CN210818418U

CN210818418U - 数控钻床执行系统

Info

Publication number: CN210818418U
Application number: CN201920875497.XU
Authority: CN
Inventors: 张�浩; 姜雪峰; 宋业峰
Original assignee: Beijing Yiyang Xingye Technology Development Co ltd
Current assignee: Beijing Yiyang Xingye Technology Development Co ltd
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2020-06-23
Anticipated expiration: 2029-06-12

Abstract

一种数控钻床执行系统,包括可编程控制器、工业显示器、手摇轮、限位传感器、X轴交流伺服驱动器、Y轴交流伺服驱动器、Z轴交流伺服驱动器、主轴变频器、X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机、主轴电机；工业显示器与可编程控制器连接；手摇轮与可编程控制器相连，用于输出脉冲信号至可编程控制器；限位传感器连接到可编程控制器；实现了对交流伺服系统的智能控制，使交流伺服系统实现快速和高精度的运行,实现了全自动数字高效、高精度钻孔，调整钻床夹具可以满足市场大部分所需钻孔工件形状、尺寸要求。

Description

数控钻床执行系统

技术领域

本实用新型涉及数控钻床控制技术，具体是一种数控钻床控制系统。

背景技术

数控钻床是数字控制的以钻削为主的孔加工机床，由于加工中心的发展，绝大多数数控钻床已被加工中心取代。

目前，当需要加工一些以钻削为主要加工工序的零件时，就凸显出加工中心的劣势。在加工中心上进行加工时，加工中心所能加工的工件尺寸受到加工中心本体尺寸限制，无法加工大尺寸及异形工件，而且加工中心的转换速度较慢、编程操作复杂，对操作人员的知识水平要求较高。受到以上各方面的限制，部分工件仍需应用数控钻床来加工。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种数控钻床执行系统，本系统通过工业显示器输入工件所需钻孔位置，能够精确、快速定位当前所需钻孔位置，系统组成简单，操作准确、快捷、省时、方便，工作效率高，制造成本低。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种数控钻床执行系统,包括可编程控制器、工业显示器、手摇轮、限位传感器、X轴交流伺服驱动器、Y轴交流伺服驱动器、Z轴交流伺服驱动器、主轴变频器、X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机、主轴电机；其特征在于，工业显示器与可编程控制器连接；手摇轮与可编程控制器相连，用于输出脉冲信号至可编程控制器；限位传感器连接到可编程控制器；X轴交流伺服驱动器、Y轴交流伺服驱动器、Z轴交流伺服驱动器、主轴变频器与可编程控制器连接；可编程控制器输出接口输出驱动脉冲信号至X轴交流伺服驱动器、Y轴交流伺服驱动器、Z轴交流伺服驱动器；X轴伺服电机与X轴交流伺服驱动器相连，Y轴伺服电机与Y轴交流伺服驱动器相连，Z轴伺服电机Z轴交流伺服驱动器相连，主轴电机与主轴变频器相连。

进一步地，工业显示器通过RS232通讯口与可编程控制器连接；X轴交流伺服驱动器、Y轴交流伺服驱动器、Z轴交流伺服驱动器、主轴变频器通过RS485通讯口与可编程控制器连接。

进一步地，限位传感器接入到可编程控制器的DI输入端子。

进一步地，限位传感器包括X轴零点限位开关、X轴左极限限位开关、X轴右极限限位开关、Y轴零点限位开关、Y轴后极限限位开关、Y轴前极限限位开关、Z轴零点限位开关、Z轴后极限限位开关、Z轴前极限限位开关、动力头主轴上限位开关、动力头主轴下限位开关。

进一步地，手摇轮具有多个输出，包括手摇轮A+脉冲端口、手摇轮A-脉冲端口、手摇轮B+脉冲端口、手摇轮B-脉冲端口、手摇轮X轴选择开关、手摇轮Y轴选择开关、手摇轮Z轴选择开关、手摇轮x1倍率选择开关、手摇轮x10倍率选择开关、手摇轮x100倍率选择开关。

