機械電子工程畢業(yè)論文-基于plc的組合機床液壓系統(tǒng)的設計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　基于PLC的組合機床液壓系統(tǒng)的設計</p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導教師的指

2、導下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設計任務書</b></p><p>　　設計題目： 基于PLC的組合機床液壓系統(tǒng)設計

3、 </p><p><b>　　課題意義及目標</b></p><p>　　可編程控制器（PLC）在機械制造領(lǐng)域的應用越來越廣泛。該課題是將可編程控制器和液壓系統(tǒng)結(jié)合起來，利用PLC的高效控制能力來實現(xiàn)組合機床液壓系統(tǒng)的控制。</p><p>　　通過本次畢業(yè)設計學生應該綜合運用所學的基礎(chǔ)理論

4、知識，完成組合機床液壓系統(tǒng)原理圖的設計，編寫PLC程序來控制液壓回路，并且能夠利用液壓實驗臺實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的控制，為以后從事機械方面的工作打好基礎(chǔ)。</p><p><b>　　2．主要任務</b></p><p>　?。?）根據(jù)工作條件設計液壓系統(tǒng)原理圖；</p><p>　?。?）液壓回路的程序設計；</p><p>

5、　　（3）利用液壓實驗臺調(diào)試程序；</p><p>　?。?）編寫設計說明書。</p><p><b>　　3．主要參考資料</b></p><p>　　[1]史宜巧，孫業(yè)明.PLC技術(shù)及應用項目教程[M].機械工業(yè)出版社.2009,1.</p><p>　　[2]周美蘭.PLC電氣控制與組態(tài)設計[M].科學出版社.20

6、03.</p><p>　　[3]劉艷梅.三菱PLC基礎(chǔ)與系統(tǒng)設計[J].機械工業(yè)出版社.2009.</p><p><b>　　4．進度安排</b></p><p>　　審核人： 年 月 日</p><p>　　基于PLC的組合機床液壓系統(tǒng)的設計</p>

7、<p>　　摘 要：組合機床是由通用部件和專用部件組成的一種自動化程度較高的機床，動力滑臺是組合機床的通用部件，通過液壓系統(tǒng)可使滑臺完成一定的動作循環(huán)。本論文根據(jù)給定的工作條件首先完成了組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)的設計計算，擬定了液壓系統(tǒng)原理圖，選定了液壓元件，并根據(jù)液壓系統(tǒng)工作原理圖完成了電氣控制電路設計；再設計了PLC控制程序，繪制出梯形圖，通過PLC的輸入輸出控制液壓回路中電磁閥工作，最后以液壓實驗臺為平臺實現(xiàn)組合機床液

8、壓系統(tǒng)控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：組合機床，液壓系統(tǒng)，電氣控制</p><p>　　Design of hydraulic system for hydraulic system based on PLC</p><p>　　Abstract: Combination of machine tools is a high degree of automati

9、on by the common parts and special components of the machine tools, power slide is a common component combination machine， slip can be allowed to complete certain operation cycle through the hydraulic system. In this pap

10、er, according to the given operating conditions ，the first thing to have completed is the design and calculation of composite machine tool power sliding hydraulic system. Next, this design stood out a hydraulic sy</p&

11、gt;<p>　　Keywords: Combined machine tool，Hydraulic system，Electrical control.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 前言1</b></p><p>　　1.1 組合機床的概述1<

12、/p><p>　　1.2 可編程控制器PLC概述1</p><p>　　2 組合機床液壓系統(tǒng)的設計3</p><p>　　2.1 明確設計要求給定工作參數(shù)3</p><p>　　2.2 工況分析3</p><p>　　2.2.1 根據(jù)已知條件繪制運動部件的速度循環(huán)圖3</p><p&

13、gt;　　2.2.2 進行負載運算4</p><p>　　2.3 確定液壓缸的工作壓力和尺寸5</p><p>　　2.4 擬定液壓系統(tǒng)原理圖7</p><p>　　2.4.1 初步模擬液壓系統(tǒng)8</p><p>　　2.5 液壓系統(tǒng)的驗算11</p><p>　　3 電氣控制及電路設計15<

14、/p><p>　　3.1 電路設計的步驟15</p><p>　　3.2 設計中的注意事項15</p><p>　　3.3 繪制電氣圖16</p><p>　　3.4 選擇電氣元件17</p><p>　　3.5 選用電氣元件及建立輸入輸出變量18</p><p>　　4 PL

15、C控制系統(tǒng)20</p><p>　　4.1 PLC液壓控制系統(tǒng)在組合機床中的應用簡述20</p><p>　　4.2 PLC控制簡述22</p><p>　　4.3 PLC選擇及電器電路的控制設計24</p><p>　　4.3.1 系統(tǒng)設計的原則24</p><p>　　4.3.2 選擇PLC的型

16、號24</p><p>　　4.3.3 PLC型號的確定24</p><p>　　4.4PLC的工作原理及工作過程25</p><p>　　5 設計梯形圖28</p><p>　　5.1 程序設計語句表28</p><p>　　5.2 根據(jù)電氣圖畫出梯形圖28</p><p&g

