（机械电子工程专业论文）内螺旋油槽专用铣床控制系统的设计研究.pdf

摘要 摘要 空调压缩机是空调的心脏，直接影响到空调的噪音和制冷效果，这就需要压缩机 有良好的润滑性能，为了提高压缩机的寿命和效能，在压缩机滑动轴承座上加工出一 条内螺旋油槽。设计一种新型的专门用于加工内螺旋油槽的铣床，对于提高生产效率， 保证内螺旋油槽的加工质量以及改善工作条件等具有重要意义。 首先，论文讨论了目前内螺旋油槽加工技术的方法和缺陷，指出设计内螺旋油槽 专用铣床的重要意义，该机床能够提高生产效率，改善产品的质量。给出了本论文需 要完成的主要工作。 接着根据系统要求设计了内螺旋油槽的加工流程，给出了内螺旋油槽专用铣床的 总体设计方案。结合内螺旋油槽专用铣床的电气控制要求，以易操作、易调试、低成 本、高质量为原则，选定三菱可编程控制器f x 2 n - 8 0 m r 型p l c 和p w s l 7 6 0 触摸屏作为 主要控制部件。 其次，对机床运动部件进行受力分析，根据设计要求对主轴电机、夹紧气缸和升 降油缸等主要部件进行选型，并设计了控制电路系统的控制电路。 最后，通过三菱f ) ( 系列编程软设计p l c 程序、编写梯形图i 用仿真软件三菱g x s i m u l a t o r 6 c 对系统程序进行了仿真，实现了系统手动、自动控制的功能；用 h i t e c ha d p 3 0 软件设计了人机交互界面，实现了控制、监控、计数、报警保护等功 能。最后，结合机械设计部分进行现场调试，完善系统。 本系统为内螺旋油槽专用铣床设计出简单可行电气控制方案，该机床已投入生产， 加工内螺旋油槽效率高、质量好。对其他设备的自动化改造有一定的参考价值。 关键词：内螺旋油槽专用铣床；可编程序控制器；人机接口 广东工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ea i r c o n d i t i o n i n gc o m p r e s s o r , w h i c hd i r e c t l y a f f e c t st h en o i s ec o n t r o la n d r e f r i g e r a t i o n , i st h eh e a r t o fa t la i rc o n d i t i o n e r ab e t t e rp e r f o r m a n c en e e d sag o o d c o m p r e s s o rw i t hb e t t e rl u b r i c a t i o n i no r d e rt oe x t e n dt h el i f eo fac o m p r e s s o ra n di m p r o v e t h ep e r f o r m a n c e ，a ni n n e rs p i r a lo i lg r o o v ei sn e c e s s a r yt ot h ec o m p r e s s o rs l i d i n gb e a r i n g f l a n g e an e wd e s i g no f a m i l l i n gm a c h i n es p e c i a l l ya p p l i e dt op r o c e s si n n e rs p i r a lo i lg r o o v e h a sav i t a lr o l eo ni m p r o v i n gp r o d u c t i o np r o f i c i e n c y , g u a r a n t e e 吨t h eq u a l i t yo f p r o c e s s i n g i n n e rs p i r a lo i lg r o o v e sa n dp r o v i d i n gb e t t e rw o r k i n gc o n d i t i o n s f i r s t l y , t h i sp a p e rd e s c r i b e st h eb a c k g r o u n da n dt h es i g n i f i c a n c eo ft h ec h o s e nt o p i ca n d d i s c u s s e st h ec u r r e n tt h ep r o c e s s i n gm e t h o d s ，i nt h em e a nt i m et h ep a p e ra l s op o i n t so u tt h e d r a w b a c k so fa ni n n e rs p i r a lo i lg r o o v e t h e ni tw i l lc o n t i n u et oi n d i c a t et h er e l e v a n c eo f m i l l i n gm a c h i n e sf o ri n n e rs p i r a lo i lg r o o v e s ，t h i sa l s ob r i n g st h em a j o rt a s ko ft h i sp a p e r t h ef o l l o w i n gs t e pi st od e s i g nt h ep r o c e s