初稿-组合机床回转工作台结构与控制系统设计

1、需要图纸联系QQ：1834186366组合机床回转工作台结构与控制系统设计摘要进入二十一世纪以来，伴随着世界经济的全球化趋势，制造业面临着市场竞争不断加剧，市场变化不可预测等新特点，市场的不断变化要求制造业整体加快转型，加速发展以满足快速变换的市场需求。所谓组合机床是指针对一些特定的复杂零部件、特定复杂的加工工序进行批量加工的组合机床专用设备，该类设备更加复杂，能显著提升生产效率。近年来，机械制造业中组合机床的用途越来越广泛，组合机床回转工作台是一种可以实现圆周进给和分度运动的工作台，可提高加工效率，完成更多工艺，主要由原动系统、传动系统、工作台等部分组成，并可进行消隙和蜗轮夹紧，本文介绍了组

2、合机床的原理和应用，并且设计了组合机床回转工作台，并利用PLC实现了对组合机床回转工作台的自动控制，无疑是今后发展的方向。目录第一章 概述1.1组合机床概述在现代化机械制造工业中，为了达到保证产品质量、改善劳动条件、提高劳动生产率及降低劳动成本的目的，在工艺过程中，除机床等设备外还大量使用着各种工艺装备。它包括夹具、模具、刀具、辅助工具及其测量工具等。专用机床是为了完成某一特定的加工对象或加工工序设计和制造的辅助装备，通常使用很多刀具同时进行切削加工，提高了生产效率，稳定保证所加工零部件的质量和一致性，减轻了劳动强度。专用机床往往针对某一特定零部件或者特定工序设计制造，当产品更新或加工对象改变

3、后需要重新改装，另行设计制造和安装。组合机床是专用机床的改进型，由通用部件及少量专用部件组合起来的高效率的机床，灵活性更高。其通用部件包括动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件等。动力部件为组合机床提供主运动和进给运动，由动力箱、切削头和动力滑台，支承部件用以支承动力滑台，切削头等，包括侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件用以输送工件或主轴箱至加工工位，包括分度回转工作台、环形分度会装工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。控制部件包括液压站、电气柜和操纵台等控制元件。辅助装置包括润滑装置、冷却装置和排屑装置等。组合机床克服了一般专用机床的缺点。它将专用机床上若干

4、具有一定功能的零件独立组成各个通用的功能部件，再组合成为整体的机床系统，因而具有很高的灵活性。组合机床技术是机床装备中的前沿科技，组合机床正朝着高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、高可靠性发展。组合机床在工程机械工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等领域有着广泛的应用。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，主要针对批量生产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复杂工序；新型柔性化组合机床运用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换等新技术，配以可编程序控制器(PLC

5、)、数字控制(NC)等控制新技术，能通过任意改变工作循环控制和驱动系统适应多个不同的零部件加工。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床等新型组合机床发展应用十分迅速。使用组合机床缩短了设计与制造周期，由于组合机床的通用化程度高，通用零部件和标准件数量多，在制造新机床时可以直接选用，这些通用零部件都是经过生产实践考验多次反复修改定型的产品，使用性能稳定，有利于保证加工质量稳定，需要设计和制造的只是少量专用零部件。提高了生产效率，可靠性和工艺性，因而可以组织成批生产，提高制造精度，降低机床成本，加快了专用机床的制造速度，自动化程度高，便于维护，通用的易损件可以提前准备。当改变加工对象时，通用零

6、部件可以重新利用，改装成新的专用机床，具有较为广泛的适应性和灵活性1.2回转工作台概述在多工位组合机床中，分度回转工作台是一个重要的输送部件，它将被加工工件从一个工位转换到另一个工位。通常一个工位用作装夹工件，其他几个工位同时对工件进行加工，一台组合机床可以看做是一条圆形自动机械加工线，占地面积小，机床的生产效率得以提高。回转工作台的形式多种多样，按传动方式可分为：机械传动，液压传动，气压传动，气、液联合传动和行星传动的回转工作台。按被加工工件的定位方式可分为：圆柱销或菱形销定位，圆锥销定位，反靠定位，齿盘定位和钢球定位等几种。近年来在发达国家得到应用的行星传动分度回转工作台，可将被加工工件在

