張翔畢業(yè)設計(稿)

1、金屬切削機械控制系統(tǒng)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用于各行各業(yè)。本文介紹了PLC技術實現(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計兩個方面介紹控制系統(tǒng)的應用特點。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構的設計思路，包括電氣控制要求、電氣原理圖設計分析、元件選型、程序設計方法等。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)所給的主要技術參數(shù)和電氣控制要求，設計了硬件系統(tǒng)，并

2、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。軟件設計包括公用程序、單步程序、全自動程序、故障報警程序,并加以適當?shù)奈淖终f明。運行結果表明該系統(tǒng)完全達到了設計規(guī)定的性能指標和要求，且運行可靠，具有實用價值。關鍵詞：可編程序控制器 硬件 軟件 自動化水平 運行可靠第一章 緒論1.1金屬切削機械控制的前景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，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

3、加工行業(yè)的大批量生產(chǎn)中以獲得廣泛的應用。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)中也已廣泛應用。組合機床是按系列標準化，設計的通用部件和按被加工零件的形狀及加工工藝要求設計的專用部件組成的專用機床。1.2金屬切削機械控制系統(tǒng)的用途介紹及基本結構 1.2.1金屬切削機械控制系統(tǒng)的用途金屬切削機械控制系統(tǒng)設計任務是對零件進行鉆孔，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。工作示意圖如下： 圖 1 - 11.3金屬切削機械控制系統(tǒng)的工作情況及拖動方式1.3.1金屬切削機械控制系統(tǒng)的基本工作情況 當用人工將一個工件

4、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，回轉工作臺自動微抬，抬起到位后，回轉工作臺自動轉位；轉位到位后，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，與次同時回轉機構自動復位，為下次轉位準備。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：1.3.2金屬切削機械控制系統(tǒng)的拖動方式本設計的機床采用液壓與電動機（采用三相鼠籠式交流電動機）相結合的動力方式。進給系統(tǒng)為液壓傳動

5、系統(tǒng)，系統(tǒng)包括如下：工件夾緊液壓系統(tǒng)，回轉工作臺液壓驅動系統(tǒng)，鉆孔進給驅動系統(tǒng)，擴孔進給驅動系統(tǒng)，攻絲進給驅動系統(tǒng)。工作系統(tǒng)采用電動機驅動（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，鉆孔頭驅電動機，擴孔頭驅電動機，攻絲頭驅電動機 。1.3.3機床的工作原理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，回轉工作臺自動轉位。轉位到位后，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。與此同時回轉機構自動復位，為下次轉位作準備。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

6、自動退回原位，回到原位后，即向系統(tǒng)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(tǒng)又可開始進行下一個循環(huán)的加工。1.4 電動機拖動部分設計要求液壓電動機、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，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。攻絲電動機：由于攻絲動力頭主軸有“

7、正轉攻絲”和“反轉攻絲”的要求，而其主軸的正、反轉需由其拖動電機來實現(xiàn)，因此應能對攻絲動力脫主軸電動機實現(xiàn)“正轉”與“反轉”的控制。1.5液壓拖動部分的控制要求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。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整各單機每一步的檢測元件和運行狀態(tài)。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環(huán)過程的檢查與調試。（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

8、式。 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)過程的檢查和調試。全機全自動：即按下啟動按鈕后，機床啟動，其各部分協(xié)調一致地運行，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。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備。（3）保護環(huán)節(jié)：在控制系統(tǒng)中應該

9、采用各種保護措施，以確保人身設備安全。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)應包括短路保護、過載保護、失壓保護和超節(jié)拍保護。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。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，機內材料壽命減小，甚至燒壞。因此應對機床應設置過載保護。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，在電源重新恢復供電時，電動機又會自行啟動。這種情況容易造成生產(chǎn)設備的損壞，甚至人身事故。因此，必須采起失壓保護措施。超節(jié)拍保護：如果機床的刀具嚴重磨損，其加工零件的直徑就會小于預定值

