本發(fā)明涉及一種基于PLC的經(jīng)濟型龍門式數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)，適用于機械領(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，存在著勞動強度大、輔助時間長、生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。而采用商品化的數(shù)控系統(tǒng)，由于價格昂貴，對于板材鉆孔這種相對簡單的加工，不可避免地在一定程度上造成了資源浪費，不能達到大眾化使用的要求。PLC控制的龍門式專用數(shù)控鉆床及其控制系統(tǒng)就可解決以上問題，其具有柔性強、加工質(zhì)量穩(wěn)定、效率高、操作簡單、經(jīng)濟實用等特點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種基于PLC的經(jīng)濟型龍門式數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)，以可編程控制器為核心，采用上位機、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，即上位機組態(tài)監(jiān)控部分、PLC控制部分、x-y軸伺服定位運動控制部分和主軸變頻調(diào)速器及液壓動力鉆進給部分。加工時，運用PLC和伺服控制器對數(shù)控鉆床運動、定位和鉆孔進行實時控制。

利用上位機監(jiān)控軟件不僅可以編寫定位鉆孔的加工文件，而且還可在上位機組態(tài)環(huán)境下通過對畫面的操作實現(xiàn)對PLC的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)控運行狀態(tài)的監(jiān)控。

所述電氣控制系統(tǒng)的工作過程分為手動運行和自動運行兩種，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傳輸來的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為動作指令，以及把決定孔位的脈沖數(shù)信息按順序?qū)崟r地輸出給伺服控制器。通過對數(shù)控鉆床的工藝狀況進行分析，PLC的輸入點要接來自數(shù)控鉆床控制柜中完成必要工作的按鈕和限位行程開關(guān)，分別為10個按鈕、8個旋鈕和6個霍爾傳感器，以及其他11個輸人信息；輸出點主要負責伺服x-y軸定位、液壓控制系統(tǒng)的電磁閥動作以及變頻器的運轉(zhuǎn)等，分別需要對2個伺服控制器、7個電磁閥、8個指示燈以及潤滑冷卻排屑等輔助系統(tǒng)進行控制。根據(jù)PLC輸人/輸出點數(shù)量以及輸出控制形式，確定了機型為性價比高的三菱FX1 N-60MT可編程控制器，特別是該PLC有專門用于伺服控制器的定位功能指令，給程序設(shè)計帶來了方便，如原點回歸DZRN、相對位置控制DDRVI、絕對位置控制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，高速脈沖輸出對應(yīng)伺服系統(tǒng)輸入所需的脈沖信號。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)值符號決定移動方向。

所述液壓控制系統(tǒng)中，用液壓夾鉗將工件卡緊在工作臺上，借助夾鉗的定位面，使工件和機器數(shù)控坐標原點聯(lián)系起來，而且在鉆削過程中維持足夠的夾緊力。x軸向是要整個龍門架的運動方向，當鉆削工件時會產(chǎn)生一個向上力作用于龍門架上，由于作用力頻繁地施加于絲杠和導軌上容易造成絲杠、導軌的變形，因此，在鉆孔工作時，必須使液壓缸產(chǎn)生夾緊動作與機床底座緊固物鎖緊，以減小絲杠及導軌的受力形變。

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、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、自動鉆孔的功能。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

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。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1，電氣控制系統(tǒng)主要包括四部分，即上位機組態(tài)監(jiān)控部分、PLC控制部分、x-y軸伺服定位運動控制部分和主軸變頻調(diào)速器及液壓動力鉆進給部分。加工時，運用PLC和伺服控制器對數(shù)控鉆床運動、定位和鉆孔進行實時控制。

