多工步加工專用機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

1、成績南京工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書（論文）題 目多工步加工專用機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程名稱機(jī)電傳動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)院（系、部、中心）機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級機(jī)制121學(xué)生姓名學(xué) 號設(shè)計(jì)地點(diǎn)2-201指導(dǎo)教師設(shè)計(jì)起止時(shí)間： 2015 年 6 月 8 日至 2015 年 6 月 12 日目錄1 任務(wù)說明 11.1 多工步加工專用機(jī)床結(jié)構(gòu) 11.2 機(jī)床加工零件工藝過程 12 任務(wù)分析 . 22.1 機(jī)床工作方式 22.2 機(jī)床工作過程 32.3 多工步加工專用機(jī)床控制系統(tǒng)元件與工作要求 32.4 多工步加工專用機(jī)床安全穩(wěn)定工作要求 43 控制方案設(shè)計(jì) 43.1 總體方案設(shè)計(jì) 43.

2、1.1 多工步加工專用機(jī)床控制要求分析 43.1.2 多工步加工專用機(jī)床控制方案 43.2 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 53.3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7331電器元件信號與PLC連接的通道分配 73.3.2 多工步加工專用機(jī)床自動(dòng)工作控制流程設(shè)計(jì) . 84 控制流程分析 95 控制程序設(shè)計(jì) 96 總結(jié) 167 參考文獻(xiàn) 171任務(wù)說明1.1多工步加工專用機(jī)床結(jié)構(gòu)專用機(jī)床根據(jù)特定工件規(guī)定的加工工藝要求而設(shè)計(jì)制造的一種高效率自動(dòng)化專用 加工設(shè)備。常采用多刀（多軸）、多面、多工步同時(shí)進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、銑等加工工 件，并且具有自動(dòng)工作循環(huán)的功能，在機(jī)械制造業(yè)的成批和大量產(chǎn)品的生產(chǎn)得到了廣泛 的應(yīng)用。多工步加工專用機(jī)

3、床采用7把刀具按7個(gè)工步的要求依次對工件進(jìn)行加工。機(jī)床由 轉(zhuǎn)塔刀架，主軸箱及主軸，和走刀機(jī)構(gòu)組成，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，液壓系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)走刀機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)刀架完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)， 刀架回轉(zhuǎn)完成換刀操作。機(jī)床采用行程開關(guān)檢 測機(jī)床是否達(dá)到預(yù)定位置，機(jī)床結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)部件工作循環(huán)如圖1-1所示。C 0SQ3 SQ2SQ1刀衆(zhòng)夾緊裝置廠:匸I SQ5SQ2 SQ1快進(jìn)工進(jìn)快退圖1-1多工步加工專用機(jī)床結(jié)構(gòu)與動(dòng)力部件工作循環(huán)圖1.2機(jī)床加工零件工藝過程多工步加工專用機(jī)床自動(dòng)加工零件的工藝過程如圖1-2所示，由人工將工件放置在主軸端卡盤內(nèi)夾緊，啟動(dòng)自動(dòng)加工過程。自動(dòng)加工中，首先走刀機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀架快速接近 工件，然后

4、轉(zhuǎn)為工件慢速進(jìn)給鉆孔，加工完成后快速退回原位，結(jié)束一個(gè)工步的加工；緊接著刀架夾緊裝置松開，刀架轉(zhuǎn)到下一刀具位置，夾緊裝置夾緊刀架后，開始第二工步加工；當(dāng)6把刀具依次完成加工后，人工取出完成加工的零件，結(jié)束一次加工循環(huán)過 程。第1工步第2工步第5工步圖1-2多工步加工專用機(jī)床加工零件工藝過程2任務(wù)分析2.1機(jī)床工作方式為保證多工步加工專用機(jī)床能夠處于正常工作，要求機(jī)床具備二種工作方式: 走刀進(jìn)給部件能夠點(diǎn)動(dòng)向前調(diào)整，以及進(jìn)給部件不在原位時(shí)能夠快速復(fù)位; 走刀機(jī)構(gòu)和刀機(jī)能夠分別實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)調(diào)整過程； 整機(jī)全自動(dòng)工作循環(huán)加工工作；2.2機(jī)床工作過程機(jī)床工作過程是機(jī)床在正常加工時(shí)整機(jī)全自動(dòng)循環(huán)的工作過

