金屬切削機械控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　金屬切削機械控制系統(tǒng)</p><p>　　摘要:可編程序控制器(PLC)因其完善的功能、高可靠性、高性能價格比等特點已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。本文介紹了PLC技術(shù)實現(xiàn)金屬切削機床電氣控制系統(tǒng)的研制，從硬件配置和軟件設(shè)計兩個方面介紹控制系統(tǒng)的應(yīng)用特點。PLC極大地提高了系統(tǒng)的自動化水平。文章給出了軟硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路，包括電氣控制要求、電氣原理圖設(shè)計分析、元件選型、程序設(shè)計方法等。</p&g

2、t;<p>　　金屬切削機床具有控制功能強、可靠性高、性能穩(wěn)定、自動化程度高等優(yōu)點。在第一部分，簡要介紹了機床的機械系統(tǒng)組成和相關(guān)的動作過程；從幾個方面比較分析了繼電器控制和PLC控制的優(yōu)缺點。第二部分，依據(jù)所給的主要技術(shù)參數(shù)和電氣控制要求，設(shè)計了硬件系統(tǒng)，并具體說明了系統(tǒng)工作原理和控制系統(tǒng)的實際實踐；選擇確定所用元件的型號和數(shù)量。第三部分，繪制順序功能圖、梯形圖。軟件設(shè)計包括公用程序、單步程序、全自動程序、故障報警程序,

3、并加以適當(dāng)?shù)奈淖终f明。</p><p>　　運行結(jié)果表明該系統(tǒng)完全達到了設(shè)計規(guī)定的性能指標(biāo)和要求，且運行可靠，具有實用價值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：可編程序控制器 硬件 軟件 自動化水平 運行可靠</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1金屬切削機械控制的前景&

4、lt;/p><p>　　金屬切削機械控制系統(tǒng)是根據(jù)工件的加工需要，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。目前，金屬切削機械控制系統(tǒng)主要用于平面加工和孔加工兩類工序。組合機床在汽車，拖拉機，柴油機，電機，儀器儀表，軍工及縫紉機，自行車等輕加工行業(yè)的大批量生產(chǎn)中以獲得廣泛的應(yīng)用。對一些中小批量生產(chǎn)的企業(yè)，如：機床，機車，工程機械等制造業(yè)中也已廣泛應(yīng)用。組合機床是按系列標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計的通用部件和按被加

5、工零件的形狀及加工工藝要求設(shè)計的專用部件組成的專用機床。</p><p>　　1.2金屬切削機械控制系統(tǒng)的用途介紹及基本結(jié)構(gòu) </p><p>　　1.2.1金屬切削機械控制系統(tǒng)的用途</p><p>　　金屬切削機械控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)是對零件進行鉆孔，擴孔，攻絲等工序的加工；采用回轉(zhuǎn)工作臺傳送零件，按照工藝流程分為三個公位進行加工，并安排一個裝卸工位來裝卸工件。工作

6、示意圖如下： </p><p>　　圖 1 -- 1</p><p>　　1.3金屬切削機械控制系統(tǒng)的工作情況及拖動方式</p><p>　　1.3.1金屬切削機械控制系統(tǒng)的基本工作情況</p><p>　　當(dāng)用人工將一個工件安裝在夾具上，且三個加工工位的動力頭已加工完成，且退回到原位后，回轉(zhuǎn)工作臺自動微抬，抬起到位后，回轉(zhuǎn)工作臺自動轉(zhuǎn)位

7、；轉(zhuǎn)位到位后，自動定位加緊；加緊后，即向各工位發(fā)出向前的主令；各工位動力頭按自己的程序進行加工，與次同時回轉(zhuǎn)機構(gòu)自動復(fù)位，為下次轉(zhuǎn)位準(zhǔn)備。各工位加工完成，向系統(tǒng)匯報完成信號；同時各工位動力頭自動退回原位，回到原位后，即向系統(tǒng)匯報原位信號；當(dāng)所有工位動力頭回到原位，裝卸工人又裝好了新的工件時，則系統(tǒng)又可開始進行下一個循環(huán)的加工，具體如 圖1-1 所示下：</p><p>　　1.3.2金屬切削機械控制系統(tǒng)的拖動方

8、式</p><p>　　本設(shè)計的機床采用液壓與電動機（采用三相鼠籠式交流電動機）相結(jié)合的動力方式。</p><p>　　進給系統(tǒng)為液壓傳動系統(tǒng)，系統(tǒng)包括如下：工件夾緊液壓系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)工作臺液壓驅(qū)動系統(tǒng)，鉆孔進給驅(qū)動系統(tǒng)，擴孔進給驅(qū)動系統(tǒng)，攻絲進給驅(qū)動系統(tǒng)。工作系統(tǒng)采用電動機驅(qū)動（典型起保停電路控制），電動機包括如下：液壓泵電動機，冷卻泵電動機，鉆孔頭驅(qū)電動機，擴孔頭驅(qū)電動機，攻絲頭驅(qū)電動機

9、。</p><p>　　1.3.3機床的工作原理</p><p>　　當(dāng)用人工將一個工件安裝在夾具上，且三個加工工位的動力頭已加工完成，并退回到原位后，回轉(zhuǎn)工作臺自動微抬。抬起到位，回轉(zhuǎn)工作臺自動轉(zhuǎn)位。轉(zhuǎn)位到位后，自動定位夾緊。夾緊后，即向各工位發(fā)出向前主令，各工位動力頭按自己的程序進行加工。與此同時回轉(zhuǎn)機構(gòu)自動復(fù)位，為下次轉(zhuǎn)位作準(zhǔn)備。各工位加工完成，向系統(tǒng)匯報完成信號。同時各工位動力頭自

