一种基于plc控制的工件钳工划线三维数控设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械设备技术领域，特别是涉及一种基于PLC控制的工件钳工划线三维数控设备，适用于在毛坯工件上进行定点划线，代替传统钳工划线。
【背景技术】
[0002]在零件加工生产过程中，需要对工件进行钳工划线，来确定其加工位置及加工轮廓等。传统的人工钳工划线采用游标卡尺、圆规、钳工划线盘、钢直尺等工具进行划线。此工序复杂且不能保证较高的精度，同时当零件尺寸较大、外形复杂，需对多个面进行划线时，划线精度低、效率不高、劳动强度较大。同时随着生产制造业的发展，所需零部件的增加，人工划线效率已不能满足生产的需求，因此对划线效率提出了更高的要求。现如今我国数控技术已得到了长足的发展，CNC(computer numeric control)型控制系统变得日益普及，设计数控型三坐标划线机取代人工划线将有助于提高生产效率，提高产品质量，代替传统的手工划线与测量作业，只需一次或两次装卡便可完成对工件的划线。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于PLC控制的工件钳工划线三维数控设备。它是将数控技术引入到传统制造业中的划线步骤中，结构简单紧凑、易操作、成本较低、精度较高的数控设备，其功能无需输入工件CAD图纸及数控代码，只需输入待划线点坐标位置，三坐标划线机可自动完成定点、划线等工序操作。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0005]本发明一种基于PLC控制的工件钳工划线三维数控设备，包括机体、回转工作台、Z轴传动进给装置、划线装置、X轴传动装置、Y轴传动装置及PLC控制器，所述机体包括机体底座、导轨底座、横梁及横梁支柱，导轨底座置于机体底座两侧，X轴传动装置沿机体一侧导轨底座设置，横梁支柱通过X轴导轨置于机体底座两侧的导轨底座上，横梁置于横梁支柱上，横梁支柱带动横梁沿机体底座上的X轴导轨滑动，Y轴传动装置设置于横梁支柱上两横梁之间，Z轴传动进给装置安装于横梁上，与Y轴传动装置连接，划线装置安装于Z轴传动进给装置端，回转工作台置于机体底座上，所述PLC控制器分别连接X轴传动装置、Y轴传动装置、Z轴传动进给装置、回转工作台、划线装置，工作时，回转工作台上设置待划线零件，PLC控制器控制划线装置对应回转工作台上的零件划线。
[0006]进一步地，所述Z轴传动进给装置包括Z轴步进电机、Z轴导轨、Z轴丝杠、丝杠螺母、工作台、Z轴底座、Z轴导轨滑块、轴承及轴承支架，所述Z轴导轨两侧设置轴承支架，Z轴丝杠平行于Z轴导轨，通过滚动轴承安装于轴承支架上，与Z轴丝杠配合传动的丝杠螺母固定在工作台上，工作台两侧通过Z轴导轨滑块与Z轴导轨连接，Z轴丝杠一端连接在Z轴步进电机的输出轴上，通过Z轴丝杠带动工作台沿Z轴导轨滑动。
[0007]进一步地，所述划线装置包括划线头夹具、划线头、电机和旋转轴，划线头安装在划线头夹具一端，划线夹具另一端通过电机连接在Z轴传动进给装置的工作台的旋转轴上，电机的开关信号与PLC相连接，通过触摸屏控制实现划线头的开关。
[0008]进一步地，所述X轴传动装置包括X轴步进电机、X轴丝杠、丝杠螺母、X轴导轨及X轴导轨滑块，所述X轴步进电机输出轴端连接X轴丝杠，与X轴丝杠配合的丝杠螺母连接在X轴导轨滑块上，X轴导轨安装在机体两侧的导轨底座上。
[0009]进一步地，所述Y轴传动装置包括Y轴步进电机、Y轴丝杠、丝杠螺母、Y轴导轨及Y轴导轨滑块，所述Y轴步进电机输出轴端连接Y轴丝杠，与Y轴丝杠配合的丝杠螺母连接在Y轴导轨滑块上，Y轴导轨安装在两横梁上。
[0010]进一步地，所述X、Y、Z三轴的顶端和末尾处，其中限位开关分别位于X、Y、Z三轴的顶端和末尾处，编码器位于步进电机尾端，与步进电机同轴相连。指示灯、限位开关、编码器作为信号指示和反馈通路分别连接到PLC的输出端口和输入端口。
[0011]进一步地，还包括作为上位机的触摸屏，所述的触摸屏通过串行通信电缆与可编程控制器PLC相连，触摸屏的控制信号连接到PLC的输入端口，PLC输出三组脉冲信号分别连接到X轴步进电机、Υ轴步进电机和Ζ轴步进电机的驱动器。
[0012]进一步地，所述PLC控制器的控制流程，包括如下步骤:
[0013]第一步:接通电源，通电复位对刀，三坐标轴移动到机床坐标原点，，系统初始化；检测划线头是否移动到位，直到划线头到位后，开始等待；
