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1、毕 业 设 计 报 告 书题目： 多工位组合机床的 PLC 掌握系统设计专业 机电一体化技术班姓指导教级名师目录第一局部 设计任务与调研1其次局部 设计说明4第三局部 设计成果10第四局部 完毕语25第五局部 致谢26第六局部 参考文献27第一局部 设计任务与调研1. 毕业设计的主要任务组合机床是针对特定工件，进展特定加工而设计的一种高效率自动化专用加工设备，这类设备大多能多刀同时工作，并且具有自动循环的功能。组合机床是随着机械工业的不断进展，由通用机床、专用机床进展起来的。通用机床一般用一把刀具进展加工，自动化程度低、关心时间长、生产效率低， 但通用机床能够重调整，以适应加工对象的变化。专用
2、机床可以实现的多刀切削，自动化程度较高，构造较简洁，生产效率也较高。但是，专用机床的设计， 制造周期长，造价高，工作牢靠性也较差。专用机床是针对某工件的肯定工序设计的，当产品进展改进，工件的构造，尺寸稍有变化时，它就不能连续使用。在综合了通用机床、专用机床优点的根底上产生了组合机床。组合机床通常由标准通用部件和加工专用部件组合构成，动力部件承受电动机驱动或承受液压系统驱动，由电气系统进展工作自动循环的掌握，是典型的机电或机电液一体化的自动加工设备。常见的组合机床，标准通用部件有动力滑台各种加工动力头以及回转工作台等，可用电动机驱动，也可用液压驱动。各标准通用动力部件组合构成一台组合机床时，该机
3、床的掌握电路可由各动力部件的掌握电路通过肯定的连接电路组合构成。多动力部件构成的组合机床，其掌握通常有三方面的工作要求：第一方面是动力部件的点动和复位掌握。其次方面是动力部件的半自动循环掌握。第三方面是整批全自开工作循环掌握。本文所用组合机床为四工位组合机床，该机床由四个滑台，各载一个加工动力头，组成四个加工工位，除了四个加工工位外，还有夹具，上下料机械手和进料器，四个关心装置以及冷却和液压系统共 14 个局部。机床的四个加工动力头同时对一个零件的四个端面以及中心孔进展加工，一次加工完成一个零件，由上料机械手自动上料，下料机械手自动取走加工完成的零件，零件每小时可加工 80 件。该机床的俯视示
4、意图如下：1图 1.1 四工位组合机床示意图1. 工作台 2.主轴 3.夹具 4.上料机械手 5.进料器 5.下料机械手2. 设计的思路、方法当按下启动按钮后，上料机械手向前，将零件送到夹具上，夹具夹紧零件， 进料装置进料，然后四个工作滑台向前，四个加工动力头同时加工，加工完成后， 各工作滑台退回原位，接下来下料机械手向前抓住零件，夹具松开，下料机械手 带料退回原位并松开，完成一个工作循环。要求组合机床能以手动、半自动、全自动三种工作方式工作。2其次局部 设计说明1. 理论分析(1) 主轴电动机单方向起动，要求有过载及短路保护。(2) 液压泵电动机单方向起动，过载及短路保护。(3)冷却泵电动机
5、单向工作， 过载及短路保护。(3) 元件选用依据上面要求，要选用三台电动机：M1掌握主轴的电动机；M2掌握液压泵的电动机；M3掌握冷却泵的电动机。再依据电动机的掌握要求选择元件： QF掌握总电源的断路器，实现短路和过载保护；FU1FU3掌握各电动机短路保护；KM1掌握主轴电动机单向工作；KM2掌握液压泵电动机工作；KM3掌握冷却泵电动机工作； FR1FR3用与各电动机的过载保护掌握。(4) 主电路图设计图 2.1 主电路图32. 设计方案(1) 设计要求主轴电动机 M1 和液压泵电动机 M2 可以同时起停，也可以单独要求在动力头工作进给时，冷却泵电动机 M3 才接通，但也可以随时调整。(2)
