雙頭鉆床的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、2013屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目: 雙頭鉆床的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱： 電氣工程學(xué)院 班 級(jí)： 自動(dòng)F0904 2013 年 5 月 20 日目 次1 概述11.1 課題研究背景及意義11.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀21.3 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求32 臥式雙頭鉆床介紹42.1 送料裝置和加緊裝置42.2 動(dòng)力頭52.3 液壓站52.4 機(jī)床輔助裝置63 硬件電路設(shè)計(jì)63.1 臥式雙頭鉆床的工藝流程63.2 主電路圖73.3 臥式雙頭鉆床各電動(dòng)和液壓系統(tǒng)油路的控制83.4 I/O分配及PLC選型123.5 硬件接線圖134 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)144.1 臥式雙頭鉆床的邏輯控制流程144.2 梯形圖和指令表15總

2、結(jié)18致謝19參考文獻(xiàn)20211 概述可編程邏輯控制器,英文全稱為Programmable Logical Controller ，通常被人們簡稱為PLC。它是20世紀(jì)70年代以來以微處理器為核心，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置，它具有功能強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)以及PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，如今PLC已被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域。鉆床是機(jī)床的一種，是專門進(jìn)行孔加工的機(jī)床。追溯到上世紀(jì)七十年代初期，那時(shí)候世界上最先進(jìn)的鉆床依然還是用普通繼電器來控制的。但隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸將PLC應(yīng)用于機(jī)床的控

3、制當(dāng)中。相比之下，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)電氣線路復(fù)雜，觸點(diǎn)多，靈活性差，要想改變機(jī)床的加工工藝，就得改變硬件接線，長期使用后，故障率還高，故障排除困難，影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。因此普通繼電器控制的機(jī)床越來越難以適應(yīng)復(fù)雜多變的現(xiàn)代化生產(chǎn)過程。而采用PLC作為機(jī)床的控制器使得機(jī)床的效率和加工精度都得到了大大的提高，機(jī)床的性能也更趨完善，可靠性更高，功能更完善，故障率更低，故障排除更加容易，編程也簡單。1.1 課題研究背景及意義 金屬切削機(jī)床是使用切削的方法將金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器，它是制造機(jī)器的機(jī)器，一般簡稱為機(jī)床。普通機(jī)床主要包括車床、銑床、鉆床、鏜床、刨床、磨床。金屬切削加工是機(jī)械制造行業(yè)中最

4、基本的加工方法。隨著機(jī)械制造行業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)械零件的加工方法也越來越多樣化，除了切削加工以外，又出現(xiàn)了鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓和輥軋等加工方法。但是，在機(jī)械制造的總工作量當(dāng)中，機(jī)床切削加工占到了40%60%，所以在目前的機(jī)械制造行業(yè)中金屬切削機(jī)床仍然是主要的加工設(shè)備。而機(jī)床的技術(shù)性能又直接影響到機(jī)械制造行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，傳統(tǒng)的金屬切削機(jī)床越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代化的機(jī)械加工要求。所以必須應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來改造傳統(tǒng)落后的機(jī)床，提高其技術(shù)性能，以滿足高速發(fā)展的機(jī)械制造行業(yè)的加工要求。鉆床是一種在工件上進(jìn)行孔加工的機(jī)床，如鉆孔、擴(kuò)孔、絞孔、攻絲等。20世紀(jì)70年代初，世界上鉆床的控制還是通

5、過繼電器邏輯控制方式來實(shí)現(xiàn)的。采用這種控制方式的電氣系統(tǒng)當(dāng)中，使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、行程開關(guān)等，這就不免使得整個(gè)系統(tǒng)存在如下諸多問題：1. 由于控制觸點(diǎn)多、工作頻繁，電路系統(tǒng)故障率高、檢查周期長；2. 線路易老化，長時(shí)間使用以后，系統(tǒng)常出現(xiàn)故障，造成機(jī)械、液壓或氣動(dòng)系統(tǒng)工作不正常，直接影響機(jī)械加工的質(zhì)量，耽誤加工的進(jìn)行，降低了工作的可靠性；3. 如果工藝要求發(fā)生變化，就得重新設(shè)計(jì)線路連線，而繼電器邏輯控制線路的觸點(diǎn)數(shù)量有限，線路連線很多，這不利于設(shè)備加工工藝的更新，降低了設(shè)備的利用率。除了以上問題以外，傳統(tǒng)鉆床還存在自動(dòng)化程度不高、加工精度低、難以進(jìn)行大批量生產(chǎn)等問題。為了解決傳

