铣削组合机床控制系统.doc

江阴职业技术学院毕业设计说明书课 题： 双面铣削组合机床控制系统设计 子课题: 同课题学生姓名: 专 业 机电一体化技术 学生姓名 王 兵 班 组 09机电（2） 学 号 09020519 指导教师 郭 红 完成日期 2011-12-15 目 录摘 要ABSTRACT第一章 绪论11.1 本课题的研究背景及意义11.2 本课题国内外研究概况11.3本课题研究目标、基本内容及特色2第二章 双面铣削组合机床的介绍32.1组合机床的特点32.2 双面铣削组合机床的结构组成32.3双面铣削组合机床控制过程4第三章 双面铣削组合机床液压系统设计53.1 液压传动简述53.2左右液压动力滑台液压系统具体工作63.3工件工作台的液压系统具体工作63.4液压系统原理图7第四章 双面铣削组合机床继电器-接触器控制电路设计84.1 电气控制简述84.2 电气控制的设计及要求 9 4.3 电气控制的结构及保护104.4继电器-接触器控制电路设计与分析10第五章 双面铣削组合机床PLC电路设计145.1 PLC的简介1415.2 PLC的硬件设计. 145.2.1 PLC的选型145.2.2 I/O分配表 155.2.3 PLC的外部硬件接线图165.3 PLC的软件设计175.3.1双面铣削组合机床的流程图175.3.2 双面铣削组合机床梯形图185.4 PLC控制程序设计与说明185.4.1 液压泵电动机控制185.4.2 左、右动力头电动机控制185.4.3左、右机滑台自动循环进给195.4.4 左、右机滑台的调整21结 束 语23参考文献24致 谢25附 录26附录1 电气控制原理图(a)26附录2 电气控制原理图(b)27附录3 PLC电气控制原理图28附录4 PLC控制梯形图29双面铣削组合机床控制系统设计摘 要组合机床是根据特定工件规定的加工工艺要求而设计制造的一种高效自动化专用加工设备。常采用多刀（多轴）、多面、多工艺同时对工件进行钻、扩、镗、铣等加工，并且具有自动化循环的功能，在机械制造业的成批和大量生产中得到了广泛的应用。双面铣削组合机床是在工件两相对表面上进行铣削的一种高效自动化专用加工设备，可用于对铸件、钢件及有色金属件的大平面铣削，一般用于柴油机、拖拉机等行业箱体类零件加工。可以把机械加工设备的功能、效率、柔性提高到一个新的水平，有利于提高产品的加工质量、生产效率，降低设备故障率，其经济效率显著。本文介绍了继电器-接触器及三菱FX1N系列PLC在铣削组合机床控制系统中的运用，简述了PLC控制的过程，分析了控制的内容以及要求从而设计出液压及电气控制电路，采用梯形图编程方式，用顺序控制的设计思路编写了控制程序，实现了机床的自动循环加工，大大提高了其自动化程度和工作效率。关键词：组合机床 铣削 控制 PLC IDouble-sided milling combination machine tools control system ABSTRACTCombination machine tools is according to the provisions specified the processing technology of the requirements and the design and manufacture of a kind of high automation special processing equipment. Often the dao (axis), the process was carried out at the same time, more drilling, milling, boring, expanding processing components, and has the function of automatic cycle, in machinery manufacturing batch and mass production in a wide range of applications. Double-sided milling combination machine tools is on the two relative surface milling on a high automation special processing equipment, which can be used on castings, steel parts and non-ferrous metal pieces of large plane milling, general for diesel engine, tractors, etc of body parts processing. Can the function of the mechanical processing