基于PLC卧式双面组合钻床设计

毕业设计(论文)说明书摘 要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。本文对可编程序控制器（PLC）应用于双面钻孔组合机床电气控制系统的设计思想作了介绍。对系统的硬件组成和软件设计作了较为详细的阐述。通过上位计算机可对机床的现场状态实施监控和对工作参数进行调整，使系统工作在最佳状态。近几年来的现场应用情况表明，该PLC控制系统工作可靠，操作方便，提高了工效。关键词：PLC；组合机床；步进梯形指令(STL)。AbstractCombination machine tools and automatic line is a comprehensive collection and integration of high degree of automation in the manufacturing technology and process equipment packages. It is characterized by highly efficient, high quality, economical and practical, they have been widely used for mechanical engineering, communications, energy, industry, light industry, and home electrical appliances industry. Our traditional combination machine tools and machine tool portfolio automatically routes primarily use machines, electricity, gas, hydraulic control, and its processing is targeted at the production lot larger-and medium-bold type and Zhou Lei parts and complete drilling, reaming, cut Kong, the processing of thread, boring, cars carry noodles and protrude Taiwan in Conedera smooth-bore various shapes shafts and horizontal Xianxiao and shape face. As technology advances, a new portfolio of machine tools - soft combination machine tools increasingly been favored, it applied a line box, convertible main boxes, coding and cutlery accompanying jig automatic replacement, coupled with programmable controller (PLC), numerical control (NC), to arbitrarily change the work cycle control and drive systems, and the flexibility to adapt to the multi-species processing scale variable portfolio tools. This article mainly introduces the design thought of PLC applying for Modular Machine Tool electronic control system. It gives a detailed statement on the components of the system hardware and design of software. detail. The machine tool state can be monitored and the parameter can be adjusted in the site by top-computer, and enabling the system to have optimal property. Recent application on spots shows: this PLC controlling system works reliably, operates conveniently and effectively.Keywords: PLC； Modular Machine Tool；STL目 录1 绪 论51.1 课题背景51.1.1 组合机床的国内外现状61.1.2 PLC控制技术的国内外现状71.2 组合机床的概述91.2.1 组合机床的概念91.2.2 双面组合钻床的介绍91.3 