仿形液压铣床的PLC控制系统设计.doc

仿形液压铣床的PLC控制系统设计仿形液压铣床的PLC控制系统设计开题报告一、背景、现状及发展趋势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。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。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。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。可编程控制器以其简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列优点，在汽车、钢铁、航空航天、船舶、化工、纺织、食品、造纸、军工等工业领域获得了广泛的应用，它的功能丰富，渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业。PLC应用于铣床，使铣床自动化程度得到提高。PLC易学易懂、控制简单，可使数控铣床使用得到普及，提高生产效率。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能，这很适合多品种、小批量的生产场合。这样使得机床的灵活性增强，适应现在市场多变，产品跟新速度快的现象。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。二、设计目的 通过本次毕业设计使自己对PLC在数控铣床中的应用有更加充分的认识，进一步掌握系统工作流程图的制作，PLC的选型、程序的编制。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。三、设计工作1、概述2、整体设计3、硬件设计4、PLC控制软件设计四、时间安排第一周：查阅并收集资料，确定设计题目。第二周：确定整体设计方案并编写设计开题报告。第三七周：具体硬件、软件设计，实现控制要求。目录摘要2彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。1概述3謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。1.1铣床的介绍3厦礴恳蹒骈時盡继價骚。1.2自动铣床的发展及现状3茕桢广鳓鯡选块网羈泪。2整体设计4鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。3硬件设计4籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。3.1 PLC的特点及主要功能4預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。3.2 PLC型号的选择5渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。3.3液压仿形铣床行程分析8铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。3.4 PLC的I/O地址分配图13擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。3.5 PLC外部接线图15贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。4PLC控制软件设计16坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。4.1系统工作流程图16蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。4.2梯形图17買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。结论19綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。谢辞19驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。参考文献20猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。外文资料21锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。中文翻译27構氽頑黉碩饨荠龈话骛。仿形液压铣床的PLC控制系统设计摘要：介绍铣床的定义及自动化铣床的发展和现状，详细的介绍了液压仿形铣床的工作原理并且以一维仿形为例详细的介绍了仿形铣床的工作过程及过程分析；PLC的特点（体积小，重量轻，能耗低可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全，功能完善，适用性强易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造）主要功能（步进顺序控制，数据处理，限时控制，条件控制，计数控制，模 /数和数 /模转换）以及PLC型号选择所要注意的事项（容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力）；根据仿形铣床的工作流程制作流程图，编写程序制作梯形图，绘制I/O地址分配图。輒峄陽檉簖疖網儂號泶。