机电一体化毕业设计论文

武汉软件工程职业学院毕业设计题目：题目：滑动轴承专用镗床技术改造设计姓姓名：张俊豪学号：1年级：12系别：电子工程学院专业：机电一体化指导教师：方占桥6月2日目录摘要-----------------------------------------------3§1设计内容概要--------------------------------------41.1工艺设备的关键技术问题---------------------------41.2工艺设备的历史状况简析---------------------------51.3毕业设计的基本内容和意义-------------------------6§2机床工作原理-------------------------------------82.1机床的构成---------------------------------------82.2机床液压系统的构成和工作原理---------------------82.3角位置检测原理-----------------------------------11§3．技术改造设计-------------------------------------123．1主轴角位置调整措施及部件改装---------------------123．2控制系统改造方案选择-----------------------------133.2.1可编程控制器（PLC）技术特点----------------------133.2.2可编程控制器（PLC）选型--------------------------143.3输入信号及输出信号的配置-------------------------153.4输入输出接口电路及系统强电电路设计---------------163.4.1PLC的I/O端口接线设计----------------------------163.4.2控制系统强电电路设计-----------------------------183.5控制程序设计-------------------------------------193.5.1程序构造概况-------------------------------------193.5.2初始化程序部分-----------------------------------203.5.3手动操作程序部分---------------------------------213.5.4自动加工程序部分---------------------------------223.5.5公共处理程序部分---------------------------------24§4．设计小节-----------------------------------------264.1设计内容小节-------------------------------------264.2本次毕业设计体会与提议---------------------------28参照文献-----------------------------------------30道谢--------------------------------------31【摘要】对开滑动轴承内孔精镗加工是该类产品工艺流程的最终一道工序，也是其所有机械加工工序中的关键工序，本工序的加工质量直接影响所在主机的综合工作质量，该镗削专用机床的自动化水平是提高加工效率的重要技术环节，而其中镗削结束后的主轴定向停止退刀问题又是本机床自动控制系统中的技术难点。本毕业设计论文文在分析加工过程的基础上论述了采用PLC对控制系统进行技术改造的意义并对有关技术问题予以阐明。【关键词】滑动轴承可编程控制器机械切削技术改造§1设计内容概要1.1工艺设备的关键技术问题对开滑动轴承是各类内燃机中的重要工作部件，轴承内孔精镗加工是该类产品工艺流程的最终关键工序，内孔精镗加工设备一般采用机电液一体化的专用镗床，采用电液联合控制加工过程中的工件夹紧、快进、工进、快退、工件松开等运动，执行过程均由液压系统完毕，镗削结束主电机停止时应进行刀具角位置检测、调整，在刀具切削刃位于容许的退刀角位置范围内时执行退刀操作，长期以来影响该工序技术进步的关键技术问题是怎样实现加工结束退前刀具角位置的检测、迅速调整及机电液联合控制，以保证加工的高质量和高效率。主轴定向制动退刀问题显然是本工序提高加工质量和工作效率的技术要点。