进一步地，可编程控制器包括主模块和扩展模块，主模块和扩展模块之间通过背板总线连接。

进一步地，主模块采用台达DVP20PM00M，其输入端子连接如下：DOG0为X轴零点限位开关；LSN0为X轴左极限限位开关；LSP0为X轴右极限限位开关；DOG1为Y轴零点限位开关；LSN1为Y轴后极限限位开关；LSP1为Y轴前极限限位开关；X0为Z轴零点限位开关；X1为Z轴后极限限位开关；X2为Z轴前极限限位开关；X4为动力头主轴上限位开关；X5为动力头主轴下限位开关；A0+为手摇轮A+脉冲；A0-为手摇轮A-脉冲；B0+为手摇轮B+脉冲；B0-为手摇轮B-脉冲。

进一步地，主模块DVP20PM00M各输出端子连接如下：CLR0+接X轴伺服驱动器CN1-10作为清除信号；CLR0-接X轴伺服驱动器CN1-14为公共端；FP0+接X轴伺服驱动器CN1-43为脉冲信号+；FP0-接X轴伺服驱动器CN1-41为脉冲信号-；RP0+接X轴伺服驱动器CN1-39为方向信号+；RP0-接X轴伺服驱动器CN1-37为方向信号-；CLR1+接Y轴伺服驱动器CN1-10为清除信号；CLR1-接Y轴伺服驱动器CN1-14为公共端；FP1+接Y轴伺服驱动器CN1-43为脉冲信号+；FP1-接Y轴伺服驱动器CN1-41为脉冲信号-；RP1+接Y轴伺服驱动器CN1-39为方向信号+；RP1-接Y轴伺服驱动器CN1-37为方向信号-；Y2接Z轴伺服驱动器CN1-10为清除信号；C2接Z轴伺服驱动器CN1-14为公共端；FP2+接Z轴伺服驱动器CN1-43为脉冲信号+；FP2-接Z轴伺服驱动器CN1-41为脉冲信号-；RP2+接Z轴伺服驱动器CN1-39为方向信号+；RP2-接Z轴伺服驱动器CN1-37为方向信号-；C3接主轴变频器DCM；Y3接主轴变频器MI1。

进一步地，扩展模块采用台达DVP16HP11R，其输入端子连接如下：X0为手摇轮X轴选择开关；X1为手摇轮Y轴选择开关；X2为手摇轮Z轴选择开关；X3为手摇轮倍率x1选择开关；X4为手摇轮倍率x10选择开关；X5为手摇轮倍率x100选择开关；X7为急停按钮。

进一步地，扩展模块DVP16HP11R输出端子连接如下：C0为电源公共端；Y0为油泵控制端；Y1为主轴降控制端；Y2为主轴升控制端；Y5为冷却水控制端；Y6为润滑控制端；Y7为警报输出端。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

操作人员使用本系统进行钻削操作时无需进行编程，降低了操作系统的复杂程度。通过Excel表格将所需钻孔位置坐标存入到工业显示器内部，同时也可以再次操作工业显示器根据产品所需加工规格来修正对应坐标数据；孔位数据调入到可编程控制器中，可编程控制器根据加工点的坐标值来计算对应脉冲值并将脉冲命令发行至对应轴伺服驱动器，同时根据设定主轴转速计算出变频器运转频率后写入到变频器中，方便快捷。机械结构不再局限于立式、卧式等结构，本系统基本可适用于大多数钻床结构。操作准确、快捷、省时、方便，工作效率高，制作成本低。新型数控钻床的研发满足了市场的需求，本实用新型操作简单、实用、可加工工件尺寸不受限制、投资少、效率高；尤其是在异形产品的加工使用上更是方便。

