基于交流驅(qū)動伺服系統(tǒng)的鉆攻專機(jī)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

余勝東 馬金玉

(溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣電子工程系，浙江 溫州325035)

一種鋁材質(zhì)盤型零件，其側(cè)面圓周方向上需要加工3-6 個(gè)數(shù)目不等的M3 螺紋孔。 工廠現(xiàn)在的加工方式是傳統(tǒng)的人工操作，人工操作動作繁瑣、效率低下。加工一個(gè)工件需要進(jìn)行多次工裝夾緊定位，且加工精度不能保證，加工過程中需要耗費(fèi)大量的勞動力。 隨著勞動力成本的不斷攀升， 這種勞動密集型的生產(chǎn)方式不再適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的要求，迫切需要對其進(jìn)行自動化改造，以減少用工量。本項(xiàng)目的目的就是設(shè)計(jì)制作一款高速鉆攻專機(jī)，用以代替人工實(shí)現(xiàn)鋁材質(zhì)盤型零件的自動化鉆攻加工。 利用可編程控制器對設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化控制。[1-2]

1 機(jī)械系統(tǒng)

本套設(shè)備主要包括回轉(zhuǎn)工作臺、頂緊機(jī)構(gòu)、動力頭和攻絲機(jī)。工裝安裝在回轉(zhuǎn)工作臺上，回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)中心和頂緊機(jī)構(gòu)保持同軸；動力頭、攻絲機(jī)和回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)中心位同一水平高度，并且動力頭和攻絲機(jī)保持同軸。 工件放置于工裝上，由頂緊機(jī)構(gòu)將工件頂緊并固定于工裝上。 回轉(zhuǎn)工作臺驅(qū)動工件轉(zhuǎn)過一定的角度，動力頭對工件進(jìn)行鉆削加工，依次加工出所需的孔；攻絲機(jī)對所加工出來的孔進(jìn)行攻絲加工。

2 控制系統(tǒng)

高速鉆攻專機(jī)的電氣控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)如下幾方面的功能：

1）高轉(zhuǎn)速的鉆削及攻牙能力，高的進(jìn)給速度；

2）機(jī)床的主要操作，受控對象包括伺服電機(jī)、三相異步電機(jī)、氣缸、水泵、觸摸屏等；

3）設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的顯示，包括設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)、停車、故障報(bào)警、產(chǎn)量累積、歷史曲線及報(bào)表；

4）交互式參數(shù)設(shè)置，通過觸摸屏輸入需要加工的孔數(shù)、孔的位置分布。

2.1 電氣系統(tǒng)的組成

電氣控制系統(tǒng)包括主電路和輔助電路兩個(gè)部分。

主電路主要由電機(jī)及與它相連的電氣元件如接觸器主觸點(diǎn)、熔斷器等組成。

輔助電路包括控制電路、信號電路等，其中的控制電路是由按鈕、繼電器和接觸器的輔助觸點(diǎn)等組成。

2.2 控制軟件設(shè)計(jì)

設(shè)備的控制部分都是通過PLC 編程實(shí)現(xiàn)， 為了充分展現(xiàn)出PLC軟件的優(yōu)點(diǎn)，編程時(shí)通過對流程工藝及PLC 指令系統(tǒng)的分析，采用模塊化結(jié)構(gòu)思想，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)模塊的分解以及各模塊之間的邏輯互鎖功能，以此來完成整個(gè)PLC 系統(tǒng)程序的編制。

控制系統(tǒng)共分為手動操作、自動運(yùn)行、參數(shù)設(shè)置及故障處理四個(gè)基本的模塊。

1）手動操作：包括回轉(zhuǎn)工作臺的快速轉(zhuǎn)動和微細(xì)轉(zhuǎn)動，以實(shí)現(xiàn)對刀過程；鉆削的手動操作；攻絲機(jī)的進(jìn)給和退出。

2）自動運(yùn)行：設(shè)備在正常工作狀態(tài)下，都是通過該模式運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)鉆孔和攻絲工序的自動化。 進(jìn)入該模式，按下觸摸屏界而的“啟動”按鈕，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的連續(xù)運(yùn)作狀態(tài)，自至1 個(gè)工件加工完畢，回轉(zhuǎn)工作臺復(fù)位至初始位置。

3） 交互式參數(shù)設(shè)置：PLC 讀取觸摸屏上輸入的孔數(shù)和角度數(shù)值，并保存至寄存器中。

2.3 組態(tài)及監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

組態(tài)控制技術(shù)是一種計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[3]。 利用組態(tài)控制技術(shù)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)與一般計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上沒有本質(zhì)區(qū)別， 都由被控對象、傳感器、I/O 接口、計(jì)算機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)幾部分組成。由于要使用到遠(yuǎn)程監(jiān)控這一技術(shù)環(huán)節(jié)，考慮到設(shè)備的集成度，采用三菱觸摸屏實(shí)現(xiàn)組態(tài)功能。

3 總結(jié)

本項(xiàng)目開發(fā)了精密轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)工作臺，可以獲取精確而穩(wěn)定的回轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而保證螺紋通孔的位置精度；采用動力頭和攻絲機(jī)實(shí)現(xiàn)高速鉆削和攻牙加工，性能穩(wěn)定，可操縱性、可控性優(yōu)越；完成電氣控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，并由PLC 控制系統(tǒng)的運(yùn)行動作。

［1］來厚寶，胡國清，等.基于PLC 的分輪自動裝配機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].機(jī)械制造與自動化，2008, 37(6):145-147

［2］三菱公司.三菱微型可編程控制器使用手冊[S].2002.

［3］黎洪生，李超，等.基于PLC 和組態(tài)軟件的分布式監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002,24(3):27-29.