1組合機(jī)床的簡(jiǎn)介解析

1、第一章組合機(jī)床的簡(jiǎn)介1.1 組合機(jī)床的發(fā)展歷程為了使組合機(jī)床能在中小批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用，往往需要應(yīng)用成組技術(shù)，把結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺(tái)組合機(jī)床上加工，以提高機(jī)床的利用率。這類機(jī)床常見(jiàn)的有兩種，可換主軸箱式組合機(jī)床和轉(zhuǎn)塔式組合機(jī)床。組合機(jī)床未來(lái)的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，以簡(jiǎn)化 結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動(dòng)更換系統(tǒng)，以提 高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。在中小批量生產(chǎn)中組合機(jī)床是如何應(yīng)用的？組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形和加工工藝設(shè)計(jì)的專用部件和夾具，組成的半自 動(dòng)或自動(dòng)專用機(jī)床。它一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位

2、同時(shí)加工 的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系 列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低 成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng) 生產(chǎn)線。組合機(jī)床一般用于加工箱體類或非凡外形的零件。加工時(shí)，工件一般不 旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、 锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組 合機(jī)床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn) 體類零件（如飛輪、汽車后橋半軸等）的外圓和端面加工。專用機(jī)床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來(lái)的。在專

3、用機(jī)床中某些部件 因重復(fù)使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機(jī)床。最早的組合機(jī)床是1911年在美國(guó)制成的，用于加工汽車零件。初期，各 機(jī)床制造廠都有各自的通用部件標(biāo)準(zhǔn)。為了提高不同制造廠的通用部件的互換 性，便于用戶使用和維修，1953年美國(guó)福特汽車公司和通用汽車公司與美國(guó)機(jī) 床制造廠協(xié)商，確定了組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，即嚴(yán)格規(guī)定各部件間 的聯(lián)系尺寸，但對(duì)部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。通用部件按功能可分為動(dòng)力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔 助部件五類。動(dòng)力部件是為組合機(jī)床提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件。主要有動(dòng) 力箱、切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)。為了使組合機(jī)床能在中小批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用，往往需要應(yīng)用

4、成組技術(shù)，把結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺(tái)組合機(jī)床上加工，以提高機(jī)床的利用率。這類機(jī)床常見(jiàn)的有兩種，可換主軸箱式組合機(jī)床和轉(zhuǎn)塔式組合機(jī)床。組合機(jī)床未來(lái)的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，以簡(jiǎn) 化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動(dòng)更換系統(tǒng)，以 提高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。1.2 組合機(jī)床部件分類通用部件按功能可分為動(dòng)力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助 部件五類。動(dòng)力部件是為組合機(jī)床提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件。主要有動(dòng)力 箱、切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)。支承部件是用以安裝動(dòng)力滑臺(tái)、帶有進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削頭或夾具等的部件， 有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱

5、和立柱底座等。輸送部件是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉(zhuǎn)工 作臺(tái)、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、分度鼓輪和往復(fù)移動(dòng)工作臺(tái)等。控制部件是用以控制機(jī)床的自動(dòng)工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和 操縱臺(tái)等。輔助部件有潤(rùn)滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。1.3 組合機(jī)床的發(fā)展二十世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動(dòng)檢 測(cè)和刀具自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展， 組合機(jī)床的加工精度也有所提高。 銑削平面 的平面度可達(dá)0.05毫米/1000毫米，表面粗糙度可低達(dá)2.50.63微米; 鏜孔精度可達(dá)IT76級(jí)，孔距精度可達(dá)0.030.02微米。最早的組合機(jī)床是1911年在美國(guó)制成的，用于加工汽車零件

6、。初期， 各機(jī)床制造廠都有各自的通用部件標(biāo)準(zhǔn)。為了提高不同制造廠的通用部件的 互換性，便于用戶使用和維修，1953年美國(guó)福特汽車公司和通用汽車公司與美國(guó)機(jī)床制造廠協(xié)商，確定了組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，即嚴(yán)格規(guī)定 各部件間的聯(lián)系尺寸，但對(duì)部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。在我國(guó)，組合機(jī)床發(fā)展已有28年的歷史，其科研和生產(chǎn)都具有相當(dāng)?shù)?基礎(chǔ)，應(yīng)用也已深入到很多行業(yè)。是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更新，進(jìn)行技 術(shù)改造，提高生產(chǎn)效率和高速發(fā)展必不可少的設(shè)備之一。從2002年年底第21屆日本國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)上獲悉，在來(lái)自世界10多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的500多家機(jī)床制造商和團(tuán)體展示的最先進(jìn)機(jī)床設(shè)備中，超 高速和超高精度加工技術(shù)裝備

