基于PLC的多轴钻攻机床控制系统设计方案

1 基于 多轴钻攻机床控制系统设计方案 1 概 述 多轴钻攻机床是由多轴钻和多轴攻组合起来的组合机床。多轴钻攻机床是一种主要用多轴钻在零件上加工打孔以及用多轴攻在零件上加工攻丝的机床。多轴钻攻机床既能钻孔又能攻丝，是具有极广泛用途的实用性机床。多轴钻攻机床 通常以钻头旋转为主运动，以钻头轴向移动为进给运动。在加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动。多轴钻攻机床的特点就是工件固定不动，刀具做旋转运动。 多轴钻攻机床的加工内容主要是针对汽车发动机变速箱箱体的多轴钻攻加工。在汽车制造中，多轴钻攻机床大大提升了发动机变速箱箱体的加工速度。 轴钻攻机床控制系统的设计背景 随着 工业 的 日益 发展， 为了满足提高生产效率的需要 ，国内 有 很多企业 都陆续实施了改造自己 企业和升级 自己企业的部分结构，利用 可编程控制器 的改造是首选 。 采用可编程控制器和液压控制相结合的方法，可以大大的降低系统的 硬件 接线，提高可 靠 性。同时在其生产的技术 更新时，只需要纠正其编程，就能够满足新的生产要求，提升了生产效率。 传统控制方案是使用继电器接触器控制和液压控制相结合的方法，因为有多种控制的动作，并且有快进、工进和快退等工作进给的变换，系统的控制方面繁杂度较为高，很多的 硬件 系统接线使它的可 靠 性降低了，所以也使装置的生产效率下降了，大大影响到设备的加工质量。 如今 ，国 内的 机械制造 行 业 拥有充足的通 用装置 ，在 当代 机 械自 动 化技术发 展的情况下 ， 能够使 用 微电子 技术 来 改 进 这些 已经拥有的 通用 装置来改善机子装置的自 动 化程度 。可以用 控制专用 机床、 组合 机床、 通用 机床及 半自动 设备 和 自动装置所构成 的 生产 线， 如此能够 把继电器价格便宜、抗干扰能力强、控制 容易 等优点 和 计算机适应性强、编程灵 巧 、功 效 完备的 长处糅合在一起。 这是一条 可以进一步 发展 的 新 道路 。 轴钻攻机床控制系统的现状及发展前景 如今，中 国 的老机床旧机床还在使用中，其中不乏一些使用年数比较高的 。 这种情况对中国汽车产业来说非常严峻的。多轴钻攻机床主要是加工汽车发动机变速基于 多轴钻攻机床控制系统设计 2 箱箱体。多轴钻攻机床比传统老机床的工作效率更高，加工质量更好。多轴钻攻机床在汽车产业中的发展前景是很好的。 现在的 机械设备中老式电气控制方式是继 电 器 器控制系统。由于 接线的一些问题和电子零件的一些问题，致使系统在工作过程中产生一系列的问题，大大影响了制造行业的生产效率。除此之外，这样的条件下出厂的产品将达不到大众的期待值，致使产品不被大众看好，销售出现问题，企业将受到严重的影响，发展受到极大的限制 。 由于科学与技术的高速发展，可编程控制器随之出现了，许多机床原来是以继电器 过一系列的改进，应用液压控制与可编程控制器系统，不论在效率上还是在性能上都可以得到极大提高。所以，使用液压控制与可编程控制器相结合的措施对多轴钻攻机床的电气控制系统实施技术改造具有 很大的好处。多轴钻攻 机床的 造周期短 、 成本低 ， 电气控制系统的稳定性、可靠性以及 多轴钻攻 机床的功能都 能够 得到 非常大地 提 升 ， 并且拥有非常 好的可扩展性，是提 升国内多轴钻攻 机床 的 自动化程度的一个 很 好的解决方案。 所以，多轴钻攻机床控制系统能够使用 液压控制与 结合的方法 来实现它的自动控制过程。除此之外，能够使用组态软件对其自动控制过程实施监控，从而实现远程控制。 2 系统的理论分析 及方案的确定 多轴钻攻机床 是对 汽车发动机变速箱箱体进行多轴钻攻加工 的机床 ， 其 自动化程度较高 ， 示意图如图 2示 。 S Q 4S Q 5S Q 6S Q 9S Q 8S Q 7工 件钻攻S Q 1S Q 2S Q 3图 2轴钻攻机床示意图 3 轴钻攻机床 的工作原理 由图 2轴钻攻机床示意图可知，多轴钻攻机床控制系统的动作要求为： 基于 多轴钻攻机床全部运动部件原位停（电子信号）人工装料按循环启动按钮机床夹具的夹紧油缸夹紧工件 (压力信号 )多轴钻动力头及多轴攻动力头启动装夹具的进给液压滑台由原位快进至钻孔工位多轴钻的进给液压滑台由原位快进、快进转工进、工进至多轴钻孔加工终点多轴钻的进给液压滑台快退至原位停装夹具的进给液压滑台再快进至攻丝工位多轴攻的进给液压滑台由原位快进、快进转工进、工进至多轴攻 丝加工终点多轴攻的进给液压滑台快退至原位停装夹具的进给液压滑台快退至原位机床夹具的夹紧油缸松开人工卸料重复上述相关循环。 