sp r o c e d u r ea n dt e c h n o l o g i c a lr e q u i r e m e n to ft h e i n n e rs p i r a lo i lg r o o v e s t h er e l e v a n ta n a l y s i sg i v e sa l lo v e r a l ld i r e c t i o nf o rt h ed e s i g no f m i l l i n gm a c h i n e sf o ri n n e rs p i r a lo i lg r o o v e s e c o n d l y , t h i sp a p e ra l s oa n a l y s e st h ef e a t u r e so fac o n t r o l l i n gs y s t e m , i n t e g r a t i n gt h e e l e c t r i cc o n t r o l l i n gr e q u i r e m e n to f m i l l i n gm a c h i n e sf o ri n n e rs p i r a lo i lg r o o v e s t h es y s t e m a p p l i e st h eb a s i cm o d u l eo fm i t s u b i s h ip r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e rf x 一8 0 m ra st h ec o r da n d p w s17 6 0t o u c hs c r e e na st h em a n m a c h i n ei n t e r a c t i o n , t h e nt o d e s i g nt h eh a r d w a r e f u n c t i o n a ld i a g r a mo ft h es y s t e m t h i sp a p e ra l s od e s i g n st h ep n e u m a t i cc o n t r o lc i r c u i ta n d e l e c t r i cc o n t r o lc i r c u i to ft h es y s t e m , i np a r t i c u l a r , g i v i n gar e l a t i v ed e t a i l e di n t r o d u c t i o no f t h ec o n t r o lc i r c u i t l a s t l y , w i t hr e g a r dt ot h eh a r d w a r e ，d e s i g n i n gap l cc o n t r o lv i am i t s u b i s h if xs e r i a l p r o g r a m m i n gs o f t w a r eb r i n g sa b o u tt h ea c h i e v e m e n to f a u t o m a t i cc o n t r 0 1 t h em a n - m a c h i n e i n t e r a c t i o n , a p p l y i n g t oh i t e c h a d p3 0 s o f t w a r e ，a l s o a t t a i n sd i f f e r e n tf u n c t i o n s i n c l u d i n gm o n i t o ra n dm a n i p u l a t i o n i nt h el a s ts t e p ，t h es y s t e mp r o g r a mi sb e e ns i m u l a t e d t h r o u g ham i t s u b i s h is i m u l a t e ds o f t w a r eg xs i m u l a t o r 6 c 玎 a b s t t a c t t h es y s t e mi sas i m p l ea n dw o r k a b l ee l e c t r i cc o n t r o lp r o p o s a lf o rm i l l i n gm a c h i n e so f i n n e rs p k a lo i lg r o o v e s t h em a c h i n e sh a v eb e e nl a t c h e di n t op r o d u c t i o n t h ep r o c e s so f i n n e rs p i r a lo i lg r o o v e sh a sf e a t u r e so fe x c e l l e n tq u a l i t ya n dh i g hp r o d u c t i o np r o f i c i e n c y t h e f r a m e w o r k a n dm e t h o d so f t h es y s t e mi sa l s oh i g hr e f e r e n c et oo