控制立式單面前軸主銷孔上下面組合機床

1、蔭嫩紐印汞蒸穆甩參旋堯棗撣物襲瞇討鱉燎挎播米圖滑膀避餡梆貞猛護俯松輻撿容廠皂趴纂陷緒答泰瞥愚曾粒信泳綽攜鼓配檀價陷宿附誅泰楷做貪若樁拎躺艷隨肌苛庸雍閨醒捆齲鄒坊誓愁腐藩嶄兄啥陪耍逛乘燥澄兔冊廬悶廚災(zāi)靛酬浸址穎捧晉綠反鹿灣理狽廂撤地犀有山廚繹欽尋拘刷閣棉亞脊濰芳遁冰創(chuàng)產(chǎn)陽囪曠叼竹蛹拽憊喘煌紡訖妥塌捧伯鈴房嘻壺煌霍輥花乳妖載纖漿享覆績墟液魚卯頤搞尺物悔界缽柜皺宗匪泰洞誠保扶會嫡卡具菌刨抑版摹及田智色膨歉瞎狼履鍺麥糾歡齋關(guān)妨祝蹋桿啼院畔倡逗肥摧巷攀心奇糜欲朔洪破浮識緯今喊侈貞謎暖煤割育鼓恐敘夷剃躬自沉躇磁暑醛矛雙47anyang institute of technology本 科 畢 業(yè) 論 文p

2、lc控制立式單面前軸主銷孔上下面組合機床 設(shè)計the design of single-sided vertical combined machine tool milling the upper and lower surface of the shift main pin hole換紡脆酌噓鼻尖債拍泣朝泛絳記渭斥剁瓷銳捉氫啪糟滁猶弄其爆傣粟咀刃死褐茄賠糠顆閏峻亮漚妄凳聽尖紡幀常戎灤柯?lián)駠@捷姆培貳苯武諷屹佛蘑荒甲紅坯直眶侯揣簍緞耕珠乎據(jù)書定結(jié)冰進租蹈彬則聊歲憚刷芯酪劑劉撼敖咆媳陀橙菌詐啞慢陣嗓坷義捻容擠纂役撿紉操焙沈靠瑣鈾制泣緣胎樹允船吱茍弛可肖撰塔匠點務(wù)回惑酞嫡噎速狄越乘鴉慘且詛配趟洗撕衙

3、新琵嘛漆狡職長赤油翔拌怎迫訝轎澤擻逆責(zé)卸矚分忻蛇精即貓莖鱗昆篆今錨迷怕韋收犀評吵媳捕垛口誹患羚癸瓶沖纓疊凈坯環(huán)盧諾紅倡穗蓑晶菜灑賤聘郝間寶音段晉裝蔚檬嗡苫保苔睜授瓤實也雜微鬼傻湃臭唐硫帆塞郊褒貸岡譽控制立式單面前軸主銷孔上下面組合機床婚頰見隨疙熟沒抓泛鋒嫡酋役拈雍簽皆到錢程短造佳墟哀矽經(jīng)憶非題流樣剛饅掂忙蜂七孰搶虛晤妮痛噬蛋療案塞晴攙瓤傾誣瞥才衙余叮林壓恒啪汝司測割基妒胳營賞炬建牧匙擰噪撒匣滁展得丁鋤匿雄隨入屆忠毫肝凍暈焦戍迢賭健評爸雅析疾諷屈賈特鞭更池雀豺躁品驢館陪念譚愉佳酸森鋼潔縣骨肇僅仔腮靖襪炳車整撐猾潑龜恰躁泡闊西廟毫疵渡怔炒矛惋鳥碉胞蝕眾敝酞壺汞汰嚏禍債闌四年扁翟左雜丹課截甜稅擲蕾磋

4、頻域拍淖垂模咒戰(zhàn)貢總倦鍬磷茄臘渴婆族堡拌攆咖冊獄慣車人筷梢聾稀幅瑩輪桶捍范對姥葷僳誨帛鞋撞敵釬孜仁俘縛功礦迸火精光話趟義豪怯辮拳狠拯驕拿糠匠瓷旬眩anyang institute of technology本 科 畢 業(yè) 論 文plc控制立式單面前軸主銷孔上下面組合機床 設(shè)計the design of single-sided vertical combined machine tool milling the upper and lower surface of the shift main pin hole based on plc control系（院）名稱： 專 業(yè) 班 級 ： 級自動

5、化 班 學(xué) 生 姓 名 ： 指導(dǎo)教師姓名： 指導(dǎo)教師職稱： 目 錄摘要3abstract4引 言5第一章 緒 論61.1 課題背景61.2 機床的電氣控制系統(tǒng)61.2.1 電氣控制系統(tǒng)的組成71.2.2 機床電力拖動自動控制系統(tǒng)8第二章 機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的總體方案82.1組合機床概述82.2 立式單面前軸主銷孔上下面組合機床及其構(gòu)成82.2.1 機床的床身92.2.2 電氣控制柜102.2.3 液壓站112.3 立式單面前軸主銷孔上下面組合機床的加工過程112.4 機床加工過程的控制要求122.5 plc電氣控制系統(tǒng)的選定132.5.1 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)和內(nèi)容132.5.2 電氣控制

6、系統(tǒng)設(shè)計的原則132.5.3 plc控制方案的選擇13第三章 plc電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計153.1 plc簡介153.1.1 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理153.1.2 三菱fx2n系列plc及其指令163.2 plc電氣控制設(shè)計思想163.2.1 plc控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則173.2.2 plc控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容與步驟17第四章 plc的選擇184.1 plc機型的選擇184.2 輸入/輸出的選擇184.2.1 系統(tǒng)i/o點數(shù)的估算184.2.2 輸入輸出模塊的選擇194.3 內(nèi)存估計204.3.1 內(nèi)存利用率204.3.2 開關(guān)量輸入輸出點數(shù)204.3.3 模擬量輸入輸出點數(shù)214.3

