单面组合钻床PLC控制系统设计毕业论文.doc

攀枝花学院学生课程设计题 目：单面组合钻床plc控制系统设计 学生姓名： xx 学 号：2009106014402所在院(系)： 机械工程学院 专 业： 机械设计自造及其自动化 班 级： 指 导 教 师： xxx 攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目单面组合钻床plc控制系统设计1、 课程设计的目的专业课程综合训练目的是使学生通过对所学主要专业课的综合应用，基本掌握一般机床电气控制及plc的设计能力。综合运用所学的基础知识和技能，进一步提高学生的分析及解决问题的能力，培养学生创新意识和创新能力，提高机床控制分析设计的总体意识和工程实践能力。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等） 设计内容要求：(1)改造方案的确定；（2）电器控制电路分析；（3）plc机型选择及程序设计；（4）pl梯形图设计及程序编制；（5）电器元件选择；（6）plc仿真 设计原始数据：液压泵电动机m1的功率为370w，刀具电动机m2的功率为1.5kw，切削液泵电动机m3的功率为0.125kw3、 主要参考文献 1陈根正.可编程控制器原理及应用。西安：陕西科技出版社，1993，9.2（苏）伏罗尼切夫.盖宁，塔尔塔可夫斯基.上海科学技术出版社，19783周小群等，简明电工使用手册，安徽科学技术出版社，2006.64林明星.电气控制及可编程序控制器.机械工业出版社.2004，7.5许晓扬.专用机床设备设计.重庆大学出版社.2003，7.4、课程设计工作进度计划 内容学时改造方案的确定2天电器控制电路分析1天plc机型选择及程序设计3天plc梯形图设计2天plc控制程序编制2天电器元件选择2天报告3天合计3周指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称单面组合钻床plc控制系统设计评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日综合课程设计 摘要 摘要钻床指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。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(主运动)。钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动。单面组合钻床即只能同时加工工件一个表面的钻床，相对于双面组合钻床，其工作效率是大打折扣，并且加工成本及加工难度也是大大的提升。但也并不是没有可取之处，单面钻床结构工艺简单，造价低，操作简单方便，因此常常用于大批量小型工件钻孔加工。单面钻床由工作台、导轨、机械滑台、夹具等组成。机械滑台上装有支撑架，支撑架上装有纵向机械滑台及控制系统，控制系统连接一控制活动按钮站，实现对钻床的控制，以此提高普通钻床加工的自动化程度，提高控制系统的可靠性。关键词：钻床，plc，可编程控制器i综合课程设计 目录 目 录1 绪论11.1课题背景11.2组合机床的概述11.3单面组合钻床的介绍11.4 plc简介21.4.1 plc定义21.4.2 plc基础知识22 单面组合钻床控制概述32.1单面钻床的主电路原理图32.2单面钻床的工作流程图32.3 单面组合钻床控制过程42.3.1各电磁阀动作状态43 单面组合钻床工作原理73.1系统启动73.2液压回路启动73.3工件定位73.4工件的夹紧73.5滑台快进73.6滑台工进73.7滑台快退73.8松开工件83.9点动按钮83.10综述工作原理84 单面钻孔机床plc设计94.1输入输出点分配94.2 plc选择104.3单面钻孔机床plc控制接线图104.4元器件选择及详细plc接线图114.4.1电动机的选型114.4.2熔断器的选型114.4.3热继电器的选型124.4.4交流接触器、中间继电器与时间继电器的选型124.4.5照明与显示灯的选型124.4.6变压器的选型124.4.7按钮及刀开关的选型124.4.8 plc的选型134.4.9 绘制较为详细的plc接线图135 单面钻孔机床plc控制程序145.1设计单面钻孔机床plc总控制梯形图145.2 s7-200仿真验证166 结论22参 考 文 献23附图1：机床液压控制图24附图2：plc详细接线图25综合课程设计 1 绪论 1 绪论1.1课题背景 随着生产的发展，产品精度的提高，机床加工的自动化程度也越来越高。数控机床，加工中心已构成现代加工方法之代表。