10、動退回原位，回到原位后，即向系統(tǒng)匯報原位信號。當(dāng)所有工位動力頭都回到原位，裝卸工位又裝好了新的工件時，則系統(tǒng)又可開始進行下一個循環(huán)的加工。</p><p>　　1.4 電動機拖動部分設(shè)計要求</p><p>　　液壓電動機、冷卻泵電動機、鉆孔和擴孔動力頭主軸電動機：由于這些電動機空轉(zhuǎn)時所消耗的功率非常低，且頻繁停止和啟動電機會降低電機使用壽命，在機床運行的整個過程中，它們不停機也不會影響機

11、床的正常工作，因此，只要工作人員在機床現(xiàn)場就可以讓它們一直啟動運行，直到操作人員離開機床時才將它們停止。此外，在機床運行的整個過程中，也不需要這些電動機正、反轉(zhuǎn)，因此，對這些電動機只要能實現(xiàn)啟動、保持和停止控制即可。</p><p>　　攻絲電動機：由于攻絲動力頭主軸有“正轉(zhuǎn)攻絲”和“反轉(zhuǎn)攻絲”的要求，而其主軸的正、反轉(zhuǎn)需由其拖動電機來實現(xiàn)，因此應(yīng)能對攻絲動力脫主軸電動機實現(xiàn)“正轉(zhuǎn)”與“反轉(zhuǎn)”的控制。</p

12、><p>　　1.5液壓拖動部分的控制要求</p><p>　　對于機床的各單機而言，要求具有手動和半自動兩種工作方式。</p><p>　　單機手動：即按下某個單機的某一步的手動按鈕，該單機就進行該步的運行；松開該按鈕，該步就停止運行。這種工作方式用來檢查或調(diào)整各單機每一步的檢測元件和運行狀態(tài)。</p><p>　　單機半自動：即按下某單機的啟

13、動按鈕后，該單機即啟動運行，在自動完成其一個循環(huán)，回到原位后自動停下來。這種工作方式主要用來對單機一個循環(huán)過程的檢查與調(diào)試。</p><p>　?。?）對于整個機床而言，要求具有全機半自動、全機全自動和全機自動回原點工作方式。</p><p>　　全機半自動：即在按下啟動按鈕后，機床啟動，其各部分協(xié)調(diào)一致地運行一個循環(huán)并回到原位后自動停下來。這種工作方式用來對整個機床一個循環(huán)過程的檢查和調(diào)

14、試。</p><p>　　全機全自動：即按下啟動按鈕后，機床啟動，其各部分協(xié)調(diào)一致地運行，運行完一個循環(huán)時不停機，而是一個循環(huán)接著一個循環(huán)地運行下去，直至按下停止按鈕為止。這種工作方式用來對產(chǎn)品零件進行批量加工。</p><p>　　全機自動回原點：即按下自動回原點的啟動按鈕后，機床的各單機即從它們當(dāng)前所處的任意位置啟動，向它們各自的原位有步驟地返回，回到原位后自動停止。這種工作方式用來提

15、高全機回原點的操作效率，為單機半自動、全機自動/半自動啟動運行做準(zhǔn)備。</p><p>　?。?）保護環(huán)節(jié)：在控制系統(tǒng)中應(yīng)該采用各種保護措施，以確保人身設(shè)備安全。因此，保護環(huán)節(jié)是機床電氣控制系統(tǒng)不可缺少的組成部分?？刂葡到y(tǒng)的保護環(huán)節(jié)應(yīng)包括短路保護、過載保護、失壓保護和超節(jié)拍保護。</p><p>　　短路保護：用來防止電動機及其主電路和控制電路免遭短路電流的損壞。</p>&

16、lt;p>　　過載保護：電動機長期超載運行，會使得電機繞組溫升超過允許值，機內(nèi)材料壽命減小，甚至燒壞。因此應(yīng)對機床應(yīng)設(shè)置過載保護。</p><p>　　失壓保護：如果由于某種原因，電網(wǎng)電壓突然消失，正在運行的電動機就會停止運行。但是，在電源重新恢復(fù)供電時，電動機又會自行啟動。這種情況容易造成生產(chǎn)設(shè)備的損壞，甚至人身事故。因此，必須采起失壓保護措施。</p><p>　　超節(jié)拍保護：如

17、果機床的刀具嚴(yán)重磨損，其加工零件的直徑就會小于預(yù)定值，從而導(dǎo)致次品甚至廢品的出現(xiàn)，為此需要超節(jié)拍保護。</p><p>　?。?）信號顯示與故障報警：為了準(zhǔn)確地了解機床的工作狀態(tài)、工作進程和迅速地找到故障點，需要設(shè)置信號顯示，信號顯示包括：工作方式顯示、工作過程顯示和故障顯示。為了在出現(xiàn)故障后能使操作人員及時發(fā)現(xiàn)，需要設(shè)置故障報警。</p><p>　　1.6設(shè)計任務(wù)和要求</p&g

18、t;<p>　　1.6.1為保證本次設(shè)計任務(wù)的完成，制定如下：</p><p>　　繪制完整的電氣控制原理圖，選擇電器元件，編制元件目錄表。</p><p>　　電氣設(shè)備總安裝接線圖。</p><p>　　電器板元件配置圖，接線圖，</p><p>　　控制面板元件布置圖，接線圖。</p><p>　　P

