第8章 加工單元的結(jié)構(gòu)與控制

第8章加工單元的結(jié)構(gòu)與控制

8.1加工單元的結(jié)構(gòu)

8.1.1加工單元的基本功能加工單元可以模擬鉆孔加工及鉆孔質(zhì)量檢測(cè)的過(guò)程，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模擬物流傳送的過(guò)程。

8.1.2加工單元的基本結(jié)構(gòu)

加工單元主要組成機(jī)構(gòu)有：旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊鉆孔模塊鉆孔檢測(cè)模塊等1．旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊

旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)模塊主要由旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、工作臺(tái)固定底盤(pán)、傳動(dòng)齒輪、直流電動(dòng)機(jī)、定位凸塊、電感式接近開(kāi)關(guān)傳感器、漫反射式光電傳感器、支架等組成。

在轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)上有四個(gè)工位，用于存放工件。在每個(gè)工位的下面都有一個(gè)圓孔，用于光電傳感器對(duì)工件的識(shí)別。電感式接近開(kāi)關(guān)傳感器用于判斷工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置,以便于進(jìn)行定位控制。2．鉆孔模塊

鉆孔模塊主要由鉆孔氣缸、鉆孔電機(jī)、鉆孔導(dǎo)向裝置、夾緊氣缸、鉆孔模塊支架等組成。在鉆孔氣缸的兩端、夾緊氣缸的兩端都安裝有磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)，分別用于判斷兩個(gè)氣缸運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)極限位置。各組成部分的作用鉆孔深度及夾緊狀態(tài)的判斷鉆孔模塊用于實(shí)現(xiàn)鉆孔加工過(guò)程。3．檢測(cè)模塊檢測(cè)模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆孔加工結(jié)果的模擬檢測(cè)過(guò)程。檢測(cè)模塊主要由檢測(cè)氣缸、檢測(cè)氣缸固定架、檢測(cè)模塊支架及磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)組成。原理：氣缸桿能下降到位——孔深度加工合格；氣缸不能下降到位——孔加工不合格。氣缸的位置通過(guò)安裝在氣缸兩端的磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)來(lái)判斷。4．繼電器

繼電器K1、K2，分別用于控制鉆孔電機(jī)和工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。為什么要使用繼電器？5．CP閥組

本單元的CP閥組由3個(gè)電磁閥組成，其中一個(gè)為帶手控開(kāi)關(guān)的雙側(cè)電磁先導(dǎo)控制閥，其余2個(gè)均為帶手控開(kāi)關(guān)的單側(cè)電磁先導(dǎo)控制閥。各個(gè)閥的結(jié)構(gòu)類(lèi)型（幾位幾通），請(qǐng)同學(xué)們通過(guò)實(shí)際操作設(shè)備，根據(jù)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作特征判斷出來(lái)。I/O接口開(kāi)關(guān)量：8個(gè)輸入/6個(gè)輸出。輸入用于傳感器信號(hào)的傳輸，輸出用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)的傳輸。氣源工作壓力最小6bar，最大8bar

8.1.3加工單元的主要技術(shù)數(shù)據(jù)

8.1.4學(xué)生活動(dòng)：觀察了解加工單元的氣動(dòng)控制回路

1．活動(dòng)目的

⑴觀察了解加工單元的氣動(dòng)控制回路的組成，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力；

⑵復(fù)習(xí)掌握氣動(dòng)技術(shù)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力；

⑶通過(guò)自主操作，培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)思考能力和動(dòng)手能力。

2．活動(dòng)內(nèi)容

⑴由學(xué)生自主操作控制各個(gè)方向控制閥的手動(dòng)信號(hào)，控制相應(yīng)的氣缸動(dòng)作，觀察各氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作特征，分析判斷與各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的方向控制閥的類(lèi)型；

⑵觀察氣動(dòng)控制回路的組成情況，如：有無(wú)節(jié)流閥、氣缸的進(jìn)排口情況等，然后推斷畫(huà)出檢測(cè)單元的氣動(dòng)控制回路圖。