如 果 实现自动循环控制，按下 循环 按钮 ，所有动作循环进行。以上的个步骤过程将由 实现 。 根据如图 2示 示意图 ， 多轴钻攻机床 液压驱动是以液压油为工作介质进行能量传递和控制的，其加工控制按钮等可作为 输入设备 。 通过 输出量对电磁阀进行控制，从而控制液压系统中 液压油 的压力、流量 ，以 满足液压系统对压力、 流量 的要求。 气 控 制要求分析 多轴钻攻机床 加工范围广，运动部件多， 根据工作原理 对电 气 控制提出了如下要求： 控制中心，对多轴钻攻机床上述动作要求实现全自动控制 ,同时机床上述各动作应具有互锁功能 ,即机床的上一个动作未执行到位，则机床的下一个动作不执行 ,液压滑台的自动运行采用行程开关控制； 余各动作均可采用操作面板操作，操作面板上的按钮不仅要满足机床所有动作的单循环启动功能，而且还要能满足机床各动作的单动调整功能； 载等保护，为了机床和人身的安全，机床应具有急停保护和故障报警等功能，为了保证机床使用的可靠性，机床还可设置冷却、排屑、集中润滑及电气柜散热等功能； 现机床加工路径的监控，报警，数据输入 /输出等控制功能。 在上述的电气控制后， 多轴钻攻机床应 基本能够完成全自动及单动控制。 动控制系统方案的确定 多轴钻攻机床控制框图如图 2示。 根据 控制框图及任务要求，用液压系统为 多轴钻攻机床提供传动动力，由一台三 相交流 异步电动机 为 液压系统 提供动力。同时用一台三相交流异步电动机来冷却。另外，用两台三相交流异步电动机分别为多轴钻动力头和多轴攻动力头提供动力。最终 通过 控制 液压系统，实现 对 自动控制 系统各种动作的控制 ，包括 夹基于 多轴钻攻机床控制系统设计 4 具压紧油缸的压紧与松开、 装夹具的进给液压滑台的快进与快退 、两侧液压滑台的快进、工进及快退等动作。 此自动控制系统中 各动作具有互锁功能， 即机床的上一个动作未执行到位，则机床的下一个动作不执行。自动控制系统中还包括单动控制和自动循环控制，单动控制通过 出量对电磁阀进行控制，从而控制液压系统。其中 4 台电动机分别用 熔断器作短路保护，用热继电器作过负荷保护。 5 启 动 液 压 泵 ， 冷 却泵机 床 全 部 运 动 部 件原 位 停人 工 装 料夹 紧 油 缸 夹 紧 工 件多 轴 钻 动 力 头 和 多轴 攻 动 力 头 启 动工 件 滑 台 由 原 位 快进 至 钻 孔 工 位多 轴 钻 滑 台 由 原 位快 进 ， 快 进 转 工进 ， 工 进 至 加 工 点多 轴 钻 滑 台 快 退 至原 位 停工 件 滑 台 再 快 进 至攻 丝 工 位多 轴 攻 滑 台 由 原 位快 进 ， 快 进 转 工进 ， 工 进 至 加 工 点多 轴 攻 滑 台 快 退 至原 位 停工 件 滑 台 快 退 至 原位机 床 夹 具 的 夹 紧 油缸 松 开人 工 卸 料图 2轴钻攻机床控制框图 3 制系统硬件设计 源分配 电源分配图如图 3示 ， 采用变压器 T 降 压，将 380V 电压 降压为交流 110多轴钻攻机床控制系统设计 6 电压 。采用整流器 U 将 220V 的交流电 整流成 24V 的直流电。 110V 的交流电供 液压泵电动机、冷却泵电动机、多轴钻电动机和多轴攻电动机的接触器使用， 24V 的直流电源提供给继电器 和 电磁阀使用， 两 种电压分别接在不同的 与对应的执行元件相连。电路中设置短路、过载保护， 以 保护电路正常安全 地 运行。 如 图 3示，点 1 和 2 为 供交流 220V 电压；点 3 和 4 为接触器提供交流 110V 电压；点 5 和 6 为 继电器 、 电磁阀 和电源指示灯提供直流 24V 电压。 电路中熔断器 为短路保护。 