但是根据我国的实际情况，对现有机床进行全部更新换代，几乎是不可能的。因此为提高机床的生产率，改善工人的劳动条件，提高一般机床切削加工的自动化程度，提高控制系统的可靠性，对现有机床进行pc改造，仍然具有非常现实的意义，正是利用了pc控制技术具有功能强，速度快，可靠性高，经济实用等特点，针对单面组合钻床的控制部分进行了改造，并分析了系统的性能。1.2组合机床的概述组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件，完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。随着技术的不断进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（plc）、数字控制（nc）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。1.3单面组合钻床的介绍单面组合钻床是一种钻削普通厚度工件的加工钻床，只有一个钻头，即只能同时加工一个表面，加工精度要求高，采用传统的继电器-接触器控制，要用大量的中间继电器，时间继电器，计数器，存在线路复杂，故障率高，控制柜体积大，成本高等特点，而采用可编程控制器s7-200，不仅可以提高控制系统的可靠性，降低运行故障率，而且改变程序即可实现不同工件的加工钻削工艺要求，充分发挥组合钻床的多种加工功能。231.4 plc简介1.4.1 plc定义 plc即可编程控制器（programmable logic controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（international electrical committee颁布的plc标准草案中对plc做了如下定义;plc英文全称programmable logic controller，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。plc是可编程逻辑控制电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有plc。1.4.2 plc基础知识plc的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。在传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。plc最基本最广泛的用于开关量的逻辑控制，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制，顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机，印刷机，订书机，组合机床，磨床，包装等。目前，plc在国内外已广泛应用于钢铁，石油，化工，电力，建材，机械制造，汽车，轻纺，交通运输，环保及文化娱乐等各个行业，使用广泛。综合课程设计 2 单面钻孔机床控制概述2 单面组合钻床控制概述2.1单面钻床的主电路原理图 如图1所示，从图1可以看出，单面钻床主电路由液压泵电动机m1、刀具电动机m2、切削液泵电动机m3组成。图2.1 钻床主电路原理图2.2单面钻床的工作流程图 钻床工作流程如图2所示。 单面钻长各电机控制要求：单面钻床只有在液压泵电动机m1正常启动运转，机床供油系统正常供油后，才能启动。刀具电动机m2应在滑台进给循环开始启动运转，滑台退回原位后停止运转。切削液压泵电动机m3可以在滑台工作时自动启动，在工作结束后自动停止，也可以用手动方式控制启动和停止。综合课程设计 2 单面钻孔机床控制概述图2.2 单面钻床的工作流程图2.3 单面组合钻床控制过程2.3.1各电磁阀动作状态 机床动力滑台、工件定位、夹紧装置控制要求：机床动力滑台、工件定位夹紧装置由液压系统驱动。电磁阀yv1和yv2控制定位销液压缸活塞的运动方向；yv3、yv4控制夹紧液压缸活塞的运动方向；yv5、yv6及yv7为滑台油路中的换向电磁阀。各电磁阀的动作状态见表2.1。表2.1 各电磁阀动作状态表yv1yv2yv3yv4yv5转换指令工件定位sb4工件夹紧st1滑台快进st1滑台工进st2滑台快退st3松开工件st4注：“”为电磁阀线圈接通， “”为电磁阀线圈掉电。从表2.1中可以看出，电磁阀yv1线圈通电时，机床工件定位装置将工件定位；当电磁阀yv1复位掉电时，机床工件夹紧装置将工件夹紧；当电磁阀yv3通电时，滑台快速移动；当电磁阀yv3、yv5通电时，滑台工进；当电磁阀yv4通电时，滑台快速后退；当电磁阀yv2通电时，松开工件2.3.2 单面组合钻床总控制过程当需要机床工作时，将工件装入定位夹紧装置，按下液压系统启动按钮sb4，机床按如下步骤工作:按下液压系统启动按钮sb4工件定位和夹紧动力滑台快速进给动力滑台工进动力滑台快退至原位夹紧装置松开。