equipment, efficiency, flexible increased to a new level, and to improve the process of products quality, production efficiency, reducing equipment failure, its economic efficiency significantly.In this paper, the FX1N mitsubishi series PLC in milling machine control system used in combination, and expounds the PLC control process, analyzes the contents and requirements of control thus designed hydraulic and electric control circuit, the ladder-diagram programming way, with sequence control and the design idea of writing control program, the machine to realize the automatic cycle processing, greatly improve the degree of automation and work efficiency.Keywords: combination；machine；tools milling；control；PLCIV 江阴职业技术学院毕业设计说明书第一章 绪论1.1 本课题的研究背景及意义随着生产的发展，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。但是我国的实际情况，对现有机床进行全部更新换代，几乎是不可能的。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，因此研究组合机床的设计具有十分重要的理论意义和现实意义。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产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件，完成钻孔、扩孔、浇孔，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眯，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。1.2 本课题国内外研究概况由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉，在来自世界10多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中，超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。据专家分析，机床装备的高速和超高速加- 1 - 江阴职业技术学院毕业设计说明书工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。该届博览会上展出的加工中心，主轴转速1000020000r/min，最高进给速度可达2060m/min；复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时，加工的形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。另外，产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求。 然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用，信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高，操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累有关数据；通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距，因此我国组合机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方。1.3本课题研究目标、基本内容及特色（1）研究的目标：设计基于PLC的双面铣削组合机床控制系统，用于对铸件、钢件及有色金属件的大平面铣削。从而把机械加工设备的功能、效率、柔性提高到一个新的水平。（2）基本内容：根据各设备控制要求，进行系统总体控制方案设计。