后制动板三大孔粗精镗机床总体设计及电气控制部分设计

1、盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011目目 录录1 前言 .11.1 课题的来源 .11.2 国内外现状及发展趋势 .21.3 设计的思路及解决的主要问题 .32 机床总体设计. 42.1 工艺方案的拟订 .42.2 确定切削用量 .52.3 机床尺寸联系总图的确定 .73 机床的电气控制部分设计 .103.1 机床的控制要求 .103.2 机床控制方案的确定 .113.3 机床主电路的设计 .123.4 PLC 控制部分硬件的设计.133.5 PLC 控制部分软件的设计.183.6 操作面板的设计 .204 结论 .21参考文献 .22致谢 .23附录 .24盐城工学院本科生毕业设计说明书

2、 201111 1 前言前言1.1 课题的来源本课题来源于江苏高精机电设备装备公司，是对后制动板三大孔机床总体设计及电气控制部分设计。首先设计机床的总体结构，然后通过控制方案的选用，选择PLC控制来实现机床主轴、夹具、滑台之间的调整和整机循环动作控制。可编程序控制器(PLC)作为一种新型的工业自动化装置已在工业控制各个领域广泛应用，具有体积小、功耗低、寿命长、可靠性高、灵活通用、易于编程、维修及使用方便等特点。将PLC技术应用于组合镗床，使该机床实现了除装卸工件以外的全部自动循环过程，避免了过去由于大量使用继电器带来的种种缺点，改善并提高了控制性能，提高了生产效率，降低了生产成本。该公司的组合

3、机床选用PLC控制而不是继电器控制，因为PLC的控制与继电器的控制有以下不同之处：1、控制逻辑继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器触点的串联或并联，及延时继电器的的滞后动作等到组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。另 外继电器触点数目有限，每只仅有48对触点，因此灵活性和扩展性很差。而PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑只需改变程序即可，故称“软接线”。其接线少，体积小，因此灵活性和扩展性都很好。PLC由大、中规模集成电路组成，因而功耗较小。2、工作方式电源接通时，继电器控制电路中各继电器同时

4、都处于受控状态，即该吸合的都应吸合，不该吸合的都应受到某种条件限制不能吸合，它属并联工作方式。而PLC的控制逻辑中，各内部器件都处于周期性循环扫描中，属串联工作方式。3、可靠性和可维护性继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线较多。触点断开或闭合时会受到电弧的损坏，并有机械磨损、寿命短，因此可靠性和维护性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。PLC配有自检和监督功能，能检查出自身的故障并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。4、控制速度继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，触点

5、的开闭一般在几十毫秒数量级；另处，机械触点还会出现抖动问题。而PLC由程序指令控制半导体电路来实现控制，属无触点控制，速度极快，一条用户指令的执行时间一般在微秒数量级，且不会出现抖动。后制动板三大孔粗精镗机床总体设计及电气控制部分设计25、定时控制继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制。一般来说，时间继电器存在定时精确度不高、定时范围窄，且易受到环境湿度和温度变化的影响，时间调整困难等问题。PLC使用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体振荡产生，精度相当高，且定时时间不受环境的影响，定时范围一般从0.001S到若干天或更长；用户可根据需要在程序中设置定时值，然后用软件来控制定时时间。从以上

6、几个方面的比较可知，PLC在性能上优于继电器控制系统，特别是具有可靠性高，设计施工周期短，调试修改方便的特点；而且体积小、功耗低、使用维护方便。正是基于以上优点，PLC控制系统正在逐步地取代继电器控制系统。1.2 国内外现状及发展趋势在机械制造中，对于单件或小批量生产的工件，许多工厂采用通用机床进行加工。由于通用机床要适应被加工零件形状和尺寸的需要，故机床结构一般比较复杂。不仅如此，在实际生产加工中，由于只能单人单机操作，一道一道工序地完成，所以工人的劳动强度大、生产效率低，工件的加工质量也不稳定。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

7、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，目前已经广泛应用于汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工及自行车等轻工行业的大批大量生产中，并可用以组成自动生产线；在一些中小批量生产中，如机床、机车、工程制造业中也已推广应用。以下是 PLC 的发展历史：起源：1968 年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求；1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用

8、成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称 Programmable，是世界上公认的第一台 PLC；1969 年，美国研制出世界第一台 PDP-14；1971 年，日本研制出第一台 DCS-8；1973 年，德国研制出第一台PLC；1974 年，中国研制出第一台 PLC。 发展：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。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。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名

9、为Programmable Logic Controller（PLC）；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。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 80 年代至 90 年代盐城工学院本科生毕业设计说明书 20113中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 30

10、40%。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统；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。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、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。 PLC 技术发展呈现新的动向：a：产品规模向大、小两个方向发展 大：I/O 点数达 14336 点、32 位为微处理器、多 CPU 并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。 小：由整体结构向小型模块化