6、統(tǒng)鉆床存在的諸多不足之處，我們有必要采用更先進(jìn)的控制方案，并通過改進(jìn)傳統(tǒng)鉆床的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)鉆床的自動(dòng)化改造。1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀縱觀當(dāng)今世界，機(jī)械制造行業(yè)蓬勃發(fā)展，人們對機(jī)械零件加工的要求越來越高。只有機(jī)床工業(yè)的同步發(fā)展才能保證機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展不被限制。因此，人們不斷研究設(shè)計(jì)更加先進(jìn)的機(jī)床來滿足蓬勃發(fā)展的機(jī)械制造行業(yè)。我國機(jī)床工業(yè)自1949年建立，經(jīng)過幾十年的快速發(fā)展，已經(jīng)取得了很大的成就。目前，在高檔數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域，我國的自主創(chuàng)新成果非常顯巨。相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，我國已連續(xù)11年位居世界第一大機(jī)床消費(fèi)國，其中，金屬加工機(jī)床消費(fèi)占到全球市場的45%。統(tǒng)計(jì)還顯示，全球28個(gè)主要機(jī)床生產(chǎn)國家和

7、地區(qū)2012年產(chǎn)值為932億美元，中國約占30%，位居第一位。在重型、超重型數(shù)控機(jī)床研發(fā)方面，重型龍門五軸聯(lián)動(dòng)復(fù)合機(jī)床等一批達(dá)到國際先進(jìn)水平的高檔數(shù)控機(jī)床的研制成功，滿足了航空航天、發(fā)電設(shè)備、汽車等重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)τ诔罅慵闹攸c(diǎn)加工需求；高速精密數(shù)控車床、加工中心等產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、電子、軍工等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，并帶動(dòng)了眾多中小企業(yè)設(shè)備更新改造和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司壓力機(jī)類產(chǎn)品已全面進(jìn)入美國通用汽車公司，被國外客戶譽(yù)為“世界三大沖壓裝備制造商”之一；北京第一機(jī)床廠的龍門鏜床、龍門銑床等產(chǎn)品已出口到韓國；武漢重型機(jī)床有限公司的重型機(jī)床類產(chǎn)品已出口到英國、日本、法國、韓國等。種種數(shù)

8、據(jù)顯示，我國的機(jī)床工業(yè)自建國以來，已經(jīng)取得了巨大的發(fā)展。盡管如此，我國的機(jī)床技術(shù)與世界先進(jìn)水平相比還有很大差距。具體表現(xiàn)有：我國每年仍然需要大量進(jìn)口高精度的機(jī)床零部件，而且數(shù)量一直在上升，這表明國產(chǎn)機(jī)床的加工精度不能完全滿足國內(nèi)機(jī)床的制造；盡管目前國產(chǎn)機(jī)床的國內(nèi)市場占有率顯著提升，但高檔經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床、核心功能部件在國內(nèi)市場占有率還很低，而國外公司大約占有我國高檔機(jī)床85%的市場份額；此外，我國數(shù)控機(jī)床大部分依賴進(jìn)口的局面依然沒有得到改變，盡管當(dāng)前有一些產(chǎn)品國內(nèi)企業(yè)能夠生產(chǎn)，但產(chǎn)品制造力有限，采用進(jìn)口的數(shù)控系統(tǒng)和功能部件導(dǎo)致產(chǎn)品價(jià)格較高，缺乏競爭力。相對于整機(jī)方面的較高發(fā)展水平而言，我國數(shù)控系