7、與復(fù)合、多功能、多軸化控制設(shè)備等深受歡 迎。該屆博覽會(huì)上展出的加工中心，主軸轉(zhuǎn)速1000020000r/min，最高進(jìn)給速度可達(dá)2060m/min;復(fù)合、多功能、多軸化控制裝備的前景亦被看 好。在零部件一體化程度不斷提高、數(shù)量減少的同時(shí)，加工的形狀卻日益復(fù) 雜。組合機(jī)床未來(lái)的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動(dòng)更換系 統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。為了使組合機(jī)床能在中小批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用，往往需要應(yīng)用成組技術(shù)，把結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺(tái)組合機(jī)床上加工，以提高機(jī)床的利用率。這類機(jī)床常見(jiàn)的有兩種，可換主軸箱式

8、組合機(jī)床和轉(zhuǎn)塔式組合機(jī)床。組合機(jī)床未來(lái)的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，以簡(jiǎn)化 結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動(dòng)更換系統(tǒng)，以提 高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。1.4 在中小生產(chǎn)批量中組合機(jī)床是如何應(yīng)用的組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形和加工工藝設(shè)計(jì)的專 用部件和夾具，組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專用機(jī)床。它一般采用多軸、多刀、多工 序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由 于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周 期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣 泛應(yīng)用，并

9、可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。組合機(jī)床一般用于加工箱體類或非凡外形的零件。加工時(shí)，工件一般 不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò) 孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有 的組合機(jī)床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)某些 回轉(zhuǎn)體類零件（如飛輪、汽車后橋半軸等）的外圓和端面加工。專用機(jī)床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來(lái)的。在專用機(jī)床中某些部 件因重復(fù)使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機(jī)床。最早的組合機(jī)床是1911年在美國(guó)制成的，用于加工汽車零件。初 期，各機(jī)床制造廠都有各自的通用部件標(biāo)準(zhǔn)。為了提高不同制造廠的通用部件 的

10、互換性，便于用戶使用和維修，1953年美國(guó)福特汽車公司和通用汽車公司與 美國(guó)機(jī)床制造廠協(xié)商，確定了組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，即嚴(yán)格規(guī)定各 部件間的聯(lián)系尺寸，但對(duì)部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。通用部件按功能可分為動(dòng)力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和 輔助部件五類。動(dòng)力部件是為組合機(jī)床提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件。主要有 動(dòng)力箱、切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)。為了使組合機(jī)床能在中小批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用，往往需要應(yīng)用成組技 術(shù)，把結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺(tái)組合機(jī)床上加工，以提高機(jī)床的利用 率。這類機(jī)床常見(jiàn)的有兩種，可換主軸箱式組合機(jī)床和轉(zhuǎn)塔式組合機(jī)床。組合機(jī)床未來(lái)的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，以簡(jiǎn)化

11、 結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動(dòng)更換系統(tǒng)，以提 高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。第二章可編程控制器的概述2.1 可編程控制器的由來(lái)1968年美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司（GM）,為了適應(yīng)汽車型號(hào) 不斷更新的要求，以在激烈的競(jìng)爭(zhēng)的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢(shì)，提出要研制一種新 型的工業(yè)控制裝置來(lái)取代繼電器控制裝置，為此，特?cái)M定了十項(xiàng)公開(kāi)招標(biāo)的技 術(shù)要求，即：1）編程簡(jiǎn)單方便，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；2）硬件維護(hù)方便，最好是插件式結(jié)構(gòu)；3）可靠性要高于繼電器控制裝置；4）體積小于繼電器控制裝置；5）可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；6）成本上可與繼電器柜競(jìng)爭(zhēng)；7）輸入可以是交流115V

12、；8）輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥；9）擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只需做很小的改動(dòng)；10）用戶程序存儲(chǔ)器容量至少可以擴(kuò)展到4KB。根據(jù)招標(biāo)要求，1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界上第一臺(tái)PLC（PDP-14型），并在通用汽車公司自動(dòng)裝配線上試用，獲得了成功，從而開(kāi)創(chuàng)了工業(yè) 控制新時(shí)期。2.2 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域目前，可編程控制器在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建 材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情 況大致可歸納為如下幾類。開(kāi)關(guān)量的邏輯控制這是可編程控制器最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電 路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控