19、LC I/O接線圖，梯形圖。</p><p>　　各部分子程序梯形圖及指令表程序。</p><p>　　1.6.2本次設(shè)計的特殊要求</p><p>　　機床有四種工作狀態(tài)，即：連續(xù)自動循環(huán)，一次循環(huán)，單機點動調(diào) </p><p>　　整，單機半自動，由萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)進行選擇。</p><p>　　每個

20、單機主軸在動力頭由快退轉(zhuǎn)快進時，自動啟動時；加工完畢時，動</p><p>　　返回原位時，自動停止。</p><p>　　遇故狀能自動快速返回停車，含自動及手動兩種控制方式，并有報警環(huán)節(jié)。</p><p>　　回轉(zhuǎn)工作臺夾緊時，應(yīng)保證有一定的夾緊力；當(dāng)失壓時，應(yīng)有保護 環(huán)節(jié)。</p><p>　　設(shè)置緊急停車環(huán)節(jié)，含手動與自動，并有報警顯

21、示。</p><p>　　要有局部照明，且使用安全電壓24V交流。</p><p>　　有必要的燈光顯示，電氣保護環(huán)節(jié)與連鎖環(huán)節(jié)。</p><p>　　設(shè)置預(yù)停環(huán)節(jié)，由手動與自動兩種控制方式。</p><p>　　第二章 控制方案的論證</p><p>　　2.1 控制系統(tǒng)的類型、特點及應(yīng)用場合</p>

22、<p>　　目前，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的控制系統(tǒng)有繼電器控制系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)、可編程序控制器控制系統(tǒng)三種。它們都有各自的特點。下面分別進行介紹。</p><p>　　2.2.1 繼電器控制系統(tǒng) </p><p>　　繼電器控制系統(tǒng)是傳統(tǒng)的的控制系統(tǒng)，它采用硬件接線實現(xiàn)，利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)及延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯，完成既定的開關(guān)量的邏輯控制。</

23、p><p>　　在小型或簡單的控制對象中，由于繼電器費用不高且性能較穩(wěn)定，采用繼電器控制系統(tǒng)是適合的。</p><p>　　但它連線多而復(fù)雜，且體積大，功耗多，一旦系統(tǒng)設(shè)計完成后，再想改變或增加功能十分困難。其外，繼電器觸點數(shù)目有限，其靈活性和擴展性也很差，易受環(huán)境溫度和濕度的影響。</p><p>　　2.2.2 計算機控制系統(tǒng)</p><p>

24、;　　計算機控制系統(tǒng)是用單片處理器或工業(yè)微機、工業(yè)控制機組成的計算機控制系統(tǒng)。</p><p>　　它除了用于控制領(lǐng)域外，去主要用于科學(xué)計算，數(shù)據(jù)處理，計算機通訊等方面。微機對環(huán)境的要求較高，一般在干擾小，有一定溫度和濕度要求的機房內(nèi)使用。它運算速度快，一般為微妙級，為適應(yīng)大的系統(tǒng)軟件和豐富的應(yīng)用軟件，其存儲容量大，而切有豐富的程序設(shè)計語言。個人計算機有很強的數(shù)據(jù)處理功能和圖形顯示功能，有豐富的軟件支持，是它們是

25、為辦公室自動化和家庭設(shè)計的。</p><p>　　但單片機只是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O相連。[2]要將它用于工業(yè)控制還要附加一些配套的集成電路和I/O接口電路，硬件設(shè)計、制作和程序設(shè)計的工作量相當(dāng)大，要求設(shè)計者具有較強的計算機領(lǐng)域的理論知識和實踐經(jīng)驗。工業(yè)控制計算機也是為工業(yè)控制設(shè)計的。但是它的價格較高，其外部I/O接線一般都用多芯扁平電纜和插座，直接從印刷電路板上引出，不如可編程序控制器的接線端子

26、那樣方便可靠。</p><p>　　2.2.3可編程序控制系統(tǒng) </p><p>　　2.2.3.1可編程序控制器的特點</p><p>　　(1) 編程方法簡單易學(xué)</p><p>　　考慮到企業(yè)中一般牽強技術(shù)人員和技術(shù)工人的傳統(tǒng)讀圖習(xí)慣，可編程序控制器配備了他們易于接受和掌握的梯形圖語言]。簡易編程器的操作和使用也很簡單。工

27、廠的自控和電氣人員根據(jù)被控設(shè)備的具體情況，用他們最容易掌握的梯形圖語言編制用戶程序，即使不熟悉電子線路、不動計算機原理和匯編語言的人，在在自動化領(lǐng)域也大有用武之地。</p><p>　　(2) 硬件配套齊全，用戶使用方便</p><p>　　可編程序控制器配備有品種棄權(quán)的各種硬件裝置供用戶選用，用戶不必自己設(shè)計和制作硬件裝置[3]。用戶在硬件方面的設(shè)計工作，只是確定可編程序控制器的硬件配置

28、和設(shè)計外部接線圖而已。可編程序控制器的安裝接線也很方便，各種外部接線都有相應(yīng)的接線端子。</p><p>　　(3) 通用性強，適用性強</p><p>　　由于可編程序控制器的系列化和模塊化，硬件配置相當(dāng)靈活，可以組成能滿足各種控制要求的控制系統(tǒng)。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。</p><p>　　(4) 可靠性高，抗干擾能力

