《基于深孔钻床的电气控制设计》最终版.pdf

基于深孔钻床的电气控制设计基于深孔钻床的电气控制设计系系别：别：专专业：业：姓姓名：名：学学号：号：指导老师：指导老师：27目录目录毕业设计论文（任务书）毕业设计论文（任务书）.2.2摘要摘要.5.5第一章第一章绪论绪论.6.61.1本次设计的目的.61.2深孔钻床的简介及发展趋势.61.3本次设计的主要内容.11第第 2 2 章章深孔钻床的电气控制设计方案深孔钻床的电气控制设计方案.12.122.1钻床的结构和运动过程分析.122.2钻床的电气控制方案.132.3钻床的液压控制系统.16第第 3 3 章章深孔钻床上的电气控制设计深孔钻床上的电气控制设计.17.173.1plc 控制硬件电路设计.173.2plc 控制软件设计.253.2.1程序流程图.273.2.2程序梯形图.283.3液压控制系统的设计.29第第 4 4 章章安装及调试说明安装及调试说明.33.33结束语结束语.34.34致谢致谢.35.3527任务书任务书一、一、设计题目设计题目深孔钻床的电气控制设计深孔钻床的电气控制设计二、二、设计的目的设计的目的掌握机床的深孔钻床液压控制的功能。1）掌握深孔钻的加工动作流程。2）掌握电气控制元件的选择与计算方法。三、设计要求三、设计要求一台深孔钻床用于零件的深孔加工，实现定时自动排屑。进给速度分为快进和二次工进，进给采用液压控制。主轴采用 2000kw 电机，液压系统是1000kw 电机，设计要求：1）钻头作往复运动，采用直流24v 电磁阀，行程开关位置检测。2）液压泵电动机才能启动主轴电动机。3）有工作状态指示及照明。4）有必要的电气保护和连锁。四、完成的任务四、完成的任务要求说明详细，字迹工整，原理正确，元件选择有理。图纸规范，图形清晰，符号标准，线条均匀。设计与绘制电气控制原理图，元件安装布置图、接线图。毕业设计说明书（8000 字以上）1）设计题目272）控制原理说明设计方案论证3）主要器件选择依据与计算4）元件明细表5）设计总结及改进意见6 主要参考资料五、参考文献五、参考文献工厂电气控制技术机械工业出版社主编方承远工厂电气控制技术机械工业出版社主编许廖机床电气控制技术机械工业出版社主编王炳实可编程控制 器的应 用技术机械工业 出版社主编王兆义可编程控制器的原理继及程序设计电子工业出版社主编崔亚军27摘摘 要要本次毕业设计是基于深孔钻床的电气控制设计，其中最主要的部分当然是设计plc 的电路设计和 plc 的硬件选择以及编制程序。论文当中说明了深孔钻床的结构、运动特点、工作原理和发展趋势，最主要的是根据深孔加工的特点进行设计了深孔钻床的电气控制。论文是按照深孔钻床的实际工作来编写的，从什么钻床的工作原理及工作特点来进行设计plc 电路以及进行 plc 程序的编制。第一章是绪论，介绍了：本次设计的目的、深孔钻床的简介及发展趋势、本次设计的主要内容。第2 章深孔钻床的电气控制设计方案介绍了：钻床的结构和运动过程分析、钻床的电气控制方案、钻床的液压控制系统。第 3 章介绍了：深孔钻床上的电气控制设计、plc 控制硬件电路设计、plc 控制软件设计、程序流程图、程序梯形图、液压控制系统的设计。第 4 章安装及调试说明。通过它我了解到了深孔钻床在机械工业中有着非常重要的作用，从中让我来从一个新的角度了解生产的需要和未来的发展方向，让我们跟上生产的步履，也提醒我们要做到老学到老。27第第 1 1 章章绪论绪论1.11.1 本次设计的目的本次设计的目的1 掌握机床的深孔钻床液压控制的功能。2.掌握深孔钻床的加工动作流程。3.掌握电气控制元件的选择与计算方法。4.巩固、扩大、深化以前所学的基础和专业知识；5.培养综合分析、理论联系实际的能力；6.培养调查研究、正确熟练运用国家标准、规范、手册等工具书的能力；锻炼进行设计计算、数据处理、编写技术文件、绘图等独立工作能力。1.21.2深孔钻床的简介及发展趋势深孔钻床的简介及发展趋势深孔钻床简介:深孔钻床是一种新型组合钻床，属于机械加工用钻床。它由工作台、安装在工作台两端及一侧的导轨，导轨与工作台的边缘平行，钻架通过吊铁和锁紧螺钉安装在导轨上；导轨上设有燕尾，钻架可在导轨上水平移动；钻架包括溜板、溜板上装有传动机构，溜板底面上设有与导轨上的燕尾相配合的燕尾槽，机械滑台上装有主支撑架，主支撑架上装有纵向机械滑台及控制系统，控制系统连接一控制活动按钮站，纵向机械滑台上装有附属支撑架，附属支撑架上通过机械滑台装有水平方向的钻削动力头。