仿形液压铣床的plc控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)

仿形液压铣床的plc控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

型比较频繁、需要进行数据处理和信息管理（有数据运算、模拟量的控制、 PID调节等）、系统要求有较高的可靠性和稳定性、准备实现工厂自动化联网等情况下，使用 PLC控制是很必要的。 根据 I/O模块选择 目前，国内众多的生产厂家提供了很多系列功能各异的 PLC产品，使用户眼花缭乱、无所适从。 所以全面衡量利弊、合理地选择机型残能达到经济实用的目的。 一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目的贪大求全，以免造成投资和设备资 源的浪费。 机型的选择可以从以下几个方面考虑。 盲目的选择点数多的机型会造成一定的浪费。 要先弄清楚控制系统的 I/O点总数，在按实际所需要点数的 15%30%流出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需 PLC点数。 仿形液压铣床的 PLC 控制系统设计 合肥工业大学 2020 届毕业论文 第 8 页 共 29 页 另外要注意，一些高密度输入点的模块对同事接通的输入点数有限制，一般同事接通的驶入点不得超过总输入点的 60%； PLC每个输出点的驱动能力（ A/点）也是悠闲地，有的 PLC其每点输出电流的大小随所加负载电压的不同而异；一般 PLC的允许输出电流随环境温度的升高而有所降低等。 在选机型时要考虑这些问题。 PLC的输出点可分为共点式、分组式和隔离式集中几种接法。 隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级。 单这种 PLC平均每点的价格较高。 如果输出信号之间不需要隔离，则应该选择前两种输出方式的 PLC。 根据存储容量选择 对用户存储容量只能做粗略的估计。 在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输出总点数乘 10字 /点 +输出总点数乘 5字 /点开估计；计数器 /定时器 (35)字 /个估计；有运算处理时按（ 510）字 /量估算；再有模拟量输入 /输出的提供中，可以按每个 /（或输出）一路模拟量约（ 80100）字左右 的存储容量估算；有通信处理时按每个接口 200字以上的数量粗略估算。 随后一般按估算容量的 50100%留有余量，对缺乏经验的设计者，选择容量时要有较大的富余。 根据 I/O响应时间选择 PLC的 I/O响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在 23个扫描周期）等。 对于开关量控制的系统， PLC和 I/O响应时间一般都能满足实际工程的要求，不必考虑 I/O响应问题。 单对于模拟量控制系统、特别是闭环系统就要考两次这个问题。 根据输出负载的特点选型 不同的负载对 PLC的输 出方式有响应的要求。 例如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型的，而不应选用继电器输出型的。 但继电器输出型的 PLC有许多优点，如导通压降下，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电电压和过电电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。 所以动作不频繁的交。 直流负载可以选择继电器输出型 PLC. 