PLC在深空钻机床中的应用

巢湖学院2007级电子科学与技术专业学士论文（设计）1页PLC在深孔钻机床中的应用吴岳巢湖学院物理与电子科学系，安徽巢湖238000摘要：在我国现代工业中，加工深孔需要深孔钻。传统的控制方案是采用继电器和接触器与液压控制相结合的方法，由于这种方法进给次数多，且需要快进、快退。多种进给速度的变换和控制系统需要和大量复杂的硬件系统接线，使系统的可靠性降低，同时也间接的降低了设备的工作效率，从而影响了设备的加工质量。现在的工业企业大多数采用可编程控制器与与液压相结合的方法，这种方法可以很好的解决这种问题。它能够大大的减少了系统的硬件磨损，同时提高了工作效率，然而加工时，钻头的冷却和定时排泄成为了主要问题。关键词：PLC深孔钻；分级进给；深空加工ApplicationofPLCinDeepHoleDrillingMachineWuYue(Chaohucollegephysicsandelectronicindustrydepartment,anhuichaohu238000)Abstract:Inourcountry'smodernindustry,processingdeepholeneedsdeepholedrilling.Traditionalcontrolschemeadoptsthemethodofcombinationofrelays,contactorsandhydrauliccontrol,becausethismethodneedsmanytimesfeeds,fastforwardandfastrewind.Manykindsoffeedingspeedandcontrolsystemofthetransformationneedacomplexofhardwaresystemconnection,whichmakesthereliabilityofsystemreduced,butalsoindirectlyreducesequipmentworkefficiency,thusitaffectstheequipmentprocessingquality.Nowmostofindustrialenterprisesuseprogrammablecontrollerandthemethodwhichcombineswithhydraulicpressure,themethodcansolvethisproblemwell.Itcangreatlyreducethesystemhardwarewearandimprovetheworkefficiency,howeverprocessing,drillcoolingandtimingexcretionbecomethemainproblems.Keywords:PLC;deepholedrilling;gradingfeed;deepspaceprocessing1、深孔钻机床1.1深孔钻机床简介深孔钻床是一种高精度、高效率、高自动化的深孔加工专用机床依靠先进的孔加工技术（枪钻、BTA钻、喷吸钻等）通过一次连续的钻削即可达到一般需钻、扩、铰工序才能达到的加工精度和表面粗糙度。加工孔孔径尺寸精度：IT7～IT11；加工孔偏斜度：≤0.5～1/1000（加工孔深）；加工孔表面光洁度：Ra0.2～6.3um。深孔加工，其钻孔深度与钻头直径之比往往在10倍以上，因此，在钻深孔过程中排屑和冷却成为主要问题，采用分级进给的加工方法，可以使切屑顺利排出，钻头也得到较好的冷却。分级进给的加工方法是将被加工孔的深度分为数段进行加工有别于传巢湖学院2007级电子科学与技术专业学士论文（设计）2页统的孔加工方式依靠特定的钻削技术（如枪钻、BTA钻、喷吸钻等）对长径比大于10的深孔孔系和精密浅孔进行钻削加工的的专用机床统称为深孔钻床。其代表着先进、高效的孔加工技术加工具有高精度、高效率和高一致性。每次进给仅加工其中一段深度，每次加工后，钻头就退出。深空加工有别于传统的孔加工方式依靠特定的钻削技术（如枪钻、BTA钻、喷吸钻等）对长径比大于10的深孔孔系和精密浅孔进行钻削加工的的专用机床统称为深孔钻床。其代表着先进、高效的孔加工技术加工具有高精度、高效率和高一致性。1.2深孔加工技术简介深孔在机械制造业中一般将孔深超过孔径10倍的圆柱孔（内圆柱面）称为深孔。而孔深与孔径的比值称之为“长径比”或“深径比”。相对而言长径比不大于5倍的圆柱孔可称为“浅孔”。深孔直径的大小直接关系到加工的难度和采用的加工手段所以生产实践中常常按照深孔直径的大小分别称呼为特大深孔（Φ200mm以上）大深孔（Φ65~Φ200mm）普通深孔（中等直径Φ20~65mm）小深孔（Φ4~Φ20mm）微小深孔（Φ4mm以下）。一般而言特大深孔与微小深孔比中小深孔的加工难度更大但是由于科学技术是不断进步的所以划分仅用于行业内的沟通并非严格的科学定义。深空操作技巧（软件）。在一般情况下深孔加工技术主要指用切削加工方法和磨料工具加工深孔的技术。随着科学技术的发展20世纪涌现出了一批可用于深孔加工的特种加工技术从而扩大了深孔加工技术的领域。1.3深孔加工特点（1）刀杆受孔径的限制直径小长度大造成刚性差强度低切削时易产生振动、波纹、锥度而影响深孔的直线度和表面粗糙度。（2）在钻孔和扩孔时冷却润滑液在没有采用特殊装置的情况下难于输入到切削区使刀具耐用度降低而且排屑也困难。（3）在深孔的加工过程中不能直接观察刀具切削情况只能凭工作经验听切削时的声音、看切屑、手摸振动与工件温度、观仪表(油压表和电表)来判断切削过程是否正常。（4）切屑排除困难必须采用可靠的手段进行断屑及控制切屑的长短与形状以利于顺利排除防止切屑堵塞。（5）为了保证深孔在加工过程中顺利进行和达到应要求的加工质量应增加刀具内(或外)排屑装置、刀具引导和支承装置和高压冷却润滑装置。