13、制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控 及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn) 線、電鍍流水線等。模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位 和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。運(yùn)動(dòng)控制可編程控制器可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái) 說(shuō)，早期直接用于開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用 專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電

14、機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模 塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī) 械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì) 算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過(guò)程控制在冶 金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代可編程控制器具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù) 據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功

15、能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析 及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操 作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理 一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)， 如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。通信及聯(lián)網(wǎng)可編程控制器通信含可編程控制器間的通信及可編程控制器與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。21世紀(jì)，可編程控制器會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成 果會(huì)

16、更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容 量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看， 會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方 向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī) 界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè) 品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控 制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Co ntrolSystem）中已

17、有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控 制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以 外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。2.3 可編程控制器的特點(diǎn)可編程控制器實(shí)際上是面向用戶需要，適宜安裝在工作現(xiàn)場(chǎng)的、為進(jìn)行 生產(chǎn)控制所設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)。因而它和計(jì)算機(jī)有基本類似的結(jié)構(gòu)，但按其作 用它有自己的特點(diǎn)：（1）編程簡(jiǎn)單，使用面向控制操作的控制邏輯語(yǔ)言。比如，梯形圖、順序 功能流程圖。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工人易于掌握和使用它，便于普及和應(yīng)用。（2）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，適于在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境下運(yùn)行。它完全不 需要一般計(jì)算機(jī)所要求的環(huán)境。因?yàn)樗捎昧撕芏嘤布胧ㄆ帘?、濾波

18、、隔 離等）和軟件措施（故障的檢測(cè)與處理、信息的保護(hù)與恢復(fù)等），以提高可靠 性，適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的要求。（3）系統(tǒng)采用了分散的模塊化結(jié)構(gòu)。這不但使之可針對(duì)各類不同控制需要 進(jìn)行組合，便于擴(kuò)展；也易于檢查故障和維修更換，從而大大提高了效率。目 前較高檔的PC還配有各類智能化模板，如：模擬量I/O模板，PID過(guò)程控制模板，I/O通訊模板，視覺(jué)輸入、伺服及編碼等專用模板等等，大大提高了PC的功能與適應(yīng)性。(4)由于PC采用了大規(guī)模集成電路技術(shù)和微處理器技術(shù)，故可將其設(shè)計(jì) 得緊湊、堅(jiān)固、小體積，再加上它的可靠性，PC易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。(5)相對(duì)于繼電器邏輯控制而言，PC可節(jié)省大量繼電器

19、，故降低了成本 且提高了可靠性，而且用程序來(lái)執(zhí)行控制功能，使其靈活易于修改。這一切都 大大提高了其性能價(jià)格比。(6)目前中、高檔PC均具有極強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通訊能力。通過(guò)簡(jiǎn)單的組合可連 成工業(yè)局域網(wǎng)，在網(wǎng)絡(luò)間通訊。并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接主控級(jí)的計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算 機(jī)集成制造系統(tǒng)對(duì)全廠的自動(dòng)化生產(chǎn)和管理都能進(jìn)行控制。2.4 PLC 的基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算 機(jī)相同，基本構(gòu)成為：a、電源PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15

20、%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去b.中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)； 檢查電 源、 存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。 當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)， 并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命 令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出

21、裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來(lái)對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系 統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍 能正常運(yùn)行。c、存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。d、輸入輸出接口電路1、現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。2、現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向 現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。e、功能模塊如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊f、通信模塊如以太網(wǎng)、RS4

22、85、通訊模塊等2.5 可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì)PLC的技術(shù)從誕生之日起，就不停地發(fā)展。PLC的定義也經(jīng)過(guò)多次變動(dòng)。1987年，國(guó)際電工委員會(huì)IEC頒布了可編程序控制器最新的定義：可編程控制器是一種能夠直接應(yīng)用于專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù) 字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí) 行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字 式或模擬式的輸入和輸出，控制各類的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆?關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的 原則而設(shè)計(jì)?？梢?jiàn)，PLC的定義實(shí)際是根據(jù)PLC的硬件和軟件技術(shù)進(jìn)展而發(fā)展的。