9、統(tǒng)、關(guān)鍵功能部件比較滯后。這些深層次的技術(shù)問題如果不解決，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的成本、價(jià)格就下不來，而且產(chǎn)品的精度、可靠性和技術(shù)先進(jìn)性就上不去?？偟膩碚f，我國機(jī)床工業(yè)由于起步晚等原因，與世界發(fā)達(dá)國家相比還存在很大差距。但只要我們不斷學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)并不斷創(chuàng)新，總有一天，我們會(huì)趕超他們。1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求本次設(shè)計(jì)采用PLC作為控制器，進(jìn)行一種臥式雙頭鉆床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。目的是簡化傳統(tǒng)鉆床控制線路，降低機(jī)床故障率，提高其自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。具體要求如下：當(dāng)操作人員按下機(jī)床的啟動(dòng)按鈕后，機(jī)床的送料系統(tǒng)將工件送到工作臺(tái)上夾具的指定位置處，然后夾具夾緊工件，待夾具加緊工件后，工作臺(tái)移動(dòng)，使工件到達(dá)鉆頭

10、加工工位處，然后左右動(dòng)力頭先快進(jìn)再工進(jìn)，當(dāng)兩鉆頭加工到各自的加工深度時(shí)快速退回原位，然后工作臺(tái)退回原位，夾具松開，然后送料系統(tǒng)送料的同時(shí)將加工好的工件退掉，接著機(jī)床進(jìn)行下一次加工。機(jī)床的整個(gè)加工過程是全自動(dòng)的，而且能夠循環(huán)加工。2 臥式雙頭鉆床介紹 臥式雙頭鉆床是一種能夠同時(shí)對工件兩側(cè)進(jìn)行鉆孔加工的鉆床，結(jié)構(gòu)形式為臥式。本文主要進(jìn)行臥式雙頭鉆床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使其克服傳統(tǒng)鉆床的諸多不足之處，提高機(jī)床的技術(shù)性能。臥式雙頭鉆床主要由床身、移動(dòng)工作臺(tái)、液壓站、兩臺(tái)滑套液壓鉆削動(dòng)力頭、送料裝置、夾緊裝置和照明冷卻等輔助裝置組成。臥式雙頭鉆床的俯視結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.1所示：1 送料裝置 2 料倉 3

11、 夾緊裝置 4 移動(dòng)工作臺(tái) 5 液壓站 6 床身7 右滑套鉆削動(dòng)力頭 8 左滑套鉆削動(dòng)力頭圖2.1 臥式雙頭鉆床俯視結(jié)構(gòu)示意圖這里只是畫了一個(gè)簡單的示意圖，整個(gè)機(jī)床并沒有全部畫上，包括冷卻裝置和照明裝置都沒有在圖中顯示。下面將具體介紹機(jī)床每個(gè)機(jī)械部分的工作過程及原理。2.1 送料裝置和加緊裝置臥式雙頭鉆床的送料裝置和加緊裝置的示意圖如圖2.2所示：圖2.2 送料裝置和夾緊裝置示意圖這里簡單地說明一下送料裝置和夾緊裝置的工作原理。工件自料倉中靠重力下落，當(dāng)上一個(gè)工件加工完畢后，移動(dòng)工作臺(tái)退回原位，這時(shí)送料推桿液壓缸（即圖中液壓缸1）左腔進(jìn)油，活塞向右移動(dòng)，推動(dòng)工件右移，同時(shí)此工件推動(dòng)上一個(gè)加工好

12、的工件進(jìn)入收集料倉中。當(dāng)工件到達(dá)夾具上指定位置時(shí)，液壓缸1右腔進(jìn)油，活塞向左移動(dòng)，退回原位，等待下一次送料。同時(shí)，夾具液壓缸上腔進(jìn)油，活塞向下移動(dòng)，逐漸加緊工件。夾具壓力達(dá)到要求時(shí)，夾具保持夾緊狀態(tài)，移動(dòng)工作臺(tái)向加工工位移動(dòng)，到達(dá)加工工位時(shí)，左右動(dòng)力頭開始進(jìn)行鉆孔加工。移動(dòng)工作臺(tái)的移動(dòng)也是靠液壓驅(qū)動(dòng)的。2.2 動(dòng)力頭臥式雙頭鉆床具有左右兩個(gè)滑套鉆削動(dòng)力頭，其運(yùn)動(dòng)形式包括主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力頭橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。兩動(dòng)力頭主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分別靠電動(dòng)機(jī)M1、M2驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力頭進(jìn)給運(yùn)動(dòng)靠液壓驅(qū)動(dòng)。當(dāng)移動(dòng)工作臺(tái)到達(dá)加工工位時(shí)，左右動(dòng)力頭主軸開始旋轉(zhuǎn)，同時(shí)做橫向快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。當(dāng)動(dòng)力頭快進(jìn)到工進(jìn)限位時(shí)，動(dòng)力頭由快進(jìn)轉(zhuǎn)