29、強.</p><p>　　絕大多數(shù)用戶都將可靠性作為選擇控制裝置的首要條件?？删幊绦蚩刂破鞑扇×艘幌盗杏布蛙浖垢蓴_措施，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場?？梢哉f，可編程序控制器是可靠度最高的工業(yè)控制設(shè)備。</p><p>　　(5) 系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量小，維修方便</p><p>　　可編程序控制器使用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器

30、、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少?？删幊绦蚩刂破鞯奶菪螆D一般采用順序控制設(shè)計法。這種編程方法很有規(guī)律，容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計梯形圖所花的時間比繼電器系統(tǒng)花的時間要少得多。</p><p>　　2.2.3.2可編程序控制器的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展方向</p><p>　　在發(fā)達的工業(yè)國家，可編程序控制器已經(jīng)廣泛應(yīng)用在所有的工業(yè)部門，隨著可編程序控制器性

31、能價格比的不斷提高，過去許多使用專用計算機的場合也可以使用可編程序控制器[4]。可編程序控制器的應(yīng)用范圍不斷擴大，主要有以下幾個方面：</p><p>　　(1)開關(guān)控制和順序控制</p><p>　　可編程序控制器最廣泛的應(yīng)用場合是在開關(guān)控制和順序控制領(lǐng)域。它的主要功能是完成開關(guān)邏輯運算和進行順序邏輯控制。</p><p><b>　　(2) 模擬控制&

32、lt;/b></p><p>　　過程控制點數(shù)不多，開關(guān)量控制較多時，可編程序控制器也用與作為模擬控制的控制設(shè)備。采用輸入輸出、PID等卡件可實現(xiàn)PID等反饋控制運算或其他模擬量的控制運算。</p><p>　　(3) 信號報警和連鎖系統(tǒng)</p><p>　　信號報警和連鎖系統(tǒng)是安全生產(chǎn)所需的。信號連鎖系統(tǒng)中，采用高可靠性的可編程序控制器是安全生產(chǎn)的需要。對安

33、全生產(chǎn)要求高的系統(tǒng)還可采用多重的檢出元件和連鎖系統(tǒng)，而對其中的邏輯運算，可采用可編程序控制器的冗余方式實現(xiàn)。</p><p><b>　　(4) 通信</b></p><p>　　將可編程序控制器作為下位機，與上位機或同級的可編程序控制器進性通信，完成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的信息控制和管理。[14]</p><p>　　PL

34、C控制技術(shù)從誕生至今，雖然只有30多年的歷史，但其發(fā)展勢頭迅猛。今后，PLC控制技術(shù)將主要朝如下幾個方面發(fā)展：</p><p><b>　　(1) 大型網(wǎng)絡(luò)化</b></p><p>　　PLC構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)將由多個PLC，多個I/O模塊相連，并可與工業(yè)計算機、以太網(wǎng)等相連構(gòu)成整個工廠的自動控制系統(tǒng)。</p><p>　　(2) 模塊種類將豐富多彩

35、</p><p>　　為了適應(yīng)各種特殊功能的需要，各種智能模塊將層出不窮。它們的CPU與PLC的CPU并行工作，有利于提高PLC的掃描速度和完成特殊的控制要求。</p><p>　　(3) 小型化、成本低</p><p>　　小型PLC的基本特點是價格低，簡單可靠，適用于回路或設(shè)備的單機控制，便于機電一體化。</p><p>　　(4) 匯編

36、語言高級化</p><p>　　除了梯形圖，語句表，流程圖外，一些PLC增加BASIC，C等編程語言。另外，將出現(xiàn)通用的、功能更強的組態(tài)軟件，進一步改善開發(fā)環(huán)境，提高開發(fā)效率。</p><p>　　結(jié)合本設(shè)計的要求，所以我選擇可編程序控制系統(tǒng)。</p><p>　　2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計要求</p><p>　　2.2.1 電動機拖動部分設(shè)計要

37、求</p><p>　　液壓電動機、冷卻泵電動機、鉆孔和擴孔動力頭主軸電動機：由于這些電動機空轉(zhuǎn)時所消耗的功率非常低，且頻繁停止和啟動電機會降低電機使用壽命，在機床運行的整個過程中，它們不停機也不會影響機床的正常工作，因此，只要工作人員在機床現(xiàn)場就可以讓它們一直啟動運行，直到操作人員離開機床時才將它們停止。此外，在機床運行的整個過程中，也不需要這些電動機正、反轉(zhuǎn)，因此，對這些電動機只要能實現(xiàn)啟動、保持和停止控制即

38、可。</p><p>　　攻絲電動機：由于攻絲動力頭主軸有“正轉(zhuǎn)攻絲”和“反轉(zhuǎn)攻絲”的要求，而其主軸的正、反轉(zhuǎn)需由其拖動電機來實現(xiàn)，因此應(yīng)能對攻絲動力脫主軸電動機實現(xiàn)“正轉(zhuǎn)”與“反轉(zhuǎn)”的控制。</p><p>　　2.2.2液壓拖動部分的控制要求</p><p><b>　　液壓拖動部分，</b></p><p>　　（

39、1）對于機床的各單機而言，要求具有手動和半自動兩種工作方式。</p><p>　　單機手動：即按下某個單機的某一步的手動按鈕，該單機就進行該步的運行；松開該按鈕，該步就停止運行。這種工作方式用來檢查或調(diào)整各單機每一步的檢測元件和運行狀態(tài)。</p><p>　　單機半自動：即按下某單機的啟動按鈕后，該單機即啟動運行，在自動完成其一個循環(huán)，回到原位后自動停下來。這種工作方式主要用來對單機一個循