铣削机床液压系统设计，继电器-接触器控制设计。PLC的电路设计：包括系统硬件配置图、I/O分配表。PLC控制程序设计与说明：控制梯形图、液压泵电动机控制、左右动力头电动机控制、左右机滑台自动循环进给。（3）特色和创新之处：若采用可编程控制器(PLC)来构成其电气控制系统，则电气系统具有体积小、维修量少、工作可靠、操作简单并能适应控制要求等优点。- 31 - 第二章 双面铣削组合机床的介绍2.1 组合机床的特点组合机床是根据特定工件规定的加工工艺要求而设计制造的一种高效自动化专用加工设备。常采用多刀（多轴）、多面、多工位同时进行钻、扩、铰、镗、铣等加工工件，并且具有自动化循环的功能，在机械制造业的成批和大量生产中得到了广泛的应用。组合机床通常是具有一定功能的通用部件（如动力部件、支撑部件、输送部件等）和加工专用部件（如夹具、多轴箱等）组成，其中动力部件是组合机床通用部件中最主要的一类部件。常用的动力部件有动力头和动力滑台，在动力头上只安装多轴箱，而滑台上还可以安装由各种切削头组成的动力头，因此动力滑台比动力头通用性更强。动力部件常采用电动机驱动或液压系统驱动，由电气控制系统实现工作自动循环的控制，是典型的机电或机电一体化的自动化加工设备。2.2双面铣削组合机床的结构组成两个动力滑台对面布置并安装在底座上，左、右铣削动力头固定在滑台上，中间的铣削工作台是用以完成铣削的通用进给动力部件，与铣削头配套，再配以各种夹具，选择合理的刀具和切削参数即可进行平面铣削。如图2-1所示。如图2-1 结构示意图2.3 双面铣削组合机床控制过程双面铣削组合机床的控制过程是典型的顺序控制，铣削工作滑台及左右动力滑台的工作循环如图2-2所示。工作时，先将工件装入夹具定位，夹紧后，按下起动按钮，机床工作的自动循环过程开始。首先两面动力滑台同时快进，此时刀具电动机也起动工作，滑台至行程终端停下；为了更好地控制加工尺寸，应该在终点设置挡铁，接着工件工作台快进、工进；铣削完毕后，左、右动力滑台快速退回原位，到达原位后刀具电动机停止转动；铣削工作台快速退回原位；最后松开夹具并取出工件，一次加工循环结束。图2-2 工作循环图组合机床由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。它能够对一种（或几种）零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序，生产效率高，加工质量稳定根据上述所述组合机床的优点，本次设计分为两大部分第一部分：液压传动控制设计；第二部分：电气控制设计；第三章 双面铣削组合机床液压系统设计3.1 液压传动简述用液体作为工作介质来实现能量传递的传动方式称为液体传动。液体传动按其工作原理的不同可分为两类。主要以液体动能进行工作的称为液力传动；主要以液体压力能进行工作的称为液压传动。液压传动系统的组成：（1） 动力装置是将原动机输出地机械能转换成液体压力能地元件，其作用是向液压系统提供压力油，液压泵是液压系统的心脏（2） 执行装置把液体压力能转换成机械能，执行元件包括液压缸和液压马达。（3） 控制装置包括压力阀、方向阀、流量阀等，是对系统中油液压力、流量、方向等进行控制和调节的元件。（4） 辅助装置上述三个组成部分以为的其他元件，如管道、管接头、油箱、滤油器等。（5） 工作介质即传动液体，通常称为液压油。液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式液压传动更容易实现其运动参数（流量）和动力参数（压力）的控制，而液压传动较之液力传动具有良好的低速负荷特性。由于具有传递效率高，可进行恒功率输出控制，功率利用充分，系统结构简单，输出转速无级调速，可正、反向运转，速度刚性大，动作实现容易等突出优点，液压传动在工程机械中得到了广泛的应用。几乎所有工程机械设备都能见到液压技术的踪迹，其中不少已成为主要的传动和控制方式。与纯机械和液力相比，液压传动的主要优点是调节的便捷和布局的灵活性，传动系统都能发挥出较大的牵引力，而且传动系统在很宽的输出转速范围内仍能保持较高的效率，并能方便地获得各种优化的动力传动特性，以适应各种作业的负荷状态。现在随着科技的技术的发展，借助电子技术与液压技术的结合，可以很方便地实现对液压系统的各种调节和控制。而计算机控制的引入和各类传感元件的应用，更极大地扩展了液压元件的工作范围。电子技术在信号处理的能力和速度方面占有很大的优势，而液压与电力传动在各自功率元件的特性方面各有所长。因此，除了现在已普遍存在的“电子神经+液压肌肉”这种江阴职业技术学院毕业设计说明书模式外，两者在功率流的复合传输方面也有许多成功的实例，如：由变频或直流调速电机和高效、低脉动的定量液压泵构成的可变量液压油源，用集成安装的电动泵液压缸或低速大扭矩液压马达构成的电动液压执行单元，以及混合动力驱动系统等。