四工位组合机床课程设计.doc

1、目录电器与可编程控制器课程设计任务书2第1章 绪论41.1机床介绍41.2 流程控制51.3 设计过程7第二章 硬件设计72.1 硬件清单72.2 地址分配82.3控制系统的PLC I/O接线图92.4 主轴电动机的电气原理图11第三章 软件设计123.1 状态转移图123.2公共模块133.3总程序133.4指令程序清单19第4章 操作与调试23参考文献23总结23电器与可编程控制器课程设计任务书学年学期：2011/2012 第2学期专业班级：09电气工程及其自动化指导教师：刘美俊设计时间：2012年6月25日30日学时周数：1周一、设计目的本课程设计是电气工程专业教学计划中不可缺少的一个综

2、合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。二、设计任务及要求设计任务四工位组合机床由四个工作滑台各载一个加工动力头，组成四个加工工位完成对零件进行铣端面、钻孔、扩孔和攻丝等工序的加工，采用回转工作台传送零件，有夹具、上、下料机械手和进料器四个辅助装置以及冷却和液压系统。系统中除加工动力头的主轴由电动机驱动以外，其余各运动部分均由液压驱动。机床的

3、四个动力头同时对一个零件进行加工，一次加工完成一个零件。 本机床共有连续全自动工作循环、单机半自动循环和手动调整三种工作方式。连续全自动和单机半自动循环的控制要求为：按下启动按钮，上料机械手向前，将待加工零件送到夹具上，同时进料装置进料，然后上料机械手退回原位，送料装置放料，回转工作台自动微抬并转位，接着四个工作滑台向前，四个动力头同时加工，加工完成后，各工作滑台退回原位，下料机械手向前抓住零件，夹具松开，下料机械手退回原位并取走已加工完的零件，完成一个工作循环，并开始下一个工作循环，实现全自动工作方式。如果选择预停，则每个工作循环完成后，机床自动停止在初始位置，等到再次发出启动命令后，才开始

4、下一个循环，这就是半自动循环工作方式。 1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。2. 绘制主轴电动机的电气原理图、控制系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。 3.选择电器元件，列出电器元件明细表。 4.编写设计说明书。设计要求1、所选控制方案合理，所设计的控制系统能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。 2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB472884电气图用图形符号、GB698887电气制图、GB715987电气技术中的文字符号制定通则。 3.所编写的设计说明书应重点突出，层次清楚，条理分明，篇幅不

5、少于7000字。三、设计时间进度安排1.2012年6月25日上午：课题内容介绍。2.2012年6月25日下午：仔细阅读设计任务书，明确设计任务与要求，收集设计资料，准备设计工具。确定控制方案。绘制电气原理图、控制系统的PLC I/O接线图和梯形图，3.2012年6月26日2012年6月28日：写出指令程序清单。设计控制系统的工艺图纸。选择电器元件，列出电器元件明细表。4. 2012年6月29日上午：编写设计说明书,准备答辩。5. 2012年6月29日下午：答辩。四、成绩考核 设计70 答辩与考勤30五、报告书写格式1.课程设计说明书封面。2.课程设计任务书。3.说明书目录。4.前言。5.正文（

6、按设计内容逐项书写）。6.总结。7.参考文献。六、参考资料1. 刘美俊 电气控制与PLC工程应用M 北京 机械工业出版社 2011年2 刘美俊可编程控制器应用技术M福州：福建科技出版社，20063 刘美俊PLC控制系统故障检测与显示J上海：低压电器，2002，4：32494 刘美俊PLC在四工位组合机床控制系统中的应用J大连：组合机床与自动化加工技术，2003.5：73745 刘美俊PLC在压滤机控制系统中的应用J大连：组合机床与自动化加工技术，2003.11:5859第1章 绪论机床控制是PLC的主要应用领域之一。传统上，机床的控制大多使用继电器逻辑控制系统，这种控制系统功能比较单一，在用于

7、具有复杂逻辑关系的机床控制时，电路复杂，元器件多，可靠性差。用PLC对机床控制进行技术改造是PLC的主要应用领域之一1.1机床介绍 机床由四个工作滑台各载一个加工动力头，组成四个加工工位。上图所示为该机床十字轴铣端面打中心孔的俯视示意图。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辅助装置以及冷却和液压系统共14个部分。机床的四个加工动力头同时对一个零件的四个端面及中心孔进行加工。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1.2 流程控制机床控制流程组合机床要求有全自动、半自动、手动三种工作方式。图所示为组合机床控制系统全自动工作循环和半自动工作循

