鉆床多面集成鉆孔控制系統適應性改造設計

劉捷，蔣士博，方婷

(四川工程職業技術學院，四川德陽 618000)

鉆床多面集成鉆孔控制系統適應性改造設計

劉捷，蔣士博，方婷

(四川工程職業技術學院，四川德陽 618000)

根據生產的實際需要，通過對加工零件的分析，設計了三面集成鉆孔的鉆床液壓控制系統和電氣控制系統，重點是用PLC技術實現了對液壓系統的控制，以及根據鉆削過程的流程圖設計了相應的PLC手動和自動控制程序，達到了改造設計要求，提高了鉆床自動控制水平，使生產效率和產品質量得到了較大的提高。

鉆床;多面集成鉆孔;電氣控制系統;PLC改造

在機械加工行業中，特別是在大批量生產中，為了適應批量生產的特點、提高生產效率，常常需要將某通用機床改造成自動化專用機床。

某機加廠需要將加工中的鉆削工序集成加工，即在一個加工工位將幾個面上的孔一次加工到位，并要求工件的定位、夾緊、加工既可手動完成，也可自動完成。

1 液壓控制系統設計說明

該機加廠需加工的工件，三面有孔，常規加工方法需要幾次裝夾、幾次加工。為提高生產效率，此次改造，必須實現工件一次裝夾、三面同時鉆削加工［1］。除保留原有立式動力頭外，其余兩面孔的加工，用兩個動力頭分別實現。工件的定位由人工實現，工件的夾緊和放松由液壓系統實現;加工過程中，動力滑臺的快進、工進、快退、停止等由各行程開關控制液壓系統自動實現，也可由人工手動實現。

為保證鉆削的順利進行，避免打刀事故，在動力滑臺運行時，動力頭主軸同時帶動鉆頭旋轉。

液壓系統油泵電機啟動時不依靠PLC而單獨啟動運行。當鉆床在上、下工件或定位時，液壓系統處于卸荷狀態。當需要夾緊工件或動力滑臺運行時，按動相應的按鈕或開關。

加工時，將工件放在鉆床工作臺上，由加工工人將工件推靠在靠模板上，實現初定位;再通過鉆模板和兩彈性頂尖實現最終定位。定位完成后，按下夾緊按鈕，夾緊液壓缸動作，將工件夾緊。有手動和自動模式實現工件的加工，即由人工或壓力繼電器通過液壓系統驅動液壓缸實現上、左、右動力滑臺的快進、快退。上、左、右動力滑臺既可單獨運行，也可同時運行 (限于篇幅，液壓系統沒畫出)。

2 電氣控制系統設計說明

此次改造設計電氣控制系統［1－2］共有4臺電機M1、M2、M3、M4，M1是液壓系統油泵電機，采用傳統繼電器控制方式單獨啟動運行;M2是左動力頭主軸電機，M3是右動力頭主軸電機，M4是立動力頭主軸電機。電機M2、M3、M4由主軸啟動按鈕SB4啟動，PLC程序控制運行。

當處于自動控制模式，M2、M3、M4與各自的液壓缸聯動，即當左動力滑臺油缸運行時，左動力頭主軸電機M2得電同時運行。動力滑臺快進、工進、快退的轉換，由各自的行程開關控制。根據需要，將行程開關安裝在合適的位置。當處于手動模式時，動力滑臺可實現快進快退。

因工件左側的孔較大較深，為保證孔的加工表面質量和尺寸精度，需采用兩次進給，即當孔到一定深度時，應將鉆頭退出排屑，同時冷卻潤滑，再快進、工進，加工成形 (限于篇幅，電氣控制系統沒畫出)。

3 集成鉆削加工流程說明

按下液壓系統啟動按鈕SB1，液壓系統啟動運行，此時液壓系統處于卸荷狀態［3－4］。

人工將工件放在工作臺上，將工件推靠在靠模板上，實現初定位;再通過鉆模板和兩彈性頂尖實現最終定位。

選擇加工模式。如需手動鉆孔，選用手動模式，將轉換開關扳到手動擋，使SA3接通。按下夾緊按鈕SB2，夾緊油缸動作，工件夾緊。按下主軸啟動按鈕SB4，使主軸啟動。再按下相應的快進快退按鈕，實現手動鉆削。

