毕业论文-基于plc套筒双头镗铣机床的控制.doc

套筒双头镗铣机床的电气控制设计题 目 基于plc套筒双头镗铣机床的控制 副标题 目录绪论1第1章 总体方案确定21.1 电气控制方法21.1.1 接触器与继电器控制21.1.2 PLC控制21.1.3 专用控制21.1.4微机控制31.1.5 单片机控制31.2 总体方案确定31.2.1 电器控制方案的确定31.2.2 总体方案内容的确定4第2章 元件的选择52.1可编程控制器52.1.1可编程控制器的组成5 2.1.2可编程控制器的工作原理52.1.3 FX2N系列介绍及选择52.1.4 触摸屏的介绍及选择62.2 其他元件选择62.2.1电磁阀的选择62.2.2 电动机的选择62.2.3 接触器选择72.2.4 继电器的选择72.2.5电器原理图所用元件列表7第3章 电气控制电路设计83.1套筒双头镗铣机床主电路示意图83.2电磁阀及压力继电器动作表93.3 PLC输入和输出示意图113.2.1 输入示意图113.2.2 输出示意图13第4章 PLC梯形图及触摸屏界面设计154.1 PLC输入和输出地址154.2状态流程图174.2梯形图示意图184.3 触摸屏示意图244.3.1开机界面244.3.2 自动运行界面244.3.3 手动铣加工运行界面254.3.4 手动镗加工运行界面25第5章 方案改进及调试26小结27致谢28参考文献29摘要套筒双头镗铣机床是结合了铣床和镗床的特点结合起来的一种精密组合机床，利用PLC的控制，再经过优化使加工一些特殊工件变的迅速而准确。首先本文主要介绍了机床的发展，可以更好的让人了解套筒双头镗铣机床的工业价值。然后介绍了此机床的主要加工过程，借此了解它在加工工件时的实用性。接着介绍了次机床的内部结构以及控制方法，套筒双头镗铣机床的控制方法主要由当前工业领悟主流的PLC控制，实现了自动和手动控制，提高了机床工作的安全性，PLC可靠行高，抗干扰能力强，编程简单，操作方便，系统设计，维护方便，而且体积很小，这些特点可以减轻劳动强度，改善劳动条件。随后讲述了此机床的外部设备，主要采用由电磁阀控制液压电机，使的镗台和铣台的移动变的平滑，不易发生故障。最后简单的讨论一些套筒双头镗铣机床的发展趋向，以便做出更好的优化。关键词：镗铣机床，PLC，触摸屏，电动机。Abstract Double sleeve Boring Machine is the combination of milling and boring machine with features of a sophisticated combination of machine tools with PLC control, and optimizing so that some special processing workpieces change quickly and accurately. First, this paper introduces the development of the machine, people can better understand industrial value of sleeve headed Boring Machine. Then, introduces the machine main processing process , to learn more about it in the processing of the workpiece practicality. Then introduced the internal structure of the machine and the control method, Sleeve headed boring and milling machine control methods is controlled by the mainstream current industrial PLC control, Implementation of automatic and manual control of the machine improves the safety, reliability Bank PLC, anti-interference capability, Programming is simple and convenient to operating. Systems design, easy maintenance, and small size. All these features can reduce labor intensity, improve working conditions. Then this machine on the external equipment of this machine, used mainly by the solenoid valve control in hydraulic motor, so that the milling and boring more smoothly trend of development. Finally, the market briefly discussed some of the twin sleeve Boring Machine to make better optimization.Key words : precision, practical, safe, reliable, electric motor绪论组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。 