Q S 2F U 21 1 0 3L 1L 2L 32 4 2 2 0 3 4A 0 VQ S 1F U 1Q S 3F U 4图 3源分配图 7 电路设计 电路图 如图 3示，主电路图中 断路器，闭合后为机床提供 380V 三相交流电基于 多轴钻攻机床控制系统设计 8 压。图 中 液压泵 ， 多轴钻电动机， 多轴攻电动机 ， 冷却泵 。当接触器线圈 电，电路中接触器 触点闭合，电动机直接接通电源，全压启动。电动机主电路 中热继电器 电动机进行过负荷保护， 熔断器 电动机进行 短路保护 。当电路中的电流超过一定值或过负荷时，熔断器 或热继电器断开，对电动机进行保护。 单相电动机， 润滑电动机， 散热电动机，为工作过程中机器零件的润滑与电气柜的散热起到重要作用。 考虑到液压站电磁阀负载对 影响，所有电磁阀的线圈不直接与 输出端口相连，而是通过中间继电器进行控制，即中间继电器与 输出端相连，当中间继电器线圈得电后，其常开触点闭合，控制对应的电磁阀工作，如图 3示。 56H 1Y V 2Y V 3Y V 4Y V 5Y V 6Y V 7Y V 8Y V 9Y V 1 0Y V 1 1K A 1 控 制 滑 台 快 进 到 钻 孔 位 电 磁 阀K A 2 控 制 滑 台 快 进 到 攻 丝 位 电 磁 阀K A 3 控 制 滑 台 快 退 电 磁 阀K A 4 控 制 多 轴 钻 快 进 电 磁 阀K A 5 控 制 多 轴 钻 工 进 电 磁 阀K A 6 控 制 多 轴 钻 快 退 电 磁 阀K A 7 控 制 多 轴 攻 快 进 电 磁 阀K A 8 控 制 多 轴 攻 工 进 电 磁 阀K A 9 控 制 多 轴 攻 快 退 电 磁 阀K A 1 0 控 制 夹 紧 电 磁 阀K A 1 1 控 制 松 开 电 磁 阀电 源 指 示 灯图 3磁阀控制 图 9 介 及选型 简介 专门 为工业机械控制所设计的一种专用 型 计算机 ，如今在国内被使用在自动化控制的多个领域。其优点如下： a. 可靠性高； b. 编程容易，能够在线更改程序； c. 体积小； d. 安装、维修容易； e. 适应工业高温、冲击、振动和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。 选型 根据 选型原则， 在 满足 多轴钻攻机床 的 控制 要求 下 ，选择三菱 它有 32 点输入 和 32 点输出， M 表示基本单元， R 表示继电器输出 ， 001 表示专为中国推出的产品。 。输出部件 有 继电器、接触器 等， 输入部件 有 按钮、行程开关等。 输出接口电路是 把主机 向外输出的信号转 变 成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制 电机 、电磁阀等电器通断电。 输入接口电路是 把 行程开关、按钮等产生的信号，转 变 成数字信号送入主机。 基于 多轴钻攻 机床控制 系统 I/O 接线图如图 3示 。 ，它和梯形图的设计密切相关，如果忽 略，将可能造成使用大量不必要的输入输出点数。 a 入控制接线的设计 ： 根据要求，滑台的运动受位置的控制，因此设立了行程开关 据不同的位置输入不同的信号。 自动与手动切换按钮为 手动控制输入， 感应输入 。 b 出控制接线的设计 ： 于对液压泵电动机、多轴钻电动机、多轴攻电动机、冷却泵电动机的控制， 于对 滑台快进至钻孔位、滑台快进至攻丝位、滑台快退、多轴钻快进、多轴钻工进、多轴钻快退、多轴攻快进、多轴攻工进、多轴攻快退、工件夹紧、 工件松开电磁阀 的控制 ， 夹紧指示灯， 故障指示灯 。 基于 多轴钻攻机床控制系统设计 10 S B 1S B 2S B 3S B 4S B 5S B 7S B 8S B 9S B 1 0S B 1 1S B 1 2S Q 6S Q 7S B 1 3S B 1 4S B 1 5S B 1 6S B 1 7S B 1 8S Q 1S Q 2S Q 5X X 2X 3X 4X 5X 6X 7X 1 0X 1 1X 1 2X 1 3X 1 4X 1 5X 1 6X 1 7X 2 0X 2 1X 2 2X 2 3X 2 4X 2 5X 2 6X 2 7Y 0Y 1Y 2Y 3C O M 1Y 4Y 5Y 6Y 7C O M 2Y 1 0Y 1 1Y 1 2C O M 3Y 1 3Y 