附图说明

图1为数控钻床组成示意图；

图2为钻床执行系统示意图；

图3为可编程控制器接线端子图；

图4为逻辑图；

图5为逻辑图；

图中：1工业显示器、2可编程控制器、3 X轴交流伺服驱动器、4 Y轴交流伺服驱动器、5 Z轴交流伺服驱动器、6主轴变频器、7手摇轮、8限位传感器、9 X轴伺服电机、10 Y轴伺服电机、11 Z轴伺服电机、12主轴电机、13钻床轨道，14钻床，15工件，16工件支撑。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细的说明。

如图1所示，本实用新型具体涉及一种数控钻床系统，其中包含以下部分，钻床轨道13，钻床14，工件15，工件支撑16。首先将所需钻孔工件15安装到工件支撑16上并使用夹具固定；然后通过工业显示器可以设置、修改所需钻孔位置坐标；启动后，钻床主轴运行，钻床即根据设定孔位置X、Y轴坐标开始移动到目标位置，到达X、Y轴位置坐标后，Z轴方向下降开始钻孔到达设定Z轴位置，到达Z轴位置后再次反向升起，钻孔完毕，然后依次进行下一孔位钻孔；所有孔位钻孔完毕后，钻床返回系统机械零点，等待新工件安装。

如图2所示，钻床执行系统包括可编程控制器、工业显示器、手摇轮、限位传感器、X轴交流伺服驱动器、Y轴交流伺服驱动器、Z轴交流伺服驱动器、主轴变频器、X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机、主轴电机。工业显示器通过RS232通讯口与可编程控制器连接；X轴交流伺服驱动器、Y轴交流伺服驱动器、Z轴交流伺服驱动器、主轴变频器通过RS485通讯口与可编程控制器连接；可编程控制器输出接口输出驱动脉冲信号与X轴交流伺服驱动器、Y轴交流伺服驱动器、Z轴交流伺服驱动器连接；手摇轮输出脉冲信号与可编程控制器相连；限位传感器接入到可编程控制器DI输入点；X轴伺服电机与X轴交流伺服驱动器相连，Y轴伺服电机与Y轴交流伺服驱动器相连，Z轴伺服电机Z轴交流伺服驱动器相连，主轴电机与主轴变频器相连。

可编程控制器是系统的控制中心，根据系统所需控制要求选型，数控加工钻孔中路径为XYZ合成直线路径，采用台达DVP20PM00M的三轴直线插补可实现所需功能。本实例中，伺服系统参数设定如下：

工业显示器选用台达DOPB10S615系列触摸屏，通过预设Excel数据写入到触摸屏的配方设定区内，在触摸屏上可以修改各钻孔工位X、Y、Z轴的坐标值及主轴转速、定位速度等。X轴交流伺服驱动器、Y轴交流伺服驱动器、Z轴交流伺服驱动器选用台达ASD-A2系列伺服驱动器，与其配合使用的三个伺服电机为台达ECMA系列伺服电机。其中X轴交流伺服驱动器、Y轴交流伺服驱动器、Z轴交流伺服驱动器均通过RS485口与可编程控制器相连，在触摸屏上可以读取、设定、修改参数并保存在可编程控制器中，再由可编程控制器将对应数据通过RS485通讯口写入至相应伺服驱动器中。

限位传感器接入到可编程控制器DI输入点，做为X、Y、Z轴的限位保护点，避免在误操作中使设备处于危险状态。限位传感器包括X轴零点限位开关、X轴左极限限位开关、X轴右极限限位开关、Y轴零点限位开关、Y轴后极限限位开关、Y轴前极限限位开关、Z轴零点限位开关、Z轴后极限限位开关、Z轴前极限限位开关、动力头主轴上限位开关、动力头主轴下限位开关。

