两工位钻孔_攻丝组合机床液压控制系统的设计

1、 学号：学号： 毕业设计说明书毕业设计说明书 设计题目：设计题目：两工位钻孔、攻丝组合机床两工位钻孔、攻丝组合机床 液压控制系统的设计液压控制系统的设计 系系 部部 机械电子系机械电子系 专专 业业 机电一体化机电一体化 班班 级级 机电机电 102102 班班 姓姓 名名 指导教师指导教师 20122012 年年 1010 月月 1717 日日 摘摘 要要 本课题主要研究的是用PLC控制的两工位钻孔攻丝组合机床的运作。 两工位钻孔攻丝组合机床经系统通电后能自动完成工件的钻孔和攻丝加工，此机 床主要由床身、移动工作台、夹具、钻孔滑台、钻孔动力头、攻丝滑台、攻丝动力头、 滑台移动控制凸轮和液压系

2、统组成。工作台的移动包括左移、右移及夹具的动作包括 加紧和放松，钻孔滑台的移动包括前移和后移，均由液压系统执行，其中钻孔滑台和 攻丝滑台的移动是通过控制凸轮来控制滑台移动液压系统的液压阀实现的，电气系统 不参与。只需启动控制凸轮点击即可，但要注意凸轮转动的周期。该系统由 PLC 的控 制，工作台和滑台的移动将严格的按规定的时序同步进行，使两种运动密切配合，提 高实际生产的工作效率。 关键词 组合机床 PLC 控制 程序编程 调试 Abstract The main research of this paper is to use PLC to control the two position

3、drilling combined machine tool operation. Two position drilling combined machine tool the system power can automatically complete the drilling and tapping machine, which is mainly composed of a bed body, movable bench, fixture, drilling, drilling, tapping power head slider slider, tapping power head

4、, slider mobile control cams and hydraulic system. Work bench mobile includes shift left, right and jig moves include a stepped up and relax, drilling the movement of the sliding platform includes forward and backward, implementation by the hydraulic system, wherein the drilling platform and tapping

5、 the movement of the sliding platform is controlled by a cam to control a slider mobile hydraulic system hydraulic valve, electrical system does not participate in. Just start the control cam click, but attention should be paid to the cam rotation cycle. The system consists of a PLC control, work st

6、ation and the movement of the sliding platform will be strictly in accordance with the provisions of the timing synchronization, the two movement closely, improve production efficiency. Key words combination machine tool control procedures PLC programming debugging 目目 录录 摘摘 要要.错错 误！未定义书签。误！未定义书签。 Ab

7、stract.I 前言前言.（1） 正正 文文 1 组合机床设计简介组合机床设计简介 1.1 组合机床加工方式.（2） 1.2 组合机床的发展.（2） 1.3 组合机床部件分类.（2） 1.4 组合机床的发展.（3） 1.5 在中小批量生产组合机床是如何应用.（3） 2 可编程控制器的概述可编程控制器的概述 2.1 可编程控制器的由来.（4） 2.2 可编程控制器的特点.(5) 2.3 可编程控制器的应用领域.(6) 2.4 可编程控制器的发展趋势.(6) 2.5 PLC 的结构.(7) 2.6 PLC 的基本技术特征.(9) 3 两工位钻孔攻丝组合机床的设计两工位钻孔攻丝组合机床的设计 3.

8、1 两工位钻孔攻丝组合机床示意图.(10) 3.2 两工位钻孔攻丝组合机床的控制要求.(11) 3.3 动力滑台液压系统的工作原理.(13) 3.4 液压缸参数的计算.(14) 3.5 各液压缸工作循环时的工作参数表.(16) 3.6 液压系统的发热和温升验算.(18) 3.7 组合机床控制系统设计.(18) 3.8 硬件接线图设计.(19) 3.9 软件系统设计.(19) 4 4 系统的调试系统的调试 4.1 FXGP/WIN 软件应用.(21) 4.2 上机调试步骤.(22) 5 小小 结结 .(23) 致致 谢谢 .(24) 参考文献参考文献 .(25) 前言前言 组合机床 transf

9、er and unit machine 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专用机 床。 二十世纪 70 年代以来 随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀 具自动补偿技术的发展 组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可 达0.05毫米1000毫米表面粗糙度可低达0.63微米镗孔精度可达IT76级孔距精度可 达 0.02微米。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某 些部件因重复使用逐步发展成为通用部件因而产生了组合机床。 最早的组合机床是1911年在美国制成的用于加工汽车零件。初期各机床制造 厂都有各

10、自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用 户使用和维修1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商确 定了组合机床通用部件标准化的原则即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件 结构未作规定。组合机床是以通用部件为基础配以按工件特定外形和加工工艺设 计的专用部件和夹具组成的半自动或自动专用机床。它一般采用多轴、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 在大批、大量生产中得到广泛应用 并可 用以组成自动生产线。 组合机

