單面組合機床

哥倫比亞大學(xué)

學(xué)生課程設(shè)計題目：單面組合鉆床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名：奧巴牛學(xué)號：6666666666所在院（系）： 科倫比亞大學(xué)專 業(yè)： 機械設(shè)計自造及其自動化班 級：2099級機制8888班指導(dǎo)教師：牛頓二0一三年十二月十九日哥倫比亞大學(xué)本科學(xué)生課程設(shè)計任務(wù)書題目 單組合鉆床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計1、 課程設(shè)計的目的專業(yè)課程綜合訓(xùn)練目的是使學(xué)生通過對所學(xué)主要專業(yè)課的綜合應(yīng)用，基本掌握一般機床電氣控制及PLC的設(shè)計能力。綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)知識和技能，進(jìn)一步提高學(xué)生的分析及解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，提高機床控制分析設(shè)計的總體意識和工程實踐能力。2、 課程設(shè)計的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）設(shè)計內(nèi)容要求：（1）改造方案的確定；（2）電器控制電路分析；（3）PLC機型選擇及程序設(shè)計；（4）PL梯形圖設(shè)計及程序編制；（5）電器元件選擇；（6）PLC仿真3、主要參考文獻(xiàn)陳根正.可編程控制器原理及應(yīng)用。西安：陜西科技出版社，1993,9.（蘇）伏羅尼切夫.蓋寧，塔爾塔可夫斯基.上海科學(xué)技術(shù)出版社，1978周小群等，簡明電工使用手冊，安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2006.6林明星.電氣控制及可編程序控制器.機械工業(yè)出版社.2004,7.許曉揚.專用機床設(shè)備設(shè)計.重慶大學(xué)出版社.2003,7.4、課程設(shè)計工作進(jìn)度計劃內(nèi)容學(xué)時改造方案的確定2天電器控制電路分析1天PLC機型選擇及程序設(shè)計3天PLC梯形圖設(shè)計2天PLC控制程序編制2天電器元件選擇2天報告3天合計3周指導(dǎo)教師（簽字） 日期 年月日教研室意見：年月日學(xué)生（簽字）：接受任務(wù)時間： 年月日注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫。

課程設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師成績評定表指導(dǎo)教師評語指導(dǎo)教師評語題目名稱單面組合鉆床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計評分項目分值得分評價內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學(xué)習(xí)態(tài)度6遵守各項紀(jì)律，工作刻苦努力，具有良好的科學(xué)工作態(tài)度。02科學(xué)實踐、調(diào)研7通過實驗、試驗、查閱文獻(xiàn)、深入生產(chǎn)實踐等渠道獲取與課程設(shè)計有關(guān)的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿。臺戶能力水平35%04綜合運用知識的能力10能運用所學(xué)知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題，能正確處理實驗數(shù)據(jù)，能對課題進(jìn)行理論分析，得出有價值的結(jié)論。05應(yīng)用文獻(xiàn)的能力5能獨立查閱相關(guān)文獻(xiàn)和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。06設(shè)計（實驗）能力，方案的設(shè)計能力5能正確設(shè)計實驗方案，獨立進(jìn)行裝置安裝、調(diào)試、操作等實驗工作，數(shù)據(jù)正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計算及計算機應(yīng)用能力5具有較強的數(shù)據(jù)運算與處理能力；能運用計算機進(jìn)行資料搜集、加工、處理和輔助設(shè)計等。