t h e ra u t o m a t i o ns y s t e m s k e yw o r d s ：m i l l i n gm a c h i n ef o ri n n e rs p i r a lo i lg r o o v e s ，p r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e r , h u m a n - m a c h i n ei n t e rf a c e i i i c o n t e n ts c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) i i c o n t e n t s ( c h i n e s e ) 1 v c o n t e n t s ( e n g l i s h ) v i i c h a p t e r1 i n t o d u c t i o n 1 1 1i n t o d u c t i o n l 1 2e x i s t i n gp r o b l e m so ft r a d i t i o n a lp r o c e s s 2 1 3s t r u c t u r ea n dw o r k i n gp r i n c i p l e 4 1 3 1m a i ns t r u c t u r eo fap l c 4 1 3 2s o f t w a r ec o m p o n e n to f ap l c 5 1 ：；3 w o r k i n gp r i n c i p l eo fap l c 5 1 3 4p l ca p p l i c a t i o n 6 1 3 5p l cf e a t u r e s 7 1 4m a i nt a s k a n dc h a p t e r sa r r a n g e m e n to ft h ep a p e r 8 1 5ab r i e fs u m m a r 8 c h a p t e r2a no v e r a l ld e s i g no fm i l l i n gm a c h i n ec o n t r o l l i n gs y s t e mf o ri n n e rs p i r a lo i l gl 。ooves 9 2 1ab r i e fs u m m a r yo ft h e p r o c e s s 9 2 2o v e r a l l l a y o u t 10 ：! 3 m a j o rf u n c t i o n s 1 1 2 4t h es t r u c t u r e 1 ：1 2 5t h eo v e r a l lp r o g r a mo ft h ec o n t r o ls y s t e m 1 3 2 5 1 p r o j e c to fc o n t r o ls y s t e m 13 2 5 2t h eo v e r a l lp r o g r a mo ft h ec o n t r o ls y s t e m 1 5 ：! 6ab r i e fs u m m a r 1 5 c h a p t e r3t h eh a r d w a r ed e s i g no fm i l l i n gm a c h i n ef o rs p i r a lo i l g r o o v e s 16 v l l 广东工业大学硕士学位论文 3 1t h ed e f i n i t i o no fe x e c u t i o nc o m p o n e n t s 16 3 1 1d e t e r m i n a t i o no ft h es p i n d l em o t o rp o w e r 16 3 1 2s e l e c t i o no ft h ec y l i n d e r 1 7 3 1 3s e l e c t i o no fl i f t c y l i n d e r 19 3 2t h ed e s i g no fm o t o re l e c t r i c a lc o n t r o lc i r c u i t 2 0 3 2 1m a i nc i r c u i t d e s i g n 2 0 3 2 2c o n t r o lp o w e rs o l u t i o n s 2 2 3 3t h es e l e c t i o no fp l cm o d e l s 2 3 3 4i oc o m p o n e n ta l l o c a t i o no fap l c 2 6 3 5t h ed r a w i n go fp l ci oc i r c u i td i a g r a m 3 0 3 6p l ca n dt o u c hs c r e e n 3 2 3 7ab r i e fs u m m a r 3 2 c h a p t e r4s o f t w a r ed e s i g no ft h ec o n t r o l l i n gs y s t e m 3 4 4 1s o f t w a r ep r o p o s a l 3 4 4 1 1m e t h o d sa n dm e a n sf o rp