1 5Y 1 4Y 1 6Y 1 7C O M 4F R 1F R 2F R 3F R 43 4A 0 1 液 压 泵 电 动 机K M 2 多 轴 钻 电 动 机K M 3 多 轴 攻 电 动 机K M 4 冷 却 泵 电 动 机K A 1 控 制 滑 台 快 进 到 钻 孔 位 电 磁 阀K A 2 控 制 滑 台 快 进 到 攻 丝 位 电 磁 阀K A 3 控 制 滑 台 快 退 电 磁 阀K A 4 控 制 多 轴 钻 快 进 电 磁 阀K A 5 控 制 多 轴 钻 工 进 电 磁 阀K A 6 控 制 多 轴 钻 快 退 电 磁 阀K A 7 控 制 多 轴 攻 快 进 电 磁 阀K A 8 控 制 多 轴 攻 工 进 电 磁 阀K A 9 控 制 多 轴 攻 快 退 电 磁 阀K A 1 0 夹 紧 电 磁 阀K A 1 1 松 开 电 磁 阀H L 1 夹 紧 灯65D 与 自 动 切 换急 停液 压 泵 启 动液 压 泵 停 止多 轴 钻 启 动多 轴 钻 停 止多 轴 攻 停 止工 件 夹 紧工 件 松 开多 轴 钻 快 进多 轴 钻 工 进多 轴 钻 快 退多 轴 攻 快 进多 轴 攻 工 进多 轴 攻 快 退工 件 滑 台 快 进 到 钻 孔 位工 件 滑 台 快 进 至 攻 丝 位工 件 滑 台 快 退多 轴 钻 回 到 原 位多 轴 钻 快 进 到 位多 轴 钻 工 进 到 位多 轴 攻 回 到 原 位多 轴 攻 快 进 到 位S B 6S Q 3多 轴 攻 启 动S Q 4X 3 0X 3 1工 件 滑 台 快 进 至 钻 孔 位多 轴 攻 工 进 到 位 A 0 滑 台 快 进 至 攻 丝 位工 件 滑 台 快 退 至 原 位S Q 8S P 2S P 1S B 1 9S Q 9夹 紧 感 应工 件 感 应循 环 工 作Y 2 0C O M 5H L 2 故 障 灯C O 2X 3 4X 3 3X 3 5X 3 6图 3，用于对自动生产线的远距离控制操作。 电 源 指 示 灯开 启 液 压 泵停 止 液 压 泵 循 环 加 工 急 停工 件 夹 紧工 件 松 开多 轴 钻 启 动多 轴 攻 启 动工 件 快 进 至 钻 孔位工 件 快 进 至 攻丝 位多 轴 钻 快 进多 轴 钻 工 进多 轴 钻 快 退多 轴 攻 快 进自动手动多 轴 钻 停 止多 轴 攻 停 止多 轴 攻 工 进多 轴 攻 快 退工 件 滑 台 快 退夹 紧 指 示 灯故 障 指 示 灯图 3制面板图 断路器闭合后电源指示灯亮。按开启液压泵，停止液压泵按钮将开启和停止液压泵，使液压系统处于工作状态。若要停止使用机床，则按急停按钮。当把自动与手动切换开关按到“自动”位置时，按循环加工按钮后，机床将自动进行加工；当按到“手动”位置时，由工件夹紧、工件松开、多轴钻启动、多轴钻停止、多轴攻基于 多轴钻攻机床控制系统设计 12 启动、多 轴攻停止、工件滑台快进至钻孔位、工件滑台快进至攻丝位、工件滑台快退、多轴钻快进、多轴钻工进、多轴钻快退、多轴攻快进、多轴攻工进、多轴攻快退这 15 个按钮来完成一次完整的加工。在出现紧急情况时，按下急停按钮，使加工立即停止。 他元器件的选择 熔断器 熔断器的熔体与被保护的电路串接，电路发生短路现象或者电路发生过载现象时，熔体就会因为温度太高而熔断。常 见的熔断器有高压熔断器，低压熔断器，有圆柱形比如 管型 、 旋型 速熔断器 ，高压 。 热继电器 止电动机发生过负荷。 额定电压一般为交流 220V， 380V， 600V。 接触器 接触器用来控制电机、电容器、电气设备、电焊机等，可以频繁地断开或接通直流主电路，从而可以进行远距离控制。它具有低电压释放保护功能，广泛应用于电气自动控制电路。该系统通过接触器控制电动机的启动和停止。国内常见的产品型号有： 定电流在 5围。 中间继电器 中间继电器可以存储于逻辑变换函数和状态控制电路中，以及对尺寸和数量的交往的扩大。绕组是通过系统中的中间继电器的作来得电，从而相应的动作要求得以实现。常见型号有 列，一般为直流供电，额定电压2V380V。 电磁阀 磁阀是使用电磁进行控制的一种工业装备，在工业控制系统中，可以调节介质的速度、方向、流量以及一些其他的参数。 