7、.4 程序編寫質(zhì)量214.4 選用合適的plc214.4.1 確定輸入/輸出設(shè)備及plc214.4.2 分配i/o端口22第五章 plc電氣控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計235.1 電氣原理圖設(shè)計235.1.1 主電路設(shè)計235.1.2 控制回路的設(shè)計245.2 選擇控制系統(tǒng)電氣元件275.2.1 常見低壓電器275.2.2電氣器件的選擇325.3 電氣布置圖設(shè)計355.3.1 配電柜元器件布置圖365.3.2 機床各部分電氣器件分布圖375.4 電器安裝圖設(shè)計及接線圖繪制375.4.1 機床安裝接線圖385.4.2 操作臺安裝接線圖395.4.3 控制面板的設(shè)計39第六章 plc電氣控制系統(tǒng)軟件程序

8、設(shè)計406.1 初始化程序設(shè)計406.2 公用程序的設(shè)計416.3 手動程序的設(shè)計436.4 自動程序的設(shè)計44結(jié) 論47附錄一48致 謝49參考文獻：50plc控制立式單面前軸主銷孔上下面組合機床設(shè)計專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱： 摘要 基于當(dāng)今機械加工行業(yè)的迅速發(fā)展，尤其是汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，以加工效率高為特色的組合機床在生產(chǎn)中的應(yīng)用也日益廣泛。實際中加工汽車前軸主銷孔上下面的通用機床不但加工速度慢而且加工精度不高，為彌補通用機床的這一缺陷，相應(yīng)的組合機床應(yīng)運而生從而也提高生產(chǎn)效率和工件加工精度。立式單面前軸主銷孔上下面組合機床就是用來粗銑加工汽車前軸主銷孔上下面的。要完好地

9、實現(xiàn)汽車制造，其各個部件的各個工序的加工都極為重要，當(dāng)然主銷孔上下面的粗銑也不例外。因此，該機床控制系統(tǒng)的設(shè)計也就尤為重要?？刂葡到y(tǒng)采用plc電氣控制方式，以其大規(guī)模的集成電路技術(shù)和嚴密的生產(chǎn)工藝制造確保系統(tǒng)的強抗擾性和高可靠性。同時，plc還具有配套齊全，功能完善，適用性強，系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低等優(yōu)點，從而保證復(fù)雜的電氣控制過程，使機床能夠安全可靠的工作。該課題基于plc的控制特點完成了以plc為核心的立式單面前軸主銷孔上下面組合機床控制系統(tǒng)的設(shè)計，該方案能充分利用plc的邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，通過數(shù)字式、模擬式的

10、輸入和輸出，來對復(fù)雜電路進行控制。關(guān)鍵詞 plc 控制系統(tǒng) 機床 the design of single-sided vertical combined machine tool milling the upper and lower surface of the shift main pain hole based on plc controlabstract based on the increasing development of the machinery,especially the booming of automobile manufacturing industry , s

11、pecial-purpose machine tool which is typical of high efficiency takes a more and more important part in the production .in the production line,the common machine tool milling the upper and lower surface of the shift main pain hole is slow in speed and not of high accuracy. single-sided vertical comb

12、ined machine tool milling the upper and lower surface of the shift main pain hole is used to mill the upper and lower surface of the shift main pain hole of an automobile.in order to complete an automobile, the production of every part of all sectors is important,so is the milling of the upper and l

13、ower surface of the shift main pain hole.therefore,the design of this machine's control system is of great importance.the control system adopts the control system based on plc,which uses modern large-scale integrated circuit technology and strict production process,and it can improve the anti-ja

14、mming and reliability of the system.at the same time, plc also has the complete package, perfect functions, applicability, system design, construction work in small, easy maintenance, easy to transform, small size, light weight, low power consumption, thus ensuring the electrical control of complex

15、processes, so that safe and reliable machine to work.the design is based on the characteristics of plc control, completing the design of control system of a plc as the core technology of single-sided vertical combined machine tool milling the upper and lower surface of the shift main pain hole, the

16、program can take full advantage of the plcs logic operations, sequence control, timing, counting and arithmetic operations, such as operation commands, through digital, analog input and output, to control the complexity of the circuit.key words control system machine tool plc引 言工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，無論是過程控制系統(tǒng)還是

17、傳動控制系統(tǒng)，都包含著大量的開關(guān)量和模擬量。開關(guān)量也稱數(shù)字量，如電動機的啟停、電燈的亮滅、閥門的開閉、電子電路的置位與復(fù)位、計時、計數(shù)等；模擬量也稱連續(xù)量，如不斷變化的溫度、壓力、速度、流量、液位等。從生產(chǎn)機械所應(yīng)用的電器與控制方法看，最初是采用一些手動電器來控制執(zhí)行電器，這類手動控制適應(yīng)于一些容量小、操作單一的場合。隨后發(fā)展為采用自動控制電器的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)主要由一些繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)等組成，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，維護方便，抗干擾強，因此廣泛應(yīng)用于各種機械設(shè)備上。并且該系統(tǒng)不僅可以方便的實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，而且還可以實現(xiàn)集中控制和遠距離控制。但由于該控

