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1、综合课程设计 摘要 摘要 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
2、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。 关键词：组合钻床，PLC，可编程控制器 14 综合课程设计 1 绪论 1. 绪论 1.1课题背景 随着生产的发展，产品精度的提高，机床加工的自动化程度也越来越高。数控机床，加工中心已构成现代加工方法之代表。但是根据我国的实际情况，对现有
3、机床进行全部更新换代，几乎是不可能的。因此为提高机床的生产率，改善工人的劳动条件，提高一般机床切削加工的自动化程度，提高控制系统的可靠性，对现有机床进行PC改造，仍然具有非常现实的意义，正是利用了PC控制技术具有功能强，速度快，可靠性高，经济实用等特点，针对双面组合钻床的控制部分进行了改造，并分析了系统的性能。 1.2组合机床的概述 组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、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
4、产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件，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。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。 1.3双面组合钻床的介绍 双面组合钻床是一种钻削较厚工件的加工钻床，加工要求双面同时钻削，并同轴钻孔，加工精度要求高，采用传统的继电器----接触器控制，要用大量的中间继电器，时间继电器，
5、计数器，存在线路复杂，故障率高，控制柜体积大，成本高等特点，而采用可编程控制器S7-200，不仅可以提高控制系统的可靠性，降低运行故障率，而且改变程序即可实现不同工件的加工钻削工艺要求，充分发挥组合钻床的多种加工功能。 1.4 PLC简介 1.4.1 PLC定义 PLC即可编程控制器（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英文全称Programmable Logic
6、 Controller，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是：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。PLC是可编程逻辑控制电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC。 1.4.2 PLC基础知识 PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。在传统上，这些功能
7、是通过气动或电气控制系统来实现的。PLC最基本最广泛的用于开关量的逻辑控制，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制，顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机，印刷机，订书机，组合机床，磨床，包装等。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁，石油，化工，电力，建材，机械制造，汽车，轻纺，交通运输，环保及文化娱乐等各个行业，使用广泛。 综合课程设计 2 双面钻孔组合机床概述 2. 双面钻孔组合机床控
8、制概述 2.1双面钻孔组合机床主电路原理图 双面钻孔组合机床的左，右钻头的旋转，分别由交流电动机带动，而左右滑台的移动由液压缸通过电磁阀实现驱动，控制主电路如图2.1所示。 图2.1 双面钻孔组合机床主电路原理图 2.2双面钻孔组合机床的工作流程图 组合钻床工作流程图如图2.2所示 双面钻孔组合机床各电动机控制要求：双面钻孔组合钻床各电动机只有在液压泵电动机M1正常启动时启动运转，滑台液压系统只有在液压泵工作后，才能启动。刀具电动机M2,M3应在滑台进给循环开始时启动运转，滑台退回原位后停止运转。切削液压泵电动机M4可以在滑台工进时自动启动，在工进结束后自动停止