组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。 组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。 最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。然而随着PLC控制技术日益成熟已经发展到组合机床中了。利用原有的继电器接触器控制电路设计PLC控制系统，或直接进行PLC控制系统的设计，都得满足组合机床的控制要求。自从60年代末美国首先研制和使用可编程控制器之后，到80年代初，PLC的应用已在工业控制领域中占据主导地位，进入90年代后，工业控制领域几乎完全被PLC占领。PLC的最大特点是控制过程以程序方式存放在存储器内，只要修改存储器中的程序就得改变生产工艺的控制过程，而不需要对硬件连线作多大的改变。我国从1974年开始研制可编程控制器，1977年应用于工业。如今可编程控制器已经大量应用在引进设备和国产设备中，我国不少厂家引进或研制了一批可编程控制器，各行各业也涌现出大批应用可编程控制器改造设备的成果，机械行业生产的设备越来越多地采用可编程控制器作为控制装置。本设计是运用PLC作为主要控制元件对套筒双头镗铣专用机床的电气控制设计，本机床可以自动控制，也可以手动控制。当自动控制时，工件到位，双头铣头开始工作对工件进行加工，加工到位后停止并返回原位置，然后两镗头开始工作，当加工完毕后镗头首先停止，然后做准停动作，完成后退回原位置。在手动时候可以任意控制镗铣电机进行加工。这两种控制使得让各种人适应。第1章 总体方案确定1.1 电气控制方法电气控制方法一般可分为接触器与继电器控制、PLC控制、计算机控制、单片机系统控制、专用控制系统等。1.1.1 接触器与继电器控制20世纪2030年代出现了继电器接触器控制，由于控制器件结构简单、价廉，控制方式简单直接、工作可靠、易维护，因此在机床控制上得到长期、广泛的应用。其缺点一是接线固定，一台控制装置只能针对某一种固定程序的设备，一旦工艺程序有所变动，改变控制程序困难，就得重新配线，满足不了对程序经常改变、控制要求比较复杂的系统需求；二是控制装置体积大、功耗大、控制速度慢；另外它是有触点控制，在控制复杂时可靠性降低。1.1.2 PLC控制可编程控制器的产生和发展与继电器有很大的关系。继电器是一种一弱电信号控制强电信号的电磁开关，虽有上百年的历史，但在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除是非常困难的，可能会花大量时间，严重地英雄生产，如果工艺要求发生变化，就得重新设计线路连线安装，不利于产品的更新换代。显然，需要寻求一种新的控制装置来取代老式的继电器控制系统，使电器控制系统的工作更可靠、更容易维护、更能适应经常变动的工艺条件。可编程控制器之所以能够高速发展，除了顺应工业自动化的客观需要外，还由于其具有许多适合工业控制的独特优点，它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题，其主要特点如下：（1）可靠性高，抗干扰能力强（2）编程简单，操作方便（3）系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便（4）体积小，能耗低1.1.3 专用控制专用控制系统以数控机床为例作简单介绍，数控机床的特点有：（1）生产柔性大；（2）加工精度高，产品质量稳定性好；（3）生产效率高；（4）较高的可靠性，较好的宜人性；（5）良好的经济效益；（6）减轻劳动强度，改善劳动条件；（7）有利于生产管理的现代化。数控机床适于多品种，小批量的生产，特别适合新产品的试生产。不同机床适应的零件加工范围不同：当零件不复杂生产批量较少时，宜选用普通机床；当零件复杂程度高时，选数控机床更为合理；当零件批量增大超出一定范围时，选用数控机床就不太合理了，大批量生产最好是选用专用机床。从加工经济性而言，并不是越好，数控机床在中、小批量的生产中有较好的经济效益。最适合在数控机床上加工的零件可归纳为：（1）轮廓形状复杂，加工精度较高的零件；（2）用普通机床加工时，需要制作复杂工艺装备的零件；（3）用普通机床加工时，工艺路线过长、工装过多的零件；（4）多品种、小批量生产的零件（100件以内）；（5）新产品的试制零件；（6）价值昂贵，加工中不许报废的关键零件；（7）生产周期短的急零件；（8）集铣、钻、镗、扩、攻螺纹等多种工序于一体的零件。