7、一个工位上装夹后，工件可绕着工作台轴线作圆周方向输送，输送到各工位后，根据工艺要求，在工作台分度转位的过程中，使工件绕夹具轴线回转，被加工工件的各面可以依次朝外接受各工位上的动力部件加工。这样的一台多工位组合机床，除了可以从被加工工件的顶面和朝向动力部件面进行加工外，还可对多达五个面进行加工，扩大了组合机床的应用范围。回转工作台的定位精度是评价回转工作台的主要性能指标，往往取决于回转工作台的定位方式。设计组合机床时，应根据被加工工件的精度要求合理选择分度回转工作台的定位方式。分度定位精度高，定位刚性好，分度所需时间短，精度保持时间长，工作安全可靠是对回转工作台的要求。在各种定位方式中，钢球定位

8、的回转工作台，具有分度精度高，定位刚度好等优点，但目前在我国现在回转工作台通用部件中，以齿盘定位回转工作台技术性能最优。1.3回转工作台方案设计由上所述，综合考虑到所设计的任务和要求，结合被加工工件的精度要求，本次设计采用齿轮传动方式。设计回转工作台首先应当考虑到回转工作台夹具。回转工作台夹具是工件绕垂直轴作回转运动的组合机床夹具。多用于中小工件的多面多工序加工，在每一个工位上可安装一个或几个工件。同时为提高机床生产效率，在夹具上还设置专门的装卸工位。回转工作台的分度和定位有液压和机械两种传动方式，大型回转工作台的转盘直径有800、900、1000、1120、1250、1400毫米六种规格，工

9、位数为2、3、4、5、6、8、10、12八种，小型回转工作台的转盘直径有500、600、700、800毫米四种规格，工位数为3、4、5、6、8、9、10、12八种。根据设计任务书的要求，本次设计选择回转工作台的转盘直径为600mm，工位数为4。设计时回转工作台时应合理布置小夹具，尽量选用较小直径的转盘。在转盘上应加工用于小夹具定位的圆柱销孔，为保证孔加工精度，应在坐标镗床上加工。考虑小夹具与与工作台定位机构的关系，尽量使精加工工位放在工作台定位机构的附近，这样有利于提高机床加工精度。为有利于切削和冷却液的排除，相邻小夹具间的距离必须足够。 需要时小夹具的局部可超出工作台面，但要保证与其它部件无

10、干涉。当小夹具的回转中心与回转工作台的回转中心不同时，更要注意回转时的碰撞问题。对于卧室机床的回转工作台，为避免加工时产生振动，应尽量减少切向和不通过回转工作台中心的切削力。以上是对回转工作台夹具掌握的一些情况为了满足上述要求，现对回转工作台作详细的方案设计：结合加工工件的特点和所掌握的一些情况决定工作台选用带回转式油缸分度机构的环形工作台，为了实现精确的分度，本工作台采用齿轮分度的方式，由于回转工作台有4个工位，因此回转工作台每次旋转90度，而油缸每次旋转450度，中间采用齿轮传动的传动方式，所以传动比为根据所设计的特点和传动比的大小，采用二级传动的传动方式，初设传动比。第一级采用直齿轮传动

11、的传动方式，第二级采用渐开线蜗轮蜗杆的传动方式，具体传动方式如图所示：图3-1传动图本次设计回转工作台的主要技术参数如下：（1）回转半径：600mm（2）重复定位精度：0.005 mm（3）电液脉冲马达功率0.75kw（4）电液脉冲马达转速3000 rpm（5）总传动比：72.5（6）最大承载重量100第二章 回转工作台的结构设计3.1 确定传动方案在组合机床上，回转工作台的作用是提供需要的转动自由度。常规的回转工作台仅提供一个绕工件轴线转动，但螺旋锥齿轮的加工过程中，需要调整多个参数，若采用这样的转台，则每次调整参数都必须重新布置转台的位置，且这种布置精度受外界因素影响较大，不利于实现自动化

12、数控加工。另外这种转台功能单一，不适合复杂曲面的加工。因此为了很好的体现多功能组合机床的功用，本次设计了一种新型结构的回转工作台，它具有三个转动自由度，不仅能提供工件主轴的回转运动，而且能使工件回转轴在上半球内任意定位，便于调整工件的加工位置。由于所设计的回转工作台是安放在改造后的组合机床的横向移动滑台上，其结构尺寸受到机床结构的限制，高度在500mm左右，直径不能超过400mm。整个数控转台由转台、连接体、齿轮、轴承座等组成。步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入

