PLC的组合机床控制系统的设计.docx

1、目录摘要2第 1 章 组合机床的简介31.1 组合机床概述31.1.1 组合机床发展史31.1.2 组合机床部件分类31.2 组合机床的特点41.3 组合机床装配模型51.3.1 零部件间参数约束的描述51.3.2 面向对象的组合机床装配模型的定义6第 2 章 电气控制系统设计82.1 PLC 简介82.2 PLC 的基本结构和工作原理102.2.1 PLC 的组成102.2.2 PLC 程序的表达方式122.2.3 PLC 的工作方式132.3 PLC 控制系统的设计步骤142.4 PLC 类型选择及模块选择152.4.1 PLC 类型的选择152.4.2 PLC 扩展模块的选择182.5

2、I/O 地址分配及外部配线18第 3 章 PLC 的编程203.1 概述203.2 编程语言的形式203.3 PLC 控制的程序设计223.3.1 PLC 程序的设计方法223.3.2 顺序功能图的绘制253.4 PLC 控制梯形图26第 4 章安装维护284.1 安装注意事项284.2 配线方面的注意事项28第 5 章 结论32参考文献33I摘要为了充分发挥设备效能，迅速提升加工技术与精度，越来越多的企业每年投入大量资金和技术对传统老式组合机床进行技术改造，取得了良好的 效果。用 PLC 模块、变频驱动技术、操控监控设备等组成电气数字控制系统，以实现编程输入、人机交互、自动化加工的控制方式，

3、扩大加工能力， 减少故障，提高效率，已成为企业进行技术改造的有效途径。论文以组合机床的数控化改造为背景，概述了组合机床数控改造的设计方案与应用技术，并对 PLC 的发展与应用作了简要介绍。论文介绍了 PLC 编程特点和方式，介绍了 PLC 编程环境。介绍 PLC 的安装维要求及环境。为了充分发挥设备效能，迅速提升加工技术与精度，越来越多的企业每年投入大量资金和技术对传统老式组合机床进行技术改造，取得了良好的效果。用 PLC 模块、操控监控设备等组成电气数字控制系统，以实现编程输入、人机交互、自动化加工的控制方式，扩大加工能力，减少故障，提高效率，已成为企业进行技术改造的有效途径。论文概述了组合

4、机床数控化改造的设计方案与应用技术，并对 PLC 的发展与应用作了简要介绍论文介绍了 PLC 编程特点和方式，对两工位钻孔、攻螺纹组合机床应用编程作了阐述论文还入一步阐述了 PLC 接口与通信技术，介绍了西门子 S7-200系列 PLC 的网络协议。关键词：PLC; 编程技术；组合机床35第 1 章 组合机床的简介1.1 组合机床概述1.1.1 组合机床发展史二十世纪 70 年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达 0.05 毫米1000 毫米，表面粗糙度可低达 2.50.63 微米；镗孔精度可达 IT76

5、 级，孔距精度可达 O.03O.02 微米。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。最早的组合机床是 1911 年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性， 便于用户使用和维修，1953 年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联 系尺寸，但对部件结构未作规定。1.1.2 组合机床部件分类通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床

6、提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件， 有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。1.2 组合机床的特点组合机床是用按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。组合机车是由万能机床和专用机 床发展来的，它既有专用机床、结构

7、简单的特点，又有万能机床能够重新调整， 以适应新工件加工的特点。组成组合机床的通用部件有如下几类：动力部件动力头，动力滑 台和动力箱；工件运送部件回转工作台，移动工作台和回转鼓轮；支承部 件立柱，床身，底座和滑座等。控制系统有通用的液压传动装置，电气柜， 操纵台等。与万能机床和专用机床相比，有如下特点：（1） 组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件总量的7080%，因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。（2） 由于组合机床采用多刀加工，并且自动化程度高，因此比通用机床生产效率高，产品质量稳定，劳动强度低。（3） 组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有厂成批

8、制造，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。（4） 在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等， 加工质量靠工艺装备保证，对操作工人水平要求不高。（5） 当被加工产品更新时，采用其它类型的专用机床时，其大部分件要报废。用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用，不必另行设计和制造。（6） 组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。机身、立柱、中间底座等是组合机床的支承部件，起着机床的基础骨架作用。组合机床的刚度和部件之间的精度保持性，主要是由这些部件保证。1.3 组合机床装配模型1.3.1 零部件间参数约束的描述零部件间参数关系可以反映在两个方面：其一为零部