11、床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件。加工时工件一般不旋转由 刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰 孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用 车削头夹持工件使之旋转由刀具作进给运动也可实现某些回转体类零件 ( 如飞 轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因 重 复使用逐步发展成为通用部件因而产生了组合机床。 第一章 组合机床设计简介 组合机床（transfer and unit machine）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

12、，组成的半自动或自动专 用机床。 1.1 组合机床加工方式 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，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。 组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转， 由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰 孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用 车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现

13、某些回转体类零件(如 飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。 1.2 组合机床的发展史 二十世纪 70 年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和 刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度 可达 0.05 毫米1000 毫米，表面粗糙度可低达 2.50.63 微米；镗孔精度可达 IT76 级，孔距精度可达 O.03O.02 微米。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重 复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。 最早的组合机床是 1911 年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机 床制造厂都有各自的通用部件标

14、准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性， 便于用户使用和维修，1953 年美国 福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件 标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。 1.3 组合机床部件分类 通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部 件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、 切削头和动力滑台。 支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有 侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。 输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作 台

15、、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。 控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵 台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。 1.4 组合机床的发展 为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把 结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类 机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。 组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结 构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工 艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。 1.5 在中小批量生产中组合机床

16、是如何应用的 组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用 部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。它一般采用多轴、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，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可 用以组成自动生产线。 组合机床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件。加工时，工件一般不旋转， 由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰 孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机

17、床采用 车削头夹持 工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、 汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重 复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。 最早的组合机床是 1911 年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机 床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性， 便于用户使用和维修，1953 年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造 厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺 寸，但对部件结构未作规定。 通用部件按功能可分为动力部件、支

18、承部件、输送部件、控制部件和辅助部 件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、 切削头和动力滑台。 为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把 结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类 机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。 组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结 构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工 艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。 第二章第二章 可编程控制器的概述可编程控制器的概述 可编程序控制器是以微处理器为核心的工业自动控制

19、通用装置，其种类繁多， 不同厂家的产品各有特点，且有一定的区别，但作为工业标准设备，可编程序控 制器具有一定的共性。 2.1 可编程序控制器的由来 20 世纪 60 年代，人们曾试图用小型计算机来实现工业控制代替传统的继接 触器控制，但因价格昂贵、输入输出电路布匹配、编程复杂等原因，而没能得到 推广和应用。60 年代末，美国通用汽车公司（GM）为了适应汽车型号不断翻新的 需要，提出需要有这样一种靠在设备，即它的继电控制系统设计周期短，更改容 易，接线简单，成本低； 它能把计算机的许多功能和继电控制系统结合起来，但编程又比计算机简单 易学，操作方便；系统通用性强。 1969 年美国 DEC 公司

20、研制出第一台可编程控制器，用在 GM 公司生产线上获 得成功。其后日本、德国等相继引入，可编程控制器迅速发展起来。这一时期它 主要用于顺序控制。虽然也采用了计算机的设计思想，但实际上只能进行逻辑控 制，故称为“可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Cntroller)” ，简称为 PLC。 2.2 可编程序控制器的特点 （1）抗干扰能力强，可靠性高 继电接触器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触头，使 设备连线复杂，由于器件的老化、脱焊、触头的抖动及触头在开闭时受电弧的损 害大大降低了系统的可靠性。而 PLC 采用微电子技术，大量的开关动作由无触点 的电子存储

21、器件来完成，大部分继电器和繁杂的连线被软件程序所取代，故寿命 长，可靠性大大提高。 微机虽然具有很强的功能，但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰，电源波 动，机械振动，温度和湿度的变化，都可能使一般通用微机不能正常工作。而 PLC 在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产控制经验，主要模块均 采用了大规模与超大规模集成电路，I/O 系统设计有完善的通道保护与信号调理 电路； 在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有精确考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、 滤波、接地等抗干扰措施；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施。所 有这些使 PLC 具有较高的抗干扰能力，目前各生产厂家生产的 PLC，平

22、均无故障 时间都大大超过了 IEC 规定的 10 万小时，有的甚至达到了几十万小时。 （2）控制系统结构简单、通用性强、应用灵活 PLC 产品均成系列化生产，品种齐全，外围模块品种也多，可由各种组件灵 组合成各种大小和不同要求的控制系活统。在 PLC 构成的控制系统中，只需在 PLC 的端子上接入相应的输入、输出信号线即可，不需要诸如继电器之类的物理 电子器件和大量而又繁杂的硬接线线路。当控制要求改变，需要变更控制系统功 能时，可以用编程器在线或离线修改程序，修改接线的工作量是很小的。同一个 PLC 装置用于不同的控制对象，只是输入、输出组件和应用软件不同而已。 （3）编程方便，易于使用 PL

