课程设计.docx - 冰豆网

资源描述

课程设计.docx

《课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计.docx（41页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

课程设计.docx

课程设计

西南大学

《机电一体化》

课程设计（论文）

题

目：

多工位加工线上钻削加工

电气控制系统设计

学生姓名：

专

学

班

业：

机械设计制造及其自动化

号：

级：

指导教师：

成

绩：

工程技术学院

2010年10月9日

西南大学《机电一体化》课程论文

摘要.........................................................................................................................1

1．引言.....................................................................................................................2

2．设计任务.............................................................................................................2

2.1设计目的........................................................................................................2

2.2设计要求........................................................................................................2

3．总体设计方案.....................................................................................................3

3.1多工位加工线上钻削加工的过程流...............................................................3

3.2继电器控制的电器原理.................................................................................5

3.2.1继电器控制的电气原理图.......................................................................5

3.2.2电气原理图的符号意义...........................................................................5

3.2.3电磁阀选择.............................................................................................6

3.3电气控制系统设计功能树.............................................................................7

3.4系统负载速度图.............................................................................................7

3.6PLC控制钻削加工的梯形图.........................................................................8

3.7PLC控制钻削加工的指令表..........................................................................9

4．机械传动设计...................................................................................................11

4.1限位开关SQ1的设计...................................................................................11

4.2限位开关SQ3的设计...................................................................................11

4.3限位开关SQ2的设计...................................................................................12

4.3.1滚珠丝杠的介绍、选择及计算说明....................................................12

4.3.2步进电机的选用...................................................................................15

4.3.3蜗杆与滚珠丝杠配合...........................................................................18

4.3.4钻削深度计算.......................................................................................19

5．软件调试及注意事项........................................................................................19

5.1软件调试.......................................................................................................19

5.2注意事项......................................................................................................20

6．致谢...................................................................................................................21

参考文献.................................................................................................................22

摘要

针对某生产线钻削加工工序的动作要求，设计了采用可编程控制器改造原继

电器控制电路的方案，并提出了设计中需要注意的问题，该设计方法一般不需要

改变控制面板，保持了系统原有的外部特性，工作人员不用改变长期形成的操作

习惯，某生产线钻削加工设备采用可编程控制器改造原继电器控制电路效果显

著。

关键词：

机械制造自动化；可编程控制器；设计；梯型图；控制系统

Abstract：

Aimingatthedemandingofoneproductionline’sworking

procedureofDrillingandParingProcessing,wedesignedofaprojectthat

usedprogrammablecontrollertorebuildthecontrolcircuitoftheformer

relay.Andwealsoindicatedsomeproblemsthatshouldbepaidattention

to.