8、环时的状态流程图。图中S2是初始状态，实现初始状态的条件是各滑台、各辅助装置都处在原位，夹具为松开状态，料道放料且润滑系统情况正常。现在把组合机床全自动和半自动工作循环介绍一下。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，同时进料装置进料。之后上料机械手退回原位，进料装置放料。接下来是四个工作滑台向前，四个加工动力头同时加工，铣端面，打中心孔。加工完成后，各工作滑台退回原位。下料机械手向前抓住零件，夹具松开，下料机械手退回原位并取走加工完成的零件，一个工作循环结束。如果没有选择预停，则机床自动开始下一个工作循环，实现全自动加工工作方式。如果选择了预停，则每个工作循环完成后

9、，机床自动停止在初始状态，当再次发出工作启动命令后，才开始下一个工作循环，这就是半自动工作方式总体的控制流程 当按下启动按扭后，上料机械手向前，将零件送到夹具上，夹具加紧零件，同时进料装置进料，之后上料机械手退回原位，进料装置放料，然后四个工作滑台向前，四个加工动力头同时加工（洗端面），加工完成后。由四工位加所实现的是加工按次序加工。本次加工按次序分为在一工位装卸、二工位打中心孔、三工位钻孔、四工位加工螺纹。由此可以得到机床加工流程如下图 实际组合机床加工过程，每个动力头加工时都是按照快进-工进-快退过程实现的。由查阅资料得知动力头加工的进退速由液压缸本身的结构特性所决定的，本组PLC为设计要

10、求的设计任务中没有此方面的要求所以本段加以省略。1） 回转台工作原理 按下回转台工作按钮后，电磁阀S02通电，使得回转台微抬，碰到行程开关SQ02，电磁阀S01, S03通电，回转台开始回转，当碰到行程开关SQ03，电磁阀S01, S03, S05通电，使得回转台低回；离开行程开关SQ03电磁阀S01, S04, S05通电，回转台反靠；碰到行程开关SQ04,电磁阀S02通电，回转台夹紧；当压力继电器KP1发出信号，电磁阀S02, S06通电，回转台脱离；碰到行程开关SQ05，电磁阀S02, S04, S06通电，回转台返回；碰到行程开关SQ01，回转液压缸返回原位等待下一次循环。2.）钻孔工

11、作原理 按下钻孔工作按钮，电磁阀S11, S13通电，钻孔工位快进；当碰到行程开关SQ12,电磁阀S11,接触器线圈KM3通电，钻孔工位转为工进，同时钻孔电动机启动；当碰到行程开关SQ13，电磁阀S12, S13通电，钻孔工位快退；当碰到行程开关SQ11,接触器线圈KM3断电，钻孔电动机停止，钻孔工位返回到了原位。3）扩孔工作原理当工作台夹紧后，S05、1DP发出信号，电磁铁10YA带电，扩孔液压杆快进，碰到行程开关S22，电磁铁13YA带电，液压杆工进。碰到行程开关S23，10YA、13YA断电，11YA带电，液压杆快退。碰到S21,11YA断电，扩孔工位回原位。4）攻丝工作原理 按下攻丝工

12、作按钮，电磁阀S31通电，攻丝工位快进；碰到行程开关SQ32,工位停止，接触器线圈KM5通电，攻丝电动机正传开始；碰到行程开关SQ33，接触器线圈KM6通电，攻丝电动机反转；碰到行程开关SQ34，攻丝电动机停止，电磁阀S32通电，工位快退；碰到行程开关SQ31,攻丝工位返回原位停止，等待下次循环。1.3 设计过程总体方案选择设计：1. 四个工作台的前后移动分别由电机M1 M2 M3 M4控制2. 冷却装置有SB23控制由电机M5提供动力，而供油系统在系统通电之后便开始工作由电机M6提供动力 3. 各工作台加工时工位的距离由形成开关控制，移动时工作台先移动，1秒之后工作台再移动，有利于力的平衡4

13、. 六台电机均采用热继电器实现过载保护 5. 采用指示灯控制按钮以显示设备运动状态6. 主电路及控制电路采用熔断器实现短路保护7. 电气控制箱置于专门的操作室。电器板与控制板之间，以及电控箱与执行系统之间的连接，采用接线板进出线方式第二章 硬件设计2.1 硬件清单表2.1 电器元件明细表名称元件符号型号与规格数量刀开关QFDZ5-20/3301熔断器FU1-5 RL1-1513FU6BLX-12按钮SBLA2型,开起式,550V,5A6转换开关SALW6-2/B7行程开关SQLXJ-1A8接触器KMCJX1-123压力继电器KPDP-63B1电动机MJO2-31-43电磁阀YVMFZ1-0.7

