车镗专机设计报告.doc

摘要 本课题研究基于三菱fx系列的plc的车镗专机组合机床。车镗专机的功能是采用对台式钻床的立柱进行镗孔加工，同时对孔的右端面进行车削加工。通过plc改造原有的电气控制式的车镗专机机床，质量可靠，控制速度快，维护性好，提高了工作效率和经济性。使用组态王（kingview）软件开发的监控界面实现了对机床现场的远程监视和控制。关键字：车镗专机，plc，组态王，监视abstractthe research based on the mitsubishi fx series plc boring machine combination machine tool. boring machine function is used for the drilling machine column boring of hole, the right end face of turning processing. through the plc transformation of the original electric control type car boring machine tool, reliable quality, high speed, good maintenance, improves the work efficiency and economy. using the kingview software development ( kingview ) monitoring interface to achieve the remote monitoring and control for machine tool site.keywords: car boring machine ,plc , configuration king, monitor目 录1 方案确定41.1车镗专机组合机床简介41.1.1 车镗专机的基本组成41.1.2 加工过程51.1.2 液压系统61.2车镗专机组合机床控制要求61.2.1本系统有七台电机61.2.2工作台有两个工位61.2.3工作方式61.2.4其他要求71.3方案确定72 plc控制系统硬件电路设计72.1 主电路72.2 不进plc的控制电路和信号电路82.3 i/o接线图83 plc控制系统程序设计93.1 自动控制程序93.2 手动控制程序103.3 上、下位机配合控制程序113.4 联锁、保护程序114 监控软件的设计114.1 监控软件的功能114.2 欢迎界面124.3 监控界面144.3.1组态王变量使用说明144.3.2监控界面设计175 设备使用及维护说明185.1 设备使用说明185.2 设备使用及维护注意事项196 设计小结19参考文献20附录1 组态程序：21附录2 plc程序24附录3 电气技术图纸281 方案确定1.1车镗专机组合机床简介车镗专机是用来对台式钻床的立柱进行镗孔加工，同时对孔的右端面进行车销加工的一种自动加工设备，加工工件如图1-1所示。图1-1 工件示意图图1-2 车镗专机床身结构示意图车镗专机床身结构如图1-2，左、右机械动力头各有三台电动机（快速电动机、工速电动机、主轴电动机） 工作台是液压站，由一台电动机拖动，i工位是粗加工和ii工位细加工。1.1.1 车镗专机的基本组成车镗专机的基本组成如图1-3所示。左、右机械动力头各有三台电动机（快速电动机、工速电动机、主轴电动机），液压站由一台电动机拖动。控制柜液压站左动力头工作台（液压）右动力头图1-3车镗专机的基本组成1.1.2 加工过程加工过程如图1-4所示。操作者将要加工的工件放在工作台上的夹具中，在其他准备工作就绪后，发出加工指令（按下按钮）。工件自动夹紧，压力继电器动作，左、右协力头同时开始镗销加工。左动力头快进，工进至终点后，快退回原位：而右动力头快进、工进至终点后还应进行右端面的车削加工（车刀横进、横退）后才快退。当两动力头都退回原位，此时工位的粗加工结束，工作台移到工位，开始进行精镗加工。