它解决了现有的钻床加工大型零部件特别是回转体直径较大时操作不方便、加工困难等技术问题。深孔钻床加工特点：加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动(主运动)。钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动，27并沿主轴方向进给，操作可以是手动，也可以是机动。深孔钻床发展趋势:广泛地在我国纺织机械、石油机械、印刷机械、包装机械、医疗器械、航空航天、汽车拖拉机、橡塑模具以及发电机制造、机床制造等行业有关零件的深孔加工得到应用。基本上可以分三大类:（一）普通型单座标深孔钻床。我国于 1989 年我公司的前身德州机床厂为了满足国内加工的需要，自行设计制造了最大钻孔直径20 毫米、最大加工深度500、1000 毫米的 Z2102 型深孔钻床，这是我国第一台利用枪钻法钻削的深孔钻床，1990 年通过原机械工业部部级鉴定，并评为国家级新产品，填补国内空白，真正投入市场用于生产是在半年以后，中间经过用户批量试验认同，才逐渐推上市场，到目前我公司仅深孔钻床产品年产值已达千万元。该产品已由普通继电器控制的Z2102、可编程控制器控制的ZP2102、发展到现在由电气数字控制系统控制和应用其他先进技术的 ZK2102、ZK2102A，其中为了提高加工效率,满足大 批 量 生 产 的 要 求,又 开 发 了 双 主 轴 的ZP2102X2、ZK2102X2 数控深孔钻床系列及其他专机等。上世纪 70 年代初，深孔钻床在世界上还是采用普通继电器控制的。如70 年代80 年代进入我国的美国的ELDORADO 公司的 MEGA50，德国 TBT 公司的 T30-3-250，NAGEL 公司的 B4-H30-C/L，日本神崎高级精工制作所的DEG 型等深孔钻床都是采用继电器控制的。80 年代后期由于数控技术的出现才逐渐开始在深孔钻床上得到应用，特别是 90 年以后这种先进技术才得到推广。如 TBT 公司 90 年代初上市的ML 系列深孔钻床除进27给系统由机械无级变速器改为采用交流伺服电机驱动滚珠丝杠副，进给用滑台导轨采用滚动直线导轨以外，钻杆箱传动为了保证高速旋转、精度平稳，由交换皮带轮及皮带，和双速电机驱动的有级传动变为无级调速的变频电机到电主轴驱动，为钻削小孔深孔钻床和提高深孔钻床的水平质量创造了有利条件。这可以从下述对比的几项主要技术参数看出，深孔钻床发展情况:（ML 系列是近期的、T30 系列是过去的）型号项目 ML200ML250T30-3-250单位钻孔范围 1 轴0.915225 418 mm2 轴 0.910218 mm3 轴 111111 mm4 轴 110 110 mm 进给速度范围015000(无级)015000(无 级)35320(无 级)mm/min主 轴 功 率2.47.5/2X4 KW 快速移动速度15000 15000 3500 mm/min主轴转速 100024000(无级)10009000(无级)13756100(无级)r/min 钻削孔径向小方向延伸，说明技术含量高，质量要求严格。主轴向多轴发展,可以同时加工多件工件，提高加工效率。主轴转速高，应用先进的电主轴，运转平稳、精度提高。进给速度范围广且大，因此深孔钻床这些年来由于先进技术的应用，水平提高很快。（二）专用型深孔钻床。近些年来为了加工某些零件上的相互交叉或任意角度、或与加工零件中心线成一定角度的斜孔，垂直孔或平行孔等需要，各个国家而专门开发研制多种专用深孔钻床。例如专门为了加工曲轴上的油孔，连杆上的斜油孔，平行孔和饲料机械上料模的多个径向出料孔等。如：TBT 公司生产的特别适用于加工摩托车到轻型卡车的各种中小型曲轴油孔的27BW200-KW深孔钻床；特别适用于大中型卡车曲轴油孔的BW250-KW 深孔钻床，它们均具有X、Y、Z、W 四轴数控。该公司为 了客户 需要,在一条生产 线上可 以加工多 种不同 品种的曲轴油孔，于 2000 年设计制造了第一台柔性曲轴加工中心，可 以 加 工 212 缸 不 同 曲 轴 上所 有 的 油 孔。英 国MOLLART公司生产制造的专为加工颗粒挤出模具而开发的具有六等分六根主轴同时加工同一工件上六个孔的专用深孔钻床。