r o g r a mw r i t i n g 3 4 4 1 2t h es t e p so fp l cs o f t w a r ed e s i g n 3 5 4 2a no v e r a l ld i r e c t i o no ft h es y s t e ms o f t w a r e 3 5 4 2 1p l cp r o g r a m m i n gm e t h o d s 3 5 4 2 2c o m p o s e do fp l cp r o g r a m 3 7 4 3s t a t et r a n s i t i o n d i a g r a m 3 9 4 4m a n m a c h i n ei n t e r a c t i o np r o g r a m 4 1 4 5ab r i e fs u m m a r 4 6 c h a p t e r 5t h ed e b u g g i n go ft h ec o n t r o l l i n gs y s t e m 4 7 1 ；1m o c kt e s t 4 7 5 2p r o b l e m sa n ds o l u t i o n 5 0 5 3e c o n o m i ce f f e c t s 5 2 5 gab r i e fs u m m a r 5 4 c o n c l u s i o na n de x p e c t a t i o n 5 1 ； r e f e r e n c e s s 6 p u b l i s h e dp a p e r sd u r i n gc a n d i d a t ef o rm a s t e r 5 8 c o n t e n t s t h es t a t e m e n to ft h eo r i g i n a l i t y ! ；9 a c k n o w l e d g e m e n t s ；60 a p p endix 61 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 近年来，目前我国空调行业已进入迅猛发展期，平均每年都在以3 0 以上的速度 增长，从数量规模上来讲，近5 年我国空调走过的发展历程赶上了世界空调制造最发 达的日本2 0 年走过的路程。我国房间空调器的生产总量已经超过美国，居世界第一位 。中国也成为了世界头号空调生产大国。压缩机是空调器的主机，作用有如人的心脏。 我国的压缩机工业是在新中国成立以后建立发展起来的，压缩机的产量和产值逐年上 升，竞争愈加激烈，当然市场也在不断扩大。 空调压缩机是制冷系统的心脏，它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电 机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环 提供动力，从而实现压缩一冷凝一膨胀一蒸发( 吸热) 的制冷循环。空调压缩机一般 由壳体、电动机、缸体、活塞、控制设备( 启动器和热保护器) 及冷却系统组成。一 台高品质空调压缩机，制造工艺高，内部结构设计合理，并采用高效润滑系统，工作 时噪音低、振动小；能在长时间、高强度的恶劣环境下保证强劲的制冷、制热能力， 设计寿命达1 2 年，可保证在空调整个生命周期内工作性能和能耗保持稳定。所以高效 的润滑系统对空调压缩机的性能尤其重要。普遍的压缩机采用滑动摩擦系统，转子与 压缩机轴承座选择滑动摩擦，在封闭的压缩机里，要使高速转动的转子长期保证良好 的润滑就要在轴承座内部加工出内螺旋槽如图1 - 1 带内螺旋槽轴承座所示，通过压缩 机转子的高速转动，使润滑油在油槽及其两端形成良好的循环，从而带走压缩机工作 时所产生的热量，并润滑轴承，降低摩擦和防止腐蚀。这种润滑方式可在节省空间的 基础上有效地发挥作用n ，。由于该轴承座内孔直径小，要加工内螺旋油槽非常困难，传 统加工方法有：( 1 ) 在拉床上拉削油槽、( 2 ) 利用刨床加工轴承表面螺旋油槽、( 3 ) 使用高级数控车床加工内螺旋油槽瞳1 。 广东工业大学硕士学位论文 1 轴承座2 ，内螺旋槽 图卜1 带内螺旋槽轴承座 f i g 1 1b e a d n gw i t ht h es p i r a ! 孕0 0 v e 1 2 传统加工方法存在的问题 传统加工方法在现有的机床上进行改造，设计合适的夹具，具有改造成本低、适 应性强等优点，但对于空调的心脏重要部件压缩机来说，螺旋油槽产量大、专业性强、 质量要求高，传统的内螺旋油槽加工方法在专业化生产中存在许多问题。 1 、在拉床上拉削油槽，主要是油槽拉削工具的设计，用拉削工具，装有成型刀具 的专用刀杆装夹在拉车刀架上即可进行拉削加工悖，。但由于该合金钢轴承材料具有相当 高的强度、硬度及韧性，在拉削过程中产生，情况严重会使拉刀损坏，加工效率较低。 2 、设计通用刨削夹具如图1 2 所示，利用刨床加工轴承内表面螺旋油槽。刨削油 槽时，刀架同时带动齿条前移，通过齿轮、锥齿轮、锥齿圈、棘爪，拨动棘轮，使套 筒连同工件一起在轴承座中转动。这样，刨刀在工件上的加工轨迹即是所需的螺旋线 斜油槽。返程时，齿条后移，除棘轮不动外( 工件亦不动) ，上述齿轮均反向转动。刨 刀回到起点，棘爪卡到棘轮新位置，完成分度。进入下条油槽刨削。该夹具通过旋 转机构和分度机构，使刨刀在工件上的加工轨迹为所需的螺旋线斜油槽。通过更换定 位套，可在一定范围内加工不同规格的工件，。