1 引言

傳統(tǒng)的剎車片鉆孔工藝流程包括放片、移動(dòng)定位、鉆孔、再移動(dòng)定位、再鉆孔等多次操作后，最后取片等組成。

我國(guó)的剎車片鉆孔技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，不斷的改進(jìn)創(chuàng)新，特別是近幾年高校和科研單位科研力量的注入，以及產(chǎn)學(xué)研的結(jié)合使我國(guó)的剎車片鉆孔技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，正逐步走向自動(dòng)化。

傳統(tǒng)的鉆孔鉆床多為手動(dòng)鉆床，由于其為人工主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，沒有導(dǎo)入電氣傳動(dòng)，造成其以下缺點(diǎn)：鉆孔速度慢，效率低，工人勞動(dòng)量大； 由于鉆孔排列的多樣化，在快速準(zhǔn)確可靠的情況下，傳統(tǒng)的手工鉆孔鉆床不能滿足越來越高的要求，

目前全伺服數(shù)控鉆床機(jī)已在剎車片企業(yè)中漸漸得到應(yīng)用。現(xiàn)在全伺服的鉆床在產(chǎn)量，效率，勞動(dòng)強(qiáng)度，產(chǎn)品質(zhì)量上都有很好的優(yōu)勢(shì)，因此將成為未來剎車片鉆孔的主流。在眾多新開發(fā)的產(chǎn)品中四頭數(shù)控鉆床，精度高，批量大，而且能夠自動(dòng)送片，自動(dòng)下片功能，一次同時(shí)加工兩片，可以連續(xù)鉆孔，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。在同類產(chǎn)品中可數(shù)姣姣者，將來在剎車片行業(yè)中必受青睞，有著廣闊的發(fā)展前景，在市場(chǎng)中將穩(wěn)占一席之地。

2 四頭數(shù)控鉆床系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)構(gòu)成：控制部分采用PLC，并配以人機(jī)界面進(jìn)行程序參數(shù)修改、設(shè)定以及運(yùn)行狀態(tài)顯示監(jiān)控，可編程設(shè)置人機(jī)界面的內(nèi)容。圓形轉(zhuǎn)盤為全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)，伺服電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)，減速機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤，以移動(dòng)轉(zhuǎn)盤使其轉(zhuǎn)過一定的角度，然后鉆頭開始鉆設(shè)定的孔，伺服電機(jī)定位準(zhǔn)確，速度快。根據(jù)鉆頭及剎車片和進(jìn)給量，來設(shè)置伺服合理的轉(zhuǎn)速，并在操作中設(shè)定它的啟動(dòng)停止。轉(zhuǎn)盤設(shè)有原點(diǎn)限位器，伺服驅(qū)動(dòng)器有異常檢測(cè)，在人機(jī)界面中能夠顯示報(bào)警信息。為便于調(diào)試和檢修，各項(xiàng)操作均設(shè)手動(dòng)功能，如手動(dòng)伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，鉆頭電機(jī)的啟停，鉆頭的前進(jìn)和后退等。在生產(chǎn)過程中，不斷加新片，還可以自動(dòng)連續(xù)生產(chǎn)。

2.2 PLC控制接線圖

根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計(jì)出四頭數(shù)控伺服鉆床控制系統(tǒng)PLC控制部分硬件接線圖，如圖1-1所示，此控制面板上的手動(dòng)控制部分主要在調(diào)試系統(tǒng)時(shí)使用，調(diào)試完成后基本處于閑置狀態(tài)。
圖1-1 數(shù)控四頭伺服鉆床系統(tǒng)PLC控制部分硬件接線圖2.3總體流程設(shè)計(jì)

根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，剎車片鉆孔的控制過程分為手動(dòng)控制模式和自動(dòng)控制模式，在手動(dòng)控制模式時(shí)，每個(gè)設(shè)備可通過面板和觸摸屏操作進(jìn)行單獨(dú)運(yùn)行，相互之間沒有順序，互不干擾，模式流程如圖1-2所示。
圖1-2 模式選擇流程圖1. 手動(dòng)控制模式

