1、 摘要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、铰孔，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睐，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
2、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。 本文对可编程序控制器（PLC）应用于双面钻孔组合机床电气控制系统的设计思想作了介绍。对系统的硬件组成和软件设计作了较为详细的阐述。关键词：可编程控制器（PLC）,组合机床,步进梯形指令(STL)，动力滑台。AbstractCombination machine tools and automatic line is a comprehensive collection and integration of high degree of automation in the manufacturing technology and p
3、rocess 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
4、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
5、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 accompanyin
6、g 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 thou
7、ght 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 课题背景 我国加入 WTO 以后，制造业所面临的机遇与挑战并存。组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至 2002 年
8、9 月份，组合机床行业企业仅组合机床产品一项，据不完全统计产量已达 800 余台，产值达 3 个亿以上，较 2001 年同比增长了 10%以上, 另外组合机床行业工业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交货值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较上年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。 组合机床及其 PLC 电气控制系统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电气控制系统主要采用机、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
9、型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额） ，完成钻孔、扩孔、铰孔，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。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等；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睐，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。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合
10、机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。1.1.1 组合机床的国内外现状从 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
11、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向。1.1.2 PLC 控制技术
12、的国内外现状 可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了 PLC 的应用。目前，我国自己已可以生产
13、中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列、杭州机床电器厂生产的 DKK 及 D 系列、大连组合机床研究所生产的 S 系列、苏州电子计算机厂生产的 YZ 系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC 生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC 在我国将有更广阔的应用天地。1.2 组合机床的概述 1.2.1 组合机床的概念 组合机床是由一些通用部件及少量的专用部件组成的高效自动化或半自动化的专用机床，可完成钻孔，扩孔，铰孔，镗孔，攻丝，车削，铣削，磨削等工艺，一般采用多轴、多刀、多工序
14、、多面同时加工。1.2.2 双面钻孔组合机床的介绍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的典型控制线路和一些基本的环节组成。组合机床构成：通用部件、动力部件（动力头和滑台） ，支撑部件、（滑坐、床身、立柱） ，输送部件（回转台、机械手等零件和产品的输送装置） 。动力头：能同时完成切削和进给运动的动力装置（部件） 。动力滑台：只完成进给运动的动力装置（部件） ，有液压和机械两种结构形式。1.3 可编程序控制器及应用 1.3.1 可编程序控制器概述 PLC 是 一 种 专 门 为 在 工 业 环 境 下 应 用 而 设 计 的
15、 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 及 其 有 关 的 外 围 设 备 都 应 该 按 易 于 与 工 业 控 制 系统 形 成 一 个 整 体 ， 易 于 扩 展 其 功 能 的 原 则 而 设 计 。1.3.2 可编程控制器的结构和工作方式从结构
16、上分，PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC 包括 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 PLC 包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC 源于用计算机控制来取代继电接触器，所以 PLC 具有同通用计算机的相同之处，如具有相同基本结构和相同的指令执行原理。但是，两者的工作方式上确有着重要的区别，不同之处体现在 PLC的 CPU 上采用循环扫描工作方式，集中进行输入采样，集中进行输出刷新，I/O 映像区分别存放执行程序之前的各输入状态和执行过程中个结果的状态。1.3
17、.3 S7-200 系列 PLC 指令系统 S7-200PLC 的指令由助记符和操作符两部分组成。常用指令：1.LD/LDN 指令 2.A/AN 指令 3.O/ON 指令 4.输出指令 5.NOT 指令 6.置位/复位指令 7.NOP 指令 8.END 指令。比较指令：1.字节比较指令2.整数比较指令 3.双字整数比较指令 4.实数比较指令 5.比较指令应用实例。程序控制指令：1.JMP/LBL 跳转指令 2.FOR/NEXT 循环指令 3.CALL/CRET 子程序指令。定时器指令，计数器指令。数据处理指令：1.传送指令和块传送指令 2.算术运算指令。 第二章 系统设计的总体方案2.1 机械
18、动力滑台2.1.1 机械动力滑台原理分析 M1M2机 座滑 块 1滑 块 2 M3图 2-1A I1.3 A I1.4 = Q1.0 3.3.3 PLC 的 I/O 地址分配序号 符号 功能描述 序号 符号 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 S
19、A3 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 总 结通过几个月的时间完成了双面钻孔组合机床电气控制系统设计的设计任务，设计中包含的部分参数和图片来自实际的生产过程中，将在以后的工作和学习中起到良好的作用。设计虽然已经完成，由于本人能力有限，难免有不足之出，请老师多多指导。但是，本系统中还是存在一些问题：首
20、先，由于设计者没有相关行业的操作经验，对其中的实际需求不能很好的把握，这就造成了一些功能在设置上就可能不符合实际操作人员的要求。另外，机械设计经验的不足，使得我们在考虑很多问题时，并没有考虑去全局出发，形成周密的计划，而只是从一个方面去考虑。对软件，也没有时间和能力进行正式的测试，所以难免有逻辑上的错误出现。最重要的是，由于对机械本身的熟练程度不高，在实现一些比较复杂的功能时，有很大的难度。这就使得一些很好的设想不能实现，同时，人性化方面的考虑也不能得到解决。经过此次设计，能够更好的把学校学到的知识在生产中得到应用，同时对机械设备也有了更加深入的了解，高效，快捷，精确在此得到体现。在以后的工作
21、和学习中，应更加努力做好本职工作并不断自我提高。虽然有的诸多的问题和困难，但通过这一次的开发任务，仍使我在机械的合作设计、前期的设计计划方面获益匪浅。致 谢 在整个毕业设计中，我得到了指导老师的热心指导和帮助，在此表示感谢！感谢指导老师在这次设计中给于我的指导和建议，这些帮助为我设计的顺利完成起到很好的作用，丰富的实践经验，良好的知识储备更为设计带来技术和理论知识.感谢西安航空职业技术学院提供了教研室和良好的上网环境。感谢我的合作伙伴兰晶同学在做毕业设计期间对我的帮助，她与我的良好合作，保证了毕业设计的按时完成。再一次感谢指导老师和各位在毕业设计期间帮助过我的人！参考文献1 高钦和.可编程控制
22、器应用技术与设计实例M.北京：人民邮电出版社，2004.7：16145.2 郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术M.南京：东南大学出版社，2003.6：5388.3 梁为.可编程序控制器原理及应用M.北京：煤炭工业出版社，2003.10：130154.4 钟肇新.可编程控制器原理及应用M. 广东：华南理工大学出版社，2003.5：16180.5 袁任光.可编程序控制器(PC)应用技术与实例M.广东：华南理工大学出版社，1997.6：149182.6 天津大学无线电材料与元件教研室编.电容器M.技术标准出版社，1981：74103.7 黄冰，蒋廷标等.单片机原理及应用(MCS-51)M.重庆:重庆大学出版社, 2003.8：160192.8 周德俭.数控技术M.重庆:重庆大学出版社,2001.11：7882.9 张进秋,陈永利,张中民.可编程控制器原理及应用实例M.北京:机械工业出版社,2003.11：189206.10 陈伯时.电力拖动自动控制系统M.北京:机械工业出版社,2000.6：162224.11 MITSUBLSHI.三菱微型可编程控制器应用手册M.内部资料，1998：387912 伯生.可编程控制器配置编程联网M.北京：中国劳动出版社，1998.528113 皱金惠.可编程控制器（PLC）原理及应用M.昆明：云南科技出版社，2001：3665