1.1.4 微机控制计算机在各行各业的应用日益普及，工业控制领域也不例外。最初，计算机仅用于科学计算、数据处理和办公自动化。随着工业生产现代化的需要和微电子技术的迅速发展，应用微型计算机来进行工业生产过程控制成为提高生产自动化水平，提高生产率，实现工业现代化的重要途径和标志。然而，工业控制系统往往要求长期连续运行，工业生产现场的环境常常很恶劣：高温、高湿、高寒、大振动、强冲击、强电磁干扰、大粉尘等。因此，适应工业现场应用而开发的工业控制计算机必须满足以下几点要求：（1）高可靠性，以适应工业现场十分恶劣和复杂的工作条件；（2）具有实时响应处理能力，以满足工业生产过程实时控制要求；（3）有丰富的可与工业生产现场信号相连接的工业接口；（4）控制系统结构应能组配灵活，易于扩展；（5）有先进的系统软件和应用软件，便于开发。1.1.5 单片机控制单片机是把微型计算机的主要部件CPU、存储器、I/O接口电路部分及其他功能部件，如定时计数器，中断系统和串，并行口都集成在一片半导体芯片上，它具有微型计算机最基本的功能。它具有性价比高，稳定可靠，通用性强，体积小及价格底等优点，但它的功能模块比较少需外部连接。目前是国内单片机应用的及教学的主流产品。1.2 总体方案确定1.2.1 总体方案的电器控制确定由以上几种方案对比及根据本课题的设计要求，我选用了PLC控制来做本课题。PLC可以用于单台机电设备的控制，也可用于生产流水线的控制。使用者可根据生产过程和工艺要求编制程序。程序运行后，PLC就根据现场出入信号（按钮、行程开关、接近开关或其他传感信号），按照预先编入的程序对执行机构（如电磁阀、电动机等）的动作进行控制。1.2.2 总体方案内容的确定本论文设计是运用PLC作为主要控制元件对套筒双头镗铣机床的运动过程进行PLC编程，并将PLC连接到触摸屏上，实现更方便的自动化控制。这套组合机床可以自动控制，也可以手动控制。当自动控制时，自动灯亮，在触摸屏上选择“自动”，再选择“开始”。液压电机启动，工件加紧并到位，双头铣床开始工作，左铣台电机和右头台电机同时启动，启动30S后，左铣头和右铣头开始快进，左、右铣头快进到位后，左铣头和右铣头开始工进，左、右铣头工进到位后，左铣头和右铣头开始快退，左、右铣头快退到位后；双头镗床开始工作，左镗台电机和右镗台电机同事启动，启动30S后，左镗头和右镗头开始快进，左、右镗头快进到位后，左镗头和右镗头开始工进，左、右镗头工进到位后，通过按钮控制左镗头和右镗头停止工作，并且左镗头和右镗头快退，左、右镗头快退到位，再工件加紧到位，左、右镗头准停到位，然后工件放松，可以取出加工好的工件。可以以此循环的加工下一个工件。当手动控制时，手动灯亮，工件加紧到位，可以在触摸屏上选择“手动”，然后跳转至“手动界面手动铣床加工界面”，在手动铣床加工界面，可以任意选择“左铣头启动”、“左铣头停止”、“右铣头启动”、“右铣头停止”、“右铣头快进”、“右铣头快退”、“左铣头快进”、“左铣头快退”、“右铣头工进”、“右铣头工退”、“切削液启动”、“切削液停止”，“润滑液”，在触摸屏上点下一页显示“手动镗床加工界面”， 在手动镗床加工界面，可以任意选择“左镗头启动”、“左镗头停止”、“右镗头启动”、“右镗头停止”、“右镗头快进”、“右镗头快退”、“左镗头快进”、“左镗头快退”、“右镗头工进”、“右镗头工退”、“切削液启动”、“切削液停止”，“润滑液”。第2章 元件的选择2.1 可编程控制器2.1.1 可编程控制器的组成可编程控制器的组成可分为两大部分，即硬件系统和软件系统。1、 可编程控制器的硬件系统 世界各过生产的可编程控制器外观各异，但作为工业控制计算机，其硬件系统都大体相同，主要由中央处理器模块、存储器模块、编程器和电源等几部分构成。2、可编程控制器的软件系统PLC软件系统分为系统程序和用户程序两大类。系统程序含系统管理程序用以完成机内运行相关时间分配、存储空间分配管理、及系统自检等工作。用户指令的解释程序用以完成用户指令变换为机器码的工作。系统程序在用户使用可编程控制器之前就已经装入机内，并永久保存，在各种控制工作中并不需要做什么调整。用户程序是用户为达到某种控制目的，采用PLC厂家提供的编程语言编写的程序，是一定控制功能的表述。同一台PLC用于不同的控制目的时就需要编制不同的用户程序。用户程序存入PLC后，如需改变控制目的，还可以多次改写。2.1.2可编程控制器的工作原理可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态，其中运行状态是执行应用程序的状态，停止状态一般用于程序的编制与修改。在运行状态，可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程控制器停机或切换到停止工作状态。