多工步加工专用机床控制

南京工程学院课程设计说明书(论文)题目多工步加工专用机床控制课程名称机电传动控制课程设计院（系、部、中心）机械工程学院专业机械设计制造及其自动化班级学生姓名学号设计地点工程中心2—201指导教师设计起止时间：2015年6月8日至2015年6月12日成绩目录引言.............................................................................................................11.课程任务说明....................................................................................11.1课题简介..........................................................................................11.2课程设计目的...................................................................................12.课程设计任务分析............................................................................22.1设备机构组成...................................................................................22.2设备工作过程分析............................................................................23.控制要求及其控制方案设计............................................................43.1多工步加工专用机床控制要求...........................................................43.2多工步加工专用机床电器控制系统设计.............................................64.控制流程分析设计及PLC程序设计..............................................114.1控制流程设计.................................................................................114.2控制程序设计.................................................................................125.总结...................................................................................................195.1设计简介........................................................................................195.2遇到的问题及解决方法...................................................................196.图附件...............................................................................................207.参考文献...........................................................................................211引言专用机床是一种专门适用于特定零件和特定工序加工的机床，而且往往是组成自动生产线式生产制造系统中，不可缺的机床品种。多工步专用机床通常配备有多刀具、多面、多工位同时进行钻、扩、绞等加工工作，并且具有自动工作循环功能。FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器。由于FX2n系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。本课程设计是以“多工步加工专用机床控制”为选题，通过GXDeveloper软件以FX2N(C)为模块完成PLC控制程序设计。并在联机程序调试过程中，不断完善程序，从而达到合乎实际操作的模拟机床运作。1.课程任务说明1.1课题简介多工步加工专用机床采用7把刀具按7个工步按要求依次对工件进行加工。而本课题要完成的就是运用PLC编程控制机床完成一系列的加工动作。1.2课程设计目的《机电传动控制》课程设计为该课程的实践环节，在本课程设计的过程中，通过课程设计环节巩固和加强了《机电传动控制》的所学的知识，掌握课程知识实际应用的能力。学会运用机电控制原理解决和分析问题的方法。同时在设计过程中，综合已学知识，完成简单完整的控制系统设计，以增强控制系统设计能力；完成PLC控制程序设计，增强编程软件使用的能力，并在联机程序调试过程中，增强实际操作能力。22.课程设计任务分析2.1设备机构组成多工步加工专用机床由转刀架、主轴箱及主轴和走刀机构组成，电动机驱动主轴带动工件旋转，液压系统驱动走刀机构，带动刀架完成进给运动，刀架回转完成换刀工作。机床结构与运动部件工作循环图如图2-1所示。图2-1多工步加工专用机床结构与动力部件工作循环图2.2设备工作过程分析多工步加工专用机床的工艺过程如图2-2所示，由人工将工件放置在主轴端卡盘内夹紧，启动自动加工过程。