可编程序控制器及应用101.3.1 可编程序控制器概述101.3.2 可编程控制器的结构和工作方式111.3.3 三菱F2系列PLC及其指令系统151.4 PLC控制系统设计存在的问题161.5 课题内容及其研究目标172 系统设计的总体方案192.1 系统总体设计思想及优选方案的确定192.1.1 卧式双面组合钻床电气控制系统的构成192.1.2 系统的功能要求192.1.3 PLC控制系统的特点202.1.4 PLC控制技术的总体设计思想222.2 关键技术及主要研究任务243 系统的控制方法及PLC控制程序的编写263.1 双面组合钻床的动作循环263.2 组合钻床电气控制原理图的绘制293.2.1 PLC输入/输出端子分配整体图293.2.2 组合钻床电气控制原理图的绘制293.3 PLC控制程序的编写303.3.1 可编程控制器的选取303.3.2 PC的I/O地址分配333.3.3 PLC状态图及梯形图（程序）的设计364提高可编程序控制器可靠性措施分析42结 论53谢 辞54参考文献551 绪 论1.1 课题背景我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存。组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2002年9月份，组合机床行业企业仅组合机床产品一项，据不完全统计产量已达800余台，产值达3个亿以上，较2001年同比增长了10%以上, 另外组合机床行业工业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交货值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较上年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。组合机床及其PLC电气控制系统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电气控制系统主要采用机、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（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），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。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等；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。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。因此，为适应市场要求，适应组合机床由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展的趋势，我设计了这套“双面组合钻床PLC电气控制系统的设计”，希望能够满足用户的需要，真正成为刚柔兼备的自动化装备。1.1.1 组合机床的国内外现状近两年虽然组合机床行业产销呈现上升趋势，但行业内一些企业同样存在负债经营的情况，主要原因是传统的组合机床产品不能满足用户柔性化、高精度、短周期的市场需求，同时组合机床行业一些企业存在现代化管理水平低、人才流失严重、科研成果不能迅速转化为生产力等缺陷。为此出现如下几点须待改进的现状： （1）提高现代化管理水平。中国加入WTO后，迫切要求企业提高现代化管理水平，进一步深化企业内部改革，建立健全适应市场经济的运行机制，“建立企业的科学的管理体制，做到集权有道、分权有序、授权有章、用权有度的责权利内在统一的有机结合，是提高企业控制力所必须的。”要彻底改变落后的体制，必须树立全球化经营理念，提高国际市场竞争能力，建立市场快速反应机制，以适应日趋发展的市场需求。 （2）亟待提高企业创新能力。企业的生存，关键在于产品的生命力。已步入电子时代的今天，传统的组合机床已经不能适应高速发展的国内外市场需要，这就要求企业必须适应科学技术的飞速发展，建立技术创新体系，推进企业的技术进步，加速向柔性化、数控化、高精度、短周期方向发展，提高组合机床适用范围和市场覆盖面；同时实施名牌战略，争创世界品牌, 加速我国组合机床的发展进程，使我国组合机床行业企业在世界制造领域里立于不败之地。 （3）企业发展、技术创新和管理水平的提高都需要高技术人才。在全球化经济格局不断明朗的今天，人才争夺战已渗透到各个领域，组合机床行业应适时把握国际大环境，广招高技术人才、高技能工人。现在企业尤其缺少高技能工人，专家指出，目前我国企业产品平均合格率仅为7成，不良产品每年损失近2000亿元，而其中50%以上系由工人技能不高所致。因此，建立强大的技术生力军，不断更新知识，更新观念，依靠优秀的高技术人才、高技能工人，加快企业信息化建设，是企业发展的必由之路。 综上所述，组合机床行业企业一要开展科技攻关，攻克当前行业企业技术发展上的难题；二要加强与国外的合资合作，利用和学习国外的先进技术，提高企业的现代化管理水平和技术水平；三要通过对引进技术的消化吸收进行再创新，发展自己的产品。