基于Z4116臺式鉆床的PLC自動化改造及進給設計

李省委　陳文　胡志超

摘要：在現代機械制造中，對傳統設備進行自動化技術改造，使設備能實現自動化生產、提高設備的加工質量及勞動效率；降低生產和勞動成本。本文基于液壓控制回路和PLC控制技術對Z4116鉆床進行升級，液壓控制回路用于對機床的進給系統來改進，控制系統主要是采用PLC控制系統來實現對機床的自動化控制。

關鍵詞：改造；PLC控制；液壓系統

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）01-0011-02

1 臺式鉆床存在的問題分析

目前，在傳統的機械加工行業中，鉆孔、擴孔、絞孔等加工在制造生產過程中還是占有很大的比例，這就對其加工的設備要求進一步提高，尤其是產品的加工精度要求越來越高，就更加考驗著機床的加工性能。對于傳動的鉆床加工已經不能滿足生產加工的需要，傳統鉆床在實際生產加工中存在著許多不足之處需要我們解決，主要表現在以下方面：第一，當面臨成批量的零件生產時，在使用自動化程度較低的普通鉆床加工，生產效率相對較低；第二，當工人處在相對環境惡劣的環境中工作時，工作積極性不高導致生產效率低下；第三，傳統機床操作固定，占很多的工位、人力，操作易出錯。造成以上述現象的原因主要是缺乏對自動化裝備這一新興高技術產業的高度重視。

2 機床改造方案工藝流程

根據工廠生產實際需要，現對江西某機床廠生產的Z4116型傳統鉆床基本結構性能進行部分改造，在設計初我們就本著實現機床產品功能、經濟效益、使用性能等特點，來確保我們的設計總體思路與方案的確定，改造設計后的機床加工工藝流程如下：啟動（電源及控制模塊）→自動送料→自動夾緊→主軸快進→主軸工進→主軸停留→主軸快退→夾具松開→出料。

改造后臺式鉆床力的傳動關系：主軸的動力依然是有電動機通過皮帶帶動主軸做旋轉運動，而進給系統有原來的手動操作改變成有液壓回路的液壓進給系統實現完成，如圖1所示。

3 機床液壓系統的設計

液壓系統是一種以油液作為工作介質，利用油液的壓力能并通過控制閥門等附件操縱液壓執行機構工作的整套裝置，包括動力元件、執行元件、控制元件、輔助元件（附件）和液壓油等。

3.1 機床液壓系統參數的確定

機床在進行產品加工時，機床的液壓系統所受的力是可以通過計算公式預先計算出來，包括液壓缸在快進、工進、快退階段的壓力、流量和功率等，以及液壓系統所承載的負載及運動速度等。在液壓缸伸出時背壓按=0.8計算，在液壓缸縮回時背壓按=0.5計算。最終液壓缸在運動時段的運算結果如表1。

3.2 液壓系統原理圖

根據擬定的總體方案，自動鉆床要完成一個工作循環，即完成快進、工進時快退，因此液壓系統只需一次換向。考慮到產品需要加工時間停留，在選擇電磁換向閥時選擇中位是“O”型封閉功能的三位四通電磁換向閥。在液壓泵的選擇上，我們選用單向定量液壓泵。整個機床的液壓回路油路圖，如圖2所示。

4 機床的PLC控制設計及分析

機床控制系統有兩部分組成：手動控制部分和PLC控制部分；手動控制部分主要控制機床的整個電路的通電和斷電，方便工人控制機床。PLC控制部分的設計主要是控制按鈕來實現液壓回路的控制，有6個控制按鈕；其各個按鈕的作用及工作原理如圖3所示。

根據加工實際要求，改造后的液壓油路要能完成以下動作：電動機的正常啟停，液壓泵的正常啟停，液壓缸快速進給、暫停、快退、停止等功能。具體工作流程如下：

有電路圖5所示，機床電動機和液壓泵電動機的啟停有控制觸器KM1和KM2，當按下SB0后，接觸器KM1和KM2線圈得電，同時定時器T1也開始工作，到5S后接觸器KM1和KM2觸點常開變常閉，使機床電動機和液壓泵正常啟動。

液壓缸桿伸出：當檢測器感應到工件時，控制開關SB1閉合，電路接通工件被加緊，此時T2開始以設定時間2S計時，到達時間后電路接通三位四通電磁換向閥的1Y得電，即快進油路接通，液壓缸快速伸出。

液壓缸工進：液壓缸在出去過程中，按下開關SQ0閉合，液壓回路進入工進狀態，液壓缸進行工進狀態。

液壓缸桿停留：當工件加工結束后，液壓缸達到最大行程，此時SQ1閉合，有計時器T3控制暫停2S，液壓系統控制的主軸暫停狀態。

液壓缸桿快退：當計時器T3完成工作后，電磁換向閥開始換位，使液壓油路快速回油，液壓缸桿快速縮回，計時器T4開始工作計時，到達指定時間，快退停止。如圖4所示。

5 結語

本文以Z4116鉆床的基礎，保留機床的基本結構和性能，對鉆床的控制系統和主軸進給進行了改造和設計，通過驗證并滿足實際需求。具體介紹了液壓控制系統參數的計算和元器件的選擇以及PLC控制技術在機床改造后的工作過程和電路圖等。

參考文獻

[1] 楊志斌.Z4116型臺式鉆床的自動化改造及進給系統設計[J].湖南農機，2015（3）：28-29.

[2] 鄧則名，鄺穗芳.電器與可編程控制器應用技術[M].北京：機械工業出版社，1997.

[3] 林宗德.基于Z3040搖臂鉆床的PLC控制設計[J].機電一體化，2015（12）：62-65.

[4] 熊順源，萬宇杰，童幸生.基于PLC的臺式鉆床的自動化改造[J].改裝與維修，2008（12）：136-138.

[5] 李省委.臺式鉆床的自動化改造[J].機電產品開發與創新，2018（7）：252-254.

[6] 司昌練，羅梅.基于PLC的臺式鉆床的自動化控制系統研究[J].液壓氣動與密封，2018（3）：9-12.

Abstract：In modern mechanical manufacturing， the traditional equipment is reformed by automation technology， so that the equipment can realize automation production， improve the processing quality and labor efficiency of the equipment， and reduce production and labor costs. This paper upgrades the Z4116 drilling machine based on hydraulic control loop and PLC control technology. The hydraulic control loop is used to improve the feed system of the machine tool. The control system mainly adopts PLC control system to realize the automatic control of the machine tool.

Key words：reform；PLC control；hydraulic system