【正文】 高。行業(yè)現(xiàn)有的信息化技術(shù)來源主要依靠引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，且外方在許多高新產(chǎn)品的核心技術(shù)上具有掌控地位，我們對(duì)國(guó)外技術(shù)的依存度較高，對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化仍停留在掌握已有技術(shù)和提高國(guó)產(chǎn)化率上，沒有上升到形成產(chǎn)品自主開發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力的高度。具有高精度、高速、高效、復(fù)合功能、多軸聯(lián)動(dòng)等特點(diǎn)的高性能實(shí)用數(shù)控機(jī)床基本上還得依賴進(jìn)口。 與國(guó)外產(chǎn)品相比，我國(guó)的差距主要是機(jī)床的高速高效化和精密化上。對(duì)高速加工技術(shù)，國(guó)外已進(jìn)行了多年的研究，對(duì)高速加工的機(jī)理、機(jī)床結(jié)構(gòu)、機(jī)床剛度和精度的影響等都有了系統(tǒng)的研究，并開發(fā)生產(chǎn)了各種高速銑削中心、高速加工中心，廣泛應(yīng)用于航空器鋁合金零件和模具加工上。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)大型高性能超精機(jī)床每年生產(chǎn)不足千臺(tái)，僅占國(guó)產(chǎn)機(jī)床總量和總價(jià)值的1．5%2．5%,不到德國(guó)或日本的1/20。國(guó)外臥式加工中心都裝有機(jī)床精度及溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，加工精度比較穩(wěn)定，而國(guó)內(nèi)尚在研發(fā)中。國(guó)外加工中心定位精度基本上按德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)VDI3441驗(yàn)收，行程1000mm以下，定位精度可控制在0．006—0．0lmm以內(nèi)，而國(guó)內(nèi)定位精度相對(duì)較低。 2004年，我國(guó)金屬加工機(jī)床消費(fèi)額達(dá)到了95億美元，占世界總量的1/5。其中，進(jìn)口份額占63％，數(shù)控機(jī)床進(jìn)口額34億美元，占全部進(jìn)口金屬切削機(jī)床的78．6%。為了滿足制造業(yè)的需求，國(guó)家每年花費(fèi)10多億美元引進(jìn)數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床的核心技術(shù)即數(shù)控系統(tǒng)，我國(guó)90%要從國(guó)外進(jìn)口。不僅價(jià)格高，進(jìn)口周期長(zhǎng)也不能滿足主機(jī)廠的要求。而且，使用進(jìn)口的裝置組裝起來的機(jī)床，可靠性和質(zhì)量也會(huì)受到影響。2004年內(nèi)地約消耗了1萬臺(tái)，但是大陸所有企業(yè)加起來共失產(chǎn)2000臺(tái)左右，而只有八九個(gè)生產(chǎn)加工中心工廠的臺(tái)灣省竟向內(nèi)地銷售了3300臺(tái)。 PLC應(yīng)用于數(shù)控鉆出的可能性數(shù)控機(jī)床是采用數(shù)字控制技術(shù)對(duì)機(jī)床各移動(dòng)部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制點(diǎn) 機(jī)床，它是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能；可靠性也大大提高；數(shù)控系統(tǒng)本身將普通實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程。而PLC是一類以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動(dòng)控制裝置。它一般以順序控制為主，回路調(diào)節(jié)為輔，能夠完成邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能，既能控制開關(guān)量，也能控制模擬量。由于它能克服傳統(tǒng)繼電器體積龐大，攻好高，可靠性差等困難，PLC已成為人們選擇數(shù)控機(jī)床所用順序控制裝置的主要選擇。因此本文用PLC設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)。(1）具有手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、程序控制自動(dòng)加工功能，加工過程一般不需人工干預(yù)。(2）數(shù)控機(jī)床一般具有CRT顯示功能，自動(dòng)報(bào)警顯示等輔助功能。(3）CNC機(jī)床主傳動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)采用直流或交流無級(jí)調(diào)速伺服電動(dòng)機(jī)，無變速箱。(4）CNC一般具有工件測(cè)量系統(tǒng)。最顯著區(qū)別是當(dāng)加工工件改變時(shí)，數(shù)控機(jī)床只改變加工程序，不需對(duì)機(jī)床作較大的調(diào)整。，數(shù)控機(jī)床具有以下特點(diǎn)(1）可以加工具有復(fù)雜型面的工件具有良好的加工柔性，加工零件的適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性好。由于數(shù)控機(jī)床能實(shí)現(xiàn)多個(gè)坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，所以數(shù)控機(jī)床能完成復(fù)雜型面的加工，特別是對(duì)于可用數(shù)學(xué)方程式和坐標(biāo)點(diǎn)表示的形狀復(fù)雜的零件，加工非常方便。當(dāng)改變加工零件時(shí)，數(shù)控機(jī)床只需更換零件加工的NC程序。因此，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，數(shù)控機(jī)床的適應(yīng)性非常強(qiáng)。