通过我们的努力，使我国真正由制造大国变成制造强国。1.1.2 PLC控制技术的国内外现状世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。 20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。 我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。1.2 组合机床的概述1.2.1 组合机床的概念以独立的通用部分为基本组成的专用机床，一般叫做组合机床。组合机床是由许多预制的通用部分及少量的专用部分组成的，它能从多面，多工位，多轴对一个或几个工件同时进行加工，和一般的万能机床相比，具有设计制造周期短，成本低，自动化程度高，加工效率高，加工质量稳定，减轻工人劳动强度等优点。在机械制造工业中，装备新企业或对老企业进行技术改造，采用组合机床及其自动线，是发展生产，提高质量的有效途径之一。 这种机床利用总的电气系统将各个部分的工作联合成一个统一的循环。由于机床的各个部件都设计成能独立存在的，因此有可能按照一定的特点将类似用途的部件编成系列型谱，进一步完善和验证其结构，并在此基础上建立合理的规格尺寸系列，实现通用化。1.2.2 双面组合钻床的介绍卧式双面组合钻床由床身、夹具、液压操纵箱、主轴箱、电气柜、冷却装置等组成。其中主轴箱是用于按各主轴所相互要求的距离来布置主轴，并将所须的转数传给主轴。布置在一个主轴箱内的主轴数决定于被加工零件的结构，有时可达几十根。装到个主轴箱上的刀具可以在尺寸或用途上都相同，或者不同。电气柜是我毕业设计的重点，它承担了整个机床的控制系统,当我们要用这台机床加工工件的时候,只要把相应的程序输入然后按照机床的工作顺序启动,机床就会按照我门所要求的工件类型进行加工了。双面钻孔组合机床是针对在工件两相对表面进行钻孔加工而设计的一种高效自动化专用加工设备，其基本结构是：两个动力滑台对面布置，安装在标准侧底座上，刀具电动机固定在滑台上，中间底座上装有工件定位、夹紧装置。该双面钻孔组合机床采用电动机驱动和液压系统驱动相结合的驱动方式，其控制过程是典型的顺序控制，若采用可编程控制器(PLC)来构成其电气控制系统，则电气系统具有体积小、维修量少、工作可靠、操作简单并能适应控制要求等优点。机床上有四台电动机：液压泵电动机M1，左刀具电动机M2，右刀具电动机M3，冷却泵电动机M4。电动机M2，M3分别拖动左，右动力滑台上主轴箱的刀具主轴提供切削主运动。左，右动力滑台的进给运动和工件的定位，加紧，放松，均由电气-液压联合控制。1.3 可编程序控制器及应用1.3.1 可编程序控制器概述可编程序控制器（Programmable Controller）通常也简称可编程控制器，PC或PLC。可编程序控制器的产生和其他的控制装置类似，生产的实际需要是他产生的根本原因，计算机技术，电器制造技术，电力电子器件制造技术以及现代控制理论等相关技术和学科的快速发展是它产生的物质及理论基础。早期的可编程序控制器功能单一，仅有逻辑运算，计时，计数等顺序控制功能，主要完成开关量控制。所以但是将可编程序控制器简称PLC（Programmable Logic Controller）。在我过的一些文献上，可编程控制器有叫PC的 ，也有沿用它的老名称PLC的。考虑到PC又是个人计算机的简称，为避免混淆，也有人建议可编程控制器采用PLC为好。当然，当代的PLC已不再是强调逻辑控制的意思，而是泛指具有各种功能的可编程序控制器了。本文中采用PLC为可变成序控制器的缩写名称。可编程序控制器技术发展很快，因此给它下一个确切的定义显得很困难。历史上曾经有过几个动议，比较权威的是国际电工委员会（IEC）在1987年2月颁布的第三稿中对可编程控制器的定义是：“可编程控制器是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都按易于与工业系统连成一个整体，易于扩展其功能的原则设计”。由定义可以看出，可编程序控制器实质上是一台专为工业环境下运行的工业计算机，由于其面向用户的指令系统，使得它的应用非常方便。还由于它具有数字量或模拟量的输入输出能力，使得它特别使用于各种工业设备的控制。1.3.2 可编程控制器的结构和工作方式不同生产厂家的PLC尽管品种规格各异，各有个的特点，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的实时工业控制计算机系统，都是硬件和软件两部分组成。可编程控制器主要有中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元(I/O)、电源和编程器等几部分组成，其结构框图如下：图1-1 PLC的基本结构 中央处理单元（CPU）可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。通用微处理器（如8086、8080、80286、80386等）、单片机（如8031、8096等）、位片式微处理器（如AM2900、AM2901等）。