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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(jiǎn)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(jiǎn)單。
操作人員按照?qǐng)D紙將鉆孔數(shù)據(jù)輸入到觸摸屏中，點(diǎn)擊啟動(dòng)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(dòng)電主軸運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)鉆孔動(dòng)作。
2    基本組成
輸入信號(hào)：傳感器、手搖脈沖發(fā)生器等信號(hào)。
輸出信號(hào)：步進(jìn)系統(tǒng)、變頻器、水泵、報(bào)警燈等信號(hào)。
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(dòng)的三個(gè)運(yùn)動(dòng)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(dòng)器選用 DQ3HB220M，驅(qū)動(dòng)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(rùn)油，結(jié)構(gòu)較緊湊，強(qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)，無旋轉(zhuǎn)間隙，不受溫度和油污影響。
傳感器選型：XYZ 三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸上都選用傳感器作為限位開關(guān)和限位信號(hào)。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(tái)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(hào)選用 S-100-24，100W24V 電源。
選用 DC5V 電源作為驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)的電源。驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)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(hào)的電流驅(qū)動(dòng)能力至少 15mA。當(dāng)輸入信號(hào)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(hào)很小，都是毫安級(jí)別，選用較小的電源即可，具體型號(hào) NES-15-5，15W5V 電源。安裝使用整潔方便， 不用選擇多個(gè)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(dòng)彎曲場(chǎng)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(chǎng)合下的高頻移動(dòng)安裝使用， 屬于柔性特種移動(dòng)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(gè)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(gè)概念。
機(jī)械坐標(biāo)是顯示當(dāng)前相對(duì)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(duì)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(jiǎn)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(duì)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(dòng)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(dòng)模式下分別點(diǎn)擊XYZ 三軸的點(diǎn)動(dòng)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(cè)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(duì)比，根據(jù)對(duì)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(duì)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(gè)工件，裝夾完畢后，選擇要加工的程序，點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕加工即可。一個(gè)工件加工完畢后，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)。拆卸工件后，再次裝加工件，點(diǎn)擊啟動(dòng)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(huì)有以下 3 種故障： 1）驅(qū)動(dòng)器報(bào)警；2）超限位信號(hào)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(huì)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(dòng)”、“初始化”使系統(tǒng)復(fù)位。
4    結(jié)語(yǔ)
與常規(guī)的數(shù)控系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)使用簡(jiǎn)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

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