車鏜專機設計報告

1、摘要 本課題研究基于三菱fx系列的plc的車鏜專機組合機床。車鏜專機的功能是采用對臺式鉆床的立柱進行鏜孔加工，同時對孔的右端面進行車削加工。通過plc改造原有的電氣控制式的車鏜專機機床，質(zhì)量可靠，控制速度快，維護性好，提高了工作效率和經(jīng)濟性。使用組態(tài)王（kingview）軟件開發(fā)的監(jiān)控界面實現(xiàn)了對機床現(xiàn)場的遠程監(jiān)視和控制。關鍵字：車鏜專機，plc，組態(tài)王，監(jiān)視abstractthe research based on the mitsubishi fx series plc boring machine combination machine tool. boring machine func

2、tion is used for the drilling machine column boring of hole, the right end face of turning processing. through the plc transformation of the original electric control type car boring machine tool, reliable quality, high speed, good maintenance, improves the work efficiency and economy. using the kin

3、gview software development ( kingview ) monitoring interface to achieve the remote monitoring and control for machine tool site.keywords: car boring machine ,plc , configuration king, monitor目 錄1 方案確定41.1車鏜專機組合機床簡介41.1.1 車鏜專機的基本組成41.1.2 加工過程51.1.2 液壓系統(tǒng)61.2車鏜專機組合機床控制要求61.2.1本系統(tǒng)有七臺電機61.2.2工作臺有兩個工位61.2

4、.3工作方式61.2.4其他要求71.3方案確定72 plc控制系統(tǒng)硬件電路設計72.1 主電路72.2 不進plc的控制電路和信號電路82.3 i/o接線圖83 plc控制系統(tǒng)程序設計93.1 自動控制程序93.2 手動控制程序103.3 上、下位機配合控制程序113.4 聯(lián)鎖、保護程序114 監(jiān)控軟件的設計114.1 監(jiān)控軟件的功能114.2 歡迎界面124.3 監(jiān)控界面144.3.1組態(tài)王變量使用說明144.3.2監(jiān)控界面設計175 設備使用及維護說明185.1 設備使用說明185.2 設備使用及維護注意事項196 設計小結19參考文獻20附錄1 組態(tài)程序：21附錄2 plc程序24附錄

5、3 電氣技術圖紙281 方案確定1.1車鏜專機組合機床簡介車鏜專機是用來對臺式鉆床的立柱進行鏜孔加工，同時對孔的右端面進行車銷加工的一種自動加工設備，加工工件如圖1-1所示。圖1-1 工件示意圖圖1-2 車鏜專機床身結構示意圖車鏜專機床身結構如圖1-2，左、右機械動力頭各有三臺電動機（快速電動機、工速電動機、主軸電動機） 工作臺是液壓站，由一臺電動機拖動，i工位是粗加工和ii工位細加工。1.1.1 車鏜專機的基本組成車鏜專機的基本組成如圖1-3所示。左、右機械動力頭各有三臺電動機（快速電動機、工速電動機、主軸電動機），液壓站由一臺電動機拖動。控制柜液壓站左動力頭工作臺（液壓）右動力頭圖1-3車

6、鏜專機的基本組成1.1.2 加工過程加工過程如圖1-4所示。操作者將要加工的工件放在工作臺上的夾具中，在其他準備工作就緒后，發(fā)出加工指令（按下按鈕）。工件自動夾緊，壓力繼電器動作，左、右協(xié)力頭同時開始鏜銷加工。左動力頭快進，工進至終點后，快退回原位：而右動力頭快進、工進至終點后還應進行右端面的車削加工（車刀橫進、橫退）后才快退。當兩動力頭都退回原位，此時工位的粗加工結束，工作臺移到工位，開始進行精鏜加工。左、右動力頭重新起動，快進，工進到終點延時后快退回原位，工位加工結束，工作臺退到工位，松開工件，一個自動工作循環(huán)結束。圖1-4 車鏜專機的加式過程1.1.2 液壓系統(tǒng)車鏜專機中工作位的轉換和加