可编程控制器的档次越高，CPU的位数越多，运算速度越快，功能指令越强。本提升系统中采用的三菱FX2系列的可编程控制器，其微处理器是16位的8096单片机。 存储器可编程控制器配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。系统存储器存放系统管理程序。用户存储器存放用户编制的控制程序。常用的存储器有CMOS RAM、EPROM。CMOSRAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。CMOS RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器。 输入输出单元（I/O单元）实际生产过程中的信号是多种多样的，外部执行机构所需的电平也是不同的，而PLC的中央处理单元所处理的信号只能是标准电平，正是通过输入输出单元来实现这些信号的转换，I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件，输入输出口有良好的电隔离和滤波作用。接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等，其输出器件往往是电磁阀，接触器，继电器等。而继电器有交流型和直流型，高压型和低压型之分，电压型和电流型。1.输入接口电路各种PLC的输入电路大都基本相同，通常有三种类型。直流（12-24）v输入，交流（100-120）v输入，交直流（12-24）v输出，外界输入器件可以是无源触点或者是有源传感器的集电极开路的晶体管。这些外部输入器件是通过PLC输入端子与PLC相连的，PLC输入电路有光电耦合隔离，并没有RC滤波器，用以消除触点的抖动和外部噪声干扰。当输入开关闭合时一次电路中流过电流。输入指示灯亮，光电耦合器被激励，三极管从截止状态变为导通状态，这是一个数据输入的过程。2.输出接口电路PLC的输出有三种：继电器输出，晶体管输出，晶闸管输出。其中继电器输出最常用。当中央处理单元有输出时，接通或者断开输出电路中继电器的线圈，继电器的接点闭合或者断开，通过该接点控制外部负载电路的通断。很显然继电器输出是利用了继电器的接点和线圈将PLC内部电路与外部负载电路进行隔离。PLC的工作方式有扫描工作方式，其中顺序扫描的工作方式是PLC的基本工作方式，现以循环扫描的工作方式加以说明，其扫描过程如下：图1-2 PLC的内部扫描过程整个扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段 ，全过程扫描一次所需要的时间称为扫描周期。内部处理阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器等。在通信服务阶段，PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等。当PLC处于停止（STOP）状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行（RUN）状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。输入处理也叫输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入端子的通电断状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映像寄存器。在此输入映像寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段，在程序执行时，输入映像寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容不会发生改变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。程序执行： 根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左右后上下的步序，逐句扫描，执行程序。但遇到程序跳转指令时则根据跳转条件是否满足决定程序的跳转地址。用户程序涉及到输入输出状态时，PLC输出映像寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态。根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关器件寄存器中，对每个器件而言，器件映像寄存器中所存的内容，会随着程序执行过程而变化。输出处理：程序执行完毕后，将输出映像寄存器，既器件映像寄存器中的寄存器状态。在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。扫描周期是PLC一个很重要的指标，小型PLC的扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒。PLC的扫描时间取决于扫描速度和用户程序的长短，毫秒级的扫描时间对于一般工业常是可以接受的，PLC的响应滞后是允许的。