13、工進(jìn)。當(dāng)工進(jìn)完成后，兩動(dòng)力頭快速退回原位，主軸停止旋轉(zhuǎn)，等待下一個(gè)工件到達(dá)加工工位。2.3 液壓站 臥式雙頭鉆床采用機(jī)械、液壓、電氣相結(jié)合的控制方式。系統(tǒng)中，液壓動(dòng)力由液壓站提供。液壓站油泵由電動(dòng)機(jī)M3驅(qū)動(dòng)。當(dāng)操作人員按下機(jī)床啟動(dòng)按鈕時(shí)，液壓泵開始運(yùn)轉(zhuǎn)。直到操作人員停機(jī)時(shí)，液壓泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。2.4 機(jī)床輔助裝置機(jī)床輔助裝置包括冷卻裝置和照明裝置等。當(dāng)鉆頭進(jìn)行鉆削加工時(shí)，需要由冷卻裝置提供冷卻液進(jìn)行冷卻。冷卻泵由電動(dòng)機(jī)M4驅(qū)動(dòng)。當(dāng)兩動(dòng)力頭開始工進(jìn)加工時(shí)，冷卻泵啟動(dòng)。當(dāng)兩動(dòng)力頭工進(jìn)都結(jié)束時(shí)，冷卻泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)床靠一個(gè)照明燈提供照明，照明燈由一個(gè)按鈕控制其開關(guān)。3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 臥式雙頭鉆床的工

14、藝流程本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使臥式雙頭鉆床能夠自動(dòng)完成如下工作循環(huán)：送料（退料）加緊工作臺(tái)前移鉆削加工工作臺(tái)后移卸料（送料）。其工藝流程圖如如圖3.1所示：圖3.1 臥式雙頭鉆床工藝流程圖3.2 主電路圖臥式雙頭鉆床的主電路如圖3.2所示：圖3.2 臥式雙頭鉆床主電路圖臥式雙頭鉆床總共配置了4臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，分別為左動(dòng)力頭主軸電動(dòng)機(jī)M1，右動(dòng)力頭主軸電動(dòng)機(jī)M2，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M4。由于這4臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率最大的也只有5.5kW，滿足直接啟動(dòng)的要求，所以這里均采用直接啟動(dòng)的方式啟動(dòng)。此外，這4臺(tái)電動(dòng)機(jī)均為單向啟停控制，不需要正反轉(zhuǎn)控制。低壓斷路器QS為機(jī)床的電源開關(guān)，熔斷器FU2、FU

15、3、FU4為各電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)，交流接觸器KM1、KM2、KM3、KM4分別控制電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3、M4的啟停，同時(shí)交流接觸器KM1、KM2、KM3、KM4的電磁機(jī)構(gòu)還能夠?yàn)檫@四臺(tái)電動(dòng)機(jī)提供零壓、欠壓保護(hù)。熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4為各電動(dòng)機(jī)提供過載和電源斷相保護(hù)，防止電動(dòng)機(jī)因上述故障導(dǎo)致過熱而損壞。3.3 臥式雙頭鉆床各電動(dòng)和液壓系統(tǒng)油路的控制1.左右動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)的控制電動(dòng)機(jī)M1、M2為機(jī)床兩動(dòng)力頭主軸電動(dòng)機(jī)，功率為5.5kW，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，采用直接啟動(dòng)方式啟動(dòng)。當(dāng)移動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)到指定位置壓下工作臺(tái)返回行程開關(guān)SQ5時(shí)，左右兩動(dòng)力頭主軸開始旋轉(zhuǎn)，即電動(dòng)機(jī)M1、M2啟動(dòng)。當(dāng)左右兩動(dòng)

