毕业设计自动钻床PLC控制及仿真.docx

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毕业设计自动钻床PLC控制及仿真

毕业综合技能实践论文

论文题目：

自动钻床PLC控制及仿真

学　　　号：

21033344

姓　　名：

信廷玉

系　　部：

电气工程系

专业名称：

机电一体化

指导教师：

王德志

2014年12月15日

包头职业技术学院电气工程系

毕业设计任务书

一、设计题目：

自动钻床PLC控制及仿真

二、设计要求：

1.根据钻床工作情况，要求有三个液压缸。

一个夹紧缸，一个送料缸，一个钻削缸。

2.动作循环：

送料→夹紧→钻削缸快进→钻削缸快退→松开；并且还要有泵卸荷功能。

3.注意：

为了提高生产率，送料杆退出干涉位置后，夹紧缸就伸出夹紧，而不要等到送料缸缩回到位后，夹紧缸才动作。

4.设计应完成的技术文件

（1）电磁铁动作表、液压系统原理图。

（2）PLC的I／O地址分配表、外部接线图。

（3）功能表图、梯形图。

（4）仿真过程及结果。

前言

液压传动作为一种易于推广普及的自动化应用技术，它是以流体作为工作介质对能量进行传动和控制的一种传动形式。

其具有输出力大，重量轻，惯性小，调速方便以及易于控制等优点。

PLC是一种功能强、编程简单、可靠性高的自动控制产品，两者在工业生产上都得到了广泛的应用。

用液压自动化控制技术实现生产的自动化，是工业自动化的一种重要技术手段，也是一种低成本自动化技术。

根据钻床加工的要求,采用可编程控制器（简称PLC）实施对钻床加工的自动控制。

主要完成对钻床主体控制电路、PLC控制平台、梯形图和硬件系统的设计。

此设计方法比采用数控系统控制该单元的成本降低60%～80%,并且同样可保证孔系的加工精度,在I/O接口上还可使用拓展模块进行工艺的改进及系统扩充,具有较强的实用性。

基于以上考虑，为提高生产效率，提高自动化程度，现设计一全液压钻床。

该机床对工件进行快速定位、夹紧以及钻削加工。

本文设计的全自动液压钻床通过液压传动来传递动力，通过PLC来控制机床动作

目　　录

1．自动钻床概述

　　自动钻床是一种自动化钻孔平台，是指利用比目标物更坚硬、更锐利的工具通过旋转切削或旋转挤压的方式，在目标物上留下圆柱形孔或洞的机械和设备统称。

也有称为打孔机、钻孔机、打眼机、通孔机等。

通过对精密部件进行钻孔，来达到预期的效果，自动钻床有自动钻床和手动钻床，随着人力资源成本的增加；大多数企业均考虑自动钻床作为发展方向。

随着时代的发展，自动钻床的钻孔技术的提升，采用自动钻床对各种五金模具表带钻孔表带钻孔首饰进行钻孔优势明显。

2液压系统设计

2.1液压系统基本概念

1、何谓液压传动？

其基本工作原理是怎样的?

答：

（1）液压传动是以液体为工作介质，利用液体的压力能来实现运动和力的传递的一种传动方式。

（2）液压传动的基本原理为帕斯卡原理，在密闭的容器内液体依靠密封容积的变化传递运动，依靠液体的静压力传递动力。

2、什么是压力？

压力有哪几种表示方法？

液压系统的工作压力与外界负载有什么关系？

答：

（1）液体单位面积上所受的法向力称为压力。

（2）压力有两种表示方法：

绝对压力和相对压力。

以绝对真空作为基准进行度量的压力，称为绝对压力；以当地大气压力为基准进行度量的压力，称为相对压力。

（3）液压系统的工作压力由负载决定。

3、什么叫真空度？

答：

如果液体中某点处的绝对压力小于大气压力，这时该点的绝对压力比大气压小的那部分压力值，称为真空度。

真空度=大气压力－绝对压力

4、理想液体伯努力方程的物理意义是什么？

答：

理想液体伯努力方程的物理意义是：

管道中作恒定流动的理想液体具有压力能、位能和动能，他们之间可以相互转换，但在任意截面处其总和不变，即能量守恒。

5、液压系统中产生沿程压力损失的局部压力损失的原因是什么？

答：

沿程压力损失是液体在等径直管中流动时因黏性摩擦而产生的压力损失；局部压力损失由于管道截面突然变化、液流方向改变或其他形式的液流阻力而引起的压力损失。

6、流体有哪两种状态？

如何判别这两种状态？

不同流态的物理本质是什么？

答：

（1）流体有层流和紊流两种状态。

（2）判别流体是层流还是紊流须用雷诺数来判断。

雷诺数Re=（v*d）/ν，当内诺数小于临界雷诺数时，液流为层流；当内诺数大于临界雷诺数时，液流为紊流。

（3）层流时，黏性力起主导作用，惯性力与黏性力相比不大，液体流速较低，液体质点主要受黏性力制约，不能随意运动；紊流时。

惯性力起主导作用，液体流速较较高，黏性力的制约作用减弱。

7、液压油黏性的物理意义是什么？

答：

液压油黏性的物理意义是：

液体在流动时抵抗变形能力的一种度量。

2.2液压系统组成

组成部分

一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。

动力元件

动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。

液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。

执行元件

执行元件（如液压缸和液压马达）的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。

控制元件

控制元件（即各种液压阀）在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。

根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。

压力控制阀又分为溢流阀（安全阀）、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。

根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。

辅助元件

辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计液压油等。

液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。

2.3液压传动特点.