Keywords：

automationofmachinerymanufacture;PLC;design;ladder

diagram;controlsystem

1．引言

西南大学《机电一体化》课程论文

多工位加工线上钻削加工电气控制系统设计

姓名

西南大学工程技术学院，重庆400716

数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。

基础是否牢固直接影响

到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。

在我国，数控

技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。

特别是在通

用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。

但

是我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力

等方面情况尤为突出。

如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展

的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地

位，将是数控研究开发部门所面临的重要任务。

2．设计任务

2.1设计目的

用PLC控制一条多工位加工线，其中第三工位的头道工序为钻孔。

此工序

的动作要求如下：

起动后，夹紧装置动作。

为确保可靠夹紧，延时10s钟，控

制冷却油的电磁阀吸合。

同时，钻头向工件方向快进。

当接近工件时，限位开关

SQ1动作，钻头变为慢进，开始钻削。

达到预定深度，限位开关SQ2动作，钻

头快速退回。

回到原始位置，限位开关SQ3动作，钻头停止移动，钻削工序结

束。

2.2设计要求

1）画出加工过程流程图

2）画出继电器控制的电气原理图

3）画出PLC控制的输入输出接线图

4）设计PLC控制钻削加工的梯形图

5）完成加工程序设计

6）整理设计说明书，答辩

3．总体设计方案

西南大学《机电一体化》课程论文

可编程控制器PLC的使用与继电器有极为相似的梯形图语言，用PLC改

造继电器控制系统时，根据继电器电路来设计梯形图是一条捷径，因为原有的继

电器控制系统经过长期的使用和考验已经被证明能完成系统要求的控制功能，因

此可以将继电器电路图转换成梯形图，即用PLC的外部硬件接线图和梯形图来

实现继电器系统的功能。

3.1多工位加工线上钻削加工的过程流

多工位加工线钻削加工工序的动作要求如下：

启动后，夹紧装置动作，为确

保可靠夹紧，延时10s控制冷却油的电磁阀吸合；同时，钻头向工件方向快进，

当接近工件时，限位开关SQ1动作钻头变为慢进，开始钻削，达到预定深度时

限位开关SQ2动作，钻头快速退回，回到原始位置限位开关SQ3动作，钻

头停止移动，钻削工序结束.其加工过程流程图如图1：

西南大学《机电一体化》课程论文

说明

启动

夹紧装置动作

延时10s

冷却阀动作

钻头快进

SQ1动作

否？

钻头慢进

SQ2动作

否？

钻头快退

SQ3动

作否？

结束

上道工序结束为启动信号

夹紧控制：

继电器K1吸合

接触器KM1吸合

定时器T1延时

10s后动作

喷油控制继电器K2吸合

喷油驱动电磁阀YV吸合

快进接触器KM2吸合

钻头是否快接触到工作？

进给开始：

进给继电器K3吸合

进给接触器KM3吸合

孔深达到否？

削钻完毕：

快退继电器K4吸合

快退接触器KM4吸合

钻头退到原位否？

本工序结束，转到下道工序

西南大学《机电一体化》课程论文

图1加工过程流程图

3.2继电器控制的电器原理

3.2.1继电器控制的电气原理图

启动停止

SQ1

SQ2

SQ3

K4K5

图2继电器控制的电器原理图

3.2.2电气原理图的符号意义

表1电气元器件的说明

K1K1：

夹紧控制继电器

KM1KM1：

夹紧控制接触器

T1T1：

定时器

K2K2：

喷油控制继电器

K3SQ1：

快进结束限位开关

K3：

进给开关

YV：

喷油电磁阀

KM2KM2：

快进接触器

K4K4：

快退控制接触器

KM3KM3：

进给接触器

K5SQ3：

钻头退到原位开关

KM4KM4：

快退接触器

SB1

SB2

SQ2

SQ3

起动

KM1

停止夹紧控制

继电器

KM2KM3

喷油控制

继电器

KM4

进给继

电器

快退控制继

电器

进给到位

开关

SQ1

钻头退到

原位开关

夹紧控制快进接进给接触快退接触定时器

电磁阀

快进结束

接触器

触器

器

西南大学《机电一体化》课程论文

器

限位开关

3.2.3电磁阀选择

电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压，

气动.电磁阀用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压钢控制，所

以就会用到电磁阀。

1）电磁阀的工作原理：

电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每

个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电

阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而

进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油刚

的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。

这样通过控制电磁铁的电

流就控制了机械运动。

2）电磁阀的选型依据：

一、根据管道参数选择电磁阀的：

通径规格（即DN）、接口方式

1、按照现场管道内径尺寸或流量要求来确定通径（DN）尺寸。

2、接口方式，一般>DN50要选择法兰接口，≤DN50则可根据用户需要

自由选择。

二、根据流体参数选择电磁阀的：

材质、温度组

1、腐蚀性流体：

宜选用耐腐蚀电磁阀和全不锈钢；食用超净流体：

宜

选用食品级不锈钢材质电磁阀。

2、高温流体：

要选择采用耐高温的电工材料和密封材料制造的电磁阀，

而且要选择活塞式结构类型的。

3、流体状态：

大至有气态，液态或混合状态，特别是口径大于DN25

订货时一定要区分开来。

4、流体粘度：

通常在50cSt以下可任意选择，若超过此值，则要选用

高粘度电磁阀。

三、根据压力参数选择电磁阀的：

原理和结构品种

1、公称压力：

这个参数与其它通用阀门的含义是一样的，是根据管道

公称压力来定。

西南大学《机电一体化》课程论文

2、工作压力：

如果工作压力低则必须选用直动或分步直动式原理；最

低工作压差在0.04Mpa以上时直动式、分步直动式、先导式均可选用。

四、电气选择：

电压规格应尽量优先选用AC220V、DC24较为方便。

五、根据持续工作时间长短来选择：

常闭、常开、或可持续通电

1、当电磁阀需要长时间开启，并且持续的时间多余关闭的时间应选常

开型。

2、要是开启的时间短或开和关的时间不多时，则选常闭型。

3、但是有些用于安全保护的工况，如炉、窑火焰监测，则不能选常开的，

应选可长期通电型。