该工件孔数量多达36000 个。全都是数控系统控制的。（三）三座标数控深孔钻床。随着家电市场销售量增大，塑料制品增长速度加快，塑料模具制造业蓬勃发展，深孔钻床为了满足模具上的水孔、射销孔等孔系的深孔加工。由过去的单一座标轴的深孔钻床加工发展到需要加工座标孔系的多孔加工而开发的三座标数控深孔钻床近些年来发展很快。1995 年我公司为了满足广东美的空调设备有限公司开发了我国第一台为塑料模具上多孔系加工的 ZK2103 型三座标数控深孔钻床，为了满足模具制造业发展的需要，又开发了除了钻削深孔以外，还可以进行铣削、攻丝等多功能的ZXK2103 深孔钻铣中心和三座标数控ZK2103A、ZKA2102 型深孔钻床。此类机床世界上有关国家发展很快，不仅有三座标(三轴数控轴)深孔钻床，而且数控轴已发展到四轴、五轴，有的已到六轴的全自动六轴数控枪钻加工中心或数控铣钻中心，它们都有自动换刀装置。前几年存储刀具的刀库只有12 把或 24 把，而且自动换刀装置不包括细长的枪钻，现在不但刀具库存储数量增加，而且枪钻也自动更换之列，这是一个很大的发展。如：德国IXI0N 公司27的 TLF1004 型四轴数控（X、Y、Z、B）深孔钻床刀具刀库存储 24 把，TBT 公司的 T30/320 1050KT，FTS 深孔钻削中心，滚筒式刀具库24 把（其中 8 种不同直径、每种三件），它 们 的 枪 钻 都 不 包 括 在 自 动 换 刀 之 列。现 在 的 英 国MOLLART 公司的 FMC 系列全自动六轴数控枪钻加工中心、钻孔直径范围：550mm 最大钻孔深度1350mm，除了钻削以外还有铣削、攻丝功能。当刚性攻丝 M30 满足不了时，还可以用标准铣刀及螺旋铣削方式通过数控插补功能来加工大螺纹，它的自动换刀装置具有90 把刀，其中包括长度达到1500 mm 枪钻的自动更换，其独到之处是对这长钻头的特殊辅助支承，在加工过程能自动就位和撤回，该机床还有用户化编程软件 GE.FANUC 数控系统。可编程参数：主轴进给速度、钻孔深度、及对加工工程中进行监控。为了扩大机床加工规格范围，有的深孔钻床既具有枪钻法钻削深孔、铣削平面、刚性攻丝的功能，又具有内排屑钻削（BTA 法）钻孔的功能，以便钻削大孔及加大机床柔性。如：德国IX10N 公司的 1A5TL 16005 重型深孔钻铣复合加工中心，五轴数控其主要技术参数：钻孔直径范围：336（65）mm，其中大于 35mm 的孔径可用 BTA 法进行钻削。一次钻削深度1600mm，最大钻削深度2100mm，铣削能力250（400）cm3/min，主轴转速 300（75）6000r/min，五轴数控：W、X、Y、Z、B、A（-25+15），按“A”其中 W钻铣单元水平移动；X工作台横向移动；Y钻铣单元垂直移动；Z立柱纵向移动；B工作台旋转；A钻铣单元摆动。再如德国 TBT 公司的 MD30-KW 深孔钻铣床，其主要技术参数：钻27孔范围：425mm，最大钻削深度1000mm，铣削能力350cm3/min，麻花钻钻孔最大30mm，攻丝 M24X3,数控轴数：X、Y、Z、W、B、A 还有 C 轴，此机床具有很大的柔性，除了加工垂直于平面上的和斜面上钻削深孔以外，还可以利用“C”轴对曲轴上任何位置上的油孔进行钻削。近些年来，除深孔钻床有很大发展以外，深孔钻枪本身也有很大变化。过去枪钻规格一般为230mm 左右，现在已发展到0.940mm 甚至到 50mm.。德国 BOTEK 公司的枪钻规格已标准化到 0.950mm，特别是其中大于18mm 的钻头可用机夹刀头，它是一种不重磨钻头，刀刃磨损后转位、刀片磨损后更换刀片或导向垫，不会伤害或废弃刀杆、刀柄等。综上所述现代利用枪钻钻削深孔的机床及刀具与其他机床一样发展很快，向数控多轴化、多功能化发展，不久的将来环保型的深孔钻床亦将陆续出现。以减少或消除油烟雾对人体的影响。1.31.3本次设计的主要内容本次设计的主要内容一台深孔钻床用于零件的深孔加工，实现定时自动排屑。进给速度分为快进和二次工进，进给采用液压控制。主轴采用 2000kw 电机，液压系统是1000kw 电机，设计要求：1.钻头作往复运动，采用直流24v 电磁阀，行程开关位置检测。2.液压泵电动机才能启动主轴电动机。3.有工作状态指示及照明。4.有必要的电气保护和连锁。