11、结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本； b：PLC 在闭环过程控制中应用日益广泛； c：不断加强通讯功能； d：.新器件和模块不断推出 高档的 PLC 除了主要采用 CPU 以提高处理速度外，还有带处理器的 EPROM 或 RAM 的智能 I/O 模块、高速计数模块、远程 I/O 模块等专用化模块；e：编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化 有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC 指令系统；f：发展容错技术 采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式；g：追求软硬件的标准化。1.3 设计的思路及解决的主要问题设计思路：本课题是后

12、制动板三大孔机床总体设计及电气控制部分设计，首先根据系统设计的总体要求，选用总体方案，绘制机床总体联系图，然后将选择PLC实现机床主轴、夹具、滑台的调整和整机循环动作控制。拟解决以下问题：a.确定机床总体结构方案；b.根据机床的总体电气控制要求，绘制机床总体电气分布图；c.按照仪表面板要求，进行操作台面板的设计；d. 进行主电路设计，绘制控制系统的主电路电气控制原图；e. 选定PLC的型号，分配输入/输出点，绘制PLC输入/输出端子接线图，绘制PLC伺服控制接线图；f. 进行PLC编程，编制机床主轴、滑台、夹具的调整和整机循环的动作程序。通过这次设计达到：机床运转平稳，控制动作准确、可靠，结构

13、简单，装卸方便，便于维修；通过学习与设计，使自己综合能力得到提高。后制动板三大孔粗精镗机床总体设计及电气控制部分设计42 组合机床总体设计 组合机床是按高度集中工序原则，针对被加工零件的特点及工艺要求设计的一种高效率专用机床。2.1 工艺方案的拟订制订工艺方案是设计组合机床最重要的步骤.为了使工艺方案制订得合理、先进，必须认真分析被加工零件，深入现场全面了解被加工零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求及生产率要求等，总结设计、制造、使用单位和操作者丰富的实践经验，理论与生产实际紧密结合，从而确定零件在组合机床上完成的工艺内容及方法。2.1.12.1.1 设计内容及依据设计内容

14、及依据课题来源于江苏高精机电装备公司。为保证对后制动板进行镗孔加工，需设计一台多工序组合机床。主要完成机床的总体设计及电气控制部分设计。后制动板的材料为 HT200,硬度为 HB170-220，主要为对后制动板的三大孔粗精镗，控制对象为机床的动力头、两个进给滑台，采用伺服系统，控制方式为日本的三菱 PLC 控制器。生产规模：大批大量生产。2.1.22.1.2 技术要求技术要求a. 机床整体布局要合理，美观，结构简单，装卸方便，便于维修；b. 机床应运转平稳，控制动作要准确可靠；c. 保证各动力头部件由电气控制；d. 用对电机进行控制，实现滑台快进、工进、快退等一系列动作；2.1.32.1.3

15、确定机床的配置模式确定机床的配置模式机床的配置型式主要有卧式和立式两种。卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合而成。其优点是加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时，安装、调试与运输也都比较方便；而且，机床重心较低，有利于减小振动。其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。立式组合机床床身由滑座、立柱及立柱底座组成。其优点是占地面积小，自由度大，操作方便。其缺点是机床重心高，振动大。考虑到此零件有工序要求双面加工,同时为了装夹方便，减轻了工人的劳动强度以及机床运行的平稳性等，选用卧式组合机床。机床配置示意图见附录机床尺寸示意图 HZDBT.01。2.1.42.1.4 定位基准的选择定位基准的选择

16、组合机床是针对某种零件或零件某道工序设计的。正确选择定位基准，是盐城工学院本科生毕业设计说明书 20115确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的集中工序。从而获到减少机床台数的效果。本工序采用“一面两孔”的定位方案，其特点为：“一面两孔”的定位方案，广泛用于机加工的面与面的定位，它符合六点定位的原则，但由于一面两孔中有两个圆孔面作定位基准面，易出现过定位现象，为了消除孔的大小，长度的误差，常采用以一孔为定位销，另一孔为辅助定位的削边销方法。2.1.52.1.5 滑台型式的选择滑台型式的选择滑台传动型式的选用：机械滑台的进给量稳定，慢速无爬行，高速无振动，可以降低加工工件的表面粗糙度

17、；具有较好的抗冲击能力，断续铣削、钻头钻通孔将要出口时，不会因冲击而损坏刀具；运行安全可靠，易发现故障，调整维修方便。故选择机械滑台。 由此，根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理等因素，确定机床为卧式双面双工位液压传动组合机床，机械滑台实现工作进给运动，选用配套的动力箱驱动主轴箱粗精镗孔主轴。2.2 确定切削用量在组合机床工艺方案确定过程中，工艺方法和关键工序的切削用量选择十分重要。切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度生产率刀具耐用度机床的结构型式及工作可靠性均有较大的影响。2.2.12.2.1 选择切削用量选择切削用量a.组合机床进给用量选择特点（1） 在大多数的情况下，组