6、元件选用KM1KM3掌握 M1M3 单向起动动作接触器； SB1总停按钮；SB2、SB3M1 与 M2 起动按钮； SB4、SB5M1 与 M2 停顿按钮； SB6冷却泵电动机M3调整按钮； SB7冷却泵电动机单独停顿按钮； SA1掌握 M1 与 M2 的同时与单独起停开关； SA2实现动力头工进时自动起动与手动调整的开关；FR1FR3M1M3 过载保护热继电器； SA3照明开关； HL1电源指示灯 EL照明灯。(3) 掌握电路草图依据所选元件与工作要求画出掌握电路图，如以下图：图 2.2 掌握电路图43 作品特点组合机床的电气掌握,理论上讲,可以承受继电器接触器电气掌握系统，单片机掌握系统和
7、 PLC 掌握系统来实现。但是在实际工程中往往选择一种经济、有效、性能优越的掌握方案，考虑到上述几点，PLC 较适合组合机床的电气掌握。PLC 与继电器-接触器掌握系统相比具有以下优点：(1) 掌握规律继电接触式掌握系统承受硬接线规律，它利用继电器等的触点串联、并联、串并联，利用时间继电器的延时动作等组合或掌握规律，连线简单、体积大、功耗也大。当一个电气掌握系统研制完后，要想再做修改都要随着现场接线的 改动而改动。这都是硬接线的原因。所以，继电接触式掌握系统的敏捷性和扩展性较差。可编程掌握器承受存储规律。它除了输入端和输出端要与现场连线以外，而掌握规律是以程序的方式存储在 PLC 的内存当中，
8、PLC 的敏捷性和扩展性强。而且 PLC 是由中大规模集成电路组装成的，因此，功耗小，体积小。(2) 掌握速度继电器接触式掌握系统的掌握规律是依靠触点的动作来实现的，工作频率低。触点的开闭动作一般是几十毫秒数量级。而且使用的继电器越多，反映的速度越慢，还是简洁消灭触点抖动和触点拉弧问题。可编程掌握器是由程序指令掌握半导体电路来实现掌握的，速度相当快。通常，一条用户指令的执行时间在微秒数量级。由于 PLC 内部有严格的同步，不会消灭抖动问题，更不会消灭触点拉弧问题。(3) 定时掌握和计数掌握：继电接触式掌握系统利用时间继电器的延时动作来进展定时掌握。用时间继电器实现定时掌握会消灭定时的精度不高，
9、定时时间易受环境的湿度和温度变化而影响，有些特别的时间继电器构造简单，维护不便利。(4) 牢靠性和维护性。继电接触式掌握系统使用了大量的机械触点，连线也多。触点在开闭时会受到电弧的损坏，寿命短。因而牢靠性和维护性差。PLC 承受微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，牢靠性高。PLC 还配备了自检和监控功能，能自诊断出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态的监视掌握程序的执行状况，为现场调试和维护供给了便利。5第三局部 设计成果1. 设计成果合理选择 PLC 的型号，对于提高 PLC 掌握系统的技术经济指标起着重要作用。选择机型的根本原则是在功能满足要求的前提下，保证牢靠，维
10、护使用便利以及最正确功能价格比。(1) 构造选择PLC 主要有整体式和模块式。整体式 PLC：整体式 PLC 的每一个点的平均价格比模块式的廉价，且体积相对小，一般用于系统工艺过程较为固定，环境条件较好，修理量较小的小型掌握系统中。模块式 PLC：模块式 PLC 功能扩展敏捷便利。在点数上，输入点数，输出点数的比例，模块的种类方面选择余地大，且修理便利，一般用于较简单的掌握系统。对于组合机床，选用整体式 PLC 较好。(2) 点选取原则PLC 平均的 I/O 点价格比较高，因此应当合理选用 PLC 的 I/O 点数量，在满足掌握要求的前提下力争使用的 I/O 点最少，但必需留有肯定余量。通常
