毕业论文卧式双面扩孔组合机床电气控制系统设计

1、卧式双面扩孔组合机床电气控制系统设计摘 要关键词：可编程控制器（动力滑台。Abstract Key words:目 录机械动力滑台机械动力滑台原理分析机械动力滑台主电路原理分析机械动力滑台控制电路原理分析液压动力滑台液压动力滑台原理分析液压动力滑台的电液控制及其控制电路带定位夹紧的一次进给系统控制电路组合机床组成系统分析组合机床液压系统原理分析组合机床电气系统控制从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉，在来自世界10多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中，超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。据专家分析，机床装备的高速和超高速

2、加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。该届博览会上展出的加工中心，主轴转速1000020000r/min，最高进给速度可达2060m/min；复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时，加工的形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。另外，产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求。 然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用，信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高，操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累有关数据；通过网络对远程的设备

3、进行维修和检查、提供售后服务等。在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距，因此我国组合机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。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。组合机床是由一些通用部件及少量的专用部件组成的高效自动化或半自动化的专用机床，可完成钻孔，扩孔，铰孔，镗孔，攻丝，车削，铣削，磨削等工艺，一般采用多轴、多刀、多工序、多面同时加工。组合机床的控制系统大多采用机械、液压、气动和电气控制相结合的控制方式。组合机床的控制线路的总体设计是由通用部件的典型控制线

4、路和一些基本的环节组成。组合机床构成：通用部件、动力部件（动力头和滑台），支撑部件、（滑坐、床身、立柱），输送部件（回转台、机械手等零件和产品的输送装置）。动力头：能同时完成切削和进给运动的动力装置（部件）。动力滑台：只完成进给运动的动力装置（部件），有液压和机械两种结构形式。从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。S7-200PLC的指令由助记符和操作符两部分组成。常用指令：1.LD/

5、LDN指令2.A/AN指令3.O/ON指令4.输出指令5.NOT指令6.置位/复位指令7.NOP指令8.END指令。比较指令：1.字节比较指令2.整数比较指令3.双字整数比较指令4.实数比较指令5.比较指令应用实例。程序控制指令：1.JMP/LBL跳转指令2.FOR/NEXT循环指令3.CALL/CRET子程序指令。定时器指令，计数器指令。数据处理指令：1.传送指令和块传送指令2.算术运算指令。 2.2.1机械动力滑台机械动力滑台原理分析 图1图2构成：滑台、滑座、双驱动电动机（工进电动机M1 、快进电动机M2 ）功能：自动加工循环、工步图见上图1。顺序：为快进工进反向工进反向快退（图2）2.

6、1.2机械动力滑台主电路原理分析图3主电路： KM1、KM2用于工进电动机M1正、反转控制以及快进电动机M2的转动方向控制（与M1转动方向一致）。KM3用于控制快进电动机M2转动。2.1.3机械动力滑台控制电路原理分析图4主轴与滑台的顺序控制： 控制主轴电动机的KM4辅助常开触点，提供动力滑台控制电源。动力滑台自动循环控制按动SB1KM1线圈通电自锁KM3线圈通电快进电动机M2的断电抱闸制动电磁铁YB线圈通电松闸电动机M1、M2正转，滑台快进；压下SQ2KM3线圈断电 YB断电，快进电机M2抱闸制动，滑台工进； 压动SQ3KM1线圈断电， KM2线圈通电滑台反向工进， SQ2复位 KM3线圈通

7、电，YB通电，M2反转，滑台快退；压下SQ1KM2、KM3线圈断电，M1、M2、YB断电抱闸制动，滑台停在原位。其他：SQ4用于正向限位保护，压动SQ4后，工作台可自动返回原位。SB2用于手动返回控制。2.2 液压动力滑台2.2.1液压动力滑台原理分析液压动力滑台是组合机床上用以实现进给运动的通用动力部件。滑台由液压缸拖动工件作进给运动，根据被加工工件的要求实现不同的工作循环。液压动力滑台通过液压传动系统可方便地进行无级调速，且正反向平衡，冲击力小，便于频繁地换向工作。 液压动力滑台是一种他驱式动力部件，由滑台、滑座和液压缸3部分组成，由于其自身不带液压泵、油箱等装置，需设专门的液压站及其配套