13、脉冲频率。步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩Mjmax大的电机，负载力矩大。选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过

14、程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要回转工作台一般由原动机、传动装置和工作台组成，传动装置在原动机和工作台之间传递运动和动力，并可实现分度运动。在本课题中，原动机采用电液脉冲马达，工作台为T形槽工作台，传动装置由齿轮传动和蜗杆传动组成。合理的传动方案主要满足以下要求：（1）机械的功能要求：应满足工作台的功率、转

15、速和运动形式的要求。（2）工作条件的要求：例如工作环境、场地、工作制度等。（3）工作性能要求：保证工作可靠、传动效率高等。（4）结构工艺性要求；如结构简单、尺寸紧凑、使用维护便利、工艺性和经济合理等。回转工作台传动方案为：电液脉冲马达齿轮传动蜗杆传动工作该传动方案分析如下：齿轮传动承受载能力较高 ，传递运动准确、平稳，传递 功率和圆周速度范围很大，传动效率高，结构紧凑。蜗杆传动有以下特点：1传动比大在分度机构中可达1000以上。与其他传动形式相比，传动比相同时，机构尺寸小，因而结构紧凑。2传动平稳 蜗杆齿是连续的螺旋齿，与蜗轮的啮合是连续的，因此，传动平稳，噪声低。3可以自锁 当蜗杆的导程角小

16、于齿轮间的当量摩擦角时，若蜗杆为主动件，机构将自锁。这种蜗杆传动常用于起重装置中。4效率低、制造成本较高 蜗杆传动是，齿面上具有较大的滑动速度，摩擦磨损大，故效率约为0.7-0.8，具有自锁的蜗杆传动效率仅为0.4左右。为了提高减摩擦性和耐磨性，蜗轮通常采用价格较贵的有色金属制造。由以上分析可得：将齿轮传动放在传动系统的高速级，蜗杆传动放在传动系统的低速级，传动方案较合理。同时，对于回转工作台，结构简单，它有两种型式：开环回转工作台、闭环回转工作台。两种型式各有特点：开环回转工作台 开环回转工作台和开环直线进给机构一样，都可以用点液脉冲马达、功率步进电机来驱动。闭环回转工作台 闭环回转工作台和

17、开环回转工作台大致相同，其区别在于：闭环回转工作台有转动角度的测量元件（圆光栅）。所测量的结果经反馈与指令值进行比较，按闭环原理进行工作，使转台分度定位精度更高。3.2 齿轮传动设计由于前述所选电机可知T=2.39N*m传动比设定为i=3，效率=0.97工作日安排每年300工作日计，寿命为10年。根据GB/T100851988的推荐，采用直齿圆柱轮传动方式。考虑到齿轮传动效率不大，速度只是中等，故蜗杆用45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求齿轮面，硬度为45-55HRC。先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。传递转矩根据机械设计手册表6-6选择载荷系数K=1.2，表6-

18、7选择齿宽系数d=1，根据选用的45#钢，许用接触压力，传动比将以上参数代入公式1）齿数 取，则。2）模数mm,取标准值m=1.5。3）中心距 标准中心距4）其他主要尺寸分度圆直径： 齿顶圆直径： 齿宽：, 取,取。查阅机械设计手册得复合齿形系数，则弯曲强度足够。齿轮圆周速度由机械设计手册确定第公差组为8级。第、公差组也定为8级，齿厚偏差选HK小齿轮 da1 =33mm采用实心式齿轮大齿轮 da2 =99mm采用腹板式齿轮3.3电液脉冲马达的选择在许多机械加工中广泛采用电液脉冲马达实现微量进给运动，这是因为电液脉冲马达具直接采用数字量进行控制，转动转动惯量小，启动、停止方便；成本低；无误差积累

19、；定位准确；低频率特性比较好；调速范围较宽等优点。采用电液脉冲马达为驱动单元，其机构也比较简单，主要是变速齿轮副、滚珠丝杠副，以克服爬行和间隙等不足。在组合机床中为了保证加工精度，广泛采用电液脉冲马达的细分驱动技术。1）电液脉冲马达电机的选择按照工作要求和条件选Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电机。2）选择电液脉冲马达的额定功率马达的额定功率应等于或稍大于工作要求的功率。额定功率小于工作要求，则不能保证工作机器正常工作，或使马达长期过载、发热大而过早损坏；额定功率过大，则马达价格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪费。工作所需功率为：Pw=FwVw/1000w KW Pw=Tnw/9