7、工工件的夾緊與松開是由液壓系統(tǒng)實現(xiàn)的，車鏜專機液壓系統(tǒng)元件如表1所示。 表1 車鏜專機液壓系統(tǒng)元件表yv1 +卸荷kp1 +油壓到信號yv2 + ()工件松開 （夾緊）kp2 +工件緊信號yv3 +向工位yv5 +橫 進yv4 +向工位yv6 +橫 退 注：表中“”表示得電，“”表示斷電。1.2車鏜專機組合機床控制要求1.2.1本系統(tǒng)有七臺電機 油泵電機 右主軸電機 右快速電機 右工速電機 左主軸電機 左快速電機 左工速電機1.2.2工作臺有兩個工位 由液壓系統(tǒng)實現(xiàn)兩工位的轉換和加工工件的夾緊與松開。 1.2.3工作方式自動工作方式又有三種形式： 全自動循環(huán)、工位循環(huán)、工位循環(huán)工作 全自動循環(huán)

8、過程：從工位工位工位 工位循環(huán)、工位循環(huán)：只在或工位時的加工循環(huán)點動工作方式：左、右主軸的點動對刀， 左、右動力頭的快進與快退點動， 手動松開工件、手動移位等。1.2.4其他要求（1）、左、右床身導軌應具有自動潤滑功能（yv7、yv8）。（2）、左、右快速電動機均采用電磁鐵抱閘制動（yb1、yb2）。 （3）、油泵起動后，液壓系統(tǒng)要有一定的壓力緩沖，才允許開始工作，工作結束要卸荷。（4）、有電源、油泵工作、原位、工作指令等信號指示。（5）、有照明和必要的聯(lián)鎖環(huán)節(jié)和保護環(huán)節(jié)。1.3方案確定根據(jù)上述車鏜專機的控制要求再加上對車鏜專機的工作情況的分析后，確立了如下的設計方案：1） 首先我對整個機床設

9、備需要有過流、過載保護。2）對于急停功能我們采用斷電源的方法，因此對于急停功能的處理就不進plc。這樣也可以省下plc的一個輸入點。還有照明電路、抱閘制動、潤滑和一些指示電路是為了工作的方便而設計的電路，也不進入plc。3） 其他控制電路則通過plc編程器來完成。由于機床有兩種工作方式：手動和自動。手動控制采用經(jīng)驗設計法而自動控制以順序控制法為主。本次設計中自動工作方式的形式主要全自動循環(huán)，全自動循環(huán)工作過程為：從工位工位工位。手動和自動工作方式可通過工作方式選擇開關sa1選擇或者不選擇來確定是進行手動或自動控制。2 plc控制系統(tǒng)硬件電路設計2.1 主電路主電路由七臺電機控制。m1為油泵電機

10、，m2控制右主軸的轉動，m 3控制右工進，m 4控制右快進，m5控制左主軸的轉動，m6控制左工進，m7控制左快進。接觸器km1km9的主觸點控制電機的轉動。其中km2觸點閉合，右主軸電機轉動；km3觸點閉合，右工進電機轉動；km4km5觸點閉合，右快進和右快退電機轉動；km6觸點閉合，左主軸的轉動；km7觸點閉合，左工進電機轉動；km8km9觸點閉合，左快進、左快退電機轉動；km1觸點閉合，油泵電機起動；熔斷器在電路中起短路保護作用，其中fu1對七臺電機起保護作用；fu2保護m1油泵電機；fu7對控制電路進行過流保護。熱繼電器fr1fr7分別對七臺電動機負載的過載保護。見附圖主電路2.2 不進

11、plc的控制電路和信號電路 控制電路包括以下環(huán)節(jié): 1、指示燈電源指示，油泵指示，工作指示，照明指示。 2、主軸控制左主軸和右主軸. 3、車刀控制橫進和橫退. 4、工作位控制工位和工位 5、卸荷控制6、工件松緊控制7、抱閘制動控制8、潤滑控制9、油泵起動根據(jù)上述的環(huán)節(jié)分類,可畫出控制電路的原理圖。見附圖不進plc的控制電路。2.3 i/o接線圖按照設計的要求，本課題設計中采用三菱f3u系列plc。本系統(tǒng)有自動和手動兩種工作狀態(tài)。i/o的分配圖看表2。表2 i/o資源分配圖x0i工位x1ii工位x2右快進x3右工進x4右終點x5左快進x6左工進x7左終點x10油壓到信號x11夾緊x12全/i/i