23、這些發(fā)展 不僅改進(jìn)了PLC的設(shè)計(jì)，也改變了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。這些改變，包括硬件 和軟件的。以下列出了PLC的硬件進(jìn)展：采用新的、先進(jìn)的微處理器和電子技術(shù)達(dá)到快速的掃描時(shí)間；小型的、低成本的PLC,可以替代4到10個(gè)繼電器，現(xiàn)在獲得更大的發(fā)展 動(dòng)力；高密度的I/O系統(tǒng)，以低成本提供了節(jié)省空間的接口；基于微處理器的智能I/O接口，擴(kuò)展了分布式控制能力。典型的接口如：PID，網(wǎng)絡(luò)，CAN總線，現(xiàn)場(chǎng)總線，ASCII通信，定位，主機(jī)通訊模塊，和語(yǔ)言 模塊（女口BASIC，PASCAL；包括輸入輸出模塊和端子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)，使端子更加集成;特殊接口允許某些器件可以直接接到控制器上，如熱電偶、熱電阻、應(yīng)力

24、 測(cè)量、快速響應(yīng)脈沖等;外部設(shè)備改進(jìn)了操作員界面技術(shù)，系統(tǒng)文檔功能成為了PLC的標(biāo)準(zhǔn)功能。以上這些硬件的改進(jìn)，導(dǎo)致了PLC的產(chǎn)品系列的豐富和發(fā)展，使PLC從最 小的只有十個(gè)I/O點(diǎn)的微型PLC，到8000點(diǎn)的大型PLC，應(yīng)有盡有。這些產(chǎn)品 系列，用普通的I/O系統(tǒng)和編程外部設(shè)備，可以組成局域網(wǎng)，并與辦公網(wǎng)絡(luò)相 連。整個(gè)PLC的產(chǎn)品系列概念對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，是一個(gè)非常節(jié)約成本的控制系統(tǒng)與硬件的發(fā)展相似，PLC的軟件也取得了巨大的進(jìn)展，大大強(qiáng)化了PLC的功能：PLC引入了面向?qū)ο蟮木幊坦ぞ?，并且根?jù)國(guó)際電工委員會(huì)的IEC61131-3的標(biāo)準(zhǔn)形成了多種語(yǔ)言；小型PLC也提供了強(qiáng)大的編程指令，并且因此延伸

25、了應(yīng)用領(lǐng)域；高級(jí)語(yǔ)言，如BASIC，C在某些控制器模塊中已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，在與外部通 訊和處理數(shù)據(jù)時(shí)提供了更大的編程靈活性；梯形圖邏輯中可以實(shí)現(xiàn)高級(jí)的功能塊指令，可以使用戶用簡(jiǎn)單的編程方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的軟件功能；診斷和錯(cuò)誤檢測(cè)功能，從簡(jiǎn)單的系統(tǒng)控制器的故障診斷，擴(kuò)大到對(duì)所控制 的機(jī)器和設(shè)備的過(guò)程和設(shè)備進(jìn)行診斷；浮點(diǎn)運(yùn)算可以進(jìn)行控制應(yīng)用中計(jì)量、平衡和統(tǒng)計(jì)等所牽涉的復(fù)雜計(jì)算；數(shù)據(jù)處理指令得到簡(jiǎn)化和改進(jìn)，可以進(jìn)行涉及大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、跟蹤和存取 的復(fù)雜控制和數(shù)據(jù)采集和處理功能。盡管PLC比原來(lái)復(fù)雜了很多，但是，他們依然保持了令人吃驚的簡(jiǎn)單性， 對(duì)操作員來(lái)說(shuō)，今天的高功能的PLC與三十年前一樣那么容易操作2.6

26、PLC 的基本技術(shù)領(lǐng)域在當(dāng)今的工業(yè)界，只要涉及控制的地方，都離不開(kāi)PLC這個(gè)大腦，簡(jiǎn)單的講，可大概分為兩個(gè)領(lǐng)域:其一為單機(jī)控制為主的一切設(shè)備自動(dòng)化領(lǐng)域，比如：包裝機(jī)械、印刷 機(jī)械、紡織機(jī)械、注塑機(jī)械、自動(dòng)焊接設(shè)備、隧道盾構(gòu)設(shè)備、水處理設(shè)備、切 割、多軸磨床、冶金行業(yè)的輥壓、 連鑄機(jī)械.太多了， 這些設(shè)備的所有動(dòng)作, 加工都需要靠依據(jù)工藝設(shè)定在PLC內(nèi)的程序來(lái)指導(dǎo)執(zhí)行和完成，就如人的大 腦；其二為過(guò)程控制為主的流程自動(dòng)化行業(yè)，比如污水處理、自來(lái)水處 理、樓宇控制、火電主控、輔控、水電主控、輔控、冶金行業(yè)、太陽(yáng)能、水泥、石油、石化、鐵路交通 也太多了。這些行業(yè)所有設(shè)備的連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行， 總存在許多的

