双面钻孔组合机床控制系统分析与设计.doc
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1、双面钻孔组合机床控制系统分析与设计 目 录摘要1关键词1Abstract1Key words1引言 21双面钻孔组合机床的总体分析31.1机床的主要结构部件31.2双面钻孔组合机床工作过程31.3 液压元件的选择41.3.1液压阀及过滤器的选择41.3.2 油管的选择5 1.4双面钻孔组合机床液压系统控制分析5 2双面钻孔组合机床的控制系统的总体设计62.1双面钻孔组合机床主电路设计62.2双面钻孔组合机床总控制过程72.3 PLC控制系统的简介82.3.1 PLC的定义及组成82.3.2 PLC的工作方式与运行框图93 PLC控制系统硬件设计113.1 PLC的选型113.2 PLC I/O
2、分配和接线114 PLC控制系统软件设计134.1 PLC的编程方式134.2 PLC控制系统设计思路144.3 PLC控制程序设计及顺序功能图15总结17参考文献18致谢19双面钻孔组合机床控制系统分析与设计摘要: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
3、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。关键词:PLC;双面钻孔;组合机床;控制系统Analysis and Design of Double Hole Modular Machine Tool Control SystemAbstract:The new combination drilling machine, belongs to the mechanical processing with the drilling machine. It consists of the workbench, ins
4、talled on both ends of the workbench, and one side of the guide rail, rail is parallel to the edge of the table, the drill stand by hanging and lock screw is installed on the guide rail; Equipped with dovetail guideway, drill stand can move on the guide rail level; Drill stand including actuator mou
5、nted on the slip board, slip board, sliding board on the bottom has to match the dovetail on the guide rail of the dovetail groove, mechanical sliding table is equipped with the support frame, the main supporting frame is equipped with longitudinal mechanical sliding table and control system, contro
6、l system to connect a control activity button station, longitudinal mechanical sliding table is equipped with auxiliary support leg, auxiliary supporting frame through mechanical sliding table equipped with horizontal drilling power head. It solves the existing special drilling machine.Key words: PL
7、C; Double-sided drilling; Combination machine tools; Control system摘要:以双面钻孔组合控制机床为研究对象,通过对主要结构和运动形式的探究以及对机床的工作过程和控制要求分析,给出了机床动作循环图、液压元件动作表。并采用PLC控制系统的设计方法, 进行了软硬件设计,根据双面钻孔组合机床的电气控制要求,本文设计了以PLC为核心的主控制系统,系统阐述了控制系统硬件和软件的设计过程,并编写出PLC控制程序的梯形图和指令表,通过上位计算机可对机床的现场状态实时监控和对工作参数进行调整,从而使系统工作达到最佳状态。有效解决了传统组合机床生产