18、合机床的多轴、多刀、多面同时加工。因此，所选的进给用量，根据经验应比一般万能机床单刀加工低 30%左右。（2） 组合机床多轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准的动力滑台。在工作时要求所有刀具的每分钟进给量都相同，且等于动力滑台的每分钟进给量。这个每分钟的进给量应该是适合于所有刀具的平均值。因此，我们把同一主轴箱上的刀具主轴可以设计成不同的转速和选择不同的每转进给量与其相适应，以满足不同直径工件的加工需要。转速与每转进给量的关系是：= = = =11fn22fn33nniifnMf公式中：、 为各主轴的转速(转/分)1n2n3nin 、 为各主轴的进给量(毫米/转) 1f2f3fif 动力

19、滑台每分钟进给量(毫米/分)Mfb.确定进给用量时的注意点（1）尽量做到合理利用所有的刀具，充分发挥其性能。由于同一主轴箱上的刀具每分钟进给量都是相同的，所以要使每把刀具均能有合适的切削用量是困难的，因此，我们按照刀具的形式及材料的特性选择了合理的主轴的转速 n（转/分）以及每转进给量（毫米/转） ，然后对各轴进if行适当的调整，使各个刀具在每分钟进给量相同，皆能等于动力滑台的每分钟后制动板三大孔粗精镗机床总体设计及电气控制部分设计6进给量，这样，各类刀具都不是按照最合理的进给用量工作而是按一个中间Mf切削用量工作。 （2）在选择进给用量时，结合生产批量及速度采取了刀具的耐用度，使得各个进给用

20、量与刀具的耐用度相适应。 (3) 在确定镗孔切削速度时，除了考虑保证加工精度，表面粗糙度，镗刀耐用度外，对左主轴箱的镗孔主轴转速采用了不同的主转速。（4）进给用量的选择，我们考虑了有利于主轴箱设计的因素。尽可能做到相邻的主轴转速接近相等。（5）选择进给用量时，考虑所选动力滑台的性能，尤其本机床选用了液压动力滑台时，所选择的每分钟进给量一般应比动力滑台所实现的最小进给量大50%。否则会由于温度和其他原因导致进给量的不稳定，影响加工精度，甚至造成机床不能正常工作。c.进给用量的选取根据生产经验，根据文献1 P132 表 6-15 推荐的镗孔参数，如下表：表 2-1 镗孔的切削用量铸铁切削用量工序刀

21、具材料V(米/分)f（毫米/转）高速钢20250.250.80粗镗硬质合金35500.401.50高速钢20350.100.30半精镗硬质合金50700.150.45精镗硬质合金70900.120.15查上表并计算可得：粗大孔 45：v=40m/min,f=0.6mm/r,ap=6mm精大孔 45：v=80m/min,f=0.15mm/r,ap=0.2mm粗小孔 28：v=40m/min,f=0.37mm/r,ap=6mm精小孔 28：v=80m/min,f=0.09mm/r,ap=0.2mm精扩孔 49：v=80m/min,f=0.16mm/r,ap=0.2mm2.2.22.2.2 初定主轴

22、直径初定主轴直径根据文献1 P44 初步选定主轴直径粗大孔 45：d=35mm,D=50mm,d1=36mm,L=115mm精大孔 45：d=15mm,D=25mm,d1=16mm,L=85mm粗小孔 28：d=30mm,D=50mm,d1=36mm,L=115mm盐城工学院本科生毕业设计说明书 20117精小孔 28：d=15mm,D=25mm,d1=16mm,L=85mm精扩孔 49：d=15mm,D=25mm,d1=16mm,L=85mm2.2.32.2.3 计算切削力，切削扭矩及切削功率计算切削力，切削扭矩及切削功率根据选定的切削用量(主要指切削速度 v 及进给量 f),确定切削力，作

23、为选择动力部件（滑台）及夹具设计的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其他传动件（齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电机（一般指动力箱电机）功率；确定刀具耐用度，用以验证所选刀具是否合理。人们根据生产实践及试验研究成果，已经整理出不同材料刀具对不同材料工件的进行计算的方法，参见文献1 P134 表 6-20 中公式：镗孔： (2-1)0.750.5551.4zpFa fHB (2-2)1.20.651.10.51xpFafHB (2-3)0.750.5525.7pTDa fHB (2-4)61200zF vP 式中，F、Fx轴向切削力（N） ；Fz圆周力；T切削转矩（N） ；P

24、切削功率（Kw） ；v切削速度（m/min） ；f进给量（mm/r） ；ap切削深度（mm） ；HB布氏硬度，在本设计中，)(3/1minmaxmaxHBHBHBHB，得 HB=203.33，其中 D 为孔的直径。max220HBmin170HB由以上公式(2-1,2-2,2-3,2-4)分别可得：粗大孔 45：Fz=3910.5N, Fx=5086.83N,T=87986.52 Nmm,P=2.56kw,d=34mm精大孔 45：Fz=46.09N, Fx=41.89N,T=1036.9Nmm,P=0.06kw,d=12mm粗小孔 28：Fz=2721.3N, Fx=3539.85N,T=3

