1 引言
多排钻是板材加工过程中必不可少的设备，家具生产商为提高生产效率，同时提高板材成品的合格率，大多采购PLC控制的多排钻，以取代原有的继电器控制设备。现今，国外以某集团公司成产的3排钻、6排钻、8排钻为最先进，采用PLC控制能达到一次定基准后完成所有钻孔要求，实现多孔位同一基准的目的。为了追赶国外先进生产技术，有必要开发出一种实现多排钻自动进料、定位、钻孔、自动出料的PLC电气控制系统。
2 数控多排钻组成及工艺流程
多排钻的钻座数量一般由3排到12排，钻座形式整体分为下部垂直钻座和水平钻座，其中垂直钻座每排由两段独立钻座组成，水平钻座为单排。因为钻头数量多，加工孔位繁多，所以要求在钻孔时一次定基准后完成板式零部件的钻孔，以使得设备钻孔的孔位精度高，生产效率高。
数控多排钻的加工工艺流程主要分为进料→气缸夹紧→底部钻孔→侧边钻孔→气缸松开→出料。板式零部件首先被送到排钻传送带上，经过传送带1传输后，送入排钻钻孔位，板式零部件两侧端被限位，顶部气缸动作真空压紧板料后，下部垂直钻头动作，钻底部孔，同时水平侧排钻头动作，钻左右侧边孔，钻后顶部气缸松开板料，经过传送带2送出板料。
3 控制系统设计
以典型的六排钻为例来研究排钻的控制系统，排钻控制部分主要包括进出料功能的控制、定位夹紧功能的控制、钻孔功能的控制。
（1）进出料控制：机床进出料是通过电机拖动传送带实现的，电机的正反转由接触器KM1、KM2控制，电机的正反转决定传送带的输送方向。同时设有进出料限位开关，控制电机的停止。
（2）定位夹紧功能控制：板式零部件的定位通过设计行程开关来实现，夹紧功能通过控制电磁阀驱动气缸来实现真空夹紧。
（3）钻孔功能的实现：机床的排钻钻轴，通过不同的电机驱动，钻轴的启动与停止由各自的接触器控制。机床由气缸驱动钻头钻座运动实现钻孔功能，通过对各个气缸的电磁阀的控制实现对钻座的运动控制。
3.1 硬件设计
排钻PLC控制系统主要包括电源模块、控制输入模块、控制输出模块三个部分。其中电源模块包括控制电源、钻轴旋转电源、传送带电源三个部分；控制输入模块包括24个开关量输入点，涉及控制按钮、工作方式转换开关、垂直和水平钻头位置开关、进料出料限位开关等输入元件及相应线路；控制输出模块包括16个开关量输出点，涉及设备控制接口以及指示灯、电磁阀、气动电磁换向阀等输出元件。
排钻控制系统选择可编程控制器S7-200，CPU模块选用西门子CPU226，它包括40个开关量输入点和40个开关量输出点，完全满足排钻控制需要。
3.2 系统电气原理图
PLC控制系统电气原理图，如图1所示。
图 1 PLC 控制系统电气原理图
3.3 PLC软件设计
3.3.1 六排钻手动控制程序设计
手动控制程序设计是机床钻轴、顶部气缸回原点和自动控制功能实现的基础。通过手动程序，检验各机构，比如传送带、垂直钻轴、侧排钻轴、顶部气缸等动作是否可靠。
3.3.2 六排钻自动控制程序设计
自动控制共分为13各控制步如下：启动机床→选择自动工作模式，工人放料→启动SB3，KM1得电后进出料电机正转，传送带进料→压合行程开关SQ1，进出料电机停转，同时夹紧电磁阀YV1得电，夹紧气缸向下运动，夹紧板件→压合行程开关SQ2，KM3、KM4、KM5、KM6得电，垂直钻头1至4开始转动→YV2、YV3、YV4、YV5得电，垂直钻头向上进给，钻板件底部孔→当分别压合限位开关SQ3、SQ4、SQ5、SQ6时，电磁阀失电，垂直钻头返回原点→当YV2、YV3、YV4、YV5都失电后，左右钻头KM7、KM8得电，左右侧钻头电机开始转动→YV6、YV7得电，左右钻头工作台进给，钻板件左右侧边孔位→分别压合SQ7、SQ8之后，YV6、YV7失电，钻头返回原点→夹紧电磁阀YV1失电，夹紧气缸向上运动，返回原点→KM2得电，进出料电机反转，传送带输出板件→压合限位开关SQ9，电机停止、结束一个循环。自动模式的部分程序，如图2所示。自动工作方式的选择。
图2六排钻自动控制程序部分梯形图
4 仿真与模拟调试
应用S7-200汉化仿真软件，将编译成功的程序导出ASCII文本文件，文件扩展名为“awl”，然后再下载到仿真PLC中去，单击工具条上的运行按钮，从STOP模式切换到RUN模式。用鼠标单击CPU模块下开关板上的小开关，可以使用小开关的触点闭合，对应的输入点的LED变为绿色。用鼠标切换各个小开关的通断状态，改变PLC输入变量的状态，通过观察PLC输出点的状态变化，其结果变化，如图3、图4所示。验证了程序执行结果是符合设计要求的。
图3S7-200仿真软件模拟界面1
图4S7-200仿真软件模拟界面2
5 结论
结合数控多排钻钻孔孔位数量多且位置关系繁杂的特点，依据多排钻加工工艺要求，以典型的六排钻为例，设计出一种多排钻自动钻孔的PLC控制系统，编译的程序导入S7-200仿真软件，运行正常。
目前该系统已应用到六排钻及其它轴排钻机床上，装机试验实际运行表明，该控制系统能满足排钻钻孔孔位质量控制要求，可靠性高。
(审核编辑: 沧海一土)