17、t;<b>　　6 結(jié)論30</b></p><p><b>　　參考文獻31</b></p><p><b>　　致 謝32</b></p><p><b>　　1 前言</b></p><p><b>　　組合機床的概述</

18、b></p><p>　　組合機床的出現(xiàn)使得近現(xiàn)代機械行業(yè)得到迅猛發(fā)展。其最早用于汽車零件的加工，各個機床制造廠都有其各自的通用部件標準。二十世紀五十年代才規(guī)范了標準的生產(chǎn)部件。</p><p>　　組合機床自從誕生之日起，就以其特有的快速多變的重組性、靈活多樣的可調(diào)性，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，特別是組合機床在車輛、儀表、大型機械制造及軍工等部門得到了廣泛的應用。組合機床具有

19、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、工作可靠，使用維修方便，設計和制造周期短，投資少，經(jīng)濟效益好，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動強度低。而且組合機床的通用部件和標準零件可以重復利用，不必另行設計和制造。況且由于組合機床采用專用夾具、刀具和導向裝置等，對操作工人的技術(shù)要求不高，加工質(zhì)量靠加工工藝保證，易于連成組合機床自動生產(chǎn)線，很適用于大規(guī)模的生產(chǎn)要求。</p><p>　　組合機床的主要構(gòu)成包括床身、底座、工作臺、液壓動力滑臺、液壓站、銑

20、削動力頭、工件松/緊油缸等。</p><p>　　可編程控制器PLC概述</p><p>　　隨著組合機床的大量使用及其在生產(chǎn)中有著大量的需求，各個公司廠房制造出很多專用型號的機床。而液壓系統(tǒng)又在組合機床中得到了大量的運用。使這些機床能夠?qū)嵭袛?shù)控，可編程控制器的出現(xiàn)，采用可編程控制系統(tǒng)對液壓系統(tǒng)進行對接控制，這樣在性能和效率上得到大大的提升。因此，采用PLC對機床實行液壓控制進行技術(shù)改造很

21、有必要。</p><p>　　隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，存儲邏輯開始進入工業(yè)控制領(lǐng)域?？删幊绦蚩刂破髯鳛橥ㄓ玫墓I(yè)控制計算機，是存儲邏輯在工業(yè)應用的代表性成果。</p><p>　　在PLC的發(fā)展初期，由于其價格高于繼電器控制裝置，使得其應用受到限制。但近十年來，PLC的應用面越來越廣，其主要原因：微處理器芯片及有關(guān)元件的價格大幅度下降，使得PLC的成本下降；PLC的功能大大增強，也能解決復雜

22、的計算和通信問題。</p><p>　　PLC的應用范圍通?？煞殖晌孱悾喉樞蚩刂啤⑦\動控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理和通信網(wǎng)絡。PLC的技術(shù)指標包括硬件指標和軟件指標。硬件指標又包括一般指標、輸入特性和輸出特性。一般指標主要體現(xiàn)在環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、使用環(huán)境、抗振、抗沖擊、抗噪聲、抗干擾和耐壓等性能上。軟件指標主要主要包括程序容量、編程語言、通信功能、運行速度，指令類型、元件種類和數(shù)量等。程序容量是指PLC的內(nèi)存和外存

23、大小，一般從幾KB到上百KB。存儲器的類型一般為RAM、EEPROM和EPROM.編程語言是指有多少種語言支持編制用戶程序。通信功能是指PLC是否具有通信能力，具有何種通信能力。一般可分為遠程I/O通信、計算機通信、點對點通信、高速總線、MAP網(wǎng)。當前，通信能力是衡量PLC性能的一項主要指標。運行速度是指操作處理時間的長短，可以用基本指令來衡量，時間越短越好，一般在微妙級以下。指令的功能越強大，說明PLC的性能越好。元件的數(shù)量和種類的多

24、少不僅反映了PLC的性能，也說明了PLC的規(guī)模。</p><p>　　PLC在硬件上的組成由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）接口、電源、外部設備等。輸入單元接受和采集的輸入信號一種是限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)等開關(guān)量輸入信號；另一種是電位器和其他一些傳感器傳來的模擬量輸入信號。</p><p>　　本課題主要是為了運用PLC來控制液壓系統(tǒng)，通過液壓回路能夠?qū)崿F(xiàn)

25、組合機床的正常工作運轉(zhuǎn)。</p><p>　　2 組合機床液壓系統(tǒng)的設計</p><p>　　明確設計要求給定工作參數(shù)</p><p>　　選用型號XK6140的組合機床。</p><p>　　工作循環(huán)：工作臺快進——工作臺工進——工作臺快退——停止</p><p>　　給定運動部件的重量G=2000N，工進速度為0

26、.05～1m/min，最大行程為400mm,工進行程為200mm，最大切屑力為20000N，采用平面導軌。安全系數(shù)為。給定靜摩擦系數(shù)?i=0.2,動摩擦系數(shù)?d=0.1。啟動、制動時間為</p><p><b>　　2.2 工況分析</b></p><p>　　根據(jù)已知條件繪制運動部件的速度循環(huán)圖</p><p>　　如圖2.1所示，然后計算