12、i循環(huán)x25x13手動x14左主軸對刀x15右主軸對刀x16手動左快進x17手動右快進x20手動松開x21手動移位x22啟動x23手動左快退x24手動右快退y0原位指示燈y1工作指示燈y2卸荷y3工件松開y4向i工位y5向ii工位y6橫進y7橫退y10右主軸電機y11右工進y12右快進y13右快退y14左主軸電機y15左工進y16左快進y17左快退3 plc控制系統(tǒng)程序設計3.1 自動控制程序（1） 原位判斷圖3-1 判斷是否在原位如圖3-1，首先上電，當油壓信號到之后，判斷手自動開關是接到自動還是手動，然后決定是進入手動還是自動。進入自動之后，首先進行判斷左、右動力頭以及橫刀是否處于原位，然

13、后判斷工作臺是否在i工位。如果沒有都在原位或工作臺不在i工位，則通過程序?qū)崿F(xiàn)其回到原位和工作臺回到i工位;如果都在原位且工作臺在i工位，則直接跳過回到原位部分。 （2）i工位如圖3-2，按下啟動按鈕，則工件自動夾緊，壓力繼電器動作，然后判斷是進行全循環(huán)還是ii工位循環(huán)，如果是全循環(huán)，則左、右動力頭同時開始鏜削加工，左快進、工進至終點后，快退回原位；而右快進、工進至終點后還要進行橫進后才同時橫退和快退。當左右快退和橫退都到原位后，i工位加工結束。圖3-2 i工位（3） ii工位如圖3-3，i工位加工結束，判斷是否進入ii工位循環(huán)，如果不是則工件松開，等待啟動信號的來臨，判斷是進入ii工位循環(huán)，則

14、工作臺移到ii工位，左、右動力頭重新啟動，快進，工進到終點延時一定時間后快退回原位，ii工位加工結束，工作臺退回i工位，松開工件。圖 3-3 ii工位3.2 手動控制程序手動/點動工作也是用plc程序來控制的，點動分為2臺主軸電機均能手動對刀、手動快進、手動快退和工件的手動松開、工位的手動移位。用相應的按鈕來控制其點動。以下程序為程序控制的右主軸點動，左快進點動和手動松開與移位。其中有快進和快退的互鎖保護和左、右動力頭的限位保護。舉例手動右主軸程序如下圖3-4：圖3-4 手動右主軸程序3.3 上、下位機配合控制程序在手動程序中加入上位機/下位機按鈕所代表的輔助繼電器（m62），并且并上組態(tài)控制

15、軟件中與之對應的按鈕的所代表的輔助繼電器（如：m51），如手動右主軸程序中，如果要下位機控制，則按下上位機/下位機按鈕，m62閉合，轉入下位機控制，如果要上位機控制，則不用按下上位機/下位機按鈕，m62打開，直接在組態(tài)控制界面按下相應的按鈕就可以控制車鏜專機的動作。3.4 聯(lián)鎖、保護程序如上圖3-5，聯(lián)鎖、保護程序是為了避免在程序運行中，出現(xiàn)誤動作時不會引起硬件的誤動作，避免不必要的損失。在本程序中要聯(lián)鎖和保護的是在左右快速電機快進和快退。如下圖程序中y16（左快進）與y17（左快退）進行聯(lián)鎖。圖3-5 左快進與左快退程序中聯(lián)鎖4 監(jiān)控軟件的設計4.1 監(jiān)控軟件的功能 在此次課程設計中我們使用