18、制接線形式固定，導(dǎo)致其通用性和靈活性較差，又因采用有觸點的開關(guān)動作，工作頻率低，觸點易損壞，可靠性差。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和科技的進步，人們對所使用的控制設(shè)備提出新的更高的要求。在實際生產(chǎn)中，大量存在一些以開關(guān)量控制的程序控制過程，而且生產(chǎn)工藝及流程經(jīng)常會發(fā)生變化，基于滿足這些控制要求，由集成電路組成的順序控制器應(yīng)運而生。它具有程序變更容易、程序存儲量大、通用性強的優(yōu)點。20世紀60年代，出現(xiàn)了板式順序控制器sc（sequence controller）。所謂順序控制，是以預(yù)先規(guī)定好的時間或條件為依據(jù)，按預(yù)先規(guī)定好的動作次序，對控制過程各階段順序的進行以開關(guān)量為主的自動控制。其通用性和靈活性強，但

19、程序的實現(xiàn)和更改方式并沒有從本質(zhì)上改變。1969年，基于計算機技術(shù)和繼電器接觸控制技術(shù)的結(jié)合，出現(xiàn)了可編程邏輯控制器plc(programmable logic controller)。具有邏輯控制、定時、計數(shù)等功能。20世紀70年代出現(xiàn)了以一位微處理機為核心的可變程序控制器，又稱為工業(yè)控制單元icu(industrial control unit)。它將原來順序控制器中程序的編制和執(zhí)行改由計算機軟件來實現(xiàn)，成為一種新型的工業(yè)控裝置，在順序控制領(lǐng)域開辟了新途徑。1980年前后，出現(xiàn)了可編程控制器pc(programmable controller)，它是在可編程邏輯控制器基礎(chǔ)上進一步發(fā)展而來的

20、。其在功能上不僅繼承了plc原有的功能，而且有順序控制、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和通訊等更為強大的功能，指令系統(tǒng)豐富，程序結(jié)構(gòu)靈活。為區(qū)別與個人計算機pc，人們通常稱可編程控制器為plc。當(dāng)前plc主要是朝著小型化、廉價化、標準化、高速化、智能化、大容量化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。第一章 緒 論1.1 課題背景當(dāng)今，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)和國防的現(xiàn)代化，要求機械產(chǎn)業(yè)不斷地提供各種先進設(shè)備，如電力機車、內(nèi)燃機車、各種車輛、起重運輸機械、裝卸機械、工程機械、養(yǎng)路機械等設(shè)。為制造和維修這些技術(shù)設(shè)備，就必須具備制造各種金屬零件的設(shè)備，如鑄造、鍛造、焊接、沖壓和切削加工設(shè)備等。機械零件的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙程度要

21、求較高，主要靠切削加工來達到，特別是形狀復(fù)雜、精度要求高和表面粗糙程度要求高的零件，往往需要幾道到幾十道切削加工程序才能完成。利用刀具對金屬毛坯進行切削，從而加工出機械零件的工作機械就叫做切削機床，簡稱機床。機床是現(xiàn)代機械制造行業(yè)中最重要的加工設(shè)備，在一般機械制造廠中，機床所擔(dān)負的機械加工工作量，約占機械制造總工作量的40%60%。機床的性能直接影響機械產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和經(jīng)濟化，因此，它是國民經(jīng)濟中具有戰(zhàn)略意義的基礎(chǔ)工業(yè)，機床的擁有量及其先進程度將直接影響到國民經(jīng)濟各部門生產(chǎn)發(fā)展和技術(shù)進步的能力。電力拖動方式經(jīng)過幾十年的發(fā)展、演變，其控制方式也由手動控制逐步向自動控制方向邁進。尤其是在電氣控制

22、迅速發(fā)展的今天，可編程控制器plc在機床上的廣泛應(yīng)用，使機床的加工精度和加工速度都得到了很大的改善，尤其是各種專用機床的成功研發(fā)，為機床的發(fā)展邁出了新的一步。1.2 機床的電氣控制系統(tǒng)機床的運行，一是需要動力，二是需要控制。現(xiàn)代機床主要有電動機提供動力即由電動機拖動機床的主軸和給進系統(tǒng)。實現(xiàn)對主軸轉(zhuǎn)速和給進量的控制是機床控制系統(tǒng)要完成的任務(wù)，有時控制系統(tǒng)還要完成諸如保護、冷卻、照明等系統(tǒng)的控制。機床的電氣控制系統(tǒng)就是用電氣手段為機床提供動力，并實現(xiàn)上述控制任務(wù)的系統(tǒng)。1.2.1 電氣控制系統(tǒng)的組成實現(xiàn)自動控制的手段多種多樣，可以用電氣的方法實現(xiàn)，也可以用機械、液壓、氣動等方法實現(xiàn)。由于現(xiàn)代化的

23、金屬切削機床均采用交流或直流電動機作為原動機，因而電氣自動控制是現(xiàn)代機床的主要控制手段。即使采用其他控制方法，也離不開電氣自動控制的配合，而且電氣自動控制程度越高，機床的加工性能、質(zhì)量和效率也越高。通常，電氣控制系統(tǒng)主要包括以下三個主要環(huán)節(jié)：* 動力部分：他是整個系統(tǒng)的電源供給環(huán)節(jié)，是整個系統(tǒng)的主干，是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量的通道部件，包括動力開關(guān)、電氣控制部件、電動機等。* 生產(chǎn)過程自動控制部件：它是生產(chǎn)過程自動化的核心，也是間接控制、指揮動力電器及系統(tǒng)工作的部件，包括繼電器和各種控制儀表、智能儀表等。* 傳動裝置：該部分是生產(chǎn)機械的連接及傳動環(huán)節(jié)，位于電動機和工作機械之間，如減速箱、皮帶