2.1.3 FX-2N系列介绍及选择FX-2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程控制器。它的基本指令执行时间高达0.08s，远远超过了很多大型可编程控制器。用户存储器容量可扩展到16K步，最大可以扩展到256个I/O点，有5种模拟量输入/输出模 块、高速计数器模块、脉冲输出模块、4种位置控制模块、多种RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板。除输入输出16-256点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制、定位控制等特殊用途，是一套可以满足广泛需要的PLC。FX2N有3000多点辅助继电器、1000点状态、200多点定时器、200点16位加计数器、35点32位加/减计数器、8000多点16位数据积存器、128点跳步指针、15点中断指针。FX2N有128种功能指令，具有中断输入处理、修改输入滤波器时间常数、数学运算、逻辑运算、浮点数运算、数据排序、PID运算、开方、三角函数运算、脉冲输出、脉宽调制、ASC码输出、BCD与BIN的相互转换、串行数据传送、校验码、比较触点等功能指令。FX2N内装实时钟，有时钟数据的比较、加减、读出/写入指令，可用于时间控制。在本次设计中采用56个输入点和32个输出点，共88个输入/输出点。若选用基本单元的话，则需采用输入/输出点为128的PLC。成本较高；若选用混合扩展单元与扩展模块的话，则节省成本。PLC的输出电路形式一般分为：继电器输出，晶体管输出和晶闸管输出三种。在本次设计中所采用的是继电器（R）输出型PLC。综上所述，在本次设计中选用的是FX2N128MR。2.1.4 触摸屏的介绍及选择为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时，我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。本课题选用终端为FX-50DU-TK的触摸屏。2.2 其他元件选择2.2.1电磁阀的选择电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压，气动。电磁阀用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压钢控制，所以就会用到电磁阀。 电磁阀的工作原理，电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油刚的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。当控制系统中负载惯性较大，所需功率也较大时，一般用液压和气动控制系统。电磁阀是此系统的主要组成部分。本设计选用电磁阀型号为DSG-01-3C4-D24、DSG-01-3C2-D24、DSG-01-3C60-D24，以上为本设计的液压控制回路电磁阀及压力继电器的动作表。2.2.2 电动机的选择电动机按结构及工作原理分为同步电动机和异步电动机。本文选用了异步电动机。和其他旋转电机一样，交流异步电动机也是由定子和转子两大部分组成。定转子之间为气隙，交流电动机的气隙比其他类型的电机要小得多，一般为0.252.0mm，气隙的大小对异步电动机的性能影响很大。三相异步电动机的结构与单相异步电动机相似，其定子铁心槽中嵌装三相绕组（有单层链式、单层同心式和单层交叉式三种结构）。定子绕组接入三相交流电源后，绕组电流产生的旋转磁场，在转子导体中产生感应电流，转子在感应电流和气隙旋转磁场的相互作用下，又产生电磁转柜（即异步转柜），使电动机旋转本设计的电动机选用的型号为：液压电机Y132S-4、铣头电机Y132M-4、镗头电机Y100L2-4、切削液电机Y801-4、润滑电机Y801-4。 2.2.3 接触器选择接触器是用于远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动切换电器。其主要控制对象是电动机，也可用于控制其他电力负载，如电热器、电焊机等，接触器不仅能实现远距离集中控制而且操作频率高、控制容量大，并具有低电压释放保护、工作可靠、使用寿命长等优点，是接触器控制系统最重要和最常用的元件之一。接触器按其通过电流的种类可分为交流接触器和直流接触器，因为我的课题是机床控制，所以选用交流接触器CJ10-20、CJ10-10、CJ10-5系列。2.2.4 继电器的选择 继电器可分为中间继电器、时间继电器、压力继电器、速度继电器。而我在本课题中选用了中间继电器型号为JZ7-44和压力继电器为YJ-0系列两种。 （1）中间继电器中间继电器的结构和工作原理与接触器基本相同，触头系统没有主、辅之分，各对触头所允许通过的电流大小是相等的。一般来讲，中间继电器的触头容量较小，与接触器的辅助触头差不多，其额定电流多数为5A，对于电动机额定电流不超过5A的电气控制系统，也可代替接触器来控制。