基于plc的四工位組合機床控制系統設計-文庫吧

【正文】 assignment graph and single automatic work flowchart, write PLC control program ladder diagram and instructions list,Composed of manmachine interface operation panel,make the whole control system operation simple, convenient, greatly improved the system automation degree and practicability. Keywords: programmable controller (PLC), four location bination machine tools, control system, the manmachine interface. 貴州大學本科畢業設計 第 5頁 第一章 緒論 組合機床是針對特定工件，進行特定加工而設計的一種高效率自動化專用加工設備，這類設備大多能多刀同時工作，并且具有自動循環的功能。 組合機床是隨著機械工業的不斷發展，由通用機床、專用機床發展起來的。通用機床一般用一把刀具進行加工，自動化程度低、輔助時間長、生產效率低，但通用機床能夠重新調整，以適應加工對象的變化。專用機床可以實現的多刀切削，自動化程度較高，結構較簡單，生產效率也較高。但是， 專用機床的設計，制造周期長，造價高，工作可靠性也較差。專用機床是針對某工件的一定工序設計的，當產品進行改進，工件的結構，尺寸稍有變化時，它就不能繼續使用。在綜合了通用機床、專用機床優點的基礎上產生了組合機床。組合機床通常由標準通用部件和加工專用部件組合構成，動力部件采用電動機驅動或采用液壓系統驅動，由電氣系統進行工作自動循環的控制，是典型的機電或機電液一體化的自動加工設備。 常見的組合機床，標準通用部件有動力滑臺各種加工動力頭以及回轉工作臺等，可用電動機驅動，也可用液壓驅動。各標準通用動力部件組合構成一臺組 合機床時，該機床的控制電路可由各動力部件的控制電路通過一定的連接電路組合構成。 多動力部件構成的組合機床，其控制通常有三方面的工作要求：第一方面是動力部件的點動和復位控制。第二方面是動力部件的半自動循環控制。第三方面是整批全自動工作循環控制。 組合機床具有生產率高、加工精度穩定的優點。因而，在汽車、柴油機、電機、機床等一些具有一定生產批量的企業中得到了廣泛應用。目前，組合機床的研制正向高效、高精度、高自動化和柔和性化方向發展。 PLC 的四工位組合機床控制系統設計的目的和意義 目前一般企業都擁有一定數 量的用繼電器控制的組合機床。繼電器控制方式雖然有結構簡單、價格便宜的優點，但存在著接觸器觸點磨損快、壽命短、可靠性差等缺點。特別是在更換產品而改變動作循環時，需重新設計、安裝、調試，貴州大學本科畢業設計 第 6頁 不能適應現代生產要求。造成了這些企業的生產率低下，效益差，反過來這些企業又沒有足夠的資金購買新的數控車床。因此，當務之急就是對這些普通車床進行技術改造，以提高企業的設備利用率，提高產品的質量和產量。而采用 PLC改造機床，可去掉了機床的中間繼電器、時間繼電器、順序控制二極管及電阻，使線路簡化。同時，由于 PLC 的高可靠性，輸入／輸出 部分還具有信號指示，這不僅使電氣故障次數大大減少，而且還能給準確判斷電器故障的發生部位提供了很大的方便。控制系統可靠性好、故障率低、工藝參數調整方便等特點。因為可編程控制器的抗干擾能力強，可靠性高，且配置靈活，已在工控領域廣泛應用。這不僅可以實現生產過程的自動控制，還可以構成適合工業環境的實時網絡控制。 另外使用 PLC 控制機床電氣系統后為了充分發揮設備效能，迅速提升加工技術與精度，越來越多的企業每年投入大量資金和技術對傳統老式組合機床進行技術改造，取得了良好的效果。用 PLC 模塊、變頻驅動技術、操控監控 設備等組成電氣數字控制系統，以實現編程輸入、人機交互、自動化加工的控制方式，擴大加工能力，減少故障，提高效率，已成為企業進行技術改造的有效途徑。因此設計性價比較高的基于 PLC 的四工位組合機床控制系統設計顯得尤其重要。 PLC 的四工位組合機床控制系統設計的國內外現狀和發展趨勢 在我國，組合機床的科研和生產都具有相當的基礎，應用也已深入到很多行業。