40、環(huán)過程的檢查與調(diào)試。</p><p>　　（2）對于整個機床而言，要求具有全機半自動、全機全自動和全機自動回原點工作方式。</p><p>　　全機半自動：即在按下啟動按鈕后，機床啟動，其各部分協(xié)調(diào)一致地運行一個循環(huán)并回到原位后自動停下來。這種工作方式用來對整個機床一個循環(huán)過程的檢查和調(diào)試。</p><p>　　全機全自動：即按下啟動按鈕后，機床啟動，其各部分協(xié)調(diào)一

41、致地運行，運行完一個循環(huán)時不停機，而是一個循環(huán)接著一個循環(huán)地運行下去，直至按下停止按鈕為止。這種工作方式用來對產(chǎn)品零件進行批量加工。</p><p>　　全機自動回原點：即按下自動回原點的啟動按鈕后，機床的各單機即從它們當(dāng)前所處的任意位置啟動，向它們各自的原位有步驟地返回，回到原位后自動停止。這種工作方式用來提高全機回原點的操作效率，為單機半自動、全機自動/半自動啟動運行做準(zhǔn)備。</p><p

42、>　?。?）保護環(huán)節(jié)：在控制系統(tǒng)中應(yīng)該采用各種保護措施，以確保人身設(shè)備安全。因此，保護環(huán)節(jié)是機床電氣控制系統(tǒng)不可缺少的組成部分?？刂葡到y(tǒng)的保護環(huán)節(jié)應(yīng)包括短路保護、過載保護、失壓保護和超節(jié)拍保護。</p><p>　　短路保護：用來防止電動機及其主電路和控制電路免遭短路電流的損壞。</p><p>　　過載保護：電動機長期超載運行，會使得電機繞組溫升超過允許值，機內(nèi)材料壽命減小，甚至燒

43、壞。因此應(yīng)對機床應(yīng)設(shè)置過載保護。</p><p>　　失壓保護：如果由于某種原因，電網(wǎng)電壓突然消失，正在運行的電動機就會停止運行。但是，在電源重新恢復(fù)供電時，電動機又會自行啟動。這種情況容易造成生產(chǎn)設(shè)備的損壞，甚至人身事故。因此，必須采起失壓保護措施。</p><p>　　超節(jié)拍保護：如果機床的刀具嚴(yán)重磨損，其加工零件的直徑就會小于預(yù)定值，從而導(dǎo)致次品甚至廢品的出現(xiàn)，為此需要超節(jié)拍保護。&

44、lt;/p><p>　?。?）信號顯示與故障報警：為了準(zhǔn)確地了解機床的工作狀態(tài)、工作進程和迅速地找到故障點，需要設(shè)置信號顯示，信號顯示包括：工作方式顯示、工作過程顯示和故障顯示。為了在出現(xiàn)故障后能使操作人員及時發(fā)現(xiàn)，需要設(shè)置故障報警。</p><p>　　2．3．1電動機拖動部分</p><p>　　液壓電動機、冷卻電動機、擴孔電動機、鉆孔電動機因為只需進行啟、保、停控

45、制，控制要求簡單，因此可以采用繼電器控制方案來控制[10]。</p><p>　　攻絲電動機因為有正、反轉(zhuǎn)控制的要求，而其正、反轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換與機床的工作進程有關(guān)，因此，若用繼電器控制方案來控制，勢必要用到許多中間繼電器，這將會增大控制系統(tǒng)的安裝接線工作量，降低控制系統(tǒng)工作的可靠性，給修改控制程序帶來麻煩，因此不宜采用這種控制方案。若用單片機控制方案進行控制,設(shè)計量大,環(huán)境要求高,抗擾能力差.也不宜采用。若采用PL

46、C控制方案進行控制,對環(huán)境要求不高,工作可靠性高,而且更改程序方便。因此攻絲電動機采用PLC控制方案進行控制。</p><p>　　2．3．2液壓拖動部分</p><p>　　該機床除主軸以外的運動部件都由液壓拖動系統(tǒng)拖動。機床的工作循環(huán)過程由許多步組成，伴隨著步的進展,其工作狀態(tài)也相應(yīng)發(fā)生改變。若用繼電器控制方案來控制，就需要很多的中間繼電器的。那樣安裝、接線工作量會很大，而且更改程序也

47、極不方便，當(dāng)出現(xiàn)故障時也不易查找和排除。若用單片機控制方案進行控制,設(shè)計量大,環(huán)境要求高,抗擾能力差，也不宜采用。</p><p>　　第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　3.1電動機電器控制線路的設(shè)計</p><p><b>　　3.1.1設(shè)計要求</b></p><p>　　該控制系統(tǒng)由主電路、控制電路、

48、照明電路、及向PLC供電的電路組成。對主電路要求有熔斷器，要有過載保護。每個電機采用起保停電路控制。</p><p>　　3.1.2電器元件的配置</p><p>　　在主電路中，所需要配置的電器元件有：三相鼠籠式異步電動機、刀開關(guān)、按鈕、接觸器、熱繼電器、熔斷器等[12]。這些元件的作用如下：</p><p>　　液壓泵電動機M1：拖動液壓泵,為液壓系統(tǒng)提供動力。