刨削过程同样产生粘刀，刨削表面粗糙 度过大，难以达到产品要求。 第一章绪论 i 2345 6 7 1 棘轮2 棘爪3 套筒4 定位套5 轴承座6 工件7 螺母 8 锥齿圈9 锥齿轮1 0 齿轮11 轴1 2 齿条 图1 - 2 螺旋油槽通用刨削夹具0 1 f i g 1 - 2s p i r a lo i lg e n e r a lc u t t i n gf i x t u r e 3 、使用高级数控车床加工内螺旋油槽如图1 3 所示，数控车床车削内螺旋槽的质 量高，速度高。但高级数控车床主轴上要使用到数码旋转轴，成本高、难操作，不适 合生产压缩机轴承专门化、高产量、低成本的要求“1 。 图卜3 数控车床加工内螺旋油槽 f i g 1 3c n c l a t h es p i r a lg r o o v e s 广东工业大学硕士学位论文 1 3p l c 的组成及工作原理 三十年来，可编程控制器从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的 飞跃其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步其应用领域从小到大，实现 了单体设备简单控制到运动控制、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越饽，。今天的 可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的 作用。 1 3 1p l c 的基本组成 p l c 的结构如图卜4 所示，可编程控制器采用可以编制程序的存储器，用来在其内 部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数 字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。p l c 及其有关的外围设 备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计，。 图 l - - - - _ - _ - _ _ - 一 图卜4p l c 的结构 f i g 1 - 4p l cs t r u c t u r e p l c 的基本组成可归为四大部件： ( 1 ) 中央处理单元板( c p u 板) ，控制器的核心； ( 2 ) 输入部件( i o 部件) ，连接现场设备与之间； ( 3 ) 输出部件，连接驱动或受控元件的接口电路； ( 4 ) 电源部件，为p l c 内部电路提供能源； 4 第一章绪论 整体结构的p l c ，其四部分装在同一机壳内；模块式结构的p l c ，则各部件独立 封装，称为模块，通过机架和总线连接而成。 i o 的能力可按用户的需要进行扩展和组合，另外，还必须有编程器将用户程序写 进规定的存储器内。 1 3 2p l c 的软件组成 p l c 的软件由系统程序和用户程序组成。 系统程序由制造厂商设计编写的，并存入的系统存储器中，用户不能直接读写与 更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、 监控程序等，。 p l c 的用户程序是用户利用p l c 的编程语言，根据控制要求编制的程序。在p l c 的应用中，最重要的是用p l c 的编程语言来编写用户程序，以实现控制目的。由于p l c 是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是广大电气技术人员，为了满足他们 的传统习惯和掌握能力，p l c 的主要编程语言采用比计算机语言相对简单、易懂、形 象的专用语言。 p l c 编程语言是多种多样的，对于不同生产厂家、不同系列的p l c 产品采用的编 程语言的表达方式也不相同，但基本上可归纳两种类型：一是采用字符表达方式的编 程语言，如语句表等；二是采用图形符号表达方式的编程语言，如梯形图等。 1 3 3p l c 工作原理 p l c 是采用“顺序扫描，不断循环的方式进行工作的。即在p l c 运行时，c p u 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号( 或地址) 号 作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直 至程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中， 还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作 o l 。 p l c 的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。 l 、p l c 在输入采样阶段 首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入 数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入，随即关闭输入端口， 5 广东工业大学硕士学位论文 进入程序执行阶段。 2 、p l c 在程序执行阶段 按用户程序指令存放的先后顺序扫描并执行每条指令，经相应的运算和处理后， 其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改 变。 