27、出各階段的負載并繪制負載圖。</p><p>　　圖2.1 速度循環(huán)圖</p><p><b>　　進行負載運算</b></p><p>　　液壓缸在工作過程中各階段的負載為：</p><p><b>　　啟動階段</b></p><p>　　F=F?i/=?iG/=0.2

28、×2000/0.9≈444（N）[9]</p><p><b>　　加速階段</b></p><p>　　F=(F?d+Fa)/ </p><p>　　=(0.1×2000+2000/9.8×4/0.25×60)/0.9≈283(N)[9]</p><p><b>　　快

29、進、快退階段</b></p><p>　　F=F?d/=0.1×2000/0.9≈222(N)[9]</p><p><b>　　工進階段</b></p><p>　　F=(F?d+Fc）/=（0.1×2000+20000）/0.9≈22444（N)[9]</p><p>　　根據(jù)上述計算

30、結(jié)果，列出液壓缸各工作階段所受的外負載（見表2.1），并畫出負載循環(huán)圖（見圖2.2）。</p><p>　　圖2.2 負載循環(huán)圖</p><p><b>　　表2.1</b></p><p>　　確定液壓缸的工作壓力和尺寸</p><p>　　根據(jù)負載查表2.2，并類比同類組合機床，取液壓缸的工作壓力p=3.5MPa。

31、</p><p><b>　　表格2.2</b></p><p><b>　　液壓缸的內(nèi)徑為：</b></p><p><b>　　[14]</b></p><p>　　取直徑為D=90mm。</p><p>　　液壓缸快進與快退速度相等，采用單活塞桿缸

32、差動連接，d=0.71D,</p><p>　　d=0.71D=0.71×90=63.9（mm）</p><p>　　取標準活塞桿直徑，d=60mm。</p><p>　　由D=90mm,d=60mm可計算出：</p><p>　　液壓缸無桿腔有效作用面積[15]</p><p><b>　　有桿腔

33、有效作用面積</b></p><p><b>　　活塞桿面積</b></p><p>　　最小穩(wěn)定流量最小工進速度</p><p>　　液壓缸有效作用面積能滿足其最低工進速度要求。</p><p>　　根據(jù)負載循環(huán)圖、速度循環(huán)圖和液壓缸的有效作用面積，并取工進時的背壓0.4MPa，快進時的背壓0.3MPa，計

34、算出液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率，見表1——1，繪制出液壓缸的工況圖，如圖2.3所示。</p><p><b>　　圖2.3 工況圖</b></p><p>　　2.4 擬定液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　2.4.1 初步模擬液壓系統(tǒng)</p><p>　　(1)確定供油方式及調(diào)速方式</p>

35、;<p>　　由液壓缸工況圖（圖2.3）可知，本系統(tǒng)功率小，負載變化不大，工進速度低且要求穩(wěn)定，故選用調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速。為獲得更低的穩(wěn)定速度并防止前沖現(xiàn)象，可采用進油節(jié)流調(diào)速在回油路上加背壓閥的調(diào)速方案。油路循環(huán)的方式采用開式油路。同時從工況圖可見，液壓缸工進時壓力高、流量小，快進、快退時壓力小、流量大，為提高系統(tǒng)效率，采用雙液壓泵的供油方式。</p><p>　　(2)速度換接方式的選擇</p

36、><p>　　采用單活塞桿缸，采用差動快速運動回路。為使快進轉(zhuǎn)工進時位置準確，平穩(wěn)可靠，選用行程閥控制的速度換接回路。</p><p>　　(3)換向回路的選擇</p><p>　　該系統(tǒng)對換向平穩(wěn)性要求不高，所以選用電液換向閥控制的換向回路，為了實現(xiàn)液壓缸差動連接，選用三位五通電液換向閥。</p><p>　　(4)壓力控制回路的選擇</

37、p><p>　　采用雙液壓泵供油方式，采用液控順序閥實現(xiàn)低壓泵卸荷，而用溢流閥調(diào)整高壓泵的供油方式。</p><p>　　圖2.4 液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　表2.3 液壓元件及型號</p><p>　　2.4.2 液壓元件的選擇</p><p><b>　　(1)液壓泵選擇</b>&

38、lt;/p><p>　?、僖簤罕米罡吖ぷ鲏毫?lt;/p><p><b>　　[13]</b></p><p>　?、谝簤罕玫牧髁看_定，取K=1.1</p><p><b>　　[13]</b></p><p>　?、垡簤罕玫囊?guī)格。查閱手冊，選用YB-10/10雙聯(lián)泵，其基本參數(shù)為：

39、排量V=10mL/r，泵的額定壓力為,效率=0.8.</p><p>　?、芘c液壓泵匹配的電動機的選定。根據(jù)分析，最大功率發(fā)生在停止時，溢流閥調(diào)定壓力為5.5MPa，卸荷閥卸荷壓力為0，則所需電動機功率為</p><p>　　P=10×10×5.5×10/（60×0.8）≈1.15（kW）</p><p>　　查閱電動機產(chǎn)品樣

