三面铣组合机床控制系统组成分析

目 录 引 言 .1 正 文 .2 一、 三面铣组合机床的特点及组成 .2 1.三面铣组合机床概述 .2 2. 组合机床的特点 .2 3. 组合机床的组成 .3 二、三面铣组合机床的液压系统原理分析.4 1. 三面铣组合机床的结构及其传动情况 .4 2. 三面铣组合机床的控制要求 .4 3. 液压系统原理 .4 4. 三面铣组合机床液压运动顺序 .5 5. 铣床的电器参数及控制要求 .6 三、三面铣组合机床 PLC 原理分析.6 1.可编程式控制器概述 .6 2.可编程式控制器的工作原理 .10 3.可编程式控制制器的特点及应用领域 .10 四、PLC 的选择与应用 .12 2.单循环自动工作 .13 3.左铣单循环工作 .15 4.右铣单循环工作 .16 5.公用程序 .17 结 论 .20 参考文献 .21 致 谢 .22 附 录 .23 青 岛 滨 海 学 院 毕 业 设 计 1 引 言 近年来我国机械制造行业高速发展，尤其以应用组合机床加工大批量零件，快捷高 效，生产效率高是机械加工的发展方向.本次设计任务是制定三面铣组合机床用来对 Z512W 型台式钻床主轴箱端面及定位面进行铣销加工的一种自动加工设备. PLC 在 三面铣组合机床设计过程中，介绍了其设计方法，特别是对三面铣加工进行 了探讨；在液压控制系统设计过程中，以三面铣组合机床为对象，依据液压系统设计的 基本原理，拟出合理的液压系统图。通过系统主要参数的计算确定了液压元件的规格； PLC 在三面铣组合机床传动控制中的应用设计过程中，结合具体实例和设计经验, 说明 PLC 在三面铣组合机床中的应用的设计. 三 面 铣 组 合 机 床 控 制 系 统 组 成 分 析 2 正 文 1、三面铣组合机床的特点及组成 1.三面铣组合机床概述 三面铣组合机床是用来对 Z512W 型台式钻床主轴箱的 80、90 孔端面及定位面进 行铣削加工的一种自动加工设备。下图为加工工件的示意图。 图 1.1 加工示意图 基本结构机床主要由底座、床身、铣削动力头、液压动力滑台、 液压站、工作台、 工件夹紧液压缸等组成。机床底座上安放有床身，床身上安装有液压动力滑台，工件及 夹紧装置放于滑台上。床身的两头安装有一台铣削头，上方有立铣头、液压站在机床附 近。 液压系统三面铣组合机床中工件松紧是由液压系统实现的。 下图为液压系统的原理图。 青 岛 滨 海 学 院 毕 业 设 计 3 图 1.2 液压系统原理图 2. 组合机床的特点 组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。 它能够对一种（或几种）零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以 完成钻孔、扩孔、铣削磨削等工序，生产效率高，加工精度稳定。组合机床与通用机床、 其他专用机床比较，具有以下特点： （1）组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件总量的 7080%，因 此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。 （2）由于组合机床采用多刀加工，并且自动化程度高，因此比通用机床生产效率高， 产品质量稳定，劳动强度低。 （3）组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有厂成批制造， 因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。 （4）在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量 靠工艺装备保证，对操作工人水平要求不高。 （5）当被加工产品更新时，采用其他类型的专用机床时，其大部分件要报废。用组 合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用，不必另行设计和制造。 （6）组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。 