利用上位機監(jiān)控軟件不僅可以編寫定位鉆孔的加工文件，而且還可在上位機組態(tài)環(huán)境下通過對畫面的操作實現(xiàn)對PLC的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)控運行狀態(tài)的監(jiān)控。編程功能，可用于手工編寫加工程序，操作者只需按格式要求把工件的尺寸及孔位數(shù)據(jù)輸人計算機就能形成加工程序，還具有CAD/CAM的DXF文件自動轉(zhuǎn)換成加工程序的功能，可將CAD圖形文件拷人上位計算機，計算機可自動生成加工程序和加工圖形。數(shù)據(jù)處理，考慮參考點補償?shù)纫蛩?，將加工程序文件編譯運算轉(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、每孔坐標間的相對x/y脈沖數(shù)據(jù)等，所有數(shù)據(jù)均采用帶符號雙整型16進制數(shù)表示。加工程序文件經(jīng)編輯后自動傳入PLC數(shù)據(jù)區(qū)。顯示功能，通過上位機與PLC間的RS-232C串口通信，在上位畫面中實時顯示PLC輸入輸出點的工作狀態(tài)，對加工過程中x行軸行走的位置以及各部分動作和運轉(zhuǎn)情況進行監(jiān)控。報警功能，當加工過程出現(xiàn)異常時，在上位機控制畫面上出現(xiàn)閃爍，或者由電氣控制柜上的報警指示燈顯示報警。

如圖2，電氣控制系統(tǒng)的工作過程分為手動運行和自動運行兩種，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傳輸來的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為動作指令，以及把決定孔位的脈沖數(shù)信息按順序?qū)崟r地輸出給伺服控制器。通過對數(shù)控鉆床的工藝狀況進行分析，PLC的輸入點要接來自數(shù)控鉆床控制柜中完成必要工作的按鈕和限位行程開關(guān)，分別為10個按鈕、8個旋鈕和6個霍爾傳感器，以及其他11個輸人信息；輸出點主要負責伺服x-y軸定位、液壓控制系統(tǒng)的電磁閥動作以及變頻器的運轉(zhuǎn)等，分別需要對2個伺服控制器、7個電磁閥、8個指示燈以及潤滑冷卻排屑等輔助系統(tǒng)進行控制。根據(jù)PLC輸人/輸出點數(shù)量以及輸出控制形式，確定了機型為性價比高的三菱FX1 N-60MT可編程控制器，特別是該PLC有專門用于伺服控制器的定位功能指令，給程序設(shè)計帶來了方便，如原點回歸DZRN、相對位置控制DDRVI、絕對位置控制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，高速脈沖輸出對應(yīng)伺服系統(tǒng)輸人所需的脈沖信號。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)值符號決定移動方向。

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上，借助夾鉗的定位面，使工件和機器數(shù)控坐標原點聯(lián)系起來，而且在鉆削過程中維持足夠的夾緊力。x軸向是要整個龍門架的運動方向，當鉆削工件時會產(chǎn)生一個向上力作用于龍門架上，由于作用力頻繁地施加于絲杠和導軌上容易造成絲杠、導軌的變形，因此，在鉆孔工作時，必須使液壓缸產(chǎn)生夾緊動作與機床底座緊固物鎖緊，以減小絲杠及導軌的受力形變。

主軸為變頻調(diào)速及液壓自控行程鉆削動力頭。在鉆孔過程中，采用變頻器控制電機轉(zhuǎn)速，經(jīng)齒輪減速傳動主軸，實現(xiàn)主軸變頻無級調(diào)速。進給為液壓位移式自控行程，實現(xiàn)快進、工進、快退、停止動作且無空程損耗。工作進給速度由液壓節(jié)流閥調(diào)整設(shè)定。

整個進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個霍爾傳感器SQ3、SQ4和SQ7。鉆孔開始時，電磁閥YVS , YV6得電，鉆孔缸快速進給，一旦鉆頭觸碰到待加工工件，液壓缸內(nèi)壓力便迅速增大，當大于鉆孔缸外部彈簧的壓力時，其作用力將上半部托起，傳感器SQ4接近金屬部件就會產(chǎn)生信號，PLC接收到信號后立即發(fā)出指令使電磁閥YVS失電，此刻在油路上節(jié)流閥的單獨作用使行程速度減慢，動力頭便以工進速度進給執(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原，傳感器SQ4信號消失，同時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時電磁閥YV7失電，主軸移動停止并等待下一鉆孔命令。