[0014]第二步:判断采用自动控制或手动控制；如采用自动控制，则进行第三步；如采用手动控制，则直接手动控制划线头在零件上划线，然后进入到判断是否完成划线的步骤；
[0015]第三步:驱动X轴、Υ轴传动装置快进到设定坐标点；
[0016]第四步:检测X轴、Υ轴传动装置是否到位？如X轴、Υ轴传动装置不到位，坐标有误差，则进行人工点动位置调整，如到位，则启动划线头；
[0017]第五步:控制Ζ轴进给传动装置向下运动，检测Ζ轴进给传动装置是否到位?如Ζ轴进给传动装置不到位，未达到待划线工件表面，进行点动进给划线；如第一点位划线完成，贝1JZ轴划线头抬起复位;然后直接进入到判断是否完成划线的步骤；
[0018]第五步:判断是否完成划线？如已完成，无其它坐标，则结束;如未完成，在同一平面还有其它待划线点位，则重复第三步到第五步重新划线；
[0019]第六步:判断是否对侧面进行划线？如需要，则驱动回转工作台旋转，人工旋转划线头90度自锁；
[0020]第七步:驱动Υ轴、Ζ轴传动装置快进到设定坐标点，划线头启动；
[0021 ]第八步:驱动X轴传动装置运动，实现X轴进给，划线完成后，Χ轴复位，划线结束。
[0022]本发明具有以下有益效果及优点:
[0023]1.本发明的三坐标划线机划线精度较高，达到0.01mm。
[0024]2.本发明经济、实用，采用成熟技术，可用于工业加工现场等恶劣环境。
[0025]3.本发明应用可编程控制器PLC实现数控设备的控制，体积小、抗干扰能力强、功能扩展方便。
[0026]4.本发明可对划线头坐标位置进行反馈，直观反映出坐标位置与划线头位置间的误差，可对其进行点动微调。
【附图说明】
[0027]图1是本发明的结构示意图。
[0028]图2是图1的俯视图。
[0029 ]图3是图1中进给机构结构图。
[0030]图4是图1中划线头结构图。
[0031]图5是本发明的控制系统结构框图。
[0032]图6是本发明的电气控制电路图。
[0033]图7是本发明的控制系统程序流程图。
[0034]图中:1-机体底座，2-导轨底座，3-X轴丝杠，4-X轴步进电机，5_Y轴步进电机，6_Ζ轴步进电机，7-Ζ轴丝杠，8-Υ轴丝杠，9-横梁，10-Χ轴导轨，11-横梁支柱，12-划线头夹具，13-划线头，14-回转工作台；15-Ζ轴导轨，16-工作台，17-直线导轨，18-丝杠螺母，19-轴承支架，20-滑块，21-Ζ轴底座，22-滚动轴承，23-电机，24-旋转轴。
[0035]SB1-总启动开关，SB2-M1正转启动按钮，SB3-M1反转启动按钮，SB4-M2正转启动按钮，SB5-M2反转启动按钮，SB6-M3正转启动按钮，SB7-M3反转启动按钮，SB8-划线头启动按钮，SB9-总停止开关，SQ1-回转工作台旋转按钮，SQ2-X轴限位开关，SQ3-Y轴限位开关，SQ4-Ζ轴限位开关，FR-热继电器，SQ-点动开关，ΚΜ1-Μ1正转接触器，ΚΜ2-Μ2正转接触器，ΚΜ3-Μ3正转接触器，ΚΜ4-Μ1反转接触器，ΚΜ5-Μ2反转接触器，ΚΜ6-Μ3反转接触器，ΚΜ7-划线头转动接触器，ΚΜ8-工作台旋转接触器，HL-指示灯。
【具体实施方式】
[0036]下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步阐述。
[0037]实施例:如图1、图2所示，本发明基于PLC控制的工件钳工划线三维数控设备，包括机体、回转工作14、Ζ轴传动进给装置、划线装置、X轴传动装置、Υ轴传动装置及PLC控制器，所述机体包括机体底座1、导轨底座2、横梁9及横梁支柱11，导轨底座2置于机体底座1两侧，X轴传动装置沿机体一侧导轨底座2设置，横梁支柱11通过X轴导轨置于机体底座1两侧的导轨底座2上，横梁9置于横梁支柱11上，横梁支柱11带动横梁9沿机体底座1上的X轴导轨滑动，Υ轴传动装置设置于横梁支柱11上两横梁9之间，Ζ轴传动进给装置安装于横梁9上，与Υ轴传动装置连接，划线装置安装于Ζ轴传动进给装置端，回转工作台14置于机体底座1上，所述PLC控制器分别连接X轴传动装置、Υ轴传动装置、Ζ轴传动进给装置、回转工作台14，工作时，回转工作台14上设置待划线零件，PLC控制器控制划线装置对应回转工作台14上的零件划线。
[0038]如图3所示为Ζ轴进给机构，所述Ζ轴传动进给装置包括Ζ轴步进电机6、Ζ轴导轨15、Ζ轴丝杠7、丝杠螺母18、工作台16、Ζ轴底座21、Ζ轴导轨滑块20