自动加工中，首先走刀机构带动刀架快速接近工件，然后转为工进满是进给钻孔，加工完后退回原位，结束一个工步加工。紧接着刀架夹紧装置松开，刀架转入下一个刀具位置，开始第二步加工……当6把刀具依次加工完成后，人工取出加工的零件，结束一次加工循环过程。3图2-2多工步加工专用机床加工零件工艺过程43.控制要求及其控制方案设计3.1多工步加工专用机床控制要求机床的控制要求，是通过满足机床的工作要求形成的，控制系统的功能必须满足机床所有的工作要求。多工步加工专用击穿的工作要求包括三个方面，工作方式要求，工作过程要求，安全稳定工作要求。1）机床工作方式要求为保证多工步加工专用机床能够处于正常工作状态，要求机床具备二种工作方式：①走刀进给部件能够点动向前调整，以及进给部件不在原位时能够快速复位；②走刀机构和刀机能够分别实现自动循环调整过程；③整机全自动工作循环加工工作。2）机床工作过程要求机床工作过程是机床在正常加工时整机全自动循环的工作过程，加工过程需要满足如下工作要求：①按下启动按钮，液压系统驱动夹紧装置夹紧刀架，夹紧后继电器发出夹紧信号；②走刀机构快进，并同时启动主轴电机；③走刀机构快进到达工件附近后，有快进转为工进，进行钻削加工；④加工完毕后，走到机构停留2秒，快速退回原位；⑤夹紧装置松开刀架，液压系统驱动刀架转动换刀；⑥刀架夹紧装置夹紧刀架，开始下一步加工；⑦所有加工工步完成，走刀机构退回原位，主轴电机停。3）多工步加工专用机床控制系统元件配置要与工作要求多工步加工专用机床的主轴电机为2.2KW，液压站液压泵电动机为3KW,走刀机构及夹紧装置动作方向通过电磁阀控制。自动循环工作时，所有工作状态切换由行程开关控制。电器元件工作关系如表3-1所示。5表3-1电器元件工作关系表工作状态走刀机构刀架及刀架夹紧装置主令电器YV1YV2YV3M1YV4YV5YV6夹紧刀架＋SB2快进＋＋＋＋SP、SQ1工进＋＋＋SQ2停留＋＋SQ3快退＋＋＋KT放松刀架＋＋SQ1换刀转位＋＋SQ5（下一工步夹紧刀架）＋＋SQ4（加工结束）－－－－－－－－SQ1注：加号，电器元件为得电状态，减号，电器元件为失电状态。4）多工步加工专用机床安全稳定工作要求①具有运动部件间安全工作的联锁功能；②具有位置保护功能（如极限位、越位、相对位置保护）；③电器控制系统具有短路，东东及过载等保护功能；④具有应急操作功能⑤具有照明功能63.2多工步加工专用机床电器控制系统设计1）系统总体设计思路及方案确定实现对多工步加工专用机床控制有两种方法，一个是利用传统继电器的途径实现；一个是利用可编程序控制器。利用PLC实现时，也有两种不同的途径，一种是利用定时和基本指令组合实现，一种是利用步进指令实现。用基本逻辑指令实现较复杂的顺序控制，其梯形图比较复杂，而且不太直观，步进指令使它能够方便的实现。而采用传统的继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，故障多，维修困难，费工费时。采用PLC实现无需复杂的连线，而且实现起来方便，不费时。无需大量继电器，只需PLC芯片，基本无修理成本。（1）设备条件及控制要求因为此机床要求能够实现快进、共进、快退等功能，所以采用液压泵实现；而且机床是能够进行自动循环加工功能的设备，则采用电气-液压-机械组合的传动方式驱动和控制；要求单个运动部件能够独立调整操作，同时具备电气保护与联锁等功能；设备由车间低压电网供电，设备驱动电压为380V，50HZ，设备配置了2台交流异步电动机，1台主轴电机，功率为2.2KW，一台液压站电动机功率为3KW，液压系统所使用的是电磁换向阀，电磁阀工作电压为直流24V。电动机无制动要求，由于点击功率不到，此处无需降压启动，可采取直接启动。（2）机床设备的控制方案①选择PLC为主要控制器件构成控制系统，由于控制对象为单机设备，因此选用三菱公司的FX2N的PLC产品；②电动机驱动电路采用三相交流电，电压为380V，照明灯单独串接在干路上，使用220V交流电，主轴电机与液压泵电机的KM1与KM2线圈与PLC主机使用220V交流电，各电磁阀与主令电器及行程开关使用24V直流电压供电。③由于电动机功率较小，电动机均采用直接启动，且采用了液压泵进行方向控制，所以主轴电机无需正反转与制动要求；④控制系统需使用熔断器与热继电器进行短路与过载保护，且器件之间具有保护功能；⑤采用开关量控制；⑥机床上设定四个指示灯：液压泵工作指示灯、主轴启动指示灯、手动调整指示7灯、自动循环指示灯。2）主电路设计系统主电路包括2个电动机，两个接触器，一个VC整流器，TC变压器以及若干熔断器与热继电器。通过变压器，提供满足系统工作以及PLC设备需要的电源电压，系统电路图如下图3-1所示，系统使用电器元件明细表如表3-2所示。图3-1主电路图表3-2电器元件明细表符号名称及用途符号名称及用途M1油泵电动机HL5照明灯M2主轴电动机SB1紧急停止按钮KM1液压泵启动接触器SB2电压泵启动按钮KM2主轴电机启动接触器SB3自动循环开始按钮SQ1～SQ3行程开关SB4进入自动循环按钮SQ4换刀到位开关SB5点动向前按钮SQ5放松到位开关SB6复位按钮8SP夹紧到位开关SB7工进点动按钮SA1照明灯开关SB8手动换刀按钮SA2自动/手动选择开关SB9一次进刀按钮SA3手动主轴启动SB10自动换刀按钮QFPLC电源开关SB11退出自动循环按钮QS电源隔离开关SB12手动放松按钮TC控制变压器SB13手动夹紧按钮FU1～FU5短路保护熔断器YV1～YV6电磁阀电磁铁HL1液压泵指示灯FR1～FR2电动机过载热继电器HL2自动指示灯VC整流器HL3主轴指示灯HL4手动指示灯3)控制系统设计电气控制系统中由PLC构成控制部分，控制部分需要接受污水处理设备的控制信号，需要对所有信号按程序要求进行就算，并将计算结果作为输出信号送达污水处理设备上被控制电器，以实现设