9、也可以用手动方式控制启动和停止。 图2.2 双面钻孔组合钻床工作流程图 2.3 双面钻孔组合钻床控制过程 2.3.1各电磁阀动作状态 机床动力滑台、工件定位、加紧装置控制要求：机床动力滑台、工件定位、加紧装置由液压系统驱动。电磁阀YV1和YV2控制定位销液压缸的运动方向；YV3、YV4控制夹紧液压缸活塞的运动方向；YV5、YV6及YV7为左机滑台油路的换向电磁阀；YV8、YV9、YV10为右机滑台油路中的换向电磁阀。如表2.1 表 2.1 各电磁阀动作状态表 从表2.1中可以看出，电磁阀YV1线圈通电时，机床工件定位装置将工件定位；当电磁阀Y
10、V3通电时，机床工件夹紧装置将工件夹紧；当电磁阀YV3、YV5通电时，左机滑台快速移动；当电磁阀YV3、YV8通电时，右机滑台快速移动；当电磁阀YV3、YV7或YV3、YV10通电时，左机滑台或右机滑台工进；当电磁阀YV3、YV6或YV3、YV9通电时，左机滑台或右机滑台快速后退；当电磁阀YV4通电时，松开定位销；当电磁阀YV2通电时，机床拨开定位销；定位销松开后，撞击行程开关ST1，机床停止运行。 2.3.2 双面组合钻床总控制过程 当需要机床工作时，将工件装入定位夹紧装置，按下液压系统启动按钮SB4，机床按如下步骤工作: 按下液压系统启动按钮SB4→工件定位和夹紧→左、右两面动力滑台
11、同时快速进给→左、右两面动力滑台同时工进→左、右两面动力滑台快退至原位→夹紧装置松开 →拔出定位销。在左、右两面动力滑台快速进给的同时，左机刀具电动机M2、右机刀具电动机M3启动运转工作，提供切削动力；在左、右两面动力滑台工进时，切削液电动机M4自动启动，在工进结束时切削液泵电动机自动停止。在滑台退回原位后，左、右机刀具电动机M2、M3停止运转。 控制电路如图2.3所示 综合课程设计 3 双面钻孔组合机床工作原理 图2.3双面钻孔组合机床控制电路图 3.双位组
12、合钻床工作原理 3.1系统启动 按下系统启动按钮SB2→接触器KM1启动并自锁→液压泵电动机M1启动→系统启动 3.2液压回路启动 按下液压回路启动按钮SB4→启动液压回路 3.3工件定位 当启动液压回路后由于KM1自锁→电磁铁YV1得电，液压缸工作实现工件定位 3.4工件的夹紧 当工件定好位后遇到定位行程开关ST2→接通电磁铁YV3，液压缸夹紧工件 工件夹紧后压力继电器KP闭合→电磁铁KM2,KM3通电→左机刀具电动机M2,右机刀具电动机M3接通，电机工作 KM2,KM3通电后→自锁使电磁铁KM4得电→切削液电动机
13、M4启动 3.5滑台快进 工件定位后接通中间继电器KM7→电磁铁YV5得电→左机滑台液压缸快进或者KM7接通→电磁铁YV8得电→右机滑台液压缸快进 3.6滑台工进 当快进结束时碰到左机滑台快进结束行程开关ST3→YV5失电，电磁阀YV7得电→左机滑台液压缸工进或者遇到ST6右机滑台快进结束行程开关→YV8失电，电磁阀YV10得电→右机滑台工进 3.7滑台快退 当工进结束时遇到左机滑台工进结束行程开关ST4→电磁铁YV7失电，电磁铁YV6得电→左机滑台液压缸快退或者遇到右机滑台工进结束行程开关ST7→电磁铁YV10失电结束工进，电磁铁YV9得电→右机滑台快
14、退。 3.8松开工件 当左机滑台快退结束遇到行程开关ST5和右机滑台快退结束行程开关ST8时→电磁铁YV9,YV6失电结束快退→电磁铁YV4得电→液压缸松开工件 3.9拔定位销 当松开工件后，同时回到原位遇到工件压紧原位行程开关ST1→电磁铁YV2得电→液压缸拔出定位销→完成一次加工过程 3.10点动按钮 在加工过程中可以实现点动控制： SB5→左刀具电动机M2点动按钮； SB6→右刀具电动机M3点动按钮； SB7→夹紧松开点动按钮； SB8→左机快进点动按钮； SB9→左机快退点动按钮； SB10→右机快进点动按
15、钮； SB11→右机快退点动按钮； 3.11综述工作原理 启动液压泵电动机M1,按下启动按钮SB2，KM1自锁接通KM1，液压泵电动机工作→按下液压回路启动按钮SB4→工件定位电磁阀YV1得电，工件定位→碰上工件定位结束行程开关ST2→工件夹紧电磁阀YV3得电，同时断开定位电磁阀YV1→接触器KM7通电并自锁同时接通左机快进电磁阀YV5和右机快进电磁阀YV8,实现快进→碰上左机快进结束行程开关ST3，断开YV5，工进电磁阀YV7工作；同时遇到右机结束行程开关ST6，YV8失电，YV10工作，实现工进→碰到左机工进结束行程开关ST4，右机工进结束行程开关ST7，电磁阀YV7,YV