10、，從而導致次品甚至廢品的出現(xiàn)，為此需要超節(jié)拍保護。（4）信號顯示與故障報警：為了準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)，需要設置故障報警。1.6設計任務和要求1.6.1為保證本次設計任務的完成，制定如下： 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。 電氣設備總安裝接線圖。 電器板元件配置圖，接線圖， 控制面板元件布置圖，接線圖。 PLC I/O接線圖，梯形圖。 各部分子程序梯形圖及指令表程序。1.6.2本次設計的特殊要求機床有四種工作狀態(tài)，即：連續(xù)自動循環(huán)，一

11、次循環(huán)，單機點動調 整，單機半自動，由萬能轉換開關進行選擇。每個單機主軸在動力頭由快退轉快進時，自動啟動時；加工完畢時，動返回原位時，自動停止。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)?；剞D工作臺夾緊時，應保證有一定的夾緊力；當失壓時，應有保護 環(huán)節(jié)。設置緊急停車環(huán)節(jié)，含手動與自動，并有報警顯示。要有局部照明，且使用安全電壓24V交流。有必要的燈光顯示，電氣保護環(huán)節(jié)與連鎖環(huán)節(jié)。設置預停環(huán)節(jié)，由手動與自動兩種控制方式。第二章 控制方案的論證2.1 控制系統(tǒng)的類型、特點及應用場合目前，應用于工業(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

12、都有各自的特點。下面分別進行介紹。2.2.1 繼電器控制系統(tǒng) 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，完成既定的開關量的邏輯控制。 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。但它連線多而復雜，且體積大，功耗多，一旦系統(tǒng)設計完成后，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。2.2.2 計算機控制系統(tǒng)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)。它除了用于控制領域外，去主要用于科學計

13、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使用。它運算速度快，一般為微妙級，為適應大的系統(tǒng)軟件和豐富的應用軟件，其存儲容量大，而切有豐富的程序設計語言。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，是它們是為辦公室自動化和家庭設計的。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，硬件設計、制作和程序設計的工作量相當大，要求設計者具有較強的計算機領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)控制設計的。但是它的價格較高，其外部I/O接線一般都用多芯

14、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那樣方便可靠。2.2.3可編程序控制系統(tǒng) 2.2.3.1可編程序控制器的特點(1) 編程方法簡單易學考慮到企業(yè)中一般牽強技術人員和技術工人的傳統(tǒng)讀圖習慣，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。工廠的自控和電氣人員根據(jù)被控設備的具體情況，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，在在自動化領域也大有用武之地。(2) 硬件配套齊全，用戶使用方便可編程序控制器配備有品種棄權的各種硬件裝置供用戶選用，用戶不必自己設計和制作硬件裝置3。用戶在

15、硬件方面的設計工作，只是確定可編程序控制器的硬件配置和設計外部接線圖而已。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的接線端子。(3) 通用性強，適用性強由于可編程序控制器的系列化和模塊化，硬件配置相當靈活，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，方便快速地適應工藝條件的變化。(4) 可靠性高，抗干擾能力強.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。可編程序控制器采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，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)控制設備。(5) 系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量小，維修方便可編程序

16、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、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。可編程序控制器的梯形圖一般采用順序控制設計法。這種編程方法很有規(guī)律，容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，設計梯形圖所花的時間比繼電器系統(tǒng)花的時間要少得多。2.2.3.2可編程序控制器的應用領域及發(fā)展方向在發(fā)達的工業(yè)國家，可編程序控制器已經(jīng)廣泛應用在所有的工業(yè)部門，隨著可編程序控制器性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?？删幊绦蚩刂破鞯膽梅秶粩鄶U大，主要有以下幾個方面：(1)開關控制和順序控制可編程序控制器最廣泛的應用場合是在開關控制