随着液压技术的发展，液压伺服系统在工业中越来越广泛，对液压技术提出了更高的要求。3.2左右液压动力滑台液压系统具体工作左右液压动力滑台液压系统具体工作如下：压力油经过电磁阀YV3左位（需要YA4得电）左滑台液压缸左腔左动力头快进；压力油经过电磁阀YV3右位（需要YA5得电）左滑台液压缸右腔左动力头快退；压力油经过电磁阀YV4右位（需要YA7得电）右滑台液压缸右腔左动力头快进；压力油经过电磁阀YV4左位（需要YA6得电）右滑台液压缸左腔左动力头快退。3.3工件工作台的液压系统具体工作工件工作台的液压系统具体工作如下：压力油经过电磁换向阀YV1左位（需要YA1得电）工件台滑台液压缸上腔下腔液压油经过电磁换向阀YV1左位经过电磁换向阀YV2左位（需要YA3得电）流入工作台液压缸左腔快进；压油经过电磁换向阀YV1左位（需要YA1得电）工件台滑台液压缸上腔下腔液压油经过电磁换向阀YV1左位节流阀液压缸工进；压力油经过电磁换向阀YV1右位（需要YA2得电）工件台滑台液压缸下腔上腔液压油经过电磁换向阀YV1右位液压缸快退。各工步电气动作见表3-1表3-1 电气动作表工步电磁换向阀线圈通电状态转换开关YA1YA2YA3YA4YA5YA6YA7左、右滑台快进+SB6工作台快进+SQ5、SQ7工作台工进+SQ2左、右滑台快退+SQ3工作台快退+SQ4、SQ6停止SQ1备注铣削工作台左机滑台右机滑台3.4液压系统原理图根据上述控制要求设计液压系统原理图，如图31所示图3-1 液压系统原理图第四章 双面铣削组合机床继电器-接触器控制电路设计4.1 电气控制简述电气控制技术是随着科学技术的发展和对生产工艺不断提出新要求而迅速发展起来的。回顾电气控制技术的发展历程，它已经从手动控制发展到自动控制、从断续控制发展到连续控制、从有触电的硬件控制发展到以微处理器为核心的软件控制。随着新的控制理论、新型电器及新型器件的出现，电气控制技术仍将继续发展。在生产机械电力拖动的早期，主要采用电气控制线路比较简单的集中拖动方式，即一台电动机拖动多台生产设备。后来随着生产机械功能的增多，其机械结构越来越复杂，为简化传动机构也就随之出现了分散拖动方式，即各个传动机构分别由不同的电动机拖动，使电气控制电路复杂化。对于以开关量控制为主的断续控制方式，普遍采用由低压电器组成的继电器-接触器控制系统。这种控制系统的缺点是往往需要在多种低压电器之间进行复杂的硬件接线，才能实现某一固定的逻辑功能。若想改变其控制功能就必须改变继电器控制电路的硬件接线，显然这样的控制电路使用起来不灵活、触点易损坏、可靠性差。从上世纪中叶开始，企业为了提高生产效率而寻求另外一种全新的控制方式。设想有这样一种控制装置，它既具有计算机控制的功能性、灵活性、通用性，又具有继电器-接触器控制方式的简单性、操作方便性、价廉性，这就是可编程序控制器，它的出现开创了以微电子技术为核心的数字化电气控制技术的新局面，它用软件手段来实现各种控制功能，这一全新的技术很快得到了飞速的发展。现在的可编程序控制器不仅具有逻辑控制功能，而且还增加了数据运算、传送与处理功能，成为具备计算机功能的一种通用工业自动控制装置。目前在国际上，可编程序控制器已作为一种标准化通用设备普遍应用于工业控制领域。上世纪中叶，电气控制领域进行了一场重要的技术变革，即原来只能用于恒速传动的交流电动机实现了速度控制，而引发这一技术变革的导火线就是变频器。近20年的时间内，变频器经历了由模拟控制到全数字控制和由采用BJT器件到采用IGBT器件两个大的发展进程。目前从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调传动，几乎都可采用交流调速传动。当前，机械制造业发展的一个明显趋势是越来越广泛地应用数控技术。普通机械逐渐被数控机械所代替，数控机床则是数控机械的典型代表。步进电机、伺服电机及其驱动控制系统在数控机床等现代机电设备中得到了广泛的应用。随着信息时代的到来，电气控制技术相继出现了直接数字控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统等高新技术，这些高新技术将电气控制技术推进到了更高的水平。综上所述，电气控制技术的发展总是和社会生产力的发展状况息息相关的。社会生产规模的扩大、生产水平的提高要求电气控制技术不断地发展创新，而电气控制技术的进步又促进了社会生产力的发展。4.2 电气控制的设计及要求（ 1 ）根据拖动要求设计主电路。在绘制主电路时，可考虑以下几个方面：每台电动机的控制方式，应根据其容量及拖动负载其启动要求，选择适当的启动路线。对于容量小、启动负载不大的电动机，可采用直接启动，对于大容量电动机应采用降压启动。根据运动要求决定转向控制。根据每台电动机的工作制，决定是否需要设置过载保护或过流控制措施。根据拖动负载及工艺要求决定停车时是否需要制动控制，并决定采用何种控制方式。设置短路保护及其他必要的电气保护。