PLC控制的液壓滑臺式自動攻螺紋機課程設(shè)計

1、基礎(chǔ)知識介紹1.1液壓滑臺式組合機床1.1.1組合機床概述組合機床(圖1.1.1)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)計的專用部件和夾具而組成的半自動或自動專用機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序或多工位加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。圖1.1組合機床實物圖1.1.2組合機床部件分類組合機床通用部件按功能可分為以下五類：(1) 動力部件主要有動力箱、切削頭和動力滑臺，是為組合機床提供主運動和進給運動的部件。(2) 支承部件有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等。(3) 輸送部件主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺、分度鼓輪和往復(fù)移動工作臺等，是

2、用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件。(4) 控制部件有液壓站、電氣柜和操縱臺等，是用以控制機床的自動工作循環(huán)的部件。(5) 輔助部件主要就是有潤滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。1.1.3組合機床的特點組合機床與一般專用機床比較，組合機床具有以下特點：(1) 設(shè)計組合機床只需要選用通用零部件和設(shè)計少量專用零部件，所以時間與制造周期短，經(jīng)濟效果好。(2) 組合機床的通用部件是經(jīng)過長期實踐考驗的，因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工作可靠，使用和維修方便，通用部件可以成批制造，成本較低。(3) 當(dāng)被加工的零件變換時，組合機床的通用部件和標準零件可以重復(fù)使用，不必重新設(shè)計和制作。(4) 組合機床易丁聯(lián)成組合機床自動線，以

3、適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需要。1.2.1 PLC控制器PLC簡介PLC(ProgrammablelogicController)可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。它使用了可編程序的記憶以存儲指令，用來執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數(shù)和演算等功能。其有以下等特點：(1) 可靠性高，抗干擾能力強電氣控制設(shè)備的一個關(guān)鍵性能就是高可靠性。PLC的I/O采用了隔離措施，并應(yīng)用大規(guī)模集成電路，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，能直接安裝在機器上運行。(2) 編程簡單，易學(xué)易用PLC作為工業(yè)控制計算機的一種，梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，具有電工知識的人員可在短時間學(xué)會并應(yīng)用自如。(3) 配套

4、齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用丁各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。不同的控制對象，可以采用相同的硬件，就可實現(xiàn)不同的控制。(4) 系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短。PLC一般采用模塊結(jié)構(gòu)，乂具有自診斷功能，判斷故障迅速方便，維修時只需更換插入式模塊，因而維修十分方便。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序來改變生產(chǎn)過程成為可能。(5) 體積小，容量大，重量輕，能耗低，成本低目前新出產(chǎn)的超小型PLC品種底部尺寸小丁100MM重量小丁150g,功耗僅數(shù)瓦

5、9;而其成本僅相當(dāng)丁相同功能繼電器系統(tǒng)的(1030)%,由丁體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。1.2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則在實際設(shè)計過程中會涉及很多方面，其中最基本的可以歸納為以下4點：(1) 可靠性原則一一確?？刂葡到y(tǒng)的可靠性。(2) 完整性原則一一最大限度的滿足工業(yè)生產(chǎn)要求或機械設(shè)備的控制要求。(3) 經(jīng)濟型原則一一力求控制系統(tǒng)簡單、實用、合理。(4) 發(fā)展性原則一一適當(dāng)考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進的需要。1.2.3 PLC控制系統(tǒng)的一般步驟PLC控制系統(tǒng)設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。硬件設(shè)計是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計；而軟件設(shè)計即PLC應(yīng)用程序的設(shè)計。系統(tǒng)的設(shè)計

6、可分以下6步進行。(1) 熟悉被控對象這一階段要對被控對象所有功能進行全面的了解，對對象的各種動作及動作時序、動作條件、必要的互鎖與保護、電氣系統(tǒng)與機械、液壓、氣動及各儀表等系統(tǒng)問的關(guān)系、PLC與其他設(shè)備的關(guān)系，PLC之間是否通信聯(lián)網(wǎng)、系統(tǒng)的工作方式及人機界面、需要顯示的物理量及顯示方式等進行了解。(2) 評估控制任務(wù)根據(jù)系統(tǒng)所需完成的控制任務(wù)，對被控對象的生產(chǎn)工藝及特點進行詳細分析，特別是從可靠性要求、工藝復(fù)雜程度、控制規(guī)模等方面進行考慮。(3) 硬件選擇I.系統(tǒng)I/O設(shè)備的選擇一一輸入設(shè)備包括位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等。輸出設(shè)備包括繼電器、接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等。n