23、C 是面向用户的设备，PLC 的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能 和习惯，PLC 程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图 与继 电器原理图相类似，直观易懂，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言， 深受现场电气技术人员的欢迎，近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言，也 称功能图，使编程更加简单方便。 （4）功能完善，扩展能力强 PLC 中含有数量巨大的用于开关量处理的继电器类软元件，可轻松地实现大 规模的开关量逻辑控制，这是一般的继电器控制所不能实现的。PLC 内部具有许 多控制功能，能方便地实现 D/A、A/D 转换及 PID 运算，实现过程控制、数 字控制等功能。

24、PLC 具有通信联网功能，他不仅可以控制一台单机，一条生产线， 还可以控制一个机群，许多条生产线。他不但可以进行现场控制，还可以用于远 程控制。 （5）LC 控制系统设计、安装、调试方便 PLC 中相当于继电接触器系统中的中间继电器、时间继电器、计数器等“软 元件”数量巨大，硬软件齐全，且为模块化积木式结构，并已商品化，故可按性 能、容量（输入、输出点数、内存大小）等选用组装。又由于用软件编程取代了 硬接线实现控制功能，使安装接线工作量大大减小，设计人员只要有一台 PLC 就 可进行控制系统的设计并可在实验室进行模拟调试。而继电接触器系统需在现场 调试，工作量大且繁难。 （6）维修方便，维修工

25、作量小 PLC 具有完善的自诊断，履历情报存储及监视功能。对于其内部工作状态、 通信状态、异常状态和 I/O 点的状态均有显示。工作人员通过他可查出故障原因， 便于迅速处理，及时排除。 （7）结构紧凑、体积小、重量轻，易于实现机电一体化。 由于 PLC 具有上 述特点，使得 PLC 获得极为广泛的应用。 2.3 可编程序控制器的应用领域 数字量逻辑控制 运动控制 闭环过程控制 数据处理 通信联网 2.42.4 可编程序控制器的发展趋势可编程序控制器的发展趋势 向高性能，高速度、大容量发展 大力发展微型可编程序控制器 大力开发智能型 lO 模块和分布式 IO 子系统 基于个人计算机的编程软件取代

26、手持式编程器 可编程序控制器编程语言的标准化 可编程序控制器通信的易用化和“傻瓜化” 可编程序控制器的软件化与 Pc 化 组态软件引发的七位计算机编程革命 可编程序控制器与现场总线相结合 2.5 PLC 的基本结构 目前 PLC 生产厂家很多，产品结构也各不相同，但其基本组成部分如图 2.1 所示。可以看出来，PLC 采用了典型的计算机结构，主要包括 CPU、RAM、ROM 和 I/O 接口电路等。其内部采用总线结构进行数据和指令的传输。如果把 PLC 看做 一个系统，该系统由“输入变量PLC输出变量”组成。外部各自开关信号、 模拟信号以及传感器检测的各种信号均可作为 PLC 的输入变量；它们

27、经 PLC 外部 输入端子输入到 PLC 内部寄存器中，经 PLC 内部逻辑运算或其它各种运算处理后 送到到输出端子，它们是 PLC 的输出变量；由这些输出变量对外围设备进行各种 控制。因此也可以把 PLC 看做一个中间处理器或变换器，它将工业现场的歌种输 入变量转换为能控制工业现场设备的各种输出变量。 系统程序 应用 程序 数据 存储器 外 部 设 备 接 口 I/O 扩 展 单 元 输 入 接 口 输 出 接 口电磁阀 电源 编程器 I/O 扩 展 单 元 . . 电磁线圈 指示灯 输出设备 CPU 上位算计机 图形监控系统 打印机 EPROM写入器 盒式磁带机 条码判读器 . . 按钮

28、触点 限位开关 输入设备 图图 2.12.1 PLCPLC 的典型结构的典型结构 （1） CPU CPU 是计算机中央处理器的英文缩写。CPU 一般由控制电路、运算器和寄存 器组成。它作为整个 PLC 的核心，起着总指挥和总调度的作用。它主要完成 以下功能： 将输入信号送入 PLC 中存储起来 按存放的先后顺序取出用户指令，进行编译 完成用户指令规定的各种操作 将结果送到输出端 响应各种外围设备（如编程器、打印机等）的请求 目前 PLC 中所用的 CPU 多为单片机，在高档机中已采用 16 位甚至 32 位的 CPU。 （2） 存储器 存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程