对在线和离线编程的选择 离线编程是指主机和编程器共用一个 CPU，通过编程器的方式选择开关来选择 PLC的编程、控制和运行工作状态。 编程状态时， CPU只为编程器服务，而不对现场进行 控制。 专用编程器编程属于这种情况。 在线编程是指主机和编程器各有一个 CPU，主机的 CPU完成对现场的控制，在每一个扫描周期末尾与编程器通信，编程器把修改的程序发给主机，在下一个扫描周期主机将按新的程序对现场进行控制。 计算机辅助编程技能实现离线编程，也能实现在线编程。 在线编程需购置基选集，并配置编程软件。 采用哪种编程方法赢根据需要决定。 经过对仿形液压铣床的电路机电控制系统的分析可知，系统共需要开关量实属点数为18个，开关量输出点数为 12个，考虑系统的经济性和技术指标，拟选用三菱公司的微型机FX2N48MR 机 型，该机基本单元有 24 个输入点， 24 个输出点，完全能够满足控制要求。 如图 31 仿形液压铣床的 PLC 控制系统设计 合肥工业大学 2020 届毕业论文 第 9 页 共 29 页 图 31 FX2N48MR 液压仿形铣床行程分析 仿形系统工作原理 基本原理是使用 Renishaw 差动变压器的传感放行头及伺服驱动电机，与 X轴（工作台左右）、 Y 轴（前后）和 Z 轴（上下）的坐标系统响应的进行传感和驱动。 通过仿形头传感的各轴的偏转，由差动变压器变换成电压量。 然后经过模拟 /数转换编程位移量。 最后根据所算的仿形方式分配各轴的速度。 按照仿形时仿形头的退让方向，仿形可分为三种方式：一维仿形、二维仿形、 三维仿形。 下面加以介绍。 一维仿形 一维仿形是指用三个轴的综合位移 D1（ X轴、 Y轴、 Z轴）对进给轴和仿形轴进行平面等速控制的仿形方式。 一维仿形时，仿形头只有一个退让方向。 即沿着所选定的仿形轴（正或负）的方向退让。 例如，制定 Z轴为仿形轴， X轴为进给轴时的一维仿形的仿形动作是通过判定 Z 轴的进给位移 DZ的方向，来决定 Z 轴的运动方向（是上升还是下降），在根据综合位移 D1的大小来决定 Z轴的速度。 根据由无行进给，一维仿形可分为下面的两种 （无行进给），这种情况一般用于二维图 形的加工； 或 ZY 平面的一维仿形（带 Y轴或 X轴方向上的行进给），这种方式为铸造模具仿形液压铣床的 PLC 控制系统设计 合肥工业大学 2020 届毕业论文 第 10 页 共 29 页 生产中实际使用的主要加工方式。 二维仿形 二维仿形是指仿形头沿着仿形头轨迹的法线方向进给退让的仿形形式。 二维仿形根据仿形头在 X轴或 Y轴方向的偏置来对顶道具在这两个方向上的速度分配。 根据有无层进给，二维仿形可分为下面两种形式： （无层进给）。 Z轴方向上的层进给。 三维仿形 所谓三维仿形是指二维仿形加上一维仿形。 在 XY平面上进行二 维仿形，而 Z轴单独 通过判别 DZ的大小和方向来决定将要加到 Z轴上的速度，为此进行 Z轴上的一维仿形。 其特征是仿形头与实体始终保持两点（一为测点，另一个为底点）接触，而不是通常的一点。 一般挺狂下，三维仿形用于被测实体的母线与测杆轴线平行时的清跟切削加工（一般用球型测头进行三维仿形）。 下面以一维仿形的动作过程为例，简述仿形工作过程。 A． XY平面一维仿形 XY 平面的一维仿形一般用于对板类零件做二维图形（轮廓），在四个方向上分别作仿形加工，如图 32所示。 图 32 XY 平面一维仿形示意图 Y进：图 33b中，若选择 X轴为仿形轴，则图 33c所示的仿形进给坐标选择开关无效，此时隐含着 Y轴为仿形进给轴，进给方向则由图 33d的仿形进给方向选择开关确定。 如果选择“ +”，则以当前点位基准点，沿 Y 轴的“ +”方向仿形进给；如选择“ ”，则沿 Y轴“ ”方向仿形进给。 而接近轴默认为仿形轴，接近方向由点动 JOG确定。 “ +JOG”意味着仿形头沿仿形轴的“ +”方向接近实体；“ +JOG”意味着仿形头沿仿形轴的“ ”方向接近实体；此时 JOG起作用的前提条件是：机床工作状态选择为“仿形加工”。 工作方式选择为“自动 ”，且“循环启动”按钮已经按下。 仿 X进 :图 33b 中 ,若选择 Y轴为仿形轴 ,则由图 33c所示的仿形进给坐标选择开关无效 ,此时隐含着 X 轴为仿形进给轴 ,进给方向由图 33d 的仿形进给方向选择开关确定。 其操作方法与“ X仿 Y进”相同。 仿形液压铣床的 PLC 控制系统设计 合肥工业大学 2020 届毕业论文 第 11 页 共 29 页 图 33 与仿形有关的几个开关 B． ZX平面或 ZY的一维仿形 图 33b中 ,若选择 Z轴为仿形轴 ,则图 33c所示的选择开关用于仿形进给坐标轴选择(可分别选择 X轴或 Y轴 )。 X轴为仿形进给轴 (即 Z— X平面一维仿形 ),则隐含着 Y轴为仿形行进给轴。 仿形进给 方向则由图 33d 的仿形进给方向选择开关确定。 如选择“ +” (见图 34),则以当前点为基准点 ,沿 X轴“ +”方向仿形进给。 如选择“ ” ,则沿 X轴“ ”方向仿形进给 ,此时仿形行进给方向由图 33d的仿形行进给方向选择开关确定。 如选择“ +” ,则沿 Y轴“ +”方向作仿形行进给。 如选择“ ” ,则沿 Y轴“ ”方向作仿形进给。 (ZY平面一维仿形 ),则隐含着 X轴为仿形行进给轴。 仿形进给方向则由图 33d的仿形进给方向选择开关确定。 其它功能与上述 Z— X平面一维仿形操作相同。 注意 :接近轴默认为仿形轴 (即 Z轴 ), 接近方向总是 Z轴的负方向。 由点动开关 JOG(无论正负 )启动测头沿仿形轴 Z轴的“ ”方向接近实体。 此时 JOG起作用的前提条件是 ,工作状态选择为“仿形加工” ,工作方式选择为“自动” ,“循环启动”按钮已按下。 在图 34中 ,当仿形测头在 X轴方向前进至仿形区域边界时 ,按下换向开关或压下所设置的换向行程开关 ,仿形测头停止前进 ,向 Y 轴方向 (即行进给方向 )移动规定的距离后 ,即作反向仿形动作。 仿形液压铣床的 PLC 控制系统设计 合肥工业大学 2020 届毕业论文 第 12 页 共 29 页 图 34 ZX 平面一维仿形示意图 主轴电动机的控制 主轴电动机的启动 启动前，先选择好主轴转速，并将 主轴换向的转换开关扳到所需转向上。 然后，按下启动按钮，接触器通电吸合并自锁，主电动机启动。 接触器的辅助常开触点闭合，接通控制电路的进给线路电源，保证了只有先启动主轴电动机，才可启动进给电动机，避免损毁工件或刀具。 主轴电动机的制动 为了使主轴停车准确，且减少电能损耗，主轴采用电磁离合器制动。 该电磁离合器安装在主轴传动链中与电动机轴相连的第一根传动轴上。 当按下停车按钮时，接触器断电释放，电动机失电。 与此同时，停止按钮的常开触点接通电磁离合器，离合器吸合，将摩擦片压紧，对主轴电动机进行制动。 直到主 轴停止转动，才可松开停止按钮。 主轴制动时间不超过。 主轴变速冲动 主轴变速是通过改变齿轮的传动比进行的。 当改变了传动比的齿轮组重新啮合时，因齿之间的位置不能刚好对上，若直接启动，有可能使齿轮打牙。 为此，本机床设置了主轴变速瞬时电动控制线路。 变速时，先将变速手柄拉出，再转动蘑菇形变速手轮，调到所需转速上，然后，将变速手柄复位。 就在手柄复位的过程中，压动了行程开关，行程开关触点先断开，常开触点后闭合，接触器线圈瞬时通电，主轴电动机作瞬时点动，使齿轮系统抖动一下，达到良好啮合。 当手柄复位后， 限位开关复位，断开主轴瞬时点动线路。 若瞬时点动一次没有实现齿轮良好啮合，可重复上述动作。 主轴换刀控制 在主轴上刀或换刀时，为避免人身事故，应将主轴置于制动状态。 为此，控制线路中设置了换刀制动开关。 只要将换刀开关拨到“接通”位置，其常开触点断开接通电磁离合器，将电动机轴抱住，主轴处于制动状态。 