PLC控制立式单面斜油孔组合机床设计.docx
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PLC控制立式单面斜油孔组合机床设计.docx
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PLC控制立式单面斜油孔组合机床设计
ANYANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY
本科毕业论文
PLC控制立式单面斜油孔组合机床设计
VerticalsingleinclinedoilholecombinationmachinetooscontroldesignbasedonPLC
系(院)名称:
电子信息与电气工程
专业班级:
11届自动化专升本班
学生姓名:
xxx
指导教师姓名:
xxx
指导教师职称:
工程师/高级实验师
2011年4月
PLC控制立式单面斜油孔组合机床设计
专业班级:
09级自动化专升本班学生姓名:
牛晓苛
指导教师:
蔡继民/赵艳春职称:
工程师/高级实验师
摘要随着技术的进步,生产机械对电气自动控制的要求日益提高,由PLC控制的机床生产已成为当今机械生产的主流。
基于当今汽车制造业及其他机械行业的迅速发展,专用组合机床以其独特的优点在机床使用中占有重要的地位。
目前加工六缸缸体发动机的常用机床加工速度慢,而且精度不够高,因此需设计专用机床来弥补这一缺点,从而提高加工速度和精度。
因此生产加工六缸缸体发动机的生产加工线应运而生,立式单面斜油孔组合机床是这一生产线的第一部机床,主要负责在加工发动机六缸缸体时加工工艺销孔,这是六缸缸体加工的第一步,也是最关键的一步,这一步的成败直接影响到工件的后续加工,因此对该组合机床的控制系统的设计就尤为重要。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术和严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。
同时,PLC还具有配套齐全,功能完善,适用性强,系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造,体积小,重量轻,能耗低等优点,从而保证复杂的电气控制过程,使机床能够安全可靠的工作。
PLC凭借着这些自身特点在机床控制系统中被广泛应用。
本设计基于PLC的控制特点完成了以PLC为核心的立式单面斜油孔组合机床控制系统的设计,该方案能充分利用PLC的逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令,通过数字式、模拟式的输入和输出,来对复杂电路进行控制。
关键词PLC机床发动机控制系统
Processsingle-sidedhorizontalhingepinholedrillingmachinecombinationscontrolsystemdesign
AbstractwiththedevelopmentoftechnologyproductionmachineryelectricalautomaticcontrolrequirementsforincreasingcontrolledbyPLCofmachinetoolsmanufacturingproductionhasbecomethemainstreamofproductionmachinerytodayBasedontherapiddevelopmentoftoday'sautomobilemanufacturingindustryandothersectorsofmachinery,special-purposemachinetoolplaysanimportantroleintheuseofthemachineforitsuniquecombinationofadvantagesCurrentlythecommonlymachineusedtoprocessSix-cylinderengineisslowandtheaccuracyisnothighenough,sothedesignofspecialtoolsrequiredtomakeupforthisshortcoming,enhancingtheprocessingspeedandaccuracy. Thereforetheblockproductionlinetoproductsix-cylinderenginecomesintobeing,horizontaltechnologyononesideofhingepinholedrillingmachineisthefirstproductionofthelineofmachinetools,itsprimarilyresponsibleistoprocessholeforsix-cylinderengineintheprocessing,thisisnotonlythefirststepinprocessingofsix-cylinderbutalsothemostcrucialstepThestepisadirectimpactonthesuccessorfailureoffollow-upprocessingoftheworkpiecesothecontrolsystemdesignofthecombinationofmachinetoolisparticularlyimportant.PLCasaresultoftheuseofmodernlarge-scaleintegratedcircuittechnologyandstrictproductionprocess,theinternalcircuittotakeanadvancedanti-jammingtechnology,withhighreliability. Atthesametime,PLCalsohasthecompletepackage,perfectfunctions,applicability,systemdesign,constructionworkinsmall,easymaintenance,easytotransform,smallsize,lightweight,lowpowerconsumption,thusensuringtheelectricalcontrolofcomplexprocesses,sothatsafeandreliablemachinetowork. PLCwithitsowncharacteristicswiththoseiswidelyusedinthemachinetoolcontrolsystem.ThedesignisbasedonthecharacteristicsofPLCcontrol,completingthedesignofcontrolsystemofaPLCasthecoretechnologyofhorizontalsinglehingepinholedrillingmachinecombination,theprogramcantakefulladvantageofthePLCislogicoperations,sequencecontrol,timing,countingandarithmeticoperations,suchasoperationcommands,throughdigital,analoginputandoutput,tocontrolthecomplexityofthecircuit.