3. 组合机床的组成 组合机床常用的通用部件有：机身、底座、立柱、动力箱、动力滑台，各种工艺切 削头等。对于一些按循序加工的多工位组合机床，还具有移动工作台或回转工作台。动 力箱、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削主运动或进给运动的动力部件。 其中还有能同时完成切削主运动和进给运动的动力头。机身、立柱、中间底座等是组合 机床的支承部件，起着机床的基础骨架作用。组合机床的刚度和部件之间的精度保持性， 主要是由这些部件保证。组合机床的通用部件分大型和小型两大类。大型通用部件是指 电机功率为 1.5-30 千瓦的动力部件及其配套部件。这类动力部件多为箱体移动的结构形 式。小型通用部件是指电机功率甾.1-2.2 千瓦的动力部件及其配套不见。这类动力部件多 为套筒移动的结构形式。用大型通用部件组成的机床称为大型组合机床。用小型通用部 件真诚的机床称为小型组合机床。按设计的要求本次设计的机床为大型通用机床。组合 机床除分为大型和小型外，按配置形式又分为单工为和多工位机床两大类。单工位机床 又有单面、双面、三面和四面几种，多工位机床则有移动工作台式、回转工作台式、中 央立柱式和回转鼓轮式等配置型式。本次设计的机床为三面铣组合床。 三 面 铣 组 合 机 床 控 制 系 统 组 成 分 析 4 二、三面铣组合机床的液压系统原理分析 三面铣组合机床是通过可编程式控制制器（PLC）控制铣床液压系统的电磁换向器 的通电与失电控制电磁铁的动作,从而满足三面铣组合机床的液压控制要求。 1. 三面铣组合机床的结构及其传动情况 三面铣组合机床中液压动力滑台的运动和工件松紧是由液压系统实现的，有单循环 自动工作、单铣头自动循环工作、点动三种工作方式。 机床主要由底座、床身、铣削动力头、液压动力滑台、液压站、工作台、工件松紧 油缸等组成。机床底座上安放有床身，床身上一头安装有液压动力滑台，工件及夹紧装 置放于滑台上。床身的两边各安装有一台铣销头，上方有立铣头，液压站在机床附近。 2. 三面铣组合机床的控制要求 （1）有单循环自动工作、单铣头自动循环工作、点动三种工作方式； （2）单循环自动工作过程如图 3-5 所示，油泵电机在自动工作一个循环后不停机； （3）单铣头自动循环工作包括：左铣头单循环工作，右 1 铣头单循环工作，右 2 铣 头单循环工作，立铣头单循环工作。单铣头自动循环工作时，要考虑各铣头的加工区间； （4）点动工作包括：四台主轴电动机均能点动对刀、滑台快速点动调整、松紧液压 缸的调整； （5）五台电动机均能单向旋转； （6）要求有电源、液压泵工作、工件夹紧、加工等信号指示； （7）要求有照明电路和必要的连锁环节与保护环节。 3. 液压系统原理 三面铣组合机床中工件松紧是由液压系统实现的。图 2-1 所示为三面铣组合机床的工 作原理，它是一个由单向变量泵组成的有极容积调速液压系统。液压泵的压力按系统所 需最大工作压力(即组合机床铣削工件时所需压力)溢流阀调定,当压力大于系统所需压力 时由减压阀卸荷调定,溢流阀用于系统的安全保护。 液压缸均为缸筒固定式单杆活塞缸,采用的是电液换向器 BP1、BP2 换向。各换向阀 的的导阀是二位二通电磁 Z22 D0-25 型换向器、二位四通电磁 Z24 DW-25 型换向器。使 用单向阀供进给、夹紧退回时防止油液倒流，起平衡自重作业。压力继电器 BP1 是进给 液压缸开始启动动作的发信装置。 青 岛 滨 海 学 院 毕 业 设 计 5 图 2.1 液压系统原理图 4. 三面铣组合机床液压运动顺序 液压元件顺序表 表一 元 件 工 序 YV1YV2YV3YV4YV5BP1BP2 原 位 （+） 夹 紧 + 快 进（+） + 工 进（+） + 死挡铁停留（+） + 快 退（+） + 松 开 + 通入电源按下启动按钮时，机床在原位二位四通电磁换向阀 YV2 得电液压缸松开， 油液流回油箱。当夹具装入工件夹紧时二位四通电磁换向阀 YV1 得电液压缸夹紧，压力 继电器 BP2 得到电信号。工作滑台快进三位五通电磁换向阀 YV3 得电，快进到达位置后 工作滑台工进开始，左铣头、右 1 铣头起动二位二通电磁换向阀 YV5 得电。