两工位钻孔攻丝组合机床液压控制系统的设计

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 日日河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书摘摘 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 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, 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 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 station 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.I河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书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。Abstract.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3.1 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)II河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书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)0河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书前言前言组合机床 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 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。 1河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 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，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2河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书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、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。3河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书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。4河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书1969 年美国 DEC 公司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 PLC 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5河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书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。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6河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书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。7河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书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） CPUCPU 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8河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书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 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，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9河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书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/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，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。10河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书（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 3.23.2 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11河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书动启动液压泵电机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SQ8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-工作滑台钻孔滑-+-12河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书右移台原位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-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。出油路：钻缸有杆腔二位四通换向阀左位油箱13河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书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14河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书主油路：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，动摩擦系数为 0.1.有mpNDNDPNAPPaPmmmm2121161108 . 58004800480095. 0103 . 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= MPaDFwmAFwm27. 042且：( )41A2224dDA快进：Fw=4000 N4001 . 0a125. 0w4wm21MPDFAFPM快进q=VA = 3.1L/min快进1P =qP=1.34KWi102快退：Fw=4000 N4001 . 0a168. 0)(w4wm222MPdDFAFPM快退q=VA =2.5L/min快退2P =qP=0.7KWi102 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MPap4115河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书取 由表 37-4 取 d/D=0.595. 0m由公式的 D=106mm mDFw4且 D=106 又有 d/D=0.5 可知 d=53mm由表 37-7 可取 D=100 d=56mm验证: P=MPaAFmw5 . 41快进：Fw= q=VA = 39L/minN400a53. 0w4wm21MPDFAFPM快进快进1P =qP=32.5KWi102工进： NFW33832a405m1PAFPW工进min/39q1LAV工进工进w735. 0qpiKP快退：Fw= q=VA =29L/minN400a019. 0)(w4wm222MPdDFAFPM快退快退2P =qP=0.9KWi1023 工作台的计算已知：G=20000N V=100mm/min选： P=4MPa 静摩擦系数为 0.295. 0m 且 F =4000mwPFdD422wN40002 . 0 22200134. 0mdD由表 37-7 选的 D=60mm d=45mm快进 快退：F =G0.1=2000N P= q=VA=0.012L/minwMPaAFmw7 . 