0 引 言
雙頭盲孔鉆機(jī)是一種在實體材料上進(jìn)行鉆孔加工的常用機(jī)床，廣泛應(yīng)用于模具、汽車、機(jī)床制造等行業(yè)的零件加工生產(chǎn)當(dāng)中。傳統(tǒng)的手工加工，不僅速度慢，而且還極容易出錯，導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)率低下。
可編程邏輯控制器(PLC)具有穩(wěn)定性好，控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，常被當(dāng)作控制器來使用；而觸摸屏的加入，即增強(qiáng)了人機(jī)交互的空間，還能在一定程度上減少PLC的外部I／O點(diǎn)的使用以及減輕系統(tǒng)連線復(fù)雜程度，由二者組合在一起的控制系統(tǒng)越來越廣泛地應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。
這里采用松下PLC(FP—X(260T)與威綸觸摸屏(Weinview MT506)設(shè)計一個控制系統(tǒng)。實踐效果表明，完全能夠達(dá)到雙頭盲孔鉆機(jī)的沒計要求。
1 工藝控制要求與控制系統(tǒng)組成
雙頭盲孔鉆機(jī)機(jī)械圖如圖1所示，它主要由6個氣缸，4個步進(jìn)電機(jī)，2個主軸電機(jī)組成。其中，氣缸1起到壓緊加工件的作用；氣缸2用于定位作用，使得刀具與加工點(diǎn)處在同一水平線上；氣缸3起緊固加工件的作用，防止加工時加工件因外力松動滑離加工位置；氣缸4用于旋轉(zhuǎn)工件，當(dāng)一個表面加工完成，需要進(jìn)行第二個表面加工，進(jìn)行第二次加工時，需要將加工件旋轉(zhuǎn)一次；氣缸5，6起到對準(zhǔn)加工件中心位置的作用。
4個步進(jìn)電機(jī)分別控制4個軸向運(yùn)動，左右移動電機(jī)向加工平臺方向移動，將搭載有主軸電機(jī)的兩個左右鉆電機(jī)靠近加工平臺；左右鉆電機(jī)負(fù)責(zé)推送主軸電機(jī)前進(jìn)進(jìn)行鉆孔加工，主軸電機(jī)安裝有刀具。在加工過程中，如果一次性加工完成，則因加工深度太深，冷卻液難以進(jìn)入，導(dǎo)致刀具溫度過高而被燒壞，鐵屑也難以排出，進(jìn)而導(dǎo)致加工失誤，影響加工精度及生產(chǎn)效率，因此，在加工過程中，需要周期性地從待加工件中退出刀具，起到退屑、散熱的作用。
1．1 系統(tǒng)工藝控制要求
雙頭盲孔鉆機(jī)的控制動作主要分為氣缸動作和電機(jī)控制動作。其中，氣缸動作完成加工件的夾緊、推料到位等工作；電機(jī)動作完成電機(jī)的自動加工動作。主要的控制要求有：
(1)具有手／自動功能狀態(tài)。手動時，要求可以對工序中氣缸動作與電機(jī)動作的每個步驟進(jìn)行獨(dú)立操作，以便于試機(jī)調(diào)試。自動方式運(yùn)行時，需嚴(yán)格按照工藝步驟時序要求運(yùn)行。
(2)左右鉆電機(jī)必須是在左右移電機(jī)動作完成之后才能開始動作，以保證刀具不會碰到其他部件而被損壞。
(3)鉆孔時，要求左右鉆電機(jī)周期性地前進(jìn)后退，推送主軸電機(jī)及刀具完成整個加工動作，即需將一個加工分成多個小線段加工，保證每次前進(jìn)加工后都能使得刀具從待加工件中退出，起到退屑和冷卻的作用效果。
(4)需要有急停保護(hù)措施。急停按鈕一按，產(chǎn)生報警信號，同時機(jī)床所有部件動作均停止，只能回零操作有效?；亓悴僮鲉拥耐瑫r報警取消。