如需自動鉆孔，選用自動模式，將轉換開關扳到自動擋，使SA4接通。按下夾緊按鈕SB2，夾緊油缸動作，工件夾緊。工件夾緊后，由壓力繼電器SP1控制相應的換向閥使左、右、上滑臺液壓缸同時接通壓力油，實現左、右、上滑臺的快速進給。壓力繼電器SP1也控制左、右、上動力頭主軸電機M2、M3、M4啟動，實現滑臺運行時，動力頭電機運行。

快進結束時，壓下快進工進轉換開關 SQ8、SQ10、SQ11，各滑臺進入工作進給階段。因工件左側孔需采用兩次進給，當左滑臺一次工作進給結束時，壓下工進快退轉換開關SQ9，進入快退階段。快退結束時，壓下SQ12，進入快進階段;快進結束時，壓下SQ13，進入二次工作進給階段;進給結束時，壓下工進快退轉換開關SQ9，進入快退階段;快退結束時，壓下左滑臺原位行程開關，左滑臺停在原位，準備進入下一個循環。

當右、上滑臺工作進給結束時，壓下工進轉快退行程開關SQ6、SQ4，滑臺進入快退階段;快退結束時，壓下原位行程開關SQ5、SQ3，右、上滑臺停在原位，準備進入下一個循環。

4 PLC自動控制系統程序設計

4.1 鉆床PLC接線圖設計［5－7］

根據電氣系統和液壓系統的控制需要，在總控制面板上設計有總電源按鈕一個，電源指示燈一個，總停止按鈕一個，手動/自動模式選擇開關一個，左、右、上動力頭電機選擇手動開關一個，夾緊按鈕各一個，放松按鈕一個，自動啟動按鈕一個，自動停止按鈕一個，主軸啟動按鈕一個，滑臺手動前進按鈕一個，滑臺手動后退按鈕一個。

根據鉆床的實現改造需要，PLC選用三菱公司的FX2N-48MR，其輸入輸出接線圖如圖1所示。

圖2 鉆床自動控制各動作循環流程圖

圖1 鉆床三面集成鉆孔PLC I/O接線圖

4.2 鉆床各動作循環流程圖

根據鉆床的實際工作需要，各動作循環流程見圖2。

4.3 狀態轉移圖設計

鉆床的操作有手動和自動兩種模式，限于篇幅，手動模式的狀態轉移圖較簡單，從略，只寫出自動模式狀態轉移圖，如圖3所示，梯形圖從略。

圖3 鉆床自動控制模式狀態轉移圖

4.4 梯形圖設計

初始化電路的梯形圖如圖4。

圖4 鉆床初始化電路梯形圖圖

5 結束語

該鉆床所加工的工件是鑄鋼件，產生的熱量大，對工件的加工精度有較大的影響，因此設計有冷卻潤滑系統。這就造成各行程開關工作環境較惡劣，易損壞，需重點維護和保養。

通過此次改造設計，使原來需3個工位、多次裝夾才能完成的零件加工，只需一人一機就可快速完成，在提高生產效率的同時，也使產品質量得到了很大的提高。

經初步估算，改造后，生產效率提高了近5倍，操作工人只有原來的1/3，占用機床只有原來的1/3。更主要的是，因是一次裝夾一次加工，產品綜合質量特別是位置精度得到了大幅的提高。

此次改造，工件是三面鉆削，工件的裝、卸、定位都是人工完成的。在此基礎上也可擴展成四面、五面等多面加工。根據生產的需要和企業的實際情況，也可設計成全自動實現，相應的機械液壓控制部分也要作適應的改造。

【1】馮錦春.液壓與氣壓傳動技術［M］.北京:人民郵電出版社，2009.

【2】楊林建.電氣控制與PLC［M］.北京:電子工業出版社，2011.

【3】田艷芳.PLC在鉆孔組合機床控制中的應用［J］.機床與液壓，2003(4):180－181.

【4】王炳實，王蘭軍.機床電氣控制［M］.4版.北京:機械工業出版社，2005.

【5】袁任光.可編程控制器選用手冊［M］.北京:機械工業出版社，2002.

【6】李輝，戴怡.基于PLC的經濟型龍門式數控鉆床控制系統設計［J］.機床與液壓，2011，39(12):67－69.

【7】王守城，段俊勇.液壓系統PLC控制實例精解［M］.北京:中國電力出版社，2011.

TP29

B

1001－3881(2014)8－148－3

10.3969/j.issn.1001－3881.2014.08.047

2013－02－26

四川省德陽市2012年第二十一批“金橋工程”資助項目

劉捷 (1971—)，女，碩士，副教授，主要從事電氣自動控制的教學和科研工作。E－mail:jsbjch@163.com。