但是对某些I/O快速响应的设备，则应采取相应的处理措施。如选用高速CPU，提高扫描速度，采用快速响应模块、高速计数器模块以及不同的中断处理等措施减少滞后时间。影响I/O滞后的主要原因有：输入滤波器的惯性、输出继电器接点的惯性、程序执行的时间、程序设计不当的附加影响等。对用户来说选择一个PLC，合理的编制程序是缩短响应的关键。1.3.3 三菱F2系列PLC及其指令系统PLC基本编程指令有20种,列表如下指令名称指令助记号功 能取指令LD运算开始取反指令LDI运算开始与AND串联接点与非ANI串联接点或OR并联接点或非ORI并联接点电路块与ANB电路块串联电路块或ORB电路块并联输出OUT线圈驱动指令名称指令助记号功 能置位SET线圈接通保持空操作NOP无动作复位RST线圈接通清除上升脉冲PLS检测上升沿下降脉冲PLF检测下降沿主控MC公共串接用线圈主控复位MCR公共串接用清除进栈MPS运算记忆读栈MRD记忆读出出栈MPP记忆读出及复位结束END程序结束1.4 PLC控制系统设计存在的问题PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。虽然PLC拥有上述许多优点，并且在很多领域PLC的控制技术也是世界上控制技术最高的电气控制技术，但是在组合机床上的电气控制系统还不是相当的完善，还有很多的发展前景。组合机床是许多工业生产中不可缺少的零件加工机器。拥有高技术，高效率，高精度的加工技术对一个机床的加工企业来说无疑是关系企业生死存亡的关键大事，而要真正改变机床的加工技术，电气控制系统的设计就成为组合机床开发的主要目标，所以现在许多厂家都开始注重电气控制系统的合理设计及优化改造。现代组合机床的发展与现代力学传动及其控制书的发展密切相关。根据加工工件的加工要求不同，组合机床也有很大的不同，而组合机床在传动方式上又分为液动和气动。我所设计的组合机床采用液压传动的方式。在电气控制系统中PLC的选取由为重要，我所设计的电气控制系统采用日本三菱系列的可编程控制器。因为在所有教材资料中对三菱系列的可编程控制器介绍的相当稀少 ，所以现在对三菱系列的可编程控制器认识还不是特别全面，可能会影响设计的最终效果，但我的想法是把三菱系列的可编程控制器多应用到实际生产当中。但是理论上的设计总是与实际生产之间有一定的差异，要真正的做到理论与实践精确的结合确实存在着很大的困难，本次设计因为对实际组合钻床缺少实际的认识，在设计电气控制系统时一定会存在精确度上的问题，希望老师再次批评指正。1.5 课题内容及其研究目标毕业设计题目是“双面钻孔组合机床PLC控制设计”，从题目可以看出这个毕业设计的重点是用PLC设计电气控制系统。而作者设计的是组合钻床的控制系统，作者设计的电气控制系统要能使钻床完成当把工件放好之后自动加紧工件并按照可编程控制器中的程序来加工工件。在这里重要的是如何用PLC设计控制系统，在做这个设计之前我首先了解了组合机床的由来和组合机床的传动分类。另外还了解了一些组合机床的电气控制主回路图，并认真学习了机床电气控制线路图的识图技巧等。针对课题，首先，学习了卧式双面组合钻床的配置和结构，卧式双面组合钻床由床身、夹具、液压操纵箱、主轴箱、电气柜、冷却装置等组成。其中主轴箱是用于按各主轴所相互要求的距离来布置主轴，并将所须的转数传给主轴。布置在一个主轴箱内的主轴数决定于被加工零件的结构，有时可达几十根。装到个主轴箱上的刀具可以在尺寸或用途上都相同，或者不同。电气柜是毕业设计的重点，它承担了整个机床的控制系统,当我们要用这台机床加工工件的时候,只要把相应的程序输入然后按照机床的工作顺序启动,机床就会按照我门所要求的工件类型进行加工了。我本文设计的是卧式双面组合钻床的电气控制系统，所以要研究一套适合这种类型的机床的电气控制系统。一般来说机床的创新在结构上并没有任何原则性的变化，主要的是控制系统的完善。所以，要研究一种最直接最有效的电气控制方法，使机床能够完成双面钻孔的动作。而这套电气控制方法研究重点需要我首先解决用哪种语言来编写组合钻床的控制程序及如何编写所需要的程序。可编程控制气有OMRON和三菱及西门子等几种可编程控制器。打算用三菱可编程控制器为主。在完成可编程控制器的选择之后，要着手解决的是程序的编写，当把程序编好之后并存储到可编程控制器中，这样所设计的电气控制系统就完成了。这样整个卧式双面组合钻床的电气控制系统就设计完成了，用这套控制系统就能够满足大部分生产厂家对工件钻孔的要求。2 系统设计的总体方案2.1 系统总体设计思想及优选方案的确定本系统是根据许多前辈设计组合钻床的电气控制系统的基础上，依据许多先进的可编程控制器技术综合完成本次双面组合钻床的电气控制系统的设计。本章主要介绍系统的总体设计思想及可编程控制器的设计原则。2.1.1 卧式双面组合钻床电气控制系统的构成结合许多文献资料本节主要介绍组合机床的电气控制系统的一般构成及在设计电气控制系统时的一般过程。双面组合机床的电气控制系统一般包括：PLC，接触器，各种开关触点等。