同时，常闭触点断开，切断控制回路电源。 保证了上刀或换刀时，机床没有任何动作。 当上刀、换刀结束后，应将换刀开关扳回“断开”位置。 进给运动的控制 工作台的进给运动分为工作进给和快速进给。 工作进给只 有在主轴启动后才可进行，快仿形液压铣床的 PLC 控制系统设计 合肥工业大学 2020 届毕业论文 第 13 页 共 29 页 速进给是点动控制，即使不启动主轴也可进行。 工作台的左、右、前、后、上、下 6个方向的运动都是通过操纵手柄和机械联动机构带动相应的行程开关使进给电动机正转或反转来实现的。 两个行程开关控制工作台的向右和向左运动，两个行程开关控制工作台的向前、向下和向后、向上运动。 进给拖动系统用了两个电磁离合器，都安装在进给传动链中的第 4根轴上。 当左边的离合器吸合时，连接上工作台的进给传动链；当右边的离合器吸合时，连接上快速移动传动链。 工作台的纵向 (左、右 )进给运动 工作台的纵向运动由 纵向进给手柄操纵。 当手柄扳向右边时，联动机构将电动机的传动链拨向工作台下面的丝杠，使电动机的动力通过该丝杠作用于工作台。 同时，压下行程开关，行程开关常开触点闭合，常闭触点断开，接触器线圈得电吸合，进给电动机正转，带动工作台向右运动。 当纵向进给手柄扳向左边时，行程开关受压常开触点闭合，常闭触点断开，接触器通电吸合，进给电动机反转，带动工作台向左运动。 工作台的垂直 (上、下 )与横向 (前、后 )进给运动 工作台的垂直与横向进给手柄操纵。 该手柄有 5个位置；即上、下、前、后、中间。 当手柄向上或向下时，机 械机构将电动机传动链和升降台上下移动丝杠相连；向前或向后时，机械机构将电动机传动链与溜板下面的丝杠相连；手柄在中间位时，传动链脱开，电动机停转。 以工作台向下 (或向前 )运动为例，将垂直与横向进给手柄扳倒向下 (或向前 )位，手柄通过机械联动机构压下行程开关，常开触点闭合，常闭触点断开，接触器线圈得电吸合，进给电动机正转，带动工作台做向下 (或向前 )运动。 若将手柄扳倒向上 (或向后 )位，行程开关被压下，常开触点闭合，常闭触点断开，接触器得电，进给电动机反转，带动工作台做向上 (或向后 )运动。 进给快速 冲动 在改变工作台进给速度时，为使齿轮易于啮合，也需要使进给电动机瞬时点动一下。 其操作顺序是：先将进给变速的蘑菇形手柄拉出，转动变速盘，选择好速度。 然后，将手柄继续向外拉到极限位置，随即推回原位，变速结束。 就在手柄拉到极限位置的瞬间，行程开关被压动，常开触点先断开，常闭触点闭合，接触器得电，进给电动机瞬时正转。 在手柄推回原位时，限位开关复位，进给电动机只瞬动一下。 由接触器的得电路径可知，进给变速只有各进给手柄均在零位时才可进行。 工作台的快速移动 工作台 6个方向的快速移动也是由进给电动机拖动的。 当工作台工作进给时，按下快移按钮，接触器得电吸合，其常闭触点断开电磁离合器，常开触点接通电磁离合器。 另一个接触器的吸合，使进给传动系统跳过齿轮变速链，电动机直接拖动丝杠套，工作台快速进给，进给方向仍由进给操纵手柄决定。 松开接触器的按钮，该接触器断电释放，快速进给过程结束，恢复原来的进给传动状态。 由于在主轴启动接触器的常开触点上并联了快速进给接触器的一个常开触点，故在主轴电动机不启动的情况下，也可实现快速进给。 圆工作台的控制 当需要加工螺旋槽、弧形槽和弧形面时，可在工作台上加装圆工作台。 圆工作 台的回转运动也是由进给电动机拖动的。 使用圆工作台时，先将控制开关扳到“接通”位。 再将工作台的进给操纵手柄全部扳到仿形液压铣床的 PLC 控制系统设计 合肥工业大学 2020 届毕业论文 第 14 页 共 29 页 中间位，按下主轴启动按钮，主轴电动机启动，接触器线圈经得电吸合，进给电动机正转，带动圆工作台。