11、I/O 点数是依据被掌握对象的输入输出信号的实际需要，再加上 10%-20%的余量来确定。由 PLC 组成的四工位组合机床掌握系统有输入信号 42 个，均为开关量。其中检测元件 17 个，按钮开关 24 个，选择开关 1 个。电掌握系统有输出信号 27 个，其中电磁阀 16 个，六台电动机的接触器和 5 个指示灯。依据 I/O 点数的选取原则考虑 10%-20%的 I/O 点数余量输入点数可选取 46-50 个输出点数可选取 29-33 个。(3) 确定 PLC 机型及扩展模块依据12及实际 PLC 机型点数，选用FX2N-64MR 主机和一个 16 点的输入扩展模块FX-16EX这样共有输入
12、点32+16。输出点就是主机的 32。足够可以满足 42 个输入，27 个输出的要求，而且留有肯定余量。(4) 设计输入输出信号地址表输入输出信号地址表是将输入输出列成表，给出相应的地址和名称，以备软6件编程和系统调试时使用的一种表。由本设计可知掌握电路中的按钮，行程开关，检测元件等触点都属于 PLC 的输入设备，PLC 的输出掌握对象主要是掌握电路中的执行元件，本设计主要是接触器，电磁阀，指示灯。依据电控系统的输入输出信号表知：输入元件数量： 行程开关 12 个按钮 24 个选择开关 1 个检测元件 5 个输出元件数量： 电磁阀 16 个接触器 6 个指示灯 5 个依据本设计选用的 PLC
13、机型，将输入输出元件安排到 PLC 的输入输出接口。依据本文所给的输入输出元件可列下表：表 3-1输入输出信号地址表5YJ润滑液面开关X201KM主轴Y211SB总停X212KM主轴Y222SB启动X223KM主轴Y233SB预停X234KM主轴Y244SB润滑故障撤除X245KM冷却电动机Y251SA选择开关X256KM润滑电动机Y265SB滑台进X261HL润滑显示Y276SB滑台退X272HL、工位滑台原位Y307SB主轴点动X303HL、工位滑台原位Y318SB滑台进X314HL上料原位Y329SB10SB11SB12SB13SB14SB滑台退 主轴点动滑台进 滑台退 主轴点动滑能进X
14、32 5HL X33X34 X35 X36X37下料原料Y3315SB滑台退X4016SB17SB主轴点动夹紧X41X427(5) 设计 PLC 掌握系统电气原理图I/O 接口图它反映的是 PLC 输入输出模块与现场设备的连接。PLC 的输入点大局部是共点式，即全部输入点具有一个公共端 COM。I/O 电气接口图如以下图表 3-2 I/O 电气接口图(6) 设计 PLC 掌握系统操作面板掌握系统的操作面板是向 PLC 掌握系统公布掌握命令的主令元件组合而成8的。本设计中，输入元件共 42 个其中按钮 SB 24 个、检测元件 YJ 5 个、行程开关 SQ 12 个，选择开关 1 个，基于对机床
15、工作方式的掌握要求，面板上应设有选择开关 1SA、预停按钮；鉴于手动调整方式下，相应按钮发出掌握命令，驱动组合机床相应部件运动，因此面板上应设相应按钮 5SB-24SB，鉴于对组合机床的启动，停顿及润滑故障的处理掌握，应在操作制面板上设有启动按钮 2SB、总停按钮 1SB、润滑故障切除按钮4SB、其他输入元件均为检测元件，不在操作面板中设置，由上面综述，可得掌握系统操作面板如以下图所示表3-3 掌握系统操作面板92. 作品的特点依据本设计的掌握与工艺要求，按机床的动作挨次及每步所完成的任务，可得工作循环流程图如图:表 3-4 PLC 掌握系统工作循环流程图10(1) 设计 PLC 掌握系统初始
16、化梯形图程序初始化程序主要用来处理组合机床的各种号，如启动，预停，总停以及各种的原始信号，机床启动前应具备的各种初始信号，工作方式选择信号，各种复位信号，并将处理结果作为机床启动，停顿，程序转换的依据，初始化程序一般用阅历法设计。依据掌握要求，承受 STL 指令，来定义相应的工作方式，手动，自动，利用预停按钮来掌握全自动与半自开工作状态的切换，并利用定时器设定了润滑电动机间歇时间，初始化程序见以下图。(2) 设计 PLC 掌握系统手动及显示梯形图程序本设计的手动程序与显示程序均为用阅历法设计的梯形图。手动程序：主要在调整和检修时使用。为了对滑台的进退、上料器的进退、夹具的加紧松开等进展调整与掌