考虑其他特殊要求如调速要求、主电路参数测量、信号检测等。（ 2 ）根据主电路的控制要求设计控制电路：正确选择控制电路的大小。 根据每台电动机的启动、运行、调速、制动及保护要求，依次绘制各控制环节。设置必要的联锁。设置短路保护以及位置保护、电压保护、电流保护和各种物理量保护。根据拖动要求，设计特殊要求控制环节，如自动抬刀、变速与自动循环、工艺参数测量等控制。按需要设置应急操作。（ 3 ）根据照明、指示、报警等要求设计辅助电路。（ 4 ）总体检查、修改、补充及完善。主要包括：校核各种控制是否满足要求，是否有矛盾或遗漏。检查接触器、继电器、主令电路的触点使用是否合理，是否超过电器元件允许的数量。检查联锁要求能否实现。检查各种保护能否实现。检查发生误操作所引起的后果与防范措施。（ 5 ）进行必要的参数计算。（ 6 ）正确、合理地选择各电器元件，按规定格式编制元件目录表。电气控制设计可选用传统的继电器-接触器控制设计和现代的PLC控制的设计。传统的继电器-接触器控制具有控制原理简单，便于理解，价格比较便宜，大功率的电器也能用等优点；但接线复杂，故障率较高，可靠性较差。现代的PLC控制具有可靠性高，抗干扰能力强，系统组合灵活方便，编程语言简单易懂，对生产工艺适应性强等优点；但成本较高，不适合小型连续工作控制。4.3 电气控制的结构及保护双面铣削组合机床配置有三台三相交流异步电动机，其中M1为液压泵电动机，要首先直接起动，液压系统供油正常后，其他控制电路才能通电工作；M2、M3分别为左机和右机的刀具电动机，刀具电动机在滑台进给循环开始后起动，滑台退回原位时停机。如图附录1和附录2所示。主电路中，M1、M2、M3三台电动机均为直接起动、单向旋转，分别由交流接触器KM1、KM2、KM3的主触点控制其定子绕组的通电与断电。FR1FR3分别对三台电动进行过载保护，FUIFU3分别对三台电动机进行短路保护。控制电路所需交、直流电源分别由控制变压器TC二次绕组提供，短路保护分别由FU5、FU6来实现。控制电路包含交流电路部分和直流电路部分，交流电路部分用于对三台电动机进行控制，直流电路部分用于对液压系统进行控制。如表4-1所示。表4-1 电气元件及功能说明电气元件名称及用途电气元件名称及用途M1液压泵电动机FR1FR3电动机热继电器M2、M3左、右机刀具电动机VC整流器KM1液压泵电动机起动接触YA1YA7电磁换向阀的电磁铁KM2、KM3左、右刀具电动机起动接触器KA1KA10中间继电器SQ1SQ3铣削工作台行程开关SB1总停开关SQ4、SQ5右机滑台行程开关SB2液压泵电动机起动开关SQ6、SQ7左机滑台行程开关SB3、SB4刀具电动机起、停按钮SA1、SA2电动机摘除选择开关SB5、SB6液压系统循环工作起、停按钮SA3工作台工作方式选择开关SB7SB12滑台和工作台点动与复位按钮SA4、SA5左、右机滑台摘除选择开关FU1FU6熔断器SA6、SA7左、右工作台工作方式选择开关TC控制变压器4.4继电器-接触器控制电路设计与分析1、交流控制电路交流控制电路，如附录1所示，其中SB1为总停按钮，SB2为液压泵电动机起动按钮。按下按钮SB2时，液压泵电动机的控制接触器KM1得电，其主触点闭合，M1起动；KM1辅助动合触点闭合，接通动力头电动机和液压系统的控制电路，满足机床进入加工工作循环的条件。左机刀具电动机M2和右机刀具电动机M3在加工自动循环过程中，由中间继电器及行程开关控制起停；在调整时，由按钮SB3、SB4手动控制起停；选择开关SA1、SA2将刀具电动机M2、M3从工作循环中摘除，这样便于运动部件分别调整。2、直流控制电路直流控制电路主要用于控制液压系统中的电磁换向阀工作，实现运动的自动的自动循环，如附录2所示。直流电路包括铣削工作台控制、左机滑台控制及右机滑台控制三部分，可实现整机自动循环、单机半自动自动循环和点动调整与复位控制。图为组合机床自动循环工作控制流程图。开始全自动触点闭合工作循环时，要求接触器KM1的辅助动合（液压泵已起动）；左、右机滑台在原位并分别压下原位行程开关SQ6、SQ4；铣削工作台在原位并压下行程开关SQ1，以上条件满足时，按下起动循环的按钮SB6，即可开始自动加工工作循环过程，按钮SB5可终止循环，自动工作循环的全过程如下：（1）自动工作循环控制 1）左机滑台快进。按下按钮SB6，中间继电器KA1线圈得电并自锁，驱动接触器KM2和KM3线圈电路接通并自锁；左动力头电动机和右动力头电动机主电路接通起动，KA1的常开触点闭合驱动电磁换向阀YV3的电磁铁YA4线圈电路闭合，根据液压系统的工作情况，左滑台带动左铣削头快进；直到YA4线圈断压下行程开关SQ7，中间继电器KA2线圈得电，其常闭触点断开，使得中间继电器KA1和电磁铁YA4线圈断电，左动力头快进到位停止。2）右机滑台快进。按下按钮SB6的同时，中间继电器KA8线圈得电并自锁，KA8的常开触点也能驱动接触器KM2和KM3线圈电路接通自锁；接通左动力头电动机和右动力头电动机主电路。