最常用的有单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。电压优先选用 流电源电压波动允许 %10 左右。 信号灯 显示目前系统的状态情况 。 其发光体主要有白炽灯、氖灯和发光二极管等。 按钮 钮是一种 经常被使 用的主 开关 ，其控制简单，结构方便。 操作 控制系统 的 运行状 况可以使用按钮来控制 。 行程开关 程开关具有非常多的种类，按触点的性质能够被分为没有触点式和有触点式。这儿是使用机械运动生产部件的接触而使触点触动来发出控制命令的。 它的输出形式有两线、三线和四线几种。选择时应注意工作频率、检测距离、触点形式及电源类型等要求。 部分电气设备清单如表 3示： 13 表 3分电气设备清单 代 号 名称和用途 型号及规格 数量 /个 T 变压器 U 整流器 压泵电动机 却泵电动机 4 多轴钻攻头电动机 滑电动机 17320090 1 热电动机 2、 3、 4 交流接触器 1 中间继电器 1 源指示灯 停按钮 r 1 4 制系统软件设计 ： 表 4输入地址分 配 输入 元 件名称 符号 地址 手动与自动切换按钮 0 急停按钮 1 液压泵启动按钮 2 液压泵停止按钮 3 多轴钻启动按钮 4 多轴钻停止按钮 5 多轴攻启动按钮 6 多轴攻停止按钮 7 工件夹紧按钮 10 工件松开按钮 11 多轴钻快进按钮 12 多轴钻工进按钮 13 多轴钻快退按钮 14 多轴攻快进按钮 15 多轴攻工进按钮 16 多轴攻快退按钮 17 工件滑台快进至钻孔位按钮 20 基于 多轴钻攻机床控制系统设计 14 续 表 4入元件名称 按钮 地址 工件滑台快进至攻丝位按钮 21 工件滑台快退按钮 22 多轴钻回到原位 23 多轴钻快进到位 24 多轴钻工进到位 25 多轴攻回到原位 26 多轴攻快 进到位 27 多轴攻工进到位 30 工件滑台快进至钻孔位 31 工件滑台快进至攻丝位 32 工件滑台快退至原位 33 工件感应 34 夹紧感应 35 循环工作 36 输出 地址分 配 如表 2示： 表 2输 出 地址分 配 输 出元 件名称 符号 地址 液压泵启动接触器 0 多轴钻动力头启动接触器 1 多轴攻动力头启动接触器 2 冷却泵启动接触器 3 控制滑台快进到钻孔位电磁阀 4 控制滑台快进到攻丝位电磁阀 5 控制滑台快退电磁阀 6 控制多轴钻快进电磁阀 7 控制多轴钻工进电磁阀 10 控制多轴钻快退电磁阀 11 控制多轴攻快进电磁阀 12 控制多轴攻工进电磁阀 13 控制多轴攻快退电磁阀 14 夹紧电磁阀 15 松开电磁阀 16 夹紧指示灯 17 故障指示灯 20 15 序流程图 根据任务书的要求，多轴钻攻机床控制系统既要实现全自动控制功能，又要实现单动控制功能。其流程图分别如图 4图 4示。 开 始按 下 S B 1 9S P 1 、 S P 2 是 否为 1S Q 7 被 触 动S Q 2 被 触 动S Q 3 被 触 动S Q 1 被 触 动 S Q 8 被 触 动S Q 5 被 触 动S Q 6 被 触 动S Q 4 被 触 动S Q 9 被 触 动结 束自动控制流程图 基于 多轴钻攻机床控制系统设计 16 开 始按 下 S B 8S Q 7 被 触 动按 下 S B 1 0S Q 2 被 触 动按 下 S B 1 1S Q 3 被 触 动按 下 S B 1 2 S Q 5 被 触 动按 下 S B 1 4S Q 6 被 触 动按 下 S B 1 5触 动 S Q 4按 下 S B 1 8 9 被 触 动结 束S P 1 、 S P 2 是 否为 1按 下 S B 1 6 1 被 触 动按 下 S B 1 7 S Q 8 被 触 动按 下 S B 1 3Y S B 9图 4动控制流程图 17 图 4示为全自 动控制流程图。开始后，按下 钮，即按下“循环加工”按钮，进入全自动加工状态。首先，夹具夹紧工件，工件感应 夹紧感应 果得电，则进入下一步，否则继续判断 否得电。然后多轴钻动力头和多轴攻动力头启动，接着，工件滑台快进，判断行程开关 否被触动，如果 动，则进入下一个动作，否则继续判断 否被触动。然后，工件滑台停在钻孔位，多轴钻动力头开始从原位快进，判断行程开关 否被触动，如果 触动，则进入下一个动作，否则继续判断行程开关 否被触动。 