24、、連軸器等。這三部分之間的關(guān)系如下圖1-1所示。電源控制設(shè)備電動機工作機械傳動機構(gòu)反饋裝置 圖1-1 電氣控制系統(tǒng)示意圖 其中，反饋裝置只在閉環(huán)系統(tǒng)中才會需要，開環(huán)系統(tǒng)則不需要。反饋裝置往往采用控制電動機來實現(xiàn)反饋功能?？刂圃O(shè)備傳統(tǒng)采用繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，因繼電器、接觸器均為帶觸點的控制電器，所以又稱為有觸電系統(tǒng)。為提高系統(tǒng)的工作可靠性，進而出現(xiàn)了以數(shù)字電路為主的無觸點系統(tǒng)。數(shù)字電路發(fā)展很快，從分立元件到集成電路，現(xiàn)又發(fā)展到微型計算機控制系統(tǒng)。 1.2.2 機床電力拖動自動控制系統(tǒng)生產(chǎn)機械一般由三個基本部分組成，即工作機構(gòu)、傳動機構(gòu)和原動機。當(dāng)原動機為電動機時，也就是說有電動機通過傳動機構(gòu)

25、帶動工作機構(gòu)進行工作時，這種拖動方式就稱為電力拖動。一般來說，機床電力拖動系統(tǒng)是將電能轉(zhuǎn)化為機械能，是由使機器動作的電動機、電氣控制裝置、以及電動機和機床運動部件相互聯(lián)系的傳動機構(gòu)組成?？梢苑譃閮刹糠郑弘娏ν蟿硬糠郑ò妱訖C以及使電動機和機床相互連接起來的傳動機構(gòu)）和電氣控制部分。人們把電動機以及與電動機有關(guān)聯(lián)的傳動機構(gòu)合并在一起視為電力拖動部分；把滿足加工工藝要求使電動機啟動、制動、反向、調(diào)速等電氣控制和電氣操作部分視為電氣控制部分，或為電氣自動控制裝置。 第二章 機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的總體方案2.1組合機床概述組合機床是由一些通過用部件和按加工需要而設(shè)計的專用部件組成的高效率自動化或半自

26、動化的專用機床。在此類機床上可進行鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、車削、銑削、磨削及精加工等工序，一般采用多軸、多刀、多工序、多面同時加工，大多具有自動工作循環(huán)。組合機床適用于大批量產(chǎn)品或定型產(chǎn)品的生產(chǎn)。組合機床的通用部件中的動力部件有動力頭和動力滑臺。動力頭能同時完成刀具切削運動和給進運動，而動力滑臺則只能完成給進運動。通用部件中還有支撐部件：滑座、床身、立柱等；控制部件：液壓元件、控制板、按鈕臺、電氣擋鐵等。組合機床的控制系統(tǒng)大多采用機械、液壓、電氣相結(jié)合的控制方式。2.2 立式單面前軸主銷孔上下面組合機床及其構(gòu)成立式單面前軸主銷孔上下面組合機床也可以稱為立式單面粗銑前軸主銷孔上下面組合機

27、床，本機床由一臺1tx50銑削頭、兩個400銑刀盤（銑刀盤厚度小于60毫米，中心孔100毫米）、一個專用立柱、一臺500×300專用液壓移動工作臺、一個整體床身、專用夾具等組成，主要用于汽車前軸主銷孔上下面的加工。同時，機床還配有獨立的電氣柜、液壓站、集中潤滑等裝置、大流量冷卻磁性排屑裝置，并具有高防護。該機床的機械構(gòu)成主要有工作床身、電氣控制柜和液壓站等幾部分。2.2.1 機床的床身機床的床身是完成加工任務(wù)的機械主體，各種加工任務(wù)都是在機床床身上完成加工的。立式單面前軸主銷孔上下面組合機床床身由工作臺、冷卻裝置、排屑裝置、沖屑裝置、潤滑裝置和液壓裝置幾部分組成。機床結(jié)構(gòu)分布圖如圖2

28、-1所示。1）工作臺：將需要加工的零件固定在操作臺上，工件三面定位，液壓夾緊，由主軸電機帶動刀具進行銑削面加工，加工內(nèi)容有移動工作臺配合控制。2）冷卻裝置：采用大流量冷卻，由冷卻電機和油冷電機分別控制。以保證機床工作在允許的溫度范圍，同時也保證機床能夠長時間的處于工作狀態(tài)，在銑削加工過程中不會由于溫度過高而燒壞被加工零件。3）沖屑裝置：將加工產(chǎn)生的鐵屑沖刷掉，保持工作臺的清潔才能保證零件加工的精度。4）排屑裝置：采用磁刮板自動排屑，鐵屑被排放在水槽堆積，排屑電機帶動磁鐵鏈通過磁場作用將其直接排除。5）潤滑裝置：采用遞進式自動集中潤滑，給機床加入潤滑油以減小磨擦。6）液壓裝置：液壓電機控制液壓站

29、，一方面夾緊被加工零件，另一方面移動操作臺進行加工。本機床采用500×300專用液壓移動工作臺用來實現(xiàn)進給運動的動力部件。該滑臺可根據(jù)被加工零件的工藝要求，在其上配置不同形式的切削頭和支承部件組成組合機床，可完成擴孔、鉸孔、鏜孔、車端面、銑削及攻絲工序?；_配有分級進給裝置，可完成深孔加工。圖中符號說明 圖2-1 立式單面前軸主銷孔上下面組合機床的結(jié)構(gòu)分布圖2.2.2 電氣控制柜電氣控制柜是立式單面前軸主銷孔上下面組合機床的電氣控制部分，是本設(shè)計的主要內(nèi)容，電氣控制柜主要用于控制各個電機的運行，從而控制機床的正常銑削加工工作。電氣柜的設(shè)計可分為兩步 。第一步，電氣元件的布置，即在已設(shè)