16、10断电，结束工进过程→KM7断电，YV3失电，同时YV6，YV9通电，滑台快退→快退结束遇到ST5，ST8快退结束行程快关结束快退过程→YV6,YV9失电，同时YV4得电松开工件→工件压紧原位行程开关ST9,YV2得电并拔定位销完成工作过程。 综合课程设计 4 双面钻孔组合机床PLC设计 4.双面钻孔组合机床PLC设计 4.1输入输出点分配 列出双面钻孔组合机床PLC的输入\输出点分配表，见表4.1 表4.1 双面钻孔组合机床PLC输入输出分配表 输入信号 输出信
17、号 名称 代号 输入点编号 名称 代号 输出点编号 工件手动夹紧按钮 SB0 I0.0 工件夹紧指示灯 HL Q0.0 总停止按钮 SB1 I0.1 电磁阀 YV1 Q0.1 液压泵电动机M1启动按钮 SB2 I0.2 电磁阀 YV2 Q0.2 液压系统停止按钮 SB3 I0.3 电磁阀 YV3 Q0.3 液压系统启动开关 SB4 I0.4 电磁阀 YV4 Q0.4 左刀具电机M2点动按钮 SB5 I0.5 电磁阀 YV5 Q0.5 右刀具电机M3点动按钮 SB6 I0.6 电磁阀 YV6 Q0.6
18、 夹紧松开手动按钮 SB7 I0.7 电磁阀 YV7 Q0.7 左机快进点动按钮 SB8 I1.0 电磁阀 YV8 Q1.0 左机快退点动按钮 SB9 I1.1 电磁阀 YV9 Q1.1 右机快进点动 SB10 I1.2 电磁阀 YV10 Q1.2 有机快退点动 SB11 I1.3 液压泵电动机 M1接触器 KM1 Q1.3 松开工件定位行程开关 ST1 I1.4 左机刀具电动 机M2接触器 KM2 Q1.4 工件定位行程开关 ST2 I1.5 右机刀具电动 机M2接触器 KM3 Q1.5 左机滑台快进
19、结束行程开关 ST3 I1.6 切削液泵电动机 M4接触器 KM4 Q1.6 左机滑台工进结束行程开关 ST4 I1.7 左机滑台快退结束行程开关 ST5 I2.0 右机滑台快进结束行程开关 ST6 I2.1 右机滑台工进结束行程开关 ST7 I2.2 右机滑台快退结束行程开关 ST8 I2.3 工件压紧原位行程开关 ST9 I2.4 工件压紧压力继电器 KP I2.5 手动选择开关 QA I2.6 4.2 PLC选择 由表3.1可知，
20、24个输入点，16个输出点，根据电压的不同选用输入有4个点的输入模块，分别为M1、M2、M3、M4、M5、M6;S输出有4个点的模块分别为L1、L2、L3、L4。 4.3 双面钻孔组合机床PLC控制接线图。 根据表3.1和如上所述，画出双位组合钻床PLC控制接线图如图3.1所示 图4.1 双面钻孔组合机床PLC控制接线图 综合课程设计 5 双面钻孔组合机床PLC控制程序 5.双面钻孔组合机床PLC控制程序 5.1 设计双面钻孔组合机床自动控制图 根据双面钻孔组合机床的控
21、制要求，设计双面钻孔组合机床PLC自动控制图，如图5.1、5.2、5.3所示 图5.1 控制程序总框图 图5.2 手动控制程序梯形图 图5.3 双面钻孔组合机床PLC自动控制图 5.2设计双面钻孔组合机床PLC总控制梯形图 根据上述，绘出PLC控制梯形图，标出各逻辑行所控制机床的各状态。如图5.4所示 图5.4双面钻孔组合机床PLC控制梯形图 综合课程设计 6 结
22、论 6. 结论 本课程设计旨在充分训练学生综合运用专业知识，在此基础上熟练掌握PLC控制设计，通过对双位组合钻床PLC控制系统设计，加深了对专业知识的理解程度，通过此次课程设计，获益匪浅。 参 考 文 献 [1] 陈根正.可编程控制器原理及应用。西安：陕西科技出版社，1993，9. [2]（苏）伏罗尼切夫.盖宁，塔尔塔可夫斯基.上海科学技术出版社，1978 [3] 林明星.电气控制及可编程序控制器.机械工业出版社.2004，7. [4]许晓扬.专用机床设备设计.重庆大学出版社.2003，7. 致 谢 感谢谭兴强老师在此课程设计上提供的无私帮助，在此表示由衷感谢！
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