13.5 各缸工作循环时的工作参数表（1）夹紧缸夹紧缸夹紧缸工作工作负载负载进油压力进油压力出油压力出油压力所需流量所需流量输入功率输入功率16河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书（2）攻丝和钻孔缸（3）工作台循环循环（N）(MPa)(Mpa)(L/min)(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)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)17河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书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-C32100402液压泵YB -501503三位四通电磁阀WE6E50/OBG26204单向阀A-F10D-D/BP175二位四通换向阀25DF3B-E10B-C23.56单向节流阀LA-F10D-C-2177行程阀2FRM5-17/517 液压泵最大工作压力： P =P(MPa) 且bPa5 . 0 MPP取 P =4.5+0.5=5MPab 确定液压泵的流量： Q =KL()=1.239L/min=46.8L/minpQMax 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. 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 =0.94Kw111qPP6078. 08 . 9105 . 46 工进时液压泵的输出功率: P =FV=338321m/min=0.56KwL快进快进20001.700.0120.0003快退快退20001.700.0120.000318河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书 系统总的发热功率= P - P =（0.94-0.56）Kw=0.38Kw1L 已知油箱容积为 V=290L=2901023m油箱金丝散热面积 A=0.065=0.065=2.8m32V322902 t=KAPCKw5 .138 . 2101038. 03 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 PVX011原点指示 HL1Y012钻孔工位 SQ1X002液压泵电机 M1(KM1)Y001钻孔滑台原位 SQ2X003凸轮电机 M2(KM2)Y002攻丝滑台原位 SQ3X004夹紧电磁阀 YV1Y006夹紧限位 SQ4X005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 SQ6X006工作台右移电磁阀YV2Y010攻丝滑台终点 SQ7X007攻丝动力头电机 M4正转(KM4)Y004放松限位 SQ8X010制动 DLY013系统启动按钮 SBX001攻丝动力头电机 M4反转(KM5)Y005工作台左移电磁阀YV3Y007放松电磁阀 YV4Y0113.8 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19河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书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）（下页）工步123456789101120河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书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3s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 PV1钻孔工位 SQ1111钻孔滑台终点 SQ211111111攻丝滑台终点 SQ51攻丝滑台原位 SQ31111启动按钮 SB1夹紧限位 SQ4111111攻丝工位 SQ61111攻丝滑台终点 SQ71输入及检测元件放松限位 SQ811液压泵电机 M11111111111凸轮电机 M21111111夹紧电磁阀 YV11111111钻孔动力头 M31冷却泵电机 M511111工作台右移电磁阀 YV21攻丝动力头电机 M4 正转1攻丝动力头制动 DL1攻丝动力头电机 M4 反转1工作台左移电磁阀 YV31放松电磁阀 YV41驱动元件原位指示 HL111第四章 系统调试21河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书4.1 FXGP/WIN 软件应用目前，在国内外 PLC 已广泛应用冶金、石油、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22河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书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变化，即该转换所有的前级步是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化。调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和 PLC 中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。在设计和模拟调试程序的同时，可以设计、制作控制台或控制柜，PLC 之外的其他硬件的安装、接线工作也可以同时进行。（2） 程序的现场调试完成上述的工作后，将 PLC 安装在控制现场进行联机总调试，在调试过程中将暴露出系统中可能存在的传感器、执行器和硬接线等方面的问题，以及 PLC 的外部接线图和梯形图程序设计中的问题，应对出现的问题及时加以解决。如果调试达不到指标要求，则对相应硬件和软件部分作适当调整，通常只需要修改程序就可能达到调整的目的。全部调试通过后，经过一段时间的考验，系统就可以投入实际的运行了。23河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书小小 结结忙碌而有意义的毕业设计已经接近尾声,这也预示着我们的学生生活的也将要结束了在这几年的大学生生活中,我懂得忙碌了许多,也知道了许多.在本次的毕业设计中我们设计的是两工位钻孔攻丝、攻丝组合机床液压控制系统的设计。液压传动是利用密封系统中的受压流体来传递运动和动力的一种传动方式。它机械与电子控制装置之间的纽带，它与传感技术、微电子技术、计算机技术、自动控制技术的密切结合，是自动化技术不可缺少的重要手段，本课题通过对两工位钻孔、攻丝组合机床液压控制系统的设计，使我们对以上技术有一个综合性的认识，并能应用于实际控制中，提高我们的综合素质。 当机器设备大部分采用自动控制，从而使得液压传动及控制技术与计算机技术一起为工业中发展极快的两个分支。液压技术是现代机械工程的基出技术构成和现代控制工程的基本要素，其应用几乎遍及国民经济各个领域，应用液压技术的程度已成为衡量一个国家工业化水平的重要标志，正确合理的设计与使用液压系统，对于提高各类液压机械及装置的工作品质和技术经济性能具有重要意义。在为期六星期的毕业设计中，使我对液压与气压传动 这门课程有了更深一步的了解，学会了如何设计液压系统。首先确定对液压系统的要求。在开始设计液压系统之前，首先要求对机器的工作情况进行详细的分析： 1.确定哪些运动需要用液压传动来完成。2.确定各运动的工作顺序或自动工作循环。3.确定液压系统的主要性能。其次拟定液压系统原理图。通常可以根据各个运动的要求首先选择和拟定各基本回路，然后将各个回路组成系统。选择基本回路的依据使机器的工作情况对液压系统提出的运动、动力和性能要求。这一步工作中常常会出现多种方案，为此可参考同类产品液压系统进行全面的分析和比较，从而明确调试方式，液流流向的控制方式，以及顺序动作控制方式等基本回路。液压基本回路选好之后，再配置辅助性回路或油路（如控制油路、润滑油路、过滤器、压力表及其测压点布置等） ，即可组成液压系统原理图。再液压元件的计算和选择。它包括以下内容：1.执行元件主要参数的计算，一般从计算工作载荷开始，再根据工作载荷和执行元件的运动速度计算液压缸的面积，所需要油路的压力和流量。2.液压泵主要参数的计算，计算液压泵的工作压力和流量，选择液压泵的规格，确定驱动电动机的功率。最后对系统进行必要的验算。按照上述的步骤，在初步确定了各个液压元件之后，为了判断液压系统工作性能的好坏，需要对整个液压系统的某些技术性能进行必要的验算，其内容:系统的发热温升验算。在液压传动中，压力损失和溢流、泄露的能量损失，绝大部分是变为热能，致使系统的油温升高。为了保证系统正常工作，油温升高的允许值不应超过规定范围。因而必须验算发热和散热量。由于发热和散热的因素复杂，一般仅对油箱的散热进行计算，将发热与散热相比较，以决定采用什么样的热平衡（如增大油箱容积，增另散热设施等） 。在这次设计中对液压缸和液压控制阀也有了更进一步的认识：液压缸是液压系统中的执行元件，它是把液压能转换称机械能的能量转换装置，用于驱动工作机构作直线往复或往复摆动。在这里主要应用的活塞式杆固式液压缸中的单活塞杆液压缸和双活塞式液压缸。液压控制阀在液压系统中是控制和调节油液流动的方向、压力及流量的装置。由于调节的工作介质是液体，所以统称为阀。在结构上，所有的阀都是由阀体、阀芯和驱动阀芯动作的元部件（如弹簧、电磁铁组成） 。它们都是靠改变阀口的通24河河南南化化工工职职业业学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书道关系或阀门的通道面积，即改变阀口的“开”与“关”进行控制的。在工作原理上，所有的阀的开口大小，阀进出口压差以及流过阀的流量之间的关系符合孔口流量公式，仅是各种阀的控制参数的不同。如在这次所设计的系统中所使用的几种阀：电磁换向阀：利用电磁铁的作用力控制阀芯改变工作位置，实现换向。它利用电液结合操作起来方便；背压阀：将溢流阀设在液压缸的回油路上，使缸的回油路形成一定的压力。可以使负载突然减小使避免活塞前冲，提高运动的平稳性；减压阀：其作用使降低液压系统中某一部分的压力，并使起保持稳定值