5、程，加工過程需要滿足如下工作要求：®按下啟動(dòng)按鈕，液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)夾緊裝置夾緊刀架，夾緊后壓力繼電器發(fā)出夾緊信 號； 走刀機(jī)構(gòu)快進(jìn)，并同時(shí)啟動(dòng)主軸電機(jī)； 走刀機(jī)構(gòu)快進(jìn)達(dá)到工件附近后，由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)，進(jìn)行鉆削加工； 加工完畢后，走刀機(jī)構(gòu)停留2秒后，快速退回原位；夾緊裝置松開刀架，液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)刀架轉(zhuǎn)動(dòng)換刀，同時(shí)； 刀架夾緊裝置夾緊刀架，開始下一工步加工； 所有加工工步完成，走刀機(jī)構(gòu)退回原位，主軸電機(jī)停。2.3多工步加工專用機(jī)床控制系統(tǒng)元件與工作要求多工步加工專用機(jī)床的主軸電機(jī)為 2.2kw，液壓站液壓泵電動(dòng)機(jī)為3kw，走刀機(jī)構(gòu) 及夾緊裝置動(dòng)作方向通過電磁閥控制。自動(dòng)循環(huán)工作時(shí)，所有工作狀態(tài)切

6、換由行程開關(guān)控制。電器元件工作關(guān)系如表2-1所示表2-1電器兀件工作關(guān)系表工作狀態(tài)走刀機(jī)構(gòu)刀架及刀架夾緊裝置主令電器YV1YV2YV3M1YV4YV5YV6夾緊刀架+SB2快進(jìn)+SP SQ1工進(jìn)+SQ2停留+SQ3快退+KT放松刀架+SQ1換刀轉(zhuǎn)位+SQ5（下一工步夾緊刀架）+SQ4（加工結(jié)束）SQ12.4 多工步加工專用機(jī)床安全穩(wěn)定工作要求 具有運(yùn)動(dòng)部件間安全工作的聯(lián)鎖功能； 具有位置保護(hù)功能（如極限限位、越位、相對位置保護(hù)）； 電氣控制系統(tǒng)具有短路，電動(dòng)機(jī)過載等保護(hù)功能； 具有應(yīng)急操作功能；具有照指示燈輔助功能。3 控制方案設(shè)計(jì)3.1 總體方案設(shè)計(jì)3.1.1 多工步加工專用機(jī)床控制要求分析

7、根據(jù)多工步加工機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)分析，確定設(shè)備條件和控制要求如下： 電氣控制系統(tǒng)的控制對象為一進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)加工零件的機(jī)械設(shè)備， 采用電氣-液壓- 機(jī)械組合的傳動(dòng)方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制。 設(shè)備位于溫帶室內(nèi)車間， 工作環(huán)境較好，對控制 系統(tǒng)無特殊要求；設(shè)備安裝在機(jī)械加工車間，由車間低壓電網(wǎng)供電，設(shè)備驅(qū)動(dòng)電壓380v，供電頻率50 赫茲；設(shè)備電氣控制為普通開關(guān)量控制， 要求自動(dòng)完成零件切削加工過程， 單個(gè)運(yùn)動(dòng)部件 能夠獨(dú)立調(diào)整操作，同時(shí)設(shè)備具有電氣保護(hù)及聯(lián)鎖保護(hù)等功能。3.1.2 多工步加工專用機(jī)床控制方案由設(shè)備條件和控制要求分析結(jié)果可確定控制方案如下： 多工步加工專用機(jī)床控制系統(tǒng)采用開關(guān)量控制；基于