(2）加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定對(duì)于同一批零件，由于使用同一機(jī)床、刀具及同一加工程序，刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡完全相同，且數(shù)控機(jī)床是根據(jù)數(shù)控程序自動(dòng)進(jìn)行加工，可以避免人為的誤差，這就保證了零件加工的一致性好且質(zhì)量穩(wěn)定。數(shù)控機(jī)床有較高的加工精度，～。數(shù)控機(jī)床的加工精度不受零件復(fù)雜程度的影響，機(jī)床傳動(dòng)鏈的反向齒輪間隙和絲杠的螺距誤差等都可以通過數(shù)控裝置自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)還可以利用數(shù)控軟件進(jìn)行精度校正和補(bǔ)償。(3）生產(chǎn)效率高數(shù)控機(jī)床上可以采用較大的切削用量，有效地節(jié)省了機(jī)動(dòng)工時(shí)。還有自動(dòng)換速、自動(dòng)換刀和其他輔助操作自動(dòng)化等功能，使輔助時(shí)間大為縮短，而且無需工序間的檢驗(yàn)與測(cè)量，所以，比普通機(jī)床的生產(chǎn)率高3～4倍甚至更高。數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給范圍都比普通機(jī)床大。目前數(shù)控機(jī)床的最高進(jìn)給速度可達(dá)到100m/min以上。 一般來說，數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)能力約為普通機(jī)床的三倍，甚至更高。數(shù)控機(jī)床的時(shí)間利用率高達(dá)90%，而普通機(jī)床僅為30%～50% 。(4）減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件在輸入程序并啟動(dòng)后，數(shù)控機(jī)床就自動(dòng)地連續(xù)加工，直至零件加工完畢。這樣就簡(jiǎn)化了工人的操作，使勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。(5）有利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化工時(shí)和工時(shí)費(fèi)用可以精確估計(jì)，生產(chǎn)管理水平提高，便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度，簡(jiǎn)化和減少檢驗(yàn)、工具夾具準(zhǔn)備等管理工作。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理與控制。(6）數(shù)控加工是CAD/CAM技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)工序集中，一機(jī)多用是數(shù)控機(jī)床的普遍特點(diǎn)。特別是帶自動(dòng)換刀的數(shù)控加工中心，在一次裝夾的情況下，幾乎可以完成零件的全部加工工序，一臺(tái)數(shù)控機(jī)床可以代替數(shù)臺(tái)普通機(jī)床。這樣可以大大減少裝夾誤差，節(jié)約工序之間的運(yùn)輸、測(cè)量和裝夾等輔助時(shí)間，還可以節(jié)省車間的占地面積，帶來較高的經(jīng)濟(jì)效益。 由于以上特點(diǎn)使PLC技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控鉆床成為可能 。第二章 總體設(shè)計(jì)方案鉆床是孔加工機(jī)床，用來進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲及修刮端面等多種形式的加工。在各類鉆床中，搖臂鉆床操作方便、靈活，適用范圍廣，具有典型性，特別適用于單件或批量生產(chǎn)中帶有多孔大型零件的孔加工，是一般機(jī)械加工車間常見的機(jī)床。 總體方案的設(shè)計(jì)搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)立柱、外立柱、搖臂、主軸箱及工作臺(tái)等部分組成。內(nèi)立柱固定在底座的一端，外面套有外立柱，外立柱可繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)360176。搖臂的一端為套筒，套裝在外立柱上，并借助絲杠的正反轉(zhuǎn)沿外立柱做上下移動(dòng)。由于絲杠與外立柱連成一體，而升降螺母固定在搖臂上，所以搖臂不能繞外立柱轉(zhuǎn)動(dòng)，只能與外立柱一起繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)。主軸箱安裝在搖臂的水平導(dǎo)軌上，可以通過手輪操作使其在水平導(dǎo)軌上沿?fù)u臂移動(dòng)。當(dāng)進(jìn)行加工時(shí)，由特殊的夾緊裝置將主軸箱緊固在搖臂導(dǎo)軌上，外立柱緊固在內(nèi)立柱上，搖臂緊固在外立柱上，然后進(jìn)行鉆削加工。鉆削加工時(shí)，鉆頭一面旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削，一面進(jìn)行縱向進(jìn)給。綜上所述，搖臂鉆床的運(yùn)動(dòng)方式有：1主運(yùn)動(dòng)，主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；2進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主軸的縱向進(jìn)給；3輔助運(yùn)動(dòng)，搖臂沿外立柱垂直移動(dòng)，主軸箱沿?fù)u臂長(zhǎng)度方向移動(dòng)，搖臂與外立柱一起繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。Z3040型搖臂鉆床適合于在大、中型零件上進(jìn)行孔加工，其運(yùn)動(dòng)形式有主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、搖臂的升降運(yùn)動(dòng)、立柱的夾緊和放松、搖臂的回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動(dòng)。