摘 要：一种将废旧难操作的雕铣机修改成易操作的钻孔机的方案。修改后，不会数控编程的普通员工经过简易培训即可学会使用，培训时间短、培训简单。既可以改旧为新、变废为宝，又可以使普通员工容易掌握，不需要高薪聘请专业数控操作人员，从多方面节省了企业的费用。人机界面采用触摸屏，简单明了易操作。主控制器选用PLC编程灵活方便。

关键词：雕铣机；改造；钻孔机；PLC；易操作

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.025

1 设计原理

雕铣机的主控制器是老旧的数控系统，占用空间大，且操作起来非常不方便。现将其改造为钻孔机，修改后的主控制器采用PLC，占用面积小、编程简单、操作灵活。用触摸屏作为人机交换的界面，形象直观、操作简单。

操作人员按照图纸将钻孔数据输入到触摸屏中，点击启动即可运行。通过PLC控制三轴步进电机按照规定程序运行，Z轴带动电主轴运行，实现钻孔动作。

2 基本组成

输入信号：传感器、手摇脉冲发生器等信号。

输出信号：步进系统、变频器、水泵、报警灯等信号。

机械部分用铝型材搭建成基本支撑框架。用直线模组搭建机床运动的三个运动轴，分别称作X轴、Y轴、Z轴。电机采用步进电机。钻孔轴选用电主轴，主轴横向安装在Z轴上。

电源设计规格：输入电源的参数AC220V，10A。

电气部分尽可能选用电源为AC220V50Hz的电器元件，省去了变压器等器件，方便接线，减少费用。

步进系统选型：步进电机驱动器选用DQ3HB220M，驱动电压为AC110V-220V，直接接AC220V电源即可。根据电流设定表和细分设定表设定合适的工作方式。

联轴器选型：电机与直线模组连接的联轴器选用的是膜片联轴器，不用润油，结构较紧凑，强度高，使用寿命长，无旋转间隙，不受温度和油污影响。

传感器选型：XYZ三个运动轴上都选用传感器作为限位开关和限位信号。传感器选用欧姆龙的EE-SX671-WR、EE-SX674-WR系列。二者都是NPN型光电传感器，电气参数相同，电源类型为直流5V—24V，外观不同（安装方式不同）。该类型的传感器自身带线，比用接插件连接的传感器防水，电气安全指标高。

主控器选型：作为主控制器的PLC选用的是信捷电气的XCC-32T-E。该PLC的输入电源是AC220V，方便接线，有5路高速脉冲输出，本系统控制需要3路高速脉冲输出，该类型PLC满足要求。

变频器选型：选用台安科技变频器N310。

开关电源的选型：选用DC24V电源作为传感器、继电器、触摸屏等的电源，具体型号选用S-100-24，100W24V电源。

选用DC5V电源作为驱动器输入信号的电源。驱动器输入信号均通过光电隔离，为确保内置高速光耦可靠导通，要求提供控制信号的电流驱动能力至少15mA。當输入信号电压高于5V时，要根据需要外串电阻R进行限流。由于输入信号很小，都是毫安级别，选用较小的电源即可，具体型号NES-15-5，15W5V电源。安装使用整洁方便，不用选择多个电阻。

电缆选型：电机电缆选用TRVV4*1，4芯1平方毫米。TRVV电缆能够满足于常规工业环境下来回移动弯曲场合下使用的柔性电缆，具有柔软、耐磨、耐弯、抗拉（可定制）、耐候、抗撕裂等基本性能，主要适用于常规工业环境下潮湿或干燥场合下的高频移动安装使用，属于柔性特种移动电缆。

手摇脉冲发生器选型：通过手摇脉冲发生器可以方便的调节系统。选用手摇脉冲发生器时，电气参数要与PLC的输入口电气参数匹配。本系统的电气参数选用DC24V，NPN型。

3 程序设计

本系统设置了两种参数修改模式：（1）开发调试模式；（2）操作人员模式。

（1）开发调试模式。本模式用于设备的调试。为便于操作，系统中设置了两个坐标系：1）机械坐标系；2）工件坐标系。两者的原点分别称为机械坐标系原点和工件坐标系原点。相应的就产生了机械坐标和工件坐标两个概念。

机械坐标是显示当前相对于机械坐标系原点的坐标。

工件坐标是显示当前相对于工件坐标系原点的坐标。

设置工件坐标系是为了让操作者方便操作，只要能看懂图纸，将图纸中的数据输入到触摸屏中的固定位置，就可以完成产品信息的录入。这种方式简单易懂，操作方便。

机械坐标系原点的位置由原点传感器的安装位置确定。工件坐标系原点的位置要结合工件的实际安装位置确定。工件坐标系原点在机械坐标系中的坐标是相对于机械坐标系原点的坐标。

调试模式中设置了手轮模式、点动模式。上电后，点击触摸屏中红色的“初始化”按钮，系统初始化，初始化指示灯显示绿色的“初始化中……”并闪烁，完成后，显示“初始化完成”，定位到机械坐标原点。

系统初始化时不是三轴同时初始化，为保证安全，要注意两点：

1）带有主轴的Z轴先初始化，确保钻头离开工件，然后其他轴各自初始化。2）初始化方向必须是各轴后退。

定位工件坐标系原点的方法：初始化完毕后，在点动模式下分别点击XYZ三轴的点动按钮，快速定位到工件坐标系原点的大体位置，然后在手轮模式下微调系统，根据工装位置，找到工件坐标系原点。试加工工件，根据要求测量工件实际加工尺寸，将实际数据和要求数据作对比，根据对比结果在手轮模式下微调系统，确定准确的工件坐标系原点。

本系统对开发调试模式设有权限，在触摸屏中密码输入位置输入正确的密码，才可以打开此模式。调试完毕后，要将密码关闭，防止无关人员误操作。

（2）操作人员模式。在该模式下，系统上电初始化。工人每次装夹一个工件，装夹完毕后，选择要加工的程序，点击启动按钮加工即可。一个工件加工完毕后，系统自动停机。拆卸工件后，再次装加工件，点击启动按钮，系统循环加工工件。

（3）报警设置。系统在运行中，主要会有以下3种故障：

1）驱动器报警；2）超限位信号报警；3）变频器报警。

这些报警信息出现后，系统会立即停止运行，并在触摸屏上显示报警信息，根据显示的信息可以方便的知道报警位置及报警类型，解决报警后，可利用“点动”、“初始化”使系统复位。

4 结语

与常规的数控系统相比，本系统使用简单、易于操作，提高了生产效率，降低了企业成本，满足了企业的需求，确保企业在激烈的市场竞争中占据优势。

作者简介：王泽志（1985-），男，山东汶上人，本科，助理工程师，电气主管，主要从事自动化设备控制系统的设计、调试工作。