是當前機械制造業實現產品更新，進行技術改造，提高生產效率和高速發展必不可少的設備之一。組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術。在工藝裝 備方面；它的特征是高效、高質、經濟實用，因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業。我國傳統的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產批量比較大的大中型箱體類和軸類零件（近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多，有大型組合機床和小型組合機床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式，還有多工位回轉臺式組合機床等；隨著技術的 不斷進步，一種新型的組合機床 —— 柔性組合機床越來越受到人們的青睞，它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼貴州大學本科畢業設計 第 7頁 隨行夾具和刀具的自動更換，配合可編程序控制器（ PLC），能任意改變工作循環控制和驅動系統，并能靈活適應多品種加工的可調可變的組合機床。另外，近年來組合機床加工中心、數控組合機床、機床輔機（清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線）等在組合機床行業中所占份額也越來越大。 由于組合機床及其自動線是一種技術綜合性很高的高技術專用產品，是根據用戶特殊要求而設計的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監控、 清洗、裝配和試漏等技術。我國組合機床及組合機床自動線總體技術水平比發達國家要相對落后，國內所需的一些高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢必導致投資規模的擴大，并使產品生產成本提高。因此，市場要求我們不斷開發新技術、新工藝，研制新產品，由過去的“剛性”機床結構，向“柔性”化方向發展，滿足用戶需求，真正成為剛柔兼備的自動化裝備。 近年來， PLC 在工業中異軍突起，特別是在組合機床的運用上，它是充分利用計算 機技術和電子技術與機械電子，以軟件代替部分硬件，以電子器件代替部分機械傳動，從 而提高了機床的性能。以其獨特的控制優勢，廣泛地應用在機械制造業中。特別是在組合機床的控制中，以其編程簡單、可靠性高、功能齊全、適應性強、輸出形式多樣等優點，很快取代了傳統的繼電器控制中的主導地位。 21 世紀， PLC 會有更大的發展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現；從產品規模上看，會進一步向超小型及超大型方向發展；從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業控制 場合的需求；從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現少數幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現國際通用的編程語言；從網絡的發展情況來看，可編程控制器和其它工業控制計算機組網構成大型的控制系統是可編程控制器技術的發展方向。 貴州大學本科畢業設計 第 8頁 第二章 四工位組合機床原理及液壓系統 四工位組合機床的工作原理與過程分析 此次設計的組合機床對零件進行鉆孔 ,擴孔 ,攻絲等工序的加工 ,采用回轉工作臺傳送零件 ,按照工藝流程分三個加工工位 ,并安排一個裝卸工位來裝卸工件，即四個工位的組合機床。 當用人工 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 ,回轉工作臺自動微抬，抬起到位 ,回轉工作臺自動回轉到加工位置后 ,自動定位夾緊 .夾緊后 ,即向各工位發出向前主令 ,各工位動力頭按自己的程序進行加工 .與此同時回轉機構自動復位 ,為下次轉位做準備 .各工位加工完成 ,向系統匯報完成信號 .同時各工位動力頭自動退回原位 ,回到原位后，即向系統匯報原位信號 .