08對計算或?qū)嶒灲Y(jié)果的分析能力（綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟分析能力）10具有較強的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、綜合的能力。成果質(zhì)量45%09插圖（或圖紙）質(zhì)量、篇幅、設(shè)計（論文）規(guī)范化程度5符合本專業(yè)相關(guān)規(guī)范或規(guī)定要求；規(guī)范化符合本文件第五條要求。10設(shè)計說明書（論文）質(zhì)量30綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；實驗正確，分析處理科學(xué)。11創(chuàng)新10對前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨特見解。成績年月曰指導(dǎo)教師簽名:年月曰鉆床指主要用鉆頭在工件上加工孔的機床。通常鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運動，鉆頭軸向移動為進(jìn)給運動。鉆床結(jié)構(gòu)簡單，加工精度相對較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具，可擴、锪孔，鉸孔或進(jìn)行攻絲等加工。加工過程中工件不動，讓刀具移動，將刀具中心對正孔中心，并使刀具轉(zhuǎn)動（主運動）。鉆床的特點是工件固定不動，刀具做旋轉(zhuǎn)運動。PLC是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點及計算機靈活、方便、的有點而設(shè)計制造和發(fā)展的，這就使得PLC具有許多其他控制器所無法相比的特點：可靠性高，抗干擾能力強；通用性強，使用方便；采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便；編程語言簡單、易學(xué)，便于掌握；系統(tǒng)設(shè)計周期短；對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強；安裝簡單，調(diào)試方便、維護工作量小。組合機床及其自動線是集機電于一體的合自動化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。他的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟實用，而被廣泛應(yīng)用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，他的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件，完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工，各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成行面等關(guān)鍵詞：鉆床，PLC，可編程控制器1緒論 1.1課題背景. 1.2組合機床的概 1.3單面組合鉆床的介紹 1.4?1湍介 TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"2單面組合鉆床控制概述 三\o"CurrentDocument"2.1單面鉆床的主電路原理圖 三\o"CurrentDocument"2.2單面鉆床的電氣原理圖 三\o"CurrentDocument"2.3單面鉆床的工作流程圖 四\o"CurrentDocument"2.4單面組合鉆床控制過程 五\o"CurrentDocument"3單面組合鉆床工作原理 七\o"CurrentDocument"3.1系統(tǒng)啟動’ 七\o"CurrentDocument"3.2液壓回路啟動 七\o"CurrentDocument"3.3工件定位 七\o"CurrentDocument"3.4工件的夾緊 七3.5滑臺快進(jìn) 七\o"CurrentDocument"3.6滑臺工講 七\o"CurrentDocument"3.7滑臺快退 七\o"CurrentDocument"3.8松開工件. 