8、过程中故障率高,操作复杂以及维护困难等问题。使整个控制系统的操作变得简单、方便,大大提高了系统的自动化程度和实用性。引言最早的组合机床是1911年在美国制成的,用于加工汽车零件。初期,各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性,便于用户使用和维修,1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商,确定了组合机床通用部件标准化的原则,即严格规定各部件间的联系尺寸,但对部件结构未作规定。在我国,组合机床的科研和生产都具有相当的基础,应用也已深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新,进行技术改造,提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。组合机床未来的发
9、展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动,以简化结构、缩短生产节拍;采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统,以提高工艺可调性;以及纳入柔性制造系统等。工业生产对电器控制设备的可靠行的要求非常高,需具有很强的抗干扰能力强,能在很恶劣的环境下(如温度高、湿度大、金属粉尘多、距离高压设备近、有较强的高频电磁干扰等)长期连续可靠地工作,平均无故障时间(MTBF)长,故障修复时间短。能适应工业现场的恶劣环境。可以说,没有任何一种工业控制设备能够达到可编程控制器的可靠性。在PLC的设计和制造过程中,采取了精选元器件及多层次抗干扰等措施,使PLC的平均无故障时间MTBF通常在10万小时以上,有些PLC的
10、平均无故障时间可以达到几十万小时以上,如三菱公司的F1,F2系列的MTBF可达到30万小时,有些高档的MTBF还要高得多,绝这是其他电气设备根本做不到的。本课题介绍了一种全新的自动化控制理念,由双面钻孔机床自动控制的实际条件出发,利用PLC对双面钻孔组合机床的电气控制系统经行了改造设计。机床对面布置两个液压动力滑台,两边的滑台上分别固定着左、右刀具电动机,工件定位夹紧装置装在中间底座上。双面钻孔组合机床是一种高效自动化的装用加工设备,它可以用来在工件两相对表面上钻孔,并取得了良好效果。组合机床的控制系统大多采用机械、液压、气动和电气控制相结合的控制方式。组合机床的控制线路的总体设计是由通用部件
11、的典型控制线路和一些基本的环节组成。 双面钻孔组合机床是针对在工件两相对表面进行钻孔加工而设计的一种高效自动化专用加工设备,其主要结构为:左、右两个动力滑台对称布置,安装在标准侧底座上。左、右刀具电动机分别固定在左、右滑台上,中间底座上装有工件定位、工件夹紧装置。该双面钻孔组合机床采用电动机驱动和液压系统驱动相结合的驱动方式,其控制过程是典型的顺序循环控制。1 双面钻孔组合机床的总体分析组合机床是一种专用高效自动化技术装备,目前它仍是大批量机械产品实现高效、高质量和经济生产的关键装备。显然,在大批量生产的机械工业部门,大量采用的设备是组合机床和自动线。因此,组合机床及自动化的技术性能和综合自动
12、化水平,在很大程度上决定了这些工业部门产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构,也在很大程度上决定了产品的竞争力和企业的发展前景1。1.1 机床的主要结构部件 机床主要由底座、床身、主轴箱及钻头、工件定位及夹紧装置、动力滑台、工作台、油缸、多种液压阀等组成。床身的两边各安装左、右高速钢椎柄麻花钻头,可以同时对定位于中间工件进行双面加工。两个动力滑台对面布置并安装在标准侧底座上,刀具电动机M2、M3分别固定在左、右动力滑台上,中间底座上装有工件定位夹紧装置2。机床主要结构及结构简图如图1-1所示。图1-1 双面钻孔组合机床主结构简图1.侧底刀;2.刀具电动机;3工件定位夹紧装置;4.主轴箱及
13、钻头; 5.动力滑台;1.2 双面钻孔组合机床工作过程 机床的电气控制要求:液压泵电动机先启动,系统正常供油后,其它控制电路通电工作;左、右刀具电动机在滑台进给循环开始时启动,滑台退回到原来位置后停机。冷却泵电动机可手动控制启停,也可在左、右滑台工作时,进给自动提供油液。其控制过程是典型的顺序控制,所以当把工件装入夹紧装置后,按下启动按钮SB3,机床便开始进行自动循环的过程,其循环过程如图1-2所示。图1-2 机床动力头工作循环示意图1.3 液压元件的选择1.3.1 液压阀及过滤器的选择 根据液压阀在系统中的最高工作压力与通过该阀的最大流量,可选出这些元件的型号及规格。本例所有阀的额定压力都为