本毕业设计论文文在分析该类工件加工工艺过程和加工专用设备构造和工作原理的基础上讨论了采用PLC对控制系统进行技术改造的过程并对设备技术改造有关技术问题予以阐明。轴承制造业的工程技术人员为处理该问题数年来设计研发了许多方案，例如人工手动调整措施，主轴电机点动调整措施，模拟数控机床的主轴准停调整措施等。不过这些措施在实际应用中都存在着不一样程度的技术缺陷和操作应用的不理想状态，如人工调整法，必然是费时费力且十分不安全，主轴电机点动调整法则是经典的以牺牲加工效率为代价换取加工自动化的没有实用价值的控制措施，而模拟仿用数控机床的主轴准停或主轴C轴功能技术来处理该工序的定向退刀问题显然是采用品有宽泛技术功能的软、硬件功能单元处理自身功能单一、专门化程度高的技术问题，很明显又是高成本、不合算的大马拉小车类的无奈的技术方案。在本设计中，为更好地处理对开滑动轴承内孔精镗机床定向退刀问题，并且使本设计确实具有实用，安全，经济，可靠，体积小，重量轻，环境保护无污染，我们在指导教师的协助下对该技术现象，问题的提出，历史上的各类方案的特点、技术优势、可取之处、存在的问题和局限性等逐一进行了分析和讨论，提出我们的创意和设计思绪，再经反复的分析对比，最终确定为机、电、液联合控制、驱动工作方式，其中的控制系统则大胆的采用当今全球极为风行的高度柔性，高可靠，高自动化性能的可编程控制器（PLC），由PLC统一控制管理机床传动系统、液压系统、检测调整伺服系统，以便、可靠、迅速地完毕主轴刀具在对的的角位置范围内准停及退刀，从而真正实现该工序真正意义的半自动化加工，既可保证内孔精镗加工质量，又可大幅度的提高加工效率，并且十分明显的减少操作人员的劳动强度，该技术方案一定可认为有关制造业带来可观的技术经济效益和人文社会效益。1.2工艺设备的历史状况简析回忆轴承内孔精镗加工，不一样企业在生产中使用过多种不一样类型的专用机床，加工结束后的主轴定向停止控制同样曾有若干种不一样的方式措施。例如曾经在许多加工企业长期广泛使用的人工主轴角位置观测调整，每一次镗削结束，主轴停止并制动后由操作者目测观测刀具和加工半圆表面的位置关系，若刀具刀位点恰好脱离以加工表面，则可手动换向操作使工作台返回加工起点，否则即由人工手动的方式攀动主轴镗刀杆，使刀具转动到非加工区域，然后再执行退刀返回操作。毋庸置疑这种角位置判断调整措施完全依赖加工者的纯熟程度和工作态度，虽然设备简朴，加工成本低，不过很高的劳动强度和极低的工作效率已注定该措施是没有生命力的原始的落后的工艺方案。主轴电机配合角位置传感器的点动调整方案在国内许多轴瓦加工企业曾经使用过一种阶段，该方案的特点是在主轴尾端设置安装角位置传感器（例使用光电式角位置传感器、感应式角位置传感器、霍尔磁场式角位置传感器等）镗削结束，主轴停止并制动后首先由传感器检测主轴角位置，若刀具刀位点位于菲加工表面，则自动换向使工作台返回加工起点，若检测成果是刀具切削刃位于加工表面内，检测信号立即驱动执行主轴点动、制动，刀具角位置的再次检测，力图以这样的方式使刀具脱离退刀严禁状态，不过由于主轴电机的极高转速（约3000r/min），点动后的随机状态将导致刀位点的不确定性，若检测的成果仍然是刀位点位于已加工表面，则再一次执行下一次的点动调整操作，可以清晰地看到该方案显然是以牺牲加工效率为代价而勉强换取加工自动化和减少劳动强度，由于调整方案的粗糙、不合理和非人性化而不具有使用价值。模拟数控机床主轴准停控制方式的调整是模仿移植数控机床中的主轴准停功能机电一体化妆置或采用数控机床主轴C轴功能技术措施完毕本机床主轴定向停止控制，数控机床的主轴准停功能机构重要应用于刀具库的换刀辅助操作，因其准停定位精度规定较高，因此机构的检测调整和定位止动系统构造复杂且精度高，技术难度大而成本高，采用这样的措施完毕本机床的功能单一的主轴定向停止控制的性价比是很低的。而数控机床的C轴功能是NC系统的旋转坐标轴控制加工功能，使用的圆光栅和光电编码盘等传感器完毕角位置检测，反馈，再由NC系统完毕联动插补轨迹控制实现工件轮廓切削加工，其工作精度和控制规定远远高于本机床工作工艺规定，并且构造复杂价格昂贵，显然仍是高成本低效益的控制方案。这些方式虽然可以完毕镗削后主轴角位置调整控制任务，但作为专用设备和特定工艺的控制规定加以应用均存在一定的技术缺陷，其中人工观测调整必然是费时费力低效且安全性差的方案；主电机点动调整方式显然是以牺牲工作效率为代价而换取加工过程自动化的不实用的控制方案；而移植数控机床中的主轴准停功能或采用主轴C轴功能技术完毕本机床的功能单一的主轴定向停止控制则又是高成本低效益的控制方案。由此分析可见，必须采用可靠、高效、低成本的主轴定向停止控制措施才是优化本机床控制系统的关键技术环节。