16、的監(jiān)控軟件是組態(tài)王6.5（kingview 6.5）。kingview是亞控公司推出的第一款針對中小型項目推出的用于監(jiān)視與控制自動化設圖4-1 某反應車間的監(jiān)控畫面示例備和過程的scada產(chǎn)品，也是亞控公司的第一款產(chǎn)品。自kingview問世以來，以其易學易用、功能齊全、物美價廉的產(chǎn)品優(yōu)勢暢銷不衰，年均銷售量超過1萬套，累計銷量20萬余套 。在中國及亞洲其為最著名的組態(tài)軟件產(chǎn)品。圖4-1是基于kingview的某反映車間監(jiān)控界面示例，通過此界面可以很清楚對車間內(nèi)的生產(chǎn)情況實時的了解。kingview具有以下幾個亮點：可視化操作界面、自動建立i/o點、分布式存儲報警和歷史數(shù)據(jù)、設備集成能力強、可

17、連接幾乎所有設備和系統(tǒng)。并有如下幾個核心性能：流程圖監(jiān)控功能、完整的腳本編輯功能 、實時趨勢監(jiān)視功能 、全面報警功能 、歷史數(shù)據(jù)管理功能、報表展示功能等。本系統(tǒng)的組態(tài)使用kingview6.5制作的。4.2 歡迎界面 歡迎界面是我們后來拓展的一個功能，其界面如下圖所示。歡迎界面具有進入監(jiān)控現(xiàn)場權限的用戶登錄，一般是工廠相關人員才能進入。當用戶輸入與數(shù)據(jù)庫相符的用戶名及密碼一致時才能登錄進行監(jiān)控、操作等，保護了現(xiàn)場的安全。 如圖4-2，登錄界面由用戶名、密碼兩個編輯框和“登錄”、“退出”兩個按鈕組成。輸入正確的用戶名和密碼后，點擊“登錄”按鈕就可以進入監(jiān)控畫面，點擊“退出”則退出系統(tǒng)。當用戶名或

18、密碼與數(shù)據(jù)庫中的不一致時，則提示“您的用戶名或密碼錯誤！無法登錄！”出錯界面如圖4-3。圖4-2 系統(tǒng)登錄界面 圖4-3 系統(tǒng)登錄出錯界面 歡迎界面所用的命令語言如下：if(本站點登錄=1)if(用戶名=111111 & 密碼=123456) showpicture(ctzj1);closepicture(登錄);else showpicture(錯誤); if(本站點退出=1)exit( 0 );4.3 監(jiān)控界面4.3.1組態(tài)王變量使用說明表3所示，變量x1-x25的連接設備為plc，因此其變量類型均為i/o離散，它們的讀寫屬性為只讀類型。而變量y1-y17的讀寫屬性為讀寫類型，可以對其端口

19、進行數(shù)據(jù)的讀取和寫入。定義內(nèi)存的變量是為了實現(xiàn)畫面動畫及相關動作時軟件自身進行數(shù)據(jù)運算所定義的。是指那些不需要和其它應用程序交換數(shù)據(jù)、也不需要從下位機得到數(shù)據(jù)、只在“組態(tài)王”內(nèi)需要的變量，比如計算過程的中間變量，就可以設置成“內(nèi)存變量”。因此我們根據(jù)需要定義了一些內(nèi)存變量，根據(jù)具體運算場合設置為內(nèi)存離散和內(nèi)存實數(shù)等。此外，我們通過組態(tài)王實現(xiàn)上下位機控制，即通過定義若干按鈕，與輔助繼電器m50-m63進行連接，并將這些輔助繼電器加入plc程序中，變量m50-m63為讀寫類型，用以實現(xiàn)上下位機的切換。表3 組態(tài)王數(shù)據(jù)使用說明變量名變量類型寄存器x1i/o離散x1x2i/o離散x2x3i/o離散x3

20、x4i/o離散x4x5i/o離散x5x6i/o離散x6x7i/o離散x7x10i/o離散x10x11i/o離散x11x12i/o離散x12x13i/o離散x13x14i/o離散x14x15i/o離散x15x16i/o離散x16x17i/o離散x17x20i/o離散x20x21i/o離散x21x22i/o離散x22x23i/o離散x23x24i/o離散x24x25i/o離散x25y1i/o離散y1y2i/o離散y2y3i/o離散y3y4i/o離散y4y5i/o離散y5y6i/o離散y6y7i/o離散y7y10i/o離散y10y11i/o離散y11y12i/o離散y12y13i/o離散y13y14

