后制动板三大孔粗精镗机床总体设计及电气控制部分设计

盐城工学院本科生毕业设计说明书2011目录1前言................................................................11.1课题的来源........................................................11.2国内外现状及发展趋势..............................................21.3设计的思路及解决的主要问题........................................32机床总体设计.........................................................42.1工艺方案的拟订....................................................42.2确定切削用量......................................................52.3机床尺寸联系总图的确定............................................73机床的电气控制部分设计.............................................103.1机床的控制要求...................................................103.2机床控制方案的确定...............................................113.3机床主电路的设计.................................................123.4PLC控制部分硬件的设计............................................133.5PLC控制部分软件的设计............................................183.6操作面板的设计...................................................204结论...............................................................21参考文献.............................................................22致谢.................................................................23附录.................................................................24盐城工学院本科生毕业设计说明书201111前言1.1课题的来源本课题来源于江苏高精机电设备装备公司，是对后制动板三大孔机床总体设计及电气控制部分设计。首先设计机床的总体结构，然后通过控制方案的选用，选择PLC控制来实现机床主轴、夹具、滑台之间的调整和整机循环动作控制。可编程序控制器(PLC)作为一种新型的工业自动化装置已在工业控制各个领域广泛应用，具有体积小、功耗低、寿命长、可靠性高、灵活通用、易于编程、维修及使用方便等特点。将PLC技术应用于组合镗床，使该机床实现了除装卸工件以外的全部自动循环过程，避免了过去由于大量使用继电器带来的种种缺点，改善并提高了控制性能，提高了生产效率，降低了生产成本。该公司的组合机床选用PLC控制而不是继电器控制，因为PLC的控制与继电器的控制有以下不同之处：1、控制逻辑继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器触点的串联或并联，及延时继电器的的滞后动作等到组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。另外继电器触点数目有限，每只仅有4～8对触点，因此灵活性和扩展性很差。而PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑只需改变程序即可，故称“软接线”。其接线少，体积小，因此灵活性和扩展性都很好。PLC由大、中规模集成电路组成，因而功耗较小。2、工作方式电源接通时，继电器控制电路中各继电器同时都处于受控状态，即该吸合的都应吸合，不该吸合的都应受到某种条件限制不能吸合，它属并联工作方式。而PLC的控制逻辑中，各内部器件都处于周期性循环扫描中，属串联工作方式。3、可靠性和可维护性继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线较多。触点断开或闭合时会受到电弧的损坏，并有机械磨损、寿命短，因此可靠性和维护性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。PLC配有自检和监督功能，能检查出自身的故障并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。4、控制速度继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，触点的开闭一般在几十毫秒数量级；另处，机械触点还会出现抖动问题。而PLC由程序指令控制半导体电路来实现控制，属无触点控制，速度极快，一条用户指令的执行时间一般在微秒数量级，且不会出现抖动。后制动板三大孔粗精镗机床总体设计及电气控制部分设计25、定时控制继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制。一般来说，时间继电器存在定时精确度不高、定时范围窄，且易受到环境湿度和温度变化的影响，时间调整困难等问题。PLC使用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体振荡产生，精度相当高，且定时时间不受环境的影响，定时范围一般从0.001S到若干天或更长；用户可根据需要在程序中设置定时值，然后用软件来控制定时时间。从以上几个方面的比较可知，PLC在性能上优于继电器控制系统，特别是具有可靠性高，设计施工周期短，调试修改方便的特点；而且体积小、功耗低、使用维护方便。正是基于以上优点，PLC控制系统正在逐步地取代继电器控制系统。1.2国内外现状及发展趋势在机械制造中，对于单件或小批量生产的工件，许多工厂采用通用机床进行加工。由于通用机床要适应被加工零件形状和尺寸的需要，故机床结构一般比较复杂。不仅如此，在实际生产加工中，由于只能单人单机操作，一道一道工序地完成，所以工人的劳动强度大、生产效率低，工件的加工质量也不稳定。组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，目前已经广泛应用于汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工及自行车等轻工行业的大批大量生产中，并可用以组成自动生产线；在一些中小批量生产中，如机床、机车、工程制造业中也已推广应用。以下是PLC的发展历史：起源：1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求；1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器PDP—14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC；1969年，美国研制出世界第一台PDP-14；1971年，日本研制出第一台DCS-8；1973年，德国研制出第一台PLC；1974年，中国研制出第一台PLC。发展：20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）；20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位；20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段；20世纪80年代至90年代中期，盐城工学院本科生毕业设计说明书20113是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统；20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、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。PLC技术发展呈现新的动向：a：产品规模向大、小两个方向发展大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本；b：PLC在闭环过程控制中应用日益广泛；c：不断加强通讯功能；d：.新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块；e：编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统；f：发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式；g：追求软硬件的标准化。1.3设计的思路及解决的主要问题设计思路：本课题是后制动板三大孔机床总体设计及电气控制部分设计，首先根据系统设计的总体要求，选用总体方案，绘制机床总体联系图，然后将选择PLC实现机床主轴、夹具、滑台的调整和整机循环动作控制。拟解决以下问题：a.确定机床总体结构方案；b.根据机床的总体电气控制要求，绘制机床总体电气分布图；c.按照仪表面板要求，进行操作台面板的设计；d.进行主电路设计，绘制控制系统的主电路电气控制原图；e.选定PLC的型号，分配输入/输出点，绘制PLC输入/输出端子接线图，绘制PLC伺服控制接线图；f.进行PLC编程，编制机床主轴、滑台、夹具的调整和整机循环的动作程序。通过这次设计达到：机床运转平稳，控制动作准确、可靠，结构简单，装卸方便，便于维修；通过学习与设计，使自己综合能力得到提高。后制动板三大孔粗精镗机床总体设计及电气控制部分设计42组合机床总体设计组合机床是按高度集中工序原则，针对被加工零件的特点及工艺要求设计的一种高效率专用机床。2.1工艺方案的拟订制订工艺方案是设计组合机床最重要的步骤.为了使工艺方案制订得合理、先进，必须认真分析被加工零件，深入现场全面了解被加工零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求及生产率要求等，总结设计、制造、使用单位和操作者丰富的实践经验，理论与生产实际紧密结合，从而确定零件在组合机床上完成的工艺内容及方法。2.1.1设计内容及依据课题来源于江苏高精机电装备公司。为保证对后制动板进行镗孔加工，需设计一台多工序组合机床。主要完成机床的总体设计及电气控制部分设计。后制动板的材料为HT200,硬度为HB170-220，主要为对后制动板的三大孔粗精镗，控制对象为机床的动力头、两个进给滑台，采用伺服系统，控制方式为日本的三菱PLC控制器。生产规模：大批大量生产。2.1.2技术要求a.机床整体布局要合理，美观，结构简单，装卸方便，便于维修；b.机床应运转平稳，控制动作要准确可靠；c.保证各动力头部件由电气控制；d.用对电机进行控制，实现滑台快进、工