基于PLC的四工位组合机床控制系统设计.doc

1、 本科毕业论文（设计） 设计题目：基于 PLC 的四工位组合机床控制系统设计 学 院： 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2014 年 5 月 21 日 贵州大学本科毕业设计 第 2 页 贵州大学本科毕业论文（设计） 诚信责任书 本人郑重声明：本人所呈交的毕业 论文（设计） ，是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业 论文（设计） 中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。 特此声明。 论文（设计）作者签名： 日 期： 贵州大学本科毕业设计 第 I 页 目 录 摘要 .III Abstract . IV 第一章 绪论 . 5

2、 1.1 组合机床概述 . 5 1.2 PLC 的四工位组合机床控制系统设计的目的和意义 . 5 1.3 PLC 的四工位组合机床控制系统设计的国内外现状和发展趋势 . 6 第二章 四工位组合机床原理及液压系统 . 8 2.1 四工位组合机床的工作原理与过程分析 . 8 2.1.1 回转台工作原理 . 9 2.1.2 钻孔工作原理 . 9 2.1.3 扩孔工作原理 . 9 2.2 四工位组合机床的液压控制系统 . 11 第三章 PLC 概述与方案论证 . 13 3.1 PLC 概述 .13 3.1.1 PLC 基本介绍 . 13 3.1.2 PLC 硬件组成 . 13 3.2 方案论证 .17

3、 3.2.1 PLC 与继电器 -接触器相比较： . 17 3.2.2 PLC 与单片机比较 . 18 第四章 电气控制系统硬件设计 . 20 4.1 选择 PLC 机型 .20 4.1.1 结构选择 . 20 4.1.2 I/O 点选取原则 . 20 4.1.3 确定 PLC 机型及扩展模块 . 21 4.2 设计 I/O 分配表 .22 贵州大学本科毕业设计 第 II 页 4.3 设计 PLC 控制系统电气原理图 .24 4.3.1 PLC 的详细接线图 . 24 4.3.2 电机电气原理图 . 26 4.4 设计 PLC 控制系统操作面板 .26 4.5 相关元器件的选择 .28 4.5

4、.1 电气元件的选取 . 28 4.5.2 液压元器件的选择 . 29 第五章 部分程序的分析以及程序调试结果 . 30 5.1 以下程序段的分析： .30 5.2 此次设计的程序建立以及调试结果分析如下： .32 第六章 设计总结与体会 . 34 6.1 设计总结 .34 6.2 心得体会 .35 参考文献 . 36 致谢 . 37 附录一 . 38 附录二 . 52 贵州大学本科毕业设计 第 III 页 基于 PLC 的四工位组合机床控制系统设计 摘要 文章以四工位组合机床为研究对象 ,四工位主要包括钻孔、扩孔、攻丝、机械手上下料等工位，通过对主要结构和运动形式的探究以及对机床的工作过程和

5、控制要求分析 ,给出了机床动作循环图、液压元件动作表以及四工位组合 机床的液压控制系统 ;并采用PLC控制系统的设计方法 , 进行了软硬件设计 ,列出了 PLC的 I/O地址分配表 ,绘制了 PLC的 I/O 分配图和单循环自动工作流程图，编写 PLC 控制程序的梯形图和指令表 ;由操作面板组成的人机界面，使整个控制系统的操作变得简单，方便，大大提高了系统的自动化程度和实用性。 关键词： 可编程控制器 (PLC)，四工位组合机床，控制系统，人机界面。 贵州大学本科毕业设计 第 IV 页 Four labour modular machine tool control system design

6、 based on PLC Abstract Combination machine tools based on four location as the research object, Four station mainly include drilling, reaming, tapping, manipulator up-down material such as location， and through the main structure and form of movement of exploration and for machine tools work process

7、 and control requirements analysis is presented, the machine operating cycle diagram, hydraulic components action list and four for the hydraulic control system of modular machine tool, And PLC control system design method of software and hardware design, lists the PLC I/O address allocation workshe

8、ets, painted PLC I/O assignment graph and single automatic work flowchart, write PLC control program ladder diagram and instructions list,Composed of man-machine interface operation panel,make the whole control system operation simple, convenient, greatly improved the system automation degree and pr

9、acticability. Keywords: programmable controller (PLC), four location combination machine tools, control system, the man-machine interface. 贵州大学本科毕业设计 第 5 页 第一章 绪论 1.1 组合机床概述 组合机床是针对特定工件，进行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发展，由通用机床、专用机床发展起来的。通用机床一般用一把刀具进行加工，自动化程度低、辅助时间长、