27、監(jiān)控點(diǎn)和大量的實(shí)時(shí)參數(shù)，而要監(jiān)視、控制、和采集這些流程參 數(shù)和相關(guān)的工藝設(shè)備，也必須依靠PLC這個(gè)大腦來(lái)完成，當(dāng)然傳統(tǒng)叫法也有DCS,盡管設(shè)計(jì)之初的理念不一樣，但現(xiàn)技術(shù)路線已逐漸融合。第三章鉆孔攻絲組合機(jī)床的設(shè)計(jì)3.1 組合機(jī)床的控制兩工位鉆孔、攻絲組合機(jī)床，能自動(dòng)完成工件的鉆孔和攻絲加工，自動(dòng)化 程度高，生產(chǎn)效率高。兩工位鉆孔、攻絲組合機(jī)床如圖2-1所示。圖2-1兩工位鉆孔、攻絲組合機(jī)床示意圖機(jī)床主要由床身、移動(dòng)工作臺(tái)、夾具、鉆孔滑臺(tái)、鉆孔動(dòng)力頭、攻絲滑 臺(tái)、攻絲動(dòng)力頭、滑臺(tái)移動(dòng)控制凸輪和液壓系統(tǒng)等組成移動(dòng)工作臺(tái)和夾具用以完成工件的移動(dòng)和夾緊，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工。鉆孔滑臺(tái) 和鉆孔動(dòng)力頭，用以實(shí)現(xiàn)鉆

28、孔加工量的調(diào)整和鉆孔加工。攻絲滑臺(tái)和攻絲動(dòng)力 頭，用以實(shí)現(xiàn)攻絲加工量的調(diào)整和攻絲加工。工作臺(tái)的移動(dòng)（左移、右移）， 夾具的夾緊、放松，鉆孔滑臺(tái)和攻絲滑臺(tái)的移動(dòng)（前移、后移），均由液壓系 統(tǒng)控制。其中兩個(gè)滑臺(tái)移動(dòng)的液壓系統(tǒng)由滑臺(tái)移動(dòng)控制凸輪來(lái)控制，工作臺(tái)的 移動(dòng)和夾具的夾緊與放松由電磁閥控制。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，工作臺(tái)的移動(dòng)和滑臺(tái)的移動(dòng)應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定的時(shí)序同步進(jìn) 行，兩種運(yùn)動(dòng)密切配合，以提高生產(chǎn)效率。3.2 控制要求系統(tǒng)通電，自動(dòng)起動(dòng)液壓泵電動(dòng)機(jī)M1。若機(jī)床各部分在原位（工作臺(tái)在鉆 孔工位SQ1動(dòng)作，鉆孔滑臺(tái)在原位SQ2動(dòng)作，攻絲滑臺(tái)在原位SQ3動(dòng)作）， 并且液壓系統(tǒng)壓力正常，壓力繼電器PV動(dòng)作，原位指

29、示燈HL1亮。LJTiff站亂柑臺(tái)衲孔原應(yīng)砧扎叨力頭骷孔王位放松放松瑕樁旳 8砧扎動(dòng)力人電動(dòng)機(jī)璉收功力頭攻龍工位工工件白夬其具將工件放在工作臺(tái)上，按下起動(dòng)按鈕SB，夾緊電磁閥YV1得電，液壓系統(tǒng) 控制夾具將工件夾緊，與此同時(shí)控制凸輪電動(dòng)機(jī)M2得電運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)夾緊限位SQ4動(dòng)作后，表明工件已被夾緊。起動(dòng)鉆孔動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)M3,且由于凸輪電動(dòng)機(jī)M2運(yùn)轉(zhuǎn)，控制凸輪控制相 應(yīng)的液壓閥使鉆孔滑臺(tái)前移，進(jìn)行鉆孔加工。當(dāng)鉆孔滑臺(tái)到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，鉆孔滑 臺(tái)自動(dòng)后退，到原位時(shí)停，M3同時(shí)停止。等到鉆孔滑臺(tái)回到原位后，工作臺(tái)右移電磁閥YV2得電，液壓系統(tǒng)使工作臺(tái)右移，當(dāng)工作臺(tái)到攻絲工位時(shí)，限位開(kāi)關(guān)SQ6動(dòng)作，工作臺(tái)停止。起

