1 引言

　　多排鉆是板材加工過程中必不可少的設備，家具生產(chǎn)商為提高生產(chǎn)效率，同時提高板材成品的合格率，大多采購PLC控制的多排鉆，以取代原有的繼電器控制設備?，F(xiàn)今，國外以某集團公司成產(chǎn)的3排鉆、6排鉆、8排鉆為最先進，采用PLC控制能達到一次定基準后完成所有鉆孔要求，實現(xiàn)多孔位同一基準的目的。為了追趕國外先進生產(chǎn)技術，有必要開發(fā)出一種實現(xiàn)多排鉆自動進料、定位、鉆孔、自動出料的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立鉆座組成，水平鉆座為單排。因為鉆頭數(shù)量多，加工孔位繁多，所以要求在鉆孔時一次定基準后完成板式零部件的鉆孔，以使得設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料→氣缸夾緊→底部鉆孔→側(cè)邊鉆孔→氣缸松開→出料。板式零部件首先被送到排鉆傳送帶上，經(jīng)過傳送帶1傳輸后，送入排鉆鉆孔位，板式零部件兩側(cè)端被限位，頂部氣缸動作真空壓緊板料后，下部垂直鉆頭動作，鉆底部孔，同時水平側(cè)排鉆頭動作，鉆左右側(cè)邊孔，鉆后頂部氣缸松開板料，經(jīng)過傳送帶2送出板料。

3 控制系統(tǒng)設計

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

　?。?）進出料控制：機床進出料是通過電機拖動傳送帶實現(xiàn)的，電機的正反轉(zhuǎn)由接觸器KM1、KM2控制，電機的正反轉(zhuǎn)決定傳送帶的輸送方向。同時設有進出料限位開關，控制電機的停止。

　?。?）定位夾緊功能控制：板式零部件的定位通過設計行程開關來實現(xiàn)，夾緊功能通過控制電磁閥驅(qū)動氣缸來實現(xiàn)真空夾緊。

　　（3）鉆孔功能的實現(xiàn)：機床的排鉆鉆軸，通過不同的電機驅(qū)動，鉆軸的啟動與停止由各自的接觸器控制。機床由氣缸驅(qū)動鉆頭鉆座運動實現(xiàn)鉆孔功能，通過對各個氣缸的電磁閥的控制實現(xiàn)對鉆座的運動控制。

　　3.1 硬件設計

　　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、傳送帶電源三個部分；控制輸入模塊包括24個開關量輸入點，涉及控制按鈕、工作方式轉(zhuǎn)換開關、垂直和水平鉆頭位置開關、進料出料限位開關等輸入元件及相應線路；控制輸出模塊包括16個開關量輸出點，涉及設備控制接口以及指示燈、電磁閥、氣動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模塊選用西門子CPU226，它包括40個開關量輸入點和40個開關量輸出點，完全滿足排鉆控制需要。

　　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軟件設計

　　3.3.1 六排鉆手動控制程序設計

　　手動控制程序設計是機床鉆軸、頂部氣缸回原點和自動控制功能實現(xiàn)的基礎。通過手動程序，檢驗各機構(gòu)，比如傳送帶、垂直鉆軸、側(cè)排鉆軸、頂部氣缸等動作是否可靠。

　　3.3.2 六排鉆自動控制程序設計

　　自動控制共分為13各控制步如下：啟動機床→選擇自動工作模式，工人放料→啟動SB3，KM1得電后進出料電機正轉(zhuǎn)，傳送帶進料→壓合行程開關SQ1，進出料電機停轉(zhuǎn)，同時夾緊電磁閥YV1得電，夾緊氣缸向下運動，夾緊板件→壓合行程開關SQ2，KM3、KM4、KM5、KM6得電，垂直鉆頭1至4開始轉(zhuǎn)動→YV2、YV3、YV4、YV5得電，垂直鉆頭向上進給，鉆板件底部孔→當分別壓合限位開關SQ3、SQ4、SQ5、SQ6時，電磁閥失電，垂直鉆頭返回原點→當YV2、YV3、YV4、YV5都失電后，左右鉆頭KM7、KM8得電，左右側(cè)鉆頭電機開始轉(zhuǎn)動→YV6、YV7得電，左右鉆頭工作臺進給，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→夾緊電磁閥YV1失電，夾緊氣缸向上運動，返回原點→KM2得電，進出料電機反轉(zhuǎn)，傳送帶輸出板件→壓合限位開關SQ9，電機停止、結(jié)束一個循環(huán)。自動模式的部分程序，如圖2所示。自動工作方式的選擇。

圖2六排鉆自動控制程序部分梯形圖

4 仿真與模擬調(diào)試

　　應用S7-200漢化仿真軟件，將編譯成功的程序?qū)С鯝SCII文本文件，文件擴展名為“awl”，然后再下載到仿真PLC中去，單擊工具條上的運行按鈕，從STOP模式切換到RUN模式。用鼠標單擊CPU模塊下開關板上的小開關，可以使用小開關的觸點閉合，對應的輸入點的LED變?yōu)榫G色。用鼠標切換各個小開關的通斷狀態(tài)，改變PLC輸入變量的狀態(tài)，通過觀察PLC輸出點的狀態(tài)變化，其結(jié)果變化，如圖3、圖4所示。驗證了程序執(zhí)行結(jié)果是符合設計要求的。

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)量多且位置關系繁雜的特點，依據(jù)多排鉆加工工藝要求，以典型的六排鉆為例，設計出一種多排鉆自動鉆孔的PLC控制系統(tǒng)，編譯的程序?qū)隨7-200仿真軟件，運行正常。

　　目前該系統(tǒng)已應用到六排鉆及其它軸排鉆機床上，裝機試驗實際運行表明，該控制系統(tǒng)能滿足排鉆鉆孔孔位質(zhì)量控制要求，可靠性高。