在手動(dòng)控制模式下，可單獨(dú)控制每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行，手動(dòng)控制模式流程圖如圖1-3所示。
圖1-3 手動(dòng)控制模式流程圖在此模式下，轉(zhuǎn)盤的正反運(yùn)行可通過觸摸屏上的按鈕進(jìn)行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)(有片時(shí)禁止反轉(zhuǎn))的控制，對(duì)于鉆頭和送片缸則可以隨意進(jìn)行前進(jìn)和后退的移動(dòng)。通過對(duì)電磁閥的單獨(dú)操作，可以檢測(cè)鉆頭及缸的性能是否良好。

2. 自動(dòng)控制模式

處于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，按下自動(dòng)開按鈕，系統(tǒng)開始自動(dòng)運(yùn)行，其工作過程包括以下幾個(gè)方面。

1、 手動(dòng)/自動(dòng)旋鈕旋到自動(dòng)位置，轉(zhuǎn)盤先回到原點(diǎn)，到原點(diǎn)后按下自動(dòng)開按鈕。
2、 轉(zhuǎn)盤開始轉(zhuǎn)過一設(shè)定的角度后到達(dá)送片位置后停止。
3、 送片缸開始送片，達(dá)到一定的壓力后，由前進(jìn)變?yōu)楹笸耍推?jì)數(shù)并后退一定時(shí)間后停止。送片計(jì)數(shù)到，跳至步驟5、
4、 轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過60度(一周分為6等分)后停止，然后跳至步驟3、
5、 轉(zhuǎn)盤繼續(xù)轉(zhuǎn)過一設(shè)定角度后停止。
6、 頭開始前進(jìn)鉆孔，鉆完后后
7、經(jīng)過一段時(shí)間后，檢測(cè)一片是否鉆完，沒鉆完跳至步驟5、；鉆完后轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過一定角度后，檢測(cè)自動(dòng)停按鈕是否被按下，沒按下跳至步驟3、，按下則停止。

自動(dòng)控制模式工作流程圖如圖1-4所示。3.各個(gè)模塊梯形圖設(shè)計(jì)

3.1 手動(dòng)程序

在系統(tǒng)上電后，將手動(dòng)/自動(dòng)旋鈕置于手動(dòng)狀態(tài)，可通過面板上的觸摸屏上的按鈕控制每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行。觸摸屏上的手動(dòng)設(shè)計(jì) 如圖1-5-1所示，手動(dòng)控制系統(tǒng)主要是便于在生產(chǎn)初裝時(shí)和換不同類型剎車片時(shí)進(jìn)行調(diào)試，檢測(cè)各個(gè)設(shè)備是否能正常運(yùn)行，手動(dòng)控制梯形圖程序如圖1-5-2所示。
圖1-5-1 手動(dòng)操作畫面
圖1-5-2 手動(dòng)控制梯形圖程序手動(dòng)模式的設(shè)置主要是為了方便系統(tǒng)調(diào)試和維修工作。調(diào)試時(shí)，可以對(duì)不同的設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，最后整個(gè)系統(tǒng)一起調(diào)試，在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)也能快速查出問題出在哪個(gè)設(shè)備上；如果四頭伺服數(shù)控鉆床系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題，也可采用手動(dòng)方式進(jìn)行檢查，便于維修。圖1-5-2 只列出了手動(dòng)的一部分程序， 其他操作類同。而在四頭伺服數(shù)控鉆床鉆孔過程中，主要采用自動(dòng)方式進(jìn)行控制，下面就介紹一下自動(dòng)控制過程。

3.2 自動(dòng)程序

在生產(chǎn)中，四頭伺服數(shù)控鉆床系統(tǒng)大多處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)通過PLC檢測(cè)各種狀態(tài)，控制設(shè)備運(yùn)行，按照設(shè)定的參數(shù)順序啟動(dòng)后自動(dòng)運(yùn)行。參數(shù)設(shè)置如圖1-6-1所示，自動(dòng)控制部分梯形圖如圖1-6所示。
1-6-1參數(shù)設(shè)置畫面(1)
1-6-1參數(shù)設(shè)置畫面(2)
 