在设计双面组合钻床电气控制系统的时候，一般要通过如下过程：详细了解机床工作循环及互锁要求；熟悉双面组合钻床及PLC中各种通用及专用部件的动作过程及其对电气控制系统的要求；对液压控制系统也要有一定的了解，同时要掌握电磁铁的工作特性，有关数据及其接通表；了解机床及其电气控制控制系统中各辅助设备的工作情况（如冷却，润滑，排屑，滑台，加工机构等）；经过上述过程后，就可进行电路设计：先考虑各单元电路，然后将它们连成系统。开始设计一满足循环要求为主，其次再考虑去掉多余的电器，最后书写系统说明一检查系统的正确性。2.1.2 系统的功能要求本次课题是要求我设计一套用PLC控制组合机床的电气控制系统，鉴于当今社会的发展趋势，我也很努力的去选材，最后定为设计用PLC控制双面组合钻床的电气控制系统了。本系统是为了适应加工在工件两相对表面上钻孔的一种高效率自动化专用加工设备。机床的两个液压动力滑台对面布置，左、右刀具电动机分别固定在两边的滑台上，中间底座上装有工件定位夹紧装置。该控制系统可实现三方面的要求：(1)动力部件的点动、复位控制。(2)动力部件安全性自动循环。(3)整批零件全自动工作循环控制。为保证控制系统工作的可靠性，PLC应良好接地，要安装在控制柜中，以防止灰尘、油污、水溅，防止太阳直接照射。同时输入、输出线不能用同一根电缆，应分开接线。双面组合钻床是一种钻削较厚工件的加工钻床，加工要求双面同时钻削，并同轴钻孔。加工精度要求高，采用传统的继电 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、成本高等缺点，而采用可编程序控制器控制，不仅可以提高控制的可靠性，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2.1.3 PLC控制系统的特点可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机。采用了可编程序的存储器，用于其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时和计数和算术操作等面向用户的指令,并通过数字式和模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其外部有关设备都按易于与工业控制系统连成一个整体,易于扩充其功能原则设计的。可编程控制器的性能指标是有使用者先提出的,它具有以下几个特点:（1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。在I/O环节，PLC采用了光电隔离、滤波等多种措施。系统程序和大部分的用户程序都采用EPROM存储，一般PLC的平均无故障工作可达几万小时以上。（2）控制能力强PLC所采用的CPU一般是具有较强位处理功能的位处理机，为了增强其复杂控制功能和联网通信等管理能力，可以采用双CPU的运行方式，使其功能得到极大的加强。（3）编程方便易学 第一编程语言（梯形图）是一种图形编程语言，与多年来工业现场使用的电器控制图非常相似，理解方式也相同，非常适合现场人员学习。（4）适用于恶劣的工业环境 PLC采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。（5）与外部设备连接方便PLC采用统一接线方式的可拆装的活动端子排，提供不同的端子功能适合于多种电气规格。（6）体积小、重量轻、功耗低（7）性价比高（8）模块化结构，扩展能力强根据现场需要进行不同功能扩展和组装，一种型号的PLC可用于控制从几个I/O点到几百个I/O点的控制系统。（9）维修方便，功能更改灵活目前的可编程控制器具有数字量和模拟量的输入输出、逻辑和算术运算、定时、记数、顺序控制、通信、记录和显示等功能，使设备控制水平大大提高。程序的修改就意味着控制功能的修改，因此功能的改变非常灵活。由于上述特点,近几十年来,随着大规模及超大规模集成电路技术和数字通信技术的进步与发展，PLC的发展也十分迅速,而且这种发展还在不断的进行,使可编程控制器逐步与工业控制计算机之间的距离拉近,又由于采用了表面安装技术,使其体积变小,易于使用, 在更多的工业控制的要求下,有了丰富的I/O模块,并采用了普遍的编程语言-梯形图,以其直观、形象、简单易于理解和掌握特点被广大用户熟悉和接受.在新推出的PLC系统中还具有网络功能,这就很容易使工业生产过程自动化和信息管理自动化结合起来.2.1.4 PLC控制技术的总体设计思想一般PLC控制系统的设计原则是:1.选用的PLC必须满足被控制对象的要求.2.选用的PLC不仅要着眼于现在还要适当的考虑将来发展的需要.3.在满足上述两个前提的情况下,力求使系统具有较好的性能和低廉的价格.PLC控制系统的设计步骤如下:1.根据被控对象的控制要求,确定这个系统的输入输出设备的数量,从而确定PLC的I/O的点数,包括开关量I/O,模拟量I/O以及特殊功能模块2.选用的PLC的I/O点数应有一点余量,在性能价格比变化不大的情况下,尽可能选用同类型中功能强的一代PLC,对于三菱公司的小型PLC来说,一般选用FX系列的产品,而不选用F系列的产品确定选用的PLC的机型3.建立I/O分配表,绘制PLC控制系统的输入输出接线图4.根据控制要求绘制程序的流程图5.编制用户程序,并借助编程器将用户程序装入PLC的用户程序储存器6.