當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 ,則系統又開始進行下一個循環的加工。該組合機床的俯視示意圖如圖 所示： 圖 2. 主軸 3. 上，下料機械手 4. 夾具 貴州大學本科畢業設計 第 9頁 回轉臺工作原理 按下回轉臺工作按鈕后，電磁閥 S01 通電，使得回轉臺微抬，碰到行程開關SQ02，電磁閥 S01, S03 通電，回轉臺開始快速回轉，當碰到行程開關 SQ03，電磁閥 S01, S03, S05 通電，使得回轉臺低速回轉；離開行程開關 SQ03 電磁閥 S01, S04, S05 通電，回轉臺反轉；碰到行程開關 SQ04,電磁閥 S02 通電，回轉臺夾緊；當壓力繼電器 KP1 發出信號， 電磁閥 S02, S06 通電，回轉臺脫離；碰到行程開關 SQ05，電磁閥 S02, S04, S06 通電，回轉臺返回；碰到行程開關 SQ01，回轉液壓缸返回原位等待下一次循環。具體動作見 四工位組合機床的控制方案順序功能圖以及 液壓控制系統圖 。 鉆孔工作原理 按下鉆孔工作按鈕，電磁閥 6YA通電，鉆孔工位快進；當碰到行程開關 SQ12,電磁閥 6YA,12YA 通電 ,調速閥調速，鉆孔工位轉為工進，接觸器線圈 KM3 通電，同時鉆孔電動機啟動；當碰到行程開關 SQ13，電磁閥 7YA 通電，鉆孔工位快退；當碰到行程開關 SQ11,接觸器線圈 KM3 斷電，鉆孔電動機停止，鉆孔工位返回到了原位，具體動作見液壓控制系統圖。 擴孔工作原理 當工作臺夾緊后， S0 1DP 發出信號，電磁閥 10YA 得電，擴孔液壓桿快進，碰到行程開關 S22，電磁閥 10YA， 13YA 帶電，調速閥調速液壓桿工進，接觸器線圈 KM2 通電，同時擴孔電動機啟動。碰到行程開關 S23， 10YA、 13YA 斷電， 11YA帶電，液壓桿快退。碰到 S21,11YA 斷電，擴孔工位回原位，具體動作見液壓控制系統圖。 攻絲工作原理 按下攻絲工作按鈕，電磁閥 20YA 通電，攻絲工位快進；碰到行程開關 SQ32,工位停止，接觸器線圈 KM1 通電，攻絲電動機正傳開始；碰到行程開關 SQ33，接觸器線圈 KM4 通電， KM1 與 KM4 觸頭改變任意兩相相序，攻絲電動機反轉；碰到行程開關 SQ34，攻絲電動機停止，電磁閥 21YA 通電，工位快退；碰到行程開關 SQ31,攻絲工位返回原位停止，等待下次循環，具體動作見液壓控制系統圖。 由以上分析知四工位組合機床的控制方案順序功能圖如圖 所示：依次完成微抬，快速回轉，慢回，反向定位，夾緊之后由相應的限位開關及控制指令貴州大學本科畢業設計 第 10頁 完成鉆孔，擴孔， 攻絲 三道工序，之后由下料機械手完成下料。每道工序之間存在等待時間，這要根據具體要求確定加工時序，依次重復上述步驟完成相應工件的加工。（備注： S0— S54 是為了畫功能圖方便特意添加的輔助繼電器 AR 對應的注釋說明，不是指繼電器的名稱，具體詳見梯形圖部分。） 圖 貴州大學本科畢業設計 第 11頁 四工位組合機床的液壓控制系統 因為液壓控制系統具有以下優點： 可以在運行過程中實現大范圍的無機調速。 在同等輸出功率下，液壓傳動裝置的體積小、重量輕、運動慣量小、 動態性能好。 采用液壓傳動可實現無間隙傳動，運動平穩。 便于實現自動工作循環和自動過載保護。 由于一般采用油作為傳動介質，因此 液壓元件有自我潤滑作用，有較長的使用壽命。 液壓元件都是標準化、系列化的產品，便于設計、制造和推廣應用。 因為此次設計的基于 PLC 的四工位組合機床控制系統在四個工位加工工件是受力較大，采用普通的電氣系統在此工況下加工誤差較大，結合以上液壓控制系統優點，因此此次設計在電機移動與工具夾緊和 上料、下料機械手 模塊采用液壓系統，其它模塊采用常規電氣系統 進行控制。雖然液壓控制系統具有：損失大、效率低、發熱大、不能得到定比傳動、當采用油作為傳動介質時還需要注意防火問題、液壓元件加工精度要求高、造價高等缺點，但是合理設計液壓控制系統還是不錯的選擇；因此受力較大的模塊我們依然選擇液壓系統控制。 本次設計的四工位組合機床的液壓控制系統包含用三個液壓缸完成 鉆孔，擴孔， 攻絲 三個電機的動作，通過行程開關分別控制相應的電磁換向閥得電，完成鉆孔，擴孔， 攻絲 三道工序，而電機的轉動則通過 PLC進行控制。在反饋元件的反饋下精確完成以上三道工序，而對于另一