25、8098.2Nmm,P=1.78kw,d=28mm精小孔 28：Fz=31.42N, Fx=28.5N,T=439.85 Nmm,P=0.04kw,d=9mm精扩孔 49：Fz=48.37N, Fx=43.97N,T=1185 Nmm,P=0.06kw,d=12mm2.3 机床尺寸联系总图的确定2.3.12.3.1 选择动力部件选择动力部件由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和，根据文献1公切削P47P式： (2-5) 切削多轴箱PP式中, 消耗于各主轴的切削功率的总和（kw） ；切削P 多轴箱的传动效率,加工黑色金属时取 0.80.9，加工有色金属时取0.70.8；主轴数多、传动复杂时取

26、小值，反之取大值。本课题中，被加工零件材料为灰铸铁，属黑色金属，左面主轴数量较多、传动复杂，故后制动板三大孔粗精镗机床总体设计及电气控制部分设计8取=0.8，右面主轴数量不多、传动不复杂，故取=0.9，右面主轴数量不多、传动不复杂，故取=0.9。左前主轴箱：0.06+2.56+0.06=2.68 kw切削P则根据公式(2-5)得:=3.35kw多轴箱P8 . 068. 2左后主轴箱：1.78+0.04=1.82kw切削P则根据公式(2-5)得: =2.275kw多轴箱P8 . 082. 1右主轴箱：1.78+0.04=1.82kw切削P则根据公式(2-5)得: =2.275kw多轴箱P8 .

27、082. 1根据机械滑台的配套要求，滑台额定功率应大于电机功率的原则，查文献1表 5-38 得出动力箱及电动机的型号。114 115P表 2-2 动力箱性能动力箱型号电动机型号电动机功率(kw)电动机转速(r/min)输出轴转速(r/min)左前主轴箱1TD50Y132M-47.51440720左后主轴箱1TD50Y132M2-63.0960480右主轴箱1TD50Y132M2-63.09604802.3.22.3.2 动力滑台型号的选择动力滑台型号的选择根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进给力，按文献1公式：62P (2-6)niiFF1多轴箱式中，各主轴所需的轴向切削力，单位为 N。i

28、F左滑台 5086.83+41.39+3539.85+28.5+43.97=8741.04N多轴箱F右滑台 3539.85+28.5=3568.35N多轴箱F实际上，为克服滑台移动引起的摩擦阻力，动力滑台的进给力应大于。又考虑到所需的最小进给速度、切削功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等多轴箱F因素，为了保证工作的稳定性，查文献1P96 表 5-5，左、右两面的液压滑台分别选用 1HJb10M 型和 1HJ40 型。台面宽 400mm，台面长 800mm,行程长分别为1000 mm、400mm。滑台及滑座总高 320mm,滑座长分别为 1840 mm 和盐城工学院本科生毕业设计说明书 20119124

29、0mm。具体相关尺寸可参见下表 2-3：表 2-3 主要技术性能及其附属部件的配套关系2.3.32.3.3 机床联系尺寸总图的作用以及内容机床联系尺寸总图的作用以及内容机床联系尺寸总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按照初步选定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的。它用来表示机床各组成部件的相互装配联系和运动关系，可用以检验：机床各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求；通用部件的选者是否适合；并为进一步设计主轴箱、夹具等专用部件提供依据。总联系尺寸图也可看成是简化的机床总图，表示机床的配置型式及总体布局。绘制总联系尺寸图的有关要求：a. 以适当数量的视图（一般为主，左

30、，右视图）按同一比例画出机床各主要组成部件的外形轮廓及相关位置。主视图的选择应与机床实际加工状态一致。b. 图上应尽量减少不必要的线条及尺寸。但反映各部件的联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的极限位置及行程尺寸，必须完全齐整。至于各部件的详细结构不必画出，留在具体设计部件时完成。c. 为便于开展部件设计，联系尺寸图上应标注通用部件的规格代号，电动机型号、功率及转速，并注明机床部件的分组情况及总行程。机床联系总图见附录 HZDBT.01。工作进给电动机快速行程电动机滑台型号滑台台面宽(mm)滑台台面长(mm)最大行程(mm)最大进给力型号及型式功率(kw)转速(r/min)工作进给速度范

31、围(mm/min)型号及型式功率(kw)转速(r/min)快速移动速度(m/min)1HJb40MIII 400 800 1000Y802-4B50.75Y90L-4B5 1.51HJ40III400 800 40020000Y801-4B50.5513909.62-681.4Y90S-4B51.114006.3后制动板三大孔粗精镗机床总体设计及电气控制部分设计103 机床的电气控制部分设计3.1 机床的控制要求根据后制动板组合机床加工需要以及满足零件加工的各项工艺要求，对机床的操作台进行按钮设计以及按钮之间的布置。并且减少按钮的使用量。设计的按钮具体功能以及机床的操作顺序说明如下：合上空气开