接下来，多轴钻动力头快进转工进，判断行程开关 否被触动，如果 进入下一个动作，否则继续判断其行程开关 否被触动。再接下来，多轴钻动力头开始快退，判断行程开关 否被触动，如果 触动，则进入下一个动作，否则继续判断其行程开关 否被触动。然后，多轴钻动力头快退回原位，工件滑台开始快进至攻丝位，判断行程开关 否被触动，如果 进入下一个动作，否则继续判断其行程开关 否被触动。接下来，工件滑台停在攻丝位，多轴攻动力头开始从原位快进，判断行程开关 否被触动，如果 触动，则进入下一个动作，否则继续判断其行程开关 否被触动。然后，多轴攻动力头快进，判断行程开关 否被触动，如果 触动，则进入下一个动作，否则继续判断其行程开关 否被触动。接着，多轴攻动力头快进转工进，判断行程开关 否被触动，如果 触动，则进入下一个动作，否则继续判断其行程开关 否被触动。然后，多轴攻动力头快退，判断行程开关 否被触动，如果 触动，则进入下一个动作，否则继续判断其行程开关 否被触动。最后，工件滑台快退，判断行程 开关 否被触动，如果 触动，则结束停止一切动作，否则继续判断其行程开关 此就完成整个的自动控制过程。 图 4示为单动控制流程图。开始后，按下 钮，即按下“工件夹紧”按钮，判断 否得电为 1，如果 1，则下一步动作，否则继续判断 否为 1。然后按下 钮，即按下“工件滑台快进至钻孔位”按钮，判断行程开关 否被触动，如果 触动，则下一个动作，否则继续判断其行程开关 否被触动。接着按下 “多轴钻快进”按 钮，判断行程开关 否被触动，如果 触动，则下一个动作，否则继续判断其行程开关 否被触动。然后按下 “多轴钻工进”按钮，判断行程开关 否被触动，如果 触动，则下一个动作，否则继续判断其行程开关否被触动。然后按下 “多轴钻快退”按钮，判断行程开关 否被触动，如果 触动，则下一个动作，否则继续判断其行程开关 否被触动。接下来，按下 “工件滑台快进至攻丝位”按钮，判断行程开关否被触动，如果 触动，则下一个动作，否则继 续判断其行程开关 下 “多轴攻快进”按钮，判断行程开关 否被触动，如果 触动，则下一个动作，否则继续判断其行程开关 否被触动。按下 “多轴攻工进”按钮，判断行程开关 否被触动，如果 触基于 多轴钻攻机床控制系统设计 18 动，则下一个动作，否则继续判断其行程开关 否被触动。按下 “多轴攻快退”按钮，判断行程开关 否被触动，如果 触动，则下一个动作，否则继续判断其行程开关 否被触动。按下 “工件滑台快退”按钮，判断行程开关 否被触 动，如果 触动，则下一个动作，否则继续判断其行程开关 否被触动。直到工件滑台回到原位并停止，按下 开工件，单动控制过程才结束。 形程序图设计 以下 是该控制系统的部分 梯形 程序 图 设计，完整的梯形程序图请见附录 5。 如图 4示，当按下液压泵启动后，即常开接点 合，线圈 电，即液压泵电动机启动。当按下液压泵停止时，即常开接点 合，线圈 电，即液压泵停止。 图 4制液压泵启停梯形程序图 如图 4示，首先在线圈 电后，即液压泵启动的情况下，再按下工件滑台 快进至钻孔位按钮，即常开接点 合，此时线圈 电，滑台快进至钻孔位触动行程开关 常闭接点 开， 电。当按下多轴钻原位快进按钮，即常开接点 合，此时线圈 电，多轴钻电动机快进直到触动行程开关 常闭开关 开， 电。按下多轴钻快进转工进按钮，即常开接点 合，此时线圈 电，多轴钻电动机工进直到触碰行程开关 常闭开关 开， 电。按下多轴钻快退按钮，即常开接点 合，此时线圈 电，多轴钻快退直到触碰行程开关 常闭接点 开， 19 图 4轴钻工作控制梯形程序图 图 4示为工件夹紧梯形程序图。当线圈 电，即液压泵启动的情况下，按下工件夹紧按钮，即常开接点 合，这时线圈 电，工件夹紧，直到夹紧感应得电，即夹紧感应 合，夹紧指示灯 ，工件已经夹紧。 图 4件夹紧梯形程序图 图 4示为多轴攻工作梯形程序图。首先在线圈 电后，即液压泵启动的情况下，再按下工件滑台快进至攻丝位按钮，即常开接点 合，此时线圈 台快进至攻丝位触动行程开关 常闭接 点 开， 电。当按下多轴攻原位快进按钮，即常开接点 合，此时线圈 电，多轴攻电动机快进直到触动行程开关 常闭开关 开， 电。