16、力頭退回原位分別壓下各自的原位行程開關(guān)SQ6、SQ9時(shí)，左右兩動(dòng)力頭主軸停轉(zhuǎn)，即電動(dòng)機(jī)M1、M2停轉(zhuǎn)。分別用交流接觸器KM1、KM2來控制左右動(dòng)力頭主軸電動(dòng)機(jī)的啟停。2.液壓泵電動(dòng)機(jī)M3的控制電動(dòng)機(jī)M3為機(jī)床液壓泵電動(dòng)機(jī)，功率為3kW，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，采用直接啟動(dòng)方式啟動(dòng)。當(dāng)機(jī)床處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，液壓泵也處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。即當(dāng)操作人員按下機(jī)床啟動(dòng)按鈕SB0時(shí)，液壓泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)；當(dāng)操作人員按下機(jī)床停機(jī)按鈕SB1時(shí)，液壓泵電機(jī)停轉(zhuǎn)。用交流接觸器KM3來控制液壓泵電動(dòng)機(jī)M3的啟停。3.冷卻泵電動(dòng)機(jī)M4的控制電動(dòng)機(jī)M4為機(jī)床冷卻泵電動(dòng)機(jī)，功率為0.5kW，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，采用直接啟動(dòng)方式啟動(dòng)。當(dāng)左右動(dòng)力頭開始工進(jìn)時(shí)，冷

17、卻泵開始工作。即當(dāng)左右動(dòng)力頭分別壓下各自的工進(jìn)行程開關(guān)SQ7、SQ10時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)M4。當(dāng)左右動(dòng)力頭工進(jìn)結(jié)束時(shí)，冷卻泵停止工作。即當(dāng)左右動(dòng)力頭分別壓下各自的快退行程開關(guān)SQ8、SQ11時(shí)，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M4停轉(zhuǎn)。用交流接觸器KM4來控制冷卻泵電動(dòng)機(jī)M4的啟停。4.液壓系統(tǒng)油路的控制電磁閥電磁線圈YV1、YV2控制送料推桿液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)方向。電磁線圈YV1通電時(shí)，送料推桿向右移動(dòng)，推動(dòng)工件向工作臺(tái)夾具方向運(yùn)動(dòng)，完成送料（卸料）過程。電磁線圈YV2通電時(shí)，送料推桿退回原位。臥式雙頭鉆床的夾具采用油路失電夾緊液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制。電磁閥電磁線圈YV3、YV4控制夾緊液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)方向。當(dāng)電磁線圈YV3通

18、電時(shí)，夾緊液壓缸活塞鄉(xiāng)下移動(dòng)，逐漸加緊工件。當(dāng)壓力達(dá)到要求時(shí)，壓力繼電器KP觸頭動(dòng)作，夾具保持夾緊狀態(tài)。當(dāng)電磁線圈YV4通電時(shí)，加緊液壓缸活塞向上移動(dòng)，夾具逐漸松開工件。電磁閥電磁線圈YV5、YV6控制移動(dòng)工作臺(tái)液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)方向。當(dāng)電磁線圈YV5通電時(shí)，移動(dòng)工作臺(tái)由原位向加工工位運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電磁線圈YV6通電時(shí)，移動(dòng)工作臺(tái)由加工工位向原位運(yùn)動(dòng)。機(jī)床左動(dòng)力頭的運(yùn)動(dòng)由電磁閥電磁線圈YV7、YV8、YV9控制，右動(dòng)力頭的運(yùn)動(dòng)由電磁閥電磁線圈YV10、YV11、YV12控制。當(dāng)電磁線圈YV7、YV9通電時(shí)，左動(dòng)力頭做快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電磁線圈YV7通電時(shí)，左動(dòng)力頭做工進(jìn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電磁線圈YV8通電時(shí)，左動(dòng)力