17、和順序控制領域。它的主要功能是完成開關邏輯運算和進行順序邏輯控制。(2) 模擬控制 過程控制點數(shù)不多，開關量控制較多時，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。(3) 信號報警和連鎖系統(tǒng)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)。(4) 通信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

18、程的信息控制和管理。14PLC控制技術從誕生至今，雖然只有30多年的歷史，但其發(fā)展勢頭迅猛。今后，PLC控制技術將主要朝如下幾個方面發(fā)展：(1) 大型網(wǎng)絡化PLC構成的網(wǎng)絡將由多個PLC，多個I/O模塊相連，并可與工業(yè)計算機、以太網(wǎng)等相連構成整個工廠的自動控制系統(tǒng)。(2) 模塊種類將豐富多彩為了適應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。(3) 小型化、成本低小型PLC的基本特點是價格低，簡單可靠，適用于回路或設備的單機控制，便于機電一體化。(4) 匯編語言高級化除了梯形圖，語句表，流程圖外，一些PLC增

19、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。結合本設計的要求，所以我選擇可編程序控制系統(tǒng)。2.2 控制系統(tǒng)設計要求2.2.1 電動機拖動部分設計要求液壓電動機、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，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

20、。攻絲電動機：由于攻絲動力頭主軸有“正轉攻絲”和“反轉攻絲”的要求，而其主軸的正、反轉需由其拖動電機來實現(xiàn)，因此應能對攻絲動力脫主軸電動機實現(xiàn)“正轉”與“反轉”的控制。2.2.2液壓拖動部分的控制要求液壓拖動部分，（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。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整各單機每一步的檢測元件和運行狀態(tài)。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環(huán)過程的檢查與調試。（2）對于整個機

21、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。 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)過程的檢查和調試。全機全自動：即按下啟動按鈕后，機床啟動，其各部分協(xié)調一致地運行，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。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

22、自動/半自動啟動運行做準備。（3）保護環(huán)節(jié)：在控制系統(tǒng)中應該采用各種保護措施，以確保人身設備安全。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)應包括短路保護、過載保護、失壓保護和超節(jié)拍保護。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。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，機內材料壽命減小，甚至燒壞。因此應對機床應設置過載保護。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，在電源重新恢復供電時，電動機又會自行啟動。這種情況容易造成生產(chǎn)設備的損壞，甚至人身事故。因此，必須采起失壓保護措施。超節(jié)拍

23、保護：如果機床的刀具嚴重磨損，其加工零件的直徑就會小于預定值，從而導致次品甚至廢品的出現(xiàn)，為此需要超節(jié)拍保護。（4）信號顯示與故障報警：為了準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)，需要設置故障報警。231電動機拖動部分液壓電動機、冷卻電動機、擴孔電動機、鉆孔電動機因為只需進行啟、保、?？刂?，控制要求簡單，因此可以采用繼電器控制方案來控制10。攻絲電動機因為有正、反轉控制的要求，而其正、反轉狀態(tài)的轉換與機床的工作進程有關，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

24、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,設計量大,環(huán)境要求高,抗擾能力差.也不宜采用。若采用PLC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。232液壓拖動部分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，而且更改程序也極不方便，當出現(xiàn)故障時也不易查找和排除。若用單片機控制方

25、案進行控制,設計量大,環(huán)境要求高,抗擾能力差，也不宜采用。第三章 控制系統(tǒng)硬件設計3.1電動機電器控制線路的設計3.1.1設計要求該控制系統(tǒng)由主電路、控制電路、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。3.1.2電器元件的配置在主電路中，所需要配置的電器元件有：三相鼠籠式異步電動機、刀開關、按鈕、接觸器、熱繼電器、熔斷器等12。這些元件的作用如下：液壓泵電動機M1：拖動液壓泵,為液壓系統(tǒng)提供動力。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。鉆孔、擴孔、攻絲動力頭