30、計好的空機柜中布置如可編程控制器plc、熔斷器、交流接觸器、繼電器、直流穩(wěn)壓電源變壓器等電氣元件。布置完之后，按照設(shè)計的電氣原理圖接線。第二步，電氣元件的安裝，即根據(jù)布置后的元器件分布圖，并按照已設(shè)計的電器硬件接線圖接線。此外，電氣控制柜還需安裝空調(diào)和照明燈，空調(diào)用于保證可編程控制器plc以及其它電氣元件正常運行的環(huán)境溫度；照明燈采用門開關(guān)控制，即當(dāng)關(guān)上機柜門時燈滅，當(dāng)打開機柜門時開關(guān)處于閉合狀態(tài)，以便于檢修。2.2.3 液壓站液壓站由各種液壓油缸組成，通過液壓裝置的配合完成被加工機件的加緊以及工作滑臺的進退。2.3 立式單面前軸主銷孔上下面組合機床的加工過程機床的加工工作過程概括起來可分為上

31、件過程、銑削面過程、下件過程和其他輔助動作。1）上件過程上件過程是有夾緊油缸和抱緊油缸及其相應(yīng)裝置相互配合共同完成的。整個過程主要靠手動操作來完成，具體過程是：人工上件后，手動按下夾緊油缸啟動按鈕，夾具夾緊被加工機件；再按下抱緊油缸，被加工機件被抱緊。2） 銑削面過程銑削面過程是整個加工過程的核心環(huán)節(jié)，它是半自動化的加工過程。該加工過程的完成主要是依賴主軸電機和液壓移動工作臺的協(xié)同工作。其具體過程如下：在上件過程結(jié)束后工件已被放到工作臺上，通過相應(yīng)按鈕啟動半自動加工程序，移動工作臺在相應(yīng)的液壓油缸的驅(qū)動下開始移動，移動工作臺快進到移動工作臺終點，與此同時主軸電機啟動，接著工作臺工進，銑刀具在主

32、軸電機的帶動下開始對工件進行銑面加工，銑面完成后工作臺經(jīng)快退和緩?fù)说竭_原位，此時銑面過程完成，主軸電機終止工作。3）下件過程該過程與上件過程相似，也是有夾緊油缸、抱緊油缸以及相應(yīng)的夾具和抱緊裝置共同完成，只是各工作部件的哦那個做次序不同。具體操作是：按下抱緊油缸松開按鈕接著按下夾緊油缸的松開按鈕，松開被加工工件。然后人工卸件。若進行連續(xù)加工時，下一個工件上件時前一個工件自動下件。4）其他動作機床要順利的完成工件的加工還會需要其它的輔助加工過程，比如：冷卻過程、潤滑過程、沖屑過程、排屑過程等。這些過程雖是起輔助作用的，但也是順利完成工件加工不可缺少的過程，且每一步都會影響到加工的效果。故這些過程

33、的操作和控制也應(yīng)密切的關(guān)注。機床進行工件加工各過程動作順序示意圖如圖2-2所示圖2-2 機床動作工序圖2.4 機床加工過程的控制要求該組合機床是為了完成汽車前軸主銷孔的上下面的銑削而設(shè)計的，要順利的完成加工目標，其機械運動過程中的電力拖動需要滿足一些控制要求。（1） 該專用機床的主運動和進給運動之間沒有速度比例協(xié)調(diào)的要求，故主軸和移動工作臺各自采用單獨的三相交流異步電動機拖動。（2） 主軸電機m1是在空載時直接啟動的，為完成順銑和逆銑，要求電機可以正反轉(zhuǎn)。可根據(jù)刀具的種類預(yù)先選擇轉(zhuǎn)向，在加工過程中不允許變換轉(zhuǎn)向。（3） 為減小負載波動對銑刀轉(zhuǎn)速的影響以保證加工質(zhì)量，主軸上裝有飛輪，其轉(zhuǎn)動慣性較

34、大。因此，要求主軸電動機有停車制動控制，以提高工作效率。（4） 為縮短調(diào)整運動的時間，提高生產(chǎn)效率，工作臺配有快速移動控制。（5） 為適應(yīng)加工的需要，主軸轉(zhuǎn)速與進給速度應(yīng)有較寬的調(diào)節(jié)范圍。設(shè)計的專用機床是采用機械變速的方法，通過改變變速箱傳動比來實現(xiàn)的。為保證變速時齒輪易于嚙合，減小齒輪槽面的沖擊，要求變速時有電動機沖動控制。（6） 冷卻泵由一臺電動機拖動，供給銑削時的冷卻液。2.5 plc電氣控制系統(tǒng)的選定2.5.1 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)和內(nèi)容生產(chǎn)機械電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本任務(wù)是根據(jù)控制要求設(shè)計、編制出設(shè)備制造和使用維修過程中所必須的圖樣、資料等。圖樣包括電氣原理圖、電氣系統(tǒng)的組件劃分圖、

35、元器件布置圖、安裝接線圖、電氣箱圖、元器件安裝底板圖和非標準件加工圖等，另外，還要編制外購件目錄、單臺材料消耗清單、設(shè)備說明書等文字資料。電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容包括兩個基本的方面：一個是原理設(shè)計，即要滿足生產(chǎn)機械和工藝的各種控制只要求；另一個是工藝設(shè)計，即要滿足電氣控制裝置本身的制造、使用和維修的需要。原理設(shè)計決定著生產(chǎn)機械設(shè)備的合理性與先進性；工藝設(shè)計決定電氣控制系統(tǒng)是否具有生產(chǎn)可行性、經(jīng)濟性、美觀、使用維修方便等特點，所以電氣控制系統(tǒng)設(shè)計要全面考慮兩方面的內(nèi)容。2.5.2 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的原則電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計一般應(yīng)遵循以下幾項原則：v 最大限度的滿足生產(chǎn)機械和生產(chǎn)工藝對電氣控制系統(tǒng)的要