巢湖学院2007级电子科学与技术专业学士论文（设计）3页2、可编程控制器2.1可编程控制器的定义可编程控制器简称PC（英文全称：ProgrammableController）它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：ProgrammableLogicController）和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令并能通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体易于扩展其功能的原则而设计。”2.2可编程控制器的基本构成从结构上分PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块I/O模块、内存、电源模块、底板或机架这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。基本构成为电源、CPU、存储器、输入与输出接口、功能模块、通信模块、底板或机架通信模块编程设备人机界面。图1：PLC的结构外部设备接口存储器系统程序用户程序数据输入模块I/O扩展接口输出模块CPU电源编程器打印机计算机盒式磁带机条码扫描仪I/O扩展单元…按钮触点行程开关输入设备输出设备指示灯电磁线圈电磁阀…巢湖学院2007级电子科学与技术专业学士论文（设计）4页2.3可编程控制器的特点（1）可靠性高抗干扰能力强PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器仅剩下与输入和输出有关的少量硬件接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100因触点接触不良造成的故障大为减少。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术采用严格的生产工艺制造内部电路采取了先进的抗干扰技术具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障时间则更长。从PLC的机外电路来说使用PLC构成控制系统和同等规模的继电接触器系统相比电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一故障也就大大降低。此外PLC带有硬件故障自我检测功能出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（2）硬件配套齐全功能完善适用性强PLC发展到今天已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品并且已经标准化、系列化、模块化配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用用户能灵活方便地进行系统配置组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外现代PLC大多具有完善的数据运算能力可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机是面向工矿企业的工控设备。它接口容易编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（4）容易改造系统的设计、安装、调试工作量小维护方便容易改造，PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律很容易掌握。对于复杂的控制系统梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。PLC用存储逻辑代替接线逻辑大大减少了控制设备外部的接线使控制系统设计及建造的周期大为缩短同时维护也巢湖学院2007级电子科学与技术专业学士论文（设计）5页变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。（5）体积小重量轻能耗低以超小型PLC为例新近出产的品种底部尺寸小于100mm仅相当于几个继电器的大小因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。它的重量小于150g功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部是实现机电一体化的理想控制设备。2.4可编程控制器的发展历史1969年美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器由分离元件和中小规模集成电路组成主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制1971年日本开始生产可编程控制器德国英国法国相继开展研发本国的可编程控制器并开始广泛使用。1974年我国开始研制我国的可编程控制器。早期的可编程控制器是为了取代继电器接触器控制系统而设计的由于开关量控制具有逻辑运算计时计数等顺序控制功能顾称为可编程逻辑控制器PLC。2.5可编程控制器的发展方向可编程序控制器诞生不久即显示了其在工业控制中的重要地位随着计算机和微电子技术的发展PLC技术已逐渐走向成熟。今后可编程序控制器总的发展趋势是：高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能。具体表现在以下几个方面：（1）小型化、专用化、低成本——低档PLC向微型、简易、价廉方向发展使之能以更优异的性能、更低廉的价格、更广泛地取代继电器控制系统。（2）大容量、高速度、多功能——中、高档PLC向大容量、高速、多功能方向发展使之能取代工业控制微机的部分功能对大规模、复杂控制系统进行综合控制。（3）模块化——开发各种功能明确的专用扩展模块使专用化的复杂功能由专门模块来完成