8、装置，由电动机带动液压泵送出压力油，经电气、液压元件的控制，推动油缸中的活塞来带动工作台的运动。 根据加工工艺要求，液压动力滑台可组成一次工作进给、二次工作进给、死挡铁停留、跳跃式进给、反向进给和分级进给等多种工作循环。2.2.2 液压动力滑台的电液控制及其控制电路1液压动力滑台液压传动系统中各液压元件的作用<1>液压泵 (17) 该泵为限压式变量泵，随负载的变化而输出不同流量的油液,以适应快速运动和工作进给(慢速)的要求。<2>液压缸 (8) 该液压缸为活塞杆固定的差动液压缸。活塞杆较粗，无杆腔与有杆腔的有效工作面积之比为2:1，使快速进给和快速退回的速度相等。<

9、;3>电液换向阀 由三位五通液动换向阀(15)和三位五通电磁换向阀组成,用以控制液压缸的运动方向。<4>调速阀(5和4) 这两个阀串联在进油路上，实现节流调速。由调速阀（4）控制工进速度(慢速),由调速阀(5)控制工进速度(更慢速),由二位二通阀 (6)控制两种工进速度的换接。<5>行程阀(7) 用于控制快进和工进的速度换接。<6>背压阀(1) 由于采用进口节流调速，液压缸运动的平稳性差，因此在回油路上设置背压阀，用以提高液压缸运动的平稳性。<7>顺序阀 (2) 液压缸快进时，系统压力低，顺序阀 (2)关闭，使液压缸形成差动连接；在工进时，

10、由于系统压力升高，顺序阀(2)打开，回油经背压阀(1)流回油箱。<8>单向阀(3) 液压缸工进时，单向阀(3)将进油路与回油路隔开。<9>单向阀(16) 除防止油液倒流，保护液压泵外，在该回路中，主要是使控制油路具有一定的压力，用以控制三通五位换向阀(14、15)的启动。<10>压力继电器 (KP) 控制电液换向阀(14、15)，使液压缸快速退回。2液压动力滑台液压传动系统可完成的工作循环 液压动力滑台液压传动系统可完成的工作循环:快进工进工进死挡铁停留快退原位停止，见液压动力滑台液压传动系统工作循环图(下)。3工作原理分析 (1) 快进 (2) 一次工作进

11、给 (3) 二次工作进给 (4) 死挡铁停留 (5) 快速退回 (6) 原位停止附: (1) 液压动力滑台二次进给液压传动系统图 1- 背压阀 2-顺序阀 3、9、11、13、16-单向阀 4、5-调速阀 6-二位二通电磁阀 7-二位二通行程阀 8-液压缸 10、12-节流阀 14、15-三位五通换向阀 17-变量泵 2- 附: (2) 液压动力滑台二次进给工作循环图与电气控制电路 (液压动力滑台液压传动系统工作循环图) (二次工作进给电气控制电路)附: (3) 液压动力滑台二次进给元件动作表 注：“+”为得电，“-”为失电。附:(4)附(5)2.2.3 带定位夹紧的一次进给系统控制电路 在组

12、合机床中，往往要求几个执行机构按一定的工艺要求和顺序工作。如加工开始时，先将工件定位夹紧，而后开始加工，当加工结束退回原位时，自动拨销松开工件，实现整个加工过程的自动循环。1. 带定位夹紧的一次进给油路系统带定位夹紧的一次工作进给的液电控制工作情况:液压泵电动机起动后，液压泵打出高压油，液压部件尚未开始工作，滑台停在原位，SQ1处于被压下状态，卸荷电磁阀YV5得电，使液压泵打出的高压油经卸荷阀流回油箱。系统开始工作时，按下工作开始按钮SB2 (SB2为复合按钮)，其常开触头SB2(3-5)闭合，见动作过程分析。 工件夹紧后，油路压力逐渐升高，压力继电器 (KP2)工作，其常开触头KP2(3-9

13、)闭合，发出信号，使电磁铁(YV1)得电，电磁换向阀(7)工作在左位，压力油经换向阀(7)左位打入液压缸的左腔，滑台快速进给。当挡铁压下行程阀时，调速阀接入油路，进油量减少，滑台转入工作进给。此时，电路工作状态不变。 加工至终点，死挡铁停留，滑台停止前进，压力继电器 (KP1)动作，其常开触头KP1(9-11)闭合，使KA2得电吸合，见动作过程分析(附)。当滑台退回至原位时，压下行程开关SQ1，其常闭触头SQ1(21-23)断开，使YV2失电，使换向阀2工作在中位，进油路被切断，滑台停在原位。SQ1的常开触头SQ1(3-25)闭合，使YV4得电，压力油打入夹紧液压缸左腔，进行拨销、松开，油路压