14、56310Pa,额定流量根据各阀通过的流量,确定为10L/min,25L/min和63L/min三种规格,所有元件的规格型号列于表1-1中,过滤器按液压泵额定流量的两倍选取吸油用线隙式过滤器。表1-1液压元件明细表序号元件名称最大通过流量/L。min-1型号1双联叶片泵22.5YB-A26B2单向阀12I-25B3三位五通电磁阀3235D-63BY4二位二通电磁阀3222D-63BH5调速阀0.32Q-10B6压力继电器-DP-63B7单向阀16I-25B8液控顺序阀0.16XY-25B9背压阀0.16B-10B10液控顺序阀(卸载用)16XY-25B11单向阀12I-25B12溢流阀4Y-1
15、0B13过滤器45XU-BU2*10014压力表开关-K-6B15减压阀20J-63B16单向阀2024D-40B17而维思通电磁阀20XI-63B18单向顺序阀-DP-63B19压力继电器-DP-63B20压力继电器-1.3.2 油管的选择 根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸。液压缸的进、出油管按输入、排出的最大流量来计算。由于本系统液压缸差动连接快进快退时,油管内通油量最大,其实际流量为泵的额定流量的两倍达45L/min,则液压缸进、出油管直径d按产品样本,选用内径为10mm,外径为18mm的冷拔钢管。1.4 双面钻孔组合机床液压系统控制分析 机床动力滑台和工件定位、夹紧装置由液压
16、系统驱动。定位装置和夹紧装置用液压系统控制,传感器传递信号完成工件的定位和夹紧,实现自动加工。钻孔滑台的前进后退和钻孔动力头的动作用由PLC控制,行程开关传出信号,实现钻孔加工量的调整和钻孔加工。电磁阀线圈YV9和YV10控制定位销液压缸活塞运动方向;YV1和YV2控制夹紧装置液压缸活塞运动方向;YV3、YV4和YV7为左机滑台油路中电磁阀换向线圈;YV5、YV6和YV8为右机滑台油路中电磁阀换向线圈,电磁阀动作状态见表1-2。表1-2 电磁阀动作状态表序号动作名称定位夹紧左机右机卸荷左电机右电机液压泵切削液电机YV9YV10YV1YV2YV3YV4YV7YV5YV6YV8YV11M1M2M3
17、M41启动-+-+-2工件定位+-+-3工件夹紧+-+-+-4快进+-+-+-+-+-+-5工进+-+-+-+-+6快退+-+-+-+-+-7松开夹紧+-+-+-8拔销-+-+-9紧急停止-从表1-2中可以看出,电磁阀YV9线圈通电时,机床工件定位装置将工件定位;当电磁阀YV1通电时,机床工件夹紧装置将工件夹紧;当电磁阀YV1、YV3通电时,左机滑台快速移动;当电磁阀YV1、YV5通电时,右机滑台快速移动;当电磁阀YV1、YV7或YV1、YV8通电时,左机滑台或右机滑台工进;当电磁阀YV1、YV4或YV1、YV6通电时,左机滑台或右机滑台快速后退;当电磁阀YV2通电时,松开定位销;当电磁阀YV
18、10通电时,机床拨开定位销;定位销松开后,撞击行程开关SQ1,机床停止运行3。液压控制程序系统及各工步转换主令、电磁阀线圈通电状态如图1-3所示。 图1-3 液压系统原理图1液压泵;2溢流阀;3电磁阀;4减压阀;5过滤器;6换向阀;7调速阀;8单向阀;9定位液压缸;10溢流阀;11压力继电器;12换向阀;13节流阀;14单向阀;15夹紧液压缸;16节流阀;17换向阀;18换向阀;19液压缸;20液压缸;21换向阀;22节流阀;23换向阀;双面钻孔组合机床左、右机液压滑台控制要求完全相同,都是完成“快进工进快退停止”循环过程,可采用顺序程序设计法设计。2 双面钻孔组合机床控制系统总体设计2.1
19、双面钻孔组合机床主电路设计 本机床采用四台电动机和液压系统相结合的驱动方式,其中电动机M2,M3分别带动左、右主轴箱的刀具主轴提供切削运动,而左、右动力滑台和工件定位夹紧装置则由液压系统驱动,M1为液压泵的驱动电动机,M4为冷却泵电动机。 生产实践中很多机械(如龙门刨床、导轨磨床等)的工作台需要往复运动,利用行程开关可实现往复运动控制。双面钻孔组合机床的左,右钻头的旋转,分别由交流电机带动,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。液压泵电动机 左刀电机 右刀电机 切削液电机 M1 3 M1 3 M3 3 M4 3L1L2L3QSFU1FU2FU3FU4KM1KM2
20、KM3KM4FR1FR2FR3FR4图2-1 双面钻孔组合机床主电路原理图2.2 双面钻孔组合机床总控制过程 (1)系统启动:按下系统启动按钮SB3接触器KM1启动并自锁液压泵电动机M1启动系统启动。(2)液压回路启动:按下液压回路启动按钮SB2启动液压回路。(3)工件定位:当启动液压回路后由于KM1自锁电磁铁YV9得电,液压缸工作实现工件定位。(4)工件的夹紧:当工件定好位后遇到定位行程开关SQ2接通电磁铁YV1,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M
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