并且该方案要适应特定的控制精度规定以求得构造简化，技术改导致本低廉，具有较高的性能价格比。1.3毕业设计的基本内容和意义本毕业设计方案的设计要点是在指导教师的总体设计改造方案条件下，通过对该轴瓦专用精镗机床加工工艺规定和加工工作过程的分析，通过对该机床工作流程的分析，通过对该机床完毕加工个工步对控制系统功能规定的分析，通过对加工设备机、电、液个功能部件的构成构造和工作原理的分析，通过对多种控制方案的控制特点，系统功能，控制能力和控制精度水平，系统构成构造的复杂性和难易程度、技术含量、可靠性和稳定性、安全性能和经济性的综合分析，制定编写切实可行，性价比高，安全可靠且技术含量高稳定性好的控制系统方案，在通过对设计方案的深入论证，查阅有关资料，征询指导教师，对方案深入改善完善，深入提高方案的理论上的对的性和完整性，然后绘制机械改造部件的装配图工作图样，绘制改造后的机床液压系统工作原理图，绘制控制系统硬件部分原理图工作图样，绘制控制软件流程图和顾客控制程序控制梯形图，在设计方案基本完整和设计图样绘制结束的基础上，撰写设计论文，论文撰写力争条理清晰，论据充足，表述全面完整，所有的技术改造设计内容和技术条件均进行充足细致的讨论分析论述，有关技术数据和设计工作参数应列出明确条理的数据表格，尤其是对控制系统改造设计采用的可编程控制器部分的硬件系统设计和软件程序的设计内容、控制原理、构成特点、软件构造程序流程基本思绪等关键技术部分的关键内容和要点，在论文中更必须认真条理的予以论证和阐明。所到达的设计基本规定就是在可编程控制器（PLC）管理下，由高速切削并配合传感器采样、判断、低速调整的机电一体化主体运动系统实现可靠且高效的定向停止，同步协同机床电液传动系统实现真正意义上的半自动加工循环。在设计中，我们要到达的重要目的就是力图尝试在指导老师的协助下，综合应用三年来所学习的机电液一体化学科知识，对该既有使用价值，又对我们十分具有吸引力的机电一体化技术问题进行调研，查阅资料，原理分析，方案讨论，最终展开为系统总体设计，子系统设计，机械系统关键部件装配设计，电气系统及检测控制系统原理，构造，硬件和软件功能模块设计，并通过本次毕业设计再一次对我们三年来所学的基础课，专业基础课和专业课进行一次系统，全面的综合复习和工作前的模拟实训，对提高我们的机电一体化应用系统分析能力和设计水平具有十分重要的增进和综合提高效力。通过本次毕业设计论文的撰写，有助于将在校学习三年所学的基础课专业基础课和专业课等学科知识进行一次综合系统的联络，并通过这样的综合联络而将本专业的知识构造体系理顺和融会贯穿，明确理解本专业的学科特点和专业方向，本专业的目前技术水平和前沿学科状态及发展趋势和技术走向，为即将走向工作岗位进入专业定位和专业发展奠定良好基础，总之，通过本次毕业设计论文的撰写，确实在三年的学习最终阶段用最耀眼、最鲜艳、最绚丽的色彩画上一种光彩夺目、色彩斑斓圆满的句号。§2机床工作原理2.1机床的构成剖切滑动轴承（即轴瓦，对开滑动轴承）内孔圆柱表面精镗加工专用设备在国内大多数轴瓦行业基本均使用卧式构造布局的液压传动专用镗床，此类机床重要由床身、镗削主轴箱、工作台、镗削工艺装备液压夹具、机床液压传动系统、检测装置和电气控制系统等部件构成，其中镗削主轴箱目前高档的加工设备已升级为为静压主轴支承构造以保证镗削质量，而中低级的加工机床则使用单油契动压滑动轴承主轴支承构造或使用双列短圆柱滚子轴承构成机床主轴支承，检测控制系统一般位于机床主轴的尾端，采用的角位置检测器件多采用感应检测传感器件或光电检测传感器件，（完全没有必要采用价格昂贵的高精度高辨别率的角位置检测传感器，例如圆光栅，光电编码盘圆感应同步器等）改造后的控制系统中包括PLC控制单元和机床强电工作部分。机床构成简图见图1。图1机床构成构造原理图1―监测装置2―主轴电机及调整装置3―主轴箱4―终点位置开关5―镗杆6―刀具7―工进点位置开关8―夹紧油缸9―镗削夹具10―工作台11―碰块12―起点位置开关13―床身14―进给油缸机床液压系统的构成和工作原理为提高加工效率并减轻劳动强度，目前该类机床的加工过程循环及工件夹紧松开机构操作均采用液压传动工作方式，并通过电液联合控制实现半自动循环。为使夹紧压力稳定以保证加工质量和工作安全性，系统中夹紧油缸的工作压力由系统工作压力经减压阀二次调整后提供。2个压力继电器的作用是向PLC控制系统提供系统系统工作压力和夹具的夹紧压力信息，以保证加工过程中进给速度稳定，正常的快进快退速度及加工中的人生安全和设备安全。在工件夹紧液压回路中，为防止加工中因阀用电磁铁意外失电使油路换向而导致夹具松开从而引起人生设备事故，尤其地将该回路设计成阀用电磁铁得电松动工件、失电夹紧工件的工作方式。