27第第 2 2 章章深孔钻床的电气控制设计方案深孔钻床的电气控制设计方案2.12.1钻床的结构和运动过程分析钻床的结构和运动过程分析深孔钻床的结构：按其结构，深孔钻床可以分成短身机床和长身机床，并且由于各个构件具有互换性，能够准确地确定两组之间的界限。短身机床具有三根带导向套的主轴，用于钻削直径达14 毫米的孔。只有一根主轴的这用机床，可在实体钢件上钻削20 毫米的孔。该标准系列，包括在实体钢件上钻削直径达50 毫米的短身机床。这种机床的最大名义钻削深度为 630 毫米和 1000 毫米（表一）而长身机床，规定在实体钢件上的钻孔直径为75 毫米。该机床就有传动功率为30 千瓦的移动主轴箱。可以在工件转动或刀具转动下工作，规定钻削深度达15000 毫米。短身钻床的基本结构：床身、滑座及紧固工件平板为一整体铸件，因而形成一个刚性部件。将其分成单独部件的标准目前仍处在试验阶段。滑座上装有带钻削主轴的动力头。钻削主轴有齿轮皮带传动机构带动，可以分级调整转数。利用进给机构实现进给运动和所需的快速行程运动。向导套支架作为定心是刀具的导向，并从其中排出冷却液和切屑。此外，导向套支架还要承受相当大的夹紧力和压力。深孔钻床的运动形式：为了加工各种旋转表面，钻床必须具有钻削运动和辅助运动。钻削运动包括主运动和进给运动，而除此之外的所有运动都称之为辅助运动钻床的主运动为主轴的旋转运动，由主轴通过卡爪带动刀具旋转，它承受钻削加工时的主要切削功率。根据工艺要27求，主轴应有不同的切削速度。主轴变速是由主轴电动机经V 带传递到主轴变速箱实现的。每发一个脉冲,相当于钻头前进或后退/1000mm。示图如下:CW快进钻 削频率减 速点F2快退行程工 作曲 线根据钻孔工艺要求,不同的孔径,不同的钻孔深度应用不同的钻削给进速度,考察相应的机械参数,可计算出对应步进电机步频。具体数据存入相应的表中,在加工时从表中取出对应的参数。2.22.2钻床的电气控制方案钻床的电气控制方案在某些零件的加工生产过程中,要进行深孔加工,有的零件的加工深度很深达580mm的通孔。原来所用的钻床,是由旧式车床改造而成,不仅工人劳动强度大,生产效率低,而且加工精度也难以保证,远不能适应现代加工技术的发展需要,为此,一种性能优越、可靠、自动化程度高的专用深孔27钻床,以适应现代深孔加工技术的要求。PLC(可编程序控制器的简称),由于其具有技术新、适应性强、体积小、可靠性高、编程方便等优点,正越来越广泛地被应用于工业生产过程控制中最近推出的新一代可编程控制器,控制功能更强、速度更快、体积更小、运用也更加灵活。专家们预言,作为工厂自动化三大技术支柱之一的PLC 技术将跃居首位。因此,在深孔加工专用深孔钻床的控制系统设计中,采用了先进的 PLC 技术。根据生产工艺及控制要求：根据深孔加工要求,采用普通麻花钻加工 580mm通孔,为了提高效率,采用双头同时钻孔方案。利用普通麻花钻钻深孔,需要选用合适的钻头转速,转速应分级可调。此外,还必须便于排屑和冷却,这就需要频繁进退,空行程均可高速运行,而给进钻削则须用较低的速度。主轴采用2000kw 电机，液压系统是1000kw 电机，钻头旋转运动由三相交流异步电机通过皮带轮拖动;钻头的进退运动由步进电机通过涡轮涡杆带动钻头作往复运动，采用直流24v 电磁阀，行程开关位置检测，液压泵电动机才能启动主轴电动机，有工作状态指示及照明，有必要的电气保护和连锁。钻头的给进速度随加工深度的增加要相应的减低。钻床具有自动和手动两种工作方式,左右钻可独立作业,并具有孔径切换功能,以适应不同孔径孔的加工需要,可单步连续运行,设有四种检测功能装置,它们是断钻检测、负载检测、转速检测和零位检测。方案设计：图 1 中 SQ1、A 为原位的行程开关及挡铁,SQ2、B 为转工进的行程开关及挡铁,SQ3 和 C为刀具退离工件后再转快进的行程开关及挡铁,SQ4、D 为加工终点的行程开关以27及挡铁,SQ5、E 为活动挡铁的行程开关及挡铁。开始时,动力头快速和主轴工进的两电动机起动,动力头快速进给,活动挡铁 B 随导杆前进,至压下 SQ2,动力头转入工进加工。加工期间挡铁 B 一直压住 SQ2,而活动挡铁 B 沿着导杆、相对刀具作向后 移动,当加 工至一定深度(由时间 控制),刀具快 速退出工件,进行排屑、冷却。