49、</p><p>　　冷卻泵電動機M2：拖動冷卻泵, 為冷卻系統(tǒng)提供動力，以便對刀具和加工部位進行冷卻，對刀具起保護作用，同時確保加工的精度。</p><p>　　鉆孔、擴孔、攻絲動力頭主軸電動機M3、M4、M5：分別為鉆孔、擴孔、攻絲動力頭主軸的旋轉(zhuǎn)提供動力。</p><p>　　刀開關(guān)QS：電源開關(guān),起隔離電源、安全檢修的作用。</p><p

50、>　　按鈕SB1、SB2：分別用來發(fā)布液壓泵電動機M1的啟動和停止命令。</p><p>　　按鈕SB3、SB4：分別用來發(fā)布冷卻泵電動機M2的啟動和停止命令。</p><p>　　按鈕SB5、SB6、SB7：分別用來發(fā)布鉆孔電動機M3的啟動和停止命令。</p><p>　　按鈕SB8、SB9、SB10：分別用來發(fā)布擴孔電動機M4的啟動和停止命令。</p

51、><p>　　接觸器KM1、KM2、KM3、KM4：分別用來控制液壓泵電機、冷卻泵電機、鉆孔、擴孔動力頭主軸電機的電源的接通或斷開。</p><p>　　接觸器KM5、KM6：分別為攻絲動力頭主軸電機M5的正、反轉(zhuǎn)接觸器。</p><p>　　熱繼電器FR1-FR5：分別用來對液壓泵電機、冷卻泵電機、鉆孔、擴孔動力頭主軸電機、攻絲動力主軸電機進行過載保護。</p&

52、gt;<p>　　熔斷器FU1：用于對主電路的短路保護。</p><p>　　熔斷器FU2：用于控制電路的短路保護。</p><p>　　熔斷器FU3：用于照明回路的短路保護。</p><p>　　熔斷器FU4：用于向PLC供電電路的短路保護。</p><p>　　控制變壓器TC：根據(jù)負載電壓的要求調(diào)節(jié)電壓。</p>

53、<p>　　3.1.3電器元件型號的選擇</p><p>　　1.電動機的選擇：整個裝備的電力拖動方案取決于拖動電機,而拖動電動機的任務(wù)主要是確定其容量。</p><p>　　電動機的容量是比較容易確定的，只要選擇電動機的額定容量PN等于或大于負載額定或最大功率PL就可以。通常按公式確定：PN=PL/η</p><p>　　根據(jù)表2.1所列的各泵、動力

54、頭主軸消耗的最大功率，并取η＝0.82，所以估算出各電動機的額定容量為：</p><p>　　液壓泵電機M1的額定容量：4KW。</p><p>　　冷卻泵電機M2的額定容量：通常取100W。</p><p>　　鉆孔動力頭主軸電機M3的額定容量：3KW。</p><p>　　擴孔動力頭主軸電機M4的額定容量：3KW。</p>

55、<p>　　攻絲動力頭主軸電機M5的額定容量：3KW。</p><p>　　2.刀開關(guān)QS：刀開關(guān)的選用，主要是選擇其額定電流值，開關(guān)的額定電流只需等于或稍大于負載電路的額定電流即可。</p><p>　　3.熔斷器FU：熔斷體額定電流是個主要的技術(shù)參數(shù)。熔斷體的額定電流IR可按下列關(guān)系選擇IR=（1.5-2.5）IN。式中IN—電路中負載的額定電流。</p>&l

56、t;p>　　4.接觸器：機床用的是交流接觸器。常用的有CJ10、CJ12、CJ20等系列交流接觸器。交流接觸器主觸點電流可根據(jù)下面經(jīng)驗公式進行選擇：IN=PN×1000/UN。</p><p>　　5.熱繼電器：熱繼電器的額定電壓和額定電流應(yīng)大于或等于被保護電動機的額定電壓和額定電流。從一個產(chǎn)品系列中選擇熱繼電器的具體規(guī)格時，主要是依據(jù)額定電流值。</p><p>　　6、

57、控制變壓器：在選用控制變壓器時，首先應(yīng)滿足副邊線圈的個數(shù)和電壓值以及原邊電源電壓的數(shù)值。</p><p>　　主電路與其他電路所用到電器元件型號的選擇見表3.1。</p><p>　　表3.1 電器元件型號表</p><p>　　3.1.4原理圖的設(shè)計</p><p>　　金屬切削機床主電路的原理圖見圖3.1。</p><

58、p>　　圖3.1主電路原理圖</p><p>　　3.2攻絲電機及液壓拖動部分的PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p><b>　　3.2.1設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　該部分的設(shè)計包括：I/O設(shè)備的選擇、PLC機型的選擇、系統(tǒng)I/O元件的分配、PLC的I/O接線圖。</p><p>　　3.2.2 I/

59、O設(shè)備的選擇</p><p>　　通過輸入設(shè)備：按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)可以輸入?yún)?shù)給PLC控制系統(tǒng)；輸出設(shè)備：繼電器、接觸器、信號燈等是控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，I/O設(shè)備是PLC與控制對象連接的唯一橋梁。</p><p>　　輸入/輸出設(shè)備的選擇見表3.1</p><p>　　3.2.3 PLC機型的選擇</p><p>　　機型選擇的基本原則

60、是在滿足控制功能要求的前提下,擁有最佳的性能價格比。</p><p>　　具體應(yīng)考慮的因素如下所述：</p><p><b>　?。?）PLC的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　該機床的工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小，所以選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC。其價格優(yōu)勢明顯，安裝方便。</p><p><b>　

