PLC和交流伺服在數控鉆銑床中的應用

摘要：本文通過介紹用國產PLC及交流伺服控制系統成功制做數控鉆銑床，論述了該設備的系統構成、硬件配置和針對實際產品工件加工時程序的設計。

關鍵詞：數控鉆銑床；PLC；交流伺服；變頻器；主軸

引言：在新開發的產品中有一個型號為Q7的長條鋁基臺，要在上面加工兩個φ3.7×1.65的平底盲孔，由于要求精度高，批量大，故無法用傳統的鉆模在鉆床上加工，也很難在傳統銑床上面加工，即使能加工效率也很低，并且設備損耗和電力損耗也很大。此工件的加工有著非常廣泛的代表性，生產的很多產品有著類似的要求，為此，我們設計制做了一臺用于此類產品加工的設備——通用型數控鉆銑床。

一、系統概述

系統構成如圖1所示，控制部分采用PLC，并配以人機界面進行程序參數修改、設定，

以及運行狀態顯示監控，可編程設置人機界面的內容。三軸均為全數字交流伺服系統，各軸伺服電機通過連軸器帶動滾珠絲杠，以移動配有直線導軌的工作臺和主軸銑頭，其定位準確，速度快。主軸銑頭由變頻器控制，根據刀具及工件和進給量，來設置主軸合理的轉速，并在程序中設定它的啟動停止。各軸均設二端極限傳感器和原點傳感器，冷卻和潤滑也都有異常檢測，在報警燈和人機界面處顯示報警信息。為便于調試和檢修，各項操作均設手動功能，如手動各軸快慢移動、主軸高低速旋轉、切削液及潤滑開關等。此機床整體雖為半閉環控制，只要選件、裝配、程序編制及操作合理，精度和穩定性還是能滿足使用要求的。

二、硬件配置

PLC選用永宏的FBS-40MCT，該型機具有較高的性價比，體積小，功能強，24點輸入，其中有16點高速計數器，頻率可達120K，16點輸出，其中有4軸步進或伺服輸出整合在里面，輸出頻率可達120K，使應用起來非常方便，接線簡捷。編程軟件WinProladder有梯形圖大師之稱，易學易用且功能強大，編輯、監視、除錯等操作非常順手，按鍵、鼠標并用及在線即時指令功能查詢與操作指引，使編輯、輸入效率倍增。

接點分配：取各軸伺服電機的Z相信號作原點開關，要分接在幾個高速輸入點上，用中斷進行機床原點復歸，其余限位開關、操作開關、液位檢知等常規接點可按順序依次接入。X、Y、Z三軸伺服電機連在前3軸伺服輸出點，主軸高低速、冷卻、報警等接在其余輸出點上。

X、Y、Z3軸伺服系統均選用相同的，和利時的ES系列全數字交流伺服驅動器0040E-CBCEE-02，和60系列小慣量的伺服電機60CB040C-2DE6E。該伺服系統功能比較完善，如能耗制動、電子齒輪、自動加減速等，具備多種脈沖串輸入，保護功能也比較完備，有欠壓、過壓、過流、過載、堵轉、失速、位置超差、編碼器異常等。在此設備中按集電極開路驅動方式連接至PLC，脈沖輸入頻率為200K,伺服ON、Z相信號等也做相應連接。

變頻器選用富凌的DZB70B0015L2A，規格為單相1500W，400Hz，有多步速供編輯使用。由于正常使用時不頻繁變速，故速度調節設定不引出，只在變頻器操作面板上調節，設定兩個速度，高速用于加工，低速用于對刀。調節相關參數與主軸匹配，如基頻、基壓、運行頻率上限、載頻等，并改動相應跳線。

主軸沒有采用傳統方式，而是根據加工需要，采用了雕刻機用的電主軸，安陽萊必泰的ADX80-24Z/1型，其體積小、噪音低，直徑只有80mm,這樣使整個主軸箱便于整體密封，可有效地防止加工中的碎屑飛濺到Z軸的絲杠和導軌上造成損害，也使主軸箱外表顯得美觀。它的轉速為24000轉/分，使正常工作轉速6000-14000轉有一個合適的余量范圍。

人機界面選用人機電子的通用可編程文本顯示器MD204L，它可以以文字或指示燈等形式監視、修改PLC內部寄存器或繼電器的數值及狀態。

7.變頻器與PLC、伺服驅動器等保持一定距離。