液压系统原理图见图2。图2机床液压系统原理图1-二位四通电磁阀2－镗削胎具3－工件4－压板5－夹紧油缸6－终点位置开关7－工进点位置开关8－工作台9－起点位置开关10－导轨11－碰块12－进给油缸13－三位四通电磁阀14－夹紧压力继电器15－减压阀16－溢流阀17－系统压力继电器18－调速阀19－二位二通电磁阀20－油泵21－滤油器22－联轴器23－三相异步电机24－油箱当液压泵启动后，若供油系统正常，当系统工作压力到达溢流阀的设定压力时，压力继电器KP1激活动作，其常开触头动作闭合，并将该系统压力正常信号经PLC的X14输入点送至PLC。PLC控制系统首先在初始化阶段驱动工作台返回加工起点SQ1处，SQ1的常开触头闭合信号使夹紧油路二位四通电磁阀的电磁铁DT4得电，夹紧油路的二位四通电磁阀换向，夹紧缸活塞上行，驱动夹具松开，进入工件装夹准备状态。在操作者将工件放置于夹具中的对的位置并按下加工启动按钮SB3，则DT4失电油路换向，夹紧油缸活塞下行将工件夹紧，当夹紧缸工作油腔压力上升至设定的夹紧压力时；夹紧缸上腔的夹紧压力将使夹紧压力继电器KP2激活，KP2的常开触头闭合，KP2的继电器动作信号经X15输入PLC，使三位四通电磁阀的电磁铁DT1得电，油路换向，其右位机能使进给油缸活塞左行，驱动工作台向左，油缸左腔的回油经二位二通电磁阀直接回油箱，工作台拖动夹具系统向左执行快进运动；当工作台上的碰块11触及工进点位置开关SQ2时，二位二通电磁阀的电磁铁DT3得电，切断了进给油缸左腔的直通回油油路，左腔的回油仅可通过调速阀18回油箱，向左的进给速度受调速阀控制而下降至设定的工进速度，同步主轴电机启动，进入工作进给和镗削加工，当左行至左极限位置镗削结束时，碰块触及左极限终点位置开关SQ3，该信号使DT1失电，向左的运动停止，DT3失电回油路又转换为直通、主电机停止并制动；此时控制系统进行主轴角位置检测和调整，当检测到或调整到主轴角位置对的即刀具切削刃位于设定的非加工区域内时，叫位置检测对的信号触发DT2，进给油缸左腔进油，右腔经二位二通电磁阀直接回油，工作台迅速右移快退，当碰块触及加工起点的位置开关SQ1时，DT2失电工作台静止，DT4得电夹具松开，一种工作循环结束。2.3角位置检测原理镗削结束退刀之前的主轴角位置检测措施诸多，由于本专用镗床退刀时容许刀具停止状态的角位置区域范围较大，检测精度及控制规定较低，因此不需要使用品有柔性功能高精度高辨别率的角位置传感器，综合考虑检测规定、检测精度及技术改造的经济性，实用性和可靠性，拟设计采用图3所示的光电传感方式的角位置检测装置。在主轴后端固定安装一光电检测盘，该盘采用高强度透明有机材料，检测盘的200°范围扇形区域涂黑而成为不透明状态，装配在主轴上时应使刀具切削刃位于160°透明扇形区的中心线角位置处，检测光源和光电继电器组件分别位于该盘两侧的图示位置。按图示位置关系可知，在镗削结束主轴电机制动后，若刀具位于上半周160°角度范围内时，经聚焦后的光束可穿透光电检测盘的透明区域而使光敏继电器鼓励，该信号触发DT2产生退刀运动，因而可保证退刀时刀具刃口不会和位于下半周的已加工表面发生干涉；否则若刀具位于下半周加工区角范围内，光源光束被涂黑区域遮挡，该非鼓励状态信号会启动执行角位置调整操作，直至刀具角位置对的后才可获得光电继电器鼓励信号而产生退刀运动。图3光电检测装置原理图1－光源2－聚光镜3－光电检测盘4－光电继电器5－主轴6－刀具7－胎具8－工件9－压板§3．技术改造设计3．1主轴角位置调整措施及部件改装由上述分析可知，退刀前在检测到角位置错误状态信号时必须进行角位置调整，如前所述曾经使用过的角位置调整措施均存在一定的局限性和缺陷，角位置调整的对的思绪应当是以较低的角速度执行角位置调整，调整过程中同步进行角位置检测，一旦检测到刀具进入容许退刀的非加工表面家位置区域的临界边缘时，检测信号立即停止角位置调整运动，并且开始执行工作台向右的退刀运动。一种较经济、实用可靠的构造方案原理如图4所示。图4该装置分别使用主轴电机和小功率的调整电机独立完毕镗削加工驱动和低速小功率的调整驱动，两种不一样的工作内容由传动装置中的电磁离合器实现两者工作状态隔离和切换。由于调整运动必须使用转速很低的转动，因此在装置中设置了减速比极大的谐波减速器，由谐波减速器将调整电机的高转速减至很低的调整速度输出，使主轴得到大概每分20～30转的低调整转速。