【正文】 堵塞，造成鉆頭崩 8 刀。因此，切屑的長(zhǎng)短和形狀要加以控制，并要進(jìn)行強(qiáng)制性排屑。 工藝系統(tǒng)剛性差。因受孔徑尺寸限制，孔的長(zhǎng)徑比較大，鉆桿細(xì)而長(zhǎng)，剛性差，易產(chǎn)生震動(dòng)，鉆孔易走偏，因而支撐 導(dǎo)向極為重要。這點(diǎn)在槍鉆機(jī)床中更為突出。 、 氣壓傳動(dòng) ： 氣壓傳動(dòng)作為一種易于推廣普及的實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的應(yīng)用技術(shù)，其氣源容易獲得，環(huán)境污染小，工作速度快，動(dòng)作頻率高，工程實(shí)現(xiàn)容易 [3]。 氣壓傳動(dòng)以壓縮氣體為工作介質(zhì)，靠氣體的壓力傳遞動(dòng)力或信息的流體傳動(dòng)。傳遞動(dòng)力的系統(tǒng)是將壓縮氣體經(jīng)由管道和控制閥輸送給氣動(dòng)執(zhí)行元件，把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能而作功；傳遞信息的系統(tǒng)是利用氣動(dòng)邏輯元件或射流元件以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算等功能，亦稱(chēng)氣動(dòng)控制系統(tǒng) 。 氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)是 :工作壓力低 ,一般為 ～ 兆帕，氣體粘度 小，管道阻力損失小，便于集中供氣和中距離輸送，使用安全，無(wú)爆炸和電擊危險(xiǎn)，有過(guò)載保護(hù)能力；但氣壓傳動(dòng)速度低，需要?dú)庠础鈮簜鲃?dòng)由氣源、氣動(dòng)執(zhí)行元件、氣動(dòng)控制閥和氣動(dòng)輔件組成。氣源一般由 Link title 壓縮機(jī)提供。氣動(dòng)執(zhí)行元件把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，用來(lái)驅(qū)動(dòng)工作部件，包括氣缸和 氣動(dòng)馬達(dá) 。氣動(dòng)控制閥用來(lái)調(diào)節(jié)氣流的方向、壓力和流量，相應(yīng)地分為方向控制閥、壓力控制閥和流 量控制閥。氣動(dòng)輔件包括：凈化空氣用的分水濾氣器，改善空氣潤(rùn)滑性能的油霧器，消除噪聲的消聲器，管子聯(lián)接件等。在氣壓傳動(dòng)中還有用來(lái)感受和傳遞各種信息的氣動(dòng)傳感器。 氣壓傳動(dòng)具有以下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）以空氣作為工作介質(zhì)，取之不盡，處理方便，用過(guò)以后直接排入大氣，不會(huì)污染環(huán)境，且可少設(shè)置或不必設(shè)置回氣管道。 （ 2）空氣的黏度很小，只有液壓油的萬(wàn)分之一，流動(dòng)阻力小，所以便于集中供氣，中、遠(yuǎn)距離輸送。 （ 3）氣動(dòng)控制動(dòng)作迅速，反應(yīng)快；維護(hù)簡(jiǎn)單，工作介質(zhì)清潔，不存在介質(zhì)變質(zhì)和更換等問(wèn)題。 （ 4）工作環(huán)境適應(yīng)性好。無(wú)論是在易燃、易爆、多塵埃、輻射、強(qiáng)磁、 9 振動(dòng)、沖擊等惡劣的環(huán)境中，氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作安全可靠。 （ 5）氣動(dòng)元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工制造，使用壽命長(zhǎng)，可靠性高。 氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn) : （ 1）由于空氣的可壓縮性大，氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的速度穩(wěn)定性差，給系統(tǒng)的速度和位置控制精度帶來(lái)很大的影響。 （ 2）氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲大，尤其是排氣時(shí)，需要加消音器。 試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)的目的和內(nèi)容： 原有機(jī)床是純繼電器控制的，存在很多缺陷，如當(dāng)空氣壓力不足，冷卻液液位過(guò)低報(bào)警燈都亮，有助于分辨故障 所在。本次改造是在原有邏輯控制順序的基礎(chǔ)重新編寫(xiě)程序，在完成基本動(dòng)作的同時(shí)加入兩個(gè)側(cè)面鉆頭，要重新繪制的電氣圖，接線(xiàn)圖，互連圖 本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)要求對(duì)原有繼電器系統(tǒng)的深孔鉆床進(jìn)行改造升級(jí)，實(shí)現(xiàn) PLC 控制 ，加入檢測(cè)識(shí)別故障功能 ，最終使得這臺(tái)機(jī)床功能更加齊全，更加集約化。 內(nèi)容如下： 熟悉西門(mén)子 S7300 系列 PLC,和相應(yīng)的編程軟件 STEP7 PLC 控制系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)，包括：原理圖，元器件清單，電柜布置圖，接線(xiàn)圖與互連圖。 