一種基于PLC的雙鉆頭自動鉆孔機應用開發

摘 要:本文介紹了一種針對特定鉆孔需求的自動鉆孔機床，分析該系統的組成及鉆孔設計的關鍵，該系統利用PLC和伺服電機完成快速的定位和穩定的鉆削，并配以人機界面更方便現場操作。

關鍵詞:伺服電機PLC自動鉆孔雙鉆頭

中圖分類號:TM383文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(c)-0050-02

The Design of dual drill automatic drilling machine based on PLC

Liu wen-feng Liu jing-qiang

(Shenzhen institute of special equipment inspection and test.Shenzhen 518029)

Abstract:This paper presents a particular hole automatic drilling machine， and analysis the composition and the key to the hole drilling design，the system uses PLC and servo motor to complete the positioning and make drilling stability， and HMI to make operating more convenient.

Keywords:Servo motorPLCAutomatic drillingDual drill

1 前言

在機械加工中有常用于單件或批量生產帶有多孔的大型零件加工設備，本文介紹的鉆孔機應用對象為一組直徑不同的圓筒工件，需要在四周按一定規則均勻鉆孔。該工廠傳統采用人工手動操作搖臂鉆床由內向外打孔，由于加工空數較多，通常先采用手工劃線、打樣點、按點鉆孔的方法，定位精度不高，效率很低。市場上也有針對該行業的國外專用加工設備，但成本較高。本文介紹一種用PLC開發的自動鉆孔設備，能完成多種不同工件直徑和鉆孔排列的加工工作。

2 系統組成及工作原理

目前常用的鉆孔加工形式有用于立式鉆床上加工單孔或搖壁鉆床上加工位于同一方向上平行孔系的固定或平移式鉆孔和用于加工工件上圍繞某一軸線上軸向或徑向孔系的回轉式鉆孔等，本系統中需加工孔系為圓筒工件上分布的平行孔系，采用工件回轉加鉆頭平移方式。圖1為鉆孔機系統組成示意圖，該系統主要由機座1、傳動機構2、抱閘裝置3、鉆削機構4、冷卻及液壓系統和電控單元等組成。

鉆削機構采用立式結構，兩側鉆頭成90°角。主軸的回轉機構電機選用伺服電機，以保證旋轉的定位精度。為防止鉆削工序中工件的意外移動，采用了液壓抱閘夾緊裝置。鉆削機構進行整體平移來完成工件軸向孔系的加工，這一行程小于300mm，每次移動距離即相鄰孔距很小，且設計上可采用方向交替的移動方式來加工相鄰孔系，不需考慮累計誤差的影響，因此選用步進電機即可滿足要求，兩側鉆削機構各由一臺步進電機驅動。

鉆削動力頭的旋轉用異步電機帶動，動力頭的垂直工進采用液壓推進。由于不同外徑的工件鉆孔深度不同，鉆孔過程大量發熱而需要冷卻等因素，鉆孔動作不可能一次完成，需要設計成分段動作的鉆削機構。

如圖2為鉆削機構示意圖。該鉆削機構主要由液壓泵、換向閥、變速閥、隨動氣缸、鉆頭和限位開關等組成。三個限位開關是動力頭速度切換和方向切換的信號開關，當一個鉆孔動作開始，動力鉆頭8上升直至碰到上限位開關5，通過換向閥3使動力頭快速下降，下降速度可通過變速閥4調節，鉆頭從上限位至鉆頭接觸工件表面為空行程，此段速度應比鉆孔時的工進速度快，以減少空行程時間。下降過程碰到變速限位開關6使其動作，此時通過變速閥使鉆頭速度變為工進慢速度。變速限位開關為可隨動力頭移動的開關，其初始位置可調，且每更換不同外徑工件均需要重新調節，其初始動作位置應為鉆頭接觸工件表面時的位置。變速限位開關在鉆頭鉆孔過程中隨鉆頭工進而下降，鉆頭每次鉆孔時間為可設定變量，鉆孔時間到即為一次動作結束，鉆頭快速上升，這時變速限位開關停留在當前位置，而不隨鉆頭上升，當動力頭上升至上限位開關，立刻或在預定停留時間后快速下降，碰觸變速開關時即為上次鉆孔停留點，此時轉為工進慢速度，繼續未完鉆孔工作。這一循環重復，直至動力頭碰觸下限位開關7，即為一個孔的鉆孔工作全部完成，動力頭快速上升，同時使復位氣缸9動作，復位氣缸的作用為復位變速開關至其初始位置，以等待下一個鉆孔動作開始，復位完成后氣缸回收。兩側動力頭都完成當前一個鉆孔，移動步進平臺至下一工作位置，如此直至同一排孔加工完成，則打開抱閘，伺服電機使工件定位至下一排孔初始位置，重復以上動作直至鉆孔完成。

3 鉆孔機的控制系統

待加工工件外徑為Φ380mm～Φ680mm，對每種不同外徑和不同孔徑及排列的工件，需要計算出每周的孔排數及每排孔數等參數，以及對應的伺服電機和步進電機所需脈沖數等。對于外徑較大的工件，由于加工排數很大，考慮到累計誤差的因素，可根據調試時數據作相應脈沖補償。圖3為控制系統原理圖。

系統的控制采用可編程控制器(PLC)完成，系統參數的設置和顯示用觸摸屏實現，電控箱則包括了電源開關和指示燈等控制顯示信號。在控制器的存儲器中，預先將不同外徑和不同孔徑的工件參數計算并儲存好，加工開始前只需要選擇工件的外徑及鉆孔的孔徑參數，系統便可自動找出各項工作參數。鉆孔程序的步進選擇以液壓抱閘發訊作為判定選擇條件，使程序簡化，同時用步進程序也使各流程簡潔。通過雙鉆模式的調試及運行，也為下一步配備更多鉆頭的鉆孔機設計提供了經驗和參考。

4 結語

綜前所述，采用伺服定位的自動鉆孔機免去了人工劃線定位等工序，并能連續加工，大大提高了加工效率，同時也提高了加工的精度，降低了人力成本和工人勞動強度。如此模式的改造必將大大提高機械加工領域的生產效率，實現生產加工向自動化邁進。

參考文獻

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