KA8的常开触点闭合驱动电磁换向阀YV4的电磁铁YA7线圈电路闭合得电，根据液压系统的工作情况，右滑台带动右铣削头快进；直到压下行程开关SQ5，中间继电器KA9线圈得电，其常闭触点断开，使得中间继电器KA8和电磁铁KA7线圈断电，右动力头快进到位停止。左右滑台带动动力头运动到铣削加工位置，为了保证切削加工尺寸，在进给到加工位置时应该有挡铁。3）工作台快进。左、右动力头快进到位，为铣削加工做好准备。当中间继电器KA2和KA9线圈得电时，其常闭触点闭合，接通了中间继电器KA3的线圈电路，KA3线圈得电并自锁，其常闭触点闭合，接通了电磁换向阀YV1的换向电磁铁YA1和电磁换向阀YV2的换向电磁铁YA3，改变了液压压力油的流向。根据前面的液压系统分析，工作台液压缸带动工作台及工件作快进运动，向动力头靠近；当压下行程开关SQ2时，中间继电器KA4线圈得电并自锁。其常闭触点断开，YA3线圈断电。快进结束，表示工件已接近动力头上的刀具，应该转换成工进了。4）工作台工进。当YA4线圈得电，YA3断电时，根据前面液压系统分析，工作台液压缸转换成工进，进给速度减慢，速度的大小可以通过调节节流阀进行调节。工作台液压缸带动工工件的作台和工件缓慢通过刀具，由于刀具的位置已经超过了工件的左右端面，所以当工件缓慢前进时，左、右刀具就能够铣削加工工件的左右端面。直到工件完全通过刀具，加工结束，行程开关SQ3将被压下，中间继电器KA5线圈得电，其常闭触点断开。使KA3、KA4、YA1线圈电路断开，前进结束。5）左、右滑台快退。当工作台共进结束时，SQ3被压下，中间继电器ka5线圈得电，其常开触点得电，驱动电磁换向阀YV3的换向电磁铁YA5和电磁换向阀YA4的换向电磁铁YA6线圈得电。根据液压系统的分析。此时左、右机滑台分别沿相反的方向快速后退。6）工作台快退。当左机滑台后退到起点位置时，工作台不在原位，行程开关SQ1未被压下，常闭触点闭合，中间继电器KA6得电。同样右机滑台后退到起点位置时，压下行程开关SQ4，中间继电器KA10线圈得电。KA6和KA10都可以驱动中间继电器KA7线圈得电并自锁，KA7的常开触点驱动电磁换向阀YV1的换向电磁铁YA2得电，工作台此时被液压系统驱动作快速后退，当后退到起点位置时，压下行程开关SQ1，SQ1的常开触点断开，KA11、KA7、YA2线圈都断电，后退停止。当左、右滑台带动动力头退回到起点位置时，行程开关SQ4、SQ6被压下，工作台退回起点位置，接触器KM2、KM3线圈电路断电，动力头电动机停止转动，刀具停止。按下停止按钮SB5，可以停止液压系统的工作。（2）调整控制1）单机半自动循环。转换开关SA4与SA5可以将左机滑台或右机滑台从整机循环中摘除，从而实现单机半自动循环。当SA4触点闭合、SA5触点断开时，右机滑台从整机循环中摘除，此时按下起动循环按钮SB6，左机滑台单独循环工作；当SA5触点闭合、SA4触点断开时，左机滑台从整机循环中摘除，此时按下起动循环按钮SB6，右机滑台单独循环工作。循环过程同前面自动循环过程。2）点动调整与复位控制。选择开关SA3、SA6与SA7分别用来选择铣削工作台、左机与右机滑台的工作方式，以调整工作台、左刀具、右刀具的位置。将SA3扳到手动位置时，通过点动按钮SB9点动控制工作台滑台前进。按下按钮SB10,可以点动控制工作台滑台后退。将SA6扳到手动位置时，通过点动按钮SB7点动控制左机滑台前进。按下按钮SB11,可以点动控制左滑台后退。将SA7扳到手动位置时，通过点动按钮SB8点动控制有机滑台前进。按下按钮SB120,可以点动控制右机滑台后退。第五章 双面铣削组合机床PLC电路设计5.1 PLC的简介可编程序控制器简称PLC。国际电工委员会（IEC）于1987年2月对可编程序控制器作了如下规定：“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。它采用可编程序的存储器，顺序控制、定时、计数和算术等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其相关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。 5.2 PLC的硬件设计5.2.1PLC的选型以继电器控制系统为依据，根据控制内容和控制要求以及逻辑关系，在不改动液压系统和主要元件功能的前提下，充分利用各个低压电气元件，设计思路如下；1）左、右动力头电动机及液压泵电动机主电路不变。2）控制电路分为PLC的硬接线部分和24V直流电源供电的电磁换向阀的电磁铁控制电路两个部分3）PLC的电源类型有110V的接触器线圈，24V的中间继电器，6.3V的指示灯（省略未画）及220V的PLC电源四种。