3 、输出刷新阶段 当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存 器中，并通过一定的方式( 继电器、晶体管或晶闸管) 输出，驱动相应输出设备工作。 1 3 4p l 0 的应用领域 目前，在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、 轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类 l 、开关量逻辑控制 取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制， 也可用于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。 2 、工业过程控制 在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的 量( 即模拟量) ，p l c 采用相应的a d 和d a 转换模块及各种各样的控制算法程序来 处理模拟量，完成闭环控制。p i d 调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方 法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 3 、运动控制 p l c 可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可 驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机 器人、电梯等场合。 4 、数据处理 p l c 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。数据处理一般用于 如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6 第一章绪论 5 、通信及联网 p l c 通信含p l c 间的通信及与p l c 其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络 的发展，现在的都具有通信接口，通信非常方便。 1 3 5p l c 的应用特点 结合在国内不同应用领域的使用情况来看，总体有如下应用特点。 l 、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。p l c 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。 使用p l c 构成的控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点 己减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，p l c 带有硬件故障自我检 测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器 件的故障白诊断程序，使系统中除p l c 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护抽1 。 2 、配套齐全，功能完善，适用性强 p l c 发展到今天，已经形成了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，p l c 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种 数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使p l c 渗透到了位置控制、温度控制、 c n c 等各种工业控制中。加上通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用组成各种 控制系统变得非常容易。 3 、易学易用，深受工程技术人员欢迎 p l c 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，为不熟悉电子电路、 不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。 4 、系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造 p l c 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，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经 过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合嘲。 7 广东工业大学硕士学位论文 1 4 本论文主要研究内容 针对传统加工技术的，结合现代机电控制技术，设想一种高效、安全、快速，便 于实现自动化生产的新加工方法，从而提出设计“内螺旋槽专用铣床 的思想。论文 研究的主要内容如下： l 、分析内螺旋油槽的加工方法，提出研制内螺旋油槽的目的和意义。 2 、确定内螺旋油槽专用铣床控制系统的总体设计。 3 、研究内螺旋油槽专用铣床的硬件控制系统。对可编程控制器、气动元件等器件 进行选型；分配i o 端口和绘制接线图。 