40、本，選用Y90L-4型電動機，其額定功率為1.1kW,額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。</p><p><b>　　(2)液壓閥的選擇</b></p><p>　　按通過各元件的最大流量選擇液壓元件的規(guī)格，見表1—2。</p><p><b>　　(3)確定管道尺寸</b></p><p>　　管通尺

41、寸一般參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按照管路允許流速進行計算。本系統(tǒng)主油路流量為差動時流量q=40L/min,壓油管的允許流速為4m/s，則管道內(nèi)徑為</p><p>　　(4)液壓油箱容積的確定</p><p>　　2.5 液壓系統(tǒng)的驗算</p><p>　　（1）判斷流態(tài)。該系統(tǒng)油管長度為2m，規(guī)格為18×1.5，選用L-HM32液壓油（運動

42、乘方v=32×10mm/s），按40℃時計算</p><p><b>　　[16]</b></p><p><b>　　為層流。</b></p><p><b>　?。?）沿程壓力損失</b></p><p>　　式中：為黏度；為管長。</p><

43、p><b>　　(3)局部壓力損失</b></p><p>　　根據(jù)分析，與較小，不作詳細分析。</p><p>　?。?）局部壓力損失。按計算。</p><p><b>　?、倏爝M時。</b></p><p>　　進油路上：閥5 </p><p><

44、b>　　閥6 </b></p><p>　　回油路上：閥5 </p><p><b>　　閥7 </b></p><p><b>　　快進時總壓力損失</b></p><p><b>　　②工進時</b></p>

45、<p>　　進油路上：閥5 </p><p>　　閥6 </p><p>　　回油路上：閥5 </p><p>　　閥8 </p><p>　　閥9 </p><p><b>　　工進時總壓力損失</b><

46、/p><p><b>　　[16]</b></p><p><b>　?、劭焱藭r</b></p><p>　　進油路上：閥5 </p><p>　　回油路上：閥6 </p><p>　　閥5 </p><p&g

47、t;　　閥10 </p><p><b>　　快退時總壓力損失</b></p><p><b>　　[16]</b></p><p><b>　　壓力閥調(diào)整壓力。</b></p><p>　　溢流閥 取</p><p>　　卸荷閥

48、 取</p><p>　　溢流閥8作背壓閥用，取0.4MPa。</p><p>　?。?）系統(tǒng)溫升驗算。本機床的主要工作時間是工進階段，為了簡化計算，主要按工進階段驗算系統(tǒng)溫升。</p><p>　?、僖簤焊纵敵龉β?。取工進時運動速度v=0.5m/min,液壓缸的負載=20000N，則液壓缸的輸出功率為</p><p><b&g

49、t;　　[16]</b></p><p>　　②液壓泵輸入功率。此時低壓大流量泵卸荷，壓力近視為0，高壓小流量泵的壓力為5.5MPa，則液壓泵的輸入功率為</p><p>　　③液壓油的溫升驗算。取油箱截面面積A=2㎡，，則</p><p><b>　　溫升在允許范圍內(nèi)。</b></p><p>　　3 電氣

50、控制及電路設計</p><p>　　3.1 電路設計的步驟</p><p>　　（1）根據(jù)液壓系統(tǒng)的要求查閱設備的資料，滿足所有的工況都能完成。</p><p>　?。?）一般液壓機電氣控制線路設計應包括電動機的啟動、執(zhí)行元件快進、工進、快退和電路的過載保護等。</p><p>　　（3）液壓系統(tǒng)控制電路的設計主要考慮執(zhí)行元件的各個工況，

51、還要完善控制的輔助環(huán)節(jié)。包括加工過程中自動化及半自動化的控制，各種保護和互鎖等。</p><p>　?。?）合理的選擇電氣元件，以便于安裝維修。</p><p>　　（5）當電氣系統(tǒng)設計完后，要仔細的檢查、調(diào)試，進一步的完善。</p><p>　　3.2 設計中的注意事項</p><p>　?。?)有的工藝或執(zhí)行元件的動作比較復雜，就需要我

52、們一級一級逐步的畫出控制電路圖。有的元件要保持一個動作就要連接一個自鎖環(huán)節(jié)，對一些電磁閥等應該增設中間繼電器。</p><p>　?。?）線路中，繼電器的作用不止是為了記憶輸入信號和程序狀態(tài)外，還可以用來作輸入和輸出之間的聯(lián)系，起信號傳遞的作用。有的時候兩種狀態(tài)要互相的轉(zhuǎn)換而且有時間控制要求時，就可以采用時間繼電器來進行控制，但在本次的設計中就用不到可以忽略。</p><p>　?。?）要

53、求電氣控制線路與機械的配合要相當?shù)木o密，因此要組合機床的機械結(jié)構(gòu)進行詳細的了解。</p><p>　　表3.1 滑臺工作循環(huán)</p><p>　　工作循環(huán)：滑臺快進——工進——快退至原位停止</p><p>　　如下圖3.1所示，當YA1和YA3電磁鐵得電時，三位五通電磁閥I的閥桿推向右端，三位四通電磁閥II推向右端，液壓缸推進活塞，來推動滑臺向前快進。當YA1得

