1、ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY本 科 毕 业 论 文PLC 控制立式单面前轴主销孔上下面组合机床 设计The design of single-sided vertical combined machine tool milling the upper and lower surface of the shift main pin hole based on PLC control系（院）名称： 专 业 班 级 ： 级自动化 班 学 生 姓 名 ： 指导教师姓名： 指导教师职称： 1目 录摘要 .3Abstract .4引 言 .5第一章 绪 论 .61.1 课题
2、背景 .61.2 机床的电气控制系统 .61.2.1 电气控制系统的组成 .71.2.2 机床电力拖动自动控制系统 .8第二章 机床电气控制系统设计的总体方案 .82.1组合机床概述 .82.2 立式单面前轴主销孔上下面组合机床及其构成 .82.2.1 机床的床身 .92.2.2 电气控制柜 .102.2.3 液压站 .112.3 立式单面前轴主销孔上下面组合机床的加工过程 .112.4 机床加工过程的控制要求 .122.5 PLC电气控制系统的选定 .132.5.1 电气控制系统设计的任务和内容 .132.5.2 电气控制系统设计的原则 .132.5.3 PLC控制方案的选择 .13第三章
3、PLC 电气控制系统的设计 .153.1 PLC简介 .153.1.1 可编程控制器的结构和工作原理 .153.1.2 三菱 FX2N系列 PLC及其指令 .163.2 PLC电气控制设计思想 .1623.2.1 PLC控制系统设计的基本原则 .173.2.2 PLC控制系统设计的基本内容与步骤 .17第四章 PLC 的选择 .184.1 PLC机型的选择 .184.2 输入/输出的选择 .184.2.1 系统 I/O点数的估算 .184.2.2 输入输出模块的选择 .194.3 内存估计 .204.3.1 内存利用率 .204.3.2 开关量输入输出点数 .204.3.3 模拟量输入输出点数
4、 .214.3.4 程序编写质量 .214.4 选用合适的 PLC .214.4.1 确定输入/输出设备及 PLC.214.4.2 分配 I/O端口 .22第五章 PLC 电气控制系统硬件电路的设计 .235.1 电气原理图设计 .235.1.1 主电路设计 .235.1.2 控制回路的设计 .245.2 选择控制系统电气元件 .275.2.1 常见低压电器 .275.2.2电气器件的选择 .325.3 电气布置图设计 .355.3.1 配电柜元器件布置图 .365.3.2 机床各部分电气器件分布图 .375.4 电器安装图设计及接线图绘制 .375.4.1 机床安装接线图 .385.4.2
5、操作台安装接线图 .395.4.3 控制面板的设计 .393第六章 PLC 电气控制系统软件程序设计 .406.1 初始化程序设计 .406.2 公用程序的设计 .416.3 手动程序的设计 .436.4 自动程序的设计 .44结 论 .47附录一 .48致 谢 .49参考文献： .504PLC 控制立式单面前轴主销孔上下面组合机床设计专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职称： 摘要 基于当今机械加工行业的迅速发展，尤其是汽车制造业的飞速发展，以加工效率高为特色的组合机床在生产中的应用也日益广泛。实际中加工汽车前轴主销孔上下面的通用机床不但加工速度慢而且加工精度不高，为弥补通用机床的这一缺陷，
6、相应的组合机床应运而生从而也提高生产效率和工件加工精度。立式单面前轴主销孔上下面组合机床就是用来粗铣加工汽车前轴主销孔上下面的。要完好地实现汽车制造，其各个部件的各个工序的加工都极为重要，当然主销孔上下面的粗铣也不例外。因此，该机床控制系统的设计也就尤为重要。控制系统采用 PLC电气控制方式，以其大规模的集成电路技术和严密的生产工艺制造确保系统的强抗扰性和高可靠性。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。该课题基于 PLC的控制特点完成了以 PLC为核心的
7、立式单面前轴主销孔上下面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 控制系统 机床 5The design of single-sided vertical combined machine tool milling the upper and lower surface of the shift main pain hole based on PLC controlAbstract Based on the increasing development of the
8、 machinery,especially the booming of automobile manufacturing industry , special-purpose machine tool which is typical of high efficiency takes a more and more important part in the production .In the production line,the common machine tool milling the upper and lower surface of the shift main pain
