本發(fā)明涉及一種基于PLC的經(jīng)濟(jì)型龍門(mén)式數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)，適用于機(jī)械領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在鋼結(jié)構(gòu)板材鉆孔加工中，若采用傳統(tǒng)的人工裝夾、定位、鉆孔的普通鉆床的加工方法，存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、輔助時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題。而采用商品化的數(shù)控系統(tǒng)，由于價(jià)格昂貴，對(duì)于板材鉆孔這種相對(duì)簡(jiǎn)單的加工，不可避免地在一定程度上造成了資源浪費(fèi)，不能達(dá)到大眾化使用的要求。PLC控制的龍門(mén)式專(zhuān)用數(shù)控鉆床及其控制系統(tǒng)就可解決以上問(wèn)題，其具有柔性強(qiáng)、加工質(zhì)量穩(wěn)定、效率高、操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種基于PLC的經(jīng)濟(jì)型龍門(mén)式數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)，以可編程控制器為核心，采用上位機(jī)、伺服控制器、傳感器和液壓技術(shù)，使數(shù)控鉆床具備了精確定位、自動(dòng)鉆孔的功能。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：所述的控制系統(tǒng)包括電氣控制系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)兩部分。

所述電氣控制系統(tǒng)主要包括四部分，即上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控部分、PLC控制部分、x-y軸伺服定位運(yùn)動(dòng)控制部分和主軸變頻調(diào)速器及液壓動(dòng)力鉆進(jìn)給部分。加工時(shí)，運(yùn)用PLC和伺服控制器對(duì)數(shù)控鉆床運(yùn)動(dòng)、定位和鉆孔進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

利用上位機(jī)監(jiān)控軟件不僅可以編寫(xiě)定位鉆孔的加工文件，而且還可在上位機(jī)組態(tài)環(huán)境下通過(guò)對(duì)畫(huà)面的操作實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)控運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。

所述電氣控制系統(tǒng)的工作過(guò)程分為手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行兩種，該系統(tǒng)的核心是PLC，除了完成該系統(tǒng)要求的VO控制功能外，更重要的是將上位機(jī)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為動(dòng)作指令，以及把決定孔位的脈沖數(shù)信息按順序?qū)崟r(shí)地輸出給伺服控制器。通過(guò)對(duì)數(shù)控鉆床的工藝狀況進(jìn)行分析，PLC的輸入點(diǎn)要接來(lái)自數(shù)控鉆床控制柜中完成必要工作的按鈕和限位行程開(kāi)關(guān)，分別為10個(gè)按鈕、8個(gè)旋鈕和6個(gè)霍爾傳感器，以及其他11個(gè)輸人信息；輸出點(diǎn)主要負(fù)責(zé)伺服x-y軸定位、液壓控制系統(tǒng)的電磁閥動(dòng)作以及變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)等，分別需要對(duì)2個(gè)伺服控制器、7個(gè)電磁閥、8個(gè)指示燈以及潤(rùn)滑冷卻排屑等輔助系統(tǒng)進(jìn)行控制。根據(jù)PLC輸人/輸出點(diǎn)數(shù)量以及輸出控制形式，確定了機(jī)型為性?xún)r(jià)比高的三菱FX1 N-60MT可編程控制器，特別是該P(yáng)LC有專(zhuān)門(mén)用于伺服控制器的定位功能指令，給程序設(shè)計(jì)帶來(lái)了方便，如原點(diǎn)回歸DZRN、相對(duì)位置控制DDRVI、絕對(duì)位置控制DDR-VA等指令。

所述控制系統(tǒng)采用PLC作為控制器的位置控制方式，高速脈沖輸出對(duì)應(yīng)伺服系統(tǒng)輸入所需的脈沖信號(hào)。其中，頻率決定劣今軸位移速度，脈沖數(shù)量決定位移距離，脈沖數(shù)值符號(hào)決定移動(dòng)方向。

