雙面鉆孔組合機(jī)床 (3)

摘要組合機(jī)床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國(guó)傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，它的加工對(duì)象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類(lèi)和軸類(lèi)零件，完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車(chē)端面和凸臺(tái)，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一種新型的組合機(jī)床柔性組合機(jī)床越來(lái)越受到人們的青睞，它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。 本文對(duì)可編程序控制器（PLC）應(yīng)用于雙面鉆孔組合機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想作了介紹。對(duì)系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)作了較為詳細(xì)的闡述。關(guān)鍵詞：可編程控制器（PLC）,組合機(jī)床,步進(jìn)梯形指令(STL)，動(dòng)力滑臺(tái)。Abstract Combination machine tools and automatic line is a comprehensive collection and integration of high degree of automation in the manufacturing technology and process equipment packages. It is characterized by highly efficient, high quality, economical and practical, they have been widely used for mechanical engineering, communications, energy, industry, light industry, and home electrical appliances industry. Our traditional combination machine tools and machine tool portfolio automatically routes primarily use machines, electricity, gas, hydraulic control, and its processing is targeted at the production lot larger-and medium-bold type and Zhou Lei parts and complete drilling, reaming, cut Kong, the processing of thread, boring, cars carry noodles and protrude Taiwan in Conedera smooth-bore various shapes shafts and horizontal Xianxiao and shape face. As technology advances, a new portfolio of machine tools - soft combination machine tools increasingly been favored, it applied a line box, convertible main boxes, coding and cutlery accompanying jig automatic replacement, coupled with programmable controller (PLC), numerical control (NC), to arbitrarily change the work cycle control and drive systems, and the flexibility to adapt to the multi-species processing scale variable portfolio tools. This article mainly introduces the design thought of PLC applying for Modular Machine Tool electronic control system. It gives a detailed statement on the components of the system hardware and design of software.Key words: PLC； Modular Machine Tool；STL。第一章 引 言1.1 課題背景 我國(guó)加入WTO以后，制造業(yè)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)適時(shí)調(diào)整戰(zhàn)略，采取了積極的應(yīng)對(duì)策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷(xiāo)兩旺的良好勢(shì)頭，截至2002年9月份，組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)僅組合機(jī)床產(chǎn)品一項(xiàng)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量已達(dá)800余臺(tái)，產(chǎn)值達(dá)3個(gè)億以上，較2001年同比增長(zhǎng)了10%以上, 另外組合機(jī)床行業(yè)工業(yè)增加值、產(chǎn)品銷(xiāo)售率、全員工資總額、出口交貨值等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有不同程度的增長(zhǎng)，新產(chǎn)品、新技術(shù)較上年均有大幅度提高，可見(jiàn)行業(yè)企業(yè)運(yùn)營(yíng)狀況良好。 組合機(jī)床及其PLC電氣控制系統(tǒng)是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國(guó)傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床電氣控制系統(tǒng)主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，它的加工對(duì)象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類(lèi)和軸類(lèi)零件（近年研制的組合機(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車(chē)端面和凸臺(tái)，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。