基于plc的组合机床控制系统设计改

基于plc的组合机床控制系统设计改内容摘要：

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、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，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、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。 现仅就近几年大连组合机床研究所研制的组合机床及其自动线对目前我国组合机床及其自动线装备技术的基本情况进行说明。 （1）为某冰箱压缩机厂提供的ZHS1283冰箱压缩机外支撑八工位回转工作台组合机床，177。 , ，节拍时间26s（2件），采用交流伺服滑台，HSK接杆，主轴带中孔冷却液通道，全封闭防护。 （2）ZHSXU86凸轮轴轴承盖加工自动线是为某汽车公司研制的用于30万辆轿车生产的高精度、高生产率、多品种数控自动线。 该线采用多种先进技术：可控扭矩夹紧扳手、气浮输送、电液比例阀、高精度空心锥柄接杆、高密度材料镗杆、数控精密十字滑台、分布式控制系统与监测系统、故障诊断及显示系统、大流量冷却排屑和全封闭防护系统，节拍38s。 （3）UD80型换刀换箱柔性加工单元。 该单元是一种高效、高精度与高柔性的数控机床，机床有5个坐标，交换托板尺寸为800mm800mm，刀库容量60，120，180任选，箱库容量12个，能在一次装夹下完成铣、钻、铰、攻丝、镗孔、镗车等工序的单轴加工和多轴加工，适合中大批量生产规模的箱体零件和成组杂件的加工，也适用于中小批量多品种零件的生产。 （4）为某航空动力机械公司生产的柔性生产线的物流输送系统。 该系统采用了链式摩擦轮滚道、电动滚筒、托盘自动识别、计算机生产调度等技术，可实现被输送零部件的定向、定位、升降、回转，通过编码识别及计算机的生产调度实现无序混流输送等。 上述组合机床代表了目前我国组合机床装备较高的技术水平，但随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高，高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业，因此组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。 一方面，加强数控技术的应用，提高组合机床产品数控化率；另一方面，进一步发展新型部件，尤其是多坐标部件，使其模块化、柔性化，适应可调可变、多品种加工的市场需求。 从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉，在来自世界10多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中，超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。 据专家分析，机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。 该届博览会上展出的加工中心，主轴转速10000～20000r/min，最高进给速度可达20～60m/min；复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。 在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时，加工的形状却日益复杂。 多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。 另外，产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求。 然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用，信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高，操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累有关数据；通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。 在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距，因此我国组合机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。 组合机床结构组合机床常用的通用部件有：机身、底座、立柱、动力箱、动力滑台，各种工艺切削头等。 对于一些按循序加工的多工位组合机床，还具有移动工作台或回转工作台。 动力箱、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削主运动或进给运动的动力部件。 其中还有能同时完成切削主运动和进给运动的动力头。 通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。 动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。 主要有动力箱、切削头和动力滑台。 支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。 输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。 控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。 辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。 为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。 这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。 本设计组合机床运动形式 组合机床中的液压系统的油泵也由一台三相异步电动机驱动。 液压系统的第一个功能是给两个动力头的进、后运动提供动力，液压系统两个动力头的进给、后退运动由液压系统中的三个三位五通换向电磁阀分别控制，动力头从快进转换到工进由液压行程调速阀控制，与电气控制无关。 液压系统的第二个功能是：用于加工件——机壳的夹紧和松开。 其中机壳的装夹过程是：将机壳（工件）放于工作台上，先由液压驱动后插销滑台上升，再进行人工插销定位，接着由液压驱动针孔杆插销定位，最后是液压驱动下夹具压夹紧工件。 夹紧过程的动作由液压系统中的三个二位五通换向电磁阀控制，这三个换向阀带有机械自锁。 加工好的机壳（工件）的下卸过程正好与装夹过程相反。 同样，松开过程的动作也由液压系统中的另三个二位五通换向电磁阀控制。 所以加上两个动力头的进、退动作，共有11个电磁阀线圈的通断电进行控制。 组合机床的自动循环和手动循环两种工作状态的选择由组合开关SA的两个位置选择； SB为起动按钮、SB1～ SB10为手动控制运行按钮。 第3章 电气控制系统设计 PLC简介 可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。 在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。 它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 ”　PLC的结构和工作原理 PLC的硬件结构可编程控制器主要由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O)、电源和编程器等几组成。 PLC硬件结构如图31所示：图31 PLC硬件结构 中央控制处理单元(CPU)可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。 通用微处理器有8080、808802880386等；单片机有8038096等；位片式微处理器的AM2900、AM2903等。 FX2可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。 存储器可编程控制器配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。 系统存储器：存放系统管理程序。 用户存储器：存放用户编制的控制程序。 输入接口电路PLC通过输入单元可实现将不同输入电路的电平进行转换，转换成PLC所需的标准电平供PLC进行处理。 接到PLC输入接口的输入器件是：各种开关、按钮、传感器等。 各种PLC的输入电路大都相同，PLC输入电路中有光耦合器隔离，并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。 PLC输入电路通常有三种类型：直流(12∽24)V输入、交流(100∽120)V输入与交流(200∽240)V输入和交直流(12∽24)V输入。 图32 直流输入模块图33 交、直流输入模块图34 交流输入模块 输出接口电路PLC的输出有三种形式，即继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。 如图3图3图37所示：图35 可控硅输出方式（交流输出）图36 场效应晶体管输出方式（直流输出）图37 继电器输出方式（交直流输出）输出端子有两种接法：一种是输出各自独立，无公共点：各输出端子各自形成独立回路。 一种为每4∽8个输出点构成一组，共有一个公共点：在输出共用一个公共端子时，必须用同一电压类型和同一电压等级，但不同的公共点可使用不同电压类型和等级的负载，且各输出公共点之间是相互隔离的。 电源PLC的供电电源一般是市电，也有用直流24V电源供电的。 编程器利用编程器可将用户程序输入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序、修改程序；利用编程器还可以监视PLC的工作状态。 编程器一般分简易型 和智能型。 PLC的软件结构在可编程控制器中，PLC的软件分为两大部分：1. 系统监控程序：用于控制可编程控制器本身的运行。 主要由管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块，系统调用。 2. 用户程序：它是由可编程控制器的使用者编制的，用于控制被控装置的运行。 PLC的工作原理PLC的工作方式：采用循环扫描方式。 在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。 注意：由于PLC是扫描工作过程，在程序执行阶段即使输入发生了变化，输入状态映像寄存器的内容也不会。