7、.選擇PLPLC的選擇包括對PLC的機型、I/O模塊、容量、電源等的選擇，計數(shù)器、定時器及內(nèi)部輔助繼電器的地址分配。m.繪制PLC外圍硬件線路圖一一畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括電氣主電路和未進入PLC的控制電路等。由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。(4) 編寫應(yīng)用程序根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，采用合適的設(shè)計方法來設(shè)計PLC程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫實現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。(5) 程序調(diào)試程序調(diào)試分為模擬調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試2個階段。程序模擬調(diào)試是模擬產(chǎn)生現(xiàn)場實際狀態(tài)，為程序的運行創(chuàng)

8、造必要的環(huán)境條件。根據(jù)現(xiàn)場信號的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。硬件模擬法是使用一些硬件設(shè)備(用另一臺PLC一些器件等)模擬產(chǎn)生現(xiàn)場信號，并將這些信號以硬接線的方式連到PLC系統(tǒng)的輸入端，其時效性較強。軟件模擬法是在PLC中另外編寫一套模擬程序，模擬提供現(xiàn)場信號，其簡單易行，但時效性不易保證?，F(xiàn)場調(diào)試：當(dāng)控制臺及現(xiàn)場施工完畢，程序模擬調(diào)試完成后，就可以進行現(xiàn)場調(diào)試，如不能滿足要求，須檢查程序和接線，及時更正軟硬件方面的問題。(6) 編寫技術(shù)文件技術(shù)文件包括設(shè)計說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、PLC程序、電氣元件明細表以及使用說明書等。1.3設(shè)計的任務(wù)要求動力滑臺是組合機床加

9、工工件時完成進給運動的動力部件，它采用液壓驅(qū)動，這種滑臺具有兩種進給速度，先以快速加工，然后以較慢的速度加工。例如本實例中模擬的自動攻螺紋。實際機械加工中要根據(jù)需要啟動冷卻電動機，液壓電動機要在進給電動機啟動后跟著啟動。按下SB_1,接觸器KM1通電閉合，主軸電動機M1開始運轉(zhuǎn)。當(dāng)按下SB_3接觸器KM2通電閉合，進給電動機M2運行，液壓滑臺從原位開始快速起動。當(dāng)快進到擋鐵壓動到ST_2時，液壓滑臺由快進轉(zhuǎn)為一次工進。當(dāng)一次工進到擋鐵壓動ST_3時，液壓滑臺由一次工進轉(zhuǎn)為二次工進。當(dāng)二次工進到終點死擋鐵處，壓住ST_4終點停留6S后，轉(zhuǎn)為反向快退。到原位后壓下ST_1停止。白動攻螺紋機電路的設(shè)

10、計2.1主電路的設(shè)計2.1.1主電路原理圖根據(jù)課程設(shè)計題目的要求和總體方案，動力主電路圖如圖2.1所示圖2.1主電路原理圖2.1.2 主電路原理圖的構(gòu)成實驗主回路電源接三路小型斷路器QS1輸出端為L1、L2、L3,經(jīng)熔斷器、交流接觸器的主觸頭到電動機MlM2M3M4的三個線端LKV、W的電路，供電線電壓為380M它是由4臺三相異步電動機，6個交流接觸器，4個按鈕開關(guān)，2個熱保護繼電器，6個熔斷器，1個三相斷路器（小型）構(gòu)成。三相異步電動機的名稱分別是冷卻電動機、主軸電動機、進給電動機和液壓電動機。三相異步電動機的起動分為直接啟動和降壓啟動。直接起動時，電源電壓全部加在定子繞組上，電動機的起動電

11、流達到額定電流的4-7倍，由丁所選的三相異步電動機都小丁小容量電機，所以采用三相異步電動機直接起動方式。三相異步電動機的調(diào)速方法主要有：改變定子繞組聯(lián)接方式的變極調(diào)速、改變轉(zhuǎn)子電路電阻調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差率調(diào)速、變頻調(diào)速和申級調(diào)速等。變更轉(zhuǎn)子外申電阻調(diào)速需要改變轉(zhuǎn)子申聯(lián)的電阻，電阻值不同引起電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率發(fā)生變化，從而達到調(diào)速的目的，但是這種方法的缺點是對丁轉(zhuǎn)差率的調(diào)節(jié)很難實現(xiàn)可控，并且通常采用凸輪控制器進行控制，成本太高，所以沒有采取這種方法。而變極調(diào)速從它的原理可以看出，電磁轉(zhuǎn)差離合器是在普通籠型異步電動機軸上安裝一個電磁轉(zhuǎn)差離合器由晶閘管控制裝置控制離合器繞組的勵磁電流來實現(xiàn)調(diào)速功能。它

