1 引言

　　多排鉆是板材加工過(guò)程中必不可少的設(shè)備，家具生產(chǎn)商為提高生產(chǎn)效率，同時(shí)提高板材成品的合格率，大多采購(gòu)PLC控制的多排鉆，以取代原有的繼電器控制設(shè)備。現(xiàn)今，國(guó)外以某集團(tuán)公司成產(chǎn)的3排鉆、6排鉆、8排鉆為最先進(jìn)，采用PLC控制能達(dá)到一次定基準(zhǔn)后完成所有鉆孔要求，實(shí)現(xiàn)多孔位同一基準(zhǔn)的目的。為了追趕國(guó)外先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，有必要開(kāi)發(fā)出一種實(shí)現(xiàn)多排鉆自動(dòng)進(jìn)料、定位、鉆孔、自動(dòng)出料的PLC電氣控制系統(tǒng)。

2 數(shù)控多排鉆組成及工藝流程

　　多排鉆的鉆座數(shù)量一般由3排到12排，鉆座形式整體分為下部垂直鉆座和水平鉆座，其中垂直鉆座每排由兩段獨(dú)立鉆座組成，水平鉆座為單排。因?yàn)殂@頭數(shù)量多，加工孔位繁多，所以要求在鉆孔時(shí)一次定基準(zhǔn)后完成板式零部件的鉆孔，以使得設(shè)備鉆孔的孔位精度高，生產(chǎn)效率高。

　　數(shù)控多排鉆的加工工藝流程主要分為進(jìn)料→氣缸夾緊→底部鉆孔→側(cè)邊鉆孔→氣缸松開(kāi)→出料。板式零部件首先被送到排鉆傳送帶上，經(jīng)過(guò)傳送帶1傳輸后，送入排鉆鉆孔位，板式零部件兩側(cè)端被限位，頂部氣缸動(dòng)作真空壓緊板料后，下部垂直鉆頭動(dòng)作，鉆底部孔，同時(shí)水平側(cè)排鉆頭動(dòng)作，鉆左右側(cè)邊孔，鉆后頂部氣缸松開(kāi)板料，經(jīng)過(guò)傳送帶2送出板料。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　以典型的六排鉆為例來(lái)研究排鉆的控制系統(tǒng)，排鉆控制部分主要包括進(jìn)出料功能的控制、定位夾緊功能的控制、鉆孔功能的控制。

　　（1）進(jìn)出料控制：機(jī)床進(jìn)出料是通過(guò)電機(jī)拖動(dòng)傳送帶實(shí)現(xiàn)的，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)由接觸器KM1、KM2控制，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)決定傳送帶的輸送方向。同時(shí)設(shè)有進(jìn)出料限位開(kāi)關(guān)，控制電機(jī)的停止。

　　（2）定位夾緊功能控制：板式零部件的定位通過(guò)設(shè)計(jì)行程開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，夾緊功能通過(guò)控制電磁閥驅(qū)動(dòng)氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)真空夾緊。

　　（3）鉆孔功能的實(shí)現(xiàn)：機(jī)床的排鉆鉆軸，通過(guò)不同的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，鉆軸的啟動(dòng)與停止由各自的接觸器控制。機(jī)床由氣缸驅(qū)動(dòng)鉆頭鉆座運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)鉆孔功能，通過(guò)對(duì)各個(gè)氣缸的電磁閥的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆座的運(yùn)動(dòng)控制。

　　3.1 硬件設(shè)計(jì)

　　排鉆PLC控制系統(tǒng)主要包括電源模塊、控制輸入模塊、控制輸出模塊三個(gè)部分。其中電源模塊包括控制電源、鉆軸旋轉(zhuǎn)電源、傳送帶電源三個(gè)部分；控制輸入模塊包括24個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)，涉及控制按鈕、工作方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、垂直和水平鉆頭位置開(kāi)關(guān)、進(jìn)料出料限位開(kāi)關(guān)等輸入元件及相應(yīng)線(xiàn)路；控制輸出模塊包括16個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)，涉及設(shè)備控制接口以及指示燈、電磁閥、氣動(dòng)電磁換向閥等輸出元件。

　　排鉆控制系統(tǒng)選擇可編程控制器S7-200，CPU模塊選用西門(mén)子CPU226，它包括40個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)和40個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)，完全滿(mǎn)足排鉆控制需要。