工进一段时 间到达位置后，立铣头开始加工。当加工到某一位置时右 1 铣头停止工作，右 2 铣头开 始加工。到达终点时压力继电器 BP1 得到电信号液压缸卸荷开始，工作滑台快退开始二 位四通电磁换向阀 YV1 三位五通电磁换向阀 YV4、压力继电器 BP2 得电。当到达原位时 夹具松开，二位四通电磁换向阀 YV2 得电液压缸松开，加工过程完成。 5. 铣床的电器参数及控制要求 （1）主要电器参数如下： 左、右 2 铣削头电动机：J02-41-4,4KW,1440r/min,380V,8.4A； 立、右 1 铣削头电动机：J02-32-4,3kW,1430r/min,380V,6.5A； 液压泵电动机：J02-22-4,1.5KW,1410r/min,380V,3.49A； 电磁阀:二位二通阀 Z22 DO-25,直流 24V,0.6A,14.4W;二位四通阀 Z24 DW-25,直流 24V,0.6A,14.4W；二位二通阀 Z22 DO-25,直流 24V,0.6A,14.4W。 （2）铣床电机的控制要求： 主轴电机能独立单独启动，同时能够正反转，能单向旋转； 三 面 铣 组 合 机 床 控 制 系 统 组 成 分 析 6 液压泵电机能够节流调速； 四台主轴电机能够点动对刀，对动力滑台快速调速； 电机具有保护环节和互锁环节。 三、三面铣组合机床 PLC 原理分析 1.可编程式控制器概述 组合机床是针对某些特定工件，按特定工序进行批量加工的专用设备。随着 PLC 的 广泛应用和机床电控技术的不断发展，利用 PLC 实现对组合机床的自动控制，无疑是今 后的发展方向，而针对这种控制的 PLC 程序设计也显得尤为重要。这种控制属于顺序逻 辑控制，有多种编程方法与语言可供选择，编程中也有一些技巧与规律可循。下面较为 详细的介绍三面铣组合机床自动控制的 PLC 程序设计实例。 可编程式控制器是以微处理器为核心的工业自动控制通用装置,其种类繁多,不同厂 家的产品各有特点,且有一定的区别,但做为工业标准设备，可编程式控制器具有一定的 共性。 1.可编程式控制器的组成 可编程式控制器（Programmable Controller ）原本应简称 PC，为了与个人计算机 专称 PC 相区别，所以可编程式控制器简称定为 PLC（Programmable Logic Controller）， 但并非说 PLC 只能控制逻辑信号。PLC 是专门针对工业环境应用设计的，自带直观、简 单并易于掌握编程语言环境的工业现场控制装置。 PLC 基本组成包括中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出界面（缩写为 I/O，包 括输入界面、输出界面、外部设备界面、扩展界面等）、外部设备编程器及电源模块组 成，见图 3-1 PLC 内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连 接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成 PLC 控制系统。 图 3.1 PLC 的 基本组成 CPU 输 入 单 元 输 出 单 元 编程器或其他设备 接触器 电磁阀 指示灯 行程开关 继电器触点 青 岛 滨 海 学 院 毕 业 设 计 7 2.中央处理器 中央处理器（CPU）由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。CPU 通过数据总线 总线、地址总线、控制总线和电源总线与存储器、输入输出界面、编程器和电源相连接。 小型 PLC 的 CPU 采用 8 位或 16 位微处理器或单片机，如 8031、M68000 等，这类芯片价格很低； 中型 PLC 的 CPU 采用 16 位或 32 位微处理器或单片机，如 8086、96 系列单片机等，这类芯片主要特 点是集成度高、运算速度快且可靠性高；而大型 PLC 则需采用高速位片式微处理器。 CPU 按照 PLC 内系统程序赋予的功能指挥 PLC 控制系统完成各项工作任务。 3.存储器 PLC 内的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和数据等。 （1）系统程序存储器 PLC 系统程序决定了 PLC 的基本功能，该部分程序由 PLC 制造厂家编写并固化在系 统程序存储器中，主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用 等部分。系统管理程序主要控制 PLC 的运行，使 PLC 按正确的次序工作；用户指令解释 程序将 PLC 的用户指令转换为机器语言指令，传输到 CPU 内执行；功能程序与系统程序 调用则负责调用不同的功能子程序及其管理程序。 三 面 铣 组 合 机 床 控 制 系 统 组 成 分 析 8 系统程序属于需长期保存的重要数据，所以其存储器采用 ROM 或 EPROM。ROM 是只读存储器，该存储器只能读出内容，不能写入内容，ROM 具有非易失性，即电源断 开后仍能保存已存储的内容。EPEROM 为可电擦除只读存储器，须用紫外线照射芯片上 的透镜窗口才能擦除已写入内容，可电擦除可编程只读存储器还有 E2PROM 、FLASH 等。 （2）用户程序存储器 用户程序存储器用于存放用户载入的 PLC 应用程序，载入初期的用户程序因需修改 与调试，所以称为用户调试程序，存放在可以随机读写操作的随机存取存储器 RAM 内以 方便用户修改与调试。 通过修改与调试后的程序称为用户执行程序，由于不需要再作修改与调试，所以用 户执行程序就被固化到 EPROM 内长期使用。 （3）数据存储器 PLC 运行过程中需生成或调用中间结果数据（如输入/输出元件的状态数据、定时器、 计数器的预置值和当前值等）和组态数据（如输入输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、 输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出 配置、通信组态等），这类数据存放在工作数据存储器中，由于工作数据与组态数据不 断变化，且不需要长期保存，所以采用随机存取存储器 RAM。 RAM 是一种高密度、低功耗的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源，一旦断电 就可通过锂电池供电，保持 RAM 中的内容。 4.输入输出界面 输入输出界面是 PLC 与工业现场控制或检测元件和执行元件连接的界面电路。PLC 的输入界面有直流输入、交流输入、交直流输入等类型；输出界面有晶体管输出、晶闸 管输出和继电器输出等类型。晶体管和晶闸管输出为无触点输出型电路，晶体管输出型 用于高频小功率负载、晶闸管输出型用于高频大功率负载；继电器输出为有触点输出型 电路，用于低频负载。 现场控制或检测元件输入给 PLC 各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关 以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量等，通过输入界面电路将这些信号转换成 CPU 能够接收和处理的信号。输出界面电路将 CPU 送出的弱电控制信号转换成现场需要 的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。 （1）输入界面 青 岛 滨 海 学 院 毕 业 设 计 9 输入界面用于接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、转换开关、行程开 关、继电器触头等开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变换器提供 的连续变化的模拟量输入信号。以图 3-2 所示的直流输入界面电路为例，R1 是限流与分 压电阻，R2 与 C 构成滤波电路，滤波后的输入信号经光耦合器 T 与内部电路耦合。当输 入端的按钮 SB 接通时，光耦合器 T 导通，直流 图 3.2 所示的直流输入界面电路 （2）输出界面 输出界面电路向被控对象的各种执行元件输出控制信号。常用执行元件有接触器、 电磁阀、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)、指示灯、数字显示装置和报警装置等。 