其主要用途是当其他继电器的触头数或触头容量不够时，可借助中间继电器来扩大它们的触头数或触头容量，起到中间转换的作用。（2）压力继电器 压力继电器是将压力信号转变为电信号的转换元件，以实现自动控制或安全保护等。用于气动控制系统或多机床自动线中，或用于气路中做联锁装置，也可用在机床上的气动卡盘、管道中。当压力低于整定值时，压力继电器使机床自动停车，以保安全。2.2.5电气原理图所用元件列表名称型号数量名称型号数量接触器CJ10-203指示灯AD16-22DS2CJ10-102接近开关LJA18M-10M22CJ10-56润滑阀MSW-10-X-301电动机Y132S-411中间继电器JZ7-448Y132M-4压力继电器YJ-06Y100L2-4电磁阀DSG-01-3C4-D245Y90S-4DSG-01-3C2-D244Y801-4DSG-01-3C60-D2412断路器BKN-D32A-3P10按钮开关LAY728热继电器JR0-408二极管IN400228开关电源S-50-241触摸屏FX-50DU-TK1 第3章 电气控制电路设计 3.1 套筒双头镗铣机床主电路示意图3.2 电磁阀及压力继电器动作表表3-2 电磁阀及压力继电器动作表1YV2YV3YV4YV5YV6YV7YV8YV9YV10YV11YV12YV13YV14YV初始位工件夹紧工件到位工件松开左铣快进右铣快进左铣快退右铣快退左铣工进右铣工进左镗快进右镗快进左镗工进右镗工进左镗准停右镗准停左镗快退右镗快退15YV16YV17YV18YV19YV20YV21YV22YV1SP2SP3SP4SP5SP续表图3-23.3 PLC输入和输出示意图3.3.1 输入示意图3.3.2 输出示意图 第4章 PLC梯形图及触摸屏界面设计4.1 PLC输入和输出地址输入输出名称电气器件输入地址名称电气器件输出地址急停SB1X0液压电机1SPY0自动SB2X1自动灯H1(KA1)Y1手动SB3X2手动灯H2(KA2)Y2左铣头启动SB4X3左铣台电机KA3Y3左铣头停止SB5X4右铣台电机KA4Y4右铣头启动SB6X5左镗台电机KA5Y5右铣头停止SB7X6右镗台电机KA6Y6左镗头启动SB8X7润滑电机KA7Y7左镗头停止SB9X10切削液电机KA8Y10右镗头启动SB10X11工件夹紧1YVY11右镗头停止SB11X12工件到位3YVY12工件夹紧SB12X13工件放松2YVY13工件放松SB13X15左铣台快进5YVY14左铣台快进SB14X157YVY15左铣台快退SB15X16左铣台快退6YVY16右铣台快进SB16X178YVY17右铣台快退SB17X20右铣台快进9YVY20左镗台快进SB18X2111YVY21左镗台快退SB19X22右铣台快退10YVY22右镗台快进SB20X2312YVY23右镗台快退SB21X24左镗台快进13YVY24左铣台工进SB22X2515YVY25右铣台工进SB23X26左镗台快退14YVY26左镗台工进SB24X2716YVY27右镗台工进SB25X30右镗台快进17YVY30切削液开启SB26X3119YVY31切削液停止SB27X32右镗台快退18YVY32手动润滑液SB28X3320YVY33工件夹紧SQ1X34左铣台工进5YVY34工件到位SQ2X35右铣台工进7YVY35左铣台进到位SQ3X36左镗台工进13YVY36右铣台进到位SQ4X37右镗台工进15YVY37左铣台工进到位SQ5X40左镗头准停21YVY40右铣台工进到位SQ6X41右镗头准停22YVY41左铣台退到位SQ7X42右镗台退到位SQ8X43左镗台进到位SQ9X44右镗台进到位SQ10X45左镗台工进到位SQ11X46右镗台工进到位SQ12X47左镗头准停SQ14X50右镗头准停SQ16X51左镗头快退到位SQ17X52右镗头快退到位SQ18X53左镗头准停到位SQ19X54右镗头准停到位SQ20X55总压力1SPX56准停压力2SPX57左铣台压力3SPX60右铣台压力4SPX61左镗台压力5SPX62右镗台压力6SPX63复位SB29X64上电SB30X654.2状态流程图4.3梯形图示意图4.4 触摸屏示意图4.4.1开机界面 图4-1开机界面4.4.2 自动运行界面 图4-2自动运行界面4.4.3 手动铣加工运行界面图4-3手动铣加工运行界面4.4.4 手动镗加工运行界面 图4-4手动镗加工运行界面第5章 方案改进及调试机床润滑系统的设计、调试和维修保养，对于提高机床加工精度、延长机床使用寿命等都有着十分重要的作用。但是在润滑系统的电气控制方面，仍存在以下问题：一是润滑系统工作状态的监控。机床控制系统中一般仅设油箱油面监控，以防供油不足，而对润滑系统易出现的漏油、油路堵塞等现象，不能及时做出反应。二是设置的润滑循环和给油时间单一，容易造成浪费。机床在不同的工作状态下，需要的润滑剂量是不一样的，如在机床暂停阶段就比加工阶段所需要的润滑油量要少。针对上述情况，在机床电气控制系统中，对润滑控制部分进行了改进设计，时刻监控润滑系统的工作状况，以保证机床