基于交流驅動伺服系統的鉆攻專機設計及實現

余勝東 馬金玉

(溫州職業技術學院 電氣電子工程系，浙江 溫州325035)

一種鋁材質盤型零件，其側面圓周方向上需要加工3-6 個數目不等的M3 螺紋孔。 工廠現在的加工方式是傳統的人工操作，人工操作動作繁瑣、效率低下。加工一個工件需要進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方式不再適應生產發展的要求，迫切需要對其進行自動化改造，以減少用工量。本項目的目的就是設計制作一款高速鉆攻專機，用以代替人工實現鋁材質盤型零件的自動化鉆攻加工。 利用可編程控制器對設備實現智能化控制。[1-2]

1 機械系統

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

2 控制系統

高速鉆攻專機的電氣控制系統主要實現如下幾方面的功能：

1）高轉速的鉆削及攻牙能力，高的進給速度；

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

3）設備運行狀態的顯示，包括設備的運轉、停車、故障報警、產量累積、歷史曲線及報表；

4）交互式參數設置，通過觸摸屏輸入需要加工的孔數、孔的位置分布。

2.1 電氣系統的組成

電氣控制系統包括主電路和輔助電路兩個部分。

主電路主要由電機及與它相連的電氣元件如接觸器主觸點、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等組成。

2.2 控制軟件設計

設備的控制部分都是通過PLC 編程實現， 為了充分展現出PLC軟件的優點，編程時通過對流程工藝及PLC 指令系統的分析，采用模塊化結構思想，實現了整個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PLC 系統程序的編制。

控制系統共分為手動操作、自動運行、參數設置及故障處理四個基本的模塊。

1）手動操作：包括回轉工作臺的快速轉動和微細轉動，以實現對刀過程；鉆削的手動操作；攻絲機的進給和退出。

2）自動運行：設備在正常工作狀態下，都是通過該模式運行，從而實現整個鉆孔和攻絲工序的自動化。 進入該模式，按下觸摸屏界而的“啟動”按鈕，即可實現設備的連續運作狀態，自至1 個工件加工完畢，回轉工作臺復位至初始位置。

3） 交互式參數設置：PLC 讀取觸摸屏上輸入的孔數和角度數值，并保存至寄存器中。

2.3 組態及監控系統設計

組態控制技術是一種計算機控制技術[3]。 利用組態控制技術構成的計算機測控系統與一般計算機測控系統在結構上沒有本質區別， 都由被控對象、傳感器、I/O 接口、計算機和執行機構幾部分組成。由于要使用到遠程監控這一技術環節，考慮到設備的集成度，采用三菱觸摸屏實現組態功能。

3 總結

本項目開發了精密轉動的回轉工作臺，可以獲取精確而穩定的回轉角度，進而保證螺紋通孔的位置精度；采用動力頭和攻絲機實現高速鉆削和攻牙加工，性能穩定，可操縱性、可控性優越；完成電氣控制系統方案設計，并由PLC 控制系統的運行動作。

［1］來厚寶，胡國清，等.基于PLC 的分輪自動裝配機控制系統設計與研究[J].機械制造與自動化，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 和組態軟件的分布式監控系統設計與研究[J].武漢理工大學學報，2002,24(3):27-29.