输出界面电路一般由微电脑输出界面电路和功率放大电路组成，与输入界面电路类 似，内部电路与输出界面电路之间采用光电耦合器进行抗干扰电隔离。微电脑输出界面 电路一般由输出数据寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路集成在芯片上，CPU 通过数 据总线将输出信号送到输出数据寄存器中，功率放大电路是为了适应工业控制要求，将 微电脑的输出信号放大。 (3) 若主机单元的 I/O 数量不够用，可通过 I/O 扩展界面电缆与 I/O 扩展单元（不带 CPU）相接进行扩充。PLC 还常配置连接各种外围设备的界面，可通过电缆实现串行通 信、EPROM 写入等功能。 5. 编程器 编程器作用是将用户编写的程序下载至 PLC 的用户程序存储器，并利用编程器检查、 修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示 PLC 状态、内部器件及系统的参 数等。 内 部 电 路 COM 输入1 输入 n 三 面 铣 组 合 机 床 控 制 系 统 组 成 分 析 10 编程器有简易编程器和图形编程器两种。简易编程器体积小，携带方便，但只能用 语句形式进行联机编程，适合小型 PLC 的编程及现场调试。图形编程器既可用语句形式 编程，又可用梯形图编程，同时还能进行脱机编程。 目前 PLC 制造厂家大都开发了计算机辅助 PLC 编程支持软件，当个人计算机安装了 PLC 编程支持软件后，可用作图形编程器，进行用户程序的编辑、修改，并通过个人计 算机和 PLC 之间的通信界面实现用户程序的双向传送监控 PLC 运行状态等。 6.电源 PLC 的电源将外部供给的交流电转换成供 CPU、存储器等所需的直流电，是整个 PLC 的能源供给中心。PLC 大都采用高质量的工作稳定性好、抗干扰能力强的开关稳压 电源，许多 PLC 电源还可向外部提供直流 24V 稳压电源，用于向输入界面上的接入电气 元件供电，从而简化外围配置。 7.扩展界面 扩展界面用于将扩展单元与基本单元相连，使 PLC 的配置更加灵活，以满足不同控 制系统的需要。 为了实现“人机”或“机机”之间的对话，PLC 配有多种通信界面。PLC 通过 这些通信界面可以与监视器、打印机及其他的 PLC 或计算机相连。 为了满足工业上更加复杂的控制需要，PLC 配有多种智能 I/O 界面。通过智能 I/O 界 面，用户可方便的构成各种工业控制系统，实现各种控制功能。 8.智能单元 各型 PLC 都有一些智能单元，他们一般都有自己的 CPU，具有自己的系统软件，能 够独立的完成一项专门的工作。智能单元通过总线与主机相联，通过通信方式接受主机 的管理。常用的智能单元有 A/D 单元、D/A 单元、高速计数单元、定位单元等。 2.可编程式控制器的工作原理 PLC 采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般包括五个阶段：内部处理、与编程 器等的通信处理、输入扫描、用户程序执行、输出处理，其工作过程如图 3-3 所示。 图 3-3 中当 PLC 方式开关置于 RUN（运行）时，执行所有阶段；当方式开关置 于 STOP（停止）时，不执行后 3 个阶段，此时进行通信处理，如对 PLC 联机或离线编 程。 3.可编程式控制制器的特点及应用领域 （1）可编程式控制制器的特点： 可靠性高，抗干扰能力强； 青 岛 滨 海 学 院 毕 业 设 计 11 通用性强，控制程序可变，使用方便； 功能强，适应面广； 编程简单，容易掌握； 减少了控制系统的设计及施工的工作量； 体积小、重量轻、功耗低、维护方便。 图 3.3 PLC 工作原理图 （2）可编程式控制器的应用: 随着 PLC 的性能价格比的不断提高：微处理器的芯片及有关的元件价格大大降低， PC 的成本下降；PLC 的功能大大增强，因而 PLC 的应用日益广泛。目前，PLC 在国内 外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸 纺织、环保等各行各业。