plc控制立式单面前轴主销孔上下面组合机床__设计(编辑修改稿)

plc控制立式单面前轴主销孔上下面组合机床__设计(编辑修改稿)内容摘要：

修。 液压站 液压站由各种液压油缸组成，通过液压装置的配合完成被加工机件的加紧以及工作滑台的进退。 立式单面前轴主销孔上下面组合机床的加工过程 机床的加工工 作过程概括起来可分为上件过程、铣削面过程、下件过程和其他辅助动作。 图中符号说明 12 1）上件过程 上件过程是有夹紧油缸和抱紧油缸及其相应装置相互配合共同完成的。 整个过程主要靠手动操作来完成，具体过程是：人工上件后，手动按下夹紧油缸启动按钮，夹具夹紧被加工机件；再按下抱紧油缸，被加工机件被抱紧。 2） 铣削面过程 铣削面过程是整个加工过程的核心环节，它是半自动化的加工过程。 该加工过程的完成主要是依赖主轴电机和液压移动工作台的协同工作。 其具体过程如下：在上件过程结束后工件已被放到工作台上，通过相应按钮启动半自动加工程序，移动工作台在 相应的液压油缸的驱动下开始移动，移动工作台快进到移动工作台终点，与此同时主轴电机启动，接着工作台工进，铣刀具在主轴电机的带动下开始对工件进行铣面加工，铣面完成后工作台经快退和缓退到达原位，此时铣面过程完成，主轴电机终止工作。 3）下件过程 该过程与上件过程相似，也是有夹紧油缸、抱紧油缸以及相应的夹具和抱紧装置共同完成，只是各工作部件的哦那个做次序不同。 具体操作是：按下抱紧油缸松开按钮接着按下夹紧油缸的松开按钮，松开被加工工件。 然后人工卸件。 若进行连续加工时，下一个工件上件时前一个工件自动下件。 4）其他动作 机床要顺利的完成工件的加工还会需要其它的辅助加工过程，比如：冷却过程、润滑过程、冲屑过程、排屑过程等。 这些过程虽是起辅助作用的，但也是顺利完成工件加工不可缺少的过程，且每一步都会影响到加工的效果。 故这些过程的操作和控制也应密切的关注。 机床进行工件加工各过程动作顺序示意图如图 22所示 图 22 机床动作工序图 13 机床加工过程的控制要求 该组合机床是为了完成汽车前轴主销孔的上下面的铣削而设计的，要顺利的完成加工目标，其机械运动过程中的电力拖动需要满足一些控制要求。 （ 1） 该专用机床的主运动和 进给运动之间没有速度比例协调的要求，故主轴和移动工作台各自采用单独的三相交流异步电动机拖动。 （ 2） 主轴电机 M1 是在空载时直接启动的，为完成顺铣和逆铣，要求电机可以正反转。 可根据刀具的种类预先选择转向，在加工过程中不允许变换转向。 （ 3） 为减小负载波动对铣刀转速的影响以保证加工质量，主轴上装有飞轮，其转动惯性较大。 因此，要求主轴电动机有停车制动控制，以提高工作效率。 （ 4） 为缩短调整运动的时间，提高生产效率，工作台配有快速移动控制。 （ 5） 为适应加工的需要，主轴转速与进给速度应有较宽的调节范围。 设计的专用机床是采用机械变速的方法， 通过改变变速箱传动比来实现的。 为保证变速时齿轮易于啮合，减小齿轮槽面的冲击，要求变速时有电动机冲动控制。 （ 6） 冷却泵由一台电动机拖动，供给铣削时的冷却液。 PLC 电气控制系统的选定 电气控制系统设计的任务和内容 生产机械电气控制系统设计的基本任务是根据控制要求设计、编制出设备制造和使用维修过程中所必须的图样、资料等。 图样包括电气原理图、电气系统的组件划分图、元器件布置图、安装接线图、电气箱图、元器件安装底板图和非标准件加工图等，另外，还要编制外购件目录、单台材料消耗清单、设备说明书等文字 资料。 电气控制系统的设计内容包括两个基本的方面：一个是原理设计，即要满足生产机械和工艺的各种控制只要求；另一个是工艺设计，即要满足电气控制装置本身的制造、使用和维修的需要。 原理设计决定着生产机械设备的合理性与先进性；工艺设计决定电气控制系统是否具有生产可行性、经济性、美观、使用维修方便等特点，所以电气控制系统设计要全面考虑两方面的内容。 14 电气控制系统设计的原则 电气控制系统的设计一般应遵循以下几项原则：  最大限度的满足生产机械和生产工艺对电气控制系统的要求。 电气控制系统设计的依据主要来源于生 产机械和生产工艺的要求。  设计方案要合理。 在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济、便于操作和维修，不要盲目追求高指标和自动化。  机械设计和电气设计应相互配合。 许多生产机械采用机电结合控制的方式来实现控制要求，因此要从工艺要求、制作成本、结构复杂性、使用维护方便等方面协调处理好机械和电气的关系。  