8、設(shè)備自動(dòng)工作的要求，選擇PLC為主要控制器件構(gòu)成控制系統(tǒng)，由于控制對象 為單機(jī)設(shè)備，控制系統(tǒng)屬于小型系統(tǒng)，因此選用三菱公司型號為FX2N的PLC產(chǎn)品；由工作要求確定， 控制系統(tǒng)可運(yùn)行在 3 種模式下，即全自動(dòng)工作循環(huán)， 半自動(dòng)循環(huán) 和手動(dòng)調(diào)整工作；2 臺電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)控制，單方向轉(zhuǎn)動(dòng)； 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路三相電源供電，線電壓 380v；PLC主機(jī)工作電源為交流電源，電壓 220v，交流接觸器線圈使用交流電源，電壓220v;電磁閥的電磁鐵使用24v直流電源，主令控制電器及行程開關(guān)等使用 24v直流電 源；控制系統(tǒng)具有短路和過載保護(hù)功能，機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件具有聯(lián)鎖保護(hù)功能； 使用信號燈顯示機(jī)床工作狀態(tài)。3

9、.2電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)多工步加工專用機(jī)床電氣控制系統(tǒng)主要由兩個(gè)部分組成，即主電路和由PLC設(shè)備構(gòu)成的控制部分，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過交流接觸器主觸點(diǎn)控制電動(dòng)機(jī)電路的接通與斷開，采用熔斷器和熱繼電器進(jìn)行短路與過載保護(hù)，同時(shí)通過控制變壓器，提供滿足系統(tǒng)工作以及 PLC設(shè)備需要的電源電壓，主電路圖如圖 3-1所示，PLC端子接線圖如圖3-2所示，系統(tǒng)使用電器元件明細(xì)表如表3-3所示。FU3TC§ ?【】 JFU53316W15 1QV15DCMVLXCOOOTOGOCOMCOMQF卜DC24V圖3-1主電路圖SB1SB2SB3SB4SB5SBSB7SB8SB9SBWSB11SB12SB13SA1SA3SQ

10、1SQ2SQ3S04SQ5SPPI nXOOC'Y001X001X002YOD2Y003X0O3Y004 -XOC4COMX0O5XOD6¥006XOD7YOQfiXulOX011COMX012FTl¥00了X0*3010X014YOUX015YD12X016Ytl13X017 xosnYu14X021DMX022LX023X024COMNAAADC24VT>DC24VGKh/l2 FR2Kh/11FR1HL2HL3ACZ20YV1YWYV3YV4YV5YV6DC24VAC22CJ圖3-2 I/O接口端子接線圖表3-3電器元件明細(xì)表符號名稱及用途符號名稱及用途

11、M1油泵電動(dòng)機(jī)HL5照明燈M2主軸電動(dòng)機(jī)SB1緊急停止按鈕KM1液壓泵啟動(dòng)接觸器SB2電壓泵啟動(dòng)按鈕KM2主軸電機(jī)啟動(dòng)接觸器SB3自動(dòng)循環(huán)開始按鈕SQL SQ3行程開關(guān)SB4進(jìn)入自動(dòng)循環(huán)按鈕SQ4換刀到位開關(guān)SB5點(diǎn)動(dòng)向前按鈕SQ5放松到位開關(guān)SB6復(fù)位按鈕SP夾緊到位開關(guān)SB7工進(jìn)點(diǎn)動(dòng)按鈕SA1照明燈開關(guān)SB8手動(dòng)換刀按鈕SA2自動(dòng)/手動(dòng)選擇開關(guān)SB9一次進(jìn)刀按鈕SA3手動(dòng)主軸啟動(dòng)SB10自動(dòng)換刀按鈕QFPLC電源開關(guān)SB11退出自動(dòng)循環(huán)按鈕QS電源隔離開關(guān)SB12手動(dòng)放松按鈕TC控制變壓器SB13手動(dòng)夾緊按鈕FU1 FU5短路保護(hù)熔斷器YV1 YV6電磁閥電磁鐵HL1液壓泵指示燈FR1 F

12、R2電動(dòng)機(jī)過載熱繼電器HL2自動(dòng)指示燈VC整流器HL3主軸指示燈HL4手動(dòng)指示燈3.3電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.3.1電器元件信號與PLC連接的通道分配電器元件信號與PLC通道分配的目的是為每一個(gè)需要 PLC處理的信號設(shè)備信號獲得 進(jìn)入PLC的通道和存放信號狀態(tài)的地址。依據(jù)控制方案選定的三菱FX2N系列PLC產(chǎn)品, 以及對設(shè)備信號分析結(jié)果，電器元件信號與 PLC連接的通道分配如表3-4所示表3-4電器元件信號與PLC連接的通道分配表輸入輸出元件通道地址說明元件通道地址說明SB1X000總停按鈕SQ1X017原位限位開關(guān)SB2X001油泵啟動(dòng)按鈕SQ2X020快進(jìn)限位開關(guān)SB3X002開始自動(dòng)循環(huán)按鈕