3．方法建議⑴分別用手控信號(hào)控制各方向控制閥，觀察相應(yīng)的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，找出閥及閥的控制信號(hào)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作之間的關(guān)系。

⑵在觀察各個(gè)氣缸的動(dòng)作特征時(shí)，應(yīng)觀察3種狀態(tài)：操作前執(zhí)行機(jī)構(gòu)的常態(tài)；操作過(guò)程中，突然去掉手控信號(hào)時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)；在手控信號(hào)一直維持到使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作完成后去掉該信號(hào)的情況下，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)。8.1.5學(xué)生活動(dòng)：觀察了解加工單元PLC的I/O接口情況1．活動(dòng)目的

⑴熟悉MPS系統(tǒng)中加工單元的結(jié)構(gòu)組成。

⑵查明加工單元中PLC的I/O接口地址。

⑶進(jìn)一步了解加工單元的結(jié)構(gòu)、了解繼電器的作用、了解傳感器技術(shù)在加工單元中的應(yīng)用。

2．活動(dòng)內(nèi)容

⑴在教師的指導(dǎo)下，觀察了解加工單元的結(jié)構(gòu)。

⑵查明氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成（氣缸、控制閥），通過(guò)手動(dòng)方式操作控制閥分別控制各個(gè)氣缸動(dòng)作，觀察分析控制信號(hào)與氣缸動(dòng)作之間的關(guān)系。⑶查明各電控閥的電控信號(hào)、繼電器線圈所對(duì)應(yīng)的PLC接口地址（輸出地址）。

⑷認(rèn)識(shí)了解該工作單元中所使用的傳感器；在教師的指導(dǎo)下，查明各傳感器的類(lèi)型、符號(hào)名、安裝位置、作用及其對(duì)應(yīng)的PLC的接口地址（輸入地址）；查明各控制開(kāi)關(guān)的觸電類(lèi)型及其在PLC上的接口地址（輸入地址）。請(qǐng)將數(shù)據(jù)保存好，在以后編寫(xiě)控制程序時(shí)要使用這些數(shù)據(jù)。

3．要求與建議將查明的該單元執(zhí)行機(jī)構(gòu)的情況及其與PLC的接口情況進(jìn)行整理，并以適當(dāng)?shù)男问奖磉_(dá)出來(lái)。主要內(nèi)容包括：PLC的I/O的接口地址使用情況；各地址所對(duì)應(yīng)的輸入/輸出設(shè)備的符號(hào)及名稱(chēng)；輸入/輸出設(shè)備的用途；各地址的信號(hào)狀態(tài)與設(shè)備的工作狀態(tài)之間的關(guān)系。建議：⑴PLC的I/O接口情況用I/O接口圖表示；

⑵其它內(nèi)容用表格列出。參考表格如下：

4．注意事項(xiàng)⑴在氣動(dòng)執(zhí)行元件接通起源的情況下，禁止用手直接扳動(dòng)氣動(dòng)元件。⑵在PLC處于RUN模式或RUN-P模式、并運(yùn)行用戶程序時(shí)，禁止用手動(dòng)方式操作電控閥。⑶在觀察結(jié)構(gòu)時(shí)，不要用力拽導(dǎo)線、氣管；不要拆卸元器件及其它裝置；遇有不能解決的問(wèn)題，及時(shí)請(qǐng)教指導(dǎo)教師。

8.2加工單元的PLC控制及編程

8.2.1加工單元的手動(dòng)單循環(huán)控制

1．控制任務(wù)

在手動(dòng)操作模式下，在各執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于初始狀態(tài)、并且在1號(hào)工位上有工件的情況下，當(dāng)按觸啟動(dòng)按鈕時(shí)，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，將工件傳送到2號(hào)工位進(jìn)行鉆孔加工；鉆孔加工后，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)再轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)工位，將工件送到3號(hào)工位進(jìn)行鉆孔質(zhì)量的檢測(cè)，并儲(chǔ)存檢測(cè)結(jié)果；最后工件被送到4號(hào)工位，同時(shí)檢測(cè)結(jié)果被轉(zhuǎn)存到另一個(gè)存儲(chǔ)單元中。4號(hào)工位的工件由人工取走。