26、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提供動力。刀開關QS：電源開關,起隔離電源、安全檢修的作用。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。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。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。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。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。接觸器KM5、KM6：分別為攻絲動力頭主軸電機M5的正、反轉接觸器。熱繼電器F

27、R1-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。熔斷器FU1：用于對主電路的短路保護。熔斷器FU2：用于控制電路的短路保護。熔斷器FU3：用于照明回路的短路保護。熔斷器FU4：用于向PLC供電電路的短路保護?？刂谱儔浩鱐C：根據(jù)負載電壓的要求調節(jié)電壓。3.1.3電器元件型號的選擇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主要是確定其容量。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/根據(jù)表2.1所列的各泵、動力頭主軸消耗的最大功

28、率，并取0.82，所以估算出各電動機的額定容量為：液壓泵電機M1的額定容量：4KW。冷卻泵電機M2的額定容量：通常取100W。鉆孔動力頭主軸電機M3的額定容量：3KW。擴孔動力頭主軸電機M4的額定容量：3KW。攻絲動力頭主軸電機M5的額定容量：3KW。2.刀開關QS：刀開關的選用，主要是選擇其額定電流值，開關的額定電流只需等于或稍大于負載電路的額定電流即可。3.熔斷器FU：熔斷體額定電流是個主要的技術參數(shù)。熔斷體的額定電流IR可按下列關系選擇IR=（1.5-2.5）IN。式中IN電路中負載的額定電流。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

29、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。5.熱繼電器：熱繼電器的額定電壓和額定電流應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。6、控制變壓器：在選用控制變壓器時，首先應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。主電路與其他電路所用到電器元件型號的選擇見表3.1。表3.1 電器元件型號表序號電器元件名稱電器元件代號型號數(shù)量備注1刀開關QSHR3-100/341220V， 100A2轉換開關SA1、SA2LAY3-X/22220V， 10A3在/離線選擇開關SA3-SA6LAY3-X/

30、24220V， 10A4工作開關SA7、SA8、SA9KN3-2-13220V，5A5行程開關SQ1-SQ5SQ11-SQ13SQ21-SQ23SQ31-SQ34LX5-1115220V，15A6功能按鈕SB1-3；SB5-23LA19-1122220V， 5A7急停按鈕SB4LA19-01JZ1220V， 10A8液壓電機M1Y132M-413KW，6A9冷卻電機M2AOB-25190W，0.5A10鉆孔電機M3Y100L-213KW，5A11擴孔電機M4Y100L-213KW，5A12攻絲電機M5Y100L-213KW，5A13液壓電機接觸器KM1CJ20-631f=1200,380V63

31、A14冷卻電機接觸器KM2CZ0-40/021f=600,380V,40A15鉆孔電機接觸器KM3CZ0-40/201f=1200,380V,40A16擴孔電機接觸器KM4CZ0-40/201f=1200,380V,40A17攻絲電機接觸器KM5CZ0-40/201f=1200,380V,40A18攻絲電機接觸器KM6CZ0-40/201f=1200,380V,40A19熱繼電器FR1、FR3、FR4、FR5JR16B-1004380V，150A20熱繼電器FR2JR16-20/301380V，60A21熔斷器FU1BZ0021熔體10A22熔斷器FU2、FU3、FU4、FU5BZ0014熔體

32、5A23變壓器TCYH-60B1220V, 50W24電鈴BEVC41-75型124V25信號燈HLA57-4336.4V，1W26照明燈ELDH3132136V，1W27蜂鳴器BU701-2型124V，0.15A3.1.4原理圖的設計金屬切削機床主電路的原理圖見圖3.1。圖3.1主電路原理圖3.2攻絲電機及液壓拖動部分的PLC控制系統(tǒng)硬件設計3.2.1設計內容該部分的設計包括：I/O設備的選擇、PLC機型的選擇、系統(tǒng)I/O元件的分配、PLC的I/O接線圖。3.2.2 I/O設備的選擇通過輸入設備：按鈕、操作開關、限位開關可以輸入?yún)?shù)給PLC控制系統(tǒng)；輸出設備：繼電器、接觸器、信號燈等是控制系

