分度盘磨铣机床PLC控制系统毕业设计.doc

陕西航空职业技术学院毕业设计 0 毕毕 业业 设设 计计 说说 明明 书书 专业专业 机电一体化机电一体化 年级年级 67班级班级 07541 姓名姓名 宋立创宋立创 学号学号 0754167 陕西航空职业技术学院毕业设计 1 摘摘 要要 在社会是时代的现代化进程中，技术的发展和进步已经成为主导的要素，而在 机械加工设备中由于零件越来越复杂加工起来越显困难且费时费力导致效率的降低 ，而现代化生产是要求效率和质量的。这就要求在工艺加工过程中在尽可能少的转 换中加工尽可能多的工序，这也就导致了复合机床的复合机床是当前世界机床技 术发展的潮流。复合加工在保持工序集中和消除（或减少）工件重新安装定位的总 的发展趋势中，使更多的不同加工过程复合在一台机床上，从而达到减少机床和夹 具，免去工序间的搬运和储存，提高工件加工精度，缩短加工周期和节约作业面积 的目的。 这不仅能够满足用户在减少占地面积，减少零件传送和库存，保证加工精 度等方面的需求，而且也适应了现代社会的节能减排要求。目前越来越多的复杂零 件采用复合机床进行综合加工，复合机床成为各国机床制造商开发的热门产品， 磨铣机床便是磨床和铣床的符合机床 。 磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。 大多数的磨床是使用高速 旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加 工， 磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料， 如玻璃、花岗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨 削，如强力磨削等。 而铣床系则是主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。通常铣刀旋转运动为 主运动，工件 (和)铣刀的移动为进给运动。它可以加工平面、沟槽，也可以加工 各种曲面、齿轮等。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工 比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。 而磨铣机床则是磨床和铣床结合而产生的复合机床，它同时具有磨合铣的功能 和特性，其中进行铣削是它用铣头进行加工，除了要考虑到磨铣兼顾要用到风度盘 作为工作台外，具有铣床的所有特性和功能。当进行磨削时则换用磨头砂轮用来加 工工件，同时也具有磨床的 特性和功能，但考虑到磨和铣的复合本机床主要进行平 面和内圆磨，而不主要进行外圆磨。 陕西航空职业技术学院毕业设计 2 目 录 第一章 绪论 1.1 磨铣机床的的背景 3 1.2 磨铣机床的意义 3 1.3 磨铣机床的应用3 第二章 磨铣机床电气控制系统设计任务书 2.1 设备概况介绍 4 2.2 控制系统设计要求 4 第三章 分度盘磨铣机床 PLC 控制系统总体设计过程 3.1 总体方案说明 5 3.2 分度盘磨铣机床 PLC 电气控制原理图设计 5 3.3 控制系统的 I/O 点及地址分配 8 3.4 制定电气元件目录表10 3.5 PLC 系统选型11 第四章 机床 PLC 设定 4.1 绘制 PLC 控制接线图 12 4.2 PLC 控制程序设计 15 4.3 PLC 控制流程图 16 4.4 PLC 梯形图 17 4.5 主程序 18 第五章 结论19 第六章 参考文献20 第七章 致谢21 陕西航空职业技术学院毕业设计 3 第一章 绪论 1.1 磨铣机床的的背景 复合机床是当前世界机床技术发展的潮流。复合加工在保持工序集中和消除（ 或减少）工件重新安装定位的总的发展趋势中，使更多的不同加工过程复合在一台 机床上，从而达到减少机床和夹具，免去工序间的搬运和储存，提高工件加工精度 ，缩短加工周期和节约作业面积的目的。 这不仅能够满足用户在减少占地面积，减少零件传送和库存，保证加工精度等 方面的需求，而且也适应了现代社会的节能减排要求。目前越来越多的复杂零件采 用复合机床进行综合加工，复合机床成为各国机床制造商开发的热门产品。 