按下多轴攻快进转工进按钮，即常开接点 合，此时线圈 电，多轴攻电动机工进直到触碰行程开关 常闭开关 开， 电。按下多轴攻快退按钮，即常开接点 合，此时线圈 电，多轴攻快退直到触碰行程开关 常闭接点 开， 电。 基于 多轴钻攻机床控制系统设计 20 图 4轴攻工作梯形程序图 5 仿真与调试 X 介 三菱 编程 软件 ，它 支持梯形图、指令表、 程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写 序 的 功能。 特点如下： a. 软件的共 通化 ； b. 在编写过 程中可以直接粘贴和复制 的内容； c. 软件比较正规； d. 能够简单设定和其他站点的链接 ； e. 能够用各种方法和可编程控制器 接 ； f. 丰富的调试功能 。 真与调试 本课题是通过 件进行 程 与仿真的，同时使用实验室的三菱 备进行连线调试。由于本课题设计选用的 64 点的，而实验室的 48 点的，因此，将部分接点替换一部分接点来进行仿真与调试。用 替 替 替 替 替 30，用 替 用 替 替 替 替 替 真过程 21 首先运行 件，然后打开本课题的工程。在仿真开始前应进行程序检查，确保无误后方可进行仿真。操作如下：单击菜单栏里的“工具”，在下拉菜单里点击“程序检查”，将弹出如图 5示的窗口，在弹出的窗口中单击“执行”，在窗口下部方框内若显示“没有错误”，即可关闭窗口，并准备进行仿真。 为了更容易理解在仿真过程中的操作，需要编写软元件注释，并单击菜单栏里的“显示”，在下拉菜单中选择“注释显示”和“别名显示”，这样在梯形图中就会显示软元件的注释说明及别名，使仿真过程更清晰明了。单击工具栏里的“梯形图逻辑测试起动 /结束”按钮，即可进入梯形程序图的仿真过程。 图 5序检查窗口 单击工具栏里的“软元件测试”按钮，在软元件测试窗口中的位软元件区域的输入框中键入 单击“强制 ，即按下液压泵启动按钮。同上，使 36 强制 按下手动和自动切换按钮以及循环启动按钮，此时线圈 电，即液压泵被开启。在软元件测试窗口中的位软元件区域的输入框中键入 单击“强制 即工件感应 1。此时线圈 电，开始夹紧工件。在软元件测试窗口中的位软元件区域的输入框中键入 单击“强制 即夹紧感应为 1， 电。如图 5示。 基于 多轴钻攻机床控制系统设计 22 图 5压泵启动仿真图 这时， 合， 电，即夹紧电磁阀得电，工件夹紧。 电，即多轴钻电动机启动。 电，即多轴 攻电动机启动。 电，即控制滑台的快进至钻孔位电磁阀得电。如图 5示。 图 5件夹紧仿真图 在软元件测试窗口中的位软元件区域的输入框中键入 单击“强制 即工件滑台快进到钻孔位。这时， 合，则 电，即控制多轴钻快进电磁阀得电，多轴钻开始快进。 电，即控制滑台快进至钻孔位电磁阀失电，工件 23 滑台停止在钻孔位。如图 5示。 图 5件滑台快进到钻孔位仿真图 在软元件测试窗口中的位软元件区域的输入框中键入 单击“强制 即多轴钻快进到位。此时， 合， 电，即控制多轴钻工进电磁阀得电，多轴钻开始工进。 电，即控制多轴钻快进电磁阀失电，多轴钻快进到位，停止快进。 电，即冷却泵电动机得电，开始工作。如图 5示。 图 5轴钻快进到位仿真图 基于 多轴钻攻机床控制系统设计 24 在软元件测试窗口中的位软元件区域的输入框中键入 单击“强制 即多轴钻工进到位。此时， 合， 电，即控制滑台快进至钻孔位电磁阀失电，滑台停止在钻孔位。 电，即控制多轴钻工进电磁阀失电，多轴钻工进到位，停止工进。 电，即冷却泵电动机失电，停止冷却。 电，即控制多轴 钻快退电磁阀得电，多轴钻开始快退。如图 5示。 图 5轴钻工进仿真图 在软元件测试窗口中的位软元件区域的输入框中键入 单击“强制 即多轴钻回到原位。此时， 合， 电，即控制多轴钻快退电磁阀失电，多轴钻停止后退。 电，即控制滑台快进至攻丝位电磁阀得电，工件滑台开始快进。如图 5示。 25 图 5件滑台快进到攻丝位仿真图 工件滑台快进到攻丝位触动其行程开关，并停止快进。即把 制 时 合， 电，即控制滑台快进至攻丝位电磁阀失电，滑台停止快进。 控制多轴攻快进电磁阀得电，多轴攻开始快进。如图 5示。 图 5轴攻快进仿真图 基于 多轴钻攻机床控制系统设计 26 当多轴攻滑台快进到位时，触碰到行程开关，停止快进开始工进。