20、950w KW 式中T=150N.M, nw=36r/min,电机工作效率w=0.97，代入上式得Pw=15036/（99500.97）=0.56 KW电机所需的输出功率为：P0= Pw/式中：为电机至工作台主动轴之间的总效率。由表2.4查得：齿轮传动的效率为w=0.97；一对滚动轴承的效率为w=0.99；蜗杆传动的效率为w=0.8。因此，=1233=0.970.9930.8=0.75P0= Pw/=0.56/0.75=0.747 KW一般电机的额定功率Pm=(1-1.3)P0=(1-1.3)0.747=0.747-0.97 KW则由表2.1取电机额定功率为：Pm=0.75 KW。确定电机转速

21、按表2.5推荐的各种机构传动范围为，取：齿轮传动比：3-5，蜗杆传动比：15-32，则总的传动范围为：i=i1i2=315-532=45-160电机转速的范围为N= inw=(45-160)36=1620-5760 r/min为降低电机的重量和价格，由表2.1中选取常用的同步转速为3000r/min的Y系列电机，型号为Y801-2，其满载转速nm=3000r/min,此外，电机的安装和外形尺寸可查机械设计手册3.4蜗轮蜗杆设计由上所述，选择电机T=2.93N.M传动比设定为i=3，效率=0.8工作日安排每年300工作日计，寿命为10年。根据GB/T100851988的推荐，采用渐开线蜗杆蜗轮传

22、动方式。考虑到蜗杆传动效率不大，速度只是中等，故蜗杆用45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求蜗杆螺旋齿面淬火，硬度为45-55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜Zcusn10p1，金属铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距：确定作用在蜗轮上的转距T2按Z1=2，估取效率=0.8，则T2=T*i=153.4N.M确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数K=1；由使用系数KA表从而选取KA=1.15；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数KV=1.1；则 选用

23、的铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配。先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值d1/a=0.30，从而可确定接触系数Z=3.12。根据蜗轮材料为铸锡磷青铜zcusn10p1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，从而可查得蜗轮的基本许用应力H=268MPa。因为电动刀架中蜗轮蜗杆的传动为间隙性的，故初步定位、其寿命系数为KHN=0.92，则 H= KHNH=0.92268=246.56247MPa 取中心距a=50mm，m=1.25mm，蜗杆分度圆直径d1=22.4mm，这时=0.448，从而可查得接触系数=2.72，因为Z，因此以上计算结果可用。下面分别计算蜗杆与蜗轮的主要几何尺寸参数：蜗杆直径

24、系数q=17.92；分度圆直径d1=22.4mm蜗杆头数Z1=1；分度圆导程角=31138蜗杆轴向齿距：PA=3.94mm；蜗杆齿顶圆直径：蜗杆轴向齿厚：=1.97mm蜗轮齿数：Z2 =62变位系数=0验算传动比：i=/=62/1=62传动比误差为：（60-62）/60=2/60=0.033=3.3%蜗轮分度圆直径：d2=mz2=蜗轮喉圆直径：da2=d2+2ha2=93.5蜗轮喉母圆直径rg2=a-1/2 da2 =50-1/293.5=3.25校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数根据2=0，ZV2=62，可查得齿形系数,螺旋角系数Y=1-/140=0.9773许用弯曲应力弯曲强度是满足要求的。3.

25、5轴的设计轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递，因此轴的主要功能是支撑回转零件及传递运动和动力。按照承受载荷的不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴3类。工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。这类轴在各种机器中最为常见。只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。心轴又分为转动心轴和固定心轴两种。只承受扭矩而不承受而不承受弯矩的轴称为传动轴。轴还可按照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴两大类，曲轴通过连杆可以将旋转运动转变为往复直线运动，或作相反的运动变换。直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴两种。光轴形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的零件不

26、易装配及定位；阶梯轴则正好与光轴相反。因此光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯轴则常用于转轴。（1）轴1的设计对此回转工作台未提出特殊要求，功率不大，因此，选择常用的材料45钢，正火处理由机械设计（北京理工大出版社）表121查得，。由机械设计（北京理工大出版社）表122按45钢查得C=110， 安装齿轮处的轴头直径 在这里取d=10mm.为了装拆轴承齿轮方便，将轴设计成阶梯状。对于同一个轴上的两个轴承，通常选用同一型号，现暂取圆锥滚子轴承7302E内经为15mm，宽度是14.25mm,与轴承相配合的轴径取15mm,由机械设计手册中查得该轴承定位端面的轴肩直径应取为21mm。在这里齿轮与轴采用间隙配合