3.3电气控制系统设计功能树

钻孔

总功能

装夹

转动

钻削

转动

拆卸

分功能

安装工件

夹紧

工位转换

加工

工位转换

夹紧装置松开

拆卸

分功能

人工

夹紧

延时

旋转

钻孔

纵向

旋转

松开

人工

功能元

3.4系统负载速度图

3.5PLC控制电路

图3钻削加工电气控制系统功能图

快进

工进

快退

图4系统负载速度图

西南大学《机电一体化》课程论文

该设备采用美国通用电气公司的GE-1/J型PLC来实现对该钻削加工的控

制.由图1和图2确定输入信号和输出信号先把外部输入信号（来自限位开关按

钮以及其它来自现场的控制信号）连接到PLC的输入接口的端子，得到用PLC

控制的外部接线图如图5所示：

外部信号输入

启动

停止

SQ1

SQ2

SQ3

01201

02202

03203

04204

05205

COMCOM

PLC信号输出

KM1

KM2

KM3

KM4

图5PLC的外部接线图

3.6PLC控制钻削加工的梯形图

按照加工过程流程图并参考继电器控制电路图，遵循编程规则，用PLC的

内部继电器，计数器/计时器等单元设计出PLC控制钻削加工的梯形图.如图6

所示PLC各输入、输出线圈内部继电器线圈及触头，特殊功能单元，计时器计

数器等都有规定的编号和地址。

西南大学《机电一体化》课程论文

02301

301

302

303

204

T601

303

304

305

201

T601

302

303

202

203

304

204

05305

305205

100

（10S）

图6GE—1/J型PLC控制钻削加工梯形图

3.7PLC控制钻削加工的指令表

根据GE-1/J型PLC的语句编程规则，把梯形图转换为如下指令表：

西南大学《机电一体化》课程论文

LD01

OR301

AND02

OUT301

LD301

MPS

OUT201//夹紧控制器启动

OUTT601

SP100

MRD

LDT601

OUT302

MPP

LD03

OR303

OUT303

LD302

MPS

OUT202//电磁阀启动

MRD

LDI303

OUT203//快进接触器启动

LD04

OR304

OUT304

LD303

ANI304

OUT204

LD204

MPS

LD05

OR305

OUT305

MPP

LDI305

OUT205

//进给接触器启动

//快退接触器启动

4．机械传动设计

4.1限位开关SQ1的设计

西南大学《机电一体化》课程论文

限位开关SQ1用于在钻头向工件快进过程中判断其之间距离，采用双极霍

尔开关元件177A。

霍尔开关原理简述如下：

当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会

产生电位差，这种现象就称为霍尔效应.两端具有的电位差值称为霍尔电势U，

其表达式为U=K·I·B/d.其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加

磁场（洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度.霍尔开关就属于这

种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺

制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工

业场合实际应用易操作和可靠性的要求.霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来

表征的，当B值达到一定的程度时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的

输出电平状态也随之翻转.输出端一般采用晶体管输出，和接近开关类似有NPN、

PNP、常开型、常闭型、锁存型（双极性）、双信号输出之分.霍尔开关具有无触

电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，

所以能在各类恶劣环境下可靠的工作.霍尔开关可应用于接近开关，压力开关，

里程表等，作为一种新型的电器配件.其内部原理图如图7所示：

稳压4.7K

Vcc

GND

图7霍尔开关原理图

Vout

钻头向工件方向快进，当接近工件设定的距离时，霍尔开关元件开始作用，

发出信号给限位开关SQ1,SQ1动作输出信号给PLC。

4.2限位开关SQ3的设计

西南大学《机电一体化》课程论文

限位开关SQ3用于钻头快速退回到原始位置时，发出信号给PLC控制钻头

停止移动，其型号选择及工作原理如上文限位开关SQ1。

4.3限位开关SQ2的设计

限位开关SQ2用于钻头钻削到预定深度时，其动作输出信号给PLC控

制钻头快速退回。

通过步进电机驱动滚珠丝杠转动从而带动钻头旋转，设定工件

需要钻削的深度值，通过计算滚珠丝杠转动的转数计算出钻头钻削工件是否到达

预定深度。

4.3.1滚珠丝杠的介绍、选择及计算说明

1）滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运

动的理想的产品。

2）滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。

它的功能是将旋转运动转化成直

线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从

滚动动作变成滑动动作。

由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种

工业设备和精密仪器。

3）滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是

将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、

可逆性和高效率的特点。

4）滚珠丝杠的特点：

1．与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3

由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动,所

以能得到较高的运动效率。

与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即

达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。

在省电方面很有帮助。

2．高精度的保证

滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，

特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度、湿度进行了严格的

控制，由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。

3．微进给可能

滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运

动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。

展开阅读全文