4）所有的按钮、行程开关和部分转换开关与PLC的输入端口相连，并且都只连接其常开触点，控制中的常闭触点（如停止按钮）则由程序根据元件功能来处理；为了节约输入端口，将转换开关SA1、SA2和所有的热继电器常闭触点直接与输出端口的线圈回路连接。根据上述条件选择三菱系列中的FX1N-60MR5)考虑液压阀电磁铁负载对PLC的影响，所有电磁铁的线圈不直接与PLC的输出端口相连，而是通过中间继电器进行控制，即中间继电器与PLC的输出端相连，当中间继电器线圈得电后，其常开触点闭合，控制对应的电磁铁工作，对应关系见表5-1：表5-1中间继电器与电磁铁控制对应表中间继电器KA1KA2KA3KA4KA5KA6KA7电磁铁YA1YA2YA3YA4YA5YA6YA76)由于指示灯部分比较简单，夹紧部分不确定，暂不考虑这两部分内容的设计，但在PLC中需要留出一定余量。如附录3所示。5.2.2I/O分配表根据PLC控制系统的输入端按钮、行程开关、转换开关及输出端的继电器线圈的数量及要求，确定I/O分配表如表5-2所示表5-2 PLC逻辑元件分配表电气元件作用逻辑元件电气元件作用逻辑元件SB1液压泵停止按钮X0SQ1工作台原点行程开关X21SB2液压泵起动按钮X1SQ2快进终点行程开关X22SB3刀具电动机起动按钮X2SQ3工进终点行程开关X23SB4刀具电动机停止按钮X3SQ4右机滑台原点行程开关X24SB5液压系统循环工作停止按钮X4SQ5右机滑台切削位置行程开关X25SB6液压系统循环工作起动按钮X5SQ6左机滑台原点行程开关X26SB7左机滑台点动前进按钮X6SQ7左机滑台切削位置行程开关X27SB8右机滑台点动前进按钮X7KM1液压泵电动机起动接触器Y0SB9工作台点动前进按钮X10KM2左机刀具电动机起动接触器Y1SB10左机滑台点动后退按钮X11KM3右机刀具电动机起动接触器Y2SB11右机滑台点动后退按钮X12KA1控制电磁铁YA1Y4SB12工作台点动后退按钮X13KA2控制电磁铁YA2Y5SA3工作台工作方式选择开关X14KA3控制电磁铁YA3Y6SA4左机滑台摘除选择开关X15KA4控制电磁铁YA4Y7SA5右机滑台摘除选择开关X16KA5控制电磁铁YA5Y10SA6左机滑台工作方式选择开关X17KA6控制电磁铁YA6Y11SA7右机滑台工作方式选择开关X20KA7控制电磁铁YA7Y125.2.3PLC的外部硬件接线图根据上述的I/0分配表画出PLC的外部硬件接线图，如图5-1所示图5-1外部接线图5.3 PLC的软件设计5.3.1双面铣削组合机床的流程图根据双面铣削组合机床的控制顺序，从而画出流程图，如图5-2所示图5-2 流程图5.3.2 双面铣削组合机床梯形图根据上述流程图编写双面铣削组合机床控制梯形图。如图附录4所示。5.4 PLC控制程序设计与说明5.4.1 液压泵电动机控制按下起动按钮SB2，输入继电器X1得电为ON，输出继电器YO线圈逻辑回路导通，驱动负载接触器KM1线圈电路闭合，线圈得电，主触点闭合，液压泵电动机M1主电路接通起动，为系统工作做好了准备。当按下停止按钮SB1时，输入继电器X0得电为ON，其取反触点则为OFF，输出继电器Y0线圈逻辑回路断开，驱动负载接触器KM1线圈电路断开，线圈断电，液压泵电动机M1主电路停止供油。5.4.2 左、右动力头电动机控制左、右动力头电动机的起动可以手动，也可以在自动工作循环中自动起动。当需要单独调整刀具时，按下按钮SB4，输入继电器X3得电为ON，因为输出继电器YO已经得电，所以输出继电器YI和Y2线圈逻辑回路导通并自锁。如果转换开关SA1和SA2是闭合的，则接触器KM2和KM3的线圈回路导通，SA1和SA2按照改造前的功能，也是分别控制左、右动力头电动机是否工作。调整机床进给系统时，常常需要摘除动力头电动机。所以在正常循环工作中或者进行试切工件时，SA1和SA2是闭合的。KM2和KM3线圈电路导通后，左、右动力头电动机主电路接通，开始工作，可以进行单独控制试切工件。自动工件循环时，当循环到左、右机滑台快速进给的同时（任意一个在快速都可以），在转换开关SA1和SA2闭合的情况下，输出继电器Y1和Y2线圈逻辑回路自动导通并自锁，接触器KM2和KM3线圈也接通得电，动力头电动机动起来。停止控制时，SB3是在机床调整过程中或者需要急停时的单独停止按钮。当按下SB3，输入继电器X2得电为ON，其取反触点为OFF，则驱动输出继电器Y1和Y2的线圈逻辑回路断电，对应的KM1和KM2线圈断电，电动机停止。在自动循环过程中，当左、右机滑台退回原位状态（M66和M10得电），且压下起点行程开关SQ4和SQ6，三个条件都满足，则左、右机滑台自动断电停止。当工作台快速后退到原位，按下行程开关SQ1时，输入继电器X21得电，取反后为OFF,则辅助继电器m11断电，驱动辅助继电器M6和M10断电为OFF，为下一次工作循环起动做好准备。5.4.3左、右机滑台自动循环进给当接触器KM1得电液压泵电动机工作，为左、右机进给液压滑台和工作台液压滑台的运动控制做好准备。