組合機(jī)床的分類(lèi)繁多，有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)式組合機(jī)床等；隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一種新型的組合機(jī)床柔性組合機(jī)床越來(lái)越受到人們的青睞，它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外，近年來(lái)組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)（清洗機(jī)、裝配機(jī)、綜合測(cè)量機(jī)、試驗(yàn)機(jī)、輸送線）等在組合機(jī)床行業(yè)中所占份額也越來(lái)越大。1.1.1 組合機(jī)床的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀從2002年年底第21屆日本國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)上獲悉，在來(lái)自世界10多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的500多家機(jī)床制造商和團(tuán)體展示的最先進(jìn)機(jī)床設(shè)備中，超高速和超高精度加工技術(shù)裝備與復(fù)合、多功能、多軸化控制設(shè)備等深受歡迎。據(jù)專(zhuān)家分析，機(jī)床裝備的高速和超高速加工技術(shù)的關(guān)鍵是提高機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度。該屆博覽會(huì)上展出的加工中心，主軸轉(zhuǎn)速1000020000r/min，最高進(jìn)給速度可達(dá)2060m/min；復(fù)合、多功能、多軸化控制裝備的前景亦被看好。在零部件一體化程度不斷提高、數(shù)量減少的同時(shí)，加工的形狀卻日益復(fù)雜。多軸化控制的機(jī)床裝備適合加工形狀復(fù)雜的工件。另外，產(chǎn)品周期的縮短也要求加工機(jī)床能夠隨時(shí)調(diào)整和適應(yīng)新的變化，滿足各種各樣產(chǎn)品的加工需求。 然而更關(guān)鍵的是現(xiàn)代通信技術(shù)在機(jī)床裝備中的應(yīng)用，信息通信技術(shù)的引進(jìn)使得現(xiàn)代機(jī)床的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，操作者可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或手機(jī)對(duì)機(jī)床的程序進(jìn)行遠(yuǎn)程修改，對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)控并積累有關(guān)數(shù)據(jù)；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)遠(yuǎn)程的設(shè)備進(jìn)行維修和檢查、提供售后服務(wù)等。在這些方面我國(guó)組合機(jī)床裝備還有相當(dāng)大的差距，因此我國(guó)組合機(jī)床技術(shù)裝備高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調(diào)可變、任意加工性以及通信技術(shù)的應(yīng)用將是今后的發(fā)展方向。1.1.2 PLC控制技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車(chē)、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。 我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開(kāi)放開(kāi)始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無(wú)錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的PLC生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。1.2 組合機(jī)床的概述 1.2.1 組合機(jī)床的概念 組合機(jī)床是由一些通用部件及少量的專(zhuān)用部件組成的高效自動(dòng)化或半自動(dòng)化的專(zhuān)用機(jī)床，可完成鉆孔，擴(kuò)孔，鉸孔，鏜孔，攻絲，車(chē)削，銑削，磨削等工藝，一般采用多軸、多刀、多工序、多面同時(shí)加工。1.2.2雙面鉆孔組合機(jī)床的介紹組合機(jī)床的控制系統(tǒng)大多采用機(jī)械、液壓、氣動(dòng)和電氣控制相結(jié)合的控制方式。組合機(jī)床的控制線路的總體設(shè)計(jì)是由通用部件的典型控制線路和一些基本的環(huán)節(jié)組成。組合機(jī)床構(gòu)成：通用部件、動(dòng)力部件（動(dòng)力頭和滑臺(tái)），支撐部件、（滑坐、床身、立柱），輸送部件（回轉(zhuǎn)臺(tái)、機(jī)械手等零件和產(chǎn)品的輸送裝置）。動(dòng)力頭：能同時(shí)完成切削和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置（部件）。動(dòng)力滑臺(tái)：只完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置（部件），有液壓和機(jī)械兩種結(jié)構(gòu)形式。1.3 可編程序控制器及應(yīng)用 1.3.1 可編程序控制器概述 PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。1.3.2 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作方式從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。PLC源于用計(jì)算機(jī)控制來(lái)取代繼電接觸器，所以PLC具有同通用計(jì)算機(jī)的相同之處，如具有相同基本結(jié)構(gòu)和相同的指令執(zhí)行原理。但是，兩者的工作方式上確有著重要的區(qū)別，不同之處體現(xiàn)在PLC的CPU上采用循環(huán)掃描工作方式，集中進(jìn)行輸入采樣，集中進(jìn)行輸出刷新，I/O映像區(qū)分別存放執(zhí)行程序之前的各輸入狀態(tài)和執(zhí)行過(guò)程中個(gè)結(jié)果的狀態(tài)。1.3.3 S7-200系列PLC指令系統(tǒng) S7-200PLC的指令由助記符和操作符兩部分組成。