1 引言 傳統(tǒng)的普通鉆床鉆孔的精度和效率受到工人的熟練程度、疲勞程度等人力因素影響較大，要想達(dá)到高精度和高效率就十分不容易?；诖藛栴}，我們開發(fā)了數(shù)控鉆床，它可以按照輸入的進(jìn)刀曲線連續(xù)工作，始終保持高精度和高效率。 2 控制要求 數(shù)控鉆床的控制要求為:（1）控制系統(tǒng)應(yīng)可調(diào)整鉆孔加工程序選擇;（2）不同的加工階段可以選擇不同的加工速度和加工深度?？粘痰臅r候的進(jìn)刀曲線如圖1所示，加工的進(jìn)刀曲線如圖2所示:（3）主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)可調(diào)節(jié)，且范圍應(yīng)寬廣。（4）加工精度高，加工深度誤差小于0.05mm。 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求配置硬件如下; l 控制器:1個西門子公司的s7-200系列cpu222plc; l 人機(jī)界面:一個dp210; l 外設(shè):2個步進(jìn)電機(jī)、2個步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、2個三相電機(jī)、1臺變頻器、1個em222、8個電磁開關(guān)、4個光電傳感器和1個霍爾傳感器。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。 3.1 系統(tǒng)的i/o點(diǎn)分配 由硬件結(jié)構(gòu)圖可知，系統(tǒng)需要5個輸入點(diǎn)和14個輸出點(diǎn)。cpu222plc有8個輸入點(diǎn)和6個輸出點(diǎn)，因此需要增加一個擴(kuò)展模塊，選用有8點(diǎn)輸出的數(shù)字量擴(kuò)展模塊em222。輸入點(diǎn)是i0.0～i0.7;輸出點(diǎn)是q0.0～q0.5和q1.0～q1.7。分配情況見表1和表2; 3.2 控制器 系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備是plc。plc是以單片機(jī)為核心，專門用于工業(yè)過程自動化控制的電腦器件，具有極高的可靠性和穩(wěn)定性。本系統(tǒng)選用西門子公司的s7-200系列cpu222plc作為控制核心，利用cpu222的2路獨(dú)立的20khz的高速脈沖輸出來控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動。此高速脈沖信號不能用來直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，需通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器將功率放大后才能起作用。5路數(shù)字量輸入分別與5個傳感器相連接，用來判斷鉆頭位置，步進(jìn)電機(jī)位置，工件的位置。14路數(shù)字量輸出中，有6路用來控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，8路用來控制電磁閥開關(guān)。 plc本機(jī)有一個通信口，為標(biāo)準(zhǔn)rs-485接口，在plc與上位機(jī)進(jìn)行通信時需將rs-485接口轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)rs-232接口，可以采用西門子提供的隔離型pc/ppi電纜進(jìn)行轉(zhuǎn)換。該電纜有撥碼開關(guān)可以進(jìn)行設(shè)置。在上位機(jī)上將控制軟件編寫好后，通過此線下載程序并監(jiān)視程序的運(yùn)行情況。為了降低成本，在程序調(diào)試好以后就可以不必用上位機(jī)進(jìn)行操作和控制，而是用簡單的操作面板即可，本系統(tǒng)選用的是dp210操作面板。 3.3 系統(tǒng)的外設(shè) 根據(jù)系統(tǒng)對鉆孔精度的高要求，選用步進(jìn)電機(jī)來控制孔的加工。步進(jìn)電機(jī)可以精確到一個脈沖，在本系統(tǒng)中一個脈沖的精度是0.005mm。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器用于驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，從而控制鉆頭的動作，完成鉆孔。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器接收plc的信號，包括cp步進(jìn)脈沖信號，dir方向信號，free脫機(jī)信號，經(jīng)過其內(nèi)部的功放電路和處理電路后輸出到后面連接的兩相步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)根據(jù)信號的變化來產(chǎn)生相應(yīng)的動作。電磁閥直接接受來自plc的控制信號產(chǎn)生動作。另外，plc直接接受傳感器的信號，通過內(nèi)部程序的運(yùn)算和邏輯判斷來決定輸出。 變頻器用來控制主軸三相電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)中變頻器采用基本參數(shù)運(yùn)行模式，由電位器來設(shè)定運(yùn)行頻率，變頻器的啟動和停止由外部端子控制。根據(jù)不同工件的特點(diǎn)，通過旋轉(zhuǎn)電位器來改變主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速，外部端子的信號由plc的第12路數(shù)字量輸出控制。 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 系統(tǒng)的軟件包括人機(jī)交互界面dp210程序和系統(tǒng)的主控程序plc程序。dp210程序完成操作人員同plc之間的對話，主要是各個操作畫面之間的相互切換和每個操作畫面當(dāng)中各個按鍵動作所對應(yīng)的plc程序的控制位。程序畫面要與生產(chǎn)現(xiàn)場的工作流程相適應(yīng)，越是前面的畫面就越是使用頻率高的畫面。 plc程序接收到dp210的操作信號后，按照工作要求進(jìn)行整個鉆孔工作的控制。主程序的流程圖如圖4所示。 plc主控程序中的核心控制是對步進(jìn)電機(jī)的控制，啟動1#步進(jìn)電機(jī)的程序如圖5，控制步進(jìn)電機(jī)方向的程序如圖6。 5 結(jié)束語 本文所設(shè)計的系統(tǒng)操作簡單，加工產(chǎn)品范圍廣，加工精度高，已經(jīng)成功應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中。該鉆床目前已經(jīng)在某表帶生產(chǎn)廠進(jìn)行表帶鉆孔生產(chǎn)。自從開始生產(chǎn)以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高，廢品率明顯下降。同時，極大的減輕了工人的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。還可以用于其它精密器件的鉆孔，最小孔徑可達(dá)到0.5mm。