21、i/o離散y14y15i/o離散y15y16i/o離散y16y17i/o離散y17m50i/o離散m50m51i/o離散m51m52i/o離散m52m53i/o離散m53m54i/o離散m54m55i/o離散m55油泵燈內(nèi)存離散油泵燈電源燈內(nèi)存離散電源燈原位燈內(nèi)存離散原位燈工作燈內(nèi)存離散工作燈左原位內(nèi)存離散左原位左工進終點內(nèi)存離散左工進終點左快進終點內(nèi)存離散左快進終點右原位內(nèi)存離散右原位右快進終點內(nèi)存離散右快進終點i工位內(nèi)存離散ii工位內(nèi)存離散橫刀原位內(nèi)存離散橫刀終點內(nèi)存離散左主軸電機內(nèi)存離散右主軸電機內(nèi)存離散左進長度內(nèi)存實數(shù)右進長度內(nèi)存實數(shù)橫到位內(nèi)存實數(shù)工件橫移內(nèi)存實數(shù)工件豎移內(nèi)存實數(shù)登錄內(nèi)

22、存離散退出內(nèi)存離散4.3.2監(jiān)控界面設計圖4-4 車鏜專機系統(tǒng)監(jiān)控界面 建立新組態(tài)王工程的一般過程是：1.設計圖形界面（定義畫面）；2.定義設備；3.構造數(shù)據(jù)庫（定義變量）；4.建立動畫連接；5.運行和調(diào)試。一個布置得體美觀，盡可能的刻畫出工業(yè)現(xiàn)場的各種設備及設備間的聯(lián)系對于一般操作人員來說就能更快地認識、掌握和操作。因此，在設計圖形界面的時候，指示燈、按鈕、開關的布置，設備的定義都應該力求讓人一目了然，簡單美觀。圖4-4所示就是我們此次車鏜專機系統(tǒng)的組態(tài)界面。各種工作指示燈設置在相應的工位上，左右分別為左右主軸電機、快進電機和工進電機以及相應的導軌、刀具，中間為工件、夾緊裝置和導軌。右上部分

23、用面板凸顯出的是系統(tǒng)指示燈和按鈕。橫刀的動作示意放置與左上方。畫面定義完畢之后，根據(jù)之前定義相關的變量與各種指示燈、按鈕進行連接。由于監(jiān)控界面不止是靜態(tài)顯示的，所以我們需要通過動畫更直觀的表現(xiàn)現(xiàn)場的運行情況，如左右刀具的快進、快退、工進和橫刀的進、退以及工件的移動等情況。如在模擬左刀具的“快進”這個動畫時，我們需要先定義“左進長度”這個變量來表示刀具移動的距離，這個變量的變量類型為內(nèi)存實數(shù)。通過動畫向?qū)碓O置最左邊和最右邊，且移動為水平移動，主要的動畫命令程序如下所示：if(本站點y16=1 & 本站點左進長度=35) 本站點左進長度=本站點左進長度+5;if(本站點x6=1) 本站點左快進終

24、點=1; else 本站點左快進終點=0;在此程序中我們通過設置長度值來控制快進的距離，當下位機控制的快進終點限位開關還未動作時，動畫停止，只有當限位開關和長度值達到設定后才繼續(xù)動畫，這樣子避免當限位開關發(fā)生故障時，而監(jiān)控畫面卻還是正常動作的情況。左工進的程序如下所示：if(本站點y15=1 & 本站點左進長度=95)本站點左進長度=本站點左進長度+2; if(本站點x7=1) 本站點左工進終點=1; else 本站點左工進終點=0;5 設備使用及維護說明5.1 設備使用說明首先上電，當油壓信號到之后，判斷手自動開關是接到自動還是手動，然后決定是進入手動還是自動。 進入手動之后，通過對應按鈕實

