機(jī)電控制與可編程序控制器課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　專 季：2011秋機(jī)械專業(yè)本科</p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目:機(jī)電控制與可編程序控制器</p><p>　　學(xué)生姓名: </p><p>　　學(xué) 號(hào): </p><p>　　電 大:

2、</p><p><b>　　指導(dǎo)教師:</b></p><p><b>　　1  前言</b></p><p>　　在保證質(zhì)量的前提下考慮如何提高生產(chǎn)效率，是企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)生存能力的條件之一。在機(jī)械加工企業(yè)中，有許多老式普通機(jī)床,為了能使這些老式機(jī)床適應(yīng)目前復(fù)雜零件批量、多品種的加工，充分挖掘利用普通機(jī)床潛力，就

3、需要對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行機(jī)電一體化改造。數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)，它綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)、電氣傳動(dòng)、傳感檢測(cè)、液壓氣動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)通信、光電技術(shù)、自動(dòng)化、柔性化、集成化為基礎(chǔ)的精密機(jī)械制造和管理信息等發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)。作為數(shù)控加工的主體設(shè)備，數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，數(shù)控機(jī)床的高精度、高效率及高柔性決定了大力推廣使用數(shù)控機(jī)床是提高制造能力和水平，適應(yīng)市場(chǎng)需求和提高競(jìng)爭(zhēng)能力的主要物質(zhì)基礎(chǔ)條件之一。</p><p&

4、gt;　　近幾年隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能越來(lái)越強(qiáng)大，功能模塊越來(lái)越多，可以在小型PLC機(jī)上實(shí)現(xiàn)大型機(jī)的功能。本文提出了利用PLC控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和機(jī)床主軸來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的數(shù)控化改造。</p><p>　　2  車床改造前后的對(duì)比</p><p>　　金屬切削加工是改變零件形狀的方法之一，從毛坯到成品，使零件加工成符合生產(chǎn)需要的形狀和尺寸。

5、數(shù)控機(jī)床是以編程控制器（PLC）微處理器為核心的一種新型工業(yè)控制裝置，具有體積小、功能強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，將加工信號(hào)傳遞到機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，通過(guò)伺服系統(tǒng)按程序自動(dòng)進(jìn)行加工，檢測(cè)設(shè)置是由傳感器和傳動(dòng)電機(jī)組成，根據(jù)閉鎖系統(tǒng)反饋的信號(hào)來(lái)控制、修正運(yùn)動(dòng)部件的偏移量，保證了零件加工的精確度。由于數(shù)控機(jī)床是根據(jù)控制器輸出的信號(hào)自動(dòng)按工藝完成所需的加工工作，減少了由操作人員接在普通機(jī)床加工時(shí)為保證零件按圖標(biāo)定的諸如直徑的上下偏差、長(zhǎng)度公差、形

6、位公差、吃刀距、超出距所造成的重復(fù)開(kāi)停機(jī)、調(diào)整、測(cè)試等一系列浪費(fèi)時(shí)間的工作，并且保證產(chǎn)品質(zhì)量。以普通車床為例，將一根直徑40、長(zhǎng)500毫米的坯料加工至直徑=36，精度要求不柱度為0.05毫米的軸。</p><p>　　普通車床車削時(shí)所需的機(jī)動(dòng)時(shí)間T應(yīng)該為：</p><p>　　由  n=1000×v／π×D=1000×100／3.14×40

7、=796轉(zhuǎn)/分</p><p>　　式中：ｖ—車床主軸速度        D—工件坯料直徑</p><p>　　因：  L=l+y+△=500+2+2=504毫米</p><p>　　式中：L—車刀所移動(dòng)的距離     y—吃刀距（毫米） 

8、;   </p><p>　　l—工件待加工長(zhǎng)度       △—超出距（毫米）</p><p>　　T=L×h/s×n×t=504×2/0.8×796×2=0.79分鐘</p><p>　　式中：T—機(jī)動(dòng)時(shí)間 

9、60;         h—切削厚度</p><p>　　s—走刀量             n—工件每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)</p><p>　　t—切削深度    

10、;       </p><p>　　除以上能以軸、轉(zhuǎn)速及走刀量等有據(jù)可依能算出的走刀時(shí)間外，其余的如為保證尺寸精度必須小心謹(jǐn)慎地給定進(jìn)給量前的刀尖與工件表面的對(duì)刀，然后以拖板的刻度為參考小心進(jìn)刀，試車一定長(zhǎng)度后，停機(jī)檢測(cè)（最多為兩次），確信與圖紙的要求相符后才進(jìn)行車削，其中所需的時(shí)間只能按實(shí)際操作加上人為制定給出該項(xiàng)工作所耗費(fèi)的工時(shí)，設(shè)定此所需的時(shí)間為

