1 改造方案及系統控制要求

鉆床多為鉆孑L使用，雙頭鉆床即鉆床上有兩個電機各自控制一個鉆頭，并同時工作，更換不同型號的鉆頭即可在材料上鉆出大小不同的盲孔或通孔，這種機床的主運動是鉆頭的旋轉，鉆頭的軸向移動為進給運動，被加工工件不移動，依靠卡盤卡住。本次改造還設有液壓滑臺，上面裝有主軸箱，正反向運動平穩，沖擊力小，可根據不同的需要安裝刀頭。系統主軸在原來的基礎上增加了變頻器進行無級調速，可根據不同材料，不同孔徑設置進給速度。

具體要求：

(1)設備有手動和自動兩種工作方式；

(2)系統設有退刀排屑功能；

(3)手動狀態時相應電機都可以實現單獨起動；

(4)自動狀態實現一鍵起動直至流程結束，即實現全自動控制；

(5)系統設有急停及暫停功能；(6)系統設有手動回原點功能。

2 系統硬件設計

本系統主電路與改造前的原機床相同，由液壓電動機、潤滑泵電動機、左主軸電動機、右主軸電動機等組成。其中，液壓滑臺動力來自液壓電動機，左、右主軸分別由左右主軸電動機控制，潤滑泵電動機可以使加工過程中減少刀具磨損。根據控制要求，結合系統生產成本，選用臺達DVP60EC00R3可編程控制器為主要控制器，該控制器運算速度快，價格適中，程序容量為4K，輸入輸出點數為60，可以達到控制要求。變頻器采用信捷VB3—41P5，小巧緊湊，簡易而高性能。為防止加工過程中產生的鐵屑進入機械行程開關造成事故，系統的液壓滑臺兩端裝有接近式行程開關，用于檢測滑臺到位和防止滑臺沖出導軌。根據硬件選型確定的PLCI／O分配表如表1所示。

3 系統軟件設計

本控制系統程序設計采用模塊式，主要分為主程序模塊、系統初始化模塊、系統切換模塊、過載模塊、液壓起動模塊、暫停模塊和退刀排屑模塊。各模塊相對獨立又有機結合，方便調試和變更，可根據控制要求進行程序的運行。

(1)主程序模塊

主程序中將整個系統分級，液壓站為第一級，這里是作為一個總開關，只有開起了液壓站才能開起手動、自動功能；手動功能作為第二級，開啟之后才能進行左或右系統的手動操作。自動功能和手動功能并列第二級，也就是說手動關掉不影響自動功能。當手動伯動切換開關XI=ON時，執行自動運行，X1=OFF時，執行手動運行。流程圖如圖1所示。圖1的流程中，X1=OFF時，開啟手動功能，X12和X13同接在三位旋鈕上，由于旋鈕機械特I生一檔只能有一個開關動作，而打在中間則開關全部斷開。X12為開啟左系統開關，按下走刀起動按鈕X5則開啟左進刀，如果碰到左終點則停止，按下退刀啟動X6則開啟左退刀，碰到左原點停止。進刀和退刀均為手動點動。按下主軸啟動X10則啟動左主軸，這里使用了一個起保停程序。能方便啟停主軸。程序如圖2所示。

右主軸和主軸類似，X13為開啟右系統，按下走刀起動x5則開啟右進刀，如果碰到右終點則停止；按下退刀起動X6則開啟右退刀，碰到右原點停止。進刀和退刀均為手動點動。按下主軸啟動X10則啟動右主軸，這里同樣使用了一個起保停程序，方便主軸的起停。當手動／自動切換開關Xl=ON時，開啟自動模式。使用輔助繼電器的上升沿置位初始狀態。

(2)過載模塊

本系統硬件上使用了兩種過載方式，一種是傳統的熱繼電器作為電動機的過載保護，另一種是變頻器自帶的過載報警輸出端子。主軸過載是通過變頻器過載報警端子來實現過載保護。系統采用置位Y6、Y7、Y12作為潤滑泵、主軸、液壓泵、過載指示燈，一是可以直觀地查找過載對象，二是過載無法自動消除時，不會對系統造成二次損壞。

另外，X22、X23、X24都是接到潤滑泵熱繼電器的保護常開觸點，觸點動作后啟動潤滑泵過載繼電器，使潤滑泵過載指示燈點亮。同時接通過載輔助繼電器，在后面程序里加載過載輔助繼電器來實現程序上的過載保護。X25是過載復位按鈕，當故障查找排除后，按下X25過載復位能把Y6、Y7、Y12等過載指示燈復位，同時解除過載狀態。程序如圖3所示。

(3)液壓站起動模塊

液壓起動模塊使用置位Y0和復位Y0來實現液壓站電機的起停。其中液壓過載指示燈Y12動作或急停按鈕X0被按下則不能起動液壓站。液壓站停止按鈕x3被按下或液壓過載指示燈Y12動作，都立刻復位液壓站電機。由于本系統工作臺主要的動力來自于液壓系統，所以所有的操作必須基于液壓站的起動后才能進行。

(4)潤滑泵起動模塊

在切削過程中，由于刀具切屑產生的熱量散不了會導致刀具的退火損壞，而刀具的摩擦工件也會導致刀具的損壞，所以冷卻和潤滑一直是機械加工中必須要解決的問題，盡量減小刀具的磨損。本系統中的潤滑泵可在機械加工過程中提供潤滑切屑液來減少刀具的磨損。設計主軸轉起來后潤滑泵才可以起動，所以通過潤滑泵起動按鈕X4可控制輔助繼電器M5交替輸出，用輔助繼電器M5加左右主軸的常開觸點來控制潤滑泵的啟停。

(5)退刀排屑

系統在每個工作周期結束后需要退刀，并將加工產生的鐵屑清理干凈。采用自制定時間周期的方法，使用退刀輔助繼電器M6作為輸出。流程中進刀程序模塊就是通過用退刀繼電器常開控制進刀電磁閥，用退刀繼電器常閉控制退刀電磁閥，從而實現進刀保持10 s，50 ms退刀進行排屑、斷屑時也能始終保持進刀。

(6)主軸進給模塊

主軸使用變頻器進行無級調速。由于模擬量輸出模塊價格較高，而在變頻器上直接用電位器調節速度也比較方便，所以采用FWD和COM端子而不采用modbus通信來實現啟停功能，用變頻器面板電位器實現調速。

4 結束語

雙頭鉆床改造之后的控制系統能完全滿足公司的生產需要，工件的加工速度及可靠性都有很大的提高。同時，加工精度及同軸度等都有了大幅的提高。由于走刀均勻，降低了刀具的磨損，同樣的刀具，使用改造后的系統可以增加80％的產量。主軸采用變頻調速，增加了操作的靈活性。系統還可以在原來的基礎上增加觸摸屏，進行數據的輸入和采集歸納，使系統更加易學易懂，也使系統變得更加自動化、管理化。

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