镗削加工时，电磁离合器3失电分离，调整电机5停止，主轴电机2运转，其高切削转速经三角皮带轮传播至镗头主轴进行镗削加工，此加工状态不会对电磁离合器右侧的低速调整部分产生任何影响和干涉；在刀具角位置调整时则主轴电机2停止，调整电机5启动运转，电磁离合器3得电结合，则电机5的高转速首先经谐波减速器4减速，产生约20转/分的低调整转速，再经已结合的电磁离合器3和主轴电机2的转子并通过三角皮带轮将调整速转动送至镗头主轴，在主轴调整转动的同步控制系统同步启动检测装置进行角位置检测，一旦刀具转入退刀容许的角范围内，则光电继电器的鼓励信号停调整电机5，电磁离合器4失电分离，同步DT2得电驱动进给油缸活塞右行退刀。由于调整转速很低，在退刀过程中镗杆因惯性所致的转动幅度很小，在整个退刀过程中确定刀具不会进入已加工区域，因而可保证刀具不会和已加工表面发生干涉。在工作台碰块触及起点位置开关SQ1时，DT2失电工作台静止，同步DT4得电夹具松开，一种加工循环完毕。本角位置调整机械系统构造具有二个特点：第一，采用大减速比的谐波减速器，单级齿轮传动比可达50～500，并且具有承载能力大，传动精度高，齿侧间隙小，传动平稳，效率高，体积小，重量轻等明显技术优势，机构中通过谐波减速器可简朴且以便地获得约20r/min的很低的调整转速，从而防止因调整转速过高而难以控制使刀具确定的调整至非加工表面角位置区域，并且同轴输出，构造简朴，装配调试以便，技术可行且性价比比高。第二，构造中的电磁离合器可以可靠的结合或分离调整驱动速度单元和加工驱动速度单元，分离时加工速度单元正常输出高速切削转速至主轴箱完毕镗削加工，结合时主电机停止且调整电机启动，调整电机的高转速由谐波减速器减至约20r/min，经结合的电磁离合器和主电机的自由状态的转子传播至主轴箱，完毕低转速角位置调整。3．2控制系统改造方案选择较早时期的该类机床控制系统较多地采用继电器控制装置，由于此类装置体积大，接线复杂，功能固定，体积大，功耗大且故障率高可靠性差，故本机床控制系统设计不予考虑；采用单片机控制系统具有较高的性价比，但控制系统则需进行难度较大的系统软硬件设计和抗干扰设计，须进行工作量较大的硬件组装，开发周期长且技术难度较大，对此类并无较多柔性控制功能规定的小批量的专用机床并非合适。综合机床加工工艺对系统控制功能的规定等多种原因，对各类控制方式进行对比，设计方案中首选采用可编程控制器（PLC）构成机床控制系统的设计方案。3.2.1可编程控制器（PLC）技术特点可编程控制器（PLC）是20世纪60年代问世的建立在计算机控制基础上的一种新型通用控制设备，PLC将计算机控制系统通用性能理想，功能完美，应用灵活等技术优势和继电接触器控制系统直观易学，简朴易懂，价位低廉，操作以便等长处完美的结合，具有良好的柔性控制功能、执行速度快、系统功能完善、通用性好、功能强大的优势，大规模集成电路技术的应用，完善的自诊断功能，光耦、滤波、屏蔽、稳压等一系列抗干扰技术措施的应用有效的提高了抗干扰性能和系统稳定性，系统使用特有的面向控制问题的自然语言编程轻易，尤其是广泛采用与继电器电路极为相似的梯形图语言使程序设计具有继电器电路系统应用设计直观、快捷的特点，PLC的软继电器以及由指令实现的软接线柔性控制功能可以根据顾客的控制规定任意灵活组合，在控制系统的硬件装配确定后，顾客可以通过修改应用程序来适应工艺过程的变化调整或工作方式在硬件系统可以匹配执行的新的控制内容，PLC产品的系列化和原则化使PLC应用系统的设计、安装、调试、维修具有周期短，无需进行高难度的系统软硬件设计施工的特点，并且PLC系统的功耗低，构造紧凑，结实，体积小，人机界面友好，平均五故障率为3～5年，系统的插件构造可使平均修复时间约10min左右，可使用技术寿命高于，输入输出接口I/O模块可直接与AC220V，DC24V、48V输入输出信号连接，输出驱动功率大，可直接驱动2A如下的负载，有较高的性价比，尤其适合现代机电一体化机械加工设备更新换代的控制系统应用。PLC技术已与工业机器人技术、CAD/CAM技术并列成为现代工业生产自动化的三大支柱。正是由于PLC在自动控制系统中的应用品有许多理想的技术优势，因此众多应用实例已充足证明PLC应用于机床技术改造尤其是应用于以开关量为主的控制系统改造确实是理想的选择方案，实际上PLC在老式机床技术进步控制系统改造中的应用已日趋广泛。其应用的领域日渐扩大，从加工设备的单机自动化到生产线的自动化，FMS应用，PLC均担任着十分重要的技术角色，其技术意义和控制优势在现代化大生产的自动控制和管理领域中势必发挥出更为重要的作用。3.2.2可编程控制器（PLC）选型根据机床改造技术规定及控制规模，本设计采用FX2系列FX2-48MR型的PLC。