PLC 程序設(shè)計(jì)與優(yōu)化。 10 第二章 深孔鉆床實(shí)驗(yàn)平臺(tái)裝置 總體介紹 工藝 流程： 各部分系統(tǒng)關(guān)系： 主要元器件： 、 SIEMENS SIMATIC S7300 SIMATIC S7300 是模塊化小型 PLC 系統(tǒng) ，大范圍的各種功能模塊可以非常好地滿(mǎn)足和適應(yīng)自動(dòng)控制任務(wù)，各種單獨(dú)的模塊之間也可進(jìn)行廣泛組合以用于擴(kuò)展。由于 S7300 簡(jiǎn)單實(shí)用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使得應(yīng)用十分靈活。特點(diǎn)如下： 當(dāng)控制任務(wù)增 加時(shí)，可自由擴(kuò)展 。 由于大范圍的集成功能使得它功能非常強(qiáng)勁 。 S7300 可編程序控制器 是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 。 各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合以用于擴(kuò)展 。 系統(tǒng)組成 ： 中央處理單元 (CPU)各種 CPU 有各種不同的性能 。 11 信號(hào)模塊 (SM)用于數(shù)字量和模擬量輸入 /輸出 。 通訊處理器 (CP)用于連接網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接 。 功能模塊 (FM)用于高速計(jì)數(shù)，定位操作 (開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制 )和閉環(huán)控制 。 SIMATIC M7 自動(dòng)化計(jì)算機(jī) AT兼容的計(jì)算機(jī)用于解決對(duì)時(shí)間要求非常高的技術(shù)問(wèn)題。它既可作為 CPU，也可以作為功能模塊使用 。 S7300 適用于通用領(lǐng)域： 高 電磁兼容性 和強(qiáng)抗振動(dòng)，沖擊性，使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。 SIEMENS S7300 313 PLC，包括： 導(dǎo)軌 ： S7300 的機(jī)架 電源 (PS)：將電網(wǎng)電壓（ 120/230V）變?yōu)?S7300 所需的工作電壓 24V DC。 中央處理單元（ CPU） ：執(zhí)行用戶(hù)程序（附件：存儲(chǔ)器模塊，后備電池） 接口模塊（ IM） ：連接兩個(gè)機(jī)架的總線(xiàn)。 信號(hào)模塊（ SM） ：把不同的信號(hào)與 S7300 相匹配（附件，總 線(xiàn)連接器，前連接器） 功能模塊 （ FM）：完成定位，閉環(huán)控制等功能。 通信處理器（ CP）：連接可編程控制器（附件：電纜，軟件，接口模塊） 、 REXROTH （ ）驅(qū)動(dòng)器 ，濾波器 目前主流的伺服驅(qū)動(dòng)器均采用 數(shù)字信號(hào)處理器 （ DSP）作為控制核心 ，可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以 智能功率模塊 （ IPM）為核心設(shè)計(jì)的 驅(qū)動(dòng)電路 ,IPM 內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路 ,同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路 ,在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路 ,以減小啟動(dòng)過(guò)程對(duì)驅(qū)動(dòng)器的沖擊。功率驅(qū)動(dòng)單元首先通過(guò)三相全橋整流電路對(duì)輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直 流電。經(jīng)過(guò)整流好的三相電或市電，再通過(guò)三相正弦 PWM 電壓型逆變器變頻來(lái)驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步 交流伺服電機(jī) 。功率驅(qū)動(dòng)單元的整個(gè)過(guò)程可以簡(jiǎn)單的說(shuō)就是 ACDCAC 的過(guò)程。整流單元（ ACDC）主要的拓?fù)潆娐肥? 12 三相全橋 不控整流電路 。 伺服進(jìn) 給系統(tǒng)的要求 調(diào)速范圍寬 定位精度高 有足夠的傳動(dòng)剛性和高的速度穩(wěn)定性 快速響應(yīng)，無(wú)超調(diào) 為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外， 還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)在啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)，要求加、減加速度足夠大，縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，減小輪廓過(guò)渡誤差。 低速大轉(zhuǎn)矩，過(guò)載能力強(qiáng) 一般來(lái)說(shuō)，伺服驅(qū)動(dòng)器具有數(shù)分鐘甚至半小時(shí)內(nèi) 倍以上的過(guò)載能力，在短時(shí)間內(nèi)可以過(guò)載 4～ 6 倍而不損壞。 