其应用范围大致可归纳为以下几种： 开关量的逻辑控制这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域。它取代传统的继电 器控制系统，实现逻辑控制、顺序控制。开关量的逻辑控制可用于单机控制，也可用于 多机群控，亦可用于自动生产线的控制等等。 运动控制PLC 可用于直线运动或圆周运动的控制。早期直接用开关量 I/O 模 块连接位置传感器和执行机械，现在一般使用专用的运动模块。目前，制造商已提供了 拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置 内部处理 通信处理 输入扫描 执行用户程序 输出处理 RUN方式？ 否 是 开 始 三 面 铣 组 合 机 床 控 制 系 统 组 成 分 析 12 控制模块。即：把描述目标位置的数据送给模块，模块移动一轴或多轴到目标位置。当 每个轴运动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。运动的程序可 用 PLC 的语言完成，通过编程器输入。 闭环过程式控制制PLC 通过模拟量的 I/O 模块实现模拟量与数字量的 A/D、D/A 转换，可实现对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的 PID 控制。 数据处理现代的 PLC 具有数学运算（包括矩阵运算、函数运算、逻辑运算） ， 数据传递、排序和查表、位操作等功能；可以完成数据的采集、分析和处理。数据处理 一般用在大中型控制系统中；具有 CNC 功能：把支持顺序控制的 PLC 与数字控制设备紧 密结合。 通讯连网PLC 的通讯包括 PLC 与 PLC 之间、PLC 与上位计算机之间和它的 智能设备之间的通讯。PLC 和计算机之间具有 RS-232 界面，用双绞线、同轴电缆将它们 连成网络，以实现信息的交换。还可以构成“集中管理，分散控制”的分布控制系统。 I/O 模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后利用网络联结构成集中管理信息的分 布式网络系统。 并不是所有的 PLC 都具有上述的全部功能，有的小型 PLC 只具上述部分功能，但价 格比较便宜。 四、PLC 的选择与应用 随着 PLC 技术的发展，PLC 产品的种类也越来越多。不同型号的 PLC，其结构形式、 性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此， 合理选用 PLC，对于提高 PLC 控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC 的选择主要 应从 PLC 的机型、容量、I/O 模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加 以综合考虑。 PLC 平均的 I/O 点的价格还比较高，因此应该合理选用 PLC 的 I/O 点的数量，在满 足控制要求的前提下力争使用的 I/O 点最少，但必须留有一定的裕量。通常 I/O 点数是根 据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上 1015的裕量来确定。 存储容量的选择 用户程序所需的存储容量大小不仅与 PLC 系统的功能有关，而且还与功能实现的方 法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时， 其程序量可能相差 25之多，所以对于初学者应该在存储容量估算时多留裕量。PLC 的 I/O 点数的多少，在很大程序上反映了 PLC 系统的功能要求，因此可在 I/O 点数确定的基 青 岛 滨 海 学 院 毕 业 设 计 13 础上，按下式估算存储容量后，再加 2030的裕量。存储容量（字节）开关量 I/O 点数10 模拟量 I/O 通道数100。另外，在存储容量选择的同时，注意对存储器的 类型的选择。 S7200 系列可编程式控制器（PLC）是德国西门子公司生产的具有高性能的微型可 编程式控制器。