而复合机床又分为 三类：第一类是以车削为主体的复合加工机床，如车铣复合 中心、小型五轴车铣复合中心、车铣复合加工单元等；第二类是以铣削为主体的复 合加工机床，如五轴棒料加工中心；第三类为车磨复合加工机和倒置式车磨复合中 心。而磨铣复合机床则很少有，我们的分度盘磨铣专用机床就是在这样的背景下开 始被发展的。 1.2 磨铣机床的意义 磨铣机床填补了复合机床中磨铣结合的空白，为机械加工提供了更丰富多样的选 择，同时他对复合机床的发展也起到了承前继后的作用，对更多的优良复合机床的诞 生起到了推动的作用。 1.3 磨铣机床的应用 磨铣机床主要用与平面和孔的铣磨加工，如铣平面，铣孔，磨平面，磨孔等 陕西航空职业技术学院毕业设计 4 第二章 磨铣机床电气控制系统设计任务书磨铣机床电气控制系统设计任务书 2.12.1 设备概况介绍设备概况介绍 分度盘磨铣机床是一种磨铣兼并的组合机床，用于各种特殊要求型面孔面的铣削磨削加工，具 有立式铣床和立式磨床的所有特点及功能。当进行磨削加工时在主动力输出轴上换用砂轮，工件将 由电磁吸盘吸附固定，磨削过程中砂轮架不动，砂轮高速旋转，工作台左右运动同时分度盘以与砂 轮旋转方向相反的方向低速旋转进行磨削加工，加工完毕后退磁取下工件；当进行铣削加工时在输 出主动力轴上安装铣头进行铣削加工，工件将利用分度盘上的 T 型槽使用拉杆进行拉压固定，由铣 头旋转来铣削加工零件达到需要的尺寸及形状。 机床有四台电动机拖动，主轴电动机拖动铣头和砂轮高速旋转；分度盘拖动电动机带动分度盘 旋转以及上下左右前后移动；磨铣头电动机带动磨铣头上下移动；油泵电动机为冷却油系统提供动 力。 2.22.2 控制系统设计要求控制系统设计要求 1)应该有专门的开关区分磨和铣两个状态，在磨削时时分度盘上下运动将被锁死，在铣削时分 度盘旋转将被锁死，而且电磁装置一直处于停车状态。 1) 为调整铣头和砂轮位置，磨铣头升降采用点动控制。为了停位准确，应有制动控制（采用 能耗制动） 。上下极限位置应有位置保护。在铣削和磨削加工中应保证磨铣头刀架不能升降移动。 2)在磨削时磨头砂轮运转与电磁吸盘之间，应有电气连锁环节，其要求是：只有在电磁吸盘通 电并处于充磁吸着工件时，才能启动砂轮电动机。磨削中，一旦发生失磁，砂轮电动机应自动停止 运转，以确保安全。为了修整砂轮，在吸盘不通电时，应能单独启动砂轮电动机。 3）在铣削时应确保各个方向的互锁，保证不出现多向走刀的现象。 4)要有照明和必要的灯光显示。 5) 设置必要电气保护限位与联锁。 陕西航空职业技术学院毕业设计 5 第三章第三章 分度盘磨铣机床分度盘磨铣机床 PLCPLC 控制系统总体设计过程控制系统总体设计过程 3.13.1 总体方案说明总体方案说明 1) 油泵电动机、磨铣头旋转电动机、磨铣头升降电动机、分度盘旋转和工进位移电动机由电 动机 MA1、MA2、MA3、MA4 拖动。 2)砂轮和铣刀位置调整，磨铣头升降采用点动控制。为了停位准确，应有采用能耗制动。 3) 磨铣头上下极限位置应有位置保护,在磨削加工中应保证其不能升降移动。 4)采用热继电器实现过载保护，用以完成各个电动机系统的过载保护。 5）分度盘上下前后左右移动也应该设有限位装置，防止超程造成机床损坏。 6)在铣削时分度盘旋转将被锁死，各个方向互为联锁，保证分度盘单向运动。 7) 主电路用断路器，各负载回路和控制回路以及 PLC 控制回路采用熔断器，实现短路保护。 8) 电控箱设置在控制室内。控制面板与电控箱内的电器板用 BVR 型铜导线连接，电控箱与执行 装置之间采用端子板连接。 9) PLC 选用继电器输出型。 10) PLC 自身配有 24V 直流电源，外接负载时考虑其供电容量。PLC 接地提高抗干扰能力。 3.23.2 分度盘磨铣机床分度盘磨铣机床 PLCPLC 电气控制原理图设计电气控制原理图设计 (1) 主电路设计主电路设计 磨铣机床电气控制系统主电路如图 1-1 所示。 陕西航空职业技术学院毕业设计 6 图 1-1 磨铣机床电气控制系统主电路 陕西航空职业技术学院毕业设计 7 图 1-2 磨铣机床电气控制原理图 1) 主回路中交流接触器 KM1、KM2、分别控制油泵电动机 M1、磨铣头电动机 M2 和分度盘旋转 工进电动机 M3；交流接触器 KM3、KM4 控制、磨头电动机 M4 升降。 