在滑台快速进给的同时，刀具电动机m2启动运转工作，提供切削动力；在动力滑台工进时，切削液电动机m3自动启动，在工进结束时切削液泵电动机自动停止。在滑台退回原位后，刀具电动机m2停止运转。单面组合钻床的液压控制系统图如图2.3所示图2.3单面钻孔组合机床液压控制回路综合课程设计 3 单面组合钻床工作原理3 单面组合钻床工作原理3.1系统启动 按下系统启动按钮sb2接触器km1启动并自锁液压泵电动机m1启动系统启动3.2液压回路启动 按下液压回路启动按钮sb4启动液压回路3.3工件定位 当启动液压回路后由于km1自锁电磁铁yv1得电，液压缸工作实现工件定位3.4工件的夹紧 当工件定好位后遇到定位行程开关st1电磁铁yv1掉电复位，液压缸夹紧工件 工件夹紧后电磁铁km2通电刀具电动机m2接通，电机工作 km2通电后自锁使电磁铁km3得电切削液电动机m3启动3.5滑台快进 工件定位后电磁铁yv3得电滑台液压缸快进3.6滑台工进 当快进结束时碰到滑台快进结束行程开关st2yv3失电，电磁阀yv5得电滑台液压缸工进3.7滑台快退 当工进结束时遇到滑台工进结束行程开关st3电磁铁yv5失电结束工进，电磁铁yv4得电滑台液压缸快退3.8松开工件 当滑台快退结束遇到行程开关st5时电磁铁yv6失电结束快退电磁铁yv4得电液压缸松开工件3.9点动按钮 在加工过程中可以实现点动控制： sb5刀具电动机m2点动按钮； sb6夹紧点动按钮； sb7夹紧松开点动按钮；3.10综述工作原理 启动液压泵电动机m1,按下启动按钮sb2，km1自锁接通km1，液压泵电动机工作按下液压回路启动按钮sb4工件定位电磁阀yv1得电，工件定位碰上工件定位结束行程开关st1电磁阀yv1掉电工件夹紧，同时接通快进电磁阀yv3,实现快进碰上快进结束行程开关st2，断开yv3，工进电磁阀yv5工作，实现工进碰到工进结束行程开关st3，电磁阀yv5断电，结束工进过程yv4通电，滑台快退快退结束遇到st4快退结束行程快关结束快退过程yv4失电，同时yv2得电松开工件。综合课程设计 4 单面钻孔机床plc设计4 单面钻孔机床plc设计4.1输入输出点分配列出单面钻孔机床plc的输入输出点分配表，见表4.1表4.1 双面钻孔组合机床plc输入输出分配表输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号工件手动夹紧按钮sb0i0.0工件夹紧指示灯hlq0.0总停止按钮sb1i0.1电磁阀yv1q0.1液压泵电动机m1启动按钮sb2i0.2电磁阀yv2q0.2液压系统停止按钮sb3i0.3电磁阀yv3q0.3液压系统启动开关sb4i0.4电磁阀yv4q0.4刀具电机m2点动按钮sb5i0.5电磁阀yv5q0.5夹紧手动按钮sb6i0.6液压泵电动机m1接触器km1q1.0夹紧松开手动按钮sb7i0.7左机刀具电动机m2接触器km2q1.1工件定位行程开关st1i1.0切削液泵电动机m3接触器km3q1.2滑台快进结束行程开关st2i1.1滑台工进结束行程开关st3i1.2滑台快退结束行程开关st4i1.3手动选择开关qsi1.44.2 plc选择由表4.1可知，12个输入点，19个输出点，根据电压的不同选用输入有4个点的输入模块，分别为m1、m2、m3、m4;输出有4个点的模块分别为1l、2l、3l。4.3单面钻孔机床plc控制接线图 根据表4.1和如上所述，画出双位组合钻床plc控制接线图如图4.1所示图4.1 单面钻孔机床plc控制接线图4.4元器件选择及详细plc接线图4.4.1电动机的选型根据任务书中要求得知液压泵电动机m1的功率为370w，刀具电动机m2的功率为1.5kw，切削液泵电动机m3的功率为0.125kw。而工业用电一般都为380v三相交流电，故查3，选择功率相近的电动机得一下结果：m1：y2-90l-8m2：y2-100l1-4m3：y2-801-8其中，m1功率0.55kw，转速660r/min；m2功率2.2kw，转速1430r/min。