27、，而轴承与齿轮之间应采用过盈配合的方式，齿轮与轴均采用平键连接的方式，其轴向固定采用轴肩，轴环，套筒及轴端挡圈。根据以上所述，现画出轴的结构草图：下面按疲劳强度的安全系数校核轴，首先作出轴的受力简图：（2）求作用在轴上的力轴传递的转矩T=5082N/mm齿轮上的圆周力： 齿轮上的径向力： （3）求轴承支反力 在zy平面内 由图可知 以B点为基点作受力分析 得 在zx面内由图可知 以B为基点作扭矩分析 将数代入得（4）画弯矩图，和及合成弯矩图（5）画出扭矩图截面所受的弯矩M=7798.5确定危险截面，并计算其应力由图可知第二个截面所受的弯矩和转矩较大 ，因此应校核这个平面。弯曲应力 扭转剪应力轴

28、的材料为45钢，调质处理。由机械设计第七版表151查得，以上所述均小于查表所得值，均符合设计要求。（2）轴2的设计对此回转工作台未提出特殊要求，功率不大，因此，选择常用的材料45钢，正火处理由机械设计（北京理工大出版社）表121查得，。由机械设计（北京理工大出版社）表122按45钢查得C=110，初步估算出安装齿轮处的轴头直径 在这里取d=10mm.为了装拆轴承齿轮方便，将轴设计成阶梯状。对于同一个轴上的两个轴承，通常选用同一型号，现暂取圆锥滚子轴承7302E内经为15mm，宽度是14.25mm,与轴承相配合的轴径取15mm,由机械设计手册中查得该轴承定位端面的轴肩直径应取为21mm。在这里齿

29、轮与轴采用间隙配合，而轴承与齿轮之间应采用过盈配合的方式，齿轮与轴均采用平键连接的方式，其轴向固定采用轴肩，轴环，套筒及轴端挡圈。轴的结构设计及校核与轴1类同，本文从略。第三章 PLC控制系统设计3.1PLC概述随着科学技术的不断进步，现代控制设备不断发展，更加通用、灵活、易变、经济、可靠。PLC可编程控制器是新一代的工业控制装置，具有开发柔性好、接线简单、安装方便、抗干扰性强等优点，广泛应用于多工位组合机床的控制系统。可编程序逻辑控制器PLC是计算机的发展与工业应用结合的产物，它通过采用计算机可编程序中的各种运用对工业生产中继电器进行逻辑控制。在PLC的使用过程中它不但采用了中央处理器CPU

30、更是继承了可编程序控制器的原有功能，形成了一个顺序控制，算术运算和通信等各种功能的结合体，在使用的过程中指令系统丰富，程序结构灵活，不但可以完成开关量及顺序控制，而且可以用来实现模拟量等复杂的控制。PLC技术发展非常迅速，是目前工业自动化应用最广的控制设备。PLC可编程序控制器具有可靠性高、应用简便、通用性强等特点，PLC是专门为工业环境而设计，不仅功能强大，其相关产品几乎可以实现所有的工业自动化控制任务，同时具有很高的可靠性。使用PLC产品时一般直接接线，不需要用户再进行电路板的设计；所有PLC厂商都支持梯形图，编程简单直观；PLC相关模块和扩展模块更加简化了控制系统；利用PLC程序开发周期

31、短、容易调试和修改，大大简化了系统设计任务。PLC包含的“与”、“或”、“非”等逻辑指令可实现组合逻辑控制、定时控制和顺序逻辑控制等，通过触点和电路的串并联代替传统的继电器进行工作。控制系统的可靠性是工业生产中最关键的指标。PLC中包含专门的运动控制模块，通过与其它PLC单轴或多轴等位置控制模块、高速计数模块等来控制步进电机和伺服电机使运动部件能以适当的速度或加速度实现平滑的直线运动或圆周运动。PLC通过与A/D、D/A转换模块及智能PID模块实现生产过程中周围环境中各种模拟量的控制，如温度、压力等，使这些物理参数稳定保持在设定值。在使用PLC的大型控制系统中，可实现数据的运算、传送、转换、排