手摇轮输出脉冲与可编程控制器相连，通过手摇轮的轴选功能选择需要控制的轴号，并通过手摇轮输出来手动控制实现测试、点动、精确对刀等功能。手摇轮具有多个输出，包括手摇轮A+脉冲端口、手摇轮A-脉冲端口、手摇轮B+脉冲端口、手摇轮B-脉冲端口、手摇轮X轴选择开关、手摇轮Y轴选择开关、手摇轮Z轴选择开关、手摇轮x1倍率选择开关、手摇轮x10倍率选择开关、手摇轮x100倍率选择开关。

可编程控制器采用台达DVP20PM00M系列可编程控制器。采用模块化设计，无排风扇结构，易于实现各种要求的配置，使用高品质电子元件，硬件体积小，重量轻，易维护，适用性强，可靠性高。

可编程控制器包括主模块和扩展模块，主模块和扩展模块之间通过背板总线连接。图3所示主模块(DVP20PM00M)输入端子连接配置关系如下：DOG0为X轴零点限位开关；LSN0为X轴左极限限位开关；LSP0为X轴右极限限位开关；DOG1为Y轴零点限位开关；LSN1为Y轴后极限限位开关；LSP1为Y轴前极限限位开关；X0为Z轴零点限位开关；X1为Z轴后极限限位开关；X2为Z轴前极限限位开关；X4为动力头主轴上限位开关；X5为动力头主轴下限位开关；A0+为手摇轮A+脉冲；A0-为手摇轮A-脉冲；B0+为手摇轮B+脉冲；B0-为手摇轮B-脉冲。

主模块(DVP20PM00M)各输出端子连接配置关系如下：CLR0+接X轴伺服驱动器CN1-10作为清除信号；CLR0-接X轴伺服驱动器CN1-14为公共端；FP0+接X轴伺服驱动器CN1-43为脉冲信号+；FP0-接X轴伺服驱动器CN1-41为脉冲信号-；RP0+接X轴伺服驱动器CN1-39为方向信号+；RP0-接X轴伺服驱动器CN1-37为方向信号-；CLR1+接Y轴伺服驱动器CN1-10为清除信号；CLR1-接Y轴伺服驱动器CN1-14为公共端；FP1+接Y轴伺服驱动器CN1-43为脉冲信号+；FP1-接Y轴伺服驱动器CN1-41为脉冲信号-；RP1+接Y轴伺服驱动器CN1-39为方向信号+；RP1-接Y轴伺服驱动器CN1-37为方向信号-；Y2接Z轴伺服驱动器CN1-10为清除信号；C2接Z轴伺服驱动器CN1-14为公共端；FP2+接Z轴伺服驱动器CN1-43为脉冲信号+；FP2-接Z轴伺服驱动器CN1-41为脉冲信号-；RP2+接Z轴伺服驱动器CN1-39为方向信号+；RP2-接Z轴伺服驱动器CN1-37为方向信号-；C3接主轴变频器DCM；Y3接主轴变频器MI1。

图3所示扩展模块(DVP16HP11R)输入端子连接配置关系如下：X0为手摇轮X轴选择开关；X1为手摇轮Y轴选择开关；X2为手摇轮Z轴选择开关；X3为手摇轮倍率x1选择开关；X4为手摇轮倍率x10选择开关；X5为手摇轮倍率x100选择开关；X7为急停按钮。

扩展模块(DVP16HP11R)输出端子连接配置关系如下：C0为电源公共端；Y0为油泵控制端；Y1为主轴降控制端；Y2为主轴升控制端；Y5为冷却水控制端；Y6为润滑控制端；Y7为警报输出端。

工业显示器的主要菜单功能及操作内容如下：

1、首画面：开机画面(得电后首先显示的画面),触摸后，进入“自动画面”。

2、自动画面：在此界面下可以进行手动和自动模式的切换，然后在自动模式下选择工件加工所需配方编号，再点击自动启动，设备即按照设定位置进行钻孔操作，同时开始记录加工时间。在此画面上可以显示当前运行的X轴、Y轴、Z轴实时速度和主轴当前运行转速；同时显示X轴、Y轴、Z轴的机械坐标和工作坐标。