61、?。?）指令功能</b></p><p>　　FX系列可編程序控制器提供了具有不同檔次功能的幾個子系列，可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選用滿足要求的子系列。不需要聯(lián)網(wǎng)通信的小型開關(guān)量控制系統(tǒng)，可以選用價格便宜的FXOS系列；I/O點數(shù)多、控制功能復(fù)雜、要求聯(lián)網(wǎng)通信的系統(tǒng)可以選擇FX2N系列。</p><p>　?。?）PLC用戶存儲器容量</p><p>　　P

62、LC容量包括兩個方面：一是I/O點數(shù)；二是用戶存儲器的容量（字?jǐn)?shù)）。PLC容量的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，以做備用。根?jù)經(jīng)驗，在選擇存儲器容量時，一般按實際要求需要的10%-20%考慮容量。對于開關(guān)量控制系統(tǒng)，存儲器字?jǐn)?shù)為開關(guān)量I/O乘以8。</p><p>　　I/O點數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)裕量。根據(jù)被控對象的輸入和輸出信號的總點數(shù)，按實際需要的10%-15%考慮備用量。</p><

63、p>　　（4）PLC I/O模塊的類型</p><p>　　根據(jù)以上幾個要求，本課題選用FX2N-128MR-001型PLC作為攻絲動力頭主軸電機及液壓拖動部分的控制系統(tǒng)的控制設(shè)備。</p><p>　　3.2.4 PLC I/O元件的分配</p><p>　　根據(jù)PLC及其I/O元件選擇的結(jié)果，可對PLC I/O元件進行分配，具體分配結(jié)果如表3.2所示。&l

64、t;/p><p>　　3.2.5 PLC的I/O接線圖</p><p>　　根據(jù)PLC輸入/輸出元件的分配表繪出PLC的I/O接線圖如圖3.3所示。</p><p>　　表3.2 PLC I/O元件分配表</p><p>　　圖3.3 PLC的I/O接線</p><p>　　第四章 金屬切削機床PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

65、</p><p>　　4.1軟件的組成及作用</p><p>　　本金屬切削機床PLC控制系統(tǒng)的軟件部分包括公用程序、全機自動/半自動程序、單機半自動程序、單機手動程序、全機自動回原點、信號顯示和故障報警程序。圖4.1是本人設(shè)計部分的控制程序的總體結(jié)構(gòu)圖。</p><p><b>　　圖4-1</b></p><p>&

66、lt;b>　　4．2程序的設(shè)計</b></p><p>　　4.2.1設(shè)計PLC梯形圖的公用程序段</p><p>　　梯形圖的公用程序段用于各程序段（單周期/連續(xù)循環(huán)程序段，單機半自動程序段，單機手動程序段，自動回原點程序段，信號指示與故障報警程序段）的相互切換處理，如：當(dāng)系統(tǒng)處于單機半自動程序段或自動回原點程序段或單周期/連續(xù)循環(huán)程序段工作方式時，必須將除初始步以外的

67、各步對應(yīng)的輔助繼電器M復(fù)位，否則當(dāng)系統(tǒng)從自動工作方式切換回原程序段工作后，然后又返回工作程序段時，可能會出現(xiàn)同時有兩個活動步的異常情況，引起錯誤的動作。我采用經(jīng)驗設(shè)計法，設(shè)計梯形圖如 圖4—1。 </p><p><b>　　圖4—2</b></p><p>　　4.2.2設(shè)計PLC梯形圖的自動程序段</p><p>　　四工位組合機床控制系統(tǒng)

68、的自動程序段需完成系統(tǒng)在連續(xù)與單周期工作方式下自動加工零件記數(shù)，超節(jié)拍定時，預(yù)停，等環(huán)節(jié)。設(shè)計時我采用順序控制設(shè)計法設(shè)計?？紤]的以上提過的工作要求及實際工作情形我設(shè)計了以下順序功能圖為：圖4—3。其梯行圖見附錄</p><p><b>　　圖4—3</b></p><p>　　4.2.4設(shè)計PLC梯形圖的半自動程序段</p><p>　　四工位

69、組合機床控制系統(tǒng)的半自動程序段的設(shè)計—為的是讓組合機床在對工作實際中僅加工單個零件的需要而應(yīng)用。我采用順序控制設(shè)計法設(shè)計。先設(shè)計其順序功能。在工作臺半自動程序的設(shè)計中我們只考慮一般工作情況，對加工記數(shù)，超節(jié)拍定時，預(yù)停環(huán)節(jié)我都沒設(shè)計。此時鉆孔頭，擴孔頭，攻絲頭工序我們也不考慮。 </p><p>　　設(shè)計PLC梯形圖的半自動程序段</p><p>　　工作

70、實際中僅加工單個零件的需要而應(yīng)用。我采用順序控制設(shè)計法設(shè)計。先設(shè)計其順序功能.在工作臺半自動程序的設(shè)計中我們只考慮一般工作情況，對加工記數(shù)，超節(jié)拍定時，預(yù)停節(jié)我都沒設(shè)計。</p><p><b>　　圖4—5</b></p><p><b>　　圖4—6</b></p><p>　　在鉆孔半自動程序的設(shè)計中我們只考慮一般工

71、作情況，對加工記數(shù)，超節(jié)拍定時，預(yù)停環(huán)節(jié)我都沒設(shè)計。此時工作臺，擴孔頭，攻絲頭工序我們也不考慮，各工序的工作時間（等待步）也不需設(shè)計的。</p><p>　　在擴孔半自動程序的設(shè)計中我們只考慮一般工作情況，對加工記數(shù)，超節(jié)拍定時，預(yù)停環(huán)節(jié)我都沒考慮。此時工作臺，鉆孔頭，攻絲頭工序我們也不考慮，各工序的工作時間（等待步）也不需設(shè)計的。其梯行圖見附錄。順序功能圖見如下：圖4—7</p><p>