30、動(dòng)攻絲動(dòng)力頭電機(jī)M4正轉(zhuǎn)，攻絲滑臺(tái)開(kāi)始前移，進(jìn)行攻絲加工，當(dāng)攻絲滑臺(tái)到終點(diǎn) 時(shí)（終點(diǎn)限位SQ7動(dòng)作），制動(dòng)電磁鐵DL得電，攻絲動(dòng)力頭制動(dòng)，0.3s后攻 絲動(dòng)力頭電機(jī)M4反轉(zhuǎn)，同時(shí)攻絲滑臺(tái)由控制凸輪控制使其自動(dòng)后退。當(dāng)攻絲滑臺(tái)后退到原位時(shí)，攻絲動(dòng)力頭電機(jī)M4停，凸輪正好運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)周 期，凸輪電機(jī)M2停，延時(shí)3s后左移電磁閥YV3得電，工作臺(tái)左移，到鉆孔工 位時(shí)停。放松電磁閥YV4得電，放松工件，放松限位SQ8動(dòng)作后，停止放松。 原位指示燈亮，取下工件，加工過(guò)程完成。兩個(gè)滑臺(tái)的移動(dòng)，是通過(guò)控制凸輪來(lái)控制滑臺(tái)移動(dòng)液壓系統(tǒng)的液壓閥實(shí)現(xiàn) 的，電氣系統(tǒng)不參與，只需起動(dòng)控制凸輪電機(jī)M2即可。在加工過(guò)程中， 應(yīng)

31、起動(dòng)冷卻泵電機(jī)M5，供給冷卻液。3.3 I/O 分配輸入輸出壓力檢測(cè)PVI0.0制動(dòng)DLQ0.0鉆孔工位限位SQ1I0.1液壓泵電機(jī)MI（KM1）Q0.1鉆孔滑臺(tái)原位SQ2I0.2凸輪電機(jī)M2（KM2）Q0.2攻絲滑臺(tái)原位SQ3I0.3鉆孔動(dòng)力頭電機(jī)M3（KM3）Q0.3手動(dòng)攻絲反轉(zhuǎn)SB5冷卻泵手動(dòng)SB6手動(dòng)夾緊SB7手動(dòng)右移SB8手動(dòng)左移SB9手動(dòng)放松SB103.4 程序設(shè)計(jì)由加工工藝要求可知，其為順序控制過(guò)程，其功能流程圖如圖3-2所示?？紤]具體情況，在設(shè)置自動(dòng)順序循環(huán)控制的同時(shí)，也設(shè)置了手動(dòng)控制，在驅(qū)動(dòng)回路中接入轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。自動(dòng)順序循環(huán)控制和手動(dòng)控制的轉(zhuǎn)換程序如圖3-1所示。外部接線圖如圖

32、3-3所示。梯形圖如圖3-4所示。在程序設(shè)計(jì)時(shí)須注意：攻絲動(dòng)力頭M4正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間的互鎖鉆孔滑臺(tái)終點(diǎn)SQ5I0.5攻絲動(dòng)力頭電機(jī)M4正轉(zhuǎn)(KM4)Q0.5攻絲工位SQ6I0.6攻絲動(dòng)力頭電機(jī)M4反轉(zhuǎn)(KM5)Q0.6攻絲滑臺(tái)終點(diǎn)SQ7I0.7夾緊電磁閥YV1Q0.7放松限位SQ8I1.0工作臺(tái)右移電磁閥YV2Q1.0起動(dòng)按鈕SB11.1工作臺(tái)左移電磁閥YV3Q1.1自動(dòng)、手動(dòng)選擇SA11.2放松電磁閥YV4Q1.2液壓泵手動(dòng)SB1原點(diǎn)扌曰示HL1Q1.3凸輪電機(jī)手動(dòng)SB2自動(dòng)指示HL2Q1.4鉆孔手動(dòng)SB3手動(dòng)扌曰示HL3Q1.5手動(dòng)攻絲正轉(zhuǎn)SB4手動(dòng)電源Q1.6夾緊限位SQ410.4冷卻泵電