七\o"CurrentDocument"3.9點動按鈕 七\o"CurrentDocument"4 單面組合鉆床PLC設(shè)計 八\o"CurrentDocument"41輸入輸出點分配 八\o"CurrentDocument"4.2PLC選擇 八\o"CurrentDocument"43單面鉆孔機床PLC控制接線圖 八\o"CurrentDocument"5單面絹合鉆床PLC控制程序 十\o"CurrentDocument"5.1設(shè)計單面鉆孔機床PLC總控制梯形圖 十\o"CurrentDocument"5.2單面鉆5.2孔s7-200仿真驗證 十6 總結(jié)............................................................................................................................................十六參者文獻(xiàn) 十七1緒論1.1課題背景隨著生產(chǎn)的發(fā)展，產(chǎn)品精度的提高，機床加工的自動化程度也越來越高。數(shù)控機床，加工中心已構(gòu)成現(xiàn)代加工方法之代表。但是根據(jù)我國的實際情況，對現(xiàn)有機床進(jìn)行全部更新?lián)Q代，幾乎是不可能的。因此為提高機床的生產(chǎn)率，改善工人的勞動條件，提高一般機床切削加工的自動化程度，提高控制系統(tǒng)的可靠性，對現(xiàn)有機床進(jìn)行PC改造，仍然具有非?，F(xiàn)實的意義，正是利用了PC控制技術(shù)具有功能強，速度快，可靠性高，經(jīng)濟實用等特點，針對雙面組合鉆床的控制部分進(jìn)行了改造，并分析了系統(tǒng)的性能。1.2組合機床的概述組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟實用，因而被廣泛應(yīng)用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件，完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一種新型的組合機床一一柔性組合機床越來越受到人們的青睞，它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機床。1.3單面組合鉆床的介紹單面組合鉆床是一種鉆削普通厚度工件的加工鉆床，只有一個鉆頭，即只能同時加工一個表面，加工精度要求高，采用傳統(tǒng)的繼電器----接觸器控制，要用大量的中間繼電器，時間繼電器，計數(shù)器，存在線路復(fù)雜，故障率高，控制柜體積大，成本高等特點，而采用可編程控制器S7-200，不僅可以提高控制系統(tǒng)的可靠性，降低運行故障率，而且改變程序即可實現(xiàn)不同工件的加工鉆削工藝要求充分發(fā)揮組合鉆床的多種加工功能。1.4PLC簡介1.4.1PLC定義PLC即可編程控制器(ProgrammableLogicController),是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會(InternationalElectricalCommittee頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義;PLC英文全稱ProgrammableLogicController，中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是：一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是可編程邏輯控制電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說有半導(dǎo)體的地方就有PLC。第二頁

2單面組合鉆床控制概述2.1單面鉆床的主電路原理圖如圖1所示，從圖1可以看出，單面鉆床主電路由液壓泵電動機M1、刀具電動機M2、切削液泵電動機M3組成。如圖2.1圖2.1鉆床主電路原理圖2.2單面鉆床的電氣原理圖下圖為單面鉆床的電氣圖，KM1，KM2，KM3，分別液壓泵電動機，刀具電動機，切削液電動機相對應(yīng)，其余電路關(guān)系如圖2.2所示第三頁

1213耳1§789101112L214圖2.2單面組合鉆床原理圖KM3W3YV5YV44^M KM3W3YV5YV44^M 4EG72.3單面鉆床的工作流程圖單面鉆長各電機控制要求：單面鉆床只有在液壓泵電動機M1正常啟動運轉(zhuǎn)，機床供油系統(tǒng)正常供油后，才能啟動。刀具電動機M2應(yīng)在滑臺進(jìn)給循環(huán)開始啟動運轉(zhuǎn)，滑臺退回原位后停止運轉(zhuǎn)。切削液壓泵電動機M3可以在滑臺工作時自動啟動，在工作結(jié)束后自動停止，也可以用手動方式控制啟動和停止。圖2.2圖2.2單面鉆床的工作流程圖第四頁2.4單面組合鉆床控制過程2.4.1各電磁閥動作狀態(tài)機床動力滑臺、工件定位、夾緊裝置控制要求：機床動力滑臺、工件定位夾緊裝置由液壓系統(tǒng)驅(qū)動。