KeywordsPLCMachineControlssystem
引言
制造业中使用的生产设备与生产过程的控制,一般需要工作机构,传送机构原动机以及控制系统等部分。
最初的电气控制装置只是使用一些简单的手动电器进行控制。
这些简单的手动电器只能适应电动机容量小,控制简单,操作单一的场合。
随着技术的进步与现代化生产方式的转变,为适应多品种、小批量生产的需要,生产发展起来了一种新型的工业控制装置PLC,PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器,仅剩下与输入和输出有关的少量硬件,接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100,因触点接触不良造成的故障大为减少。
PLC有较强的带负载能力,可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器,可以用于各种规模的工业控制场合。
接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,系统的设计、安装、调试工作量小,维护方便,容易改造。
本机床采用PLC控制低压开关电器、接触器、继电器、熔断器等的工作,通过其断开和闭合来控制电机的运行,电机带动刀具进行钻孔加工。
本机床为立式单面布置,由一个通用技术标准的SEHY500/630液压滑台,带动一个630*1000的主轴箱,支持部件为一个专用立柱,一个专用立柱底座,一个中间底座组成,中间底座上纺织机床夹具。
机床有自动输送装置。
并配有独立的电气柜、液压站、集中润滑等装置、大流量冷却磁性排屑装置,高防护。
加紧方式为工件的定位形式为一面两销的定位方式。
机床工作前:
首先,手动闭合电气柜侧面电闸。
接通机床总电源。
然后进行操作,人工上件,按加紧按钮。
主轴启动、滑台快进、工进。
加工完毕后。
滑台快退、主轴停止。
夹紧油缸松开。
自动下件,进入下一次循环。
第一章绪论
1.1本课题的提出与任务
1.1.1控制系统的选择依据
机械加工主要包括机床控制和机床生产两部分。
工业控制中,先前的大部分控制系统都是使用继电器—接触器控制系统,也就是说是由无数根导线,触电和线圈组成的硬布线逻辑系统来实现控制。
由于元器件多,触点多,已出现故障,可靠性差,使用寿命短,维护复杂,最重要的是要想随时改变这种逻辑系统,其复杂程度,耗费金钱和时间上都让人望而却步。
计算机控制具有完备而通用的功能,灵活多变的系统结构和控制程序。
但它的编程语言复杂难学,需要专门培训才行,它对工作环境要求也很高。
所以它主要适合办公,管理等。
但如果将计算机和继电器—接触器控制结合起来,制成一种通用控制装置,并将计算机编程方式加以简化,将形成简单易学的编程方法,灵活方便的操作方式和廉的价格,是不熟悉计算机的人也能方便的使用。
PlC是依据这种将计算机和继电器—接触器控制系统的优点相结合的思想而产生的,它编程语言简单易学,可靠性、适应性强,体积小,维护简单。
尽量低使得它一问世便脱颖而出。
在当前和未来的工业控制中起到重要的作用。
因此在本次设计中我采用PLC控制系统。
1.1.2本课题的任务简介
通常,电气控制系统主要包括以下三个主要环节:
*动力部分:
他是整个系统的电源供给环节,是整个系统的主干,是电能转化为其他形式的能量的通道部件,包括动力开关、电气控制部件、电动机等。
*生产过程自动控制部件:
它是生产过程自动化的核心,也是间接控制、指挥动力电器及系统工作的部件,包括继电器和各种控制仪表、智能仪表等。
*传动装置:
该部分是生产机械的连接及传动环节,位于电动机和工作机械之间,如减速箱、皮带、连轴器等。
这三部分之间的关系如下图1-1所示。
图1-1电气控制系统示意图
其中,反馈装置只在闭环系统中才会需要,开环系统则不需要。
反馈装置往往采用控制电动机来实现反馈功能。