在实验室里模拟调试用户程序7.完成第六步的工作后,进行现场联机调试用户程序8.整个系统的调试工作结束后,编制技术文件9.文件使用本次设计课题具体到“用PLC控制双面组合钻床的电气控制系统的设计”上，用继电器得电失电的方法实现动力滑台的运动以及电动机的进给运动。因而要求：一是用可编程控制器与继电器相连特点实现一般的控制程序,二是根据可编程控制器数据口的数据检测速度、位置。PLC控制系统的构成及运行原理随着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。下面给出了PLC控制系统的流程图： 本次组合钻床的电气控制系统的设计主要是运用PLC良好的开关量控制及模拟量控制。PLC的开关量控制是最基本，最广泛的应用领域，它取代了传统的继电器电路，实现逻辑控制，顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用语多机群控及自动化流水线。如注塑机，印刷机，订书机械，组合机床，磨床，包装生产线，电镀流水线等。而在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度，压力，流量和速度等都是模拟量，这就需要用到了PLC对模拟量的控制来实现对组合机床的控制。被 控 对 象现场调试调试现场接线满足要求吗模拟调试程序装入存储器绘制流程图建立I/O分配表,绘制PLC与外围接线图分析控制要求, 确定I/O点数确定PLC的机型绘制用户程序设计控制框修改修改满足要求？投入运行图1-3 PLC控制系统的设计流程图2.2 关键技术及主要研究任务PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。此电气控制的特点如下：(1)动力滑台的动作由行程开关进行顺序控制，保证准确定位；(2)采用指示灯来显示动力滑台的动作情况，直观明显；(3)工作台的进退有连续控制和点动控制两种形式，实现正常运行和调整对刀。(4)工作台有行程、过载、过流、零压、漏电等安全保护装置。3 系统的控制方法及PLC控制程序的编写3.1 双面组合钻床的动作循环要了解组合机床的动作循环过程，对双面组合钻床的液压控制系统的学习是至关重要的，下面就双面组合钻床的液压控制系统做一个详细的说明。国内目前应用的组合机床液压系统使用的液压元件较多，油路较复杂，导致压力损失较大，效率较低，油温较高。而且液压电磁换向阀的电磁铁数目较多，电气控制系统较复杂。这对液压系统的性能和电气控制系统的工作可靠性造成一定的影响。针对上述缺点，在设计双面组合机床液压系统及其PLC控制系统时，进行整体优化的目标是在保证液压系统性能和电气控制要求的前提下，使用的液压元件最少；电磁换向阀的电磁铁数目最少；油路压力损失最低；控制电路最简单。液压进给回路选用中位机能为K型的三位五通电磁换向阀作主换向阀，实现滑台原位停止时的中位卸荷，省去传统的卸荷阀；采用主换向阀和二位二通电磁换向阀并联后连接液压缸的油路结构，构成局部液阻最小及管路最短的差动快进回路。定位、夹紧回路采用机械定位二位四通电磁换向阀控制定位缸和夹紧缸的换向。由于采用机械定位，提高了可靠性。定位完成后到夹紧的开始由单向顺序阀控制，可节省一个二位二通电磁换向阀。液压泵选用变量叶片泵，能够在液压系统工作循环过程中，按工况所需的流量自动改变泵的输出流量，使液压系统具有较高的效率。 按照上述介绍设计液压系统的规则及设计思路，可画出双面组合钻床左半边液压控制原理图及加紧液压系统的原理图（如下图所示）： 由上述液压系统设计的概述结合组合钻床的工艺要求可选取以下机床执行电器和发信元件电动机：液压泵电动机：Y90L4B5，15KW，3.7A，1440r/min 左主轴电动机：Y112M6B5，2.2KW，5.6A，960r/min 右主轴电动机：Y112M6B5，2.2KW，5.6A，960r/min 冷却电动机：AB100，250W，0.64A 执行电磁铁：YA1加紧 YA2松开 YA5左滑台向前 YA4左滑台向后 YA3左滑台进给 YA8右滑台向前 YA7右滑台向后 YA6右滑台进给 YA9工件定位 YA10拔定位销 限位开关： SQ1手动定位 SQ2工件加紧 SQ3左滑台快进 SQ4左机滑台工进 SQ5左机快退 SQ6右滑台快进SQ7左机滑台工进 SQ8左机快退SQ9工件松开 由上述介绍，机床的工艺过程（工作循环）如下所述：合上电源开关，按“启动”钮，液压泵启动，装上工件，按“加紧”钮。动作循环如图所示。 加紧 加紧 快进 快进 右 左 工进 工进 滑 滑 台 台 卧式双面组合3.2 组合钻床电气控制原理图的绘制3.2.1 PLC输入/输出端子分配整体图3.2.2 组合钻床电气控制原理图的绘制见本设计大图3.3 PLC控制程序的编写3.3.1 可编程控制器的选取PLC是一种专用微机，其硬件结构与普通微机相同，但它主要是用于完成较复杂的继电器接触器控制系统的功能。在电气控制系统中，要想成功的设计出完善，可靠的电气控制系统首先要正确选择所使用可编程控制器。在实际应用中，根据设计要求、输入输出点数以及所需继电器数来选择型号。因此，本设计经分析并考虑随着技术发展需具备一定的兼容，选用FX48MR机型。