電磁閥YV1和YV2控制定位銷液壓缸活塞的運動方向;YV3、YV4控制夾緊液壓缸活塞的運動方向；YV5、YV6及YV7為滑臺油路中的換向電磁閥。各電磁閥的動作狀態(tài)見表2.1。表2.1各電磁閥動作狀態(tài)表YV1YV2YV3YV4YV5轉(zhuǎn)換指令工件定位+————SB4工件夾緊—————ST1滑臺快進(jìn)——+——ST1滑臺工進(jìn)——+—+ST2滑臺快退———+—ST3松開工件—+———ST4注：“+”為電磁閥線圈接通，“一”為電磁閥線圈掉電。從表2.1中可以看出，電磁閥YV1線圈通電時，機床工件定位裝置將工件定位；當(dāng)電磁閥YV1復(fù)位掉電時，機床工件夾緊裝置將工件夾緊；當(dāng)電磁閥YV3通電時，滑臺快速移動；當(dāng)電磁閥YV3、YV5通電時，滑臺工進(jìn)；當(dāng)電磁閥YV4通電時，滑臺快速后退；當(dāng)電磁閥YV2通電時，松開工件第五頁2.4.2單面組合鉆床總控制過程當(dāng)需要機床工作時，將工件裝入定位夾緊裝置，按下液壓系統(tǒng)啟動按鈕SB4,機床按如下步驟工作：按下液壓系統(tǒng)啟動按鈕SB4—工件定位和夾緊一動力滑臺快速進(jìn)給一動力滑臺工進(jìn)一動力滑臺快退至原位一夾緊裝置松開。在滑臺快速進(jìn)給的同時，刀具電動機M2啟動運轉(zhuǎn)工作，提供切削動力；在動力滑臺工進(jìn)時，切削液電動機M3自動啟動，在工進(jìn)結(jié)束時切削液泵電動機自動停止。在滑臺退回原位后，刀具電動機M2停止運轉(zhuǎn)單面組合鉆床的液壓控制系統(tǒng)圖如圖2.3所示第六頁3單面組合鉆床工作原理3.1系統(tǒng)啟動啟動按鈕SB2-接觸器KM1啟動并自鎖一液壓泵電動機M1啟動一系統(tǒng)啟動3.2液壓回路啟動按下液壓回路啟動按鈕SB4—啟動液壓回路3.3工件定位當(dāng)啟動液壓回路后由于KM1自鎖一電磁鐵YV1,液壓缸工作實現(xiàn)工件定位3.4工件的夾緊當(dāng)工件定好位后遇到定位行程開關(guān)ST1—電磁鐵YV1掉電復(fù)位，液壓缸夾緊工件，工件夾緊后電磁鐵KM2通電一刀具電動機M2接通，電機工作，KM2通電后一自鎖使電磁鐵KM3得電一切削液電動機M3啟動3.5滑臺快進(jìn)工件定位后一電磁鐵YV3得電一滑臺液壓缸快進(jìn)3.6滑臺工進(jìn)當(dāng)快進(jìn)結(jié)束時碰到滑臺快進(jìn)結(jié)束行程開關(guān)ST2，電磁閥YV5得電一滑臺液壓缸工進(jìn)3.7滑臺快退當(dāng)工進(jìn)結(jié)束時遇到滑臺工進(jìn)結(jié)束行程開關(guān)ST3—電磁鐵YV5失電結(jié)束工進(jìn)，電磁鐵YV4得電一滑臺液壓缸快退3.8松開工件當(dāng)滑臺快退結(jié)束遇到行程開關(guān)ST4時一電磁鐵YV4失電結(jié)束快退一電磁鐵YV2得電一液壓缸松開工件3.9點動按鈕在加工過程中可以實現(xiàn)點動控制：SB5一刀具電動機M2點動按鈕；SB6一夾緊點動按鈕；SB7一夾緊松開點動按鈕；3.10綜述工作原理啟動液壓泵電動機M1,按啟動按鈕SB2，KM1自鎖，液壓泵電動機工作一按液壓回路啟動按鈕SB4-X件定位電磁閥YV1得電，工件定位一碰上工件定位結(jié)束行程開關(guān)ST1—電磁閥YV1掉電工件夾緊，實現(xiàn)快進(jìn)一碰上快進(jìn)結(jié)束行程開關(guān)ST2，斷開YV3，實現(xiàn)工進(jìn)一碰到工進(jìn)結(jié)束行程開關(guān)ST3，結(jié)束工進(jìn)過程一YV4通電，滑臺快退一快退結(jié)束遇到ST4快退結(jié)束行程快關(guān)結(jié)束快退過程一YV4失電。

4單面組合鉆床PLC設(shè)計4.1輸入輸出點分配列出單面鉆孔機床PLC的輸入\輸出點分配表，見表4.1表4.1單面鉆孔組合機床PLC輸入輸出分配表輸入信號輸出信號名稱代號輸入點編號名稱代號輸出點編號工件手動夾緊按鈕SB0I0.0工件夾緊指示燈HLQ0.0總停止按鈕SB1I0.1電磁閥YV1Q0.1液壓泵電動機M1啟動按鈕SB2I0.2電磁閥YV2Q0.2液壓系統(tǒng)停止按鈕SB3I0.3電磁閥YV3Q0.3液壓系統(tǒng)啟動開關(guān)SB4I0.4電磁閥YV4Q0.4刀具電機M2點動按鈕SB5I0.5電磁閥YV5Q0.5夾緊手動按鈕SB6I0.6液壓泵電動機M1接觸器KM1Q1.0夾緊松開手動按鈕SB7I0.7左機刀具電動機M2接觸器KM2Q1.1工件定位行程開關(guān)ST1I1.0切削液泵電動機M3接觸器KM3Q1.2滑臺快進(jìn)結(jié)束行程開關(guān)ST2I1.1液壓系統(tǒng)啟動KM4Q1.3滑臺工進(jìn)結(jié)束行程開關(guān)ST3I1.2滑臺快退結(jié)束行程開關(guān)ST4I1.3手動選擇開關(guān)QSI1.44.2PLC選擇由表4.1可知，12個輸入點，19個輸出點，根據(jù)電壓的不同選用輸入有4個點的輸入模塊，分別為M1、M2、M3、M4;輸出有4個點的模塊分別為1L、2L、3L。