控制设备传统采用继电器-接触器控制系统,因继电器、接触器均为带触点的控制电器,所以又称为有触电系统。
为提高系统的工作可靠性,进而出现了以数字电路为主的无触点系统。
数字电路发展很快,从分立元件到集成电路,现又发展到微型计算机控制系统。
生产机械一般由三个基本部分组成,即工作机构、传动机构和原动机。
当原动机为电动机时,也就是说有电动机通过传动机构带动工作机构进行工作时,这种拖动方式就称为电力拖动。
一般来说,机床电力拖动系统是将电能转化为机械能,是由使机器动作的电动机、电气控制装置、以及电动机和机床运动部件相互联系的传动机构组成。
可以分为两部分:
电力拖动部分(包括电动机以及使电动机和机床相互连接起来的传动机构)和电气控制部分。
人们把电动机以及与电动机有关联的传动机构合并在一起视为电力拖动部分;把满足加工工艺要求使电动机启动、制动、反向、调速等电气控制和电气操作部分视为电气控制部分,或为电气自动控制装置。
本机床为立式单面布置,配有独立的电气柜、液压站、集中润滑等装置、大流量冷却磁性排屑装置,高防护。
加紧方式:
工件的定位形式为一面两销的定位方式。
操作方法:
首先,手动闭合电气柜侧面电闸。
接通机床总电源。
然后,人工上件,按加紧按钮。
滑台快进。
加工完毕后。
滑台快退。
夹紧油缸松开。
自动下件,进入下一次循环。
加工节拍:
6分钟/件。
第二章立式单面斜油孔组合机床的基本结构和工作原理
2.1立式单面斜油孔组合机床的结构
立式单面斜油孔组合机床可分为工作床身(机械部分)和控制柜(电气控制)两大部分。
2.1.1机床的床身
除了控制系统以外,机床加工是机械加工的另一主题。
所有工件都在床身上加工,立式单面斜油孔机床立式单面斜油孔组合机床床身由工作台、冷却装置、排屑装置、冲屑装置、润滑装置和液压装置几部分组成。
机床结构分布图如图2-1所示。
1)工作台:
将需要加工的零件固定在操作台上,工件三面定位,液压夹紧,由主轴电机带动刀具进行钻孔销孔加工,加工内容有立滑台和卧滑台配合控制。
2)冷却装置:
采用大流量冷却,由冷却电机和油冷电机分别控制。
以保证机床工作在允许的温度范围,同时也保证机床能够长时间的处于工作状态,在钻孔加工过程中不会由于温度过高而烧坏被加工零件。
3)冲屑装置:
将加工产生的铁屑冲刷掉,保持工作台的清洁才能保证零件加工的精度。
4)排屑装置:
采用磁刮板自动排屑,铁屑被排放在水槽堆积,排屑电机带动磁铁链通过磁场作用将其直接排除。
5)润滑装置:
采用递进式自动集中润滑,给机床加入润滑油以减小磨擦。
6)液压装置:
液压电机控制控制液压站,一方面夹紧被加工零件,另一方面移动两个操作台进行轮换加工。
本机床采用SEHY500/630液压滑台(图2-1)是用来实现进给运动的动力部件。
该滑台可根据被加工零件的工艺要求,在其上配置不同形式的切削头和支承部件组成组合机床,可完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、车端面、铣削及攻丝工序。
滑台配有分级进给装置,可完成深孔加工。
图2-1立式单面斜油孔组合机床的结构分布图
2-2SEHY500/630滑台实物及机械图
2.1.2电气控制柜
电气控制柜是立卧式单面斜油孔组合机床的电气控制部分,是本设计的重点,主要用于控制各个电机的运行,从而控制机床的正常工作。
电气控制柜基本思路是一种逻辑思想,只要符合逻辑思想,能把满足生产工艺的要求就可以说是一个好的设计,这些设计包括电气控制柜的结构设计,电气控制柜总体配置图,总宗接线图设计及各部分电器装配图与接线图设计,同时还要有部分原件目录,进出线号及主要材料清单等技术材料。
由于各种电器元件安装位置不同,在构成一个完整的电气控制系统时,就必须划分组件。
其原则是
(1)把功能类似的元件组合在一起。
(2)尽可能减少组件之间连线数量,同时把接线关系密切的控制电器置于同一组中。
(3)让强弱控制器分离,以减少干扰。
(4)为了电气控制系统便于检查和调试,把需经常调节维护和易损元件组合在一起。