14、力降低，KP2的常开触头KP2(3-9)断开，使KA2失电释放，其常开触头KA2(25-33)复位断开，使YV4失电。工件被松开后，压下SQ2，其常开触头SQ2(27-29)闭合，使卸荷电磁铁YV5得电，油路系统卸荷，加工循环结束。 卸荷电磁阀是液压泵的保护环节。当液压系统采用变量泵时，在各液压部件尚未工作、液压泵电动机又不停机的情况下，使液压泵打出的高压油有一条回油通道，保护液压泵不因过负荷而损坏。当液压系统投入工作后，必须使其立即停止卸荷，使压力油进入油路工作。 电路中调整开关SA1、SA2作为定位夹紧和滑台进给单独调整用。按钮SB2、SB4、SB3同时也作为滑台夹紧、松开和退回的调整用。

15、附:动作分析1附:动作分析2附1:带定位夹紧一次进给油路系统图附2:工作循环示意图附3:带定位夹紧的一次进给电气控制电路图 33.1组合机床组成系统分析图5机床构成：两个带主轴旋转的液压滑台（动力头）+ 液压固定夹具1、卧式双面扩孔组合机床控制要求： 在工件夹紧状态下，同时启动左、右动力滑台快进、完成工作循环，返回各自其出发位置停止。附: 卧式双面扩孔组合机床结构附:循环工步图图63.2组合机床液压系统原理分析液压系统用三个液压油缸分别用于左、右滑台进退及工件夹紧的控制。电磁铁YA1、YA2用于左滑台进给和后退，YA3、YA4用于右滑台进给和后退，YA5、YA6用于工件的夹紧与放松，压力继电器

16、SP检测夹紧状态。附:卧式双面扩孔组合机床液压系统图图7附:液压元件动作表组合机床电气系统控制1. 卧式双面扩孔组合机床组合机床控制电路分析左右主轴和液压泵电动机控制主电路：KM1控制左主轴电动机转动。KM2控制右主轴电动机转动。KM3控制液压泵电动机控制电路： SA1、SA2、SA3为三台电动机的调整开关。三台电动机同时工作，SA1SA3为常态。 按动起动按钮，KM1KM3线圈同时通电自锁，电动机M1M3同时起动工作。液压动力滑台自动循环过程装上工件，按SB5 YA5线圈通电，夹工件夹紧后SP继电器动作松SB5、YA5线圈断电；（加指示） 按SB3（常开）KA5线圈通电KA1、KA3线圈通电

17、自锁电磁铁线圈YA1、YA3线圈通电，左、右滑台快进； 分别压下各自的液压行程阀转为工进； 正向终点分别压下SQ3、SQ4KA1、KA3、 YA2、YA4线圈断电 KA2、KA4线圈通电自锁电磁换向阀YA2、YA4线圈分别通电左、右滑台快退； 退到原位压下SQ1、SQ2KA2、KA4线圈分别断电 YA2、YA4线圈断电，循环结束。其它：SA为点动选择开关，系统在工件未夹紧时点动调整；SB4用于滑台向后调整；按钮SA4、SA5用于左、右滑台进给选择开关。SB6用于工件放松。(左列SB3为常开触点)卧式双面扩孔组合机床的电气控制线路图 图为双面扩孔组合机床电气控制电路。机床有“半自动”和“调整”两

18、种工作循环，由转换开关SA进行选择。 准备工作:装上工件，合上电源开关QS，将电动机单独调整开关SA1、SA2、SA3置于其常开触头断开、常闭触头闭合。按下起动按钮SB2，接触器KM1、KM2、KM3得电吸合并自锁，其主触头闭合，电动机M1、M2、M3起动运转。(1) 工件夹紧 液压泵电动机起动后，按下按钮SB5发出工件夹紧信号，使电磁阀YV5得电，二位四通阀5右位工作，压力油经阀3、单向阀4进入夹紧油缸7的大腔，而小腔回油至油箱，工件夹紧。当夹紧到位后压力继电器KP工作，表示工件已夹紧，其常开触头KP(17-19)闭合，为KA5得电作准备。注意，由于电磁阀具有机械保持功能，虽然按下SB5后放

19、开，又使YV5失电，但电磁阀还是处于夹紧工作位置。(2) 快速趋近 工件夹紧后，再按向前按钮SB3，发出滑台快速移动信号，KA5得电吸合，其常开触头KA5(21-23)、KA5(35-37)闭合，使左、右滑台的向前继电器KA1、KA3分别得电吸合并自锁，同时分别接通向前电磁阀YV1、YV3，左、右滑台快进。 电磁阀YV1(YV3)得电，三位五通阀10左位工作，使液控阀13左位工作，接通工作油路，压力油经行程阀15进入进给液压缸18大腔，而小腔内回油经过阀13、阀14、阀15再进入液压缸18大腔，使滑台向前快速移动。(3) 工件进给 液压滑台快速移动到接近加工位置时，滑台上挡铁压下行程阀15，切