在上述工作過(guò)程完成之前，操作啟動(dòng)按鈕應(yīng)該對(duì)其沒(méi)有影響。當(dāng)然，上述工作過(guò)程也不受停止按鈕的控制。

在實(shí)現(xiàn)上述控制任務(wù)中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

在啟動(dòng)前，加工單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須是處于初始位置，否則不允許啟動(dòng)。在啟動(dòng)后，全部工作完成前，不再受啟動(dòng)按鈕的控制。在該控制模式下，無(wú)需使用停止按鈕。2．生產(chǎn)工藝流程

①加工單元的初始狀態(tài)可設(shè)計(jì)為：

鉆孔氣缸處于上端位置；

旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)工位正確；

加緊氣缸氣缸處于伸出位置（由氣路決定的）

檢測(cè)氣缸處于上端位置；

旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的1號(hào)工位上有工件。

②工藝流程

是否滿足啟動(dòng)條件且是否為手動(dòng)模式？開(kāi)始是否按下了啟動(dòng)按鈕？NNYY①夾緊氣缸縮回Y①是否縮回到位？N工作臺(tái)轉(zhuǎn)一個(gè)工位Y是否轉(zhuǎn)動(dòng)到位？N夾緊氣缸伸出夾緊工件Y是否伸出到位？N啟動(dòng)鉆孔電機(jī)鉆孔氣缸下降Y是否下降到位？N②鉆孔氣缸上升檢測(cè)氣缸下降Y是否上升到位？NY是否下降到位？N②③存儲(chǔ)合格標(biāo)志，復(fù)位定時(shí)器Y是否到定時(shí)時(shí)間？N存儲(chǔ)不合格標(biāo)志夾緊氣缸縮回Y是否縮回到位？N工作臺(tái)轉(zhuǎn)一個(gè)工位Y是否轉(zhuǎn)動(dòng)到位？N啟動(dòng)定時(shí)器，延時(shí)1秒合格/不合格標(biāo)志轉(zhuǎn)存③工作臺(tái)轉(zhuǎn)一個(gè)工位結(jié)束檢測(cè)氣缸上升Y是否上升到位？NY是否轉(zhuǎn)動(dòng)到位？N3．程序流程

請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)上述工藝流程自己編寫(xiě)出相應(yīng)的程序流程。4．LAD程序

請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)自己編寫(xiě)的程序流程圖編寫(xiě)LAD程序。1．活動(dòng)目的

⑴進(jìn)一步學(xué)習(xí)掌握STEP7V5.1軟件包的操作，進(jìn)一步熟練掌握“程序編輯器”的使用。⑵進(jìn)一步掌握梯形邏輯語(yǔ)言的常用指令及梯形邏輯語(yǔ)言的基本編程方法與技巧。8.2.2學(xué)生活動(dòng)：上機(jī)調(diào)試加工單元的手動(dòng)控制程序

⑶進(jìn)一步加深對(duì)PLC控制作用的理解，加深理解控制功能是如何實(shí)現(xiàn)的。

⑷了解設(shè)備調(diào)試時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題，掌握調(diào)試的基本方法與技巧。⑸培養(yǎng)安全生產(chǎn)的意識(shí)。

⑹培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)；培養(yǎng)分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。2．活動(dòng)內(nèi)容