9、件相互约束关系，其二为零部件间可配套约束关系。对于零部件间位置约束关系的描述首先需要确定一个基准件，该基准件应该是与其它部件发生关系最多的一个零件或部件。以该基准件为核心，分别描述其它基准件的位置关系，便可建立该产品各个零部件之间的位置约束关系模型。对于组合机床整机而言，各个加工单元都是相对于中间底座或工作台布置的，因而可以将中间底座作为基准件来处理；而对于各个加工单元来说，则可以侧底座或立柱底座作为基准件来来描述该加工单元内各零部件之间位置约束关系。束，以它作为正确选择所需部件的导航准则。组合机床标准化、系列化程度较高，在组合机床设计标准中，提供了各通用部件间可供选择的配套关系表。利用该配套

10、关系表作为组合机床的配套性约图 1 组合机床的装配模型1.3.2 面向对象的组合机床装配模型的定义面向对象的技术是计算机分析和解决问题的一种新方法，它具有封装、继承和重载等特性，为产品装配模型的描述和定义提供了一个新思路。面向对象的技术将具有相同的结构、相同的操作，并遵循相同约束规则的对象构成一个类，在同一类中的各个对象都具有相同的属性。因而，可将组合机床定义为一个类，而所设计的每一台具体机床则是该类的一个物件。这种组合机床类是一个复杂的类，它由各种不同的属性所构成。每种属性又包含不同的子类，子类又有子类，形成一种类的层次关系。下面是以类定义的组合床装配模型，在该装配模型中包含如下的属性：组合

11、机床类管理属性：机床名称、图号、设计者、设计说明、日期等；工作属性：工作名称、材料、材料特性、定位基准，CGS 檔指针； 功能属性：加工工艺面类标识、方位、工艺类型、加工孔类；标识、坐标、孔类型、形状参数； 装夹、冷却、照明及其它辅助功能；工艺属性：切削用量类；刀具类；支承导向类；结构属性：加工单元类标识、方位，部件类；装配关系和位置约束； 工作台或中间底座类；夹具类；辅助装配类；装配关系和位置约束；(1) 管理属性：包括机床名称、图号、设计者、设计说明等；(2) 工件属件：工件是组合机床设计的基础，也是产生工序图的依据，除了工件名称、材料等特性之外，还应包括工件造型的 CSG 文件指针、定位

12、基准等信息；(3) 功能属性：如第 3.1 节所述，这里主要以加工工艺面类描述所设计机床的功能需求；(4) 工艺属性：工艺属性包括切削用量、切削刀具以及刀具的支承导向等工艺内容。工艺属性和功能属性具有某种对应关系，例如：工艺面中每一加工元素(譬如加工孔)，都应有相应的刀具、切削用量，以及支承导向与之对应。(5) 结构属性：该属性应能反映出整个机床的配置、布局和装配约束关系。对于机床整体而言，包含有各加工单元、工作台或中间底座、夹具、电气液压 系统和其它辅助装置，以及它们之间的装配关系和约束关系；而对于每一加工 单元，则又有各个通用和专用部件组成，这些部件又有自身的装配和约束关系， 每个部件又有

13、多种零件组成，从而构成了一个具有层次结构的装配树。1.4 组合机床及其体系结构的发展现状随着技术的不断进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。随着可编程控制器在工控领域的广泛应用，PLC 控制的组合机床渐渐取代了采用继电器控制的组合机床。本文主要介绍了基于壳体类攻丝组合机床的

14、PLC 控制系统设计。第 2 章 电气控制系统设计2.1 PLC 简介PLC 即可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，是工业控制的核心部分。与传统继电器控制比较 PLC 控制系统有以下优势：1. 功能强，性能价格比高一台小型 PLC 内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能， 可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器相比，具有很高的性能价格比。可篇程序控制器可以通过通信联网，实现

15、分散控制，集中管理。2. 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。楞编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC 有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。3. 可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器， 仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的 1/10- 1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC 采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。4. 系