3、手动画面：在此界面下可以显示当前运行的X轴、Y轴、Z轴实时速度和主轴当前运行转速；同时显示X轴、Y轴、Z轴的机械坐标。手动模式下可以对X轴、Y轴、Z轴进行点动操作、原点回归操作，主轴的上升、下降操作。

4、参数设置画面：在此界面下可以分别设置手动模式和自动模式下的X轴、Y轴、Z轴的运行速度、手动模式下主轴运行速度、液压站制冷时间等参数。

5、配方编辑画面：在此界面下可以分别设置所需钻孔对应的X轴、Y轴、Z轴的工作坐标，主轴速度和加工命令、是否更换钻头等数据；使用时可以选择配方号，再将此配方对应数据下载至可编程控制器中。

如图4、5所示，自动模式下，X轴、Y轴、Z轴均位于设备机械零点时输出X轴、Y轴、Z轴的Ready信号，此时各轴处于停止状态，等待启动命令；可编程控制器收到M49启动信号后，主轴运行，开始执行第1孔位的位置命令，X轴、Y轴、Z轴的位置到达后执行钻孔指令；钻孔完毕后检测下一孔位是否执行，如需执行判断是否更换钻头，根据情况分别执行M48不换钻头或M51换钻头后再依次进行定位钻孔；所有孔位钻孔工作完毕后，X轴、Y轴、Z轴执行原点回归功能，各轴回到设备机械零点，当前钻孔工作完毕，设备停止运行。

本实用新型数控钻床系统的功能如下：

(1)由触摸屏操作显示，通过可编程控制器实现控制。系统设置了两种工作方式：手动、自动模式。

(2)使用Excel导入配方功能，避免由于孔位过多导致现场输入出错，方便、准确、快捷。

(3)在手动模式时，通过触摸屏可以分别控制X轴、Y轴、Z轴的点动、原点回归，主轴的运转。

(4)在自动模式时，可编程控制器将根据预设参数进行全自动定位、更换钻头、自动钻孔工作。

(5)手动模式中X轴、Y轴、Z轴、主轴各轴出现故障时，各轴分别切换到停止状态。

(6)自动模式中出现故障时，系统会自动切换到停止模式；如果在加工过程中遇到紧急状况时，可以有人工手动按下“急停”按钮，此时系统会切换到停止模式，需在手动接触急停后才可重新投入使用。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的解释，并不用于限制本实用新型，尽管对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种数控钻床执行系统,包括可编程控制器、工业显示器、手摇轮、限位传感器、X轴交流伺服驱动器、Y轴交流伺服驱动器、Z轴交流伺服驱动器、主轴变频器、X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机、主轴电机；其特征在于，工业显示器与可编程控制器连接；手摇轮与可编程控制器相连，用于输出脉冲信号至可编程控制器；限位传感器连接到可编程控制器；X轴交流伺服驱动器、Y轴交流伺服驱动器、Z轴交流伺服驱动器、主轴变频器与可编程控制器连接；可编程控制器输出接口输出驱动脉冲信号至X轴交流伺服驱动器、Y轴交流伺服驱动器、Z轴交流伺服驱动器；X轴伺服电机与X轴交流伺服驱动器相连，Y轴伺服电机与Y轴交流伺服驱动器相连，Z轴伺服电机Z轴交流伺服驱动器相连，主轴电机与主轴变频器相连。

2.根据权利要求1所述的数控钻床执行系统，其特征在于：工业显示器通过RS232通讯口与可编程控制器连接；X轴交流伺服驱动器、Y轴交流伺服驱动器、Z轴交流伺服驱动器、主轴变频器通过RS485通讯口与可编程控制器连接。