19、頭做快退運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電磁線圈YV10、YV12通電時(shí)，右動(dòng)力頭快進(jìn)。當(dāng)電磁線圈YV10通電時(shí)，右動(dòng)力頭工進(jìn)。當(dāng)電磁線圈YV11通電時(shí)，右動(dòng)力頭快退。液壓回路電磁閥動(dòng)作順序及液壓元件工作狀態(tài)如表1所示：表1 液壓控制回路電磁閥動(dòng)作表動(dòng)作名稱發(fā)訊元件電磁閥工作狀態(tài)YV1YV2YV3YV4YV5YV6YV7YV8YV9YV10YV11YV12送料（退料）SQ3+-送料桿退回SQ2-+-工件夾緊SQ2-+-工作臺(tái)向前移動(dòng)KP-+-+-左動(dòng)力頭快進(jìn)SQ5-+-+-+-左動(dòng)力頭工進(jìn)SQ7-+-+-左動(dòng)力頭快退SQ8-+-+-右動(dòng)力頭快進(jìn)SQ5-+-+-+右動(dòng)力頭工進(jìn)SQ10-+-+-右動(dòng)力頭快退SQ11-+-

20、+-工作臺(tái)退回SQ6、SQ9-+-+-工件松開SQ4-+-送料（退料）夾具工作臺(tái)左動(dòng)力頭右動(dòng)力頭注：“+”表示對應(yīng)電磁閥線圈通電，“-”表示對應(yīng)電磁閥線圈斷電3.4 I/O分配及PLC選型根據(jù)以上介紹，我們可以確定PLC的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)數(shù)量和功能。輸入信號(hào)有：啟動(dòng)按鈕SB0，停機(jī)按鈕SB1，急停按鈕SB2，送料推桿原位行程開關(guān)SQ1，送料桿返回行程開關(guān)SQ2，夾具液壓缸活塞原位行程開關(guān)SQ3，夾具壓力繼電器KP，移動(dòng)工作臺(tái)原位行程開關(guān)SQ4，移動(dòng)工作臺(tái)返回行程開關(guān)SQ5，左動(dòng)力頭原位行程開關(guān)SQ6，左動(dòng)力頭工進(jìn)行程開關(guān)SQ7，左動(dòng)力頭快退行程開關(guān)SQ8，右動(dòng)力頭原位行程開關(guān)SQ9，右動(dòng)力頭

21、工進(jìn)行程開關(guān)SQ10，右動(dòng)力頭快退行程開關(guān)SQ11，熱繼電器FR1-FR4的常閉觸頭。這里為了減少PLC輸入點(diǎn)數(shù)，將急停按鈕SB2和四個(gè)熱繼電器的常閉觸頭并聯(lián)接入PLC的一個(gè)輸入口。輸出信號(hào)有4個(gè)中間繼電器線圈和12個(gè)液壓回路電磁閥線圈。交流接觸器線圈沒有接到PLC輸出端，分別用中間繼電器KA1、KA2、KA3、KA4來控制。另外，照明燈的控制也不經(jīng)過PLC來控制，直接將照明燈接到電源上，用一個(gè)開關(guān)SA來控制其開關(guān)。此外，本次設(shè)計(jì)暫不設(shè)置指示燈。PLC的I/O分配如表2所示：表2 I/O分配表輸入信號(hào)地址輸出信號(hào)地址啟動(dòng)按鈕SB0X0KA1Y0停機(jī)按鈕SB1X1KA2Y1送料推桿原位行程開關(guān)S

22、Q1X2KA3Y2送料推桿返回行程開關(guān)SQ2X3KA4Y3夾具液壓缸活塞原位行程開關(guān)SQ3X4YV1Y4工作臺(tái)原位行程開關(guān)SQ4X5YV2Y5工作臺(tái)返回行程開關(guān)SQ5X6YV3Y6左動(dòng)力頭原位行程開關(guān)SQ6X7YV4Y7左動(dòng)力頭工進(jìn)行程開關(guān)SQ7X8YV5Y8左動(dòng)力頭快退行程開關(guān)SQ8X9YV6Y9右動(dòng)力頭原位行程開關(guān)SQ9X10YV7Y10右動(dòng)力頭工進(jìn)行程開關(guān)SQ10X11YV8Y11右動(dòng)力頭快退行程開關(guān)SQ11X12YV9Y12夾具壓力繼電器KPX13YV10Y13急停按鈕SB2、熱繼電器FR1-FR4X14YV11Y14YV12Y15由表知，共有15個(gè)輸入點(diǎn)，16個(gè)輸出點(diǎn)，考慮到系統(tǒng)以后