10、生产效率低，但通用机床能够重新调整，以适应加工对象的变化。专用机床可以实现的多刀切削，自动化程度较高，结构较简单，生产效率也较高。但是，专用机床的设计，制造周期长，造价高，工作可靠性也较差。专用机床是针对某工件的一定工序设计的 ，当产品进行改进，工件的结构，尺寸稍有变化时，它就不能继续使用。在综合了通用机床、专用机床优点的基础上产生了组合机床。组合机床通常由标准通用部件和加工专用部件组合构成，动力部件采用电动机驱动或采用液压系统驱动，由电气系统进行工作自动循环的控制，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

11、，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，该机床的控制电路可由各动力部件的控制电路通过一定的连接电路组合构成。 多动力部件 构成的组合机床，其控制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控制。第二方面是动力部件的半自动循环控制。第三方面是整批全自动工作循环控制。 组合机床具有生产率高、加工精度稳定的优点。因而，在汽车、柴油机、电机、机床等一些具有一定生产批量的企业中得到了广泛应用。目前，组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化和柔和性化方向发展。 1.2 PLC 的四工位组合机床控制系统设计的目的和意义 目前一般企业都拥有一定数量的用继电器控制的组合机床。继电器

12、控制方式虽然有结构简单、价格便宜的优点，但存在着接触器触 点磨损快、寿命短、可靠性差等缺点。特别是在更换产品而改变动作循环时，需重新设计、安装、调试，贵州大学本科毕业设计 第 6 页 不能适应现代生产要求。造成了这些企业的生产率低下，效益差，反过来这些企业又没有足够的资金购买新的数控车床。因此，当务之急就是对这些普通车床进行技术改造，以提高企业的设备利用率，提高产品的质量和产量。而采用 PLC改造机床，可去掉了机床的中间继电器、时间继电器、顺序控制二极管及电阻，使线路简化。同时，由于 PLC 的高可靠性，输入输出部分还具有信号指示，这不仅使电气故障次数大大减少，而且还能给准确判断电器故障的发生

13、部位提供 了很大的方便。控制系统可靠性好、故障率低、工艺参数调整方便等特点。因为可编程控制器的抗干扰能力强，可靠性高，且配置灵活，已在工控领域广泛应用。这不仅可以实现生产过程的自动控制，还可以构成适合工业环境的实时网络控制。 另外使用 PLC 控制机床电气系统后为了充分发挥设备效能，迅速提升加工技术与精度，越来越多的企业每年投入大量资金和技术对传统老式组合机床进行技术改造，取得了良好的效果。用 PLC 模块、变频驱动技术、操控监控设备等组成电气数字控制系统，以实现编程输入、人机交互、自动化加工的控制方式，扩大加工能力， 减少故障，提高效率，已成为企业进行技术改造的有效途径。因此设计性价比较高的

14、基于 PLC 的四工位组合机床控制系统设计显得尤其重要。 1.3 PLC 的四工位组合机床控制系统设计的国内外现状和发展趋势 在我国，组合机床的科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术。在工艺装备方面；它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、 家电等行业。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，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加

15、工连杆、板件等也占一定份额），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。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床 柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主 轴箱、编码贵州大学本科毕业设计 第 7 页 随行夹具和刀具的自动更换，配合可编程序控制器（ PLC），能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机（清洗机、

16、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。 由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后，国内 所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。 近年来， PLC 在工业中异军突起，

17、特别是在组合机床的运用上，它是充分利用计算 机技术和电子技术与机械电子，以软件代替部分硬件，以电子器件代替部分机械传动，从而提高了机床的性能。以其独特的控制优势，广泛地应用在机械制造业中。特别是在组合机床的控制中 ，以其编程简单、可靠性高、功能齐全、适应性强、输出形式多样等优点，很快取代了传统的继电器控制中的主导地位。 21 世纪， PLC 会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面

18、、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数 几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。 贵州大学本科毕业设计 第 8 页 第二章 四工位组合机床原理及液压系统 2.1 四工位组合机床的工作原理与过程分析 此次设计的组合机床对零件进行钻孔 ,扩孔 ,攻丝等工序的加工 ,采用回转工作台传送零件 ,按照工艺流程分三个加工工位 ,并安排一个装卸工位来装卸工件，即四个工位的组合机床。 当用人工将一个工

19、件安装在夹具上 ,且三个加工工位的动力头已加工完成 ,并退回到原位后 ,回转工作台自动微 抬，抬起到位 ,回转工作台自动回转到加工位置后 ,自动定位夹紧 .夹紧后 ,即向各工位发出向前主令 ,各工位动力头按自己的程序进行加工 .与此同时回转机构自动复位 ,为下次转位做准备 .各工位加工完成 ,向系统汇报完成信号 .同时各工位动力头自动退回原位 ,回到原位后，即向系统汇报原位信号 .当所有工位动力头都回到原位 ,装卸工位又装好了新的工件时 ,则系统又开始进行下一个循环的加工。该组合机床的俯视示意图如图 2.1.1 所示： 图 2.1.1 1.工作台 2. 主轴 3. 上 ，下料机械手 4. 夹具