4.3單面鉆孔機床PLC控制接線圖根據(jù)表4.1和如上所述，畫出雙位組合鉆床PLC控制接線圖如圖4.1所示￡D0SB1SB3SB43B53比JB72T1STSSTG3H_1■快^示印YVLX、T工腳于YV3滯釧其YV47V5KNL褲果物帆1湖NKME碳皂娜壬旬捕KNc圳解櫥桐3南擁KM4圖4.1單面鉆孔機床PLC控制接線圖所以選擇CPU216型的PLC。明細(xì)如下表所示符號名稱型號規(guī)格數(shù)量M1液壓泵電動機Y2-90L-8AU380V,0.55kW,660r/min1M2刀具電動機Y2-100L1-4AU380V,2.2kW,1430r/min1M3冷卻泵電動機Y2-801-8AU380V,0.18kW,630r/min1KM1、KM2、KM3、KM5、KM7交流接觸器CJ20-10AU380V,10A,4kW,主觸點3對，輔助觸點2常開2常閉5FR1液壓泵熱繼電器LR1-D09307整定電流范圍1.6A到2.5A1FR2切削液泵熱繼電器LR1-D09310整定電流范圍4入到6A1FR3刀具熱繼電器LR1-D09306整定電流范圍^到1.6A1FU1液壓泵熔斷器RL1-15/4\3FU2切削液泵熔斷器RL1-60/25\3FU3刀具熔斷器RL1-15/2\3TC變壓器BK-100\1HL夾緊指示燈AD1-22/11AU6V，綠1QS自動開關(guān)（刀開關(guān)）DZ20-100/3額定電流32A，帶一對輔助觸點，QF藍(lán)色1SA聯(lián)動開關(guān)LAZ-11A/XR按鈕數(shù)1，點數(shù)1常開1常閉1SB0、SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、SB7按鈕LA19-119PLCS7-200CPU2161表4.2元器件選擇明細(xì)表第九頁5單面組合鉆床PLC控制程序5.1設(shè)計單面鉆孔機床PLC總控制梯形圖根據(jù)上述，繪出PLC控制梯形圖，標(biāo)出各邏輯行所控制機床的各狀態(tài)，以及PLC梯形圖所對應(yīng)的指令語句表。如圖5.1朗MMg倡電郵丫VI觸.定住工件短振刷用具電鈉M禍螭取V3#tM瞬冏丫V5得陌工進(jìn)工件舫圖5.1單面組合鉆床PLC控制梯形圖5.2單面鉆5.2孔s7-200仿真驗證5.2.1啟動液壓泵電動機當(dāng)液壓泵電動機M1啟動按鈕SB2閉合，總停止按鈕SB1常閉下，液壓泵電動機M1啟動并自鎖。仿真圖如下：0123 567 012345Network-fl用舞樣兵-=12.2 2=12.'-寸二—l?Hpl?——■>5.2.2液壓系統(tǒng)啟動控制按下液壓回路啟動按鈕SB4，開關(guān)繼電器自鎖，開啟液壓回路，液壓系統(tǒng)停止按鈕控制其斷開。仿真圖如下：uuiuiJuuuUUtiUMU01234567 012345第十一頁

5.2.3工件的定位與夾緊當(dāng)工件定好位后遇到定位行程開關(guān)ST1,通過按鈕SB6可以手動控制夾緊，按鈕SB7可以手動控制夾緊松開，電磁鐵YV1掉電復(fù)位，工件夾緊指示燈亮，夾緊工件。仿真圖如下：Ncr/ork3■=Q'.3-：=IM=1'.：-I】Nst^rk41=21a0=10.7—!■——， d■)5.2.4滑臺的快進(jìn)工件夾緊后，按下按鈕SB5,電磁鐵KM2自鎖通電后，與電磁鐵KM3相連，

從而切削液電動機M3也啟動。仿真圖如下：第十二頁5.2.5滑臺的工進(jìn)工件定位后，電磁鐵YV3得電，滑臺液壓缸實現(xiàn)快進(jìn)，當(dāng)快進(jìn)結(jié)束時碰到滑臺快進(jìn)結(jié)束行程開關(guān)ST2,電磁閥YV5得電，并自鎖，滑臺液壓缸工進(jìn)，仿真圖如下:0123^1567 0123^15SIMATICS7-200CPU214?iinRUH?iO￡i■Q02?iO；3■004?i05?i0.70123^1567 0123^15SIMATICS7-200CPU214?iinRUH?iO￡i■Q02?iO；3■004?i05?i0.7SIEMENS第十三頁Net^Drk71=Q1.3 1=Q1.1 0=11.W1=03.3T?——■■)腥Ws「k?1=11.1 0=11.2 1=01.3 1=03.5,I——■<■)1=05.55.2.6滑臺的快退當(dāng)工進(jìn)結(jié)束時遇到滑臺工進(jìn)結(jié)束行程