电器元件布置图是某些电器元件按一定原则的组合。
设计时应遵循
(1)同意组件中电器元件的布置应注意将体积大和较重的元件放在下边,而发热元件安装在电气控制柜的上部或后部,但热继电器乙方在其下部,因为热继电器的出线端直接与电动机相连便于出线。
(2)强电弱电分开并注意屏蔽,防止外界干扰。
(3)电器元件的布置应考虑安全间隙,并做到整齐,美观。
若采用出线槽配线方式,应适当加大各排电器间距,以利于布线和维护。
(4)各电器元件的位置确定以后,便可绘制电器布置图。
电器布置图是根据电器元件的外形轮廓绘制的,绘制要做到尽量减轻柜体重量,节约材料,便于安装等。
(5)在电器布置图设计中,还要根据本部件进出线数量,采用导线规格及出线位置等,选择进出线方式及接线端子排,连接器或插座,并按一定顺序表上进出线的接线号。
然后,电气控制柜需安装空调和照明灯,空调用于保证可编程控制器PLC以及其它电气元件正常运行的环境温度;照明灯采用常闭控制,即当关上机柜门时灯灭,当打开机柜门时开关处于闭合状态,照明灯发光以便于检修。
总之,根据以上要求,应先勾画出电气控制柜箱体的外形草图,估算出各部分尺寸,然后在进一步根据对称,美观使用方便来调整各个尺寸比例。
还要根据各种图纸,对电气控制柜需要的各种零件及材料进行综合统计,按类别列出外购成品件的汇总清单表,标准件清单表,主要材料消耗定额表及辅助材料定额表等,以便于采购人员,生产管理部门按设备制造需要备料,做好生产准备工作,也便于成本核算。
2.2立式单面斜油孔组合机床的运动过程
机床的工作过程概括起来可分为上件过程、钻孔过程、下件过程和其他过程。
1)上件过程
上件过程是由输送油缸,插拔销油缸,夹紧油缸夹紧相互配合完成的。
该过程是手动过程,需要手动操作。
具体过程是:
人工上件之后,按下输送按钮,输送油缸工作,工件开始向前输送;按下定位按钮,定位油缸定位出工件的位置;;按下夹紧按钮,夹紧油缸夹紧工件,至此上件定位过程完成。
2)钻孔过程(分级进给加工)
该过程是整个加工过程的核心,是半自动的,主要靠主轴电机,立滑台,卧滑台相互配合完成。
具体动作过程如下:
上件完成以后启动半自动程序,立滑台从原位开始上升,同时主轴电机开始工作,立滑台到达终点后,卧滑台快进到加工位置,开始工进钻孔,到达卧滑台终点后,钻孔完成,卧滑台快退到原位,进入铰孔工序,立滑台下降到原位,主轴电机停止工作。
3)下件过程
该过程和上件过程一样,要定位油缸,插拔销油缸,加紧油缸相互配合完成,不过顺序不一样,该过程的具体步骤是:
先定位返回,夹紧油缸松开,最后再插拔销油缸,然后就可以人工卸件了。
连续加工时,下一个工件上件时,上一个工件自动下件。
4)其他过程
在机床工作时还有其他的工作过程,比如冷却过程,润滑过程,冲屑过程,排屑过程等。
这些过程是加工过程的辅助过程,但也是不容忽视的过程,每一步都会影响到加工的效果。
机床加工各个部分动作顺序如图2-3所示。
图2-3机床动作工序图
2.3控制要求
该组合机床是加工六缸缸体工作线的其中一部,主要负责钻工艺孔,以便后继加工时定位时使用。
加工时,工件由输送油缸输送到定位处,定位油缸定位,插拔销油缸,加夹紧油缸夹紧,由主轴电机带动刀具转动,由立滑台的原位和终点位置控制钻刀的工作,在立滑台终点时钻孔,原位时铰孔,由卧滑台控制加工过程,卧滑台工进时开始加工,到达终点时加工完成加工,卧滑台退回原位。
工步分解如表2-1所示。
控制系统要能实现自动与手动的转换,各个动作要到位,有序,精确;要有多个按钮对不同的工序进行控制;加工过程使用自动控制,工人只需按下自动按钮就可以实现加工过程自动控制,且工步井然有序;整个控制系统设计要本着经济,使用,美观的要求进行设计,各个元器件的选择应在满足厂家要求的基础上实现经济实惠。
表2-1加工工步分解
名称
动作分解
上件
输送油缸输送(下件)→插拔销油缸插销→夹紧油缸夹紧→输送油缸返回(等待进入下一工件上件工步)
钻孔