该款PLC为整体构造的基本单元，具有24个输入点和24个输出点，采用继电器输出可以分别适应交流负载（如交流接触器电磁线圈，交流阀用电磁铁等）和直流负载（如光电继电器，显示发光二极管等）。因PLC对系统硬件构造，I／O接口功能，应用程序设计语言，抗干扰措施等一系列技术内容均已作了理想周密的设计和技术处理，在构成PLC应用控制系统时，顾客所需进行的工作重要是外部输入设备、输出设备与PLC的接线及编号，根基工作规定的顾客控制程序设计以及通过编程器输入顾客程序后所进行的相对其他类型控制器而言更为以便快捷的模拟调试和联机调试。3.3输入信号及输出信号的配置⑴输入信号及输入器件PLC的输入信号是PLC在每个扫描周期第一阶段所采样的来自现场的实时命令信息和设备状态信息，是PLC在第二阶段进行逻辑运算按控制程序产生输出信号的根据。该机床加工功能所规定的输入信号应包括控制按钮、位置开关、压力继电器、光电继电器、主电路中的热继电器等开关量信号，考虑操作及调试规定还需设置工作方式选择开关，以选择自动加工、进给及退回点动和主轴点动等工作方式，此外还需设有急停按钮以策加工安全。为提高系统可靠性，减小非操作干扰原因的影响，所有采用开关量电器的动合触头作输入信号。该机床输入信号如表1所示。⑵输出信号及输出设备PLC输出信号是PLC采样现场输入信号后，根据顾客程序规定的控制功能进行逻辑运算，经放不小于第三阶段刷新至输出端的控制信号，输出信号直接用于变化控制被控对象的工作状态，以完毕加工工艺规定规定的工作内容。该机床输出信号所控制的外部设备重要包括交流异步电机、液压系统的阀用电磁铁、电磁离合器、传感器、主电机制动装置和LED显示屏等，本机床输出信号如表2所示。设计安排输入输出点时，应在满足控制规定的前提下重视考虑系统的性价比，从而减少系统硬件的投资成本以获得最大的技术经济效益。于本系统则可直接充足使用接触器等强电电器的辅助触头驱动LED显示屏，再就是对的运用软件的措施取代硬件的功能，从而尽量减少PLC输入输出点的数量，这也是技术改造工作中一般应当予以考虑的问题。3．4输入输出接口电路及系统强电电路设计3.4.1PLC的I/O端口接线设计根据上述的输入输出点编号即可设计出本系统PLC的I/O外部接线图。由于在启动机床后因任何原因所导致的任何一种热继电器的过载动作都是系统故障信号，因此在PLC的输入口接线端X17点接入的是油泵电机、主轴电机、调整电机和电磁离合器这四个强电工作电器的热继电器常开触头的并联电气状态信号，其中任何一种电器在工作中过载都将使X17点激活有效，再由PLC在程序处理阶段中针对X17有效进行对应的故障处理，由此可省下3个输入点，既减少了改导致本又减少了PLC外部接线工作量并且提高了可靠性。同样地通过使用交流接触器的常开辅助触头和光电继电器的常开触头控制LED显示屏，也可使系统接线简化并使成本减少。由于该系统输出端所驱动外部设备的工作电压不一致，（接触器和电磁阀等使用∽220V，光电继电器使用＋24V，LED显示屏使用＋5V）因此应选用输出接线端子为共点分组输出形式的PLC。本系统的I/O接口电路原理图如图5所示。3.4.2控制系统强电电路设计本控制系统强电部分既包括一般继电接触电路的主电路单元，又包具有PLC输出继电器的输出触点驱动执行电器电磁线圈工作单元。控制电路中所有工作电器的逻辑处理所有由PLC系统完毕，PLC在每个扫描周期第一阶段采样来自操作面的人工控制命令和来自机床设备的状态信息，并在第二阶段根据输入端条件状态执行顾客梯形图程序，完毕程序规定的逻辑运算，然后然后在第三阶段将逻辑运算成果刷新PLC输出继电器，再由经刷新后的输出继电器的物理触头的闭合/断开状态驱动或复位对应的电磁线圈、LED显示屏等工作器件，从而控制机床完毕工艺规定规定的一系列运动并同步提供机床加工动态显示信息。为在意外状况下可以强制切断输出端执行电器的工作电源并防止由于供电系统失电后意外供电而非法接通PLC电源，防止也许发生的人身设备事故，在强电电路中尤其的设计了由SB7、SB8和KM6构成的零压保护电路单元，该电路单元的零压启动由SB8完毕并自锁，SB7可强制切断PLC系统工作电源和所有执行电器电磁线圈的驱动电源，电网失电再恢复时后必须人工启动零压才可重新恢复PLC的运行。在显示电路单元，由于执行进给、退回和工进的液压阀用电磁铁不也许提供同步辅助触头，因此进给、退回和工进动作显示由PLC的输出继电器物理触头驱动对应的LED完毕，同样的加工方式和系统故障等工作状态的显示也由PLC输出点直接驱动LED完毕，该机强电电路原理如图6所示。