23、性能的擴(kuò)展，這里選用三菱公司的FX2N -48MR機(jī)型。FX2N -48MR型的PLC的基本單元共有48個(gè)I/O點(diǎn)，24個(gè)輸入點(diǎn)，24個(gè)輸出點(diǎn)。3.5 硬件接線圖根據(jù)I/O分配表，可以畫出PLC硬件接線圖，PLC的硬件接線圖如圖3.3所示：圖3.3 PLC硬件接線圖 PLC輸入端子外電路總共接了15個(gè)輸入點(diǎn)，分別連接按鈕、行程開關(guān)、壓力繼電器等主令和檢測元件，由PLC內(nèi)部提供的DC 24V直流電源供電。輸出端子外電路共接了16個(gè)輸出點(diǎn)。其中中間繼電器采用DC 24V電源供電，電磁鐵閥用DC 24V電源供電，共分為4個(gè)端子組。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 臥式雙頭鉆床的邏輯控制流程初始步為等待步，此時(shí)

24、整臺(tái)機(jī)床尚未送電，即隔離開關(guān)QS為斷開狀態(tài)。當(dāng)隔離開關(guān)接通時(shí)，系統(tǒng)從等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換到激活狀態(tài)。此時(shí)按下啟動(dòng)按鈕SB0，液壓泵電動(dòng)機(jī)接觸器KM3線圈得電并自鎖，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3啟動(dòng)，液壓泵開始工作。在機(jī)床開始工作前，液壓泵必須最先啟動(dòng)。此時(shí)機(jī)床各動(dòng)力部件還都處于原位。接著，電磁線圈YV1得電，送料缸左腔進(jìn)油，活塞向右移動(dòng)，帶動(dòng)送料推桿向右移動(dòng)，送料推桿推動(dòng)工件移動(dòng)。當(dāng)工件到達(dá)移動(dòng)工作臺(tái)上夾具的指定位置時(shí)，即送料推桿壓下送料推桿返回行程開關(guān)SQ2時(shí)，電磁線圈YV1失電，電磁線圈YV2得電，送料缸右腔進(jìn)油，送料推桿退回，當(dāng)送料推桿退到原位時(shí)電磁線圈YV2失電，送料推桿停下，等待下一次送料。與此同時(shí)，電

25、磁線圈YV3得電，加緊液壓缸活塞向下移動(dòng)，工件逐漸被加緊。當(dāng)夾具壓力達(dá)到設(shè)定壓力值時(shí)，壓力繼電器觸頭動(dòng)作，使得電磁線圈YV5得電，移動(dòng)工作臺(tái)向前移動(dòng)。當(dāng)移動(dòng)工作臺(tái)到達(dá)指定位置時(shí)，即當(dāng)移動(dòng)工作臺(tái)壓下移動(dòng)工作臺(tái)返回行程開關(guān)SQ5時(shí)，電磁線圈YV5失電，工作臺(tái)保持在當(dāng)前位置。與此同時(shí)，KM1、KM2線圈得電，電磁線圈YV7、YV9、YV10、YV12得電，電動(dòng)機(jī)M1、M2啟動(dòng)，兩動(dòng)力頭主軸開始旋轉(zhuǎn)并做快進(jìn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)兩動(dòng)力頭分別到達(dá)各自的工進(jìn)限位并壓下各自的工進(jìn)行程開關(guān)SQ7、SQ10時(shí)，電磁線圈YV9、YV11失電，交流接觸器KM4線圈得電，兩動(dòng)力頭由快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，冷卻泵電機(jī)啟動(dòng)，冷卻泵開始工作。當(dāng)兩動(dòng)