9、hole is slow in speed and not of high accuracy. Single-sided vertical combined machine tool milling the upper and lower surface of the shift main pain hole is used to mill the upper and lower surface of the shift main pain hole of an automobile.In order to complete an automobile, the production of e
10、very part of all sectors is important,so is the milling of the upper and lower surface of the shift main pain hole.Therefore,the design of this machines control system is of great importance.The control system adopts the control system based on PLC,which uses modern large-scale integrated circuit te
11、chnology and strict production process,and it can improve the anti-jamming and reliability of the system.At the same time, PLC also has the complete package, perfect functions, applicability, system design, construction work in small, easy maintenance, easy to transform, small size, light weight, lo
12、w power consumption, thus ensuring the electrical control of complex processes, so that safe and reliable machine to work.The design is based on the characteristics of PLC control, completing the design of control system of a PLC as the core technology of single-sided vertical combined machine tool
13、milling the upper and lower surface of the shift main pain hole, the program can take full advantage of the PLCs logic operations, sequence control, timing, counting and arithmetic operations, such as operation commands, through digital, analog input and output, to control the complexity of the circ
14、uit.Key words control system machine tool PLC6引 言工业生产的各个领域，无论是过程控制系统还是传动控制系统，都包含着大量的开关量和模拟量。开关量也称数字量，如电动机的启停、电灯的亮灭、阀门的开闭、电子电路的置位与复位、计时、计数等；模拟量也称连续量，如不断变化的温度、压力、速度、流量、液位等。从生产机械所应用的电器与控制方法看，最初是采用一些手动电器来控制执行电器，这类手动控制适应于一些容量小、操作单一的场合。随后发展为采用自动控制电器的继电器-接触器控制系统。这种控制系统主要由一些继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，其特点是结构简单，价格低廉，
15、维护方便，抗干扰强，因此广泛应用于各种机械设备上。并且该系统不仅可以方便的实现生产过程自动化，而且还可以实现集中控制和远距离控制。但由于该控制接线形式固定，导致其通用性和灵活性较差，又因采用有触点的开关动作，工作频率低，触点易损坏，可靠性差。随着生产力的发展和科技的进步，人们对所使用的控制设备提出新的更高的要求。在实际生产中，大量存在一些以开关量控制的程序控制过程，而且生产工艺及流程经常会发生变化，基于满足这些控制要求，由集成电路组成的顺序控制器应运而生。它具有程序变更容易、程序存储量大、通用性强的优点。20 世纪 60 年代，出现了板式顺序控制器 SC（Sequence Controller