⑴創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，在該項(xiàng)目下，錄入所編寫(xiě)的加工單元的手動(dòng)單循環(huán)控制程序。⑵對(duì)所錄入的控制程序進(jìn)行認(rèn)真檢查，經(jīng)檢查確認(rèn)無(wú)誤后，再進(jìn)行實(shí)際的運(yùn)行調(diào)試。最終實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制功能。3．方法與建議⑴在檢查程序時(shí)，重點(diǎn)檢查：各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間是否會(huì)發(fā)生沖突，同一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在不同的階段所作的相同的動(dòng)作是否區(qū)分開(kāi)了。⑵如果幾個(gè)程序段實(shí)現(xiàn)的都是同一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的同一個(gè)動(dòng)作，而只是實(shí)現(xiàn)的條件不同，則應(yīng)該將這幾個(gè)程序段按照或邏輯關(guān)系進(jìn)行合并。⑶只有在認(rèn)真、全面地檢查了程序，并且再也查不出錯(cuò)誤的情況下，才可以運(yùn)行程序，進(jìn)行實(shí)際調(diào)試；不可以在不經(jīng)過(guò)檢查的情況下就直接在設(shè)備上運(yùn)行所編寫(xiě)的程序，否則如果程序存在著嚴(yán)重的錯(cuò)誤，極易造成設(shè)備的損壞。

特別提醒：在運(yùn)行程序時(shí)，應(yīng)該有人守侯在設(shè)備旁，時(shí)刻注意設(shè)備的運(yùn)行情況，一旦發(fā)生執(zhí)行機(jī)構(gòu)相互沖突的事件，應(yīng)及時(shí)操作保護(hù)設(shè)施，如切斷設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)回路、切斷氣源等，以避免造成設(shè)備的損壞。建議，①在調(diào)試前先將安裝在加緊氣缸桿前端的加緊裝置和安裝在檢測(cè)氣缸桿上的探測(cè)裝置拆掉。②在程序調(diào)試完畢后，再將其恢復(fù)。

1．控制任務(wù)在自動(dòng)操作模式下，在各執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于初始狀態(tài)、且旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的1號(hào)工位上沒(méi)有工件的情況下按啟動(dòng)按鈕，加工單元進(jìn)入到待工作狀態(tài)。當(dāng)有工件被放到旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的1號(hào)工位上時(shí)，則加工單元進(jìn)入工作狀態(tài)，將工件傳送到2號(hào)工位，并進(jìn)行鉆孔加工，然后等待1號(hào)工位接收新的工件。當(dāng)1號(hào)工位上又接收到了新的工件時(shí)，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)就再轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)工位，將經(jīng)過(guò)鉆孔加工后的工件送到3號(hào)工位進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果儲(chǔ)存起來(lái)；同時(shí)，新的工件被送到2號(hào)工位進(jìn)行鉆孔加工，然后再次等待1號(hào)工位接收新的工件……當(dāng)最初的工件經(jīng)過(guò)上述流程進(jìn)入到4號(hào)工位時(shí)，該工件的鉆孔檢測(cè)結(jié)果將被轉(zhuǎn)存到另一個(gè)存儲(chǔ)單元中。8.2.3加工單元的自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行控制

當(dāng)按了停止按鈕后，加工單元不再接收新的工件，但是要將已進(jìn)入到加工單元中的工件加工完，此后加工單元要將處在工作臺(tái)上的工件依次進(jìn)行完鉆孔（2號(hào)工位）、質(zhì)量檢測(cè)（3號(hào)工位）、輸出（4號(hào)工位）的過(guò)程后才停止運(yùn)行。若是按了停止按鈕后，加工單元是處于工作臺(tái)上無(wú)工件的待加工狀態(tài)，則直接停止運(yùn)行。停止運(yùn)行后各執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)回到初始狀態(tài)。

每個(gè)工件在本單元中都要經(jīng)過(guò)以上的工作流程。工件到達(dá)4號(hào)工位后由人工取走。只要未按停止按鈕，加工單元就按照上述過(guò)程連續(xù)運(yùn)行。

2．生產(chǎn)工藝流程①初始狀態(tài)：鉆孔氣缸處于上端位置；旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)工位正確；加緊氣缸氣缸處于伸出位置（由氣路決定的）；