常用指令：1.LD/LDN指令2.A/AN指令3.O/ON指令4.輸出指令5.NOT指令6.置位/復(fù)位指令7.NOP指令8.END指令。比較指令：1.字節(jié)比較指令2.整數(shù)比較指令3.雙字整數(shù)比較指令4.實(shí)數(shù)比較指令5.比較指令應(yīng)用實(shí)例。程序控制指令：1.JMP/LBL跳轉(zhuǎn)指令2.FOR/NEXT循環(huán)指令3.CALL/CRET子程序指令。定時(shí)器指令，計(jì)數(shù)器指令。數(shù)據(jù)處理指令：1.傳送指令和塊傳送指令2.算術(shù)運(yùn)算指令。 第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案2.1機(jī)械動(dòng)力滑臺(tái)2.1.1機(jī)械動(dòng)力滑臺(tái)原理分析 圖2-1 A I1.3 A I1.4 = Q1.0 3.3.3 PLC的I/O地址分配序號(hào) 符號(hào) 功能描述 序號(hào) 符號(hào) 功能描述 1 I0.0 SB1 17 I2.0 KP 2 I0.1 SB2 18 Q0.0 KM1 3 I0.2 SB3 19 Q0.1 KM2 4 I0.3 SB4 20 Q0.2 KM3 5 I0.4 SB5 21 Q0.3 YA1 6 I0.5 SB6 22 Q0.4 YA2 7 I0.6 SA1 23 Q0.5 YA3 8 I0.7 SA2 24 Q0.6 YA4 9 I1.0 SA3 25 Q0.7 YA5 10 I1.1 SA4 26 Q1.0 YA6 11 I1.2 SA5 27 Q1.1 KA1 12 I1.3 SQ1 28 Q1.2 KA2 13 I1.4 SQ2 29 Q1.3 KA3 14 I1.5 SQ3 30 Q1.4 KA4 15 I1.6 SQ4 31 Q1.5 KA5 16 I1.7 SA 總 結(jié) 通過(guò)幾個(gè)月的時(shí)間完成了雙面鉆孔組合機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)中包含的部分參數(shù)和圖片來(lái)自實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，將在以后的工作和學(xué)習(xí)中起到良好的作用。設(shè)計(jì)雖然已經(jīng)完成，由于本人能力有限，難免有不足之出，請(qǐng)老師多多指導(dǎo)。但是，本系統(tǒng)中還是存在一些問(wèn)題：首先，由于設(shè)計(jì)者沒(méi)有相關(guān)行業(yè)的操作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其中的實(shí)際需求不能很好的把握，這就造成了一些功能在設(shè)置上就可能不符合實(shí)際操作人員的要求。另外，機(jī)械設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的不足，使得我們?cè)诳紤]很多問(wèn)題時(shí)，并沒(méi)有考慮去全局出發(fā)，形成周密的計(jì)劃，而只是從一個(gè)方面去考慮。對(duì)軟件，也沒(méi)有時(shí)間和能力進(jìn)行正式的測(cè)試，所以難免有邏輯上的錯(cuò)誤出現(xiàn)。最重要的是，由于對(duì)機(jī)械本身的熟練程度不高，在實(shí)現(xiàn)一些比較復(fù)雜的功能時(shí)，有很大的難度。這就使得一些很好的設(shè)想不能實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，人性化方面的考慮也不能得到解決。經(jīng)過(guò)此次設(shè)計(jì)，能夠更好的把學(xué)校學(xué)到的知識(shí)在生產(chǎn)中得到應(yīng)用，同時(shí)對(duì)機(jī)械設(shè)備也有了更加深入的了解，高效，快捷，精確在此得到體現(xiàn)。在以后的工作和學(xué)習(xí)中，應(yīng)更加努力做好本職工作并不斷自我提高。雖然有的諸多的問(wèn)題和困難，但通過(guò)這一次的開(kāi)發(fā)任務(wù)，仍使我在機(jī)械的合作設(shè)計(jì)、前期的設(shè)計(jì)計(jì)劃方面獲益匪淺。致 謝 在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我得到了指導(dǎo)老師的熱心指導(dǎo)和幫助，在此表示感謝！感謝指導(dǎo)老師在這次設(shè)計(jì)中給于我的指導(dǎo)和建議，這些幫助為我設(shè)計(jì)的順利完成起到很好的作用，豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，良好的知識(shí)儲(chǔ)備更為設(shè)計(jì)帶來(lái)技術(shù)和理論知識(shí).感謝西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院提供了教研室和良好的上網(wǎng)環(huán)境。感謝我的合作伙伴蘭晶同學(xué)在做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間對(duì)我的幫助，她與我的良好合作，保證了畢業(yè)設(shè)計(jì)的按時(shí)完成。再一次感謝指導(dǎo)老師和各位在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間幫助過(guò)我的人！參考文獻(xiàn)1 高欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例M.北京：人民郵電出版社，2004.7：16145.2 郁漢琪.電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)M.南京：東南大學(xué)出版社，2003.6：5388.3 梁為.可編程序控制器原理及應(yīng)用M.北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.10：130154.4 鐘肇新.可編程控制器原理及應(yīng)用M. 廣東：華南理工大學(xué)出版社，2003.5：16180.5 袁任光.可編程序控制器(PC)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例M.廣東：華南理工大學(xué)出版社，1997.6：149182.6 天津大學(xué)無(wú)線電材料與元件教研室編.電容器M.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1981：74103.7 黃冰，蔣廷標(biāo)等.單片機(jī)原理及應(yīng)用(MCS-51)M.重慶:重慶大學(xué)出版社, 2003.8：160192.8 周德儉.數(shù)控技術(shù)M.重慶:重慶大學(xué)出版社,2001.11：7882.9 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