32、序和查表、位操作等功能。随着计算机控制技术的发展，现代PLC可以更加方便快捷的提供工厂自动化中的通信服务。PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC与其它智能设备的通信。PLC与其他智能控制设备可以组成“集中管理、分散控制”的分布式系统。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。组合机床对PLC控制系统的要求如下：传送：用来传送未加工的零件，以待上料推杆上料，传送已加工的零件；夹具：夹具装置能紧紧

33、的夹住送来的未加工的零件，加工完后松开零件；上料：上料推杆将未加工的零件推到夹具处；并且其来回的运动有其一定的行程；进料：进料装置对放在夹具处的零件进油；便于加工.滑动：四个滑台可以向夹具处滑动，并且在快挨近夹具的时候停止，退回到一 定的程度时也能停止；加工：四个加工工位对零件从四个方向加工。在对控制系统选型和设计应最大限度的满足被控设备或生产过程的控制要求；在满足控制要求的前提下，力求系统简单、经济、操作方便；采用先进、可靠、成熟的控制技术以提高系统可靠性；采用模块化设计，提高通用性及设备效率，易于维护；适应今后的技术发展、要求，系统有较高的可扩展性；对于现代控制系统，控制方案根据控制器的种

34、类而异，常用的有三种类型：继电器顺序控制、微机控制和可编程序控制器控制。传统的继电器控制系统内部触点多、接线多。因此可靠性不高。当要改变控制系统内部参数时往往要通过接线或更改控制元件才能实现，难于在实际应用，一般只适合用于控制过程和参数固定不变的简单场合。微机控制系统是利用计算机软件实现系统的自动控制。通过更改程序即可实现对控制系统内部参数的修改，但是微机控制系统与机械系统交互需要采用专I/O接口电路，使控制系统变得复杂，只有专业技术人员才能掌握，使用也不方便。PLC采用微处理器作为控制系统的核心，可看作是一台通用的标准的工业控制计算机。PLC 的输入、输出模块与主模块组装在一起，可以直接与行

35、程开关、传感器及驱动执行机构的电磁线圈等连接在一起，与机械系统的交互变得简单。PLC采用梯形图作为程序设计语言，简单而实用，技术人员能轻易掌握，同时性能价格低，功率价格适中。4.2设计条件如前所述，可分为三个流程分析组合机床的控制系统：1、组合机床的启动控制回转台抬起回转抬回转回转台反靠回转台夹紧动力头快进动力头工进延时停留动力头快退。2、液压回转工作台的控制主要通过电气线路控制液压系统使油路实现回转工作台的转位动作。回转台的转台动作：自锁销脱开及回转台抬起回转台回转及缓冲回转工作台反靠回转工作台夹紧。3、液压动力头的控制动力头完成进给运动实现刀具切削的动力部件。其动作顺序是：动力头快进力头工

36、进延时停留快速退回原位。本文所涉及的组合机床具有钻孔、扩孔、铰孔工作三个动力头，钻孔、扩孔、铰孔的工艺可分别是根据距离的不同由机械来保证。设计中需要实现在回转工作台夹紧动力头后才移动、实现动力头的点动控制、在任意时刻实现快退控制。机床的主电路由三台三相交流异步电动机、及其附属电气元件组成，可采用直接起动控制。机床主电机M1、液压泵电机M2、冷却泵电机M3都只需要单方向启动，并需要有短路及过载保护。M1和M2可以同时起停，也可单独起停。要求在动力头工作时，M3才接通，但也可以随时调整。主电路供电电压为380V；控制电路电压为220V；由桥式全波整流电路直流控制电路电压24V，指示灯电路为6.3V

37、。整个控制系统中各指示灯显示各个工作状态，电路中设置必须的各项保护，实现互锁。4.3设计原理及步骤本次设计详细介绍回转工作台控制系统的控制过程，液压回转台是通过电气线路控制油路来实现工作台转位工作。本次设计的回转工作台加工工位有四个，即装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔。回转台动作顺序是：自锁销脱开回转台升起回转台回转及缓冲回转台反靠回转工作台夹紧向动力头发出工作信号。另外只有回转台夹紧动力时才能实现转位动作。为实现电磁阀对油路动作的控制，使用中间继电器控制电磁阀，并对现场各种信号的进行传递转换及放大。于是选择： KA4回转台升起 KA5回转台回转 KA6回转台反靠 KA7回转台夹紧 KA8动力头退回

