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摘要： 针对企业普通钻孔生产线技术升级需要出发，将普通人工钻孔主轴改造成自动变频主轴，由此展开工程设计。
关键词： 普通钻孔生产线；主轴变频改造；工程设计
中图分类号：TP122文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0620073－02
0 引言
生产线普通钻孔岗位，需要大量的专业操作人员。随着机械制造技术的进步和加工经济性的需求，企业迫切需要将现有的普通钻孔生产线进行技术升级，即将普通人工钻孔主轴改造成自动变频主轴。本文正是对生产线普通钻孔主轴变频改造展开的工程设计。
1 工程分析
普通钻孔生产线如图1所示，本工程应用PLC和变频技术[1]，完成对生产线普通钻孔主轴的变频改造，改造后的变频主轴机电控制结构如图2所示。
图1普通钻孔生产线
图2变频主轴机电控制结构
变频主轴运动形式：
1）主轴回转的速度控制－高速钻孔&低速铰孔（变频驱动，双速）。
2）主轴的上下移动－（液压驱动，1#电磁阀）。
3）主轴旋转换刀运动－钻孔工位&铰孔工位（180º回旋，液压驱动，2#电磁阀）。
变频主轴自动工作过程：
启动→判断钻头是否在零点（0#传感器）→否，回0#传感器→判断钻头是否工位（1#传感器）→否，回旋至1#传感器→系统处于等待加工状态
→2#传感器检测到工件→钻头高速旋转→钻头下降钻孔
→3#传感器检测到位→钻头上升→至0#传感器→钻头停止运转
→主轴回旋，铰孔工位→铰孔低速正转→下降铰孔
→3#传感器检测到位→铰孔低速反转→铰孔上升
→至0#传感器→铰孔停止运转→主轴回旋，钻头工位。
实现变频器速度控制的两种方案：
方案1：PLC开关量控制VVVF，如图3所示。
方案2：PLC通讯控制VVVF，如图4所示。
图3PLC开关量控制VVVF[2]
图4PLC通讯控制VVVF
液压驱动原理：
主轴上下移动和换刀运动液压驱动原理如图5所示。
图5主轴上下移动和换刀运动液压驱动原理
2 工程实现
具体任务细化：
1）机械原点设在0#位置传感器，即主轴钻头停在0#位置传感器。
2）系统启动后，钻孔主轴自动回到机械原点，系统自动检测并旋转至钻头工位状态。
3）钻孔主轴的上升、下降由电磁阀驱动液压缸来实现，行程由0#、3#传感器控制。
4）当工件运行至工作台上方时，2#传感器检测到工件，给钻孔主轴发出下移信号。
5）钻孔主轴工作循环见变频主轴自动工作过程。
6）工作方式设置为：手动单步、单周期循环和自动循环。
7）有必要的电气保护和联锁。
I/O分配：（以方案1- PLC开关量控制VVVF为例）
设计PLC外围电路：（以方案1- PLC开关量控制VVVF为例，如图6所示）
图6PLC外围电路
变频器参数设定：（见表1）
列写主要的元器件清单：（以方案1-PLC开关量控制VVVF为例，见表2）
电气配线改造：
1）按国家标准进行元器件的布局。2）按技术规范配线。3）检查。
程序的编制：
根据钻孔主轴工作循环设计PLC程序，并利用仿真软件进行仿真调试，修改、完善程序。
变频器选型与参数设置：
根据需要设置变频器参数。
程序的下载与调试：
首先将程序下载到PLC，利用软件强制功能在线模拟调试。然后利用实际输入和输出设备，联机调试。联机调试成功后，交付厂方试运行，并不断完善。
表1设置VVVF参数（以FR-E540变频器为例）
表2主要的元器件清单
3 结论
通过将普通人工钻孔主轴改造成自动变频主轴，实现了普通钻孔生产线技术升级。工程设计提供了主轴变频改造的参考，企业投入少效益大，为技术改造注入强大动力。
参考文献：
[1]王照晶等编，变频技术应用[M].北京：机械工业出版社，2006.