关键词：仿形液压铣床；PLC；流程图；梯形图Abstract：Describes the definition and automation of milling machine milling machine development and current situation, described in detail the working principle of hydraulic copy milling machine, and copying a one-dimensional case described in detail the process of copying the work of milling and process analysis; PLC characteristics (volume Small, light weight, low energy consumption, high reliability, strong anti-interference; fully furnished, perfect function, applicability and easy to use, welcomed by the engineering and technical personnel; system design, construction work is small, easy maintenance, easy transformation) the main function (step sequence control, data processing, limited control, conditional control, count controls, analog / digital and digital / analog conversion) and the PLC model to select the desired note (capacity, I / O module, power module special function modules, communication networking capabilities); copy milling machine according to the workflow flowcharts, programming production ladder, drawing I / O address assignment map. 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。Key words：hydraulic copying milling machine; PLC; flow; Ladder识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。1概述1.1铣床的介绍铣床是以各类电动机为动力的传动装置与系统的对象以实现生产过程自动化的技术装置。电气系统是其中的主干部分，在国民经济各行业中的许多部门得到广泛应用。凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。随着电子技术的发展，可编程序控制器日益广泛的应用于机械、电子加工与设备电气改造中。 铣床作为机械加工的通用设备在内燃机配件的生产中一直起着不可替代的作用。自动铣床具有工作平稳可靠，操作维护方便，运转费用低的特点，已成为现代生产中的主要设备。自动铣床控制系统的设计是一个很传统的课题，现在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，铣床控制的设计方案也越来越先进，越来越趋于完美，各种参考文献也数不胜数。在我国7080年代大多数铣床中,大多数的开关量控制系统都是采用继电器控制,也有相当一部分辅机系统是采用继电控制。因此,继电器本身固有的缺陷,给铣床的安全和经济运行带来了不利影响,用PLC对铣床的继电器式控制系统进行改造已是大势所趋。恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。1.2自动铣床的发展及现状从上世纪80 年代起铣床制造业的发展虽有起伏但对自动控制技术和自动铣床床一直给予不是很大的关注。经过九五自动车床和加工中心包括自动铣床的产业化生产基地的形成，所生产的中档普及型自动铣床的功能性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。但在中高档自动铣床方面与国外一些先进产品相比仍存在较大差距。这是由于欧美日等先进工业国家于80 年代先后完成了自动机床产业进程，其中一些著名机床公司致力于科技创新和新产品的研发引导着数控机床技术发展，如美国英格索尔公司和德国惠勒喜乐公司对用于汽车工业和航空工业高速数控铣床的发展日本牧野公司对高效精密加工中心所作的贡献，德国瓦德里希公司在重型龙门五面加工铣床方面的开发以及日本马扎克公司研发的车铣中心对高效复合加工的推进等等。相比之下，我国大部分数近代机床产品在技术处于跟踪阶段。表1以中挡铣床为例列出国内外先进产品主要技术指标，由此可以看到效率精度和可靠性等方面均有明显差。鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。随着科学技术的不断发展，生产工艺的不断发展改进，特别是计算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。在控制方法上，从手动控制发展到自动控制;在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在操作上，从策重发展到信息化处理；在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微型计算机为中心的网络化自动控制系统。X62W铣床综合了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技术、通信技术、网络技术等先进的科学技术成果。硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。工业、农业、科学和国防现代化建设要求机械产业不断地提供各种先进的设备。如电力机床、内燃机车、工程机械等设备。阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。