(5)需要有換刀、對刀功能。當(dāng)發(fā)現(xiàn)刀具不利時，換完刀具之后，要進(jìn)行自動對刀操作。
1．2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
控制系統(tǒng)采用松下PLC與威綸觸摸屏相結(jié)合的方式：威綸觸摸屏主要用于加工工藝參數(shù)的設(shè)置以及對PLC發(fā)送控制信號和顯示PLC的狀態(tài)信息(比如報警信息，正在進(jìn)行的工序號信息等)，通過觸摸屏軟件編程，將觸摸屏中的變量直接映射到PLC中，使得在觸摸屏上的各個動作能夠直接反映在PLC中；PLC通過讀取現(xiàn)場的輸入信號以及觸摸屏的控制信號，按照預(yù)先編好的程序進(jìn)行程序掃描之后，輸出控制信號到機(jī)床，以控制電機(jī)或者氣缸動作；現(xiàn)場傳感器輸入信號由左右移電機(jī)極限位置、原點(diǎn)傳感器與左右鉆電機(jī)極限位置、原點(diǎn)傳感器和主軸電機(jī)電流傳感器等輸入信號組成。
2 硬件設(shè)計
綜合考慮系統(tǒng)工藝要求，選用松下公司生產(chǎn)的FP—X C60T PLC。該P(yáng)LC具有4個脈沖輸出，由于每個脈沖輸出均有一個脈沖輸出口和脈沖方向輸出口以及原點(diǎn)位置和極限位置輸入口，故需占用4×4=16個I／O口；再根據(jù)系統(tǒng)的其他控制要求，需設(shè)定4個輸入口(主軸超限電流和急停、啟動輸入)和10個輸出口(包括對5個氣缸的控制輸出和報警信號、油泵信號，主軸電機(jī)過流輸出信號等)。
觸摸屏選用威綸Weinview MT506觸摸屏，其開發(fā)軟件是Easy Builder，簡單易學(xué)。
3 軟件設(shè)計
3．1 PLC軟件設(shè)計
松下FP—X C60T采用FPWIN GR Ver．2．72軟件進(jìn)行編程設(shè)計，可采用梯形圖語言和順序功能圖語言進(jìn)行編程，本設(shè)計采用梯形圖編程。
軟件設(shè)計包括手動方式和自動方式設(shè)計，其中手動方式要求對各個動作都能單獨(dú)獨(dú)立運(yùn)行，自動方式操作時需要嚴(yán)格按照工藝要求的操作流程來完成整套動作。軟件設(shè)計流程如圖2所示。
3．1．1 自動方式設(shè)計
雙頭盲孔鉆機(jī)自動方式下的工作流程如圖2所示。由于自動方式具有較嚴(yán)格的工藝流程要求，編程時采用松下PLC的步進(jìn)轉(zhuǎn)移指令：SSTP，NSTL，NSTP，CSTP，STPE等5條指令。而對于步進(jìn)電機(jī)的控制，則直接采用松下PLC中的脈沖輸出指令F171(SPDH)，F(xiàn)172(PLSH)指令。通過設(shè)置脈沖輸出指令控制字，還可以調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的最低速，最高速以及加速時間，脈沖個數(shù)等。使用松下PLC，對步進(jìn)電機(jī)的控制很方便。
3．1．2 手動方式設(shè)計
手動方式一般用于試機(jī)運(yùn)行及調(diào)試階段。設(shè)計有6個氣缸單步運(yùn)行，4個步進(jìn)電機(jī)單步執(zhí)行，2個主軸電機(jī)單步執(zhí)行。對于步進(jìn)電機(jī)控制，采用調(diào)用子函數(shù)的方法來對各個步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行單步運(yùn)行。除此之外，換刀對刀功能也需要在手動下完成。
3．1．3 步進(jìn)電機(jī)控制技巧