13、SQ3X021工進(jìn)限位開關(guān)SB4X003進(jìn)入自動(dòng)循環(huán)按鈕SQ4X022換刀到位開關(guān)SB5X004點(diǎn)動(dòng)向前按鈕SQ5X023放松到位開關(guān)SB6X005復(fù)位按鈕SPX024夾緊到位開關(guān)SB7X006工進(jìn)點(diǎn)動(dòng)按鈕HL1Y001液壓泵指示燈SB8X007手動(dòng)換刀按鈕HL2Y002自動(dòng)指示燈SB9X010一次進(jìn)刀按鈕HL3Y003主軸指示燈SB10X011自動(dòng)換刀按鈕HL4Y004手動(dòng)指示燈SB11X012退出自動(dòng)循環(huán)按鈕KM1Y005液壓泵電機(jī)接觸器SB12X013手動(dòng)放松按鈕KM2Y006主軸電機(jī)接觸器SB13X014手動(dòng)夾緊按鈕YV2Y010電磁閥電磁鐵SA1X015手動(dòng)/自動(dòng)選擇YV3Y011電

14、磁閥電磁鐵SA3X016主軸啟動(dòng)按鈕YV4Y012電磁閥電磁鐵YV1Y007電磁閥電磁鐵YV5Y013電磁閥電磁鐵YV6Y014電磁閥電磁鐵3.3.2多工步加工專用機(jī)床自動(dòng)工作控制流程設(shè)計(jì)由于控制系統(tǒng)選擇三菱系列PLC該產(chǎn)品具有順序控制的特殊用法，即步進(jìn)控制。步進(jìn)控制采用狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方式簡化控制條件，使得控制程序設(shè)計(jì)簡潔方便，多工步加工專用機(jī)床工作過過程為典型順序控制， 因此采用步進(jìn)控制，其控制流程采用與控制流程 圖功能一致的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（功能圖）描述。設(shè)計(jì)完成的設(shè)備自動(dòng)工作控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3-5所示。X003 KOI 5 才 I舛自X015XDt 1；C 1 DO).K6.T_ iF'

15、 v01/X3t5XC20XD21TCVO 10)KO29X003叵邁逝壬T営小旳lyoot)XO'TXQ24X023-S3&&tCMXC2Ct I COOT) K005XC 17 W)i 4XQ10T I1Cooe?X014 Ixy003) 口呢5 Y012Xg日 X；242d33X022»1->r_irT U1 U丫X022nsrfaprX003->X012XC13K023(¥0135Mlc1E1IVill-；urn3-5多工步加工專用機(jī)床流程圖4 控制流程分析多工步加工專用機(jī)床功能圖圖中，使用選擇開關(guān)SA1選擇機(jī)床自動(dòng)加工工作或手動(dòng)

16、 調(diào)整工作，依據(jù)選擇不同， 可以進(jìn)入不同的工作狀態(tài)，觸發(fā)狀態(tài)器 S20 進(jìn)入自動(dòng)工作狀 態(tài)，觸發(fā)狀態(tài)器S29進(jìn)入手動(dòng)調(diào)整狀態(tài)。進(jìn)入自動(dòng)工作狀態(tài)后，先進(jìn)行夾緊。確定夾緊 后，由行程開關(guān)控制當(dāng)前工作狀態(tài)（快進(jìn)、工進(jìn)、停留、快退） 。其中，停留時(shí)間由時(shí) 間繼電器控制。 待快退到位后，放松刀架并進(jìn)行換刀。由計(jì)數(shù)器判斷是否完成了一次加 工循環(huán)，若未完成且確定仍舊使用自動(dòng)加工，則返回并觸發(fā)狀態(tài)器S20,再進(jìn)行一次工步。若完成了一次工作循環(huán)程序結(jié)束返回等待。 若放棄自動(dòng)加工則轉(zhuǎn)移至S29狀態(tài)器進(jìn) 行手動(dòng)調(diào)整。手動(dòng)調(diào)整中可選擇相應(yīng)開關(guān)進(jìn)行前后調(diào)整、 返回原點(diǎn)以及手動(dòng)換刀等，也 可選擇進(jìn)行加工動(dòng)作，手動(dòng)完成一個(gè)