确保控制系统安全可靠地工作。 PLC 控制方案的选择 该机床控制系统可分手动和自动两部分，其中自动控制部分有不同的控制方案，既可选择继电接触器控制系统实现自动控制，也可以用微机 (MC)实现，又 可选择 PLC 实现自动控制，下面就以第一种和第三种这两种控制方案进行比较选择：  传统的继电器控制系统是针对一定得生产机械，固定的生产工艺而设计，采用硬接线方式安装而成，只能进行开关量的控制；而 PLC 采用软件编程来时此案各种控制功能，只要改变程序，就可适应生产工艺的改变，并且可以实现开关量和模拟量的控制，因而适应性强。  传统的继电接触器控制系统中，随着控制对象的增多，必然要增加继电器数目，提高系统的运营成本；而对于 PLC 来说，只需要该变程序就可以实现较复杂的控制功能。  继电接触器控制系统在长期使用的过程中，受接 触不良和触点寿命的影响，可靠性低；PLC由于采用了微电子和计算机技术，可靠性比较高，抗干扰能力强。  继电接触器控制系统要扩充、改装都必须重新设计重新配置；而 PLC 在 I/O 点数及内容允许范围内，可以扩充。  与传统继电接触器控制系统相比， PLC 体积小、重量轻、结构紧凑、开发周期短，安装和维护工作量小， PLC 还有完善的监控和自诊断功能，可以及时发现和排除故障。 微机控制和 PLC 控制在实现自动控制上也有所差异。 简言之，微机是通用的专用机，而 PLC 是专用的通用机，下面就此两种控制方式进行比较： 15  应用范围 微机 除应用于控制领域外，还大量用于科学计算、数据处理、计算机通信等方面。 PLC主要用于工业控制。  使用环境 微机对环境要求较高，一般要在干扰小，具有一定的温度和湿度要求的机房内使用。 PLC 主要用于工业现场环境。  输入输出 微机系统的 I/O设备与主机之间采用微电联系，一般不需要电气隔离。 PLC一般控制强电设备，需要电气隔离，输入输出均用“光 电”耦合，输出还采用继电器、晶闸管或大功率晶体管进行功率放大。  程序设计 微机具有丰富的程序设计语言，例如汇编语言、 FORTRAN 语言、 COBOL 语言、PASCAL 语言 、 C 语言等，其语句多，语法关系复杂，要求使者必须具有一定水平的计算机硬件和软件知识。 PLC 提供给用户的编程语句数量少，逻辑简单，易于学习和掌握。  系统功能 微机系统一般配有较强的系统软件，例如操作系统，能进行设备管理、文件管理、存储器管理等，它还配有许多应用软件，以方便用户。 PLC 一般只有简单的监控程序，能完成故障检查，用户程序的输入和修改、用户程序的执行和监视等功能。  运算速度和存储容量 微机运算速度快，一般为微秒级。 因有大量的系统软件和应用软件，故存储容量大。 PLC 因接口的响应速度慢而影响数据处理速 度。 一般接口响应速度为 2ms， PLC 巡回检测速度为每千字 8ms。 PLC 的软件少，编程也简短，故内存容量小。  价格 微机是通用机，功能完善，故价格较高。 PLC 是专用机，功能较少，其价格是微机的十分之一左右。 基于以上的比较， PLC 在性能上比继电接触器逻辑控制优异，在价格上低于微机，且适用于工业化控制环境，结构简单，抗干扰能力强，因此在该机床的自动控制系统设计中应选择 PLC 控制系统。 第三章 PLC 电气控制系统的设计 PLC 简介 16 可编程控制器的结构和工作原理 PLC 是微机技术和控制技 术相结合的产物，其核心部件是微处理器，它是一种用于控制的特殊计算机，因此其基本组成与一般的微机类似。 PLC的硬件主要有中央处理器、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等部分组成。 其中， CPU 是 PLC 的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入 /输出设备与 CPU 之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接，如图 31所示。 图 31 PLC组成框图 当 PLC 运行时，是通过执行反应控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但 CPU 不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。 由于 CPU 的运算处理速度快，所以从宏观上来看，PLC 外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。 