左、右动力头重新起动，快进，工进到终点延时后快退回原位，工位加工结束，工作台退到工位，松开工件，一个自动工作循环结束。图1-4 车镗专机的加式过程1.1.2 液压系统车镗专机中工作位的转换和加工工件的夹紧与松开是由液压系统实现的，车镗专机液压系统元件如表1所示。 表1 车镗专机液压系统元件表yv1 +卸荷kp1 +油压到信号yv2 + ()工件松开 （夹紧）kp2 +工件紧信号yv3 +向工位yv5 +横 进yv4 +向工位yv6 +横 退 注：表中“”表示得电，“”表示断电。1.2车镗专机组合机床控制要求1.2.1本系统有七台电机 油泵电机 右主轴电机 右快速电机 右工速电机 左主轴电机 左快速电机 左工速电机1.2.2工作台有两个工位 由液压系统实现两工位的转换和加工工件的夹紧与松开。 1.2.3工作方式自动工作方式又有三种形式： 全自动循环、工位循环、工位循环工作 全自动循环过程：从工位工位工位 工位循环、工位循环：只在或工位时的加工循环点动工作方式：左、右主轴的点动对刀， 左、右动力头的快进与快退点动， 手动松开工件、手动移位等。1.2.4其他要求（1）、左、右床身导轨应具有自动润滑功能（yv7、yv8）。（2）、左、右快速电动机均采用电磁铁抱闸制动（yb1、yb2）。 （3）、油泵起动后，液压系统要有一定的压力缓冲，才允许开始工作，工作结束要卸荷。（4）、有电源、油泵工作、原位、工作指令等信号指示。（5）、有照明和必要的联锁环节和保护环节。1.3方案确定根据上述车镗专机的控制要求再加上对车镗专机的工作情况的分析后，确立了如下的设计方案：1） 首先我对整个机床设备需要有过流、过载保护。2）对于急停功能我们采用断电源的方法，因此对于急停功能的处理就不进plc。这样也可以省下plc的一个输入点。还有照明电路、抱闸制动、润滑和一些指示电路是为了工作的方便而设计的电路，也不进入plc。3） 其他控制电路则通过plc编程器来完成。由于机床有两种工作方式：手动和自动。手动控制采用经验设计法而自动控制以顺序控制法为主。本次设计中自动工作方式的形式主要全自动循环，全自动循环工作过程为：从工位工位工位。手动和自动工作方式可通过工作方式选择开关sa1选择或者不选择来确定是进行手动或自动控制。2 plc控制系统硬件电路设计2.1 主电路主电路由七台电机控制。m1为油泵电机，m2控制右主轴的转动，m 3控制右工进，m 4控制右快进，m5控制左主轴的转动，m6控制左工进，m7控制左快进。接触器km1km9的主触点控制电机的转动。其中km2触点闭合，右主轴电机转动；km3触点闭合，右工进电机转动；km4km5触点闭合，右快进和右快退电机转动；km6触点闭合，左主轴的转动；km7触点闭合，左工进电机转动；km8km9触点闭合，左快进、左快退电机转动；km1触点闭合，油泵电机起动；熔断器在电路中起短路保护作用，其中fu1对七台电机起保护作用；fu2保护m1油泵电机；fu7对控制电路进行过流保护。热继电器fr1fr7分别对七台电动机负载的过载保护。见附图主电路2.2 不进plc的控制电路和信号电路 控制电路包括以下环节: 1、指示灯电源指示，油泵指示，工作指示，照明指示。 2、主轴控制左主轴和右主轴. 3、车刀控制横进和横退. 4、工作位控制工位和工位 5、卸荷控制6、工件松紧控制7、抱闸制动控制8、润滑控制9、油泵起动根据上述的环节分类,可画出控制电路的原理图。见附图不进plc的控制电路。2.3 i/o接线图按照设计的要求，本课题设计中采用三菱f3u系列plc。本系统有自动和手动两种工作状态。i/o的分配图看表2。表2 i/o资源分配图x0i工位x1ii工位x2右快进x3右工进x4右终点x5左快进x6左工进x7左终点x10油压到信号x11夹紧x12全/i/ii循环x25x13手动x14左主轴对刀x15右主轴对刀x16手动左快进x17手动右快进x20手动松开x21手动移位x22启动x23手动左快退x24手动右快退y0原位指示灯y1工作指示灯y2卸荷y3工件松开y4向i工位y5向ii工位y6横进y7横退y10右主轴电机y11右工进y12右快进y13右快退y14左主轴电机y15左工进y16左快进y17左快退3 plc控制系统程序设计3.1 自动控制程序（1） 原位判断图3-1 判断是否在原位如图3-1，首先上电，当油压信号到之后，判断手自动开关是接到自动还是手动，然后决定是进入手动还是自动。