在刀具退出时,B 由于无阻挡,也随刀具后退,直至 C 挡铁压下 SQ3 时,动力头又转为快进,此时快进达第一次工进的深度,时间继电器 TO 延时常开触头闭合,动力头退回。经过多次分级循环,直至钻孔深度达到要求为止。此时因控制时间未到,时间继电器 TO 常开触点未动作,动力头退回信号由终端挡铁压下SQ4 发出。在动力头退回过程中,当SQ4 压下时,使电磁铁 YA 通电,衔铁上升,挡着活动挡铁B,使它沿着导杆滑动回到原位(即第一次转工进的位置)。这时,挡铁 E 压下 SQ5,复位电磁铁 YA断电,为下一个工件快进到此转工进的加工做准备。动力头退回原位时,压下 SQ1,动力头停在原位上,整个工作过程结束。27S q5S q3C钻孔深度Sq1ABY AS q2DS q4深孔钻床的控制原理图2.32.3钻床的液压控制系统钻床的液压控制系统一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油.动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀27和比例控制阀。辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。第第 3 3 章章深孔钻床上的电气控制设计深孔钻床上的电气控制设计3.13.1plcplc 控制硬件电路设计控制硬件电路设计PLC 问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（NationalElectrical Manufactory Association）经过四年的调查工作，于1984年 首 先 将 其 正 式 命 名 为PC（ProgrammableController），并给 PC 作了如下定义：“PC 是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC 之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC 标准的草案第一稿，第二稿,并在1987 年 2 月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。编程控制器及其有关外部设备，都按易于27与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。高可靠性：（1）所有的I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC 内部电路之间电气上隔离。（2）各输入端均采用R-C 滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms.（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（4）采用性能优良的开关电源。（5）对采用的器件进行严格的筛选。（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU 立即采用有效措施，以防止故障扩大。（7）大型 PLC 还可以采用由双CPU 构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。PLC 针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/O 模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块;为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC 以外，绝大多数 PLC 均采用模块化结构。PLC 的各个部件，包括 CPU，电源，I/O 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接27起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。PLC 的编程大 多采 用类似于继 电器控制 线路的梯形 图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。