17、工步。5 控制程序設(shè)計(jì)多工步機(jī)床設(shè)備控制程序設(shè)計(jì)是編制輸入 PLC主機(jī)，實(shí)現(xiàn)控制功能的程序，程序編 制依據(jù)控制功能圖（狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖） 的結(jié)構(gòu)和控制信號關(guān)系，使用梯形圖或指令表的方法 編制。由于梯形圖能夠圖形化地表達(dá)控制邏輯關(guān)系， 同時(shí)編程軟件可以自動(dòng)將梯形圖程 序與指令表程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 因此工業(yè)污水處理設(shè)備控制程序采用梯形圖方法， 機(jī)床控制 梯形圖如圖 4-1 所示，以及程序指令代碼圖 4-2。在步進(jìn)控制中， 當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)移到下一狀態(tài)時(shí)， 當(dāng)前狀態(tài)中所有輸出將自動(dòng)關(guān)閉，對 于需要在多個(gè)狀態(tài)中保持接通的輸出電器，必須采用強(qiáng)制置位（ SET和復(fù)位（RST的 方法保證電器能夠正常接通和斷開。設(shè)計(jì)完成的控

18、制系統(tǒng)中，完成工作控制的 plc 程序是否能正確完成所有的控制要 求，需要給予檢驗(yàn)， 以防止安裝實(shí)際設(shè)備后不能滿足控制要求。程序檢驗(yàn)采用仿真設(shè)備 進(jìn)行，仿真設(shè)備由輸入設(shè)備，輸出信號顯示設(shè)備、 plc 設(shè)備和 plc 程序輸入設(shè)備構(gòu)成， 各組成部分使用快速連接接頭連接，可以依據(jù)仿真程序要求進(jìn)行搭接。程序調(diào)試與仿真工作內(nèi)容包括使用程序輸入設(shè)備 （計(jì)算機(jī)及編程軟件） 輸入編制的 控制程序，編制輸入 / 輸出信號與工作狀態(tài)關(guān)系表，依據(jù)設(shè)備要求搭接仿真控制系統(tǒng)， 仿真檢驗(yàn)程序以及修改程序。31X016X003駐1X015J卜X002X003X01743 THIFX015花T卜5152YOO4X004X0

19、20HI0007<Y011X005X017Y010X01600060003(Y012(Y007Y0140*013X014X013T Y012T JX006X022X024X021IIIIIIXO23X022X007X013X014X023Y013Y002XOU96IFX015的FSET S30(S20)7>>>0LDX00161OB1ORMl62ANIKO 172AMxooo63OUTY01030U7Ml64MRD4LDHl65wmX0165oinYOOS66OUTY0066SETY00167OUTY0037AMM268MRD8SETSO69LDX01410LDXOOO

20、70ORroi211FlflOVKOK4YOOO71OB18FMOVKOK4S072ANIX01325RS7M273OUTY01226LDX01074MRD27ORM375AJDX00828wnX00376ODX02229oinM377AIIBX02430STLSO78WilX02131RSIM279OUTY00732LDIX01580MRD33OBK00381ANDX02334SETS2082LDIX02236LDX01583ORX00737SETS2984AIIB39STLS2085OUTY01440SETY00286MRD41SEIM287LDX01342R5TTOM88ORY01343

21、LDX0028944AMX00390AmX01445OBK01791ANTX02392OUTY01346SETS2193MPP48LDX01594SETM249OUTS2995RSTYO0251STLSZ996LDX01152SETY00497SETS3053MPS99LDIX01554ANUX004100OUTS2055AHIX020102STLS2i56OUTY007103SETY01257OUTYOU104OUTCl 00158MRB107LDX02459LDX005108SETSZ260ORroio110STLS30lxs4Slol17 o oT XOUTLD474eITTo4.912roTI.s5113yoIno52X0S3LDSI2 31 2