可靠性 高 要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾的能力。 對(duì)電機(jī)的要求 從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低速如 ，仍有平穩(wěn)的速度而無(wú)爬行現(xiàn)象。 電機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)載能力，以滿(mǎn)足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過(guò)載 4～ 6 倍而不損壞。 為了滿(mǎn)足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。 電 機(jī)應(yīng)能承受頻繁啟、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。 濾波器 （ filter），是一種用來(lái)消除干擾雜訊的 器件 ，將輸入或輸出經(jīng)過(guò)過(guò)濾而得到純凈的直流電。對(duì)特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除的 電路 ，就是濾波器，其功能就是得到一個(gè)特定頻率或消除一個(gè)特 定頻率。 伺服控制系統(tǒng)： 用來(lái)精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過(guò)程的 反饋控制系統(tǒng) 。又稱(chēng)隨動(dòng)系統(tǒng)。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專(zhuān)指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機(jī)械位移或位移速度、加速度 13 的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角）。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒(méi)有原則上的區(qū)別。 、 SIMATIC OP7 產(chǎn)品類(lèi)型 ： 操作 員面板 主要性能 ： 液晶顯示，背光 LED，顯示 4 行，每行 20 個(gè)字符，行高 8mm/22個(gè)系統(tǒng)鍵， 8 個(gè)用戶(hù)自定義軟鍵 /3 種聯(lián)機(jī)語(yǔ)言 防護(hù)等級(jí)：前面板 IP65，后面板 IP20 前面板尺寸 ： 144*180mm（寬 *高） 開(kāi)孔尺寸： 135*171*42mm（寬 *高 *深） 14 、空氣開(kāi)關(guān) 、接觸器 、 PILZ 安全繼電器 安全繼電器一般由鐵芯、線(xiàn)圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線(xiàn)圈兩端加上一定的電壓，線(xiàn)圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈 簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線(xiàn)圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái) 15 的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的 “ 常開(kāi)、常閉 ” 觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線(xiàn)圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱(chēng)為 “ 常開(kāi)觸點(diǎn) ” ；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱(chēng)為 “ 常閉觸點(diǎn) ” 。 、變壓器 ,接近開(kāi)關(guān)，液位傳感器，壓力傳感器等各類(lèi)傳感器 ,氣動(dòng)三聯(lián)件 、 SIEMENS STEP7 軟件簡(jiǎn)介： 西門(mén)子 STEP7 是用于 SIMATIC S7300/400 站創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標(biāo)準(zhǔn) 軟件 ，可使用梯形圖邏輯、功能塊圖和語(yǔ)句表進(jìn)行編程操作。 PCD1 和 PCD2 SaiaPCD 控制設(shè)備也可以用 Siemens Step7 來(lái)編程。使用 Step7 編程可以在 Saia PCD 上實(shí)現(xiàn)某些集成在 Step7 內(nèi)的功能 .不只是兼容 。 在常規(guī)功能 之外還具備以下的特點(diǎn) : DK 3964 16 R/RK 512 等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議已經(jīng)集成到控制器內(nèi)，不需要額外 的 驅(qū) 動(dòng)。 MPI接口集成 modem 支持 : 內(nèi)置 modem 功能，可進(jìn)行遠(yuǎn)程編程、診斷或數(shù)據(jù)傳輸 。 編程不需 MPI轉(zhuǎn)換器，直接通過(guò) PC 上的 RS232 口 。 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊功能 ， 控制器功能中已集成了 Profibus DP Master / Slave, Profibus FMS 和 LONWorks。 