　　3.2 系統(tǒng)電氣原理圖

　　PLC控制系統(tǒng)電氣原理圖，如圖1所示。

圖 1 PLC 控制系統(tǒng)電氣原理圖

　　3.3 PLC軟件設(shè)計(jì)

　　3.3.1 六排鉆手動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)

　　手動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)是機(jī)床鉆軸、頂部氣缸回原點(diǎn)和自動(dòng)控制功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。通過(guò)手動(dòng)程序，檢驗(yàn)各機(jī)構(gòu)，比如傳送帶、垂直鉆軸、側(cè)排鉆軸、頂部氣缸等動(dòng)作是否可靠。

　　3.3.2 六排鉆自動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)

　　自動(dòng)控制共分為13各控制步如下：?jiǎn)?dòng)機(jī)床→選擇自動(dòng)工作模式，工人放料→啟動(dòng)SB3，KM1得電后進(jìn)出料電機(jī)正轉(zhuǎn)，傳送帶進(jìn)料→壓合行程開(kāi)關(guān)SQ1，進(jìn)出料電機(jī)停轉(zhuǎn)，同時(shí)夾緊電磁閥YV1得電，夾緊氣缸向下運(yùn)動(dòng)，夾緊板件→壓合行程開(kāi)關(guān)SQ2，KM3、KM4、KM5、KM6得電，垂直鉆頭1至4開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)→YV2、YV3、YV4、YV5得電，垂直鉆頭向上進(jìn)給，鉆板件底部孔→當(dāng)分別壓合限位開(kāi)關(guān)SQ3、SQ4、SQ5、SQ6時(shí)，電磁閥失電，垂直鉆頭返回原點(diǎn)→當(dāng)YV2、YV3、YV4、YV5都失電后，左右鉆頭KM7、KM8得電，左右側(cè)鉆頭電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)→YV6、YV7得電，左右鉆頭工作臺(tái)進(jìn)給，鉆板件左右側(cè)邊孔位→分別壓合SQ7、SQ8之后，YV6、YV7失電，鉆頭返回原點(diǎn)→夾緊電磁閥YV1失電，夾緊氣缸向上運(yùn)動(dòng)，返回原點(diǎn)→KM2得電，進(jìn)出料電機(jī)反轉(zhuǎn)，傳送帶輸出板件→壓合限位開(kāi)關(guān)SQ9，電機(jī)停止、結(jié)束一個(gè)循環(huán)。自動(dòng)模式的部分程序，如圖2所示。自動(dòng)工作方式的選擇。

圖2六排鉆自動(dòng)控制程序部分梯形圖

4 仿真與模擬調(diào)試

　　應(yīng)用S7-200漢化仿真軟件，將編譯成功的程序?qū)С鯝SCII文本文件，文件擴(kuò)展名為“awl”，然后再下載到仿真PLC中去，單擊工具條上的運(yùn)行按鈕，從STOP模式切換到RUN模式。用鼠標(biāo)單擊CPU模塊下開(kāi)關(guān)板上的小開(kāi)關(guān)，可以使用小開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)閉合，對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)的LED變?yōu)榫G色。用鼠標(biāo)切換各個(gè)小開(kāi)關(guān)的通斷狀態(tài)，改變PLC輸入變量的狀態(tài)，通過(guò)觀(guān)察PLC輸出點(diǎn)的狀態(tài)變化，其結(jié)果變化，如圖3、圖4所示。驗(yàn)證了程序執(zhí)行結(jié)果是符合設(shè)計(jì)要求的。

圖3S7-200仿真軟件模擬界面1

圖4S7-200仿真軟件模擬界面2

5 結(jié)論

　　結(jié)合數(shù)控多排鉆鉆孔孔位數(shù)量多且位置關(guān)系繁雜的特點(diǎn)，依據(jù)多排鉆加工工藝要求，以典型的六排鉆為例，設(shè)計(jì)出一種多排鉆自動(dòng)鉆孔的PLC控制系統(tǒng)，編譯的程序?qū)隨7-200仿真軟件，運(yùn)行正常。

　　目前該系統(tǒng)已應(yīng)用到六排鉆及其它軸排鉆機(jī)床上，裝機(jī)試驗(yàn)實(shí)際運(yùn)行表明，該控制系統(tǒng)能滿(mǎn)足排鉆鉆孔孔位質(zhì)量控制要求，可靠性高。