29、序、逻辑 变量和其他一些信息。PLC 内部存储器有两类：一类是 RAM（即随机存取存储器） 可以随时由 CPU 对它进行读出、写入；一类是 ROM（即只读存储器） ，CPU 只能从 中读取而不能写入。RAM 主要用来存放各种暂存的数据、中间结果及用户程序。 ROM 主要用来存放监控程序及系统内部数据，这些程序及数据在出厂时已固化在 ROM 芯片中了。 在 PLC 中，为了读写修改方便，其用户程序通常是放在 RAM 中。为了防止用 户的程序在 PLC 断电时丢失，采用锂电池保持，一般可以保持 5-10 年时间。 （3） I/O 模块 输入（Input）模块和输出（Output）模块简称 I/O

30、模块，它们是系统的眼、 耳、手、脚，是联系外部现场和 CPU 模块的桥梁。 输入模块用来接收和采集输入信号。数字量（或开关量）输入模块用来接收 从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电 器等来的数字输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器，测速发电机和各种变 送提供的连续变化的模拟量电流电压信号。数字量输出模块用来控制接触器、电 磁阀、电磁铁、批示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备。模拟量输出模块 用来控制调节阀、变频器等执行装置。 CPU 模块的工作电压一般是 DC5V，而 PLC 的输入/输出信号电压一般较高， 如 DC5V 和 AC220V。从外部引入的尖峰

31、电压和干扰噪声可能损坏 CPU 模块中的元 器 件，或影响 PLC 的正常工作。在 I/O 模块中，用光电耦合器、小型继电器等器件 来隔离外部输入电路和负载。I/O 模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的 作用。 （4） 电源 PLC 电源一般指将外部交流电经整流、滤波、稳压转换成满足 PLC 中 CPU、 存储器、I/O 接口等内部电路工作所需要的直流电源或电源模块。为避免电源干 扰，接口电路的电源回路彼此相互独立。 （5） 编程工具 编程工具用来生成用户程序，并对它进行编辑、检查和修改。手持式编程器 不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程 器。它的体积小，

32、价格便宜，一般用来给小型 PLC 编程，或者用来现场调试和维 修。 使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺 序功能图程序，并可以实现不同的编程语言的相互转换。程序被编译后下载到 PLC，也可以实现远程编程和传送。 可以用编程软件设置 PLC 内部的各种参数。通过通信，可以显示梯形图中触 点和线圈的通断情况，以及运行时 PLC 内部的各种参数，对于查找故障非常有用。 （6） I/O 扩展接口 若主机单元（带有 CPU）的 I/O 点数不够用，可以进行 I/O 扩展，即通过 I/O 扩展接口电缆与 I/O 扩展单元（不带 CPU）相接，以扩充 I/O 点数。 A/D、D

33、/A 单元一般也通过接口与主机单元相接。 2.6 PLC 的基本技术特性 （1） 输入/输出点数（即 I/O 点数） 这是 PLC 最重要的一项技术指标。 所谓 I/O 点数，即是 PLC 外部的输入、输出端子数。这些端子可以通过螺钉或电 缆端口与外部设备相连，它直接决定了 PLC 能控制的输入与输出量的多少，即控 制 系规模的大小。 （2） 程序容量 一般以 PLC 所能存放用户程序的多少来衡量。在 PLC 中程序时 按“步”存放的（一条指令少则 1 步多则十几步） ，一“步”占用了一个地址单 元，一个地址单元占两个字节。如日本三菱公司 F1 系列 PLC 的程序容量为 1000 步， 可以

34、推知其程序容量为 2k 字节；FX2N 系列 PLC 的程序容量为 8000 步，16k 字节。 （3） 扫描速度 PLC 工作时时按照扫描周期进行循环扫描的，所用扫描周 期的长短决定了 PLC 的运行速度的快慢。因扫描周期的长短取决于多种因素，故 一般用执行 1000 步指令所需时间作为衡量 PLC 速度快慢的一项招标，称为扫描 速度，单位为“ms/k” 。扫描速度有时也用执行一步指令所需的时间来表示，单 位为“s/步” 。 （4）指令条数 这是衡量 PLC 软件功能强弱的主要指标。PLC 具有的指令种 类越多，说明其软件功能越强。 （5）内部继电器和寄存器 PLC 内部有许多继电器和寄存器

35、，用以存放变量 状态、中间结果、数据等，还有许多具有特殊功能的辅助继电器和寄存器，如定 时器、计数器、系统寄存器、索引寄存器等。用户通过使用它们，可简化整个系 统的设计。因此内部继电器、寄存器的配置情况是衡量 PLC 硬件功能的一个指标。 （6）编程语言及编程手段 编程语言一般分为梯形图、助记符语句表、状 态转移图、控制流程图等几类，不同厂家的 PLC 编程语言类型有所不同，语句也 各异。编程手段主要指用何种编程装置，编程装置一般分为手持式编程器和带有 相关软件的计算机两种。 （7）高级（功能）模块 PLC 除了主控模块外，还可以配接各种高级模块。 主控模块实现基本控制功能，高级模块则可以实现

