一种基于PLC双钻头自动钻孔机应用开发

一种基于PLC的双钻头自动钻孔机应用开发

摘要:本文介绍了一种针对特定钻孔需求的自动钻孔机床，分析该系统的组成及钻孔设计的关键，该系统利用plc和伺服电机完成快速的定位和稳定的钻削，并配以人机界面更方便现场操作。

关键词:伺服电机plc自动钻孔双钻头

中图分类号:tm383 文献标识码:a 文章编

号: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

在机械加工中有常用于单件或批量生产带有多孔的大型零件加

工设备，本文介绍的钻孔机应用对象为一组直径不同的圆筒工件，需要在四周按一定规则均匀钻孔。该工厂传统采用人工手动操作摇

臂钻床由内向外打孔，由于加工空数较多，通常先采用手工划线、打样点、按点钻孔的方法，定位精度不高，效率很低。市场上也有针对该行业的国外专用加工设备，但成本较高。本文介绍一种用plc 开发的自动钻孔设备，能完成多种不同工件直径和钻孔排列的加工工作。

2 系统组成及工作原理

目前常用的钻孔加工形式有用于立式钻床上加工单孔或摇壁钻床上加工位于同一方向上平行孔系的固定或平移式钻孔和用于加工工件上围绕某一轴线上轴向或径向孔系的回转式钻孔等，本系统中需加工孔系为圆筒工件上分布的平行孔系，采用工件回转加钻头平移方式。图1为钻孔机系统组成示意图，该系统主要由机座1、传动机构2、抱闸装置3、钻削机构4、冷却及液压系统和电控单元等组成。

钻削机构采用立式结构，两侧钻头成90°角。主轴的回转机构电机选用伺服电机，以保证旋转的定位精度。为防止钻削工序中工件的意外移动，采用了液压抱闸夹紧装置。钻削机构进行整体平移来完成工件轴向孔系的加工，这一行程小于300mm，每次移动距离即相邻孔距很小，且设计上可采用方向交替的移动方式来加工相邻孔系，不需考虑累计误差的影响，因此选用步进电机即可满足要求，两侧钻削机构各由一台步进电机驱动。

钻削动力头的旋转用异步电机带动，动力头的垂直工进采用液压推进。由于不同外径的工件钻孔深度不同，钻孔过程大量发热而需

要冷却等因素，钻孔动作不可能一次完成，需要设计成分段动作的钻削机构。

如图2为钻削机构示意图。该钻削机构主要由液压泵、换向阀、变速阀、随动气缸、钻头和限位开关等组成。三个限位开关是动力头速度切换和方向切换的信号开关，当一个钻孔动作开始，动力钻头8上升直至碰到上限位开关5，通过换向阀3使动力头快速下降，下降速度可通过变速阀4调节，钻头从上限位至钻头接触工件表面为空行程，此段速度应比钻孔时的工进速度快，以减少空行程时间。下降过程碰到变速限位开关6使其动作，此时通过变速阀使钻头速度变为工进慢速度。变速限位开关为可随动力头移动的开关，其初始位置可调，且每更换不同外径工件均需要重新调节，其初始动作位置应为钻头接触工件表面时的位置。变速限位开关在钻头钻孔过程中随钻头工进而下降，钻头每次钻孔时间为可设定变量，钻孔时间到即为一次动作结束，钻头快速上升，这时变速限位开关停留在当前位置，而不随钻头上升，当动力头上升至上限位开关，立刻或在预定停留时间后快速下降，碰触变速开关时即为上次钻孔停留点，此时转为工进慢速度，继续未完钻孔工作。这一循环重复，直至动力头碰触下限位开关7，即为一个孔的钻孔工作全部完成，动力头快速上升，同时使复位气缸9动作，复位气缸的作用为复位变速开关至其初始位置，以等待下一个钻孔动作开始，复位完成后气缸回收。两侧动力头都完成当前一个钻孔，移动步进平台至下一工作位置，如此直至同一排孔加工完成，则打开抱闸，伺服电机使工

件定位至下一排孔初始位置，重复以上动作直至钻孔完成。

3 钻孔机的控制系统

待加工工件外径为φ380mm～φ680mm，对每种不同外径和不同孔径及排列的工件，需要计算出每周的孔排数及每排孔数等参数，以及对应的伺服电机和步进电机所需脉冲数等。对于外径较大的工件，由于加工排数很大，考虑到累计误差的因素，可根据调试时数据作相应脉冲补偿。图3为控制系统原理图。

系统的控制采用可编程控制器(plc)完成，系统参数的设置和显示用触摸屏实现，电控箱则包括了电源开关和指示灯等控制显示信号。在控制器的存储器中，预先将不同外径和不同孔径的工件参数计算并储存好，加工开始前只需要选择工件的外径及钻孔的孔径参数，系统便可自动找出各项工作参数。钻孔程序的步进选择以液压抱闸发讯作为判定选择条件，使程序简化，同时用步进程序也使各流程简洁。通过双钻模式的调试及运行，也为下一步配备更多钻头的钻孔机设计提供了经验和参考。

4 结语

综前所述，采用伺服定位的自动钻孔机免去了人工划线定位等工序，并能连续加工，大大提高了加工效率，同时也提高了加工的精度，降低了人力成本和工人劳动强度。如此模式的改造必将大大提高机械加工领域的生产效率，实现生产加工向自动化迈进。

参考文献

[1] 张晓霞,李炜.抗干扰器孔加工用钻孔模设计.深圳:模具制