16、） 。所谓顺序控制，是以预先规定好的时间或条件为依据，按预先规定好的动作次序，对控制过程各阶段顺序的进行以开关量为主的自动控制。其通用性和灵活性强，但程序的实现和更改方式并没有从本质上改变。1969 年，基于计算机技术和继电器接触控制技术的结合，出现了可编程逻辑控制器 PLC(Programmable Logic Controller)。具有逻辑控制、定时、计数等功能。20 世纪 70 年代出现了以一位微处理机为核心的可变程序控制器，又称为工业控制单元ICU(Industrial Control Unit)。它将原来顺序控制器中程序的编制和执行改由计算机软件来实现，成为一种新型的工业控装置，在
17、顺序控制领域开辟了新途径。1980 年前后，出现了可编程控制器 PC(Programmable Controller)，它是在可编程逻辑控制器基础上进一步发展而来的。其在功能上不仅继承了 PLC 原有的功能，而且有顺序控制、算术运算、数据转换和通讯等更为强大的功能，指令系统丰富，程序结构灵活。为区别与个人计算机 PC，人们通常称可编程控制器为 PLC。当前 PLC 主要是朝着小型化、廉价化、标准化、高速化、智能化、大容量化、网络化的方向发展。7第一章 绪 论1.1 课题背景当今，工业、农业、科学和国防的现代化，要求机械产业不断地提供各种先进设备，如电力机车、内燃机车、各种车辆、起重运输机械、装
18、卸机械、工程机械、养路机械等设。为制造和维修这些技术设备，就必须具备制造各种金属零件的设备，如铸造、锻造、焊接、冲压和切削加工设备等。机械零件的形状精度、尺寸精度和表面粗糙程度要求较高，主要靠切削加工来达到，特别是形状复杂、精度要求高和表面粗糙程度要求高的零件，往往需要几道到几十道切削加工程序才能完成。利用刀具对金属毛坯进行切削，从而加工出机械零件的工作机械就叫做切削机床，简称机床。机床是现代机械制造行业中最重要的加工设备，在一般机械制造厂中，机床所担负的机械加工工作量，约占机械制造总工作量的 40%60%。机床的性能直接影响机械产品的性能、质量和经济化，因此，它是国民经济中具有战略意义的基础
19、工业，机床的拥有量及其先进程度将直接影响到国民经济各部门生产发展和技术进步的能力。电力拖动方式经过几十年的发展、演变，其控制方式也由手动控制逐步向自动控制方向迈进。尤其是在电气控制迅速发展的今天，可编程控制器 PLC在机床上的广泛应用，使机床的加工精度和加工速度都得到了很大的改善，尤其是各种专用机床的成功研发，为机床的发展迈出了新的一步。1.2 机床的电气控制系统机床的运行，一是需要动力，二是需要控制。现代机床主要有电动机提供动力即由电动机拖动机床的主轴和给进系统。实现对主轴转速和给进量的控制是机床控制系统要完成的任务，有时控制系统还要完成诸如保护、冷却、照明等系统的控制。机床的电气控制系统就
20、是用电气手段为机床提供动力，并实现上述控制任务的系统。1.2.1 电气控制系统的组成实现自动控制的手段多种多样，可以用电气的方法实现，也可以用机械、液压、气动等方法实现。由于现代化的金属切削机床均采用交流或直流电动机作为原动机，因而电气自动控制是现代机床的主要控制手段。即8使采用其他控制方法，也离不开电气自动控制的配合，而且电气自动控制程度越高，机床的加工性能、质量和效率也越高。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
21、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。 1
22、.2.2 机床电力拖动自动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：控制设备 传动机构电动机反馈装置工作机械电源9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
23、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。 第二章 机床电气控制系统设计的总体方案2.1 组合机床概述组合机床是由一些通过用部件和按加工需要而设计的专用部件组成的高效率自动化或半自动化的专用机床。在此类机床上可进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、车削、铣削、磨削及精加工等工序，一般采用多轴、多刀、多工序、多面同时加工，大多具有自动工作循环。组合机床适用于大批量产品或定型产品的生产。组合机床的通用部件中的动力部件有动力头和动力滑台。动力头能同时完成刀具切削运动和给进运动，而动力滑台则只能完成给进运动。通用部件中还有支撑部件：滑座、床身、立柱等；控制部件：液压元件、控制板、按钮台、电气
24、挡铁等。组合机床的控制系统大多采用机械、液压、电气相结合的控制方式。2.2 立式单面前轴主销孔上下面组合机床及其构成立式单面前轴主销孔上下面组合机床也可以称为立式单面粗铣前轴主销孔上下面组合机床，本机床由一台 1TX50铣削头、两个 400 铣刀盘（铣刀盘厚度小于 60毫米，中心孔 100毫米） 、一个专用立柱、一台 500300专用液压移动工作台、一个整体床身、专用夹具等组成，主要用于汽车前轴主销孔上下面的加工。同时，机床还配有独立的电气柜、液压站、集中润滑等装置、大流量冷却磁性排屑装置，并具有高防护。该机床的机械构成主要有工作床身、电气控制柜和液压站等几部分。2.2.1 机床的床身机床的床身是完成加工任务的机械主体，各种加工任务都是在机床床身上完成加工的。立式单面前轴主销孔上下面组合机床床身由