PLC 不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC 相应的I/O 端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。最初研制生产的PLC 主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：（1）继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。（2）PLC 的 CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms 以上，而 PLC 扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC 采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式-扫描技术。这样在对于I/O 响应要求不高的场合，PLC 与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。27Plc 硬件的选择及分析：根据系统控制要求,经过充分论证、比较和优选,决定采用日本OMRON 公司最近推出的 CQM 1 CPU 43型可编程控制器。CQM 1 CPU 43型 PLC 的特点:(1)实现高速输入输出应答。具有中断输入处理和间隔时间中断处理功能,内藏高速计数器;高速处理(由于命令处理速度提高及共同处理的高速化,从而大幅度缩短扫描周期时间)(2)RS2232C端口是 CPU 模组的标准装备。可以直接连接计算机,可编程终端或其它带有RS232C接口的设备,广泛的对应各式各样的应用。(3)CPU 内藏高速脉冲输入输出功能。25kHz 脉冲输入 2 路,50 kHz脉冲输出 2 路。(4)指令用语的进步。与C 系列可编程控制器相比,追加 2 种基本指令,25 种应用指令,操作简单,便利性更好,提高了编程效率。(5)内存容量大。用户存贮区7.2kWORD;数据存贮区 6kWORD。(6)与 C 系列相容。CQM 1 可与 C 系列的外围设备共用,程序也可以互换,除了新指令用语外,与 C 系列的程序可以相容互换。根据专用深孔钻床的系统控制要求,PLC 的具体配置为,电源模组PA203、CPU 模组 CQM 12CPU 432E、输入模组ID212各一组,输出模组OD212三组。其中上位机、编程器用于通讯和编程,操控与显示部分用于人机对话和监控。控制系统构成图框图1：27系 统 构 成 框 图 如 下上位机编程器操 控与显示Rs232 P ERIPHERALCQMI-CPU 43Cn1 CN2输 入 单 元输出 单 元隔 离驱 动隔 离驱 动检 测信 号隔 离驱 动步进电机步 进电 机基 它 执 行元 件图 1系 统 框 图I/O 地址分配表见表 1。PLC 接线见图 2。梯形图见图 3。电路的控制过程为:按下 SB2,Y0(KM1)通电并自锁,快速电 动 机 正向 起 动,动 力头快速向前引 进,当 动力头 离开 原位,SQ1常闭触点闭合,Y2(KM3)通电并自锁,主轴电动机也起动,当动图 2 PLC 接线图力头快进压下SQ2时,Y0(KM1)断电,快速电动机停转并制动,主轴转入工进加工,SQ2 常开触点闭合,时间继电器TO 通电。TO 达到延时时间表明已加工至第一深度,Y1(KM2)通电并自锁快速电动机反向起动,动力头快退至刀具离开工件,挡铁 C 压下 SQ3,Y1(KM2)断电,Y0(KM1)27通电,快速电动机正转,动力头又快进,至 SQ2再次压下,又转入工进,多次重复上述过程,直到加工终点,终端挡铁D 压下SQ4,复位电磁铁 Y(YA)通电,YA 上的衔铁上升,挡住活动挡铁B 使其回到原位,同时 M0通电,Y1(KM2)也通电快速电动机反转,动力头快退,挡铁 C 下压 SQ 时,由于 M0仍通电,Y1(KM2)不 断 电,动 力 头 继 续 快 退,直 至 挡 铁 E 压 下 SQ5,M1 通电,Y3(YA 断电,衔铁退回,活动挡铁 B 跟随动力头退回原位(即第一次快进转工进的位置),动力头退回原位时,挡铁 A 压下SQ1,Y1(KM2)断电,整个工作循环结束。