)束。

6 程序設(shè)計

　　注釋：網(wǎng)絡(luò)1：MO．1為切削電機M2啟動輔助信號，當MD產(chǎn)生脈沖10.0=1；鉆頭碰到上限為行程開關(guān)SQ1，10.2=1；光電開關(guān)SPH檢測到鉆頭尖，10.3=1，則M0.1接通且自鎖。

　　網(wǎng)絡(luò)2：M0.0為鉆頭檢測標志，若切削電機M2信號M0.1=1，且SPH檢測到鉆頭10.3=l則接通M0.0且自鎖，啟動定時器T33。

　　網(wǎng)絡(luò)3：M0.2為電機M2啟動條件，若檢測到鉆頭，M0.0=1，且定時器T33時間未到，接通M0.2。

　　網(wǎng)絡(luò)4：若M0.2=1，SPH檢測到鉆頭尖，10.3=1，則接通KM2，即Q0.0=l，啟動M2；若KM2反饋信號有效10.4=1，則Q0.0自鎖。

　　網(wǎng)絡(luò)5：若10.0=1，按下啟動按鈕10.1=1，SPH未檢測到鉆頭10.3未接通，KM4沒反饋信號10.6未接通，進給量未達到控制值M0．3未接通，且反轉(zhuǎn)Q0.2未接通，則Q0.1=1接通正傳繼電器KM3，若10.5=1，則Q0.1自鎖。

　　網(wǎng)絡(luò)6：進給量達到控制值標志M0.3=1，則啟動定時器T34。

　　網(wǎng)絡(luò)7：若T34定時時間到，且KM3未接通無反饋信號10.5=0，未碰到上限為開關(guān)SQ1，10.2=0，Q0.1未接通，則Q0.2=1接通反轉(zhuǎn)接觸器KM4，若10.6=1，則Q0.2自鎖。

　　網(wǎng)絡(luò)8：若未碰到上限為開關(guān)SQ1，10.2=0，或光電開關(guān)SPH有輸出10.3=1，且未按下啟動按鈕10.1=0，則啟動異常信號燈Q0.=1。

　　網(wǎng)絡(luò)9：若Qo．1=1且SPH檢測到鉆頭尖，10.3=l，則C0對編碼器MD脈沖輸入計數(shù)。若10．3停止輸出或Q0.2 啟動，則C0停止計數(shù)復(fù)位。

　　網(wǎng)絡(luò)10：若C0的計數(shù)值達到設(shè)定值2575，則接通M0.4。網(wǎng)絡(luò)11：若M0.4=1，且光電開關(guān)SPH有輸出值10.3=1，則接通進給量達到設(shè)定值標志M0．3，且自鎖。

7 結(jié)束語

　　PLC在機械數(shù)控行業(yè)的應(yīng)用已十分普遍，它是機電一體化的重要工具，也是機械工業(yè)技術(shù)進步的強大支柱。PLC參與控制的數(shù)控機床大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率，同時，極大的減輕了工人的勞動強度。自從2007年岫巖玉器加工廠的兩臺鉆床改造至今，鉆床運行二年多，性能良好，工人干活輕松了，產(chǎn)品質(zhì)量提高了，廢品率也大大降低了。這里我們選用的CPU224型PLC有24個I／O點，而本系統(tǒng)只用了兒個點，有足夠的擴展空間，以后可根據(jù)生產(chǎn)需要，增加新的控制功能。