26、力頭完成工進(jìn)分別壓下各自的動(dòng)力頭返回行程開關(guān)SQ8、SQ11時(shí)，電磁線圈YV7、YV10失電，電磁線圈YV8、YV11得電，交流接觸器線圈KM4失電，兩動(dòng)力頭快速退回，冷卻泵停止工作。當(dāng)兩動(dòng)力頭返回到原位時(shí)，即當(dāng)兩動(dòng)力頭分別壓下各自的原位行程開關(guān)SQ6、SQ9時(shí)，電磁線圈YV8、YV11失電，兩動(dòng)力頭停止運(yùn)動(dòng)，在原位等待下一次加工。當(dāng)兩動(dòng)力頭都回到原位時(shí)，電磁線圈YV6得電，移動(dòng)工作臺(tái)退向原位。當(dāng)移動(dòng)工作臺(tái)到達(dá)原位并壓下工作臺(tái)原位行程開關(guān)SQ4時(shí)，電磁線圈YV6、YV3失電，電磁線圈YV4得電，移動(dòng)工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，夾具松開工件。當(dāng)夾緊液壓缸活塞退回到原位時(shí)，即當(dāng)夾具液壓缸活塞原位行程開關(guān)SQ3

27、被壓下時(shí)，電磁線圈YV4失電，電磁線圈YV1得電，夾具液壓缸活塞停在原位，送料桿開始送料并卸料。機(jī)床進(jìn)入下一個(gè)工件的加工。當(dāng)操作人員按下停機(jī)按鈕或急停按鈕，再或者電機(jī)熱繼電器觸頭動(dòng)作時(shí)，系統(tǒng)停止工作。4.2 梯形圖和指令表 根據(jù)臥式雙頭鉆床的邏輯控制流程和I/O分配，設(shè)計(jì)控制程序梯形圖。臥式雙頭鉆床的控制程序梯形圖如圖4.1所示：圖4.1 控制程序梯形圖梯形圖對應(yīng)的指令表如表3所示：表3 指令表總 結(jié)傳統(tǒng)機(jī)床采用繼電器邏輯控制方式進(jìn)行控制，整個(gè)控制系統(tǒng)電氣線路復(fù)雜，觸點(diǎn)多，靈活性差，要想用同一臺(tái)機(jī)床加工加工要求不同的工件，就得改變硬件接線，長期使用后，故障率還高，故障排除困難，影響企業(yè)的正常生

28、產(chǎn)。而采用PLC作為機(jī)床的控制器，能夠簡化傳統(tǒng)機(jī)床的控制線路，降低機(jī)床的故障率，提高機(jī)床的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。本文以臥式雙頭鉆床為例，詳細(xì)介紹了其電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，包括機(jī)床的結(jié)構(gòu)介紹、工藝流程介紹、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)，使其能夠自動(dòng)循環(huán)加工特定工件，大大提高了機(jī)床的自動(dòng)化程度。致 謝大學(xué)四年的學(xué)習(xí)時(shí)光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對我的母校，我的父母、親人們，我的老師和同學(xué)們表達(dá)我由衷的謝意。感謝我的家人對我大學(xué)四年學(xué)習(xí)的默默支持；感謝我的母校河南工業(yè)大學(xué)，我人生中最重要的一個(gè)階段是在這里度過的；感謝母校的老師和同學(xué)們四年來的關(guān)心和鼓勵(lì)。老師們課堂上的激情洋溢，課堂下的諄諄教誨；同學(xué)們在學(xué)習(xí)

29、中的認(rèn)真熱情，生活上的熱心主動(dòng)，所有這些都讓我這幾年的生活充滿了感動(dòng)。 這次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)我得到了很多老師和同學(xué)的幫助，其中我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師林琪老師對我的關(guān)心和支持尤為重要。當(dāng)我遇到棘手的問題時(shí)，我就去請教林琪老師，林琪老師每次都能耐心地與我一起分析問題，然后一起商量解決的辦法。在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從選題到查閱資料，任務(wù)書的書寫，中期論文的修改，后期論文格式調(diào)整等各個(gè)環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導(dǎo)。這幾個(gè)月以來，林老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向林老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 同時(shí)，本篇畢業(yè)論文的寫作也得到了宋意良、陳繼磊等同學(xué)的熱情幫助。感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個(gè)方面給予過我?guī)椭幕锇閭儯诖?，我再一次真誠地向幫助過我的老師和同學(xué)表示感謝！參 考 文 獻(xiàn)1高安邦，成建生，陳銀燕. 機(jī)床電氣與PLC控制技術(shù)項(xiàng)目教程M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,201012任國軍，王維周基于PLC的多頭鉆床控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)J機(jī)床電器，2012（3）: 32403高安邦，等.機(jī)電一體化系