針對步進(jìn)電機(jī)控制，采用松下PLC的特殊指令F171與F172。其中，針對F171有兩種不同的控制，一種是梯形圖控制，另外一種是原點(diǎn)返回控制。兩種控制通過設(shè)定數(shù)據(jù)表來選擇。這個指令可以用在自動方式下的步進(jìn)電機(jī)控制。對于指令172(PLSH)是JOG控制，可以用于手動方式的電機(jī)控制。
3．1．4 急停功能設(shè)計
當(dāng)發(fā)生任何故障或者緊急情況時，需要有急停保護(hù)措施。一旦按下急停按鈕，對于氣缸來說，則保持原狀態(tài)不變；對步進(jìn)電機(jī)來說，則需要將其脈沖輸出停止，使得電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。這可以通過設(shè)置脈沖輸出的控制命令字來完成。一旦出現(xiàn)緊急情況，則觸發(fā)急停按鈕，關(guān)閉脈沖輸出指令，步進(jìn)電機(jī)停止，同時報警信號產(chǎn)生。等按下回零按鈕時，報警信號關(guān)閉，各步進(jìn)電機(jī)回到原點(diǎn)。同時，還需要對PLC系統(tǒng)中的一些內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，以備報警信號消除之后，鉆床能夠繼續(xù)進(jìn)行加工，而不是在故障發(fā)生時的狀況下繼續(xù)運(yùn)作。
3．2 觸摸屏設(shè)計
觸摸屏設(shè)計包括創(chuàng)建人機(jī)界面和實現(xiàn)與PLC主機(jī)之間的通信兩個方面的設(shè)計。
3．2．1 觸摸屏人機(jī)界面設(shè)計
使用Easy BuiIder軟件設(shè)計人機(jī)界面。該軟件提供了多種控制器件庫、圖形空間和功能組件。根據(jù)系統(tǒng)工藝要求，配置有主畫面、手動1、手動2、手動3和參數(shù)界面共4個界面。其中，主界面配置的部件有回零點(diǎn)、換刀對刀按鈕，手／自動切換按鈕、主軸電機(jī)按鈕、氣缸油泵按鈕、啟動按鈕還有急停按鈕；手動1、手動2是分別對左右移電機(jī)、左右鉆電機(jī)進(jìn)行手動單獨(dú)控制，均設(shè)有快／慢速切換按鈕、左右前進(jìn)按鈕和左右后退按鈕、同時前進(jìn)、同時后退按鈕等；手動3界面是對6個氣缸的單獨(dú)手動控制，分別為各個氣缸分配了一個按鈕；參數(shù)界面主要設(shè)定工件加工初始位置、鉆孔深度、進(jìn)刀量等參數(shù)。圖3為雙頭盲孔鉆機(jī)人機(jī)界面的結(jié)構(gòu)圖。
3．2．2 觸摸屏與PLC的通信
設(shè)定人機(jī)界面中的變量，使其與PLC中的相應(yīng)I／O點(diǎn)或存儲單元之間建立聯(lián)系，實現(xiàn)觸摸屏對PLC的控制及參數(shù)的輸入，控制PLC的運(yùn)行狀態(tài)。
除此之外，還需要設(shè)定觸摸屏與PLC之間的通訊參數(shù)，實現(xiàn)觸摸屏與PLC之間的通訊。
4 結(jié) 語
在鉆機(jī)系統(tǒng)中，采用PLC控制，使得系統(tǒng)硬件電路設(shè)計簡單可靠，而觸摸屏的設(shè)計，即增強(qiáng)了人機(jī)交互能力，同時也大大減少了傳統(tǒng)控制方法中的開關(guān)、按鈕、指示燈、儀表等電子器件的使用，還間接地減少了PLC外部I／O點(diǎn)的使用，簡化了系統(tǒng)的硬件設(shè)計。兩者的結(jié)合，綜合了各自的優(yōu)點(diǎn)，不但操作方便，系統(tǒng)性能也更加安全可靠，具有廣闊的應(yīng)用前景。