利用 web server 進(jìn)行監(jiān)控 。 、 Protool 軟件簡(jiǎn)介 ProTool 適用于大部分 HMI 硬件的組態(tài)，從操作員 面板到標(biāo)準(zhǔn) PC都可以用集成在 STEP 7 中的 ProTool 有效地完成組態(tài)。 ProTool/lite用于文本顯示的組態(tài)，如： OP3， OP7， OP17， TD17 等。 ProTool/Pro用于組態(tài)標(biāo)準(zhǔn) PC 和所有西門(mén)子 HMI 產(chǎn)品， ProTool/Pro 不只是組態(tài)軟件，其運(yùn)行版也用于 Windows 平臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)。 第三章 :電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 、電氣設(shè)計(jì)的一般原則 最大限度地實(shí)現(xiàn)機(jī)床設(shè)備和生產(chǎn)工藝對(duì)電氣控制線(xiàn)路的要求。 在滿(mǎn)足機(jī)床生產(chǎn)的前提下，力求使控制線(xiàn)路簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)。保證機(jī)床線(xiàn)路的可靠性和安全性 操作和維修方便 。 考慮帶今后加工生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展和機(jī)床工藝的不斷改進(jìn)，在配置 PLC 硬件設(shè)備時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有一定的擴(kuò)展余量。 PLC 最大的優(yōu)點(diǎn)，是能方便地實(shí)現(xiàn)各種順序控制模式。使用 PLC 控制系統(tǒng)，由于 PLC“軟繼電器”的觸點(diǎn)是可以無(wú)限次使用的，因此在編程時(shí)，不必考慮點(diǎn)多少的問(wèn)題，且 PLC 的輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等功能元件，都是由 PLC 內(nèi)部的存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)的，所以減少了許多外部的繼電器 [7]。 PLC 程序控制，由內(nèi)部 CPU 完成各元件狀態(tài)的邏輯關(guān)系運(yùn)算， PLC 外部只需要在輸入端接開(kāi)關(guān)，按鈕等指令信號(hào)，輸出端接接 觸器、電磁閥、指示燈等負(fù)載，再由接觸器控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)， 17 不必考慮接觸器之間的邏輯關(guān)系。 PLC 在機(jī)床改造中得到了廣泛的應(yīng)用。使用 PLC 模塊化的模式，取代傳統(tǒng)的液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)，不僅使機(jī)床的控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定，同時(shí)簡(jiǎn)化了機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)，大大提高了加工精度和生產(chǎn)效率。 對(duì)常開(kāi)、常閉按鈕及行程開(kāi)關(guān)的處理，繼電器控制電路中，一般起動(dòng)用常開(kāi)按鈕，停機(jī)用常閉按鈕，改用 PLC 控制后，起動(dòng)和停止按鈕均采用常開(kāi)按鈕，以符合大多數(shù)人的編程習(xí)慣 。 對(duì)交流接觸器的處理，交流接觸器屬于執(zhí)行元件，改用 PLC 控制后，分別為它們分配 外部輸出繼電器 。 對(duì)熱繼電器觸點(diǎn)的處理，熱繼電器可以作為 PLC 的輸入點(diǎn)，也可以直接串接在 PLC 外部的控制電路中。將熱繼電器作為 PLC 的輸入點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，熱繼電器的常閉觸點(diǎn)會(huì)斷開(kāi)，可將設(shè)備過(guò)載的故障信息輸入 PLC，由控制程序完成過(guò)載保護(hù)和報(bào)警等功能，缺點(diǎn)是熱繼電器的常閉觸點(diǎn)會(huì)占用 PLC 的輸入點(diǎn)，所以需要考慮 PLC 輸入點(diǎn)的富裕情況 。 而將熱繼電器的常閉觸點(diǎn)直接串接在 PLC 外部的控制電路中，由硬件電路實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)功能，這種方法可節(jié)約 PLC 的輸入點(diǎn)，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警功能 [8]。為了減少電磁閥的故障，同時(shí)也為了使電磁閥線(xiàn)圈電壓適應(yīng) PLC控制的電氣性能，用 DC24V 電磁閥取代了交流電磁閥 [9]。電磁閥為感性負(fù)載，并且通斷頻繁，為了保護(hù) PLC 的輸出觸點(diǎn)，在輸出端接有電壓釋放網(wǎng)絡(luò)，即在電磁閥兩端并上續(xù)流二極管 [10]。 將各氣缸順序動(dòng)作分級(jí)氣缸作為執(zhí)行器其伸出和縮回由換向閥控制，若采用雙向電磁鐵控制的換向閥，為避免換向閥的兩