54、電時，液壓缸拖動滑臺工進。當YA2和YA4電磁閥得電時，三位五通電磁閥I的閥桿推向左端，三位四通電磁閥II推向左端，實現(xiàn)快退過程，全部關(guān)閉實現(xiàn)停止。</p><p><b>　　圖3.1 </b></p><p>　　根據(jù)動作順序的控制繪制電氣圖。</p><p>　　3.3 繪制電氣圖 </p><p><b

55、>　　圖3.2 電氣圖</b></p><p>　　此電氣圖的動作分析：</p><p>　　（1）啟動。按啟動按鈕SB1，KM1得電吸合，常開開關(guān)KM1閉合。液壓泵開始供油，液壓系統(tǒng)中的兩個電磁閥全部都還沒有通電，處于斷電狀態(tài)。液壓泵1輸出的油經(jīng)先導式溢流閥流回油箱，系統(tǒng)空載啟動。</p><p>　?。?）液壓缸快速下行。按下啟動按鈕SB1，

56、繼電器KM1得電吸合，斷開SB2，其控制的常開開關(guān)KM1閉合，電磁閥2YA、3YA通電，閥3換至右位閥7換至左位，閥8遠程調(diào)壓。</p><p>　　進油路：泵1→先導式溢流閥6→閥7左位→遠程控制閥8→閥3右位→液壓缸5上腔</p><p>　　回油路：液壓缸5下腔→單向順序閥4→閥3右位→油箱</p><p>　?。?）液壓缸工進。液壓缸慢慢的接近工件時，斷開按

57、鈕SB4繼電器KM3斷電，其控制開關(guān)KM3斷開，3YA斷電閥7回到中位，閥3的位置不變。當滑塊接觸到工件并開始工作時，液壓缸上腔壓力急劇增加，最后達到最大值，壓力的控制由先導式溢流閥6控制。</p><p>　　（4）系統(tǒng)保壓。當壓力達到預定值時，先導式溢流閥的作用就是保壓，多余的液壓油流回油箱中，使液壓缸保持著預定壓力。</p><p>　?。?）液壓缸快退。液壓執(zhí)行元件完成了一個工藝后

58、按下開關(guān)SB5，繼電器KM4得電其控制常開開關(guān)KM4閉合，4YA通電電磁閥7換到右位。常閉開關(guān)KM4斷開KM2斷電，電磁閥3 2YA斷電閥回到中位。常開開關(guān)KM4，繼電器KM1得電，由其控制的常開開關(guān)KM1閉合，電磁閥3 1YA得電閥換到左位。</p><p>　?。?）停止。當液壓缸退到起始位置時斷開SB1所有的電磁閥都回到中位。由于液壓缸的滑塊自身很重，選擇的是單向順序閥，液壓缸下腔的液壓油不會倒流，可以防止

59、液壓滑塊滑落。 </p><p>　　3.4 選擇電氣元件</p><p>　　（1）掌握元器件預定的工作環(huán)境和供應的情況，如防水、防油、防塵等。</p><p>　?。?）根據(jù)電氣控制的電壓、功率及電流的大小來確定電氣元件的規(guī)格，滿足元器件的負載和使用壽命。</p><p>　?。?）電氣元件在通電后，最重要的是要保證它的穩(wěn)定性，這就需要

60、我們進行一些必要的技術(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和校核。</p><p>　?。?）根據(jù)控制元件功能的要求，確定電氣元件功能的要求，確定電氣元件的規(guī)格。例如接觸器與繼電器，當元件用于功率較大的主電路時，應該選擇交流接觸器；如果元件用于切換功率較小的電路時，應該選擇中間繼電器，當有時間要求時，就選用時間繼電器。</p><p>　　選用電氣元件及建立輸入輸出變量</p><p><

61、;b>　　表3.2</b></p><p>　　表3.3 I/O地址分配表</p><p>　　4 PLC控制系統(tǒng)</p><p>　　4.1 PLC液壓控制系統(tǒng)在組合機床中的應用簡述</p><p><b>　　(1)系統(tǒng)概述</b></p><p>　　與傳統(tǒng)的繼電器—

62、—接觸器電氣控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高、柔性好、開發(fā)周期短以及可進行故障自診斷等優(yōu)點，特別適合應用于機床的控制和故障自診斷系統(tǒng)，銑床作為機械加工的通用設備，在汽車、內(nèi)燃機等配件的生產(chǎn)加工中一直起著不可替代的作用，特別是一些專用銑床。</p><p>　　銑床（millingmachine）系主要指用銑刀在工件上加工多種表面的機床。通常銑刀旋轉(zhuǎn)運動為主運動，工件（和）銑刀的移動為進給運動。它可以加工平

63、面、溝槽，也可以加工各種曲面、齒輪等。銑床是用銑刀對工件進行銑削加工的機床。銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外，還能加工比較復雜的型面，效率較刨床高，在機械制造和修理部門得到廣泛應用。</p><p>　　銑床是一種用途廣泛的機床，在銑床上可以加工平面（水平面、垂直面）、溝槽（鍵槽、T形槽、燕尾槽等）、分齒零件（齒輪、花鍵軸、鏈輪）、螺旋形表面（螺紋、螺旋槽）及各種曲面。此外，還可用于對回轉(zhuǎn)體表面、內(nèi)孔