即把 制 时 合。 电，即控制多轴攻快进电磁阀失电，多轴攻停止快进。 电，即控制多轴攻工进电磁阀得电，多轴攻开始工进。 电，即冷却泵电动机开始工作。如图 5示。 图 5轴攻工进仿真图 当多轴攻工进到位，触碰到行程开关，停止工进，即把 制 时 电，即多轴攻工进电磁阀失电 ，多轴攻停止工进。 电，即冷却泵电动机失电，冷却泵停止工作。 电，即控制多轴攻快退电磁阀得电，多轴攻开始快退。如图 5示。 27 图 5轴攻快退仿真图 当多轴攻快退回原位时时，触动其行程开关。即把 制 时 合， 电，即控制多轴攻快退电磁阀失电，多轴攻退回原位，停止工作。 控制滑台快退电磁阀得电，工件滑台开始快退。 如图 5示。 图 5件滑台快退仿真图 基于 多轴钻攻机床控制系统设计 28 当工件滑台回到原位是，触碰行程开关，即 制 时 合， 控制滑台快退电磁阀失电，工件滑台停止快退。 电，即松开电磁阀得电，松开工件。如图 5示。 图 5开工件仿真图 到此为止，一个完整的加工过程就结束了。在此仿真过程中，实现了设计要求中的各种加工动作，满足了电气控制要求。 试过程 首先将仿真过的梯形程序图写入 后进行设备连线。操作如下：运行 件，单击菜单栏里的“在线”，在其下拉菜单中选择“ 入”项，将梯形程序图写入 备连线如图 5示： 图 5备连线图 29 按下按钮 即按下手动与自动切换，按下按钮 液压泵启动，按下 循环工作。此时输出点 ，即液压泵被开启。如图 5示： 图 5启液压泵调试图 按下按钮 工件感应，按下 夹紧感应。此时 2， 多轴钻电动机启动，多轴攻电动机启动，控制滑台快进到钻孔位电磁阀得电，夹紧电磁阀得电。如图 5示： 图 5紧工件调试图 基于 多轴钻攻机床控制系统设计 30 按下按钮 按下工件滑台快进至钻孔位。 了， 了。即控制多轴钻快进电磁阀得电，控制工件滑台快进电磁阀失电。如图 5示： 图 5件滑台快进至钻孔位调试图 按下按钮 按下多轴钻快进到位。 ， 。即冷却泵电动机启动工作，控制多轴钻快进电磁阀失电，控制多轴钻工进电磁阀得电，快进转工进。如图 5示： 图 5轴钻快进到位调试图 31 按下按钮 按下多轴钻工进到位。 ， ，即冷却泵电动机停止工作，控制多轴钻工进控制阀失电，控制多轴钻快退控制阀得电，多轴钻快退会原位。如图 5示： 图 5轴钻快退回原位调试图 按下按钮 按下多轴钻回到原位。 ， ，即控制多轴钻快退电磁阀失电，控制工件滑台快进至攻丝位电磁阀得电，工件滑台快进到攻丝位。如图5示： 图 5件滑台快进到攻丝位调试图 基于 多轴钻攻机床控制系统设计 32 按下按钮 按下工件滑台快进到攻丝位。 ， ，即控制工件滑台快进电磁阀失电，控制多轴攻快进电磁阀得电，工件滑台停止，多轴攻快进。 如图 5示： 图 5轴攻快进调试图 按下按钮 按下多轴钻快进到位 。 ， ，即冷却泵电动机得电，冷却泵启动工作。控制多轴攻快进电磁阀失电，控制多轴攻工进电磁阀得电，多轴攻 快进转工进。如图 5示： 图 5轴攻快进转工进调试图 33 按下按钮 按下多轴攻工进到位 。 ， ，即冷却泵电动机失电，冷却泵停止工作，控制多轴攻工进电磁阀失电，控制多轴攻快退电磁阀得电，多轴攻由工进转为快退。如图 5示： 图 5轴攻快退调试图 按下按钮 按下多轴攻快退回原位。 ， ，即控制多轴攻快退电磁阀失电，多轴攻回原位停止，控制工件滑台快退电磁阀得电，工件滑台开始快退。 如图 5示： 图 5件滑台快退调试图 基于 多轴钻攻机床控制系统设计 34 按下按 钮 工件滑台回到原位。 ， ，即控制工件滑台快退电磁阀失电，工件滑台回到原位禁止，松开电磁阀得电，松开工件。如图 5 图 5开工件调试图 以上是一个完整加工过程的调试过程。通过调试，得到了与仿真一样的结论，那就是本梯形图程序实现了设计要求中的各种加工动作，满足了电气控制要求。 6 组态监控 态王简介 组态王是用于监控系统的开发的一种软件，是最新版的自动化控制系统，它取代了传统的封闭式系统，它具有标准的工业计算机硬件与软件平台组成的集成系统。 它具有易于扩展、 经济、开放性好、开发周期短、适应性强等优点。一般能够将此系统划分成三个层次结构，管理层、控制层、监控层。在这当中监控层最重要，它不仅上面连着管理层，而且下