32、关,按“总电源”按钮-SB12(-SB22),接触器-KM0 吸和,“电源”指示灯亮,机床得电。将“液压站开/停”旋钮-SA12(-SA22)打至“开”,可以进行机床的调整和循环。机床调整部分控制要求：将机床“循环选择”按钮-SA11(-SA21)打到“调整”位置。a.按左前、左后、右“镗头高速”按钮-SB13(-SB23)、-SB15(-SB25)、-SB17(-SB27)，相应镗头高速旋转。b.按左前、左后、右“镗头低速”按钮-SB14(-SB24)、-SB16(-SB26)、-SB18(-SB28)，相应镗头低速旋转。c.按镗头停按钮-SB19(-SB29)，所有镗头停。d.按左、右“滑

33、台快进”按钮-SB110(-SB210)、-SB113(-SB213)，相应滑台点动快进。e.按左、右“滑台工进”按钮-SB111(-SB211)、-SB114(-SB214)，相应滑台点动工进。 f.按左、右“滑台快退”按钮-SB112(-SB212)、-SB115(-SB215)，相应滑台点动快退。g.按“涨紧缸涨紧松开”按钮-SB116(-SB216)、-SB117(-SB217)，涨紧缸涨紧、松开。h.按“夹紧缸夹紧松开”按钮-SB118(-SB218)、-SB119(-SB219)，夹紧缸涨紧、夹开。i.按“定位缸定位松开”按钮-SB120(-SB220)、-SB121(-SB221

34、)，定位缸定位松开。机床循环部分控制要求：将“循环选择”按钮-SA11、-SA21 打至“循环” 。a.两滑台均处于原位，装工件，按“循环启动”按钮-SB122(-SB222)，定位油缸定位后失压。b.涨紧缸涨紧，涨紧后压力继电器-SP1 发讯，定位缸定位。c.定位后夹紧缸夹紧，夹紧到位后压力继电器-SP2 发讯。d.两滑台同时启动快进，三镗头低速启动，冷却泵启动。e.压合行程开关-SQ12、-SQ22，滑台转为工进，进行工件粗镗加工。f.压合行程开关-SQ13、-SQ23，镗头变为高速，进行精镗。盐城工学院本科生毕业设计说明书 201111g.加工结束，压合行程开关-SQ14、-SQ24 及

35、死挡铁微动开关-SQ16、-SQ26，延时 2 秒后滑台快退。h.滑台快退至原位停，镗头停，冷却停，定位缸松开。i.夹紧缸松开，涨紧缸松开卸料，至此完成一个工作循环。故障处理部分：加工过程中如出现意外情况，按“急停”按钮，可使机床失电。3.2 机床控制方案的确定机床分为两种工作方式，即调整和循环。a调整工作方式。调整方式需要人为按下操作面板上的按钮，进行对设备进行调试，对被控制对象进行点动调整，达到操作者的操作要求，是循环工作方式的辅助方式。b循环工作方式。循环是控制系统的主要运行方式。该运行方式的主要特点是在系统工作过程中，系统按照给定的程序自动完成被控对象的动作，不需要人工干预（除了人工上

36、料和人工下料） 。根据机床的控制要求，选出以下三种控制方案。方案一：可编程控制器（PLC）控制。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。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的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种机械的生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。PLC 特点性能高，抗干扰能力强；编程简单易学；设计、安装容易，调试周期短，维护简单；模块品种丰富，通用性好，功能强大；体积小，能耗低。方案二：单片机控制。单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算

37、机。它是把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/O)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。这种微型计算机因其制作在一块芯片上而被称为单片机。单片机是大规模集成电路技术发展的产物。单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。 单片机的设计目标主要是增强“控制”能力，满足实时控制（就是快速反应）方面的需要。因此，它在硬件结构、指令系统、I/O 端口、功率消耗及可靠性等方面均有其独特之处，其最显著的特点之一就是具有非常有效的控制功能。因此，单片机又常常被人称为微控制器（MCU 或 C） 。

38、方案三：继电器控制。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路） ，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自后制动板三大孔粗精镗机床总体设计及电气控制部分设计12动调节、安全保护、转换电路等作用。对以上三种方案进行比较如下：方案一控制与方案二控制比较，前者主要用于工业控制，适用于工程现场环境，控制强电设备，程序设计简单易学，价格便宜。方案一控制与方案三控制比较。控制逻辑：前者体积小，连线少，控制灵活，易于扩展，后者接线较多，体积大，连线复杂，修改困难。控制速度：前者比后者动作速度快，不会出现触点抖