1.优点

（1）体积小输出力大。

（2）不会有过负载的危险（装有溢流阀）

（3）输力调整容易（调整压力控制阀）

（4）速度调整容易，可实现无级调速

（5）易于自动化

2.缺点

（1）接管不良时会导致液压油外泄（①会污染工作场所②可能引起火灾）。

（2）油的粘度发生变化时，流量也会跟着改变，造成速度不稳定。

（3）机械能转换成压力能，在液体压力转换成机械能来做功，能量经两次转换后，损失较大，能源使用效率比传统机械传动低。

（4）为防止泄漏损耗，元件加工精度较高

2.4液压元件

液压元件中可分为动力元件和控制元件以及执行元件三大类

2.4.1动力元件

　动力元件（油泵）它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。

动力元件：

齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵（动力元件指的是各种液压泵）。

　1、齿轮油泵（包括外啮合与内啮合）两种结构型式。

　2、叶片油泵（包括单级泵、变量泵、双级泵、双联泵）。

　3、柱塞油泵，又分为轴向柱塞油泵和径向柱塞油泵，轴向柱塞泵有定量泵、变量泵、（变　　量泵又分为手动变量与压力补偿变量、伺服变量等多种）从结构上又分为端面配油和阀式配油两种配油方式，而径向柱塞泵的配油型式，基本上为阀式配油。

）

名称

符号

说明

液压泵

液压泵

一般符号

单向定量液压泵

单向旋转、单向流动、定排量

双向定量液压泵

双向旋转，双向流动，定排量

单向变量液压泵

单向旋转，单向流动，变排量

双向变量液压泵

双向旋转，双向流动，变排量

2.4.2执行元件

执行元件（油缸、液压马达）它是将液体的液压能转换成机械能。

其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。

执行元件：

液压缸、活塞液压缸、柱塞液压缸、摆动液压缸、组合液压缸；　　液压马达：

齿轮式液压马达、叶片液压马达、柱塞液压马达；

单作用缸

单活塞杆缸

单活塞杆缸（带弹簧复位）

柱塞缸

伸缩缸

双作用缸

单活塞杆缸

双活塞杆缸

2.4.3控制元件

控制元件包括压力阀、流量阀和方向阀等。

它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。

控制元件：

方向控制阀、单向阀、换向阀；　　压力控制阀：

溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等；　　流量控制阀：

节流阀、调速阀、分流阀；

控制方法

单向滚轮式

仅在一个方向上操作，箭头可省略

先导型比例电磁式压力控制阀

人力控制

一般符号

电气控制方法

单作用电磁铁

按钮式

双作用电磁铁

拉钮式

单作用可调电磁操作（比例电磁铁，力马达等）

按-拉式

双作用可调电磁操作（力矩马达等）

手柄式

旋转运动电气控制装置

各种阀门

（1）压力控制阀

名称

符号

说明

名称

符号

说明

溢流阀

溢流阀

一般符号或直动型溢流阀

减压阀

先导型比例电磁式溢流减压阀

先导型溢流阀

定比减压阀

减压比1/3

先导型电磁溢流阀

（常闭）

定差减压阀

直动式比例溢流阀

顺序阀

顺序阀

一般符号或睦动型顺序阀

先导比例溢流阀

先导型顺序阀

卸荷溢流阀

p2＞p1时卸荷

单向顺序阀（平衡阀）

双向溢流阀

直动式，外部泄油

卸荷阀

卸荷阀

一般符号或直动型卸荷阀

减压阀

减压阀

一般符号或直动型减压阀

先导型电磁卸荷阀

p1＞p2

先导型减压阀

制动阀

双溢流制动阀

溢流减压阀

溢流油桥制动阀

（4）方向控制阀

名称

符号

说明

名称

符号

说明

单向阀

单向阀

详细符号

换向阀

二位五通液动阀

简化符号（弹簧可省略）

二位四通机动阀

液压单向阀

液控单向阀

详细符号（控制压力关闭阀）

三位四通电磁阀

简化符号

三位四通电液阀

简化符号（内控外泄）

详细符号（控制压力打开阀）

三位六通手动阀

简化符号（弹簧可省略）

三位五通电磁阀

双液控单向阀

三位四通电液阀

外控内泄（带手动应急控制装置）

梭阀

或门型

详细符号

三位四通比例阀

节流型，中位正遮盖

简化符号

三位四通比例阀

中位负遮盖

换向阀

二位二通电磁阀

常断

二位四通比例阀

常通

四通伺服

二位三通电磁阀

四通电液伺服阀

二级

二位三通电磁球阀

带电反馈三级

二位四通电磁阀

（5）流量控制阀

名称

符号

说明

名称

符号

节流阀

可调节流阀

详细符号

调速阀

调速阀

简化符号

旁通型调速阀

不可调节流阀

一般符号

温度补偿型调速阀

单向节流阀

单向调速阀

双单向节流阀

同步阀

分流阀

截止阀

单向分流阀

滚轮控制节流阀（减速阀）

集流阀

调速阀

调速阀

详细符号

分流集流阀

2.4.4辅助元件

辅助元件除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件{主要包括：

各种管接头（扩