檢測(cè)氣缸處于上端位置。

②工藝流程

是否滿足啟動(dòng)條件且是否為自動(dòng)模式？開(kāi)始是否按下了啟動(dòng)按鈕？NNYY①夾緊氣缸縮回Y①是否縮回到位？N工作臺(tái)轉(zhuǎn)一個(gè)工位Y1號(hào)工位是否有工件？N合格/不合格標(biāo)志轉(zhuǎn)存Y是否按了停止按鈕？NY2號(hào)工位是否有工件？N夾緊氣缸縮回②③④⑦夾緊氣缸伸出夾緊工件Y是否伸出到位？N啟動(dòng)鉆孔電機(jī)鉆孔氣缸下降②Y是否轉(zhuǎn)動(dòng)到位？N檢測(cè)氣缸下降Y是否下降到位？N定時(shí)2秒NY是否到定時(shí)時(shí)間？存儲(chǔ)不合格標(biāo)志存儲(chǔ)合格標(biāo)志，復(fù)位定時(shí)器⑥⑤⑤⑥Y是否下降到位？鉆孔氣缸上升檢測(cè)氣缸上升NY鉆孔氣缸、檢測(cè)氣缸是否都已上升到位？N⑦③Y是否縮回到位？N工作臺(tái)轉(zhuǎn)一個(gè)工位Y是否轉(zhuǎn)動(dòng)到位？N檢測(cè)氣缸下降Y是否下降到位？N定時(shí)2秒NY是否到定時(shí)時(shí)間？存儲(chǔ)不合格標(biāo)志存儲(chǔ)合格標(biāo)志，復(fù)位定時(shí)器檢測(cè)氣缸上升是否上升到位？N⑧④⑧合格/不合格標(biāo)志轉(zhuǎn)存工作臺(tái)轉(zhuǎn)一個(gè)工位結(jié)束YY是否轉(zhuǎn)動(dòng)到位？N夾緊氣缸伸出3．編程技巧

⑴將自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行控制程序編寫(xiě)在FC或FB中；⑵將運(yùn)行自動(dòng)程序的條件在主程序OB1中體現(xiàn)，作為調(diào)用自動(dòng)控制程序的條件；⑶在自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行控制程序中，建議創(chuàng)建一個(gè)“啟動(dòng)/停止”的標(biāo)志信號(hào)，通過(guò)信號(hào)去控制程序。⑷在編寫(xiě)程序時(shí)，注意區(qū)分使用“1”信號(hào)和“沿”信號(hào)。⑸注意在程序中區(qū)分同一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在不同的階段所作的相同的動(dòng)作。建議最終將這些程序段按照或邏輯合并在一起。⑹程序編寫(xiě)完成后應(yīng)注意仔細(xì)檢查。1．活動(dòng)目的

⑴進(jìn)一步學(xué)習(xí)掌握STEP7V5.1軟件包的操作，進(jìn)一步熟練掌握“程序編輯器”的使用。⑵進(jìn)一步掌握梯形邏輯語(yǔ)言的常用指令及梯形邏輯語(yǔ)言的基本編程方法與技巧。8.2.4學(xué)生活動(dòng)：上機(jī)調(diào)試加工單元的自動(dòng)控制程序⑶進(jìn)一步加深對(duì)PLC控制作用的理解，加深理解控制功能是如何實(shí)現(xiàn)的。

⑷了解設(shè)備控制中的工藝及安全技術(shù)問(wèn)題，提高對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的操作能力，培養(yǎng)安全生產(chǎn)的意識(shí)。⑸了解設(shè)備調(diào)試時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題，掌握調(diào)試的基本方法與技巧，培養(yǎng)調(diào)試設(shè)備的能力。

2．活動(dòng)內(nèi)容

⑴創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，在該項(xiàng)目下編寫(xiě)（錄入）控制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工單元的控制，工作方式為：自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行。⑵將所編程序下載到CPU中，進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行調(diào)試，經(jīng)過(guò)