12、的缺點是調(diào)速效率較低，低速時尤為突出，不宜長期低速運行，且機械特性較軟，這種方法也不宜采用。綜上所述，我選擇變極調(diào)速中的雙速電動機高、低速控制裝置。變極調(diào)速應(yīng)用在機床中，可以得到較寬的調(diào)速范圍，并且在運行過程中，雙速電動速度范圍較廣，且能較好的實現(xiàn)平滑的轉(zhuǎn)化。機高速運轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)速是低速運轉(zhuǎn)時的兩倍,圖2.1.2變極調(diào)速的雙速電動機裝置原理圖圖中，用三個接觸器控制電動機定子繞組的聯(lián)結(jié)。當(dāng)接觸器KM1的主觸頭閉合，KM2KM3的主觸頭斷開時，電動機定子繞組為三角形接法，對應(yīng)“低速”擋；當(dāng)接觸器KM1的主觸頭斷開，KM2KM3I勺主觸頭閉合，電動機定子繞組為雙星型接法，對應(yīng)“高速”擋。為了避免“高速”

13、擋起動電流對電網(wǎng)的沖擊，本線路在“高速”擋時，先以“低速”起動，待起動電流過去后，再自動切換到“高速”運行。控制電路2.2.1控制電路電路圖根據(jù)課程設(shè)計要求，我選擇三菱公司的PLC作為仿真器件，下圖是三菱PLC控制方式的控制回路原理圖（圖2.2.1）。QSVKM1KM2KM3KM4HL1HL2HL3HL4I.111LEZ!i匚曷*coMY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7卷皆三菱主機COMX0X1X2X3X4X5X6X7X10X110010s01p|SBST，s3%ST_3ST.42.2.2 圖2.2.1三菱PLC控制方式的控制方式原理圖PLC的I/O地址分配由PLC的控制方式原理圖列出PLC資源

14、配置表（圖2.3）_屬性點數(shù)'r序號二菱位號符號說明（行程開關(guān)均用扭子開關(guān)代替）輸入點1X0FR主軸熱繼電器2X1SB_1啟動按鈕3X2SB_2停止按鈕4X3SB_3滑臺點動右行5X4SB_4滑臺點動左行6X5ST_1滑臺原位行程開關(guān)7X6ST_2滑臺一次工進的行程開關(guān)8X7ST_3滑臺二次工進的行程開關(guān)9X10ST_4滑臺終點的行程開關(guān)10X11K_1方式選擇開關(guān)（自動/點動）11X12SB_5冷卻泉開關(guān)12X13SB_6液壓泵開關(guān)輸出點1Y0KM1主軸電動機M1正轉(zhuǎn)接觸器2Y1KM2主軸電動機M1反轉(zhuǎn)接觸器3Y2KM3進給電動機M2低速運轉(zhuǎn)接觸器4Y3KM4進給電動機M2高速運轉(zhuǎn)接

15、觸器5Y4HL1主軸電動機正轉(zhuǎn)指示燈6Y5HL2主軸電動機反轉(zhuǎn)指示燈7Y6HL3進給電動機低速指示燈8Y7HL4進給電動機高速指示燈9Y10KM5液壓泵電動機M3接觸器10Y11KM6冷卻泵電動機M4接觸器2.2.3控制電路的構(gòu)成自動攻螺紋機控制回路由4個指示燈，4個按鈕開關(guān)，1個兩相斷路器、三菱可編程序控制器，一臺安裝有GXDeveloper編程軟件和GX-Simulator6調(diào)試軟件的PCM組成。它是從220V交流電源小型斷路器QS2輸出端L、N供給PLC電源，同時L亦作為PLCt出公共端。常開按鈕SB_1、SB_2SB_3SB_4SB_5SB_6FRST_<ST_1、ST_2ST_

16、3連接在PLC的輸入端。PLC輸出端和接觸器KM1KM2圈及4個指示燈相連。控制程序的設(shè)計3.1梯形圖設(shè)計程序由主電路圖以及控制電路的設(shè)計要求和I/O口分配方案，其設(shè)計方案如下：程序段一：初始化程序（圖3.1.1）XOOLXW2OTIpKM圖3.1.1初始化程序按下啟動按鈕SB_1,輔助線圈M0#電，完成系統(tǒng)初始化程序段二：點動與自動的方式選擇（圖3.1.2）IMOXC11«1004M|-;FX011IAIRST圖3.1.2點動與自動方式選擇輔助線圈M0得電，通過點動/自動按鈕選擇，K_1得電，則選擇點動模式；反之，則選擇自動模式。使用自保持和解除指令SET,RST®行控制