3.根据权利要求1所述的数控钻床执行系统，其特征在于：限位传感器接入到可编程控制器的DI输入端子。

4.根据权利要求3所述的数控钻床执行系统，其特征在于：限位传感器包括X轴零点限位开关、X轴左极限限位开关、X轴右极限限位开关、Y轴零点限位开关、Y轴后极限限位开关、Y轴前极限限位开关、Z轴零点限位开关、Z轴后极限限位开关、Z轴前极限限位开关、动力头主轴上限位开关、动力头主轴下限位开关。

5.根据权利要求1所述的数控钻床执行系统，其特征在于：手摇轮具有多个输出，包括手摇轮A+脉冲端口、手摇轮A-脉冲端口、手摇轮B+脉冲端口、手摇轮B-脉冲端口、手摇轮X轴选择开关、手摇轮Y轴选择开关、手摇轮Z轴选择开关、手摇轮x1倍率选择开关、手摇轮x10倍率选择开关、手摇轮x100倍率选择开关。

6.根据权利要求1所述的数控钻床执行系统，其特征在于：可编程控制器包括主模块和扩展模块，主模块和扩展模块之间通过背板总线连接。

7.根据权利要求6所述的数控钻床执行系统，其特征在于：主模块采用台达DVP20PM00M，其输入端子连接如下：DOG0为X轴零点限位开关；LSN0为X轴左极限限位开关；LSP0为X轴右极限限位开关；DOG1为Y轴零点限位开关；LSN1为Y轴后极限限位开关；LSP1为Y轴前极限限位开关；X0为Z轴零点限位开关；X1为Z轴后极限限位开关；X2为Z轴前极限限位开关；X4为动力头主轴上限位开关；X5为动力头主轴下限位开关；A0+为手摇轮A+脉冲；A0-为手摇轮A-脉冲；B0+为手摇轮B+脉冲；B0-为手摇轮B-脉冲。

8.根据权利要求7所述的数控钻床执行系统，其特征在于：主模块DVP20PM00M各输出端子连接如下：CLR0+接X轴伺服驱动器CN1-10作为清除信号；CLR0-接X轴伺服驱动器CN1-14为公共端；FP0+接X轴伺服驱动器CN1-43为脉冲信号+；FP0-接X轴伺服驱动器CN1-41为脉冲信号-；RP0+接X轴伺服驱动器CN1-39为方向信号+；RP0-接X轴伺服驱动器CN1-37为方向信号-；CLR1+接Y轴伺服驱动器CN1-10为清除信号；CLR1-接Y轴伺服驱动器CN1-14为公共端；FP1+接Y轴伺服驱动器CN1-43为脉冲信号+；FP1-接Y轴伺服驱动器CN1-41为脉冲信号-；RP1+接Y轴伺服驱动器CN1-39为方向信号+；RP1-接Y轴伺服驱动器CN1-37为方向信号-；Y2接Z轴伺服驱动器CN1-10为清除信号；C2接Z轴伺服驱动器CN1-14为公共端；FP2+接Z轴伺服驱动器CN1-43为脉冲信号+；FP2-接Z轴伺服驱动器CN1-41为脉冲信号-；RP2+接Z轴伺服驱动器CN1-39为方向信号+；RP2-接Z轴伺服驱动器CN1-37为方向信号-；C3接主轴变频器DCM；Y3接主轴变频器MI1。

9.根据权利要求6所述的数控钻床执行系统，其特征在于：扩展模块采用台达DVP16HP11R，其输入端子连接如下：X0为手摇轮X轴选择开关；X1为手摇轮Y轴选择开关；X2为手摇轮Z轴选择开关；X3为手摇轮倍率x1选择开关；X4为手摇轮倍率x10选择开关；X5为手摇轮倍率x100选择开关；X7为急停按钮。

10.根据权利要求9所述的数控钻床执行系统，其特征在于：扩展模块DVP16HP11R输出端子连接如下：C0为电源公共端；Y0为油泵控制端；Y1为主轴降控制端；Y2为主轴升控制端；Y5为冷却水控制端；Y6为润滑控制端；Y7为警报输出端。