在PLC程序中，利用主控指令NO进行主控，当Y0为ON且按钮SB5断开（输入继电器X4为OFF，取反触点为ON）时，主控元件接通，所控制的程序才能够执行。进行自动工作循环前的准备工作有：1）滑台在原位，行程开关SQ6和SQ4分别被左、右滑台压下闭合，输入继电器X26和X24为ON2）液压泵电动机工作。3）左、右机滑台对应的工作选择转换开关闭合；SA3、SA6、SA7转换到自动循环状态，输入继电器X14X17X20为ON4）左、右机滑台摘除，转换开关SA4、SA5闭合，输入继电器X15、X16为ON。5）工作台在原位，SQ1被压下，输入继电器X21为ON。（1）左、右机滑台快进在自动循环准备条件充分的情况下，按下按钮SB6，输入继电器X5得电，辅助继电器M1和M8逻辑回路分别得电并自锁，分别驱动输出继电器Y7和Y12线圈逻辑回路导通为ON，驱动外部中间继电器KA4和KA7线圈电路接通，线圈得电，KA4的常开触点接通电磁铁YA4的电路，电磁换向阀YV3动作，切换液流方向，根据液压系统图可知，左机液压滑台在其液压缸的推动下快速前进。KA7的常开触点接通电磁铁YA7的电路，电磁换向阀YA4动作，切换液流方向，右机液压滑台在其液压缸推动下快速前进。(2)工作台快速进给左、右机快速进给到已经确定的终点位置时，分别压下行程开关SQ7和SQ5，则输入继电器X27和X25得电为ON，分别驱动辅助继电器M2和M9线圈逻辑回路导通，其常闭触点（取反触点）使输出继电器Y7和Y12逻辑回路断开，YA4和YA7电磁铁断电，快速进给停止。辅助继电器M2和M9作为左、右机滑台前进到位的标志，为工作台的运动做好了准备。M2和M9的常开触点驱动辅助继电器M3线圈逻辑回路导通并自锁，M3的常开触点驱动输出继电器Y4和Y6线圈逻辑回路导通为ON，Y4和Y6分别驱动中间继电器KA1和KA3线圈电路闭合，线圈得电，KA1的常开触点闭合，驱动控制电路中的电磁铁YA1电路闭合，电磁换向阀YV1动作，KA3的常开触点闭合，驱动控制电路中的电磁铁YA3电路闭合，电磁换向阀YV2动作，根据液压系统图可知，工作台液压缸推动工作台快进。(3)工作台共进进给当工作台工进到距离刀具一定位置时，压下行程开关SQ2，输入继电器X22得电为ON，驱动辅助继电器M4线圈逻辑回路导通并自锁，M4的常闭触点为OFF，切断输出继电器Y6线圈得逻辑回路，使中间继电器KA3线圈电路被切断，其常开触点断开，电磁铁YA3断电，只有YA1工作，工作台液压缸带动工件以工进速度进给，经过两个刀具的中间位置，两把刀具同时加工工件的两个端面。（4）左、右机滑台快速后退 当工件两个端面都经过左、右刀具后，切削加工完成，工件滑台压下终点行程开关SQ3，输入继电器X23得电为ON，驱动辅助继电器M5线圈逻辑回路导通，其常闭触点（取反）断开，切断输出继电器Y4、Y6和辅助继电器M3的逻辑回路，中间继电器KA1断电，电磁铁YA1断电，前进运动停止。另外，M5的常开触点分别接通了左、右机滑台控制回路中的输出继电器Y10和Y11线圈得逻辑回路，驱动外部负载中的中间继电器KA5和KA6线圈电路闭合，KA5得电，其常开触点闭合，使电磁换向阀YV3的换向电磁铁YA5电路接通，液压系统驱动左机滑台的液压缸快速后退；KA6得电，其常开触点闭合，使电磁换向阀YV4的换向电磁铁YA6电路接通，液压系统驱动右机滑台的液压缸快速后退。当左、右机滑台都退回到起点以后，分别压下行程开关SQ6和SQ4，输入继电器X26和X24得电为ON,驱动辅助继电器M6和M10线圈逻辑回路接通，左、右机动力头电动机停止。（5）工作台快退当左、右机滑台后退到位停止后，M6和M10得电，其常开触点驱动辅助继电器M7逻辑回路接通并自锁，M7驱动输出继电器Y5线圈逻辑回路导通，Y5得电为ON，驱动外部负载中的中间继电器KA2电路闭合，KA2线圈得电，其常开触点闭合，驱动电磁铁YA2得电，液压系统驱动工作台液压缸快速后退，当后退到起点位置时，压下行程开关SQ1，输入继电器X21得电为ON，其常闭触点为OFF，辅助继电器M7和M11线圈逻辑回路断开，输出继电器Y5、中间继电器KA2、电磁铁YA2断电。工作台液压缸后退停止在SQ1位置，为下一次工作循环做好准备。5.5.4 左、右机滑台的调整组合机床除了在正常工作时为自动循环外，在刀具更换、机床维修、零件试切等状态时，还需要进行单独或联合调整控制。（1）左、右机刀具调整在调整过程中，不需要左机刀具转动，可以将转换开关SA1断开，尽管逻辑回路中输出继电器Y1可能得电，但无法接通接触器KM1线圈回路，左机动力头主电路无法接通，从而实现对左机的摘除。右机刀具调整相同，只是利用转换开关SA2完成。刀具的调整控制主要用于刀具更换或者试切工件时，只有调整的刀具工件，其他未调整的刀具需要摘除。（2）工作台调整将转换开关SA3置于断开状态，输入继电器X14断电为OFF，其常闭触点为