2) 电动机 M1、M2、M3、M4 由热继电器 FR1、FR2、FR3、FR4 实现过载保护。 3) QG 为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和 维修方便。 4) 熔断器 FU1、FU2、FU3 分别实现各负载回路的短路保护。FU4、FU5 分别完成交流控制回路 陕西航空职业技术学院毕业设计 8 和 PLC 控制回路的短路保护。 (2) 主要参数计算主要参数计算 1) 断路器 QG 为供电系统电源开关，其主回路控制对象为电感性负载交流电动机，断路器过电 流脱扣值按电动机起动电流的 1.7 倍整定。磨铣机床有 0.8kW 负载电动机一台，起动电流较大，其 余三台为 0.6kW，起动电流较小，而且工艺要求 4 台电动机单独起动运行，因此可根据 0.8kW 电动 机选择自动开关 QG 脱扣电流IQG： IQG1.7IN，选用IQG的断路器。 2) 熔断器 FU 熔体额定电流IFU。 3) 热继电器的选负载额定电流的 1.2 倍。 4)能耗制动参数计算 制动电流ID1.5IN 直流电压 UDRID 整流变压器二次侧交流电流I2 ID /0.9 电压 U2UD/0.9 整流变压器容量 S= I2 U2 3.33.3 控制系统的控制系统的 I/OI/O 点及地址分配点及地址分配 表 1-1 和表 1-2 分别为磨铣机床电气控制系统 PLC 输入和输出接口功能表。 表 1-1 磨铣机床电气控制系统 PLC 输入接口功能表 序 号 名称文字符号输入口 1 油泵电动机启动按钮 SB1X0 2 油泵电动机停止按钮 SB2X1 3 磨铣头电动机启动按钮 SB3X2 4 修整砂轮铣刀启动按钮 SB4X3 5 磨铣头电动机停止按钮 SB5X4 6 磨铣头上升点动按钮 SB6X5 7 磨铣头下降点动按钮 SB7X6 8 分度盘上升按钮 SB8X7 9 分度盘下降按钮 SB9X8 10 分度盘向左运动按钮、 SB10X9 11 分度盘向右运动按钮 SB11X10 12 分度盘纵向前进按钮 SB12X11 13 分度盘纵向后退按钮 SB13X12 14 磨铣头上升极限位置行程开关 SQ1X13 陕西航空职业技术学院毕业设计 9 15 磨铣头下降极限位置行程开关 SQ2X14 16 分度盘上升极限位置行程开关 SQ3X15 17 分度盘下降极限位置行程开关 SQ4X16 18 分度盘向左极限位置行程开关 SQ5X17 19 分度盘向右极限位置行程开关 SQ6X18 20 分度盘纵向前进极限位置行程开关 SQ7X19 21 分度盘纵向后退极限位置行程开关 SQ8X20 22 电磁吸盘断电按钮 SB8X21 23 电磁吸盘充磁按钮 SB9X22 24 电磁吸盘退磁点动按钮 SB10 X23 25 照明开关 SA1X24 26 欠电压保护开关 SA2X25 表 1-2 磨铣机床电气控制系统 PLC 输出接口功能表 序号名称文字符号输入口 1 油泵电动机启动接触器 KM1Y0 2 油泵电动机停止接触器 KM2Y1 3 磨铣头电动机启动接触器 KM3Y2 4 修整砂轮铣刀启动接触器 KM4Y3 5 磨铣头电动机停止接触器 KM5Y4 6 磨铣头上升点动接触器 KM6Y5 7 磨铣头下降点动接触器 KM7Y6 8 分度盘上升接触器 KM8Y7 9 分度盘下降接触器 KM9Y8 10 分度盘向左运动接触器、 KM10Y9 11 分度盘向右运动接触器 KM11Y10 12 分度盘纵向前进接触器 KM12Y11 13 分度盘纵向后退接触器 KM13Y12 14 磨铣头上升极限位置行程开关接触器 KM14Y13 15 磨铣头下降极限位置行程开关接触器 KM15Y14 16 分度盘上升极限位置行程开关接触器 KM16Y15 17 分度盘下降极限位置行程开关接触器 KM17Y16 18 分度盘向左极限位置行程开关接触器 KM18Y17 19 分度盘向右极限位置行程开关接触器 KM19Y18 20 分度盘纵向前进极限位置行程开关接 触器 KM20Y19 21 分度盘纵向后退极限位置行程开关接 触器 KM21Y20 22 电磁退盘断电接触器 KM22Y21 23 电磁吸盘充磁接触器 KM23Y22 24 电磁铁 YA1 Y23 