进入自动之后，首先进行判断左、右动力头以及横刀是否处于原位，然后判断工作台是否在i工位。如果没有都在原位或工作台不在i工位，则通过程序实现其回到原位和工作台回到i工位;如果都在原位且工作台在i工位，则直接跳过回到原位部分。 （2）i工位如图3-2，按下启动按钮，则工件自动夹紧，压力继电器动作，然后判断是进行全循环还是ii工位循环，如果是全循环，则左、右动力头同时开始镗削加工，左快进、工进至终点后，快退回原位；而右快进、工进至终点后还要进行横进后才同时横退和快退。当左右快退和横退都到原位后，i工位加工结束。图3-2 i工位（3） ii工位如图3-3，i工位加工结束，判断是否进入ii工位循环，如果不是则工件松开，等待启动信号的来临，判断是进入ii工位循环，则工作台移到ii工位，左、右动力头重新启动，快进，工进到终点延时一定时间后快退回原位，ii工位加工结束，工作台退回i工位，松开工件。图 3-3 ii工位3.2 手动控制程序手动/点动工作也是用plc程序来控制的，点动分为2台主轴电机均能手动对刀、手动快进、手动快退和工件的手动松开、工位的手动移位。用相应的按钮来控制其点动。以下程序为程序控制的右主轴点动，左快进点动和手动松开与移位。其中有快进和快退的互锁保护和左、右动力头的限位保护。举例手动右主轴程序如下图3-4：图3-4 手动右主轴程序3.3 上、下位机配合控制程序在手动程序中加入上位机/下位机按钮所代表的辅助继电器（m62），并且并上组态控制软件中与之对应的按钮的所代表的辅助继电器（如：m51），如手动右主轴程序中，如果要下位机控制，则按下上位机/下位机按钮，m62闭合，转入下位机控制，如果要上位机控制，则不用按下上位机/下位机按钮，m62打开，直接在组态控制界面按下相应的按钮就可以控制车镗专机的动作。3.4 联锁、保护程序如上图3-5，联锁、保护程序是为了避免在程序运行中，出现误动作时不会引起硬件的误动作，避免不必要的损失。在本程序中要联锁和保护的是在左右快速电机快进和快退。如下图程序中y16（左快进）与y17（左快退）进行联锁。图3-5 左快进与左快退程序中联锁4 监控软件的设计4.1 监控软件的功能 在此次课程设计中我们使用的监控软件是组态王6.5（kingview 6.5）。kingview是亚控公司推出的第一款针对中小型项目推出的用于监视与控制自动化设图4-1 某反应车间的监控画面示例备和过程的scada产品，也是亚控公司的第一款产品。自kingview问世以来，以其易学易用、功能齐全、物美价廉的产品优势畅销不衰，年均销售量超过1万套，累计销量20万余套 。在中国及亚洲其为最著名的组态软件产品。图4-1是基于kingview的某反映车间监控界面示例，通过此界面可以很清楚对车间内的生产情况实时的了解。kingview具有以下几个亮点：可视化操作界面、自动建立i/o点、分布式存储报警和历史数据、设备集成能力强、可连接几乎所有设备和系统。并有如下几个核心性能：流程图监控功能、完整的脚本编辑功能 、实时趋势监视功能 、全面报警功能 、历史数据管理功能、报表展示功能等。本系统的组态使用kingview6.5制作的。4.2 欢迎界面 欢迎界面是我们后来拓展的一个功能，其界面如下图所示。欢迎界面具有进入监控现场权限的用户登录，一般是工厂相关人员才能进入。当用户输入与数据库相符的用户名及密码一致时才能登录进行监控、操作等，保护了现场的安全。 如图4-2，登录界面由用户名、密码两个编辑框和“登录”、“退出”两个按钮组成。输入正确的用户名和密码后，点击“登录”按钮就可以进入监控画面，点击“退出”则退出系统。当用户名或密码与数据库中的不一致时，则提示“您的用户名或密码错误！无法登录！”出错界面如图4-3。