基于Z4116台式钻床的PLC自动化改造及进给设计

李省委　陈文　胡志超

摘要：在现代机械制造中，对传统设备进行自动化技术改造，使设备能实现自动化生产、提高设备的加工质量及劳動效率；降低生产和劳动成本。本文基于液压控制回路和PLC控制技术对Z4116钻床进行升级，液压控制回路用于对机床的进给系统来改进，控制系统主要是采用PLC控制系统来实现对机床的自动化控制。

关键词：改造；PLC控制；液压系统

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）01-0011-02

1 台式钻床存在的问题分析

目前，在传统的机械加工行业中，钻孔、扩孔、绞孔等加工在制造生产过程中还是占有很大的比例，这就对其加工的设备要求进一步提高，尤其是产品的加工精度要求越来越高，就更加考验着机床的加工性能。对于传动的钻床加工已经不能满足生产加工的需要，传统钻床在实际生产加工中存在着许多不足之处需要我们解决，主要表现在以下方面：第一，当面临成批量的零件生产时，在使用自动化程度较低的普通钻床加工，生产效率相对较低；第二，当工人处在相对环境恶劣的环境中工作时，工作积极性不高导致生产效率低下；第三，传统机床操作固定，占很多的工位、人力，操作易出错。造成以上述现象的原因主要是缺乏对自动化装备这一新兴高技术产业的高度重视。

2 机床改造方案工艺流程

根据工厂生产实际需要，现对江西某机床厂生产的Z4116型传统钻床基本结构性能进行部分改造，在设计初我们就本着实现机床产品功能、经济效益、使用性能等特点，来确保我们的设计总体思路与方案的确定，改造设计后的机床加工工艺流程如下：启动（电源及控制模块）→自动送料→自动夹紧→主轴快进→主轴工进→主轴停留→主轴快退→夹具松开→出料。

改造后台式钻床力的传动关系：主轴的动力依然是有电动机通过皮带带动主轴做旋转运动，而进给系统有原来的手动操作改变成有液压回路的液压进给系统实现完成，如图1所示。

3 机床液压系统的设计

液压系统是一种以油液作为工作介质，利用油液的压力能并通过控制阀门等附件操纵液压执行机构工作的整套装置，包括动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油等。

3.1 机床液压系统参数的确定

机床在进行产品加工时，机床的液压系统所受的力是可以通过计算公式预先计算出来，包括液压缸在快进、工进、快退阶段的压力、流量和功率等，以及液压系统所承载的负载及运动速度等。在液压缸伸出时背压按=0.8计算，在液压缸缩回时背压按=0.5计算。最终液压缸在运动时段的运算结果如表1。

3.2 液压系统原理图

根据拟定的总体方案，自动钻床要完成一个工作循环，即完成快进、工进时快退，因此液压系统只需一次换向。考虑到产品需要加工时间停留，在选择电磁换向阀时选择中位是“O”型封闭功能的三位四通电磁换向阀。在液压泵的选择上，我们选用单向定量液压泵。整个机床的液压回路油路图，如图2所示。

4 机床的PLC控制设计及分析

机床控制系统有两部分组成：手动控制部分和PLC控制部分；手动控制部分主要控制机床的整个电路的通电和断电，方便工人控制机床。PLC控制部分的设计主要是控制按钮来实现液压回路的控制，有6个控制按钮；其各个按钮的作用及工作原理如图3所示。

根据加工实际要求，改造后的液压油路要能完成以下动作：电动机的正常启停，液压泵的正常启停，液压缸快速进给、暂停、快退、停止等功能。具体工作流程如下：

有电路图5所示，机床电动机和液压泵电动机的启停有控制触器KM1和KM2，当按下SB0后，接触器KM1和KM2线圈得电，同时定时器T1也开始工作，到5S后接触器KM1和KM2触点常开变常闭，使机床电动机和液压泵正常启动。

液压缸杆伸出：当检测器感应到工件时，控制开关SB1闭合，电路接通工件被加紧，此时T2开始以设定时间2S计时，到达时间后电路接通三位四通电磁换向阀的1Y得电，即快进油路接通，液压缸快速伸出。

液压缸工进：液压缸在出去过程中，按下开关SQ0闭合，液压回路进入工进状态，液压缸进行工进状态。

液压缸杆停留：当工件加工结束后，液压缸达到最大行程，此时SQ1闭合，有计时器T3控制暂停2S，液压系统控制的主轴暂停状态。

液压缸杆快退：当计时器T3完成工作后，电磁换向阀开始换位，使液压油路快速回油，液压缸杆快速缩回，计时器T4开始工作计时，到达指定时间，快退停止。如图4所示。

5 结语

本文以Z4116钻床的基础，保留机床的基本结构和性能，对钻床的控制系统和主轴进给进行了改造和设计，通过验证并满足实际需求。具体介绍了液压控制系统参数的计算和元器件的选择以及PLC控制技术在机床改造后的工作过程和电路图等。

参考文献

[1] 杨志斌.Z4116型台式钻床的自动化改造及进给系统设计[J].湖南农机，2015（3）：28-29.

[2] 邓则名，邝穗芳.电器与可编程控制器应用技术[M].北京：机械工业出版社，1997.

[3] 林宗德.基于Z3040摇臂钻床的PLC控制设计[J].机电一体化，2015（12）：62-65.

[4] 熊顺源，万宇杰，童幸生.基于PLC的台式钻床的自动化改造[J].改装与维修，2008（12）：136-138.

[5] 李省委.台式钻床的自动化改造[J].机电产品开发与创新，2018（7）：252-254.

[6] 司昌练，罗梅.基于PLC的台式钻床的自动化控制系统研究[J].液压气动与密封，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