所述液壓控制系統(tǒng)中，用液壓夾鉗將工件卡緊在工作臺(tái)上，借助夾鉗的定位面，使工件和機(jī)器數(shù)控坐標(biāo)原點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，而且在鉆削過(guò)程中維持足夠的夾緊力。x軸向是要整個(gè)龍門(mén)架的運(yùn)動(dòng)方向，當(dāng)鉆削工件時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向上力作用于龍門(mén)架上，由于作用力頻繁地施加于絲杠和導(dǎo)軌上容易造成絲杠、導(dǎo)軌的變形，因此，在鉆孔工作時(shí)，必須使液壓缸產(chǎn)生夾緊動(dòng)作與機(jī)床底座緊固物鎖緊，以減小絲杠及導(dǎo)軌的受力形變。

本發(fā)明的有益效果是：該控制系統(tǒng)以可編程控制器為核心，采用上位機(jī)、伺服控制器、傳感器和液壓技術(shù)，使數(shù)控鉆床具備了精確定位、自動(dòng)鉆孔的功能。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的電氣控制系統(tǒng)主要硬件連接示意圖。

圖2是本發(fā)明的數(shù)控鉆床自動(dòng)方式工作流程圖。

圖3是本發(fā)明的液壓系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1，電氣控制系統(tǒng)主要包括四部分，即上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控部分、PLC控制部分、x-y軸伺服定位運(yùn)動(dòng)控制部分和主軸變頻調(diào)速器及液壓動(dòng)力鉆進(jìn)給部分。加工時(shí)，運(yùn)用PLC和伺服控制器對(duì)數(shù)控鉆床運(yùn)動(dòng)、定位和鉆孔進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

利用上位機(jī)監(jiān)控軟件不僅可以編寫(xiě)定位鉆孔的加工文件，而且還可在上位機(jī)組態(tài)環(huán)境下通過(guò)對(duì)畫(huà)面的操作實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)控運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。編程功能，可用于手工編寫(xiě)加工程序，操作者只需按格式要求把工件的尺寸及孔位數(shù)據(jù)輸人計(jì)算機(jī)就能形成加工程序，還具有CAD/CAM的DXF文件自動(dòng)轉(zhuǎn)換成加工程序的功能，可將CAD圖形文件拷人上位計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)可自動(dòng)生成加工程序和加工圖形。數(shù)據(jù)處理，考慮參考點(diǎn)補(bǔ)償?shù)纫蛩兀瑢⒓庸こ绦蛭募幾g運(yùn)算轉(zhuǎn)換為孔位的數(shù)據(jù)文件，其中包括孔數(shù)、鋼板厚度、板材尺寸、孔徑、每孔坐標(biāo)間的相對(duì)x/y脈沖數(shù)據(jù)等，所有數(shù)據(jù)均采用帶符號(hào)雙整型16進(jìn)制數(shù)表示。加工程序文件經(jīng)編輯后自動(dòng)傳入PLC數(shù)據(jù)區(qū)。顯示功能，通過(guò)上位機(jī)與PLC間的RS-232C串口通信，在上位畫(huà)面中實(shí)時(shí)顯示PLC輸入輸出點(diǎn)的工作狀態(tài)，對(duì)加工過(guò)程中x行軸行走的位置以及各部分動(dòng)作和運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行監(jiān)控。報(bào)警功能，當(dāng)加工過(guò)程出現(xiàn)異常時(shí)，在上位機(jī)控制畫(huà)面上出現(xiàn)閃爍，或者由電氣控制柜上的報(bào)警指示燈顯示報(bào)警。