输入元件SB1SB2SB3SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ4SQ5输入地址停止按钮启动按钮回原位按钮行程按钮行程按钮行程按钮行程按钮行程按钮行程按钮行程按钮输出元件X0X1X2X3X4X5X6X7X10X11输出地址KM1YOKM1KM3Y2Y0YIYOYAKMIY2Y3表一表一2727273.23.2plcplc 控制软件设计控制软件设计启动或续钻时,PLC 首先检测启动条件是否满足,即钻头是否在原点位置,控制方式是否为自动方式,有无断钻等异常现象,当条件不满足时则不能启动。当条件满足时,启动顺序为:主轴电机、冷却泵、步进电机。步进电机启动一定时间后,PLC 专用脉冲输出端口输出脉冲,钻孔进程开始。深孔钻床 用在深孔 加工时的冷 却水孔,一般有58.5 和56.7两种孔径。由于孔细而深,在钻削过程中钻头必须反复进退进行冷却和排屑,直至整个孔加工完毕。解决深孔钻削的关键问题就是要解决好排屑和刀具的冷却难题,如果不能及时排屑,切屑挤在麻花钻的容屑槽内,极易造成麻花钻的扭断;若刀具得不到充分冷却,会因温度过高使钻头很快变钝,切削扭矩增高而使钻头损坏,切削不能正常进行。要解决这两个难题,一般可采用定程退刀或定扭矩退刀的方法,定扭矩退刀可以保护刀具不折断,从而提高机床工作的可靠性,但不一定保证机床的生产率。为此我们采用了如下技术措施:(1)为了提高系统的可靠性和适应性,设置了两个超载检测,当超载(可设定为额定电流或略大于额定电流)出现时,通过程序自动降低钻削速度即减少进刀量),直至加工电流自动回复到正常范围。这期间加工过程照样进行；只有当超载出现时才停机。从出现而赋予了控制系统的自适应性。(2)随着加工深度的增加,每次钻削的长度和走刀量都进行相应的调整。具体参数根据孔径的不27同放入不同的表中,程序根据钻削深度取出这些参数,控制着整个深孔加工过程。这实际上是将定程退刀和定扭矩退刀两种方法结合起来进行控制,较好解决了排屑和冷却问题。当然,为了钻头及工件的冷却还采取了其它的一些措施。在加工过程中如果需要停机观察、测量等处理时,按一下暂停键,钻头退回至原点后停机。处理过程结束后按一下续钻键,加工过程继续进行。系统具有停电保护功能,不管是人为断电还是意外停电,在来电后只要轻按一下续钻键,机器将紧接停电前的加工深度继续加工。系统设置了单步运行功能,当单步运行时,每加工完一步后钻就回到原点待命,再按一下单步键,才进行下一步的加工过程。系统具有钻孔深度显示功能。系统设置了原点指示灯、运行指示灯、故障报警指示灯、暂停指示灯和超载1 预报警指示灯,为操作和维修带来了方便。273.2.13.2.1程序流程图程序流程图加电单步连续/单单步键初始化钻 孔 进 程 开 始等待自动报警 3停机自动降速运行启动续钻/手 动超载 2超载检测报警 2原点照常运行报警 1停机启动主轴电到 达 进程 深 度机及冷却泵退钻冷却转速平稳断 钻检测断钻孔径切换n M报警 4N停机表 1表 2单双钻/停 2号钻启动步进电机n M+K 1NYN m+k2N结束273.2.23.2.2 程序梯形图程序梯形图273.33.3液压系统的控制设计液压系统的控制设计液压系统结构：液压系统由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。液压动力部分采用回路图方式表示，以表明不同功能元件之间的相互关系。液压源含有液压泵、电动机和液压辅助元件；液压控制部分含有各种控制阀，其用于控制工作油液的流量、压力和方向；执行部分含有液压缸或液压马达，其可按实际要求来选择。在分析和设计实际任务时，一般采用方框图显示设备中实际运行状况。空心箭头表示信号流，而实心箭头则表示能量流。基本液压回路中的动作顺序控制元件（二位四通换向阀）的换向和弹簧复位、执行元件（双作用液压缸）的伸出和回缩以及溢流阀的开启和关闭。对于执行元件和控制元件，演示文稿都是基于相应回路图符号，这也为介绍回路图符号作了准备。根据系统工作原理，您可对所有回路依次进行编号。如果第一个执行元件编号为0，则与其相关的控制元件标识符则为 1。如果与执行元件伸出相对应的元件标识符为偶数，则与执行元件回缩相对应的元件标识符则为奇数。不仅应对液压回路进行编号，也应对实际设备进行编号，以便发现系统故障。DIN ISO1219-2标准定义了元件的编号组成，其包括下面四个部分：设备编号、回路编号、元件标识符和元件编号。