图4-2 系统登录界面 图4-3 系统登录出错界面 欢迎界面所用的命令语言如下：if(本站点登录=1)if(用户名=111111 & 密码=123456) showpicture(ctzj1);closepicture(登录);else showpicture(错误); if(本站点退出=1)exit( 0 );4.3 监控界面4.3.1组态王变量使用说明表3所示，变量x1-x25的连接设备为plc，因此其变量类型均为i/o离散，它们的读写属性为只读类型。而变量y1-y17的读写属性为读写类型，可以对其端口进行数据的读取和写入。定义内存的变量是为了实现画面动画及相关动作时软件自身进行数据运算所定义的。是指那些不需要和其它应用程序交换数据、也不需要从下位机得到数据、只在“组态王”内需要的变量，比如计算过程的中间变量，就可以设置成“内存变量”。因此我们根据需要定义了一些内存变量，根据具体运算场合设置为内存离散和内存实数等。此外，我们通过组态王实现上下位机控制，即通过定义若干按钮，与辅助继电器m50-m63进行连接，并将这些辅助继电器加入plc程序中，变量m50-m63为读写类型，用以实现上下位机的切换。表3 组态王数据使用说明变量名变量类型寄存器x1i/o离散x1x2i/o离散x2x3i/o离散x3x4i/o离散x4x5i/o离散x5x6i/o离散x6x7i/o离散x7x10i/o离散x10x11i/o离散x11x12i/o离散x12x13i/o离散x13x14i/o离散x14x15i/o离散x15x16i/o离散x16x17i/o离散x17x20i/o离散x20x21i/o离散x21x22i/o离散x22x23i/o离散x23x24i/o离散x24x25i/o离散x25y1i/o离散y1y2i/o离散y2y3i/o离散y3y4i/o离散y4y5i/o离散y5y6i/o离散y6y7i/o离散y7y10i/o离散y10y11i/o离散y11y12i/o离散y12y13i/o离散y13y14i/o离散y14y15i/o离散y15y16i/o离散y16y17i/o离散y17m50i/o离散m50m51i/o离散m51m52i/o离散m52m53i/o离散m53m54i/o离散m54m55i/o离散m55油泵灯内存离散油泵灯电源灯内存离散电源灯原位灯内存离散原位灯工作灯内存离散工作灯左原位内存离散左原位左工进终点内存离散左工进终点左快进终点内存离散左快进终点右原位内存离散右原位右快进终点内存离散右快进终点i工位内存离散ii工位内存离散横刀原位内存离散横刀终点内存离散左主轴电机内存离散右主轴电机内存离散左进长度内存实数右进长度内存实数横到位内存实数工件横移内存实数工件竖移内存实数登录内存离散退出内存离散4.3.2监控界面设计图4-4 车镗专机系统监控界面 建立新组态王工程的一般过程是：1.设计图形界面（定义画面）；2.定义设备；3.构造数据库（定义变量）；4.建立动画连接；5.运行和调试。一个布置得体美观，尽可能的刻画出工业现场的各种设备及设备间的联系对于一般操作人员来说就能更快地认识、掌握和操作。因此，在设计图形界面的时候，指示灯、按钮、开关的布置，设备的定义都应该力求让人一目了然，简单美观。图4-4所示就是我们此次车镗专机系统的组态界面。各种工作指示灯设置在相应的工位上，左右分别为左右主轴电机、快进电机和工进电机以及相应的导轨、刀具，中间为工件、夹紧装置和导轨。右上部分用面板凸显出的是系统指示灯和按钮。横刀的动作示意放置与左上方。画面定义完毕之后，根据之前定义相关的变量与各种指示灯、按钮进行连接。由于监控界面不止是静态显示的，所以我们需要通过动画更直观的表现现场的运行情况，如左右刀具的快进、快退、工进和横刀的进、退以及工件的移动等情况。如在模拟左刀具的“快进”这个动画时，我们需要先定义“左进长度”这个变量来表示刀具移动的距离，这个变量的变量类型为内存实数。