圖1-6自動(dòng)控制部分梯形圖在自動(dòng)控制部分梯形圖中，可以看出自動(dòng)模式采用步進(jìn)程序，簡(jiǎn)單明了。部分的梯形圖重點(diǎn)說明了一次送片數(shù)量的控制和伺服定位預(yù)先設(shè)置速度和轉(zhuǎn)過的角度，然后再執(zhí)行PLSR或 PLSY指令，脈沖發(fā)完后伺服會(huì)停止。其他讀者可以根據(jù)需要自已編寫。

3.3 伺服定位程序

伺服電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，需要先設(shè)置好頻率和要走的脈沖數(shù)，通過伺服驅(qū)動(dòng)器來控制伺服電機(jī)的定位。PLC 通過PLSY或PLSR指令發(fā)脈沖和方向給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器再讓伺服電機(jī)運(yùn)行或停止。關(guān)于伺服需要的程序如圖1-7所示。
圖1-7伺服程序梯形圖3.4 部分主程序

主程序主要用于各種數(shù)據(jù)的初始化，包括了伺服定位程序的大部分，用于手動(dòng)和自動(dòng)的共用部分，和手動(dòng)、自動(dòng)程序密不可分。其梯形圖如圖 1-8所示。
圖 1-8 主程序梯形圖4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問題及解決方法

在四頭數(shù)控鉆床系統(tǒng)中，遇到的主要問題集中在設(shè)備選擇、安放位置、調(diào)試和生產(chǎn)過程的控制等情況中。

4.1 硬件方面的問題

在該系統(tǒng)中，各種設(shè)備的選擇、擺放位置，以及接近開關(guān)的位置選擇、PLC外圍電路和接線處的設(shè)置、送片位置、鉆孔電機(jī)位置的選擇，是該控制系統(tǒng)的主要硬件問題。

在機(jī)械設(shè)計(jì)方面，在控制過程中需要采用油缸，因此對(duì)于液壓油有一定的要求，要求具有一定壓力和非常高的潔凈程度。在夏天時(shí)由于鉆孔頻繁，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)造成液壓油溫度升高，影響油缸的速度，通過增加循環(huán)水或加冷確風(fēng)機(jī)的辦法來進(jìn)行改善。鉆孔過程中，剎車片鉆孔飛出的粉末很多，通過加防護(hù)網(wǎng)和吸塵器加以改善。轉(zhuǎn)盤是通過減速機(jī)帶動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，避免不了框位的存在，因此在自動(dòng)過程中，只能正轉(zhuǎn)。這樣就大大減小了誤差，提高了精度。

在PLC 的外圍硬件連接方面，由于伺服驅(qū)動(dòng)器外表有極輕微的帶電現(xiàn)象，因此伺服驅(qū)動(dòng)器的外殼一定接地。操作時(shí)工人要來回的放片和取片，面板做成可以轉(zhuǎn)動(dòng)的。平時(shí)轉(zhuǎn)到最佳位置，便于工人操作。

4.2 軟件方面的問題

軟件方面主要問題在于邏輯錯(cuò)誤和書寫錯(cuò)誤。程序編寫完畢后，對(duì)于 PLC程序需要先在計(jì)算機(jī)上對(duì)程序加上批注檢查，對(duì)于觸摸屏程序可以通過仿真軟件進(jìn)行檢查，然后在調(diào)試中加以改進(jìn)。

5 設(shè)計(jì)小結(jié)

上述詳細(xì)說明了四頭數(shù)控鉆床系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，該控制系統(tǒng)采用臺(tái)達(dá)EH系列的PLC作為控制主機(jī)，通過維倫觸摸屏、按鈕、旋鈕、限位開關(guān)、BWS伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)等，對(duì)電動(dòng)機(jī)、伺服電機(jī)、中繼、接觸器和油缸等設(shè)備和其他相關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了各種設(shè)備的功能控制，達(dá)到了系統(tǒng)的控制 要求。