如果整个系统仅有一种设备，则可省略设备编号。实际中，另一种编号方式就是对液压系统中所有元件进行连续编号，27此时，元件编号应该与元件列表中编号相一致。这种方法特别适用于复杂液压控制系统，每个控制回路都与其系统编号相对应。对液压阀的基本要求（1）动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。（2）油液流过的压力损失小。（3）密封性能好。（4）结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。所以本设计采用电磁换向阀：电磁换向阀是利用电磁铁的通电吸合与断电释放而直接推动阀芯来控制液流方的。它是电气系统与液压系统之件发出，从间的信号转换元件，它的电气信号由液压设备结构图(b)职能符号图中的按钮开关、限27位开关、行程开关等电气元1滚轮 2阀芯 3弹簧而可以使液压系统方便地实现各种操作及自动顺序动作。电磁铁按使用电源的不同，可分为交流和直流两种。按衔铁工作腔是否有油液又可分为“干式”和“湿式”。交流电磁铁起动力较大，不需要专门的电源，吸合、释放快，动作时间约为 0.010.03s，其缺点是若电源电压下降15%以上，则电磁铁吸力明显减小，若衔铁不动作，干式电磁铁会在1015min 后烧坏线圈(湿式电磁铁为 11.5h)，且冲击及噪声较大，寿命低，因而在实际使用中交流电磁铁允许的切换频率一般为10 次/min，不得超过 30 次/min。直流电磁铁工作较可靠，吸合、释放动作时间约为0.050.08s，允许使用的切换频率较高，一般可达 120 次/min，最高可达 300 次/min，且冲击小、体积小、寿命长。但需有专门的直流电源，成本较高。此外，还有一种整体电磁铁，其电磁铁是直流的，但电磁铁本身带有整流器，通入的交流电经整流后再供给直流电磁铁。目前，国外新发展了一种油浸式电磁铁，不但衔铁，而且激磁线圈也都浸在油液中工作，它具有寿命更长，工作更平稳可靠等特点，但由于造价较高，应用面不广。图(a)所示为二位三通交流电磁换向阀结构，在图示位置，油口P 和 A 相通，油口B 断开；当电磁铁通电吸合时，推杆1 将阀芯 2 推向右端，这时油口 P 和 A 断开，而与 B 相通。而当磁铁断电释放时，27弹簧 3 推动阀芯复位。图(b)所示为其职能符号。二位三通电磁换向阀(a)结构图(b)职能符号图 1推杆 2阀芯 3弹簧如前所述，电磁换向阀就其工作位置来说，有二位和三位等。二位电磁阀有一个电磁铁，靠弹簧复位；三位电磁阀有两个电磁铁，如下图所示:一种三位五通通电磁换向阀的结27构和职能符号。三位五通电磁换向阀(a)结构图(b)职能符号图第第 4 4 章章安装及调试说明安装及调试说明加工时,每次加工深度由继电器TO 设定的时间决定。本电路为适应各种材料的深度加工TO 首次定为 5s,可根据需要任意调整 TO 的时间,每按下 X10一次 TO 的时间增加 0.1ms。每按下 X11一次 TO 的时间减少 0.1ms。使用者非常方便,能有效提高工作效率。PLC 采用 FX1N-24MR。读者可在满足输入、输出点需要的情况下选用其它型号的PLC27结束语结束语本系统经试验表明,该系统性能可靠、操作方便、自动化程度高,不仅降轻了工人的劳动强度,而且加工精度和加工效率都大大提高,基本上达到了毕业设计的要求！通知通过本次毕业设计学到了很多知识致致谢谢中国有句古语，“众人拾柴火焰高”。在我完成毕业设计的过程中，我的老师和我的同学给了我很大的帮助，这里我向他们表示诚挚的敬意。首先，我要感谢指导教师，不仅因为他给我提供了许多的设计资料，更重要的是他教会了我如何去设计，怎么去设计，以及在最初构思时，要注意的各种问题。他严谨治学的态度、丰富的经验，严于律己，宽以待人的为人都给我留下了深深的印记。他的热情，他的执着，更是让人终身难忘。这一切将对我以后的学习和工作有很大的帮助。我还要感谢进行毕业设计中期检查的各位领导和机械工程系的其他老师，他们及时的给我指出了毕业设计当中的不足，并且给予我很多完成设计的便利条件。“三人行，必有我师”。我还要特别感谢，我的同学们,他们给了我很多不错的建议。27在指导老师和同学的大力帮助下，才使我的毕业设计得以完成。最后，再次对他们特别是老师给予我的帮助，表示衷心的感谢！并对论文审阅老师的辛勤劳动表示敬意。27