64、加工及進行切斷工作等。銑床在工作時，工件裝在工作臺上或分度頭等附件上，銑刀旋轉(zhuǎn)為主運動，輔以工作臺或銑頭的進給運動，工件即可獲得所需的加工表面。由于是多刃斷續(xù)切削，因而銑床的生產(chǎn)率較高。簡單來說，銑床可以對工件進行銑削、鉆削和鏜孔加工的機床。</p><p>　　(2)雙面銑床控制原理</p><p><b>　?、僖簤合到y(tǒng)原理</b></p><

65、p>　　專用雙面銑床主電路包括液壓泵電動機電路，左、右銑頭電動機電路，送料電動機電路，如圖所示（4.1）.圖中M1為液壓泵三相交流電動機，為雙面銑床液壓系統(tǒng)提供動力；M2、M3為左、右銑頭旋轉(zhuǎn)銑削驅(qū)動力三相交流電動機，M4為送料三相交流電動機。專用雙面銑床液壓系統(tǒng)原理圖（4.2）。液壓系統(tǒng)由夾緊工件液壓缸、送料液壓缸、滑臺工作液壓缸、油箱等組成。液壓缸活塞的前進、后退、復位等動作的控制，由7個電磁閥加上行程限位開關(guān)共同完成。其中，

66、YA1為缸荷電磁閥，YA2為加工工件夾緊電磁閥，YA3為加工工件放松電磁閥，</p><p>　　YA5為滑臺快進電磁閥，YA6為滑臺工進電磁閥，YA4為滑臺快退電磁閥，YA7為送料電磁閥。行程開關(guān)ST2、ST3為夾緊液壓缸的行程位置控制行程開關(guān)；ST1、ST4為進給液壓缸的快進和工進的狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制行程開關(guān)；ST5、ST6、ST7為送料液壓缸的送料與卸料狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制行程開關(guān)。</p><p&g

67、t;<b>　　圖4.1</b></p><p>　　交流控制電路包括：1.左、右銑削頭電動機控制電路；2.工作夾緊、放松控制電路；3.滑臺快進、工進、快退控制電路；4.送料、卸料控制電路。</p><p><b>　?、诩庸すば蜻^程</b></p><p>　　圖4.2中各行程開關(guān)功能說明見表4.1</p>

68、<p><b>　　表4.1</b></p><p>　　1>啟動過程。當按下啟動按鈕后，液壓泵電動機M1運行，由于電磁換向閥4線圈YA1通電，壓力油經(jīng)二位二通閥4流回油箱，各執(zhí)行液壓缸所帶動的部件處于原位。</p><p>　　2>準備過程。當左、右銑頭旋轉(zhuǎn)銑削電動機M2、M3開始運行，銑刀旋轉(zhuǎn)，此時應使電磁閥換向使閥4線圈失電，壓力油經(jīng)二位

69、二通閥的通路被阻，油進入各個執(zhí)行液壓工作腔，為順序動作做好準備。</p><p>　　3>銑削加工過程。送料電動機M4啟動運行，開始送料，送料到位，壓和行程開關(guān)ST6（送料桿壓合），送料電動機M4停止轉(zhuǎn)動，夾緊液壓缸帶動料塊前進，夾具夾緊工件，壓合行程開關(guān)ST2，滑臺快進；壓合行程開關(guān)ST4，滑臺轉(zhuǎn)入工進，當加工完畢，壓合行程開關(guān)ST5，夾緊液壓缸帶動料塊前進，壓合行程開關(guān)ST6，送料液壓缸帶動推料塊退回，

70、壓合行程開關(guān)ST7，滑臺快退，回到原位壓合行程開關(guān)ST1，開始第二次循環(huán)。</p><p>　　4>循環(huán)過程。當?shù)谝淮渭庸すぜ倪^程結(jié)束后，滑臺回到原位壓合行程開關(guān)ST1，ST1的觸點信號作為開始第二次循環(huán)的起始信號，自動啟動系統(tǒng)進入循環(huán)加工工作狀態(tài)。</p><p>　　5>單步過程。啟動手動單步按鈕，雙面銑床進入單步工作狀態(tài)，完成一次加工任務，機床各個部件退回原位，等待下一

71、個命令。</p><p>　　(3)雙面銑床PLC控制系統(tǒng)的設計</p><p>　　所有電動機及其他主控部分都應受PLC控制。</p><p>　　①當液壓泵啟動后，PLC應能夠完成對系統(tǒng)各種動作的控制，包括工件的定位、夾緊、放松，主軸的啟動/停止，滑臺的工進、快進、快退。</p><p>　　②運動控制分自動和手動的轉(zhuǎn)換，在操作面板上進行

72、設置。</p><p>　?、鄄徽撌鞘謩舆€是自動，開始運行時首先啟動液壓電動機，同時接通I/O回路電源。</p><p><b>　　PLC控制簡述</b></p><p>　　通過對雙面銑床生產(chǎn)工藝過程的分析，以及雙面銑床對PLC電氣控制系統(tǒng)的要求，確定系統(tǒng)的輸入點數(shù)為17個，輸出點數(shù)為11個。輸入回路采用外加24V直流穩(wěn)壓電源供電，按照PL

