利用PLC控制技术实现普车钻床的数控控制
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摘 要：本文主要论述利用plc控制技术对普车钻床电气控制系统进行改造，使普车钻床电气控制系统具有数控控制技术。
关键词：PLC 普车钻床 数控控制 改造
一、数控钻床设计要求
数控钻床加工控制要求：一是主运动由三相交流异步电动机带动，只需要正转，不需要变速；二是进给运动由伺服电动机带动，便于实现位置的准确控制；三是工件的转位运动由步进电动机带动，实现分度；四是工件的夹紧与放松由气动装置实现；五是所有执行元件都由PLC控制完成。运动控制系统主要由运动控制器、电气伺服机构、机械装置与检测装置、驱动器、操作面板组成。
1.钻床系统的改造
改进后的数控钻床控制系统主要由主电动机、步进电动机、步进电动机驱动器、伺服电动机、伺服电动机驱动器以及FX2N-1PG等组成，如图1所示。利用三菱PLC及定位控制型脉冲输出模块FX2N-1PG来实现数控专用钻床的程序控制；由步进电动机来实现工件加工过程中的转位，通过专用定位脉冲输出端口向步进电动机发送控制脉冲实现分度。伺服电动机拖动滑台带动刀具的进给运动，伺服驱动器的控制由FX2N-1PG来实现，由PLC发送控制命令，控制伺服驱动系统按照一定的速度和位移量进行运动，这个运动需要原点复位。
2.数控钻床的控制程序设计思路
根据加工工艺的要求和钻床的运动需要，由PLC控制主电动机、FX2-1PG、伺服驱动器及电动机、步进驱动器及电动机以及气动系统，实现主运动、进给运动和夹具的转位分度运动。主要控制内容和流程如图2所示。
在接通电源以后，首先对FX2N-1PG的缓冲区进行参数的初始化设置，对工作参数赋予初始值，为后续的机械回零、手动调整、转位分度和自动循环做好准备。然后进行伺服系统的机械回零操作，而步进电动机实现分度运动，每次转动60°，还对夹具机构、分度机构及伺服系统进行一些手动调整操作。
确定设备正常以后，开始装夹工件，待工件夹紧以后，就可以进行自动循环加工了。刀具在伺服系统的带动下快进，快进到一定位置后，刀具转动，伺服系统变换速度进行工进，当工件加工完毕以后，刀具快退，快退到刀具距离工件孔表面的一定位置时，夹具的分度机构开始进行分度，工件转动60°后再次被夹紧，刀具再次工进后，开始加工第二个孔。如此下去，直到六个孔都加工完毕，刀具退回到原点，停止转动，操作者更换工件，进行下一个工件的加工。
3.主要设备参数设置
（1）FX2N-1PG与PLC的连接FX2N-1PG内部的缓冲寄存器必须与PLC主机的数据寄存器进行匹配，以方便写入及读出FX2N-1PG缓冲寄存器中的数据。
（2）伺服驱动器电子齿轮比通过更改脉冲的分倍频，来实现不同的脉冲当量。
（3）编码器的分辨率为131072脉冲/r；伺服电动机的额定转速为3000r/min，而FX2N-1PG提供的最高频率200kHz；滚珠丝杆的导程为5mm；控制器输出的脉冲当量为0.001mm。
（4）所选择的步进电动机为三相六拍式，步距角为0.75，细分倍数设置为32，旋转一周的脉冲数为15360，分度旋转60°，需要的脉冲数为2560。
4.伺服系统机械回零及工件转位控制
每次开机，都需手动回零。操作时，按下回零按钮SIN，伺服电动机按照FX2N-1PG中设置的速度大小，加、减速时间等参数进行回零运动。当到达近点开关位置后，系统开始对零相脉冲信号计数；当计数到达设定值后，伺服电动机制动停止。工件转位控制是由步进电动机带动夹具分度运动，转动角度为60°。在加工完一个工件后，夹具转一个分度，计数器计数一次。当六个孔都加工完毕后，刀具回到原位，准备下一次加工。
（作者单位：肇庆市技师学院）