36、某种特殊功能。高级模块的种 类及其功能的强弱常用来衡量 PLC 产品的技术水平高低。目前各厂家开发的高级 模块种类繁多，主要有以下一些：A/D、D/A、高速计数、高速脉冲输出、PID 控 制、模糊控制、运动控制、网络通信以及各种物理量转换模块等这些高级模块使 PLC 不但能进行开关量顺序控制，而且能进行模拟量控制以及精确的速度和定位 控制，特别是网络通信模块的迅速发展，使得 PLC 可以充分的利用计算机和互联 网的资源，实现远程监控。 第三章第三章 两工位攻丝钻孔组合机床的设计两工位攻丝钻孔组合机床的设计 3.13.1 两工位攻丝钻孔组合机床示意图如下两工位攻丝钻孔组合机床示意图如下 3.23

37、.2 两工位攻丝钻孔组合机床的控制要求两工位攻丝钻孔组合机床的控制要求 （1）工位钻孔两攻丝组合机床主要加工工艺及控制要求如下： 系统通电自 动启动液压泵电机M1，若机床各部分在原位工作台在钻孔工位SQ1动作，钻孔滑 台在原 位SQ2动作，攻丝滑台在原位SQ3动作，并且液压泵系统压力正常压力继 电器 PV 动作，原位指示灯HL1亮。 将工件放在工作台上按下启动按钮SB，夹紧电磁阀YV1得电，液压系统控制 夹具将工件夹紧，与此同时控制凸轮电机M2得电运转，当夹紧限位SQ4动作后表 明工件已经被夹紧。 启动钻孔动力头电机M3，且由于凸轮电机M2运转控制凸轮控制相应的液压阀 使钻孔滑台前移进行钻孔加

38、工。当钻孔滑台达到终点时SQ5动作，钻孔滑台自动 后退到原位时停M3同时停止。 等到钻孔滑台回到原位后，工作台右移电磁阀YV2得电，液压系统使工作台 右移，当工作台到攻丝工位时限位开关SQ6动作工作台停止。启动攻丝动力头电 机M4正转，攻丝滑台开始前移进行攻丝加工当攻丝滑台到终点时终点限位SQ7 动 作，制动电磁阀DL得电，攻丝动力头制动0.3S后攻丝动力头电机M4反转，同时攻 丝滑台由控制凸轮控制使其自动后退。 当攻丝滑台后退到原位时攻丝动力头电机M4停，凸轮正好运转一个周期凸轮 电机M2停，延时3S后左移电磁阀YV3得电，工件台左移到钻孔工位时停。放松 电磁阀YV4得电，放松工件放松限位S

39、Q8动作后，停止放松。原位指示灯亮取下工 件加工过程完成。 注意：在加工过程中，应启动冷却泵电机 M5,供给冷却液。两个滑台的移动， 是通过控制凸轮来控制滑台移动液压系统的液压阀实现的，电气系统不参与。 （只 需启动控制凸轮电机 M2 即可。 (3)电磁铁行程阀动作顺序图 电磁铁行程阀液压缸工 作循环 信号来 源YV1YV2YV3YV4AB 夹紧缸夹 紧 启动按 钮 SB +- 钻孔快进凸轮 M2 运转 - 钻孔工进行程阀 A 动作 -+- 钻孔快退凸轮电 机运转 - 工作滑台 右移 钻孔滑 台原位 SQ2 -+- 工作滑台 停止 攻丝工 位 SQ6 - 攻丝启动 并快进 凸轮电 机运转 -

40、攻丝工进行程阀 B 动作 -+ 攻丝快退凸轮运 转 - 工作滑台 左移 攻丝原 位 SQ3 动作 -+- 工作滑台 停止 钻孔工 位 SQ1 - 放松工件放松限 位 SQ8 +- （4）动作循环图（见附录） （5）液压系统原理图（见附录） 3.3 动力滑台液压系统的工作原理 1 夹紧 按下启动开关 SB1，YV1 得电，电磁换向阀至右位。主油路：进油箱过滤器 单向阀三位四通电磁阀右位（YV1 得电）夹紧缸无杆腔。出油路：夹紧缸有 杆腔三位四通电磁阀右位（YV1 得电）油箱 2 钻孔 启动开关 SB1，凸轮 M2 运转，钻孔 M3 启动。主油路：快进 油箱过滤器二 位四通换向阀左位钻缸无杆腔。出

