交流驱动伺服系统的钻攻中心设计及实现

一种铝材质盘型零件，其侧面圆周方向上需要加工 3-6 个数目不等的 M3 螺纹孔。工厂现在的加工方式是传统的人工操作，人工操作动作繁琐、效率低下。加工一个工件需要进行多次工装夹紧定位，且加工精度不能保证，加工过程中需要耗费大量的劳动力。随着劳动力成本的不断攀升，这种劳动密集型的生产方式不再适应生产发展的要求，迫切需要对其进行自动化改造，以减少用工量。本项目的目的就是设计制作一款高速钻攻中心，用以代替人工实现铝材质盘型零件的自动化钻攻加工。利用可编程控制器对设备实现智能化控制。 [1-2]
1   机械系统
本套设备主要包括回转工作台、顶紧机构、动力头和攻丝机。工装安装在回转工作台上，回转工作台的回转中心和顶紧机构保持同轴；动力头、攻丝机和回转工作台的回转中心位同一水平高度，并且动力头和攻丝机保持同轴。    工件放置于工装上，由顶紧机构将工件顶紧并固定于工装上。    回转工作台驱动工件转过一定的角度，动力头对工件进行钻削加工，依次加工出所需的孔；攻丝机对所加工出来的孔进行攻丝加工。
2   控制系统
高速钻攻中心的电气控制系统主要实现如下几方面的功能：
1）高转速的钻削及攻牙能力，高的进给速度；
2）机床的主要操作，受控对象包括伺服电机、三相异步电机、气缸、水泵、触摸屏等；
3）设备运行状态的显示，包括设备的运转、停车、故障报警、产量累积、历史曲线及报表；
4）交互式参数设置，通过触摸屏输入需要加工的孔数、孔的位置分布。
2.1   电气系统的组成
电气控制系统包括主电路和辅助电路两个部分。
主电路主要由电机及与它相连的电气元件如接触器主触点、熔断器等组成。
辅助电路包括控制电路、信号电路等，其中的控制电路是由按钮、继电器和接触器的辅助触点等组成。
2.2   控制软件设计
设备的控制部分都是通过 PLC 编程实现，为了充分展现出 PLC 软件的优点，编程时通过对流程工艺及 PLC 指令系统的分析，采用模块化结构思想，实现了整个模块的分解以及各模块之间的逻辑互锁功能，以此来完成整个 PLC 系统程序的编制。
控制系统共分为手动操作、自动运行、参数设置及故障处理四个基本的模块。
1）手动操作：包括回转工作台的快速转动和微细转动，以实现对刀过程；钻削的手动操作；攻丝机的进给和退出。
2）自动运行：设备在正常工作状态下，都是通过该模式运行，从而实现整个钻孔和攻丝工序的自动化。       进入该模式，按下触摸屏界而的“启动”按钮，即可实现设备的连续运作状态，自至 1 个工件加工完毕，回转工作台复位至初始位置。
3）交互式参数设置：PLC 读取触摸屏上输入的孔数和角度数值，并保存至寄存器中。
2.3   组态及监控系统设计
组态控制技术是一种计算机控制技术[3]。利用组态控制技术构成的计算机测控系统与一般计算机测控系统在结构上没有本质区别，都由被控对象、传感器、I/O 接口、计算机和执行机构几部分组成。由于要使用到远程监控这一技术环节，考虑到设备的集成度，采用三菱触摸屏实现组态功能。
3   总结
本项目开发了精密转动的回转工作台，可以获取精确而稳定的回转角度，进而保证螺纹通孔的位置精度；采用动力头和攻丝机实现高速钻削和攻牙加工，性能稳定，可操纵性、可控性优越；完成电气控制系统方案设计，并由 PLC 控制系统的运行动作。

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