39、动。限时控制：前者比后者精度高，受环境温度影响小。设计与施工：前者在系统设计后，现场施工与程序设计可同时进行，周期短，调试修改方便，后者设计、施工、调试必须按顺序进行，周期长，修改困难。综上比较，方案一控制可靠，易维护，易扩展，价格适中，设计与施工简单方便，其最能满足该机床完成滑台、主轴和夹具之间的调整和整机循环的顺序动作。因此，总体方案选用方案一控制，即 PLC 控制。3.3 机床主电路的设计主电路部分由电源保护、电源开关、总电源控制、左前镗头电机、左后镗头电机、右镗头电机、左滑台工进电机、左滑台快速电机、右滑台工进电机、右滑台快速电机、液压站电机、冷却泵电机、润滑装置、控制保护、直流电源、

40、变压器保护、控制灯、指示灯、控制电源等部分组成。低压断路器 QF1QF16 在电路中主要用作电动机的过载保护。电动机在实际运行中，如果长期超载、频繁启动、欠电压或断相运行等都可能使电动机的电流超过其额定植，如果超过值并不大，熔断器在这种情况在会熔断，这样将引起电动机过热，损坏绕组的绝缘，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至烧坏电动机。继电器 KM11，KM12 线圈得电，主触头闭合，左前镗头电机得电，左前镗头电机高速运转。继电器 KM13 线圈得电，主触头闭合，左前镗头电机得电，左前镗头电机低速运转。继电器 KM21，KM22 线圈得电，主触头闭合，左后镗头电机得电，左后镗头电机高速运转。继电器

41、KM23 线圈得电，主触头闭合，左后镗头电机得电，左后镗头电机低速运转。继电器 KM31，KM32 线圈得电，主触头闭合，右镗头电机得电，右镗头电机高速运转。继电器 KM33 线圈得电，主触头闭合，右镗头电机得电，右镗头电机低速运转。继电器 KM4 线圈得电，主触头闭合，左滑台工进电机得电，左滑台工进。盐城工学院本科生毕业设计说明书 201113继电器 KM51 线圈得电，主触头闭合，左滑台快进电机得电正转，左滑台快进。继电器 KM52 线圈得电，主触头闭合，左滑台快进电机得电反转，左滑台快退。继电器 K6 线圈得电，主触头闭合，右滑台工进电机得电，右滑台工进。继电器 KM71 线圈得电，主触

42、头闭合，右滑台快进电机得电正转，右滑台快进。继电器 KM72 线圈得电，主触头闭合，右滑台快进电机得电反转，右滑台快退。继电器 KM8 线圈得电，主触头闭合，液压站电机得电，液压站电机运转。继电器 KM9 线圈得电，主触头闭合，冷却泵电机得电，冷却泵电机运转继电器 KM10 线圈得电，主触头闭合，集中润滑电机得电，集中润滑电机运转。交流控制电路有 36、127、220、380V 等规格，电路结构简单的可使用220V 或 380V 电源，电路复杂，故障多发，选用低压电源，但须经变压器降压获得。电源插座的 220V 交流电是通过 TC 250VA 变压器把 380V 的工厂交流电压降压得来。机床所

43、需的直流电是通过交、直流转换器把交流电转换成直流电，当中间继电器 KA1-KA6 线圈得电，其主触头吸合，电磁阀 YV1-YV6 分别接通。电磁阀YV1 动作，夹紧缸夹紧；电磁阀 YV2 动作，夹紧缸松开；电磁阀 YV3 动作，辅助支承上；电磁阀 YV4 动作，辅助支承下；电磁阀 YV5 动作，辅助夹紧缸夹紧；电磁阀 YV6 动作，辅助夹紧缸松开。中间继电器 KA7 线圈得电，KA7 触头闭合， 继电器 KM0 线圈得电，继电器 KM0 触头闭合，总电源接通。伺服变压器 TM 4KVA 将 380V 交流电变压至 3-220VAC。电气控制原理图设计时，选择典型环节，考虑施工的要求，节省导线的

44、连接，可靠性高（减少电流流经的触点数） 。继电器和接触器控制电路不能用自身触点切断线圈的导电电路。导线的选择包括导线的种类选择和导线的截面积的选择。导线有单股或多股导线，根据走线方式和美观要求进行选择。铜芯导线截面积可按 5A/mm2来估算。机床主电路详见附录 HZDBT.05。3.4 PLC控制部分硬件的设计3.4.13.4.1 PLCPLC 的种类的种类PLC 是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。按结构形式的不同，PLC 可分为整体式和组合式两类。整体式 PLC 是将中央处理单元（CPU） 、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。另外还有独

45、立的 I/O 扩展单元与主机后制动板三大孔粗精镗机床总体设计及电气控制部分设计14配合使用。主机中，CPU 是 PLC 的核心，I/O 单元是连接 CPU 与现场设备之间的接口电路，通信接口用于 PLC 与编程器和上位机等外部设备的连接。组合式 PLC 将 CPU 单元、输入单元、输出单元、智能 I/O 单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。装有 CPU 单元的底板称为 CPU 底板，其它称为扩展底板。CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过 10m。无论哪种结构类型的 PLC，都可以根据需要进行配置与组合。PLC 的种类也