[2]岳庆来主编，变频器可编程序控制器及触摸屏综合应用技术[M].北京：机械工业出版社，2006.
关键词： 普通钻孔生产线；主轴变频改造；工程设计
中图分类号：TP122文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0620073－02
0 引言
生产线普通钻孔岗位，需要大量的专业操作人员。随着机械制造技术的进步和加工经济性的需求，企业迫切需要将现有的普通钻孔生产线进行技术升级，即将普通人工钻孔主轴改造成自动变频主轴。本文正是对生产线普通钻孔主轴变频改造展开的工程设计。
1 工程分析
普通钻孔生产线如图1所示，本工程应用PLC和变频技术[1]，完成对生产线普通钻孔主轴的变频改造，改造后的变频主轴机电控制结构如图2所示。
图1普通钻孔生产线
图2变频主轴机电控制结构
变频主轴运动形式：
1）主轴回转的速度控制－高速钻孔&低速铰孔（变频驱动，双速）。
2）主轴的上下移动－（液压驱动，1#电磁阀）。
3）主轴旋转换刀运动－钻孔工位&铰孔工位（180º回旋，液压驱动，2#电磁阀）。
变频主轴自动工作过程：
启动→判断钻头是否在零点（0#传感器）→否，回0#传感器→判断钻头是否工位（1#传感器）→否，回旋至1#传感器→系统处于等待加工状态
→2#传感器检测到工件→钻头高速旋转→钻头下降钻孔
→3#传感器检测到位→钻头上升→至0#传感器→钻头停止运转
→主轴回旋，铰孔工位→铰孔低速正转→下降铰孔
→3#传感器检测到位→铰孔低速反转→铰孔上升
→至0#传感器→铰孔停止运转→主轴回旋，钻头工位。
实现变频器速度控制的两种方案：
方案1：PLC开关量控制VVVF，如图3所示。
方案2：PLC通讯控制VVVF，如图4所示。
图3PLC开关量控制VVVF[2]
图4PLC通讯控制VVVF
液压驱动原理：
主轴上下移动和换刀运动液压驱动原理如图5所示。
图5主轴上下移动和换刀运动液压驱动原理
2 工程实现
具体任务细化：
1）机械原点设在0#位置传感器，即主轴钻头停在0#位置传感器。
2）系统启动后，钻孔主轴自动回到机械原点，系统自动检测并旋转至钻头工位状态。
3）钻孔主轴的上升、下降由电磁阀驱动液压缸来实现，行程由0#、3#传感器控制。
4）当工件运行至工作台上方时，2#传感器检测到工件，给钻孔主轴发出下移信号。
5）钻孔主轴工作循环见变频主轴自动工作过程。
6）工作方式设置为：手动单步、单周期循环和自动循环。
7）有必要的电气保护和联锁。
I/O分配：（以方案1- PLC开关量控制VVVF为例）
设计PLC外围电路：（以方案1- PLC开关量控制VVVF为例，如图6所示）
图6PLC外围电路
变频器参数设定：（见表1）
列写主要的元器件清单：（以方案1-PLC开关量控制VVVF为例，见表2）
电气配线改造：
1）按国家标准进行元器件的布局。2）按技术规范配线。3）检查。
程序的编制：
根据钻孔主轴工作循环设计PLC程序，并利用仿真软件进行仿真调试，修改、完善程序。
变频器选型与参数设置：
根据需要设置变频器参数。
程序的下载与调试：
首先将程序下载到PLC，利用软件强制功能在线模拟调试。然后利用实际输入和输出设备，联机调试。联机调试成功后，交付厂方试运行，并不断完善。
表1设置VVVF参数（以FR-E540变频器为例）
表2主要的元器件清单
3 结论
通过将普通人工钻孔主轴改造成自动变频主轴，实现了普通钻孔生产线技术升级。工程设计提供了主轴变频改造的参考，企业投入少效益大，为技术改造注入强大动力。
参考文献：
[1]王照晶等编，变频技术应用[M].北京：机械工业出版社，2006.
[2]岳庆来主编，变频器可编程序控制器及触摸屏综合应用技术[M].北京：机械工业出版社，2006.