25、現(xiàn)對左快進、左快退、右快進、右快退、左點對刀、右點對刀、松開和移位的點動控制，將手自動開關阻轉接自動點后，可轉移到自動控制。 進入自動之后，首先進行判斷左、右動力頭以及橫刀是否處于原位，然后判斷工作臺是否在i工位。如果沒有都在原位或工作臺不在i工位，則通過程序?qū)崿F(xiàn)其回到原位和工作臺回到i工位;如果都在原位且工作臺在i工位，則直接跳過回到原位部分。然后夾具松開，準備工作，如果在一定時間內(nèi)沒啟動或者進入手動控制的操作，則開始卸荷，只有再按下啟動或者接通手動控制，則停止卸荷，并且在油壓到的前提下，重新進入自動控制或者手動控制；如果接通手動，則直接進入手動控制。 如果按下啟動按鈕，則工件自動夾緊，壓力

26、繼電器動作，然后判斷是進行全循環(huán)還是ii工位循環(huán)，如果是全循環(huán)，則左、右動力頭同時開始鏜削加工，左快進、工進至終點后，快退回原位；而右快進、工進至終點后還要進行橫進后才同時橫退和快退。當左右快退和橫退都到原位后，i工位加工結束，工作臺移到ii工位，左、右動力頭重新啟動，快進，工進到終點延時一定時間后快退回原位，ii工位加工結束，工作臺退回i工位，松開工件，一個全循環(huán)結束。如果是ii工位循環(huán)，則直接跳過i工位加工，工作臺移到ii工位進行ii工位加工。5.2 設備使用及維護注意事項（1） 、在使用本系統(tǒng)時，若加工過程中，所有的電動機突然停止工作，先檢驗油壓信號燈是否亮，如果沒有亮則檢查油泵電動機是

27、否工作，若油泵電動機正常工作，則應檢查輸油管是否漏油。（2） 若按下某一按鈕時，plc無響應。先檢查該按鈕與plc的接線是否斷路，若接線正常，則檢查該plc輸入點是否能正常使用。（3） 如果信號沒有問題，但是電機都無法啟動，則應該檢查下plc是否正常工作。（4） 要及時清理工作臺，保持工作臺的清潔。（5） 要定期檢查機器的運行情況，隔一段時間要對設備進行檢修。6 設計小結 此次課程設計是我們從大學畢業(yè)走向未來工程師重要的一步。設計期間，查找資料，老師指導，與同學交流，反復修改圖紙，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。通過這次課程設計，我最基礎的是了解了車鏜專機plc控制系統(tǒng)的用途及工作原

28、理，熟悉了車鏜專機plc控制系統(tǒng)的設計步驟，深一步的是對自己所學專業(yè)知識的一次檢驗和鞏固，讓我們在對自己所學知識的一次深刻了解。在這個課程設計的過程中暴露了很多問題，比如：對步進指令的不熟悉和設計過程中對材料的不了解等等。但是收獲還是很多的，查找資料的能力，調(diào)試程序的步驟，最深刻的是學了一些關于組態(tài)軟件的知識和學會了一些用cad畫圖的能力。在這要特別感謝我們的老師和同學們，老師的認真講解更正，同學們的討論，這些解決問題的方法，使我們在設計過程的道路上一步一步的踏實的向前走。參考文獻1李建興.可編程控制其應用技術m.北京：機械工業(yè)出版社20042 張鶴鳴, 劉耀元, 張輝先. 可編程控制器原理及應用教程(第2版)m.北京:北京大學出版社,20113 王善斌.組態(tài)軟件應用指南:組態(tài)王kingview和西門子winccm. 北京:化學工業(yè)出版社,20114 楊前明, 吳炳勝, 金曉宏.機械工程控制基礎m. 武漢:華中科技大學出版社,2010附錄1 組態(tài)程序：/左原位指示燈if( 本站點x5=1) 本站點左原位=1; else 本站點左原位=0;/左快進if(本站點y16=1 & 本站點左進長度=35) 本站點左進長度=本站點左進長度+5; /左快