33、機(jī)M5(KM6)Q0.4MtaiMl 0;11.2-1 1(網(wǎng)辱211 2Ml 0-1 1(R )Mb 31M1J0qi.5T IC)M1-0QT 6H I(JHS3 5MIDQT7H，IC)圖3-1自動(dòng)順序循環(huán)控制和手動(dòng)控制的轉(zhuǎn)換程序A12CXOY0 “VLVIPL 1XIX31 1YiY3X4COMI甘X5X*rsX7XIO7XIICOM310X12( ( b疋YUCOM12YUCOM3YMYt5Y6Yl?LCOM4YMKYllYHY73O)M.rplzTTs pYV圖3-3外部接線圖3.5 程序的調(diào)試和運(yùn)行輸入程序編譯無(wú)誤后，按組合機(jī)床工藝要求調(diào)試程序，并將結(jié)果填入表4-2表4-2組合機(jī)

34、床程序調(diào)試結(jié)果工步電動(dòng)壓泵通起部、分液在原位心起 各丄 動(dòng)機(jī)床凸 輪電 機(jī)并進(jìn)行 夾緊孔加工鉆鉆滑臺(tái)退 回原 位工作臺(tái) 右移2亍攻絲工位攻絲加工絲曠滑臺(tái)到 終端 制動(dòng) 延時(shí)0.3s攵絲工作頭反轉(zhuǎn)后退絲攻滑臺(tái)到原位 到原 位延 時(shí)3s攻作臺(tái)左 移到 鉆孔 工位 放松工松宀完成原位指示燈亮入壓力檢測(cè)PV1鉆孔 工位限位SQ1111鉆孔滑臺(tái)原位 輸Q21111111鉆孔 滑臺(tái)終點(diǎn)SQ51攻絲 滑臺(tái)原位SQ3111起動(dòng)按鈕SB1夾緊限位SQ4111111攻絲工位SQ61111攻絲 滑臺(tái)終點(diǎn)SQ71放松限位SQ81液壓 泵電機(jī)Ml11 11 111111凸輪電機(jī)M211 11111夾緊 電磁閥YV1輸1

35、1 11111出鉆孔 動(dòng)力頭M31冷卻 泵電機(jī)M51 1111工作 臺(tái)右移電 磁閥YV21攻絲動(dòng)力頭電 機(jī)M4正 轉(zhuǎn)1制動(dòng)DL1攻絲動(dòng)力頭電 機(jī)M4反 轉(zhuǎn)1工作臺(tái)左移電 磁閥YV31放松 電磁閥YV41原點(diǎn)扌曰示HL113 .6 梯形圖設(shè)計(jì)（見(jiàn)附圖）梯形圖的設(shè)計(jì)整體反映了編者的思想，使我們更清楚的理解程序的作用及用途，它是由狀態(tài)圖進(jìn)一步轉(zhuǎn)化而來(lái)，結(jié)合PLC控制將會(huì)使程序淺顯易懂，以下便是該設(shè)計(jì)的梯形圖：原理：系統(tǒng)通電后，初始步SO激活,當(dāng)原位工作臺(tái)在原位，鉆孔滑臺(tái)在原位,攻絲滑臺(tái)在原位（即SQ1、SQ2、SQ3動(dòng)作）時(shí)，進(jìn)入S20步，自動(dòng)啟動(dòng)液壓泵 電機(jī)M1。將要加工的工件放到工作臺(tái)上，同時(shí)按下啟動(dòng)按鈕，進(jìn)入S21步，夾緊電 磁閥得電，液壓系統(tǒng)控制夾具將待加工工具夾緊；緊接著進(jìn)入S22步，凸輪電 機(jī)M2得電運(yùn)轉(zhuǎn)，在夾緊限位X004開(kāi)始動(dòng)作時(shí)即表明工件已經(jīng)被夾緊。工件被夾緊后進(jìn)入S23步，鉆孔動(dòng)力頭電機(jī)M3啟動(dòng)，且由于凸輪電機(jī)M2運(yùn)轉(zhuǎn)使鉆孔滑臺(tái)前移，進(jìn)行鉆孔加工。當(dāng)SQ5動(dòng)作時(shí)即表明鉆孔滑臺(tái)已達(dá)到終點(diǎn)，此時(shí)進(jìn)入S24步，鉆孔滑臺(tái)將自動(dòng)后退，到原位時(shí)停，M3同時(shí)停止。等到鉆孔滑臺(tái)回到原位后，進(jìn)入S25步，電磁閥YV2得電，液壓系統(tǒng)使工