72、;<b>　　圖4—7 </b></p><p><b>　　圖4—8</b></p><p>　　在攻絲半自動程序的設(shè)計中我們只考慮一般工作情況，對加工記數(shù)，超節(jié)拍定時，預(yù)停環(huán)節(jié)，遇故障自動返回，緊急停止環(huán)節(jié)，我都沒設(shè)計。此時鉆孔頭，擴孔頭，工作臺工序我們也不考慮 ，各加工工序的工作時間（等待步）也不需設(shè)計的。順序功能圖</p>

73、<p><b>　　圖4—9</b></p><p><b>　　圖4—10</b></p><p>　　設(shè)計PLC梯形圖的手動（點動）程序段</p><p>　　四工位組合機床控制系統(tǒng)的手動程序段設(shè)計需完成系統(tǒng)在選擇手動 按鈕（X3）下，再選擇點動的部件（工作臺，鉆孔頭，擴孔頭，攻絲頭）一種，后按下啟動按鈕（X

74、15），方可再按下單機點動按鈕的選擇按鈕，才可啟動點動部件。本設(shè)計的四個點動部件不能同時啟動，每次只能選擇一種，如：X5，X6，X7，X10。其輸入與輸出我都用與前面說的相同，在這我不在重復(fù)敘述。采用順序控制設(shè)計法設(shè)計。設(shè)計的手動程序段的順序功能圖如下：圖4—11。其梯形圖見附錄</p><p><b>　　。</b></p><p>　　圖4—12 回轉(zhuǎn)臺手動程序&

75、lt;/p><p>　　圖4—13 鉆孔動力頭手動程序</p><p>　　圖4—14 擴孔動力頭手動程序</p><p>　　圖4—15 攻絲動力頭手動程序</p><p>　　設(shè)計PLC梯形圖的自動回原點程序段</p><p>　　四工位組合機床控制系統(tǒng)的自動回原點段設(shè)計需完成系統(tǒng)在任一情況下的各部件自動回原點，其包

76、括：工作臺，鉆孔頭，擴孔頭，攻絲頭在工作，故障，開機等情況下的自動回各部件的原點處。采用順序控制設(shè)計法設(shè)計。設(shè)計的自動回原點程序段的順序功能圖如下：圖4—16。其梯形圖見附錄</p><p>　　設(shè)計PLC梯形圖的信號指示及故障報警程序段</p><p>　　四工位組合機床系統(tǒng)的信號指示及故障報警程序段設(shè)計，我采用經(jīng)驗設(shè)計法設(shè)計。信號指示及故障報警程序段設(shè)計時，應(yīng)注意電鈴報警是在自動程序段

77、的超節(jié)拍（公用程序段的定時器T0動作），自動程序段預(yù)停環(huán)節(jié)（公用程序段的輔助繼電器M3動作），自動程序段完成加工的零件個數(shù)（公用程序段的計數(shù)器C0動作），實驗輸入等四種情況下工作。蜂鳴器報警是在電動機過載（FR熱繼電器動作），加工中的夾緊力不夠（壓力繼電器KP1動作），工作中的油壓過大（壓力繼電器KP2動作）。為區(qū)別兩者的響音，我在這用工作方式選擇開關(guān)自動回原點（X4）區(qū)別，前者實驗按鈕開關(guān)串常開，后者按鈕實驗開關(guān)串常閉。采用經(jīng)驗設(shè)計法

78、設(shè)計此程序段，梯形圖見附錄</p><p><b>　　參考文獻:</b></p><p>　　[1]廖常初·可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用[M]·重慶：重慶大學(xué)出版社，2001，1-7</p><p>　　[2]廖常初·可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M]·重慶：重慶大學(xué)出版社，2002，123-136&l

79、t;/p><p>　　[3]肖維榮·可編程計算機控制器原理及應(yīng)用[M]·西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2002，1-7 </p><p>　　[4]俞金壽·可編程序控制器原理及應(yīng)用技巧[M]·北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003，45-47</p><p>　　[6]袁任光·可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)與實例[M]·廣州：華南

80、理工大學(xué)出版社，1997，32-33 </p><p>　　[7]路林吉·可編程序控制器原理及應(yīng)用技巧[M]·北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003，56-73 </p><p>　　[8]賴指南·一種節(jié)省PLC輸入點的新方法—邏輯組合法·電工技術(shù)[J]，2001，（2）：22-23</p><p>　　[9]周萬珍·PL

81、C分析與設(shè)計應(yīng)用[M]·北京:電子工業(yè)出版社,2004，45-67</p><p>　　[10]劉金琪·機床電氣自動控制[M]·哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1999，48-99</p><p>　　[11]大連組合機床研究所·組合機床設(shè)計第三冊[M]·北京：機械工業(yè)出版社,1976，80-90</p><p>　　

82、[12]GB7159-87電氣技術(shù)中的文字符號制訂通則·北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1987，28-45</p><p>　　[13]Series·90-30 PLC CPU Instruction Set Reference[M]·Manual-June 1999,GFK—0467L</p><p>　　[14]Harold E Java·Network

83、 Programming[M]·北京：電子工業(yè)出版社，2000，87-95</p><p>　　[15]Jin-Shyan Lee·A PLC-based design for seruence controller in discrete event systems[J]·Proceedings of tne 2000 IEEE International conference o