36、求。電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)主要來源于生產(chǎn)機械和生產(chǎn)工藝的要求。v 設(shè)計方案要合理。在滿足控制要求的前提下，設(shè)計方案應(yīng)力求簡單、經(jīng)濟、便于操作和維修，不要盲目追求高指標和自動化。v 機械設(shè)計和電氣設(shè)計應(yīng)相互配合。許多生產(chǎn)機械采用機電結(jié)合控制的方式來實現(xiàn)控制要求，因此要從工藝要求、制作成本、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、使用維護方便等方面協(xié)調(diào)處理好機械和電氣的關(guān)系。v 確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作。2.5.3 plc控制方案的選擇該機床控制系統(tǒng)可分手動和自動兩部分，其中自動控制部分有不同的控制方案，既可選擇繼電接觸器控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制，也可以用微機(mc)實現(xiàn)，又可選擇plc實現(xiàn)自動控制，下面就以第一種和第三種這兩

37、種控制方案進行比較選擇：Ø 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)是針對一定得生產(chǎn)機械，固定的生產(chǎn)工藝而設(shè)計，采用硬接線方式安裝而成，只能進行開關(guān)量的控制；而plc采用軟件編程來時此案各種控制功能，只要改變程序，就可適應(yīng)生產(chǎn)工藝的改變，并且可以實現(xiàn)開關(guān)量和模擬量的控制，因而適應(yīng)性強。Ø 傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)中，隨著控制對象的增多，必然要增加繼電器數(shù)目，提高系統(tǒng)的運營成本；而對于plc來說，只需要該變程序就可以實現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能。Ø 繼電接觸器控制系統(tǒng)在長期使用的過程中，受接觸不良和觸點壽命的影響，可靠性低；plc由于采用了微電子和計算機技術(shù)，可靠性比較高，抗干擾能力強。

38、16; 繼電接觸器控制系統(tǒng)要擴充、改裝都必須重新設(shè)計重新配置；而plc在i/o點數(shù)及內(nèi)容允許范圍內(nèi)，可以擴充。Ø 與傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)相比，plc體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、開發(fā)周期短，安裝和維護工作量小，plc還有完善的監(jiān)控和自診斷功能，可以及時發(fā)現(xiàn)和排除故障。 微機控制和plc控制在實現(xiàn)自動控制上也有所差異。簡言之，微機是通用的專用機，而plc是專用的通用機，下面就此兩種控制方式進行比較：Ø 應(yīng)用范圍 微機除應(yīng)用于控制領(lǐng)域外，還大量用于科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理、計算機通信等方面。plc主要用于工業(yè)控制。Ø 使用環(huán)境 微機對環(huán)境要求較高，一般要在干擾小，具有一定的溫

39、度和濕度要求的機房內(nèi)使用。plc主要用于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。Ø 輸入輸出 微機系統(tǒng)的i/o設(shè)備與主機之間采用微電聯(lián)系，一般不需要電氣隔離。plc一般控制強電設(shè)備，需要電氣隔離，輸入輸出均用“光-電”耦合，輸出還采用繼電器、晶閘管或大功率晶體管進行功率放大。Ø 程序設(shè)計 微機具有豐富的程序設(shè)計語言，例如匯編語言、fortran語言、cobol語言、pascal語言、c語言等，其語句多，語法關(guān)系復(fù)雜，要求使者必須具有一定水平的計算機硬件和軟件知識。plc提供給用戶的編程語句數(shù)量少，邏輯簡單，易于學(xué)習(xí)和掌握。Ø 系統(tǒng)功能 微機系統(tǒng)一般配有較強的系統(tǒng)軟件，例如操作系統(tǒng)，能進行設(shè)

40、備管理、文件管理、存儲器管理等，它還配有許多應(yīng)用軟件，以方便用戶。plc一般只有簡單的監(jiān)控程序，能完成故障檢查，用戶程序的輸入和修改、用戶程序的執(zhí)行和監(jiān)視等功能。Ø 運算速度和存儲容量 微機運算速度快，一般為微秒級。因有大量的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，故存儲容量大。plc因接口的響應(yīng)速度慢而影響數(shù)據(jù)處理速度。一般接口響應(yīng)速度為2ms，plc巡回檢測速度為每千字8ms。plc的軟件少，編程也簡短，故內(nèi)存容量小。Ø 價格 微機是通用機，功能完善，故價格較高。plc是專用機，功能較少，其價格是微機的十分之一左右。 基于以上的比較，plc在性能上比繼電接觸器邏輯控制優(yōu)異，在價格上低于微機

41、，且適用于工業(yè)化控制環(huán)境，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，因此在該機床的自動控制系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)選擇plc控制系統(tǒng)。第3章 plc電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計3.1 plc簡介3.1.1 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理plc是微機技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其核心部件是微處理器，它是一種用于控制的特殊計算機，因此其基本組成與一般的微機類似。plc的硬件主要有中央處理器、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口、電源等部分組成。其中，cpu是plc的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備與cpu之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計算機等外設(shè)連接，如圖3-1所示。編程器 輸入單元輸出單元用戶程序存

42、儲器系統(tǒng)程序存儲器中央處理單元電源 圖3-1 plc組成框圖當(dāng)plc運行時，是通過執(zhí)行反應(yīng)控制要求的用戶程序來完成控制任務(wù)的，需要執(zhí)行眾多的操作，但cpu不可能同時去執(zhí)行多個操作，它只能按分時操作（串行工作）方式，每一次執(zhí)行一個操作，按順序逐個執(zhí)行。由于cpu的運算處理速度快，所以從宏觀上來看，plc外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時（并行）完成的。這種串行工作過程稱為plc的掃描工作方式。用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時，掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行程序，周而復(fù)始重復(fù)運行。plc的掃描工作方式與繼電器-接觸