17、，并設(shè)置通用性輔助繼電器線圈M100程序段三：點動控制（圖3.1.3）圖3.1.3點動控制按下SB_3，主軸電動機正轉(zhuǎn)，模擬滑臺前進狀態(tài)，松開SB_3電機停止；按下SB_4,主軸電動機反轉(zhuǎn)，模擬滑臺后退狀態(tài)，松開SB_4電機停止。SB_3SB_4實現(xiàn)互鎖，并且主軸電動機接觸器丫0,Y1實現(xiàn)自鎖功能。程序段四：自動控制（圖3.1.4）X005X006H.P-YOOOM100T：K30TFX0O7X01O41H-XOIOQ'OCF(13T3(Wl-w）53偵印圖3.1.4自動控制將點動/自動扭子開關(guān)撥為OFF為自動狀態(tài)。按下啟動按鈕SB_1,此時滑臺處丁原始狀態(tài)，將ST_1壓合，主軸電動機

18、將正向運轉(zhuǎn)；當(dāng)快進到擋鐵壓動到ST_2時，液壓滑臺由快進轉(zhuǎn)為一次工進，此時主軸電動機停止運轉(zhuǎn)，進給電動機開始低速運行；當(dāng)一次工進到擋鐵壓動ST_3時，液壓滑臺由一次工進轉(zhuǎn)為二次工進，此時進給電動機開始高速運行；當(dāng)二次工進到終點死擋鐵處，壓住ST4,在終點停留6S后，轉(zhuǎn)為反向快退，此時進給電動機停止運行，主軸電動機反向運行，到達原位后壓下ST1電機停止運行。程序段五：控制冷卻泵和液壓泵電動機（3.1.5）IX0124HI沖I。）X013卜1011）圖3.1.5冷卻泵和液壓泵控制按下SB_§接觸器KM5尋電；同理，按下SB_§KM6尋電，液壓泵電動機起動。調(diào)試及結(jié)果分析4.1三

19、菱PLC軟件仿真(L)”中。GX-Simulator是配合三菱PLC軟件GXDeveloper的專用仿真軟件，GXSimulator作為GXDeveloper的一個插件，反映在“工具”菜單中“梯形圖邏輯測試啟動我就是利用這個邏輯測試進行仿真。J叩昭E4010畫五IS田維皿皿出制址aw*腐EFAllie1003HH|初|尊#1/TFEJisIT可I圖4.2.1初始化程序測試M1OQXlOOi(Mi=TIQ121TX0136Tl圖4.1梯形圖邏輯測試4.2仿真結(jié)果分析仿真一：初始化程序如圖4.2.1,按下SB_1,即X1得電，由仿真可知M0得電；因為點動/自動方式選擇當(dāng)K_1為OFF時，輔助繼電器

20、M100自保持得電，并且在M0斷電時，仍可以保持仿真二：點動程序測試如圖4.2.2，按下SB_3按鈕，X3得電，則主軸電動機Y0與指示燈Y4同時動作，并且Y0完成自鎖；此時常閉觸點M100失電，即按下SB_3,主軸電動機正轉(zhuǎn)，模擬滑臺前進狀態(tài)，松開SB_3電機停止；同理，主軸電動機反轉(zhuǎn)原理相同film/mi脈-Y000<Y004JfiT'Ol部os圖4.2.2點動程序測試仿真三：自動程序測試如圖4.2.3，按下啟動按鈕SB_1,X1得電，將ST_1壓合，X5得電，則主軸電動機Y0得電，且X6完成互鎖圖4.2.3自動程序測試如圖4.2.4，當(dāng)擋鐵壓動到ST_2時，即X6得電，經(jīng)過時間繼電器延時3秒，液壓滑臺由快進轉(zhuǎn)為一次工進，此時進給電動機繼電器Y2得電，且指示燈Y6動作;XD06M100S001X005X00X007K3030.1fiOPSfirn圖4.2.4自動程序測試如圖4.2.5，當(dāng)一次工進到擋鐵壓動ST_3時，即X7得電，液壓滑臺由一次工進轉(zhuǎn)為二次工進，此時經(jīng)時間繼電器3秒延時，進給電動機Y7得電開始高速運轉(zhuǎn);aOIOK30|TiO7圖4.2.5自動程序測試如圖4.2.6，當(dāng)二次工進到終點死擋鐵處,壓住ST4,即X10得電，時間繼電器在終點停留6S后，主軸電動機Y1得電