33、統(tǒng)的執(zhí)行機構，I/O設備是PLC與控制對象連接的唯一橋梁。輸入/輸出設備的選擇見表3.13.2.3 PLC機型的選擇機型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下,擁有最佳的性能價格比。具體應考慮的因素如下所述：（1）PLC的結構 該機床的工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小，所以選用整體式結構的PLC。其價格優(yōu)勢明顯，安裝方便。（2）指令功能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、控制功能復雜、要求聯(lián)網(wǎng)通信的系統(tǒng)可以選擇FX2N系列。（3）PL

34、C用戶存儲器容量PLC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（字數(shù)）。PLC容量的選擇除滿足控制要求外，還應留有適當?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。對于開關量控制系統(tǒng)，存儲器字數(shù)為開關量I/O乘以8。I/O點數(shù)也應留有適當裕量。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。（4）PLC I/O模塊的類型根據(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)的控制設備。3.2.4 PLC I/O元件的分配根據(jù)PLC及其I/O元件選擇的結

35、果，可對PLC I/O元件進行分配，具體分配結果如表3.2所示。3.2.5 PLC的I/O接線圖 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。表3.2 PLC I/O元件分配表圖3.3 PLC的I/O接線第四章 金屬切削機床PLC控制系統(tǒng)的軟件設計4.1軟件的組成及作用本金屬切削機床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是本人設計部分的控制程序的總體結構圖。圖4-142程序的設計4.2.1設計PLC梯形圖的公用程序段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

36、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各步對應的輔助繼電器M復位，否則當系統(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)驗設計法，設計梯形圖如 圖41。 圖424.2.2設計PLC梯形圖的自動程序段四工位組合機床控制系統(tǒng)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，預停，等環(huán)節(jié)。設計時我采用順序控制設計法設計?？紤]的以上提過的

37、工作要求及實際工作情形我設計了以下順序功能圖為：圖43。其梯行圖見附錄 圖434.2.4設計PLC梯形圖的半自動程序段四工位組合機床控制系統(tǒng)的半自動程序段的設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用。我采用順序控制設計法設計。先設計其順序功能。在工作臺半自動程序的設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，預停環(huán)節(jié)我都沒設計。此時鉆孔頭，擴孔頭，攻絲頭工序我們也不考慮。 設計PLC梯形圖的半自動程序段工作實際中僅加工單個零件的需要而應用。我采用順序控制設計法設計。先設計其順序功能.在工作臺半自動程序的設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，預停節(jié)我都沒

38、設計。圖45圖46在鉆孔半自動程序的設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，預停環(huán)節(jié)我都沒設計。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）也不需設計的。在擴孔半自動程序的設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）也不需設計的。其梯行圖見附錄。順序功能圖見如下：圖47 圖47 圖48在攻絲半自動程序的設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，預停環(huán)節(jié)，遇故障自動返回，緊急停止環(huán)節(jié)，我都沒設計。此時鉆孔頭，擴孔頭，工作臺工序我們也不考慮 ，各加

39、工工序的工作時間（等待步）也不需設計的。順序功能圖 圖49圖410設計PLC梯形圖的手動（點動）程序段四工位組合機床控制系統(tǒng)的手動程序段設計需完成系統(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（X15），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，在這我不在重復敘述。采用順序控制設計法設計。設計的手動程序段的順序功能圖如下：圖411。其梯形圖見附錄。圖412 回轉臺手動程序圖413 鉆孔動力頭手動程序圖414 擴孔動力頭手動程序圖415 攻絲動力頭手動程序設計PLC梯形圖的自動回原點程序段四工位組合機床控制系統(tǒng)的自動回原點段設計需完成系統(tǒng)在任一情況下的各部件自動回原點，其包括：工作臺，鉆孔頭，擴