而液压泵电机、镗削主电机、角位置调整电机和电磁离合器工作状态的显示则由对应的交流接触器的常开辅助触头驱动LED执行，这样的电路方式既充足的运用了强点部分低压电器的控制资源，又合理的节省了PLC的硬件资源，在完全不影响系统功能的前提下技术成本下降，提高了经济性。3.5控制程序设计3.5.1程序构造概况根据该产品加工特点和精镗加工的工艺规定，结合机床技术改造的硬件构成，确定该机床控制程序重要包括四个控制内容。①初始化程序部分②手动操作程序部分③自动加工程序部分④公共处理程序部分3.5.2初始化程序部分该程序重要包括油泵电机的单按钮起停控制，检测系统工作压力并和PLC提供的开机初始化单周期脉冲产生初始化主控信号，然后完毕工作台自动返回原点、夹具自动松开等初始化操作，结束后经延时撤销初始化主控信号使该操作仅在开机时执行一次。其中的单按钮油泵启程序部分可使油泵在按钮信号X4奇多次出现时油泵电机执行启动，而偶多次出现时则执行油泵电机停止的操作，该设计既简化了操作面板，又简化了操作方式，并且可以节省PLC的一种输出点，提高了经济性，其设计思绪是：（1）由单一启停按钮SB2产生X4输入信号，再将X4转换为微分信号M1。（2）M1启动油泵电机输出继电器Y0，同步计数器C1对微分信号M1进行计数，计数器设定值为2。（3）当第2次按钮信号出现时，计数器激活输出，将油泵电机输出继电器Y0复位，同步复位计数器自身，而计数器复位后又容许Y0再次启动，后来的循环状况则体现为技术次启动而偶多次断开。初始化部分重要的控制梯形图如图7所示。3.5.3手动操作程序部分该控制程序的功能是以人工手动的方式完毕工作台双向的手动调整运行，夹具手动方式的夹紧与松动工作，主轴固定角位移量点动调整等操作，其功能是为了以便完毕机床故障诊断，机床维修和加工前进行的机床调整。该程序部分的内容包括：①由系统压力和手动方式信号产生主控信号②工作台进给方向的点动控制③工作台退回方向的点动控制④夹具手动夹紧与松开的控制⑤主轴固定角位移方式的点动调整操作控制为防止主轴点动操作产生随机超调则准时间原则设计主轴点动控制程序，由点动按钮输入信号X6上跳沿微分输出M2触发辅助继电器M25产生固定期间脉宽的主电机驱动信号，保证每次点动均可产生较为精确的固定的主轴角位移。手动操作部分重要控制梯形图如图8所示。3.5.4自动加工程序部分自动加工程序用于完毕从工件夹紧到加工结束，返回起点并松开夹具的全过程控制，是本控制系统的关键内容，该程序段的程序流程质量和程序构造水平状态将直接影响加工控制状态和机床加工工作效率及镗削工艺效果。工艺规定中关键的刀具角位置检测、判断调整及加工过程所规定的机床运动部件的加工运动工作循环和各工作电机的中作方式的时序管理控制等所有工作内容均在自动加工方式的程序段中执行。其控制流程图如图9所示。图10控制梯形图按该自动加工控制流程所设计的控制梯形图如图10所示。自动方式加工控制梯形图设计几点阐明：（1）方式主控母线确实定由自动加工方式信号X12和系统压力正常输入信号X14（KP1常开触头闭合状态信号）的与运算成果M201产生自动方式加工主控母线，同步该与运算成果点亮自动加工方式的LED显示屏。（2）加工流程的梯形图控制内容要点①加工启动信号X5复位输出继电器Y10，使二位四通电磁阀的电磁铁DT4失电而压紧工件，这种失电压紧的工作方式可有效的防止加工中因电磁铁意外失电致使松动工件而引起的事故；②当工件确实压紧时，压紧油缸上腔压力上升而使压力继电器KP2常开触头闭合输入信号X15产生加工启动单脉冲M60，并由M60产生进给中间驱动信号M30，至终点X3结束；③职工进点信号X2时，激活工进输出Y7和主轴启动中间驱动信号M26，至终点X3结束；④终点单脉冲M61激活T3为主电机制动缓冲延时1S，1S到激活能耗制动输出继电器Y3，再由T4执行2S延时，2S到复位制动继电器Y3并由Y3的下跳沿产生角位置检测调整主控母线信号M202。（3）角位置检测调整控制角位置不对的的信号Y16—将激活调整电机和电磁离合器的驱动输出继电器Y2、Y3，执行角位置调整操作，若角位置对的或调整至对的，则Y2和Y3复位停止且角位置对的信号Y16置位工作台退回的中间驱动信号M24，至工作台退回起点X1处时，产生的单脉冲M25复位清除退回驱动信号M24，此时角位置调整母线（N1级）结束，返回上一级自动加工控制母线（N0级）。（4）松开夹具，主控结束返回自动加工控制母线后，返回起点X1的单脉冲使夹紧油路二位四通电磁阀电磁铁DT4得电，弧形压板上升抬起，工件松开，一种完整的镗削加工自动循环结束。