25 磨铣头运转指示灯 HL1Y24 26 照明灯 EL2Y25 陕西航空职业技术学院毕业设计 10 3.43.4 制定电气元件目录表制定电气元件目录表 表 1-3 磨铣机床电气控制系统元器件目录表 序号文字符号名 称数量规格型号备 注 1M1 电动机 1JO2-14-4 三相交流异步电动机 2 M2 、M3、 M4 电动机 3JW11-4 三相交流异步电动机 3 FR1FR4热继电器 4JR16B-20/3 参照电动机整定电流 4FU1 熔断器 3RL1-15 熔体 210A 5 FU2、FU3熔断器 2RT16-32X 熔体 2A 6QG 断路器 1C45AD 脱扣电流 10A 7SB1 油泵电动机启 动按钮 1LAY37 绿色 8SB2 油泵电动机停 止按钮 1LAY37 红色 9SB3 磨铣头电动机 启动按钮 1LAY37 绿色 10SB4 修整磨铣头启 动按钮 1LAY37 绿色 11SB5 磨铣头电动机 停止按钮 1LAY37 红色 12SB6 磨铣头上升点 动按钮 1LAY37 绿色 13SB7 磨铣头下降点 动按钮 1LAY37 绿色 14SB8 分度盘上升点 动按钮 1LAY37 绿色 15SB9 分度盘下降点 动按钮 1LAY37 绿色 16SB10 分度盘向左点 动按钮 1LAY37 绿色 17SB11 分度盘向右点 动按钮 1LAY37 绿色 18SB12 分度盘纵向前 进点动按钮 1LAY37 绿色 19SB13 分度盘纵向后 退点动按钮 1LAY37 绿色 20SB14 分度盘工进停 按钮 1LAY37 红色 21SQ1 磨铣头上升极 限位置行程开 关 1LAY37 上极限位置保护 22SQ2 磨铣头下降极 限位置行程开 1LAY37 下极限位置保护 陕西航空职业技术学院毕业设计 11 关 23SQ3 分度盘上升极 限位置行程开 关 1LAY37 上极限位置保护 24SQ4 分度盘下降极 限位置行程开 关 1LAY37 下极限位置保护 25SQ5 分度盘左极限 位置行程开关 1LAY37 左极限位置保护 26SQ6 分度盘右极限 位置行程开关 1LAY37 右极限位置保护 27SQ7 分度盘纵向进 极限位置行程 开关 1LAY37 纵向进极限位置保护 28SQ8 分度盘纵向退 极限位置行程 开关 1LAY37 纵向退极限位置保护 29SB15 电磁吸盘断电 按钮 1LAY37 红色 30SB16 电磁吸盘充磁 按钮 1LAY37 绿色 31SB17 电磁吸盘退磁 点动按钮 1LAY37 黄色 32SA1 照明开关 1LAY37-D2 黑色 33KM1 油泵电动机启 动接触器 1DJX-9 线圈电压：AC220V 34KM2 磨铣头电动机 启动接触器 1DJX-9 线圈电压：AC220V 35KM3 磨铣头上升点 动启动接触器 1DJX-9 线圈电压：AC220V 36KM4 磨铣头下降点 动启动接触器 1DJX-9 线圈电压：AC220V 37KM5 能耗制动启动 接触器 1DJX-9 线圈电压：DC36V 38KM6 电磁吸盘充磁 接触器 1DJX-9 线圈电压：DC36V 39KM7 电磁吸盘退磁 接触器 1DJX-9 线圈电压：DC36V 40KV1 欠电压继电器 1JT3 线圈电压：DC36V 41 HL1HL4指示灯 4AD16-22 指示灯电压，DC6.3V EL1 照明灯 1JL40A 照明灯电压，DC36V HL5 电源指示灯 1AD16-22 指示灯电压，AC220V TC 隔离变压器 1BK-100380v/135v YA 电磁铁 1DJX-9 线圈电压：DC36V 陕西航空职业技术学院毕业设计 12 3.53.5 PLCPLC 系统选型系统选型 从上面分析可知道，系统共有开关量输入点 26 个，开关联输出点 26 个，所以选用 FX2N-48 继 电器输出型。 陕西航空职业技术学院毕业设计 13 第四章第四章 机床机床 PLCPLC 设定设定 4.1 绘制绘制 PLC 控制接线图控制接线图 1) 根据上述硬件选型及工艺要求，绘制 PLC 控制电路原理图，绘制 PLC 控制电路。图 1-3 为 磨铣机床 PLC 控制电路原理图。 2) KM3 和 KM4 接触器线圈支路与 KM6 和 KM7 接触器线圈支路，设计了互锁电路，以防止误操 作故障。 