38、原位 SA1回转台手动、自动工作选择开关 SA2回转台回转按钮 SA8回转台回转按钮设计回转工作台电气控制电路图如下： 回转工作台由转换开关SA1可实现自动循环与调整，调整时，SA1打在M档，按下调整按钮SB8，将SA1打在A档，当动力头复位后，则回转工作台可自动回转。动力头在初始位置时，行程开关SQ1被压下，回转工作台在原位，SQ9被压合，KA8得电，使YV5得电，自锁销脱开，回转工作台升起，压下SQ5， KA5失电，电磁阀YV7得电，YV10失电，于是离合器合着而回转，回转了一定角度压下SQ6，SQ6常开闭合，KA4得电并自琐，由于KA7、KA6、SQ8均处于常态，YV9得电，回转台实现反

39、靠，反靠后压合行程开关SQ7，因为KA4一直得电，回转台自动落下夹紧。当回转台夹紧压力足够时，合上压力继电器KP，KA7得电，KA7常开闭合，YV10得电，离合器脱开，KA7常闭断开，YV9失电，离合器脱开后压下SQ8，电磁阀YV8得电，液压缸返回初始位置，同时KA7常开触点发出信号，使动力头准备工作。若SA1打在M档，按下SB8实现手动调整，控制回转工作台的工作，松开SB8，回转台则停止工作。4.4PLC控制的设计根据上面所设计的电路图，设计PLC控制系统梯形图的步骤是：首先分析控制系统内各个元器件的逻辑状态表根据状态表绘制梯形图根据梯形图编程。写入PLC机程序进行调试。绘制现场接线图。设计

40、中最关键重要的步骤即第一步，列出各个元器件的逻辑状态表，首先，根据设备电气控制电路中的I/O点数确定PLC机型，由前所述，输入信号有22点，总共有48点，因此选择中国无锡、美国EG公司及日本株社合资生产的PLC，型号为SR-20系列即可。SR-20系列PLC最大点数可控64点，还有冗余，但是，由于需要采用三种不同的电压（220V、24V、6.3V）控制输出点，分别采用不同的模块控制，因此需要选用八槽模块的PLC机供本次组合机床使用。具体分配和定义如下：输入信号：（2块8点模块,1块16点模块）2块8点：0000171块16点：020027120127输出信号：（4块8点模块） 接触器：3037

41、，1块电磁阀：4057，2块指示灯：6067，1块输入状态表确认如下：标准PLC标准PLC标准PLCSB00SA411SQ521SB101SA512SQ622SB202SA613SQ723SB403SA714SQ824SB505SQ116FR126SA106SQ217FR227SA207SQ320FR3120SA310输出信号分别由4个模块控制。其中采用8点模块控制电磁阀，每块只控制4个电磁阀，点数尚有冗余，电磁阀工作电流较大，为了保护输出模块，减轻输出模块负载，使输出模块不因超载而损坏。为了保护PLC机，用一中间继电器（放大器）在输出端进行放大与隔离控制，当负载出现故障时，PLC不会受到影响

42、，由中间继电器间接控制动作。另外，采用单独变压器为PLC供电，分别起隔离、保护作用，使工作运行更加平稳。输出状态表确认如下：标准PLC标准PLC标准PLCKM130YV751H1462KM231YV852HL563KM332YV953HL664YV140YV1054HL765YV241EL33HL866YV342HL137HL967YV543HL260YV650HL361中间元件状态表包括中间继电器、时间继电器等PLC内部元件的编号。在继电器-控制电路中，时间继电器KT既有延时触点，又有瞬动触点。我们采用内部线圈的对应触点作为定时器的瞬动触点使用。 中间元件的定义号为：160377，定时器的定义号为：600677下面作出中间元件状态表，见表2-12。中间元件状态表如下：标准PLC标准PLCKA1160KA6165KA2161KA7166KA3162KA8167KA4163KA5164KTTMR600总结本文对组合机床回转工作台结构与PLC控制系统进行了设计，设计的过程综合了大学里所学的知识，是理论与实际相结合的一个成果。制定了一套切实可行的一套工艺流程和设计了一套较为合理的结构。致谢写到这里，即我的学位论文将要付梓的时候，我想向曾经给我帮助和支持的人们表示衷心的感谢。四年来的寒窗苦读，更是我人生最