S7200 系列 PLC 是整体式和模块式相结合的叠装式结构，可以通过扩 展组成不同规模的系统。由于它具有结构小巧，运行速度高，价格低廉及多功能多用途 等特点，因此在工业企业中得到了广泛的应用。 S7200 系列 PLC 系统由基本单元（主机） 、I/0 扩展单元、功能单元和外部设备等 组成。因而本次设计采用 S7200 系列可编程式控制器。 三面铣组合机床中液压动力滑台的运动和工件松紧是由液压系统的机械动力滑台由 滑台、滑座和双电机（快速及进给电机）传动装置三部分组成。滑台的自动工作循环是 靠传动装置将动力传递给丝杠来实现的。 机械滑台具有两台进给电动机，一台为快速进给电动机，用来拖动滑台快进和快退 运动，由接触器控制快进和快退；另一台为工进电动机，拖动滑台工作进给运动，由接 触器控制接通。在工进时，只允许工进电机单独工作，快速进给电机由制动器制动。本 次设计以左铣单循环为例说明 PLC 在三面铣组合机床中的应用。 三面组合机床电控系统介绍：具有自动、手动、单循环启动、左铣头单循环、右 1 铣头单循环、立铣头单循环、和右 2 铣头单循环 7 种工作方式，用转换开关进行控制。 手动方式时，用个操作按钮来点动执行相应的动作，单循环时，每按一次启动按钮，向 前执行一个循环动作，自动时首先机床回原位，再按下启动按钮就会执行一个周期，换 回原位工作方式时，按下“回原位”按钮工件自动回到原位状态。 1.三面铣床 PLC 的 I/O 分配表 ：附录一 2.单循环自动工作 （1）单循环自动工作循环图 三 面 铣 组 合 机 床 控 制 系 统 组 成 分 析 14 图 4.1 单循环自动工作循环 操作者将要加工的零件放在工件台的夹具中，在其他准备工作就绪后，发出加工 指令。工件夹紧后压力继电器动作，液压动力滑台开始快进，到位转工进，同时启动左 和右 1 铣头开始加工，加工到某一位置，立铣头开始加工，加工又过一定位置右 1 铣头 停止，右 2 铣头开始加工，加工到终点三台电动机同时停止。待加工完全停止后，滑台 快退回原位，工件松开，一个自动工作循环结束。操作者取下加工好的工件，再放上未 加工的零件，重新发出加工指令重复上述加工过程。 （2） 单循环自动工作功能表 通入电源，特殊继电器 SM0.1 得电按下自动功能按钮 I0.0 使 辅助继电器 M0.0 工作， 单循环功能 I0.2 启动准备。按下启动按钮 I0.7 辅助继电器 M0.1 得电铣床工件 Q0.0 夹紧 同时加紧指示灯 Q1.3 指示，定时器 T37 定时，滑台 Q0.2 快进。到某一时间后辅助继电 器 M0.3.左铣头 Q0.5、右 1 铣头 Q0.6 启动并工进滑台工进，当左铣头、右 1 铣头工作一 段时间后铣床立铣头电动机 I1.3 工进工作。加工一段时间后右 1 铣头 Q0.6 停止工作右 2 铣头 Q1.0 启动并工进工作。当辅助继电器 M0.6 得电终点指示 Q1.5 工作同时定时器 T38 定时滑台 Q0.4 快退，退回到原位时工件 Q0,1 松开定时器定时并准备下一加工。 青 岛 滨 海 学 院 毕 业 设 计 15 图 4.2 单循环自动工作功能图 3.左铣单循环工作 （1）左铣单循环功能表 通入电源，特殊继电器 SM0.1 得电按下自动功能按钮 I0.0 使 辅助继电器 M2.0 工作， 左铣头单循环功能 I0.3 启动准备。按下启动按钮 I0.7 辅助继电器 M2.1 得电铣床工件 Q0.0 夹紧置位同时加紧指示灯 Q1.3 指示将要加工的零件放在工件台的夹具中夹紧，定时 器 T37 定时，在其他准备工作就绪后，发出加工指令。压力继电器鸣 M2.2 动作，液压动 力滑台 Q0.2 开始快进，到位转工进启动左铣头 Q0.5 工作。加工到达终点时 Q1.5 指示定 时器 T38 定时后，滑台 Q0.4 快退到原位，Q0.1 松开工件原位 Q1.1 原位指示，定时器 T39 定时准备下一加工。 三 面 铣 组 合 机 床 控 制 系 统 组 成 分 析 16 图 4.3 左铣单循环功能图 （2）左铣单循环语句表：附录二 4.右铣单循环工作 （1）右 2 铣单循环功能表 通入电源，特殊继电器 SM0.1 得电按下自动功能按钮 I0.0 使 辅助继电器 M3.0 工作， 右 2 铣头单循环功能 I0.5 启动准备。