利用刀具对金属毛坯进行切削，从而加工出机械零件的工作机械称为金属切削机床，简称机床。机床是现代机械制造业中最重要的加工设备，在一般机械制造厂中，机床所担负的加工工作量约占机械制造总工作量的40%60%。氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。机床的性能直接影响机械产品的性能、质量和经济性。因此，它是国民经济中具有战略意义的基础工业，机床的拥有量及其先进程度将直接影响到国民经济各部门生产发展和技术进步的能力。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。仿形铣床是由普通机床发展而来。它集于机械、液压、气动、伺服驱动、精密测量、电气自动控制、现代控制理论、计算机控制等技术于一体，是一种高效率、高精度能保证加工质量、解决工艺难题，而且又具有一定柔性的生产设备。仿形铣床的广泛应用，给机械制造业的生产方式、产品机构和产业机构带来了深刻的变化，其技术水平高低和拥有量多少，是衡量一个国家和企业现代化水平的重要标志。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。2整体设计PLC控制液压泵电机、驱动主轴电机、驱动进给电机、驱动冷却泵电机。PLC控制液压泵电机启动带动仿形指接触要被仿形的工件，驱动主轴电机、驱动进给电机、驱动冷却泵电机根据仿形形式进行运动。谚辞調担鈧谄动禪泻類。3硬件设计3.1PLC的特点及主要功能3.1.1PLC的一般特点3.1.1.1编制程序简单。PLC一般采用易于理解和掌握的梯形语言及面向工业控制的简单指令编制程序，非常形象直观。对于小型PLC而言，几乎不需要任何专门的计算机知识，特别适合现场工程技术人员使用。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。3.1.1.2控制系统构成简单、通用性强。虽然PLC种类繁多，但由于其产品的系列化和模块化，且软件包齐全，用户可灵活组成各种规模和要求不同的控制系统。用户在硬件设计方面，只需确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线，不需要诸如继电器之类的固体电子器件和大量繁杂的硬接线电路。当控制要求改变，需要变更控制系统的功能时，只要改变存贮器中的控制程序即可。PLC的输入、输出可直接与交流220V、直流24V等强电相连，并有较强的带载能力。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。3.1.1.3抗干扰能力强、可靠性高。PLC是专为工业控制设计的。能适应工业现场的恶劣环境。在PLC的设计和制造过程中，采取了多层次抗干扰及精选元器件等措施，使PLC的平均无故障时间通常在2000小时以上，这是一般的其他电气设备做不到的。绝大多数用户都将可靠性作为选取控制装置的首要条件，因此PLC在硬件和软件方面均采取了一系列的抗干扰措施。在硬件方面，PLC采取的抗干扰措施主要是隔离和滤波技术。PLC的输入和输出电路一般都用光电耦合器传递信号，使CPU与外部电路完全切断电的联系，有效地抑制外部干扰源对CPU的影响。在PLC的电源电路和I/O接口中，还设置了多种滤波电路，以抑制高频干扰信号。在软件方面，PLC设置了故障检测及自诊断程序、用来检测系统硬件是否正常，用户程序是否正确，便于自动地做出相应的处理，如报警、封锁输出、保护数据等。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。3.1.1.4易于操作及维护。PLC的控制程序可通过其专用的编程器输入到PLC的用户程序存贮器中。编程器不仅能对PLC控制程序进行写入、读出、检测、修改等操作，还能对PLC的工作进行监控。使得PLC的操作及维护都很方便。PLC还具有很强的自诊断能力，能随时检查出自身的故障，并显示给操作人员，使操作人员能迅速检查、判断故障原因。由于PLC的故障率很低，并且有完善的诊断和显示能力，当PLC或外部的输入装置及执行机构发生故障时，如果是PLC本身的原因，在维修时只需要更换插入式模块及其它易损件即可，既方便又减少影响生产的时间。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。3.1.1.5设计、技工、调试周期短。用PLC完成一项控制工程时，由于其硬、软件齐全，设计和施工可同时进行。由于用软件编程取代了继电器硬接线，实现控制功能，使得 控制柜的设计及安装接线工作量大为减少，缩短了施工周期。同时，由于用户程序大都可以在实验室模拟调试，调好后再将PLC控制系统在生产现场进行联机调试，使得调试方便、快捷、安全，因此大大缩短了设计和投运周期。颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。3.1.2PLC的主要功能PLC是采用微电子技术来完成顺序控制功能的自动化设备，可以在现场的输入信号作用下，按照预先输入的程序。控制现场的执行机构按照一定规律进行动作。其主要功能如下：濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。3.1.2.1开关量控制。这是PLC最基本最广泛的应用领域，用来取代继电器控制系统、实现逻辑控制和顺序控制。它既可用于单机控制或多机控制，又可用于自动化生产线的控制。PLC可根据操作按钮、限位开关及其他现场给出的指令信号或检测信号，控制机械运动部件进行相应的动作。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。3.1.2.2限时控制PLC为用户提供了一定数量的定时器，并设置了计时指令，一般可实现0.1-999.9s及0.001-99.99s的定时控制，也可按一定方式进行定时时间的扩展。PLC的限时控制精度高、定时时间设定方便、灵活，同时，PLC还提供了高精度的时钟脉冲，用于精确的定时控制。