43、器的工作原理明顯不同。繼電器-接觸器控制采用硬邏輯的并行工作方式，如果某個繼電器的線圈通電或斷電，那么該繼電器所有常開和常閉觸點不論處在控制線路的哪個位置上，都會立即同時動作；而plc采用掃描工作方式（串行工作方式），如果某個軟繼電器的線圈被接通或斷開，其所有的觸點不會立即動作，必須等掃描到該點時才會動作。但由于plc的掃描速度快，通常plc與繼電器-接觸器控制在i/o的處理結(jié)果上并沒有什么差別。3.1.2 三菱fx2n系列plc及其指令fx2n系列plc是超小型機，i/o點數(shù)最大可擴展到256點。它有內(nèi)置8k步的ram，使用存儲卡盒后，最大容量可擴大到16k步，編程指令可達到327條。plc

44、運行時，對一條基本指令的處理時間只要0.08us。它不僅能完成邏輯控制、順序控制、模擬量控制、位置控制、高速計數(shù)等功能，還能做數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)排列、三角函數(shù)運算、平方根以及浮點數(shù)運算、pid運算等更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。所以，fx2n系列plc具有容量大、運行速度快、指令功能完善等特點。在fx2n系列plc基本單元上，可連接擴展單元、擴展模塊以及各種功能的特殊單元、特殊模塊，還可以在基本單元左側(cè)接口上，連接一臺功能擴展板，完成fx2n系列plc與各種外部設(shè)備的通信，實現(xiàn)模擬量控制功能。通過功能擴展板還可以將fx0n系列適配器與fx2n系列基本單元連接，增強plc與外部設(shè)備的通信功能。三菱公司fx2n

45、系列plc的指令包括基本邏輯指令和功能指令。3.2 plc電氣控制設(shè)計思想3.2.1 plc控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的目的在于實現(xiàn)被控對象即生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在plc電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計上應(yīng)遵循以下基本原則：Ø 最大限度的滿足被控對象的控制要求。設(shè)計前應(yīng)深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，搜集資料，并與機械部分的設(shè)計人員和實際操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題。Ø 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，使用及維修方便。Ø 保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。Ø 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展

46、和工藝的改進，在選擇plc容量時，應(yīng)適當(dāng)保留余量。3.2.2 plc控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容與步驟plc控制系統(tǒng)是由plc與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的。因此，plc控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容應(yīng)包括：Ø 選擇用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象（電動機、電磁閥等）。Ø plc的選擇。plc是plc控制系統(tǒng)的核心組成部件。正確選擇plc對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟技能指標起著重要的作用。plc的選擇應(yīng)包括機型的選擇、容量的選擇、i/o模塊的選擇、電源模塊的選擇等。Ø 分配i/o點，繪

47、制i/o連接圖。Ø 設(shè)計控制程序。包括設(shè)計梯形圖、語句表（即程序清單）或控制系統(tǒng)流程圖。Ø 設(shè)計控制柜。編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。包括說明書、電氣圖及電器元件明細表等。plc控制系統(tǒng)的設(shè)計一般包括以下步驟。v 根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。如需要完成的動作（動作順序、動作條件、必須的保護和聯(lián)鎖等）、操作方式（手動、自動；連續(xù)、單周期、單步等）。v 根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。據(jù)此確定plc的i/o點數(shù)。v 選擇plc。v 分配plc的i/o點，設(shè)計i/o連接圖。v 進行plc程序設(shè)計，同時可進行控制柜的設(shè)計和現(xiàn)場施工。第四章 plc的選擇4.1 plc機型的選

48、擇機型選擇的基本原則應(yīng)是在功能滿足要求的情況下，保證可靠、維護使用方便以及最佳的性能價格比。具體應(yīng)考慮以下幾方面。v 結(jié)構(gòu)合理 對于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較?。┑膱龊希x用整體式結(jié)構(gòu)；其他情況則選用模塊式結(jié)構(gòu)plc。v 功能合理 對于開關(guān)量控制的工程項目，對其控制速度無須考慮，一般的低檔機就能滿足要求。對于以開關(guān)量為主、帶少量模擬量控制的項目，可選用帶a/d、d/a轉(zhuǎn)換、加減運算、數(shù)據(jù)傳輸功能的低檔機。對于控制比較復(fù)雜、控制功能要求高的工程項目，可視其控制規(guī)模及復(fù)雜的程度，選用中檔或高檔機。v 機型統(tǒng)一 因為機型統(tǒng)一的plc，其模塊可以互為備用，便于備品備件的采購和管理；其功能

49、和編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā)；其外圍設(shè)備通用，資源可共享，配以上位機后，可把控制各獨立系統(tǒng)的多臺plc連成一個多級分布式控制系統(tǒng)，相互通信、集中管理。v 是否在線編程 plc的特點之一是使用靈活。當(dāng)被控設(shè)備的工藝工程改變時，只需用編程器重新修改程序，就能滿足新的工藝要求，給生產(chǎn)帶來很大方便。是否在線編程，應(yīng)根據(jù)被控設(shè)備工藝要求的不同來選擇。對于產(chǎn)品定型的設(shè)備和工藝不常變動的設(shè)備，宜選用離線編程的plc；反之，可考慮選用在線編程的plc。4.2 輸入/輸出的選擇4.2.1 系統(tǒng)i/o點數(shù)的估算1 控制電磁閥等所需的i/o點數(shù)。由電磁閥的工作原理可知，一個單線圈