17、握，设计了相应的手动程序，设计手动程序时应留意互锁的设计。显示程序：依据机床的工作状态，驱动相应指示灯显示。如手动及显示梯形序图。3. 佐证材料状态转移图，它是完整地描述掌握系统的工作过程，功能和特性的一种图形， 是分析和设计电路系统掌握程序的重要工具。本设计的状态转移图按以下几步进展的(1) 按组合机床的掌握要求与加工工艺画出状态转移图。(2) 在画出的状态转移图上以PLC 输入点或其他元件定义状态转换条件。(3) 依据电控系统供给的电气执行元件功能表，在状态流程图上对每个状态和动作命令配画上实现该状态或动作命令的掌握功能的电 执行元件，并以对应的PLC 输出点的编号定义这些电气执行元件。由
18、状态转移图易的相应的梯形图程序，它们二者是一一对应关系，梯形图程序请见图11表 3-5 设计 PLC 掌握系统初始化梯形图程序12表 3-6 PLC 掌握系统手动及显示梯形图程序1314图 5.4 PLC 掌握系统梯形图15本次设计的电气原理仿真及程序调试是在工业技术中心 PLC 试验室完成的， 并按以下步骤依次进展(1) 检验程序将编好的应用程序输入到微机内，利用软件进展程序检验，起初有几处编程语法错误，经过几次认真修改后，程序无误。然后传入 PLC 内。(2) 信号模拟用试验台上的模拟开关模拟输入信号，接入相对应的输入端点。输入程序后， 扳动开关，接通或断开模拟开关，用来模拟相应按钮动作及
19、机械动作使检测元件状态发生的变化，并通过输入输出指示灯来观查输入输出端点的状态变化，经观看模拟开关与 PLC 连接正确。(3) 按程序进展模拟运行先比照输入信号表，设置好原始状态下全部输入信号的状态，再使 PLC 运行， 按下相应按钮，按梯形图程序，观看输出状况，经观看符合程序设定的输出；按工步状态在一个工作循环里逐步转换的挨次依次发出状态转移指令信号，系统将完毕一个工步状态转入下一个工步状态，将转换状况和已编的程序相比较，知转换状况与程序设定的输出状况一样，电气原理图仿真及程序调试成功。第四局部 完毕语PLC 作为一代的工业掌握装置，具有开发柔性好，接线简洁，安装便利， 抗干扰性强等特点，用
20、它来掌握四工位组合机床这样简单的生产设备，是抱负的选择。PLC 的承受,降低了机床的故障率,节约了大量的修理费用,提高了整机的牢靠性，保证了工件的精度要求。第五局部 致谢感谢校方赐予我这样一次时机，能够独立地完成一个课题，并在这个过程当中，赐予我们各种便利，使我们在马上离校的最终一段时间里，能够更多学习一些实践应用学问，增加了我们实践操作和动手应用力量，提高了独立思考的力量。再一次对我的母校表示感谢。感谢在整个毕业设计期间和我亲热合作的同学，和曾经在各个方面赐予过我帮助的伙伴们，在大学生活马上完毕的最终的日子里，把一个浩大的，从来没有上手的课题，圆满地完成了。正是由于有了你们的帮助，才让我不仅
21、学到了本次课题所涉及的学问，更让我感觉到了学问以外的东西，那就是团结的力气。最终，感谢全部在这次毕业设计中赐予过我帮助的人。第六局部 参考文献1 郁汉琪、郭健 可编程掌握器原理及应用北京：中国电社 20231-282 段苏振 提高PLC掌握系统牢靠性的设计因素 电气传动 20233 郭健 日本三菱FXON系列PLC运行调试及故障诊断 职台职业技术学院学报 20234 张筱琪 机电设备掌握根底 北京：中国人大出版社 20235 王兆义 小型可编程掌握器有用技术 北京：机械工业出版社 19976 三菱公司编1FX系列可编程序掌握器使用说明及编程手册 19987 宋德玉主编. 可编程序掌握器原理及应用系统设计技术.北京：冶金工业出版社，2023