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。3.1.1.3计数控制PLC为用户提供的计数器分为普通计数器、可逆计数器、高速计数器等、以完成不同用途的技术控制。当计数器的当前计数值变为0（或设定值）或在某一数值范围时，发出控制指令。计数器的计数值可以在运行中被读出，也可以在运行中进行修改。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。3.1.1.4步进控制PLC能通过移位寄存器方便地完成步进控制功能。有些PLC专门设有步进控制指令，使得编程更为方便。此功能在进行顺序控制时非常有效。塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。3.1.1.5数据处理大部分PLC都具有不同程度的数据处理功能，如F2系列、C系列、S5系列等均能完成数据运算，如加、减、乘、除、乘方、开方等，逻辑运算如与、或、异或、求反等，以及数据的移位、比较、传递等操作。裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。3.1.1.6模拟量处理。目前很多PLC甚至小型机都具有模拟量处理功能，而且编程和使用都很方便。这里，模拟量一般为4-20mA的电流，或1-5V的电压；数字量为8位或12位二进制数。用PLC进行模拟量控制的优点是：在进行模拟量控制的同时，开关量也可以控制。这个优点是别的控制器所不具备的，或实现起来不如PLC方便。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。3.2PLC型号的选择随着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、系统、编程方式、价格等也各有不同，使用的场合也各有不同，适用的场合也各有侧重。隐刺，合格选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要的意义。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。PLC的选择主要应用于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。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。3.2.1根据PLC机型选择PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑一下几点：瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。3.2.1.1合理的结构型式。PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，一般用于系统工艺过程比较固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便，在I/O点数、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般与不交复杂的控制系统。鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。3.2.1.2安装方式的选择PLC系统的安装方式分为集中式，远程式I/O式以及多天PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反应快、成本低；远程I/O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I/O可以分散安装在现场装置附近，连线短，单需要增设驱动器和远程I/O电源；多天PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要互相联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。3.2.1.3相应的功能要求一般小型（抵档）PLC具有逻辑运算、定时、计数功能，对于只需要开关量控制的设备都可以满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A/D和D/A转换单元，具有加减算数运算、数据传送功能的增强型低档PLC。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制。通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或者高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。3.2.1.4响应速度要求PLC是为永夜自动化设计的通用遥控器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足去应用范围内的需要。遇过跨范围使用PLC，或者某些功能或者信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，课选用具有高速I/O处理功能的PLC，或者选用具有快速响应模块和终端输入模块的PLC等。詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。3.2.1.5系统可靠性的要求对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对于可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或者热备用系统。3.2.1.6机型尽量统一一个企业，赢精良做到PLC的机型统一。