46、可按照输出方式分类：a.继电器输出：优点是不同公共点之间可带不同的交、直流负载，且电压也可不同，带负载电流可达 2A点；但继电器输出方式不适用于高频动作的负载，这是由继电器的寿命决定的。其寿命随带负载电流的增加而减少，一般在几十万次至 Jl 百万次之间，有的公司产品可达 1000 万次以上，响应时间为 10ms，机械式开关装置，噪音大，反映时间长，寿命短，适用于大功率、低频率信号（220V、380V 交直流信号）的切换。本设计采用继电器输出。b.晶体管输出： 优点是适应于高频动作，响应时间短，一般为 0.2ms 左右，但它只能带 DC 530V 的负载，最大输出负载电流为 05A/点，但每 4

47、 点不得大于 0.8A。电子开关装置，噪音小，反映时间短，寿命长，适用于小功率开关信号传输，可用于高频脉冲信号之输出。 当系统输出频率为每分钟 6 次以下时，应首选继电器输出，因其电路设计简单，抗干扰和带负载能力强。当频率为 10 次min 以下时，既可采用继电器输出方式；也可采用 PLC 输出驱动达林顿三极管（510A） ，再驱动负载，可大大减小。3.4.23.4.2 PLCPLC 各部分的作用各部分的作用PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。主机部分包括中央处理器（CPU）系统等

48、。 1、主机程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU 是 PLC 的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC 的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。2、输入/输出（I/O）接口盐城工学院本科生毕业设计说明书 201115I/O 接口是 PLC 与输入/

49、输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等） 。I/O 接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O 点数即输入/输出端子数是 PLC 的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。3、电源 图中电源是指为 CPU、存储器、I/O 接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。4、编程 编程是 PLC 利用外部设备，用户用来输入、检查、修改、调试程序或监示 PLC 的工作情况。通过

50、专用的 PC/PPI 电缆线将 PLC 与电脑联接，并利用专用的软件进行电脑编程和监控。5、输入/输出扩展单元I/O 扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。6、外部设备接口此接口可将打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。3.4.33.4.3 PLCPLC 的型号的选择的型号的选择输入元件中包括工作方式选择开关、循环启动、急停、原点复归等按钮和旋钮，用于检测各工位工作行程开关,，用于控制滑台的行程开关和压力继电器，总共 40 个。输入设备总计 40 个；输出元件包括控制动力头主轴电机（机械滑台电机以及滑台工进和快速电机）运行的

51、接触器线圈、夹紧、松开等电磁换向阀线圈（共 30 个输出线和指示灯） 。该机床由 PLC 组成的电控系统共有各种输入信号 40 个，输出信号 30 个。三菱 FX2N-80MR-001 型 PLC 的输入和输出点数各为 40，输入输出点数总数为 80，FX2N-16EX 扩展模块的输入点数为 16，输出点数为 0，即可满足输入输出信号的数量要求，以及备用量的要求。三菱 FX2N-80MR-001 型 PLC 特性：超高速的运算速度，50%小型化设计，程序容量：内置 8KSTEPRAM,最大可扩展模块进行扩展。PLC 的输出点选用分组式接法。不选用隔离式接法，隔离式的各组输出点之间可以采用不同的

52、电压种类和电压等级，但这种 PLC 平均每点的价格较高，所以，输出点不采用隔离式接法。同时由于各工位动作频率不是很高，但控制线路电流较大，故选用继电器输出方式的 PLC，日本三菱 FX2N 系列是三菱 PLC 中功能最强的。继电器输出型的 PLC 优点：导通压降小，有隔离作用，价格相对便宜，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活，且电压等级范围大。所以动作不频繁的交、后制动板三大孔粗精镗机床总体设计及电气控制部分设计16直流负载可以选择继电器输出型的 PLC。综上所述，选用三菱 FX2N-80-001 型号 PLC(并带有 FX2N-16EX 扩展模块)。3.4.43.4.4 分配输

53、入分配输入/ /输出点输出点三菱FX2N系列可编程序控制器的内部资源：各种不同型号和档次的PLC具有不同数量和功能的内部资源，但构成PLC基本特征的内部软元件是类似的。现介绍FX2N系列PLC其内部资源。并分配输入/输出点,如表3-1和表3-2所示。表3-1 输入信号地址分配表序号地址输入说明序号地址输入说明1X000SA11选择调整21X024SB120定位缸定位2X001SA12液压站开22X025SB121定位缸松开3X002SA13冷却泵开23X026SB122循环启动4X003SB13左前主轴高速24X027SB123循环停止5X004SB14左前主轴低速25X030SB124电源6