通过动画向导来设置最左边和最右边，且移动为水平移动，主要的动画命令程序如下所示：if(本站点y16=1 & 本站点左进长度=35) 本站点左进长度=本站点左进长度+5;if(本站点x6=1) 本站点左快进终点=1; else 本站点左快进终点=0;在此程序中我们通过设置长度值来控制快进的距离，当下位机控制的快进终点限位开关还未动作时，动画停止，只有当限位开关和长度值达到设定后才继续动画，这样子避免当限位开关发生故障时，而监控画面却还是正常动作的情况。左工进的程序如下所示：if(本站点y15=1 & 本站点左进长度=95)本站点左进长度=本站点左进长度+2; if(本站点x7=1) 本站点左工进终点=1; else 本站点左工进终点=0;5 设备使用及维护说明5.1 设备使用说明首先上电，当油压信号到之后，判断手自动开关是接到自动还是手动，然后决定是进入手动还是自动。 进入手动之后，通过对应按钮实现对左快进、左快退、右快进、右快退、左点对刀、右点对刀、松开和移位的点动控制，将手自动开关阻转接自动点后，可转移到自动控制。 进入自动之后，首先进行判断左、右动力头以及横刀是否处于原位，然后判断工作台是否在i工位。如果没有都在原位或工作台不在i工位，则通过程序实现其回到原位和工作台回到i工位;如果都在原位且工作台在i工位，则直接跳过回到原位部分。然后夹具松开，准备工作，如果在一定时间内没启动或者进入手动控制的操作，则开始卸荷，只有再按下启动或者接通手动控制，则停止卸荷，并且在油压到的前提下，重新进入自动控制或者手动控制；如果接通手动，则直接进入手动控制。 如果按下启动按钮，则工件自动夹紧，压力继电器动作，然后判断是进行全循环还是ii工位循环，如果是全循环，则左、右动力头同时开始镗削加工，左快进、工进至终点后，快退回原位；而右快进、工进至终点后还要进行横进后才同时横退和快退。当左右快退和横退都到原位后，i工位加工结束，工作台移到ii工位，左、右动力头重新启动，快进，工进到终点延时一定时间后快退回原位，ii工位加工结束，工作台退回i工位，松开工件，一个全循环结束。如果是ii工位循环，则直接跳过i工位加工，工作台移到ii工位进行ii工位加工。5.2 设备使用及维护注意事项（1） 、在使用本系统时，若加工过程中，所有的电动机突然停止工作，先检验油压信号灯是否亮，如果没有亮则检查油泵电动机是否工作，若油泵电动机正常工作，则应检查输油管是否漏油。（2） 若按下某一按钮时，plc无响应。先检查该按钮与plc的接线是否断路，若接线正常，则检查该plc输入点是否能正常使用。（3） 如果信号没有问题，但是电机都无法启动，则应该检查下plc是否正常工作。（4） 要及时清理工作台，保持工作台的清洁。（5） 要定期检查机器的运行情况，隔一段时间要对设备进行检修。6 设计小结 此次课程设计是我们从大学毕业走向未来工程师重要的一步。设计期间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。通过这次课程设计，我最基础的是了解了车镗专机plc控制系统的用途及工作原理，熟悉了车镗专机plc控制系统的设计步骤，深一步的是对自己所学专业知识的一次检验和巩固，让我们在对自己所学知识的一次深刻了解。在这个课程设计的过程中暴露了很多问题，比如：对步进指令的不熟悉和设计过程中对材料的不了解等等。但是收获还是很多的，查找资料的能力，调试程序的步骤，最深刻的是学了一些关于组态软件的知识和学会了一些用cad画图的能力。在这要特别感谢我们的老师和同学们，老师的认真讲解更正，同学们的讨论，这些解决问题的方法，使我们在设计过程的道路上一步一步的踏实的向前走。参考文献1李建兴.可编程控制其应用技术m.北京：机械工业出版社20042 张鹤鸣, 刘耀元, 张辉先. 可编程控制器原理及应用教程(第2版)m.北京:北京大学出版社,20113 王善斌.组态软件应用指南:组态王kingview和西门子winccm. 北京:化学工业出版社,20114 杨前明, 吴炳胜, 金晓宏.机械工程控制基础m. 武汉:华中科技大学出版社,2010附录1 组态程序：/左原位指示灯if( 本站点x5=1) 本站点左原位=1; else 本站点左原位=0;/左快进if(本站点y16=1 & 本站点左进长度=35) 本站点左进长度=本站点左进长度+5; /左快