主要考虑到以下问题：机型统一，其模块可互为备用，便于备品件的采购和管理；机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高；机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上为计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。在控制系统逻辑关系较复杂（需要大量中间继电器、时间继电器、计数器等）、工艺流程和产品改型比较频繁、需要进行数据处理和信息管理（有数据运算、模拟量的控制、PID调节等）、系统要求有较高的可靠性和稳定性、准备实现工厂自动化联网等情况下，使用PLC控制是很必要的。胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。3.2.2根据I/O模块选择目前，国内众多的生产厂家提供了很多系列功能各异的PLC产品，使用户眼花缭乱、无所适从。所以全面衡量利弊、合理地选择机型残能达到经济实用的目的。一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目的贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。机型的选择可以从以下几个方面考虑。鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。盲目的选择点数多的机型会造成一定的浪费。要先弄清楚控制系统的I/O点总数，在按实际所需要点数的15%-30%流出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需PLC点数。稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。另外要注意，一些高密度输入点的模块对同事接通的输入点数有限制，一般同事接通的驶入点不得超过总输入点的60%；PLC每个输出点的驱动能力（A/点）也是悠闲地，有的PLC其每点输出电流的大小随所加负载电压的不同而异；一般PLC的允许输出电流随环境温度的升高而有所降低等。在选机型时要考虑这些问题。陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。PLC的输出点可分为共点式、分组式和隔离式集中几种接法。隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级。单这种PLC平均每点的价格较高。如果输出信号之间不需要隔离，则应该选择前两种输出方式的PLC。沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。3.2.3根据存储容量选择对用户存储容量只能做粗略的估计。在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输出总点数乘10字/点+输出总点数乘5字/点开估计；计数器/定时器(3-5)字/个估计；有运算处理时按（5-10）字/量估算；再有模拟量输入/输出的提供中，可以按每个/（或输出）一路模拟量约（80-100）字左右的存储容量估算；有通信处理时按每个接口200字以上的数量粗略估算。随后一般按估算容量的50-100%留有余量，对缺乏经验的设计者，选择容量时要有较大的富余。钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。3.2.4根据I/O响应时间选择PLC的I/O响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在2-3个扫描周期）等。对于开关量控制的系统，PLC和I/O响应时间一般都能满足实际工程的要求，不必考虑I/O响应问题。单对于模拟量控制系统、特别是闭环系统就要考两次这个问题。懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。3.2.5根据输出负载的特点选型不同的负载对PLC的输出方式有响应的要求。例如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型的，而不应选用继电器输出型的。但继电器输出型的PLC有许多优点，如导通压降下，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电电压和过电电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。所以动作不频繁的交。直流负载可以选择继电器输出型PLC.謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。3.2.6对在线和离线编程的选择离线编程是指主机和编程器共用一个CPU，通过编程器的方式选择开关来选择PLC的编程、控制和运行工作状态。编程状态时，CPU只为编程器服务，而不对现场进行控制。专用编程器编程属于这种情况。在线编程是指主机和编程器各有一个CPU，主机的CPU完成对现场的控制，在每一个扫描周期末尾与编程器通信，编程器把修改的程序发给主机，在下一个扫描周期主机将按新的程序对现场进行控制。计算机辅助编程技能实现离线编程，也能实现在线编程。在线编程需购置基选集，并配置编程软件。采用哪种编程方法赢根据需要决定。呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。经过对仿形液压铣床的电路机电控制系统的分析可知，系统共需要开关量实属点数为18个，开关量输出点数为12个，考虑系统的经济性和技术指标，拟选用三菱公司的微型机FX2N-48MR机型，该机基本单元有24个输入点，24个输出点，完全能够满足控制要求。如图3-1莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。