41、油路：钻缸有杆腔二位四通换向阀左位 油箱 3 钻孔工进 主油路： 油箱过滤器二位四通换向阀右位节流阀钻缸无杆腔。出油路： 钻缸有杆腔二位四通换向阀右位油箱 4 钻孔后退 当钻缸工进将工件钻好后，恰好凸轮进入近行程，使二位四通换向阀换左位，使 其后退。主油路： 油箱过滤器二位四通换向阀左位行程阀 A 右位钻缸 有杆腔。出油路：钻缸无杆腔二位四通换向阀左位油箱 5 工作滑台右移 当钻缸退回原位时，使 SQ2 动作，YV3 得电，同时使 M3 失电工作滑台右移 主油路：进油箱过滤器单向阀三位四通电磁阀右位（YV3 得电）缸的左 边有杆腔。出油路：缸的右边有杆腔三位四通电磁阀右位（YV3 得电）油箱

42、6 攻丝快进 当工作滑台到达攻丝工位时使限位开关 SQ6 动作，工作台停止，攻丝电机 M4 启 动 主油路：进油箱过滤器二位四通换向阀左位缸的无杆腔。出油路：缸的有 杆腔二位四通换向阀左位油箱 7 攻丝工进 主油路：进油箱过滤器二位四通换向阀左位节流阀缸的无杆腔。出油路： 缸的有杆腔二位四通换向阀左位油箱 8 攻丝后退 分析：攻丝缸碰到限位开关 SQ7 停止，电磁铁 DL 制动 0.3s 后 M4 反转使其后退 主油路：进油箱过滤器二位四通换向阀右位行程阀 B 右位缸的无杆腔。 出油路：缸的有杆腔二位四通换向阀右位油箱 9 工作滑台左移 分析：当攻丝缸回到原位，限位开关 SQ3 动作，凸轮运转

43、一个周期停止，时间继 电器动作 3s 后使 YV2 得电，工作滑台左移 主油路：进油箱过滤器单向阀三位四通电磁阀左位（YV2 得电）缸的右 边有杆腔。出油路：缸的左边有杆腔三位四通电磁阀左位（YV2 得电）油箱 10 松开工件 分析：工作滑台移动到原位，限位开关 SQ1 动作，YV4 得电 YV1 断电，工件松开 主油路：进油箱过滤器单向阀三位四通电磁阀左位（YV1 得电）夹紧缸 无杆腔。出油路：夹紧缸有杆腔三位四通电磁阀左位（YV1 得电）油箱 3.4 液压缸参数的计算 1 夹紧缸的计算 已知：最高加紧力为 2Mpa,G=4000N ,运动速度 V=1m/min，静摩擦系数为 0.2，动 摩

44、擦系数为 0.1. 有 m p N D N D P NAP PaP m m m m 2 1 2 1 1 6 1 108 . 5 8004 800 4 800 95 . 0 103 . 0 选： 由表 37-6 可取 D=63mm 由表 37-4 可取 d/D=0.5 可得 d=29mm 由表 37-7 可取 d=28mm 综上所述 D=63mm d=28mm 验证：P= MPa D Fw mA Fw m 27 . 0 4 2 且：( ) 4 1 A 22 2 4 dDA 快进： Fw=4000 N4001 . 0a125 . 0 w4w m 2 1 MP D F A F P M 快进 q=VA

45、 = 3.1L/min 快进1 P =qP=1.34KW i 10 2 快退： Fw=4000 N4001 . 0a168 . 0 )( w4w m 22 2 MP dD F A F P M 快退 q=VA =2.5L/min 快退2 P =qP=0.7KW i 10 2 2 钻孔 攻丝滑台计算 已知 F=33832N V=1m/min 有平衡方程 min/1mV 工进 min/m5 快退快进 VV 工进 由表 37-2 初选MPap4 1 取 由表 37-4 取 d/D=0.595 . 0 m 由公式的 D=106mm m D Fw 4 且 D=106 又有 d/D=0.5 可知 d=53m

46、m 由表 37-7 可取 D=100 d=56mm 验证: P=MPa A F m w 5 . 4 1 快进： Fw= q=VA = 39L/minN400a53 . 0 w4w m 2 1 MP D F A F P M 快进快进1 P =qP=32.5KW i 10 2 工进： NFW33832a405 m1 P A F P W 工进 min/39q 1 LAV 工进工进 w735 . 0 qp i KP 快退： Fw= q=VA =29L/minN400a019 . 0 )( w4w m 22 2 MP dD F A F P M 快退快退2 P =qP=0.9KW i 10 2 3 工作台