这种串行工作过程称为 PLC 的扫描工作方式。 用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。 然后再从头开始扫描执行程序，周而复始 重复运行。 PLC 的扫描工作方式与继电器 接触器的工作原理明显不同。 继电器 接触器控制采用硬逻辑的并行工作方式，如果某个继电器的线圈通电或断电，那么该继电器所有常开和常闭触点不论处在控制线路的哪个位置上，都会立即同时动作；而 PLC 采用扫描工作方式（串编程器 用户程序存储器 系统程序存储器 中央处理单元 电源 输入单元 输出单元 17 行工作方式），如果某个软继电器的线圈被接通或断开，其所有的触点不会立即动作，必须等扫描到该点时才会动作。 但由于 PLC 的扫描速度快，通常 PLC 与继电器 接触器控制在 I/O 的处理结果上并没有什么差别。 三菱 FX2N 系列 PLC 及其指令 FX2N 系列 PLC 是超小型机， I/O 点数最大可扩展到 256 点。 它有内置 8K 步的 RAM，使用存储卡盒后，最大容量可扩大到 16K 步，编程指令可达到 327 条。 PLC 运行时，对一条基本指令的处理时间只要。 它不仅能完成逻辑控制、顺序控制、模拟量控制、位置控制、高速计数等功能，还能做数据检测、数据排列、三角函数运算、平方根以及浮点数运算、 PID 运算等更为复杂的数据处理。 所以， FX2N 系列 PLC 具有容量大、运行速度快、指令功能完善等特点。 在 FX2N 系列 PLC 基本单元上，可连接扩展单元、扩展模块以及各种功能的特殊单元、特殊模块 ，还可以在基本单元左侧接口上，连接一台功能扩展板，完成 FX2N 系列 PLC 与各种外部设备的通信，实现模拟量控制功能。 通过功能扩展板还可以将 FX0N 系列适配器与 FX2N 系列基本单元连接，增强 PLC 与外部设备的通信功能。 三菱公司 FX2N 系列 PLC 的指令包括基本逻辑指令和功能指令。 PLC 电气控制设计思想 PLC 控制系统设计的基本原则 电气控制系统设计的目的在于实现被控对象即生产设备或生产过程的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。 因此，在 PLC 电气控制系统的设计上应遵循以下基本原则：  最大 限度的满足被控对象的控制要求。 设计前应深入现场进行调查研究，搜集资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。  在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便。  保证控制系统的安全、可靠。  考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择 PLC 容量时，应适当保留余量。 18 PLC 控制系统设计的基本内容与步骤 PLC 控制系统是由 PLC 与用户输入、输出设备连接而成的。 因此， PLC 控制系统设计的基本内容应包括：  选择用户输入设备（按钮、操作 开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。  PLC 的选择。 PLC 是 PLC 控制系统的核心组成部件。 正确选择 PLC 对于保证整个控制系统的技术经济技能指标起着重要的作用。 PLC 的选择应包括机型的选择、容量的选择、 I/O 模块的选择、电源模块的选择等。  分配 I/O 点，绘制 I/O 连接图。  设计控制程序。 包括设计梯形图、语句表（即程序清单）或控制系统流程图。  设计控制柜。 编制控制系统的技术文件。 包括说明书、电气图及电器元件明细表等。 PLC 控 制系统的设计一般包括以下步骤。  根据生产的工艺过程分析控制要求。 如需要完成的动作（动作顺序、动作条件、必须的保护和联锁等）、操作方式（手动、自动；连续、单周期、单步等）。  根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备。 据此确定 PLC 的 I/O 点数。  选择 PLC。  分配 PLC 的 I/O 点，设计 I/O 连接图。  进行 PLC 程序设计，同时可进行控制柜的设计和现场施工。 第四章 PLC 的选择 PLC 机型的选择 机型选择的基本原则应是在功能满足要求的情况下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的。