图3-1 FX2N-48MR3.3液压仿形铣床行程分析3.3.1仿形系统工作原理基本原理是使用Renishaw差动变压器的传感放行头及伺服驱动电机，与X轴（工作台左右）、Y轴（前后）和Z轴（上下）的坐标系统响应的进行传感和驱动。通过仿形头传感的各轴的偏转，由差动变压器变换成电压量。然后经过模拟/数转换编程位移量。麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。最后根据所算的仿形方式分配各轴的速度。按照仿形时仿形头的退让方向，仿形可分为三种方式：一维仿形、二维仿形、三维仿形。下面加以介绍。納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。3.3.1.1一维仿形一维仿形是指用三个轴的综合位移D-1（X轴、Y轴、Z轴）对进给轴和仿形轴进行平面等速控制的仿形方式。一维仿形时，仿形头只有一个退让方向。即沿着所选定的仿形轴（正或负）的方向退让。例如，制定Z轴为仿形轴，X轴为进给轴时的一维仿形的仿形动作是通过判定Z轴的进给位移D-Z的方向，来决定Z轴的运动方向（是上升还是下降），在根据综合位移D-1的大小来决定Z轴的速度。根据由无行进给，一维仿形可分为下面的两种風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。a.X-Y平面上的一维仿形（无行进给），这种情况一般用于二维图形的加工；b.Z-X或Z-Y平面的一维仿形（带Y轴或X轴方向上的行进给），这种方式为铸造模具生产中实际使用的主要加工方式。灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。3.3.1.2二维仿形二维仿形是指仿形头沿着仿形头轨迹的法线方向进给退让的仿形形式。二维仿形根据仿形头在X轴或Y轴方向的偏置来对顶道具在这两个方向上的速度分配。铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。根据有无层进给，二维仿形可分为下面两种形式：a.X-Y平面上的二维仿形（无层进给）。b.X-Y平面上的二维仿形加上Z轴方向上的层进给。3.3.1.3三维仿形所谓三维仿形是指二维仿形加上一维仿形。在X-Y平面上进行二维仿形，而Z轴单独 通过判别D-Z的大小和方向来决定将要加到Z轴上的速度，为此进行Z轴上的一维仿形。其特征是仿形头与实体始终保持两点（一为测点，另一个为底点）接触，而不是通常的一点。攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。一般挺狂下，三维仿形用于被测实体的母线与测杆轴线平行时的清跟切削加工（一般用球型测头进行三维仿形）。下面以一维仿形的动作过程为例，简述仿形工作过程。AX-Y平面一维仿形X-Y平面的一维仿形一般用于对板类零件做二维图形（轮廓），在四个方向上分别作仿形加工，如图3-2所示。趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。图3-2 X-Y 平面一维仿形示意图a.X仿Y进：图3-3-b中，若选择X轴为仿形轴，则图3-3-c所示的仿形进给坐标选择开关无效，此时隐含着Y轴为仿形进给轴，进给方向则由图3-3-d的仿形进给方向选择开关确定。如果选择“+”，则以当前点位基准点，沿Y轴的“+”方向仿形进给；如选择“-”，则沿Y轴“-”方向仿形进给。而接近轴默认为仿形轴，接近方向由点动JOG确定。“+JOG”意味着仿形头沿仿形轴的“+”方向接近实体；“+JOG”意味着仿形头沿仿形轴的“-”方向接近实体；此时JOG起作用的前提条件是：机床工作状态选择为“仿形加工”。工作方式选择为“自动”，且“循环启动”按钮已经按下。夹覡闾辁駁档驀迁锬減。b.Y仿X进:图3-3-b中,若选择Y轴为仿形轴,则由图3-3-c所示的仿形进给坐标选择开关无效,此时隐含着X轴为仿形进给轴,进给方向由图3-3-d的仿形进给方向选择开关确定。其操作方法与“X仿Y进”相同。视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。图3-3 与仿形有关的几个开关BZ-X平面或Z-Y的一维仿形图3-3-b中,若选择Z轴为仿形轴,则图3-3-c所示的选择开关用于仿形进给坐标轴选择(可分别选择X轴或Y轴)。偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。a.若选择X轴为仿形进给轴(即ZX平面一维仿形),则隐含着Y轴为仿形行进给轴。仿形进给方向则由图3-3-d的仿形进给方向选择开关确定;如选择“+”(见图3-4),则以当前点为基准点,沿X轴“+”方向仿形进给;如选择“-”,则沿X轴“-”方向仿形进给,此时仿形行进给方向由图3-3-d的仿形行进给方向选择开关确定;如选择“+”,则沿Y轴“+”方向作仿形行进给;如选择“-”,则沿Y轴“-”方向作仿形进给。緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。b.Y(Z-Y平面一维仿形),则隐含着X轴为仿形行进给轴。仿形进给方向则由图3-3-d的仿形进给方向选择开关确定。其它功能与上述ZX平面一维仿形操作相同。注意:接近轴默认为仿形轴(即Z轴),騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。接近方向总是Z轴的负方向。由点动开关JOG(无论正负)启动测头沿仿形轴Z轴的“-”方向接近实体。此时JOG起作用的前提条件是,工作状态选择为“仿形加工”,工作方式选择为“自动”,“循环启动”按钮已按下。在图3-4中,当仿形测头在X轴方向前进至仿形区域边界时,按下换向开关或压下所设置的换向行程开关,仿形测头停止前进,向Y轴方向(即行进给方向)移动规定的距离后,即作反向仿形动作。疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。图3-4 Z-X平面一维仿形示意图3.3.2主轴电动机的控制3.3.2.1主轴电动机的启动启动前，先选择好主轴转速，并将主轴换向的转换开关扳到所需转向上。