立滑台油缸到第一工位→立滑台油缸快进→立滑台油缸缓进→立滑台油缸快进→立滑台油缸工进→立滑台油缸拔出→立滑台油缸快退
下件
定位油缸定位返回→夹紧油缸松开→插拔销油缸插销→等待下件
2.4控制器的选择
在现代化的今天有着多种控制器控制系统。
本设计控制系统可分手动和自动两部分,其中自动控制部分有不同的控制方案,既可选择继电接触器控制系统实现自动控制,又可选择PLC实现自动控制,下面就这两种控制方案进行比较选择。
传统的继电器控制系统是针对一定得生产机械,固定的生产工艺而设计,采用硬接线方式安装而成,只能进行开关量的控制;而PLC采用软件编程来时此案各种控制功能,只要改变程序,就可适应生产工艺的改变,并且可以实现开关量和模拟量的控制,因而适应性强。
只需要该变程序就可以实现较复杂的控制功能。
继电接触器控制系统在长期使用的过程中,受接触不良和触点寿命的影响,可靠性低;PLC由于采用了微电子和计算机技术,可靠性比较高,抗干扰能力强与传统继电接触器控制系统相比,PLC体积小、重量轻、结构紧凑、开发周期短,安装和维护工作量小,PLC还有完善的监控和自诊断功能,可以及时发现和排除故障。
因此,PLC在性能上比继电接触器逻辑控制优异,本设计选择PLC控制系统。
2.5PLC的基本知识
2.5.1PLC的定义
1985年国际电工委员会(IEC)在颁布可编程序控制器(ProgrammableLogicalController)标准草案3稿中对其所作的定义为:
可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。
它采用一种可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,通过数字或模拟式的输入/输出来控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则进行设计,简称为PC,但是由于个人计算机(PersonalComputer)也简称为PC,为了区别,同时由于早期的可变程序控制旗帜是具有逻辑控制功能,因此人们仍习惯称可编程序控制器为PLC。
2.5.2PLC的结构
PLC是由CPU模块,输入模块,输出模块和编程器组成。
PLC的特殊功能模块能用来完成某些特殊的任务。
中央处理单元(CPU):
中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。
它由微处理器和存储器组成,在PLC控制系统中,CPU模块相当于人的大脑和心脏,它不断的采集输入信号,执行用户程序,刷新系统的输出;存储器用来存储程序和数据。
I/O模块:
输入和输出模块简称I/O模块,它们是系统的眼,耳,手,脚。
是联系外部现场设备和CPU的桥梁。
编程器:
编程器是用来生成用户程序,并用它来进行编辑,检查,维修和监视用户程序的执行情况。
手持编程器不能直接输入和编辑梯形图,只能输入和编辑指令表程序,因此又叫指令编程器。
它体积小,价格便宜,一般用来小型PLC编程。
④电源:
PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。
PLC一般使用AC220V或DC24V电源。
如果没有一个良好的、可*得电源系统是无法正常工作的,因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内,可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。
2.5.3PLC的特点
PLC功能强大,与之前的继电气控制和计算机控制相比有着其明显的特点
1)编程方法简单易学。
2)功能强,性能价格比高。
3)硬件配套齐全,用户使用方便。
4)可靠性高,抗干扰能力强。
5)系统的设计安装和调试工作量少。
6)维修工作量小
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