20、断压力油通路，压力油只能通过调速阀17进入进给液压缸大腔，减少进油量，降低滑台移动速度，滑台转为工作进给。此时由于负载增加，工作油路油压升高，顺序阀8打开，液压缸小腔回油不再经过单向阀14流入液压缸大腔，而是经顺序阀8流回油箱。(4)快速退回 当滑台工作到终点，压终点限位行程开关SQ3、SQ4，其常闭触头SQ3(23-25)、SQ4(39-37)断开，KA1、KA3失电释放，使YV1、YV3失电，同时SQ3、SQ4的常开触头SQ3(21-33)、SQ4(35-45)闭合，又使左、右滑台的向后继电器KA2、KA4得电吸合并各自自锁，分别接通向后电磁阀YV2、YV4，使左、右滑台快退。电磁阀YV1

21、(YV3)失电，而电磁阀YV2(YV4)得电，阀10右位工作，使液控阀13右位工作，压力油直接进入液压缸小腔，使滑台快速退回。同时大腔内的回油经单向阀16、阀13直接流回油箱。当滑台快速退回原位时，压下行程开关，电磁阀YV2(YV4)失电，液压阀回中间位置，切断工作油路，滑台停止于原位。 当左、右滑台停止于原位后，压下各自的原位行程开关SQ1、SQ2，其常闭触头SQ1(33-33a)、SQ2(45-47)断开，KA2、KA4失电释放，使YV2、YV4失电，左、右滑台停止于原位；其常开触头SQ1(115-117)、SQ2(117-119)闭合，为YA6得电作准备。(5)工件松开 当滑台回到原位停

22、止后，按动按钮SB6，使电磁阀YV6得电，二位四通阀5左位工作，改变油路的方向，压力油进入夹紧液压缸7小腔，大腔内的回油经阀5直接流回油箱，使工件松开，同时压力继电器KP复位，取下工件，一个工作循环结束。再装上工件，准备下次加工。(6)调整工作循环的控制将转换开关SA扳至“调整”位置，即SA(17-19)闭合，SA(21-31)断开，再操作开关SA1SA5，按相应按钮，进行各部件单独调整。例如，在电动机旋转且不装工件的情况下，左滑台单独调整的过程是，断开开关SA1、SA2和SA5，按SB2，液压泵电动机起动工作，再按下SB3，即进行左滑台的向前点动调整；按SB4，进行左滑台的向后点动调整。同理

23、也可进行右滑台的单独调整。LD I0.1 LD Q0.0 A Q0.1 A Q0.2 OLD LD I0.6 A I0.7 A I1.0 OLD AN I0.0 = M0.0 LD M0.0 LPS AN I0.6 = Q0.0 LRD AN I0.7 = Q0.1 LPP AN I1.0 = Q0.2 LD M0.0 AN I0.2 LD I1.7 O I2.0 ALD = Q1.5 LD M0.0 AN I1.1 LD Q1.5 O Q1.2 ALD AN I1.5 AN Q1.2 = Q1.1 LD M0.0 AN I1.7 LD Q1.2 O I1.5 O I0.3 ALD AN I1

24、.3 = Q1.2 LD M0.0 AN I1.2 LD Q1.5 O Q1.3 ALD AN I1.6 AN Q1.4 = Q1.3 LD M0.0 LDN I1.7 A Q1.4 AN I1.4 O I1.6 ON I0.3 ALD = Q1.4 LD Q0.2 LPS A Q1.1 = Q0.3 LRD A Q1.2 = Q0.4 LRD A Q1.3 = Q0.5 LRD A Q1.4 = Q0.6 LRD A I0.4 = Q0.7 LPP A I0.5 A I1.3 A I1.4 = Q1.0 序号 符号 功能描述 序号 符号 功能描述 1 I0.0 SB1 17 I2.0 KP 2 I0.1 SB2 18 Q0.0 KM1 3 I0.2 SB3 19 Q0.1 KM2 4 I0.3 SB4 20 Q0.2 KM3 5 I0.4 SB5 21 Q0.3 YA1 6 I0.5 SB6 22 Q0.4 YA2 7 I0.6 SA1 23 Q0.5 YA3 8 I0.7 SA2 24 Q0.6 YA4 9 I1.0 SA3 25 Q0.7 YA5 10 I1.1 SA4 26 Q1.0 YA6 11 I1.2 SA5 27 Q1.