然后，按下启动按钮，接触器通电吸合并自锁，主电动机启动。接触器的辅助常开触点闭合，接通控制电路的进给线路电源，保证了只有先启动主轴电动机，才可启动进给电动机，避免损毁工件或刀具。镞锊过润启婭澗骆讕瀘。3.3.2.2主轴电动机的制动为了使主轴停车准确，且减少电能损耗，主轴采用电磁离合器制动。该电磁离合器安装在主轴传动链中与电动机轴相连的第一根传动轴上。当按下停车按钮时，接触器断电释放，电动机失电。与此同时，停止按钮的常开触点接通电磁离合器，离合器吸合，将摩擦片压紧，对主轴电动机进行制动。直到主轴停止转动，才可松开停止按钮。主轴制动时间不超过0.5s。榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。3.3.2.3主轴变速冲动主轴变速是通过改变齿轮的传动比进行的。当改变了传动比的齿轮组重新啮合时，因齿之间的位置不能刚好对上，若直接启动，有可能使齿轮打牙。为此，本机床设置了主轴变速瞬时电动控制线路。变速时，先将变速手柄拉出，再转动蘑菇形变速手轮，调到所需转速上，然后，将变速手柄复位。就在手柄复位的过程中，压动了行程开关，行程开关触点先断开，常开触点后闭合，接触器线圈瞬时通电，主轴电动机作瞬时点动，使齿轮系统抖动一下，达到良好啮合。当手柄复位后，限位开关复位，断开主轴瞬时点动线路。若瞬时点动一次没有实现齿轮良好啮合，可重复上述动作。邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。3.3.2.4主轴换刀控制在主轴上刀或换刀时，为避免人身事故，应将主轴置于制动状态。为此，控制线路中设置了换刀制动开关。只要将换刀开关拨到“接通”位置，其常开触点断开接通电磁离合器，将电动机轴抱住，主轴处于制动状态。同时，常闭触点断开，切断控制回路电源。保证了上刀或换刀时，机床没有任何动作。当上刀、换刀结束后，应将换刀开关扳回“断开”位置。嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。3.3.3进给运动的控制工作台的进给运动分为工作进给和快速进给。工作进给只有在主轴启动后才可进行，快速进给是点动控制，即使不启动主轴也可进行。工作台的左、右、前、后、上、下6个方向的运动都是通过操纵手柄和机械联动机构带动相应的行程开关使进给电动机正转或反转来实现的。两个行程开关控制工作台的向右和向左运动，两个行程开关控制工作台的向前、向下和向后、向上运动。 该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。进给拖动系统用了两个电磁离合器，都安装在进给传动链中的第4根轴上。当左边的离合器吸合时，连接上工作台的进给传动链；当右边的离合器吸合时，连接上快速移动传动链。劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。3.3.3.1工作台的纵向(左、右)进给运动工作台的纵向运动由纵向进给手柄操纵。当手柄扳向右边时，联动机构将电动机的传动链拨向工作台下面的丝杠，使电动机的动力通过该丝杠作用于工作台。同时，压下行程开关，行程开关常开触点闭合，常闭触点断开，接触器线圈得电吸合，进给电动机正转，带动工作台向右运动。臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。当纵向进给手柄扳向左边时，行程开关受压常开触点闭合，常闭触点断开，接触器通电吸合，进给电动机反转，带动工作台向左运动。鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。3.3.3.2工作台的垂直(上、下)与横向(前、后)进给运动工作台的垂直与横向进给手柄操纵。该手柄有5个位置；即上、下、前、后、中间。当手柄向上或向下时，机械机构将电动机传动链和升降台上下移动丝杠相连；向前或向后时，机械机构将电动机传动链与溜板下面的丝杠相连；手柄在中间位时，传动链脱开，电动机停转。 穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺。以工作台向下(或向前)运动为例，将垂直与横向进给手柄扳倒向下(或向前)位，手柄通过机械联动机构压下行程开关，常开触点闭合，常闭触点断开，接触器线圈得电吸合，进给电动机正转，带动工作台做向下(或向前)运动。隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。若将手柄扳倒向上(或向后)位，行程开关被压下，常开触点闭合，常闭触点断开，接触器得电，进给电动机反转，带动工作台做向上(或向后)运动。浹繢腻叢着駕骠構砀湊。3.3.3.3进给快速冲动在改变工作台进给速度时，为使齿轮易于啮合，也需要使进给电动机瞬时点动一下。其操作顺序是：先将进给变速的蘑菇形手柄拉出，转动变速盘，选择好速度。然后，将手柄继续向外拉到极限位置，随即推回原位，变速结束。就在手柄拉到极限位置的瞬间，行程开关被压动，常开触点先断开，常闭触点闭合，接触器得电，进给电动机瞬时正转。在手柄推回原位时，限位开关复位，进给电动机只瞬动一下。由接触器的得电路径可知，进给变速只有各进给手柄均在零位时才可进行。鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。3.3.3.4工作台的快速移动工作台6个方向的快速移动也是由进给电动机拖动的。当工作台工作进给时，按下快移按钮，接触器得电吸合，其常闭触点断开电磁离合器，常开触点接通电磁离合器。另一个接触器的吸合，使进给传动系统跳过齿轮变速链，电动机直接拖动丝杠套，工作台快速进给，进给方向仍由进给操纵手柄决定。松开接触器的按钮，该接触器断电释放，快速进给过程结束，恢复原来的进给传动状态。惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵。由于在主轴启动接触器的常开触点上并联了快速进给接触器的一个常开触点，故在主轴电动机不启动的情况下，也可实现快速进给。贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。3.3.4圆工作台的控制当需要加工螺旋槽、弧形槽和弧形面时，可在工作台上加装圆工作台。圆工作台的回转运动也是由进给电动机拖动的。嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲。使用圆工作台时，先将控制开关扳到“接通”位。再将工作台的进给操纵手柄全部扳到中间位，按下主轴启动按钮，主轴电动机启动，接触器线圈经得电吸合，进给电动机正转，带动圆工作台做旋转运动。薊镔竖牍熒浹醬籬铃騫。可见，圆工作台只能沿一个方向做回转运动。由于启动电路途经4个行程开关的常闭触点，故扳动工作台任一进给手柄，都会使圆工作台停止工作，保证了工作台进给运动与圆工作台工作不可能同时进行。齡践砚语蜗铸转絹攤濼。3.3.5冷却泵电动机的控制与工作照明由主电路可以看出，只有在主轴电动机启动后，冷却泵电动机才有可能启动，冷却泵电动机还受开关定时开关控制。绅薮疮颧訝标販繯轅赛。变压器将380V交流电变为24V的安全电压，供给照明灯，用转换开关控制。3.3.6控制电路的联锁与保护3.3.6.1进给运动与主轴运动的联锁进给拖动的控制电路接在主轴启动接触器常开触点之后，故只有在主轴启动之后，工作台的进给运动才能进行。由于常开触点上并联了的常开触点,因此，在主轴未启动情况下，也可实现快速进给。3.3.6.2工作台6个运动方向的联锁3.3.6.3进给运动方向上的极限位置保护采用机械和电气相结合的方式，由挡块确定各进给方向上的极限位置。当工作台运动到极限位置时，挡块碰撞操纵手柄，使其返回中间位置。电气上使得相应进给方向上的行程开关复位，切断了进给电动机的控制电路，进给运动停止。饪箩狞屬诺釙诬苧径凛。3.4PLC的I/O地址分配图据仿形铣床电气控制要求，输入输出均为开关量，需要PCL的输入信号有6个按钮，6个行程开关，6个选择开关，共计18个。PLC输出控制信号有3个电磁离合器，8个继电器，1个照明灯，共计12个。因此，选用FX2N-48MR式PLC能满足控制要求。PLC的I/O通道分配是根据其控制对象的特点和控制要求，将I/O的输入输出口与相应的电气设备相连，达到控制和检测的目的，具体的I/O分配如下表所示:烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵。表3-1输入口序号工位名称文字符号输入口1主电机停止、制动按钮SB1X0002主电机停止、制动按钮SB2X0013 主电机启动按钮SB3X0024 主电机启动按钮SB4X0035快速进给启动按钮SB5X0046快速进给启动按钮SB6X0057冷却泵启、停转换开关SA1X0068 上刀制动转换开关SA2X0079圆、矩形工作台选择开关SA3X01010主电机正转选择开关SA4X01111主电机反转选择开关SA5X01212照明选择开关SA6X01313纵向右进给位置开关SQ1X01414纵向左进给位置开关SQ2X01515垂直下/横向右位置开关SQ3X01616垂直上/横向左位置开关SQ4X01717主轴变速冲动位置开关SQ5X02018进给变速冲动位置开关SQ6X021表3-2输出口序号工位名称文字符号输入口1瞬时通断继电器KA1Y0012瞬时通断继电器KA2Y0023瞬时通断继电器KA3Y0034主电动机用接触器KM1Y0045主电动机用接触器KM2Y0056进给电动机用接触器KM3Y0067进给电动机用接触器KM4Y0078液压马达泵电机用接触器KM5Y0109电磁制动器YB1Y01110电磁制动器YC1Y01211电磁制动器YC2Y01412照明灯ELY0153.5PLC外部接线图：4PLC控制软件设计4.1系统工作流程图4.2梯形图结论至此，基于PLC的仿形液压铣床的控制系统已经设计完成。本系统的设计采用了三菱公司的微型机FX2N-48MR机型。该型号经初步分析及最终验证均能满足本设计需要。设计中充分应用了PLC编制程序简单，控制系统构成简单、抗干扰能力强、可靠性高并且易于操作及维护，设计、施工、调试周期短的特点；使铣床自动化程度得到提高。将PLC应用于铣床使铣床的工作平稳可靠，方便了操作及维护，并且明显的降低了运行成本。并且PLC体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。本设计用PLC存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能，这很适合多品种、小批量的生产场合。这样使得机床的灵活性增强，适应现在市场多变，产品跟新速度快的现象。该设计基本上满足了生产中的需要，结果表明效果非常良好,设备运行稳定，产品一次下线合格率有所提高，设备故障率降低。该设计收到了较好的经济效益和社会效益。设计中PLC充分表现了其在控制中的灵活性；软件和硬件两方面实现了安全互锁控制，也体现了其较高的可靠性。但是在进行设计时可能考虑得不是很全面，并且设计中难免会存在缺陷，这些设计方面的不足将在今后的应用中慢慢总结并进行改善。而生产过程中的各种突发的及人为的事件对PLC控制系统的性能产生的不可测的影响，对系统将可能出现的故障，将在今后的使用中通过进一步总结研究来制定出防范措施并对系统做出改进和完善。鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键。谢辞大学的生活即将过去，只剩下了毕业设计这一最后答卷！同学们都很用心的准备着，院领导也非常重视。因为，老师曾讲过毕业设计，将是对大学所学知识的一个系统化和总结；还有要深入学习与论文相关的全新的知识。比如，本次设计的核心PLC技术我们虽然做过深入的学习，但在实际中生产中的应用却从来没有过。早在从李功勇老师那申请到毕业论文题目后，我就开始了准备；心里想着要全力以赴！一方面这是锻炼自己的一个机会，使自己的能力得到充分的发挥；另一方面为即将的就业打下一个好