1 改造方案及系统控制要求

钻床多为钻孑L使用，双头钻床即钻床上有两个电机各自控制一个钻头，并同时工作，更换不同型号的钻头即可在材料上钻出大小不同的盲孔或通孔，这种机床的主运动是钻头的旋转，钻头的轴向移动为进给运动，被加工工件不移动，依靠卡盘卡住。本次改造还设有液压滑台，上面装有主轴箱，正反向运动平稳，冲击力小，可根据不同的需要安装刀头。系统主轴在原来的基础上增加了变频器进行无级调速，可根据不同材料，不同孔径设置进给速度。

具体要求：

(1)设备有手动和自动两种工作方式；

(2)系统设有退刀排屑功能；

(3)手动状态时相应电机都可以实现单独起动；

(4)自动状态实现一键起动直至流程结束，即实现全自动控制；

(5)系统设有急停及暂停功能；(6)系统设有手动回原点功能。

2 系统硬件设计

本系统主电路与改造前的原机床相同，由液压电动机、润滑泵电动机、左主轴电动机、右主轴电动机等组成。其中，液压滑台动力来自液压电动机，左、右主轴分别由左右主轴电动机控制，润滑泵电动机可以使加工过程中减少刀具磨损。根据控制要求，结合系统生产成本，选用台达DVP60EC00R3可编程控制器为主要控制器，该控制器运算速度快，价格适中，程序容量为4K，输入输出点数为60，可以达到控制要求。变频器采用信捷VB3—41P5，小巧紧凑，简易而高性能。为防止加工过程中产生的铁屑进入机械行程开关造成事故，系统的液压滑台两端装有接近式行程开关，用于检测滑台到位和防止滑台冲出导轨。根据硬件选型确定的PLCI／O分配表如表1所示。

3 系统软件设计

本控制系统程序设计采用模块式，主要分为主程序模块、系统初始化模块、系统切换模块、过载模块、液压起动模块、暂停模块和退刀排屑模块。各模块相对独立又有机结合，方便调试和变更，可根据控制要求进行程序的运行。

(1)主程序模块

主程序中将整个系统分级，液压站为第一级，这里是作为一个总开关，只有开起了液压站才能开起手动、自动功能；手动功能作为第二级，开启之后才能进行左或右系统的手动操作。自动功能和手动功能并列第二级，也就是说手动关掉不影响自动功能。当手动伯动切换开关XI=ON时，执行自动运行，X1=OFF时，执行手动运行。流程图如图1所示。图1的流程中，X1=OFF时，开启手动功能，X12和X13同接在三位旋钮上，由于旋钮机械特I生一档只能有一个开关动作，而打在中间则开关全部断开。X12为开启左系统开关，按下走刀起动按钮X5则开启左进刀，如果碰到左终点则停止，按下退刀启动X6则开启左退刀，碰到左原点停止。进刀和退刀均为手动点动。按下主轴启动X10则启动左主轴，这里使用了一个起保停程序。能方便启停主轴。程序如图2所示。

右主轴和主轴类似，X13为开启右系统，按下走刀起动x5则开启右进刀，如果碰到右终点则停止；按下退刀起动X6则开启右退刀，碰到右原点停止。进刀和退刀均为手动点动。按下主轴启动X10则启动右主轴，这里同样使用了一个起保停程序，方便主轴的起停。当手动／自动切换开关Xl=ON时，开启自动模式。使用辅助继电器的上升沿置位初始状态。

(2)过载模块

本系统硬件上使用了两种过载方式，一种是传统的热继电器作为电动机的过载保护，另一种是变频器自带的过载报警输出端子。主轴过载是通过变频器过载报警端子来实现过载保护。系统采用置位Y6、Y7、Y12作为润滑泵、主轴、液压泵、过载指示灯，一是可以直观地查找过载对象，二是过载无法自动消除时，不会对系统造成二次损坏。

另外，X22、X23、X24都是接到润滑泵热继电器的保护常开触点，触点动作后启动润滑泵过载继电器，使润滑泵过载指示灯点亮。同时接通过载辅助继电器，在后面程序里加载过载辅助继电器来实现程序上的过载保护。X25是过载复位按钮，当故障查找排除后，按下X25过载复位能把Y6、Y7、Y12等过载指示灯复位，同时解除过载状态。程序如图3所示。

(3)液压站起动模块

液压起动模块使用置位Y0和复位Y0来实现液压站电机的起停。其中液压过载指示灯Y12动作或急停按钮X0被按下则不能起动液压站。液压站停止按钮x3被按下或液压过载指示灯Y12动作，都立刻复位液压站电机。由于本系统工作台主要的动力来自于液压系统，所以所有的操作必须基于液压站的起动后才能进行。

(4)润滑泵起动模块

在切削过程中，由于刀具切屑产生的热量散不了会导致刀具的退火损坏，而刀具的摩擦工件也会导致刀具的损坏，所以冷却和润滑一直是机械加工中必须要解决的问题，尽量减小刀具的磨损。本系统中的润滑泵可在机械加工过程中提供润滑切屑液来减少刀具的磨损。设计主轴转起来后润滑泵才可以起动，所以通过润滑泵起动按钮X4可控制辅助继电器M5交替输出，用辅助继电器M5加左右主轴的常开触点来控制润滑泵的启停。

(5)退刀排屑

系统在每个工作周期结束后需要退刀，并将加工产生的铁屑清理干净。采用自制定时间周期的方法，使用退刀辅助继电器M6作为输出。流程中进刀程序模块就是通过用退刀继电器常开控制进刀电磁阀，用退刀继电器常闭控制退刀电磁阀，从而实现进刀保持10 s，50 ms退刀进行排屑、断屑时也能始终保持进刀。

(6)主轴进给模块

主轴使用变频器进行无级调速。由于模拟量输出模块价格较高，而在变频器上直接用电位器调节速度也比较方便，所以采用FWD和COM端子而不采用modbus通信来实现启停功能，用变频器面板电位器实现调速。

4 结束语

双头钻床改造之后的控制系统能完全满足公司的生产需要，工件的加工速度及可靠性都有很大的提高。同时，加工精度及同轴度等都有了大幅的提高。由于走刀均匀，降低了刀具的磨损，同样的刀具，使用改造后的系统可以增加80％的产量。主轴采用变频调速，增加了操作的灵活性。系统还可以在原来的基础上增加触摸屏，进行数据的输入和采集归纳，使系统更加易学易懂，也使系统变得更加自动化、管理化。

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