14、9中间继电器KAHH549指示灯HLXD-1-6.3,6.3V,1W,0.18A9变压器TCBK-100型,380/220-1101时间继电器KTST3PC1二极管VDZPZ17A-X4电容C选耐压50V,4701照明灯EL12.2 地址分配表 2.2地址分配表输入输出功能地址功能地址功能地址功能地址回原点X0快转工X24动力头快速Y20手动X1终点X25铣端面Y0扩孔半自动X2过载X26钻孔Y1向前Y21全自动X3点动X27扩孔Y2向后Y22夹紧X4钻孔动力头攻螺纹Y3快速Y23松开X5原位X30退刀Y4攻螺纹Y24进料X6已快进X31上料进Y5快退Y25放料X7已工进X32上料退Y6润滑电

15、动机Y26润滑压力X10点动X33下料进Y7冷却电动机Y27总停X11扩孔动力头下料退Y10蜂咛器Y30起动X12原位X34夹紧机构预停X13已快进X35夹紧Y11紧急停止X14已共进X36松开Y12冷却泵开X15点动X37铣端面冷却泵停X16攻丝动力头向前Y13上料原位X17原位X40向后Y14上料终点X20已快进X41快速Y15下料原位X21已攻螺纹X42钻孔下料终点X22已腿丝X43向前Y16铣端面动力头点动X44向后Y17原位X23-2.3控制系统的PLC I/O接线图KM6KM5KMKMAC220V紧急停车 钻孔扩孔攻螺纹退刀上料进上料退下料进下料退夹紧松开向前快速向前向后快速负载电

16、源KMKM FX2N-80MR-001X4 夹紧X5 松开 X6 进料X7 放料X10 滑润压力X11 总停X12 启动X13 预停X14 紧急停止X15 冷却泵开X16 冷却泵停 COM1X17 上料原位 COM2 X20 上料终点X21 下料原位 Y1X22 下料终点 Y2X23 原位 Y3 X24 快转工X25 终点 Y4X26 过载X27 点动 Y5X1 手动X0 回原点 Y6X3 半自动X30 原位 Y7X31 已快进X32 已工进 Y10X33 点动X34 原位 Y11 X35 已快进X36 已工进 Y12 X37 点动X40 原位 Y13X41 已快进X42 已攻螺纹 Y20X4

17、3 已退丝 X44 点动 Y21 Y22COM Y23图2.2 控制系统的PLC I/O接线图2.4 主轴电动机的电气原理图1) 由接触器KM1 KM2 KM3 KM4控制四台电机M1 M2 M3 M4 ，KM5控制M5，KM6控制M6 2) M1 M2 M3 M4由热继电器FR1 FR2 FR3 FR4实现过载保护根据以上设计原则绘制如图所示的主电路图主轴电动机的电气原理图图3.3主轴电动机的电气原理图第三章 软件设计根据设计的内容和目的可以得到以下程序3.1 状态转移图状态转移图3.1X423.2公共模块图3.2 公用模块3.3总程序图3-2 总程序3.4指令程序清单 图3.3指令程序清单

18、第4章 操作与调试将电动机、控制系统按要求连线，导入PLC程序送PLC机调式，先对照输入信号表，设置好原始状态下所有输入信号的状态，再使PLC运行，按下相应按钮，按梯形图程序，观察输出情况，经观察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顺序依次发出状态转移指令信号，系统将结束一个工步状态转入下一个工步状态，将转换情况和已编的程序相比较，知转换情况与程序设定的输出情况相同，在调试过程中注意各部分是否满足要求，有无失步现象，依次调试各个步骤，看是否满足要求。参考文献1.刘美俊 电气控制与PLC工程应用M 北京 机械工业出版社 2011年2 刘美俊可编程控制器应用技术M福州：福建科技出版社，20063 刘美俊PLC控制系统故障检测与显示J上海：低压电器，2002，4：32494 刘美俊PLC在四工位组合机床控制系统中的应用J大连：组合机床与自动化加工技总结总结：2012年06月24日至2012年06月29日，我们进行了为期1周的课程设计。通过本次的PLC课程设计让我对PLC有了深刻的理解和对PLC在机床的控制作用有了进一步的掌握，并且对如何编写PLC程序和状态转移图、梯形图、有了深刻的体会。同时也熟练的掌握了PLC在过程控制的原理，熟悉了典型设备电气控制系统，具有了从事电气设备安装调试、维修管理等方面的能力。提高了设计和改进一般机械设备电气控制的基本能力。23