PLC控制立式单面前轴主销孔上下面组合机床设计本科毕业论文.docx

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PLC控制立式单面前轴主销孔上下面组合机床设计本科毕业论文

ANYANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY

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

Thedesignofsingle-sidedverticalcombinedmachinetoolmillingtheupperandlowersurfaceoftheshiftmainpinholebasedonPLCcontrol

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

PLC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，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

Thedesignofsingle-sidedverticalcombinedmachinetoolmillingtheupperandlowersurfaceoftheshiftmainpainholebasedonPLCcontrol

AbstractBasedontheincreasingdevelopmentofthemachinery,especiallytheboomingofautomobilemanufacturingindustry,special-purposemachinetoolwhichistypicalofhighefficiencytakesamoreandmoreimportantpartintheproduction.Intheproductionline,thecommonmachinetoolmillingtheupperandlowersurfaceoftheshiftmainpainholeisslowinspeedandnotofhighaccuracy.Single-sidedverticalcombinedmachinetoolmillingtheupperandlowersurfaceoftheshiftmainpainholeisusedtomilltheupperandlowersurfaceoftheshiftmainpainholeofanautomobile.Inordertocompleteanautomobile,theproductionofeverypartofallsectorsisimportant,soisthemillingoftheupperandlowersurfaceoftheshiftmainpainhole.Therefore,thedesignofthismachine'scontrolsystemisofgreatimportance.ThecontrolsystemadoptsthecontrolsystembasedonPLC,whichusesmodernlarge-scaleintegratedcircuittechnologyandstrictproductionprocess,anditcanimprovetheanti-jammingandreliabilityofthesystem.Atthesametime,PLCalsohasthecompletepackage,perfectfunctions,applicability,systemdesign,constructionworkinsmall,easymaintenance,easytotransform,smallsize,lightweight,lowpowerconsumption,thusensuringtheelectricalcontrolofcomplexprocesses,sothatsafeandreliablemachinetowork.ThedesignisbasedonthecharacteristicsofPLCcontrol,completingthedesignofcontrolsystemofaPLCasthecoretechnologyofsingle-sidedverticalcombinedmachinetoolmillingtheupperandlowersurfaceoftheshiftmainpainhole,theprogramcantakefulladvantageofthePLC’slogicoperations,sequencecontrol,timing,countingandarithmeticoperations,suchasoperationcommands,throughdigital,analoginputandoutput,tocontrolthecomplexityofthecircuit.

KeywordscontrolsystemmachinetoolPLC

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，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（SequenceController）。

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（ProgrammableLogicController）。

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（IndustrialControlUnit）。

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（ProgrammableController），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。

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。

1.2.2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：

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Φ400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500×300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工作台、冷却装置、排屑装置、冲屑装置、润滑装置和液压装置几部分组成。

机床结构分布图如图2-1所示。

1）工作台：

将需要加工的零件固定在操作台上，工件三面定位，液压夹紧，由主轴电机带动刀具进行铣削面加工，加工内容有移动工作台配合控制。

2）冷却装置：

采用大流量冷却，由冷却电机和油冷电机分别控制。

以保证机床工作在允许的温度范围，同时也保证机床能够长时间的处于工作状态，在铣削加工过程中不会由于温度过高而烧坏被加工零件。

3）冲屑装置：

将加工产生的铁屑冲刷掉，保持工作台的清洁才能保证零件加工的精度。

4）排屑装置：

采用磁刮板自动排屑，铁屑被排放在水槽堆积，排屑电机带动磁铁链通过磁场作用将其直接排除。

5）润滑装置：

采用递进式自动集中润滑，给机床加入润滑油以减小磨擦。

6）液压装置：

液压电机控制液压站，一方面夹紧被加工零件，另一方面移动操作台进行加工。

本机床采用500×300专用液压移动工作台用来实现进给运动的动力部件。

该滑台可根据被加工零件的工艺要求，在其上配置不同形式的切削头和支承部件组成组合机床，可完成扩孔、铰孔、镗孔、车端面、铣削及攻丝工序。

滑台配有分级进给装置，可完成深孔加工。

图2-1立式单面前轴主销孔上下面组合机床的结构分布图

2.2.2电气控制柜

电气控制柜是立式单面前轴主销孔上下面组合机床的电气控制部分，是本设计的主要内容，电气控制柜主要用于控制各个电机的运行，从而控制机床的正常铣削加工工作。

电气柜的设计可分为两步。

第一步，电气元件的布置，即在已设计好的空机柜中布置如可编程控制器PLC、熔断器、交流接触器、继电器、直流稳压电源变压器等电气元件。

布置完之后，按照设计的电气原理图接线。

第二步，电气元件的安装，即根据布置后的元器件分布图，并按照已设计的电器硬件接线图接线。

此外，电气控制柜还需安装空调和照明灯，空调用于保证可编程控制器PLC以及其它电气元件正常运行的环境温度；照明灯采用门开关控制，即当关上机柜门时灯灭，当打开机柜门时开关处于闭合状态，以便于检修。

2.2.3液压站

液