如圖2，電氣控制系統(tǒng)的工作過(guò)程分為手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行兩種，該系統(tǒng)的核心是PLC，除了完成該系統(tǒng)要求的VO控制功能外，更重要的是將上位機(jī)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為動(dòng)作指令，以及把決定孔位的脈沖數(shù)信息按順序?qū)崟r(shí)地輸出給伺服控制器。通過(guò)對(duì)數(shù)控鉆床的工藝狀況進(jìn)行分析，PLC的輸入點(diǎn)要接來(lái)自數(shù)控鉆床控制柜中完成必要工作的按鈕和限位行程開(kāi)關(guān)，分別為10個(gè)按鈕、8個(gè)旋鈕和6個(gè)霍爾傳感器，以及其他11個(gè)輸人信息；輸出點(diǎn)主要負(fù)責(zé)伺服x-y軸定位、液壓控制系統(tǒng)的電磁閥動(dòng)作以及變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)等，分別需要對(duì)2個(gè)伺服控制器、7個(gè)電磁閥、8個(gè)指示燈以及潤(rùn)滑冷卻排屑等輔助系統(tǒng)進(jìn)行控制。根據(jù)PLC輸人/輸出點(diǎn)數(shù)量以及輸出控制形式，確定了機(jī)型為性?xún)r(jià)比高的三菱FX1 N-60MT可編程控制器，特別是該P(yáng)LC有專(zhuān)門(mén)用于伺服控制器的定位功能指令，給程序設(shè)計(jì)帶來(lái)了方便，如原點(diǎn)回歸DZRN、相對(duì)位置控制DDRVI、絕對(duì)位置控制DDR-VA等指令。

控制系統(tǒng)采用PLC作為控制器的位置控制方式，高速脈沖輸出對(duì)應(yīng)伺服系統(tǒng)輸人所需的脈沖信號(hào)。其中，頻率決定劣今軸位移速度，脈沖數(shù)量決定位移距離，脈沖數(shù)值符號(hào)決定移動(dòng)方向。

如圖3，液壓控制系統(tǒng)中，用液壓夾鉗將工件卡緊在工作臺(tái)上，借助夾鉗的定位面，使工件和機(jī)器數(shù)控坐標(biāo)原點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，而且在鉆削過(guò)程中維持足夠的夾緊力。x軸向是要整個(gè)龍門(mén)架的運(yùn)動(dòng)方向，當(dāng)鉆削工件時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向上力作用于龍門(mén)架上，由于作用力頻繁地施加于絲杠和導(dǎo)軌上容易造成絲杠、導(dǎo)軌的變形，因此，在鉆孔工作時(shí)，必須使液壓缸產(chǎn)生夾緊動(dòng)作與機(jī)床底座緊固物鎖緊，以減小絲杠及導(dǎo)軌的受力形變。

主軸為變頻調(diào)速及液壓自控行程鉆削動(dòng)力頭。在鉆孔過(guò)程中，采用變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，經(jīng)齒輪減速傳動(dòng)主軸，實(shí)現(xiàn)主軸變頻無(wú)級(jí)調(diào)速。進(jìn)給為液壓位移式自控行程，實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、工進(jìn)、快退、停止動(dòng)作且無(wú)空程損耗。工作進(jìn)給速度由液壓節(jié)流閥調(diào)整設(shè)定。

整個(gè)進(jìn)給缸滑套由上下兩部分組成，中間用加裝彈簧的螺栓固定，滑套上共安裝有3個(gè)霍爾傳感器SQ3、SQ4和SQ7。鉆孔開(kāi)始時(shí)，電磁閥YVS , YV6得電，鉆孔缸快速進(jìn)給，一旦鉆頭觸碰到待加工工件，液壓缸內(nèi)壓力便迅速增大，當(dāng)大于鉆孔缸外部彈簧的壓力時(shí)，其作用力將上半部托起，傳感器SQ4接近金屬部件就會(huì)產(chǎn)生信號(hào)，PLC接收到信號(hào)后立即發(fā)出指令使電磁閥YVS失電，此刻在油路上節(jié)流閥的單獨(dú)作用使行程速度減慢，動(dòng)力頭便以工進(jìn)速度進(jìn)給執(zhí)行鉆孔。鉆透工件的一瞬間，缸內(nèi)壓力突然減小，外部彈簧作用使上半部位置復(fù)原，傳感器SQ4信號(hào)消失，同時(shí)PLC發(fā)出指令使電磁閥YV6失電、YV7得電，鉆孔缸快速退回，遇到上限位傳感器SQ3時(shí)電磁閥YV7失電，主軸移動(dòng)停止并等待下一鉆孔命令。