47、的计算 已知：G=20000N V=100mm/min 选： P=4MPa 静摩擦系数为 0.295 . 0 m 且 F =4000 m w P F dD 4 22 w N40002 . 0 222 00134 . 0 mdD 由表 37-7 选的 D=60mm d=45mm 快进 快退： F =G0.1=2000N P= q=VA=0.012L/min w MPa A F m w 7 . 1 3.5 各缸工作循环时的工作参数表 （1）夹紧缸 （2）攻丝和钻孔缸 夹紧缸夹紧缸 工作工作 循环循环 负载负载 （N） 进油压力进油压力 (MPa) 出油压力出油压力 (Mpa) 所需流量所需流量 (

48、L/min) 输入功率输入功率 (Kw) 快进快进4000.13503.10.013 快退快退4000.1680250.009 攻丝和钻孔缸攻丝和钻孔缸 工作工作 循环循环 负载负载 （N） 进油压力进油压力 (MPa) 出油压力出油压力 (MPa) 所需流量所需流量 (L/min) 输入功率输入功率 (Kw) 快进快进4000.50390.325 工进工进338324.509.80.735 快退快退4000.0190290.009 （3）工作台 液压元件明细表 序号元件名称方案一通过的流量 （L/min） 1滤油器 XU-C32100 40 2液压泵YB -50 1 50 3三位四通电磁阀W

49、E6E50/OBG2620 4单向阀A-F10D-D/BP17 5二位四通换向阀25DF3B-E10B-C23.5 6单向节流阀LA-F10D-C-217 7行程阀2FRM5-17/517 液压泵最大工作压力： P =P(MPa) 且 bP a5 . 0 MPP取 P =4.5+0.5=5MPa b 确定液压泵的流量： Q =KL()=1.239L/min=46.8L/min pQMax 根据上面的压力和流量查产品样本选用 YB-50 型的定量叶片泵。泵的额定压力 为 6.3MPa，额定转速为 960r/min. 工作台工作台 工作循工作循 环环 负载负载 （N） 进油压力进油压力 (MPa)

50、 出油压力出油压力 (MPa) 所需流量所需流量 (L/min) 输入功率输入功率 (Kw) 快进快进20001.700.0120.0003 快退快退20001.700.0120.0003 油箱容积的选择： V=(485)L=290L 3.6 液压系统的发热和温升验算： 在整个工作循环中，工进阶段所占用时间最长，所以系统的发热主要是工进 阶段造成的，故按工进工况验算温升。 工进时液压泵的输入功率： P =0.94Kw 1 1 1q PP 6078 . 0 8 . 9105 . 4 6 工进时液压泵的输出功率: P =FV=338321m/min=0.56Kw L 系统总的发热功率= P - P

51、 =（0.94-0.56）Kw=0.38Kw 1L 已知油箱容积为 V=290L=29010 23m 油箱金丝散热面积 A=0.065=0.065=2.8m 32 V 32 290 2 t= KA P C Kw 5 . 13 8 . 21010 38 . 0 3 且验算表明系统的温升在许可范围内。且验算表明系统的温升在许可范围内。 3.73.7 组合机床控制系统设计组合机床控制系统设计 （1）I/O 分配 I/O 的分配有助于我们更好的理解题意，使编程过程不再复杂难懂。I/O 分 配如表 3.1 所示: 表 3.1 I/O 分配表 输入元件输入点编号输出元件输出点编号 压力检测 PV X011

52、 原点指示 HL1 Y012 钻孔工位 SQ1 X002 液压泵电机 M1(KM1) Y001 钻孔滑台原位 SQ2 X003 凸轮电机 M2(KM2) Y002 攻丝滑台原位 SQ3 X004 夹紧电磁阀 YV1 Y006 夹紧限位 SQ4 X005 钻孔动力头电机 M3(KM3) Y003 系统通电 X000 冷却泵电机 M5(KM6) Y014 攻丝工位 SQ6 X006 工作台右移电磁阀 YV2 Y010 攻丝滑台终点 SQ7 X007 攻丝动力头电机 M4 正转(KM4) Y004 放松限位 SQ8 X010 制动 DL Y013 系统启动按钮 SB X001 攻丝动力头电机 M4

53、反转(KM5) Y005 工作台左移电磁阀 YV3 Y007 放松电磁阀 YV4 Y011 3.8 硬件接线图设计 由组合机床加工工艺要求可知，其工艺过程为一顺序控制过程，所以可运用 状态编程的思想，采用步进顺控指令对其进行控制。 虽然该控制为自动循环顺序控制，考虑到具体情况，需设置手动控制环节。 为减少输入点，简化程序，将按钮或转换开关接在驱动回路，可实现上述各工步 的手动操作。系统配置及 I/O 接线见附录 3.9 软件系统设计 （1） 机床加工工步顺序表 在整个加工过程中，机床按照一定的顺序进行加工，机床的加工工步顺序如 表 3.2 所示: （2） 状态图设计 状态图是一种易于构思，易于