主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)異動(dòng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，搖臂的升降由一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，搖臂、立柱和主軸箱的夾緊/放松由一臺(tái)液壓泵電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，搖臂的回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動(dòng)通常采用手動(dòng)。此外，還有一臺(tái)冷卻泵電動(dòng)機(jī)對(duì)刀具和工件進(jìn)行冷卻。加工螺紋時(shí)，主軸需要正反轉(zhuǎn)，該機(jī)床采用機(jī)械變換方法來實(shí)現(xiàn)，故主電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向。此外，為保證安全生產(chǎn)，其主軸旋轉(zhuǎn)和搖臂升降不允許同時(shí)進(jìn)行。可編程控制器（以下簡(jiǎn)稱PLC）從其生產(chǎn)到現(xiàn)在，實(shí)現(xiàn)了接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡(jiǎn)單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的PLC在處理模擬量、數(shù)字運(yùn)算、人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)的各方面能力都已大幅度提高，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在各行業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。 PLC是基于電子計(jì)算機(jī)，且適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作的點(diǎn)控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實(shí)現(xiàn)控制，而主要靠運(yùn)行存儲(chǔ)于PLC內(nèi)存中的程序，進(jìn)行入出信息變換實(shí)現(xiàn)控制。PLC基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行如初信息變換，多只考慮信息本身，信息的如初，只要人機(jī)界面就可以了。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，入便于安裝，抗干擾等問題。 Z3040搖臂鉆床主要有兩種主要運(yùn)動(dòng)和其他輔助運(yùn)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)是指主軸帶動(dòng)鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指鉆頭的垂直運(yùn)動(dòng)；輔助運(yùn)動(dòng)是指主軸箱沿?fù)u臂水平運(yùn)動(dòng)，搖臂沿外立柱上下移動(dòng)以及搖臂和外立柱一起相對(duì)于內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。Z3040搖臂鉆床具有兩套液壓控制系統(tǒng)：一套是由主軸電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)齒輪泵送出壓力油，通過操縱機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主軸正反轉(zhuǎn)、停車控制、空擋、預(yù)選與變速；另一套是由液壓電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)液壓泵送出壓力油來實(shí)現(xiàn)搖臂的夾緊和松開、主軸箱的夾緊與松開、立柱的夾緊與松開。前者安裝在主軸箱內(nèi)，后者安裝在搖臂電器盒下部。 PLC類型的選擇目前各國(guó)生產(chǎn)的PLC品種繁多，發(fā)展迅速。在中國(guó)的市場(chǎng)上最具競(jìng)爭(zhēng)力的有德國(guó)西門子公司、日本三菱系列、歐姆龍公司、AB公司所推出的PLC均為從小到大全系列的產(chǎn)品，可滿足各種各樣的需求。三菱公司的產(chǎn)品有：FX系列：為小型PLC，單元式，單機(jī)最大容量為256點(diǎn)。A系列、ANS系列、Q系列、QNA系列等為模塊式大型PLC，最大容量為8K點(diǎn)。西門子公司的產(chǎn)品有：S7200:微型PLC，單機(jī)最大容量為256點(diǎn)；S7300:小到中型PLC單機(jī)最大容量為1K；S7400:大到超大型PLC，單機(jī)可組態(tài)點(diǎn)數(shù)過萬點(diǎn)。2．選配PLC的型號(hào)S7300的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制等。S7300PLC的強(qiáng)大功能使其無論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 本章小結(jié)本章根據(jù)控制要求確定了總體方案以及控制系統(tǒng)的硬件選型?？傮w方案包括PLC數(shù)控鉆床的硬件的組成和控制軟件的組成，以及各個(gè)模塊的聯(lián)系和通信方式；控制系統(tǒng)的硬件。第三章 搖臂鉆床控制線路設(shè)計(jì)Z3040搖臂鉆床主要有兩種主要運(yùn)動(dòng)和其他輔助運(yùn)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)是指主軸帶動(dòng)鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指鉆頭的垂直運(yùn)動(dòng)；輔助運(yùn)動(dòng)是指主軸箱沿?fù)u臂水平運(yùn)動(dòng)，搖臂沿外立柱上下移動(dòng)以及搖臂和外立柱一起相對(duì)于內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 搖臂鉆床控制線路概述Z3040搖臂鉆床具有兩套液壓控制系統(tǒng)：一套是由主軸電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)齒輪泵送出壓力油，通過操縱機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主軸正反轉(zhuǎn)、停車控制、空擋、預(yù)選與變速；另一套是由液壓電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)