3) PLC 输入回路中，信号电源由 PLC 本身的 24V 直流电源提供，所有输入 COM 端短接后接入 PLC 电源 DC24V 的（）端。输入口如果有有源信号装置，根据驱动的负载的电压来选择合适的交、 直流电源。 4) PLC 采用继电器输出，每个输出点额定控制容量为 AC250V，2A。 5) 根据上述设计，对照主回路检查交流控制回路、PLC 控制回路、各种保护联锁电路、PLC 控 制程序等，全部符合设计要求后，绘制出最终的电气原理图。 陕西航空职业技术学院毕业设计 15 陕西航空职业技术学院毕业设计 16 图 1-3 磨铣机床 PLC 控制电路原理图 4.2 PLC 控制程序设计控制程序设计 1) 程序设计。根据控制要求，建立磨铣机床控制流程图，如图 1-4 所示，表达出各控制对象 的动作顺序。 2) 系统静态调试。空载静态调试时，针对运行的程序检查硬件接口电路中各种逻辑关系是否 正确。调试过程中尽量接近实际系统，并考虑到各种可能发生的情况，作反复调试，出现问题及时 分析、调整程序或参数。 3) 系统动态调试及运行。在动态带负载状态下调试，密切观察系统的运行状态， 。遇到问题及 时停机，分析产生问题的原因，提出解决问题的方法，同时做好详尽记录，以备分析和改进。 PLC 外部电源的设定：外部电源的设定： 输出端应根据外部负载额定电压设定，还要设定必要的短路保护； 输入端电源由 PLC 自身 24V 直流电源提供。 陕西航空职业技术学院毕业设计 17 4.34.3 磨铣机床磨铣机床 PLC 控制流程图控制流程图 点动磨铣头下降到预定位 置，为磨铣削工作准备 启动油泵电动机，磨铣头电 动机 平面加工完成？ 位置 1 点动磨铣头上升到位 置 2 结束 停止油泵电动机，磨铣头电 动机 退磁 充磁？ 欠电压继电器得电 接通电源 断开电源 N Y Y N N Y Y Y N 图 1-4 磨铣机床 PLC 控制流程图 陕西航空职业技术学院毕业设计 18 4.4 磨铣机床 PLC 梯形图 陕西航空职业技术学院毕业设计 19 图 1-5 磨铣机床 PLC 控制梯形图程序 4.5 磨铣机床 PLC 控制主程序 程序清单： 图 1-6 磨铣机床 PLC 控制指令程序 陕西航空职业技术学院毕业设计 20 第五章 结论 经过几个月的查资料、整理材料、写作论文，今天终于可以顺利的完成论文的最 后的谢辞了，想了很久，要写下这一段谢辞，自己想想求学期间的点点滴滴历历涌上 心头，时光匆匆飞逝，三年多的努力与付出，随着论文的完成，终于让学生在大学的 生活，得以划下了最后完美的句点。 论文得以完成，要感谢的人实在太多了，首先要感谢老师，因为论文是在老师的 悉心指导下完成的。老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风， 诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格 魅力对我影响深远。本论文从选题到完成，每一步都是在老师的指导下完成的，倾注 了老师大量的心血。 老师指引我的论文的写作的方向和架构，并对本论文初稿进行逐字批阅，指正出 其中误谬之处，使我有了思考的方向，他的循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我 无尽的启迪，他的严谨细致、一丝不苟的作风，将一直是我工作、学习中的榜样。老 师要指导很多同学的论文，加上本来就有的教学任务，工作量之大可想而知，但在一 次次的回稿中，精确到每一个字的的批改给了我深刻的印象，使我在论文之外明白了 做学问所应有的态度。 在此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！谢谢老师在我撰写论文的过程中 给与我的极大地帮助。 同时，论文的顺利完成，离不开其它各位老师、同学和朋友的关心和帮助。在整 个的论文写作中，各位老师、同学和朋友积极的帮助我查资料和提供有利于论文写作 的建议和意见，在他们的帮助下，论文得以不断的完善，最终帮助我完整的写完了整 个论文。 另外，要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，