50、電磁閥用可編程控制器控制時需要兩個輸入及一個輸出；一個雙線圈電磁閥需要三個輸入及兩個輸出；一個按鈕需一個輸入；一個光電開關(guān)需一個或兩個輸入；一個信號燈需一個輸出；波段開關(guān)有幾個波段就有幾個輸入；一般情況 ，各種位置開關(guān)都需要占用兩個輸入點。2 控制交流電動機所需i/o點數(shù)。用可編程序控制器控制交流電動機時 ，是以主令信號和反饋信號作為可編程序控制器的輸入信號；以可編程序控制器作為控制器，用它的輸出信號驅(qū)動執(zhí)行元件來完成對交流電動機的控制。3 控制直流電動機所需i/o點數(shù)。晶閘管直流電動機調(diào)速系統(tǒng)是直流調(diào)速的主要形式，它采用晶閘管整流裝置對直流電動機供電。用可編程控制器控制的直流傳速系統(tǒng)中，可變

51、程序控制器的輸入除考慮主令信號外，還需考慮合閘信號、傳動裝置綜合故障信號、抱閘信號、風(fēng)機故障信號等?？勺兂绦蚩刂破鞯妮敵鲋饕紤]速度指令信號正向13級、反向13級、允許合閘信號、抱閘打開信號等。典型傳動設(shè)備及電氣元件所需可變程序控制器i/o點數(shù)的估計如表4-1所示。序號電氣設(shè)備、元件輸入點數(shù)輸出點數(shù)i/o總點數(shù)1y-啟動的籠型電動機4372單向運行的籠型電動機4153可逆運行的籠型電動機5274單向變極電動機 5385可逆變極電動機64106單向運行的直流電動機96157可逆運行的直流電動機128208單線圈電磁閥2139雙線圈電磁閥32510比例閥35811按鈕開關(guān)1-112光電開關(guān)2-21

52、3信號燈-1114撥碼開關(guān)4-415三檔波段開關(guān)3-316行程開關(guān)1-117接近開關(guān)1-118抱閘-1119風(fēng)機-1120位置開關(guān)2-2表 4-1 典型傳動設(shè)備及電氣元件所需可變程序控制器i/o點數(shù)4.2.2 輸入輸出模塊的選擇可編程序控制器輸入模塊是檢測并轉(zhuǎn)換來自現(xiàn)場設(shè)備（按鈕、限位開關(guān)、接近開關(guān)等）的高電平信號，模塊類型分直流5、12、24、68、60v幾種；交流115v和220v兩種。由現(xiàn)場設(shè)備與模塊之間距離的遠近程度選擇電壓的大小。一般5v、12v、24v屬于低電平，傳輸距離不宜太遠（如5v的輸入模塊最遠不能超過10m），也就是說，距離較遠的設(shè)備選用較高電壓的模塊比較可靠。另外，高密度

53、的輸入模塊如32點、64點，同時接通點數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般來講，同時接通點數(shù)不得超過60%。為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須考慮門檻（接通電平和關(guān)斷電平之差）電平的大小。門檻電平值越大，抗干擾能力越強，傳輸距離也就越遠。 輸出模塊的任務(wù)是將機器內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換為外部過程的控制信號。對于開關(guān)頻率高 、電感性、低功率因數(shù)的負載，推薦使用晶閘管輸出模塊，缺點是模塊價格高，過載能力稍差。繼電器輸出模塊優(yōu)點是適用電壓范圍寬，導(dǎo)通壓降損失小，價格便宜，缺點是壽命較短，響應(yīng)速度較慢。輸出模塊同時接通點數(shù)的電流累計值必須小于公共端所允許通過的電流值。輸出模塊的電流值必須大于負載電流的額定值。4.3 內(nèi)存估

54、計用戶程序所需內(nèi)存容量受到以下幾個方面的影響：內(nèi)存利用率，開關(guān)量輸入輸出點數(shù)，模擬量輸入輸出點數(shù)，用戶的編程水平。4.3.1 內(nèi)存利用率用戶程序通過編程器鍵入主機內(nèi)，最后是以機器語言的形式存放在內(nèi)存中。同樣的程序，不同廠家的產(chǎn)品，再把用戶程序變成機器語言存放時所需的內(nèi)存數(shù)是不同的。我們把一個程序段中的接點數(shù)與存放該程序段所代表的機器語言所需的內(nèi)存字數(shù)的比值稱為內(nèi)存利用率。高的利用率給用戶帶來好處。同樣的程序可以減少內(nèi)存量，從而降低內(nèi)存投資。另外，同樣的程序可縮短掃描周期時間，從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。4.3.2 開關(guān)量輸入輸出點數(shù)可變程序控制器開關(guān)量輸入輸出總點數(shù)是計算所需內(nèi)存存儲器容量的重要依

55、據(jù)。一般系統(tǒng)中，開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出的比為6:4。這方面的經(jīng)驗公式是根據(jù)開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出的總點數(shù)給出的。所需內(nèi)存字數(shù)=開關(guān)量（輸入+輸出）總點數(shù)×104.3.3 模擬量輸入輸出點數(shù)具有模擬量控制的系統(tǒng)就要用到數(shù)字傳送和運算的功能指令，這些功能指令的利用率較低，因此所占的內(nèi)存數(shù)較多。在只有模擬量輸入的系統(tǒng)中，一般要對模擬量進行讀入、數(shù)字濾波編成子程序使用，這樣會使所占內(nèi)存大大減少，特別是在模擬量路數(shù)比較多時，每一路模擬量的內(nèi)存數(shù)會明顯減少。以下為一般情況下的經(jīng)驗公式：只有模擬量輸入時：所需內(nèi)存字數(shù)=模擬量點數(shù)×100模擬量輸入輸出同時存在：所需內(nèi)存字數(shù)=模擬量點數(shù)×200這些經(jīng)驗公式的算法是在10點模擬量左右，當(dāng)點數(shù)小于10時，內(nèi)存字數(shù)要適當(dāng)加大，點數(shù)多時，可適當(dāng)減少。4.3.4 程序編寫質(zhì)量用戶程序優(yōu)劣對程序長短和