54、理解的图形程序设计工具，它既有流程图的直 观，又有利于复杂控制逻辑关系的分解与综合，它有着以下几个特点： 1 可以将复杂的控制任务或工作过程分解成若干个程序； 2 各工序的任务明确而具体； 3 各工序间的联系清楚，工序间的转换条件直观； 4 容易理解，可读性很强，能清晰的反映整个控制过程，能带给编程人员 清晰的编程思路。 该设计的状态转移图见附录 （3） 梯形图设计 梯形图的设计整体反映了编者的思想，使我们更清楚的理解程序的作用及用 途，它是由状态图进一步转化而来，结合 PLC 控制将会使程序浅显易懂，该设计 的梯形图见附录 表表 3.23.2 机床加工工步顺序表机床加工工步顺序表（下页）（下

55、页） 1234567891011 工步 通 电 启 动 液 压 泵 各 部 分 在 原 位 启动机 床凸轮 电机并 进行夹 紧 钻 孔 加 工 钻孔 滑台 退原 位工 作台 右移 到 攻 丝 位 攻 丝 加 工 攻丝 滑台 到终 端制 动延 时 0.3s 攻 丝 工 作 头 反 转 后 退 攻 丝 滑 台 到 原 位 延 时 3 s 工 作 台 左 移 到 钻 孔 工 位 放 松 放 松 完 成 原 位 指 示 灯 亮 液压压力检测 PV 1 钻孔工位 SQ1 111 钻孔滑台终点 SQ2 11111111 攻丝滑台终点 SQ5 1 攻丝滑台原位 SQ3 1111 启动按钮 SB 1 夹紧限位

56、 SQ4 111111 攻丝工位 SQ6 1111 攻丝滑台终点 SQ7 1 输 入 及 检 测 元 件 放松限位 SQ8 11 液压泵电机 M1 1111111111 凸轮电机 M2 1111111 夹紧电磁阀 YV1 1111111 钻孔动力头 M3 1 冷却泵电机 M5 11111 工作台右移电磁阀 YV2 1 攻丝动力头电机 M4 正转 1 攻丝动力头制动 DL 1 攻丝动力头电机 M4 反转 1 工作台左移电磁阀 YV3 1 放松电磁阀 YV4 1 驱 动 元 件 原位指示 HL1 11 第四章 系统调试 4.1 FXGP/WIN 软件应用 目前，在国内外 PLC 已广泛应用冶金、石

57、油、化工、建材、机械制造、电力、 汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着 PLC 性能价格比的不断提高，其 应用领域不断扩大。从应用类型看，PLC 的应用大致可归纳为以下几个方面： （1） 开关量逻辑控制 利用 PLC 最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传 统的继电器控制，用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等，例如：机床、 注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是 PLC 最基本 的应用，也是 PLC 最广泛的应用领域。 （2） 运动控制 大多数 PLC 都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。这一 功能广泛用于各种机械设备，如对

58、各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。 （3） 过程控制 大、中型 PLC 都具有多路模拟量 I/O 模块和 PID 控制功能，有的小型 PLC 也 具有模拟量输入输出。所以 PLC 可实现模拟量控制，而且具有 PID 控制功能的 PLC 可构成闭环控制，用于过程控制。这一功能已广泛用于锅炉、反应堆、水处 理、酿酒以及闭环位置控制和速度控制等方面。 （4） 数据处理 现代的 PLC 都具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表等功能，可进行 数据的采集、分析和处理，同时可通过通信接口将这些数据传送给其它智能装置， 如计算机数值控制（CNC）设备，进行处理。 （5） 通信联网 PLC 的通信包

59、括 PLC 与 PLC、PLC 与上位计算机、PLC 与其它智能设备之间 的通信，PLC 系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连 构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式 控制系统，满足工厂自动化（FA）系统发展的需要。 4.2 上机调试步骤 PLC 程序的调试可以分为模拟调试和现场调试两个调试过程，在此之前首先 对 PLC 外部接线作仔细检查，这一个环节很重要。外部接线一定要准确无误。也可 以用事先编写好的试验程序对外部接线做扫描通电检查来查找接线故障。不过， 为了安全考虑，最好将主电路断开。当确认接线无误后再连接主电路，将模拟调 试好的程序

60、送入用户存储器进行调试，直到各部分的功能都正常，并能协调一致 地完成整体的控制功能为止。 （1） 程序的模拟调试 将设计好的程序写入 PLC 后，首先逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。 用户程序一般先在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模 拟，各输出量的通断状态用 PLC 上有关的发光二极管来显示，一般不用接 PLC 实际的负载(如接触器、电磁阀等)。可以根据功能表图，在适当的时候用开关或 按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。对于顺序控制程序， 调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合功能表图的规定，即在某一转换 条件实现时，是否发生步的活动状态的正确