按下启动按钮 I0.7 辅助继电器 M3.1 得电铣床工件 Q0.0 夹紧同时加紧指示灯 Q1.3 指示，定时器 T37 定时，滑台 Q0.2 快进。到某一时间后 辅助继电器 M3.3 使滑台 Q0.2 快进，当左铣头、右 1 铣头快进一段时间后铣床 滑台 Q0.3 工进工作。加工一段时间后右 1 铣头 Q0.6 停止工作右 2 铣头 Q1.0 启动并工进工作。当辅 助继电器 M3.5 得电终点指示 Q1.5 工作同时 青 岛 滨 海 学 院 毕 业 设 计 17 定时器 T38 定时滑台 Q0.4 快退，退回到原位时工件 Q0,1 松开定时器 T39 定时并准备下 一加工。 图 4.4 右 2 铣头单循环工作功能图 5.公用程序 公用程序是单循环自动加工中所有加工程序的公用部分。 回原位程序是三面铣组合机床在加工过程中加工完成工作滑台到达终点时，终点指 示工作滑台夹具松开工件，工作滑台快退到原点的过程。 （1）回原位程序语句 回原位程序语句表 表二 步序助记符操作数 步序号助记符操作数 三 面 铣 组 合 机 床 控 制 系 统 组 成 分 析 18 号 001LDI2.3005AI1.1 002SM4.2,1006RQ0.4,1 003LDM4.2007RQ0.1,1 004SQ0.4,1008RM4.2,1 （2）回原位程序梯形图 图 4.6 回原位程序梯形图 (3) 手动程序是人在人工操作过程时三面铣组合机床 PLC 所执行的程序内容 青 岛 滨 海 学 院 毕 业 设 计 19 图 4.7 手动程序梯形图 (4) 手动程序语句表 手动程序语句表 表三 步序号助记符操作数步序号助记符操作数 001LDI1.7017ANI1.0 002ANI0.0018=Q0.1 003ANI1.5019LDI1.2 004ANI2.0020ANI0.0 005=Q0.2021=Q0.5 006LDI2.0022LDI1.2 007ANI0.0023ANI0.0 008ANI1.1024ANI1.4 009ANI1.7025=Q0.6 三 面 铣 组 合 机 床 控 制 系 统 组 成 分 析 20 （续表） 010=Q0.4026LDI1.4 011LDI1.0027ANI0.0 012ANI0.0028ANI1.2 013ANI1.6029=Q1.0 014=Q0.0030LDI1.3 015LDI1.6031ANI0.0 青 岛 滨 海 学 院 毕 业 设 计 21 结 论 通过近两个月的努力终于将三面铣组合机床液压传动系统方案设计完成.经过这次毕 业设计我复习巩固了机电传动控制的各方面内容，对 PLC 设计的流程有了一定的了解; 对 PLC 的应用有了进一步的认识，把 PLC 与实际生活的事物可以联系起来;本次设计内 容需要在图书馆内查阅有关的知识，来丰富及完善自己的设计，并提高了书写报告的能 力，各种试验的图表都是用 CAXA 专业制图软件完成其基本结构，巩固了自身 CAXA 的 实际应用水平。 通过本次毕业设计的锻炼，使我更加自信，对学过的知识有了更深的了解和认识，这 会对我更快的融入到将来的社会，在今后的工作学习中更好的运用所学的知识。经过两 个多月的努力，终于完成了这个设计，同时对组合机床系统有了更深的了解，更加清楚 地认识到其在现代化工业中所起的巨大作用。由于本人水平有限，会有地方考虑不足不 能非常全面的介绍组合机床系统原理，所以恳请老师同批评指正。 三 面 铣 组 合 机 床 控 制 系 统 组 成 分 析 22 参考文献 1阳彦雄 李亚利主编.液压与气压技术M.北京理工大学出版社，2001. 2章宏甲.液压与气压传动M.北京：机械工业出版社，2001. 3许福玲.液压与气压传动M. 武汉：华中科技大学出版社，2001. 4张世伟.液压传动系统的计算与结构设计M.宁夏人民出版社.1987. 5朱梅主编.液压与气动技术M.西安:西安电子科技大学出版社.2007. 6许廖主编.电机与电气控制技术M.北京:机械工业出版社,2002. 青 岛 滨 海 学 院 毕 业 设 计 23 致 谢 大学生活即将结束，为期一个学期的毕业设计也接近尾声。此次毕业设计的完成， 凝聚着