m3功率0.18kw，转速630r/min4.4.2熔断器的选型根据选择出的电机型号，可大致计算该电机工作时的最大电流：再根据以下经验公式，计算出所需熔断器的最大允许电流值：故计算得：另外，根据经验，控制回路中的电流最大不会超过5a，照明显示回路电流最大不会超过2a，故查2，并选择熔断器结果如下fu1：rl-15/4,最大熔断电流4a；fu2：rl-15/2,最大熔断电流2a；fu3：rl-60/25,最大熔断电流25a；4.4.3热继电器的选型根据前面算出的电动机工作电流，查2可直接选出热继电器，得如下结果：fr1：lr1-d09307，整定电流范围1.62.5；fr2：lr1-d09310，整定电流范围46；fr3：lr1-d09306，整定电流范围11.6；4.4.4交流接触器、中间继电器与时间继电器的选型根据前面计算出的电动机工作电流值，可知交流接触器的工作电流应在10a以内，而由设计的原理图知交流接触器所需要的主触点为3对辅助触点不超过2常开2常闭，再根据380v三相交流电的要求，查2，可选出交流接触器如下：km03：cj20-10，允许功率4kw，辅助触点2常开2常闭。由于动力头电动机的能耗制动时间较短，故可确定在0.460s的范围内。根据110v交流电，同样查2，选择时间继电器如下：kt：js7-1a，110v吸引线圈电压，定时时间调节范围0.460s。4.4.5照明与显示灯的选型根据经验，一般照明灯使用的是24v交流电，故查2得，照明灯选择型号为：ad1-22/11。在系统中，只有一种指示灯：夹紧指示灯。根据经验，选择绿色。而工厂中，一般指示灯使用电压为6v。故查2，选择指示灯型号如下：夹紧指示灯：ad1-22/11，电压6v，绿色。4.4.6变压器的选型由于系统需要将380v三相交流电转换成110v、24v、6v等三种不同压值的交流电，故选择变压器时应同时考虑考虑变压器的容量与接处的点数。查3，选择变压器结果如下：tc：bk-100，4变压接出头。4.4.7按钮及刀开关的选型查2，选择按钮型号如下：sb0sb7:la19-11在设计中，用到了一个刀开关，总闸一个（即控制电源，又控制照明灯）故总闸刀开关qs选用蓝色。查2选择刀开关如下：qs：dz20-100/3，蓝色。4.4.8 plc的选型 因为在输入输出分配中，出现12个输入口和9输出口，所以选择cpu216型的plc。 明细如下表所示表4.2 元器件选择明细表符号名称型号规格数量m1液压泵电动机y2-90l-8au380v,0.55kw,660r/min1m2刀具电动机y2-100l1-4au380v,2.2kw,1430r/min1m3冷却泵电动机y2-801-8au380v,0.18kw,630r/min1km1、km2、km3、km5、km7交流接触器cj20-10au380v,10a,4kw,主触点3对，辅助触点2常开2常闭5fr1液压泵热继电器lr1-d09307整定电流范围1.6a到2.5a1fr2切削液泵热继电器lr1-d09310整定电流范围4a到6a1fr3刀具热继电器lr1-d09306整定电流范围1a到1.6a1fu1液压泵熔断器rl1-15/43fu2切削液泵熔断器rl1-60/253fu3刀具熔断器rl1-15/23tc变压器bk-1001hl夹紧指示灯ad1-22/11au6v，绿1qs自动开关（刀开关）dz20-100/3额定电流32a，带一对辅助触点，qf蓝色1sa联动开关laz-11a/xr按钮数1，点数1常开1常闭1sb0、sb1、sb2、sb3、sb4、sb5、sb6、sb7按钮la19-119plcs7-200cpu21614.4.9 绘制较为详细的plc接线图 见附图2。综合课程设计 5 单面钻孔机床plc控制程序5 单面钻孔机床plc控制程序5.1设计单面钻孔机床plc总控制梯形图 根据上述，绘出plc控制梯形图，标出各逻辑行所控制机床的各状态，以及plc梯形图所对应的指令语句表。如图5.1及5.2所示图5.1单面钻孔机床plc控制梯形图5.2 单面钻孔机床总控制指令语句表5.2 s7-200仿真验证5.2.1当液压泵电动机m1启动按钮sb2闭合，总停止按钮sb1常闭下，液压泵电动机m1启动并自锁。如图所示5.2.2 当液压启动按钮sb4闭合，yv1得电工件定位。如图所示5.2.3 当工件定位行程开关st1被触碰时，yv1掉电，工件夹紧，夹紧指示灯发亮，刀具电动机泵m2正常启动并自锁。m2启动后液压泵随之启动。滑台开始快进。如图所示5.2.4 当滑台触碰到快进结束行程开关st2时，快进结束，滑台开始工进。如图所示5.2.5 当滑台工进到工进结束行程开关st3处时与行程开关触碰，滑台工进结束，开始快退。如图所示5.2.6 当滑台快退到滑台快退结束行程开关st4处时，发生触碰，滑台结束快退，电磁阀yv2得电，松开工件。同时km2、km3掉电，m2、m3停止转动。如图所示综合课程设计 6 结论6 结论本课程设计旨在充分训练学生综合运用专业知识，在此基础上熟练掌握plc控制设计，通过对单面钻孔机床plc控制系统的设计，加深了对专业知识