54、X005SB15左后主轴高速26X031SB125急停7X006SB16左后主轴低速27X032SP1涨紧压力继电器8X007SB17右主轴高速28X033SP2夹紧压力继电器9X010SB18右主轴低速29X034SQ11左滑台原位10X011SB19主轴停30X035SQ12左滑台快进转工进11X012SB110左滑台快进31X036SQ13左滑台镗头变速12X013SB111左滑台工进32X037SQ14左滑台工进到位13X014SB112左滑台快退33X040SQ15左滑台退限14X015SB113右滑台快进34X041SQ16左滑台死挡铁开关15X016SB114右滑台工进35X04

55、2SQ21右滑台原位16X017SB115右滑台快退36X043SQ22右滑台快进转工进17X020SB116涨紧缸涨紧37X044SQ23右滑台镗头变速18X021SB117涨紧缸松开38X045SQ24右滑台工进到位19X022SB118夹紧缸夹紧39X046SQ25右滑台退限20X023SB119夹紧缸松开40X047SQ26右滑台死挡铁开关输入触点X：FX2N是基本单元中的输入点按照X000X007，X010X017，这样的八进制格式进行编号；扩展单元的输入点则接着基本单元的输入点顺序进行编写。来自现场设备的外部输入信号与硬件上的输入点一一对应，被PLC扫描读入后，存入输入映象寄存器，

56、表现为程序可多次调用的输入触点状态。输入触点X的基本功能是可以读取外部输入信号的状态。输出继电器Y：FX2N的基本单元中的输出点按照Y000Y007，Y010Y017，这样的八进制格式进行编号；扩展单元的输出点也接着基本单元的输出点顺序进行编号。PLC运行时，要接受各路X的输入状态、运行控制程序，然后将运行盐城工学院本科生毕业设计说明书 201117结果传送至输出继电器Y进行输出。因此，所有输出继电器都对应一个硬件上的输出信号，用来驱动PLC的各路负载。输出继电器Y的基本功能是可以在用户程序的控制下改变负载的状态。表3-2 输出信号地址分配表序号地址输出说明序号地址输出说明1Y000KA1涨紧

57、缸涨紧16Y023KM21左后主轴高速2Y001KA2涨紧缸松开17Y024KM22左后主轴高速3Y002KA3夹紧缸夹紧18Y025KM23左后主轴帝速4Y003KA4夹紧缸松开19Y026KM31右主轴高速5Y004KA5定位缸定位20Y027KM32右主轴高速6Y005KA6定位缸松开21Y030KM33右主轴低速7Y006HL12电源22Y031KM4左滑台工进8Y007HL13急停23Y032KM51左滑台快进9Y010HL14循环启动24Y033KM52左滑台快退10Y011HL15左滑台原位25Y034KM6右滑台工进11Y012HL16右滑台原位26Y035KM71右滑台快进1

58、2Y013HL17镗头停27Y036KM72右滑台快退13Y020KM11左前主轴高速28Y037KM8液压站电机14Y021KM12左前主轴高速29Y041KM9冷却泵电机15Y022KM13左前主轴低速30Y042KM10集中润滑内部继电器：在可编程控制器内部可多次使用，但不能输出的继电器叫做内部继电器或辅助继电器。内部继电器与输出继电器的不同点是它只在程序中使用，既不能直接读取外部输入状态，也不能直接驱动外部负载。内部继电器M在程序中的作用相当与继电器控制系统中的中间继电器，其功能是在程序中用于中间状态暂存、移位、辅助运算或赋予特别用途。PLC的内部继电器分普通型、掉电保持型和赋予特殊用

59、途型三类。a)普通型 普通型继电器在断电或停止运行时线圈将失电，机内不记忆停电瞬间的状态，再来电时从失电状态开始执行程序。FX2N系列PLC中普通型内部继电器按十进制编号，从M0M499共500个。b)掉电保持型 掉电保持型继电器在断电或停止运行时机内记忆停电瞬间的状态，再来电时恢复停电瞬间的状态，从此时状态开始执行程序。FX2N系列PLC中掉电保持型内部继电器按十进制编号，从M500M1023共524个。c)赋予特殊用途型 赋予特殊用途的内部继电器有两大类，第一类信号由PLC的系统程序自身产生，用户编程时可调用其触点，如特殊继电器M8000的功能是在程序RUN时保持ON状态；M8002的功能

60、是在程序RUN的第一个周期产生一个脉冲宽度为一个扫描周期的脉冲输出，供用户初始化使用；M8011M8014的功能是为提供10ms、100ms、1s、1min的周期性脉冲输出。第二类信号由PLC的用户程序驱动，用户编程时可置位其线圈，如程序置位M8033，则程序停止运行时后制动板三大孔粗精镗机床总体设计及电气控制部分设计18输出会保持，如程序置位M8034，则PLC输出全被禁止。内部继电器M在程序中的作用相当与继电器控制系统中的中间继电器，其功能是在程序中用于中间状态暂存、移位、辅助运算或赋予特别用途。普通型继电器在断电或停止运行时线圈将失电，机内不记忆停电瞬间的状态，再来电时从失电状态开始执行