73、C設計及控制對象系統(tǒng)的要求，以行程開關(guān)、自動開關(guān)輔助觸點、按鈕等開關(guān)量為PLC輸入控制信號，由PLC輸出控制接觸器與電磁閥的動作。雙面銑床PLC控制系統(tǒng)接線圖如圖1——7所示。</p><p><b>　　圖4.2</b></p><p>　　PLC的輸入/輸出點分配:</p><p>　　表4.2為PLC控制系統(tǒng)輸入（X）點分配表，表4.3為

74、PLC控制系統(tǒng)輸出（Y）點分配表。 </p><p>　　表4.2 PLC控制系統(tǒng)輸入（X）點分配表</p><p>　　表4.3 PLC控制系統(tǒng)輸出（Y）點分配表</p><p>　　4.3 PLC選擇及電器電路的控制設計</p><p>　　4.3.1系統(tǒng)設計的原則</p><p>　　所有的電氣控

75、制系統(tǒng)都為滿足被控對象的工作要求，以此來提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。PLC也要滿足此要求。PLC系統(tǒng)設計遵循的原則包括：最大限度的滿足被控對象的控制要求；考慮控制系統(tǒng)是否安全、穩(wěn)定、可靠；能夠適應發(fā)展及要經(jīng)濟實用。</p><p><b>　　選擇PLC的型號</b></p><p>　　PLC的種類繁多，其控制的產(chǎn)品也是多種多樣。選擇被控系統(tǒng)的同時也要選定PLC機型。從

76、選機型的角度，控制系統(tǒng)可分單機控制小系統(tǒng)、慢過程大系統(tǒng)和快速控制大系統(tǒng)。其中單機控制的小系統(tǒng)一般使用一臺PLC就能完成控制要求。這類系統(tǒng)選擇機型需注意三種情況。</p><p>　　一是設備集中，設備的功率較小。</p><p>　　二是設備分散，設備的功率較大。</p><p>　　三是有專門要求的設備。</p><p><b>

77、　　PLC型號的確定</b></p><p>　　選用S7-200PLC</p><p>　　S7-200的程序結(jié)構(gòu)有兩種，即線性結(jié)構(gòu)和分塊結(jié)構(gòu)，在程序設計中叫線性程序設計和分塊程序設計。S7-200PLC程序的設計方法有圖解法編程、經(jīng)驗法編程、計算機輔助設計編程。其中圖解法設計主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時序流程圖法和步進順序控法。</p><p>

78、　　S7-200PLC程序設計分以下幾個步驟：(1)對系統(tǒng)任務分塊；(2)編程控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系圖；(3)繪制各種電路圖；(4)編制PLC程序并進行模擬調(diào)試；(5)制作控制臺與控制矩；(6)現(xiàn)場調(diào)試；(7)編寫技術(shù)文件并現(xiàn)場試運行。</p><p>　　PLC的工作原理及工作過程</p><p>　　PLC是一種工業(yè)控制計算機，它的工作方式屬于串行。程序的執(zhí)行是按程序順序依次完成相應各電器

79、的動作。PLC的工作方式是按集中輸入、集中輸出、不斷地周期性循環(huán)掃描的方式進行工作的。。</p><p>　　執(zhí)行用戶程序時，需要各種現(xiàn)場信息，這些現(xiàn)場信息已接到PLC的輸入端，PLC采集現(xiàn)場信息就是采集輸入信號有兩種方式：</p><p>　?。?）集中采樣輸入方式。一般在掃描周期的開始或結(jié)束將所有輸入信號（輸入元件的通/斷狀態(tài)）采集并存放到輸入映像寄存器中。執(zhí)行用戶程序所需要的輸入狀態(tài)

80、均在輸入映像寄存器中取用，而不能直接到輸入端或輸入模塊中去取。</p><p>　　（2）立即輸入方式。隨程序的執(zhí)行需要到哪一個信號就直接從輸入端或輸出端模塊取用這個輸入狀態(tài)。</p><p><b>　　圖4.3</b></p><p><b>　　圖4.4</b></p><p><b&g

81、t;　　5 設計梯形圖</b></p><p><b>　　程序設計語句表</b></p><p>　　LD I0.1 LPP </p><p>　　= Q0.5 LD I0.5</p>

82、<p>　　LD Q0.5 O Q0.4</p><p>　　LPS ALD</p><p>　　LD Q0.4 = Q0.4</p><p>　

83、　O Q0.1 LD Q0.2</p><p>　　ALD A Q0.3</p><p>　　= Q0.1 O M0.1</p><p

84、>　　LRD = M0.1</p><p>　　LD I0.2 LDN Q0.3</p><p>　　O Q0.2 = M0.2</p>

85、<p>　　AN Q0.4 LD Q0.1</p><p>　　ALD A Q0.4 </p><p>　　= Q0.2 0

86、 M0.3</p><p>　　LRD = M0.3</p><p>　　LD I0.3</p><p>　　O Q0.2</p><p>　　AN I0.4</p><p><b>