3.5.5公共处理程序部分本程序部分的3点基本功能是：①对在不一样工作方式程序中产生的具有完全相似动作内容的中间辅助驱动控制信号进行对应的逻辑组合，再将逻辑运算成果驱动目的物理输出继电器，从而使不一样方式程序段可共用同一的输出继电器并且不会出现反复输出语法错误。②执行工作台进、退、工件夹紧有效和液压系统压力异常故障的显示驱动（工作进给、自动方式、手动方式的显示驱动在自动及手动方式程序中）。③加工中意外状态时的急停处理。为防止阀用电磁铁电路在夹紧工作过程中因故障失电松开而产生意外，采用Y10=0电磁铁失电时为夹紧状态而Y10=1电磁铁得电时为松开状态。因该机为专用镗加工机床，功能较专用化，在故障显示处理时强调：在系统工作压力低于溢流阀设定工作压力夹紧油缸的上腔夹紧压力低于减压阀设定压力液压泵电机、镗削电机、角位置调整电机和电磁离合器强电电器过载其他工作电器的工作状态的LED显示屏也同步提供对应的故障信息。当以上几种状况出现时，有对应的LED显示屏给出对应的故障信息。当急停按钮X0按下时，其微分输出信号M3锁定特殊辅助继电器M8034而严禁一切输出，使所有的运动立即停止，只有在转为手动方式后，手动主令信号X13的微分输出M4才可解除M8034的严禁输出锁定并转为手动调整以排除故障，这样的严禁一切输出状态在任一电机等强电电器过载热继电器动作时同样产生。公共处理部分重要控制梯形图如图11所示。§4．设计小节4.1设计内容小节1．在充足调研的基础上，对剖分式对开滑动轴承内孔精镗机床的加工工艺规定和机床镗削加工的工艺过程作了全面地分析，通过剖析讨论，充足而深刻的认识到加工工艺装备的技术关键和控制难点，并通过对角位置检测和调整的技术意义和技术难度的波及分析，为控制系统的设计思绪奠定基础。2．调研分析了机床布局和总体构造，机床液压系统的构成和工作原理，尤其是机床夹紧机构的规定和工作特点，明确了采用夹紧液压回路的二位四通电磁阀的阀用电磁铁采用失电夹紧而得电松开在安全面的尤其意义，为该部分的PLC梯形图设计做好理论准备。3．设计中研究分析了机床主轴角位置检测控制的方式措施，通过对多种不一样角位置调整操作形式的对比分析，结合本机床的实际工艺规定和经济的控制进度考虑，确定了切实可行的剖分式对开滑动轴承内孔表面精镗机床主轴准停控制方案，方案包括两个方面，一种是主轴角位置的传感检测，一种是主轴角位置的驱动调整。针对此类专用机床，主轴角位置采用光电检测传感装置，简朴可靠，抗干扰性能好并且构造简朴，实用，经济。主轴角位置调整驱动则采用大减速比的谐波减速器和电磁离合器获取、传送低转速的主轴调整转动，传动构造十分紧凑，体积小，重量轻，效率高，以便实现机电一体化控制。4．控制系统采用FX2系列PLC装置完毕机床液压系统的工作过程，主轴角位置检测、调整、工件夹紧松开及的系统控制；分析、记录、编制了PLC的输入器件和输出设备的种类、数量以及对应的PLC输入、输出继电器的编号明细表；设计了PLC的输入输出接口电路；设计绘制了自动加工控制功能流程图；设计绘制了初始化、手动调整控制、自动加工控制和公共处理控制四个重要的控制梯形图。PLC控制系统具有可调、可改、可变换的控制柔性，控制功能强，系统稳定可靠，改造周期短，性价比高。5．对剖分式对开滑动轴承内孔表面精镗机床主轴准停控制的设计全过程作了简要明确的文字阐明，全文附有11张设计图样：⑴图1机床构成构造原理图⑵图2机床液压系统原理图⑶图3角位置光电检测装置原理图⑷图4角位置调整装置⑸图5PLC的I/O接口原理图⑹图6强电电路原理图⑺图7初始化控制梯形图⑻图8手动操作控制梯形图⑼图9自动加工控制流程图⑽图10自动加工控制梯形图⑾图11公共处理控制梯形图全文附有2张图表：⑴表1PLC输入信号一览表⑵表2PLC输出信号一览表4.2本次毕业设计体会与提议（1）在本次毕业设计过程中，我更清晰的认识到机电一体化的应用，这种清晰的专业思绪取缔了刚入学学习公共课和专业基础课时的迷茫和朦胧感，我认为本专业制定的教学大纲所作的学科建设设计和课程体系建设是科学的、完整的，学科知识体系是完整的、合理的，所有课程的学习和考核，为我们未来的定位和发展打下坚实的基础。（2）通过本次机电液一体化综合毕业设计，也使我们深入认识到机电一体化专业在经济发展，在制造业中的重要作用和深远意义，愈加激起了我们对本专业学习的爱好和热情，通过本设计也使我们初步体验到我们自身专业的作用、意义和价值，使我们对此后的专业技术应用和专业发展方向有了明确的体会和认识，我们有足够的理由相信在此后的工作中，通过不懈的认真学习和努力实践，一定会获得扎实的，一步一种脚印的，有效的，有实际意义的更理想的成绩。（3）本次毕业设计，尤其是类似本设计课题的机电液一体化类型的毕业设计，在指导老师的指导协助下，通过整个设计过程的认