4 、设计内螺旋油槽专用铣床系统的p l c 程序和设计人机界面。 5 、内螺旋油槽专用铣床的调试分析和评价； 1 5 本章小结 本章给出了选题的背景和意义，讨论了现有内螺旋油槽加工方法的弊端，提出设 计一种由p l c 控制的内螺旋油槽专用铣床，对p l c 的组成和工作原理进行了阐述，并 提出了本论文的主要工作。 8 第二章内螺旋油槽专用铣床控制系统的总体设计 第二章内螺旋油槽专用铣床控制系统的总体设计 本章主要对第一章提出的问题的解决方案作总体性的阐述。本章内容主要包括： 机械设备的结构布局、控制系统总体结构及控制系统包括的主要控制模块的及其功能。 由于本课题主要研究的是控制系统，机械设备是该系统的控制对象，本章只对其作简 要介绍，目的是明确控制系统所涉及到的控制机构。重点主要介绍控制系统结构及控 制系统主要模块的功能。 2 1 内螺旋油槽专用铣床的，j n - r - 过程概述 本系统使用双工作台，既减少振动，又可以提高生产效率。首先按下“运转准备 按钮启动液压电机，放入工件，按“自动启动 按钮，即进入加工过程，并自动予以 记数。 自动加工过程的动作顺序如下： ( 1 ) 工作台夹紧工件； ( 2 ) 铣刀进刀4 m m 准备切削； ( 3 ) 工作台快速直线上升靠近铣刀； ( 4 ) 工作台慢速回转上升，铣刀铣削螺旋槽； ( 5 ) 铣削结束，铣刀退刀离开工件； ( 6 ) 工作台快速下降并松开工件； ( 7 ) 工作台慢速下降至初始位置、油泵卸荷； ( 8 ) 取出工件，完成一个加工循环。 系统在加工过程中可以自动检测自身故障并停止加工、发出报警指示，根据加工 的实际绘制工艺流程图见图2 1 。 9 广东工业大学硕士学位论文 暂停，电 负荷显示 ，铣床电机， 电初启动 t f 一 暂停、故障1 1 亏、工作台快速 报警显示i 一上并到壤汗位 暂停、故 报警显示 7 ，退刀 可 暂停、故障 报警显示 9 ，工作台慢速ir 旨再顸 下降到初始位置f _ 州报警显示 上 t 1 、工件松开 图2 1 工艺流程图 f i g 2 1p r o c e s sf l o wc h a r t 2 2 内螺旋油槽专用铣床总体布局 y 刊曩姑障 - 一oi r ” ni 报警显示 为了便于操作和提高生产效率，本铣床采用立式双加工工位设计。同时，为了达 到降低研发成本和难度，主要采用液压装置来实现以上各个方向的加工进给运动。其 中，工作台连同工件的升降和旋转运动由靠模套筒装置在液压主轴的推动下完成；铣 削刀套总成的进给运动由专门的液压装置控制；而铣刀自身的旋转切削运动则由电机 及铣削刀套的共同配合驱动。工件装夹采用定位销定位，汽缸自动夹紧。切削液的供 给随加工过程的需要自动启停。机床的电气采用p l c 程序控制。图2 2 为内螺旋专用 铣床整体布局图： l o 篙兰亨 一一一一 第二章内螺旋油槽专用铣束控制系统的总体设计 1 铣刀套筒、2 切削主轴、3 进刀油缸、4 铣刀电机、5 工作台 6 圆柱滚子轴承、7 左旋靠模套筒( 深沟球轴承) 、8 、升降主轴 图2 - 2 内螺旋专用铣床整体布局图 f i g2 - 2t h eo v e r a l ll a y o u to fm i l l i n gm a c h i n ef o ri n n e rs p i r a lo i lg r o o v e s 2 3 内螺旋油槽专用铣床基本功能 为满足系统的工艺要求，该内螺旋油槽专用铣床应具备以下功能： l 、可实现手动、自动操作功能，每个工作台的上升、下降功能；进刀、退刀功能； 夹紧、放松功能可以单独手动控制，方便机床维护。 2 、异常复归功能。 3 、欠压保护功能，当气压过低时，压力继电器断开，设备即在当前状态下退刀， 工作台下降复位，系统中止运行，故障警示灯亮。 4 、工件计数和刀具计数功能。 为保证控制系统自动正常工作，系统还配备了如下保护装置： 1 、外围行程开关，防止边界接近开关损坏时设备越位。 2 、加工完毕提醒装置。 广东工业大学硕士学位论文 3 、电机过负荷保护装置。 4 、机床状态显示功能，红灯闪烁表示设备处于故障状态，必须予以正确处理后才 能运行；黄灯闪烁表示等待装夹工件状态；绿灯闪烁表示机床运行正常。 2 4 内螺旋油槽专用铣床组成 根据内螺旋油槽的加工工序，该机床主要由几大系统组成：工件夹紧放松系统、 工作台升降系统、主轴电机控制系统、主轴进刀退刀系统。各系统在p l c 的统一协调 指挥下完成目标动作，保证轴承座内螺旋油槽的快速高效完成，为了提高系统的安全 性和可靠性，在各系统部件设置相应的各种保护以应付有可能出现的故障。 ( 1 ) 装夹系统 装夹系统主要负责工件的定位，保证工件能和工作台一起上升、旋转。装夹系统 采用选装气动装夹，当工件正确放置在工位上，通过手动或自动方式启动气动阀门， 左右两个夹头随即旋转，把工件夹紧，夹紧的力度由气压控制，操作和调试都方便。 ( 2 ) 进退刀系统 螺旋槽的加工采用铣削的方式，采用直接铣削和直接退出的方法虽然简单，操作 容易，但原路退刀时容易引起螺旋槽出现毛刺，表面质量降低：铣刀容易崩刀，刀具 使用寿命减少，造成机床运行成本提高，因此，在机床上设计了进刀和退刀方式，工 。件加紧后，采用手动和自动方式可以控制液压元件动作，推动主轴及电机座板一起向 右进给4 m m ，待工作台慢速上升到极限位置，铣削完毕，控制液压元件动作，推动主 轴及电机座板一起向左退4 m m ，待铣刀完全退出撤出螺旋槽，工作台才能下降，有效 保护以加工的螺旋槽表面。 (