87、;　　ALD</b></p><p>　　= 0.3 </p><p>　　5.2 根據(jù)電氣圖畫出梯形圖</p><p><b>　　圖5.1</b></p><p>　　(1)按下啟動按鈕 I0.1和I0.4 ，Q1.1和Q1.2得電，液壓缸快進</p><p>

88、　　(2)按下按鈕I0.3，I0.3失電，Q1.3失電，液壓缸工進</p><p>　　(3)按下按鈕I0.5，Q1.1得電，Q1.4得電，液壓缸快退</p><p>　　(4)按下按鈕I0.6，系統(tǒng)停止</p><p><b>　　6 結(jié)論</b></p><p>　　本次設計的題目是——基于PLC的組合機床的液壓系統(tǒng)

89、的控制。本次設計的目的是要用可編程控制器PLC控制液壓元件完成組合機床的工作動作。</p><p>　　選定組合機床的類型后，給定了工作參數(shù)進行工況分析并且能夠計算出工作所需的壓力。根據(jù)工作壓力及流量選定閥類元件的型號。然后進行液壓系統(tǒng)的擬定，連接泵與各類閥類元件形成完整的液壓系統(tǒng)回路圖并進行多次的調(diào)試，確保液壓系統(tǒng)能夠正常運行工作。又因為計算中可能存在許多誤差，所以要對其進行驗算。設計其間要注意選擇閥類元件時考

90、慮到盡量的低成本，而且要使用廣泛、維修方便。</p><p>　　在液壓系統(tǒng)完成后，要通過已設計的液壓系統(tǒng)來設計出相應的電氣圖。在液壓系統(tǒng)進行啟動、快進、工進、快退和停止的順序過程時選用相對的按鈕來進行控制。</p><p>　　最后畫出梯形圖并進行調(diào)試，實現(xiàn)對組合機床的程序控制。</p><p><b>　　參考文獻</b></p>

91、;<p>　　史宜巧，孫業(yè)明.PLC技術(shù)及應用項目教程[M].機械工業(yè)出版社.2009,1.</p><p>　　周美蘭.PLC電氣控制與組態(tài)設計[M].科學出版社.2003.</p><p>　　王宇，任思璟，李忠勤.PLC電氣控制與組態(tài)設計[J].電子工業(yè)出版社.2010.05.</p><p>　　劉艷梅.三菱PLC基礎(chǔ)與系統(tǒng)設計[J].機械工業(yè)

92、出版社.2009.</p><p>　　祝紅芳.PLC及其在數(shù)控機床中的應用[M].人民郵電出版社.2007.</p><p>　　段蘇振.變頻器的選型配置與維護技術(shù)[J].中國電力出版社.2010，01.</p><p>　　湯自春.PLC原理及應用技術(shù)[M].北京高等教育出版社.2006.</p><p>　　羅輯.機床設備電氣與PLC控

93、制[M].重慶大學出版社.2005.</p><p>　　左健民.液壓傳動學習指導[M].南京河海大學出版社.1989.</p><p>　　叢莊遠，劉震北.液壓技術(shù)基本理論[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社.1989</p><p>　　李慕潔.液壓傳動與氣壓傳動[M].北京機械工業(yè)出版社.1989.</p><p>　　王庭樹，余從唏.液壓及氣

94、動技術(shù)[M].北京國防工業(yè)出版社.1989.</p><p>　　王孝華，陸鑫盛.氣動元件[M].北京機械工業(yè)出版社.1991.</p><p>　　李壽剛.液壓傳動[M].北京理工大學出版社.1994.</p><p>　　許福玲，陳堯明.液壓與氣壓傳動[M].北京機械工業(yè)出版社.1997.</p><p>　　王積偉.液壓傳動[M].北京

95、機械工業(yè)出版社.2006</p><p>　　Ference Furesz etc.Fundamentals of Hydraulic Power Transmission[M].New York.1988.</p><p>　　Z.J.Lansky etc.Industrial Pneumatic Control[M].New York.1986.</p><p>

96、;<b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過幾個月的努力，我的畢業(yè)設計終于完成了。在做畢業(yè)設計的期間，由于自身對相關(guān)知識的掌握不深和設計經(jīng)驗的缺乏，遇到了很多的問題。多虧有指導老師和同學們的幫助才解決這些問題，使我能夠順利的完成設計。</p><p>　　在這里我首先感謝我的指導老師王玉玲，在我做設計的期間，老師不厭其煩的給我簡答疑惑，幫我們修給任務書及論

97、文格式，指出我設計中的漏洞與不足，讓我不至于出現(xiàn)重大的錯誤影響到設計的完整。</p><p>　　我還要感謝杜偉杰、何博、梁炎武三位同學。是他們抽出了自己的時間幫助我繪制了液壓系統(tǒng)和電氣圖的CAD圖。在他們的幫助下，我不僅繪制出了設計圖，而且從中也學到了很多我以前不知道的知識。</p><p>　　在論文完成之際，我也要感謝各位老師。是他們在這四年里給我們授業(yè)解惑，并悉心教導我們，給我們今