11、0.5分鐘時(shí)，則普通車床的實(shí)際用時(shí)T′應(yīng)為：</p><p>　　T′=T +0.5=0.79+ 0.5=1.29（分鐘）</p><p>　　改裝（PLC）后的車床，轉(zhuǎn)由編程控制器（PLC）發(fā)出的信號(hào)完成所須的加工工序，由于車床的橫向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，程序應(yīng)為：以車刀刀尖為基準(zhǔn)點(diǎn)，控制車刀刀尖按指令給定的以主軸中心軸線為基準(zhǔn)進(jìn)到所需加工的軸的半徑距離時(shí)，橫向進(jìn)給自鎖，依照信號(hào)進(jìn)行縱向切削

12、工作，省去了由人工操作加工中所需的反復(fù)開(kāi)停車及檢測(cè)用時(shí)，因此，從以上的加工一根簡(jiǎn)單的φ40×500（毫米）的軸可以得出：如果改裝后數(shù)控車床的轉(zhuǎn)速、切削用量等和普通車床相同，則數(shù)控機(jī)床所需的實(shí)際用時(shí)為</p><p>　　T″=0.79(分鐘)。</p><p>　　普通車床與改裝（PLC）可編程控制器后的車床的實(shí)際時(shí)間差為：</p><p>　　T′－T″

13、=1.29－0.79=0.5(分鐘)</p><p>　　由此可見(jiàn)改裝（PLC）控制后車床的機(jī)動(dòng)時(shí)比普通車床的用時(shí)省卻了0.5分鐘，工效將近提高了一倍，對(duì)于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，不僅節(jié)省了大量的時(shí)間，還提高了控制系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性，為企業(yè)提供了更可靠的自動(dòng)化生產(chǎn)保障，提高了經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　3  以CW6140型普通車床為例，把繼電控制改造為PLC控制</p>

14、;<p><b>　　3.1  改造分析</b></p><p>　　1）根據(jù)機(jī)床電氣控制原理圖（圖1）的控制狀態(tài)，選擇合適的PLC機(jī)型；</p><p>　　2）列出PLC輸入、輸出I/O分配表（表1、表2）；</p><p>　　3）畫出PLC控制電路接線圖（圖2）；</p><p>　　4）

15、畫出PLC梯形圖（圖3），并編制程序；</p><p>　　圖1  CW6140型普通車床電氣控制線路原理圖</p><p>　　3.2  電氣控制線路分析</p><p>　　CW6140型普通車床電氣控制線路原理圖如圖1所示。圖中分主電路、控制電路和照明、信號(hào)電路。</p><p>　　3.2.1  電路分析

16、</p><p>　　主電路中有兩臺(tái)電機(jī)，M1為主軸電機(jī)，帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)和刀架作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；M2為冷卻泵。</p><p>　　三相交流電源通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)QS1引入，主軸電機(jī)M1由接觸器控制啟動(dòng)，熱繼電器FR1為主軸電機(jī)M1的過(guò)載保護(hù)。</p><p>　　冷卻泵電機(jī)M2由組合開(kāi)關(guān)QS2控制啟動(dòng)和停止，熱繼電器FR2為它的過(guò)載保護(hù)。</p><p>

17、;　　3.2.2 控制電路分析</p><p>　?。?）主軸電機(jī)的控制。當(dāng)按SB2時(shí)，接觸器KM1的線圈獲得電動(dòng)作，同時(shí)KM1的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，KM3和KT得電，KM1和 KM3主觸點(diǎn)閉合時(shí)電機(jī)M1星形正轉(zhuǎn)降壓?jiǎn)?dòng)，當(dāng)KT延時(shí)約3~5S時(shí)，KT延時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)使KM3失電，其星形接法主觸點(diǎn)斷開(kāi)；KT延時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合使KM2得電，其主觸點(diǎn)閉合，電機(jī)M1從星形轉(zhuǎn)換為三角形運(yùn)行。同理，按SB1時(shí)，電機(jī)M1反轉(zhuǎn)（星形—三

18、角形啟動(dòng)）。</p><p>　?。?）冷卻泵電機(jī)的控制。旋合組合開(kāi)關(guān)QS2使冷卻泵電機(jī)M2啟動(dòng)運(yùn)行。</p><p>　?。?）照明電路分析?？刂谱儔浩鱐C的二次側(cè)輸出36V電壓，作為機(jī)床低壓照燈電源，EL為機(jī)床的低壓照明燈，由開(kāi)關(guān)SA2控制。</p><p>　　3.3  PLC及其程序設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1

19、60;  PLC選型和I/O端口分配</p><p>　　根據(jù)以上機(jī)床主電路繼電控制要求分析，系統(tǒng)共需開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)5個(gè)，開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)4個(gè)，考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)指標(biāo)，擬選用三菱公司的微型機(jī)FX2n—16MR機(jī)型，該機(jī)基本單元有8點(diǎn)輸入，8點(diǎn)輸出，完全能滿足控制要求。輸入/輸出信號(hào)地址分配如表1和表2。 </p><p>　　表1  輸入信號(hào)地址分配表</

20、p><p>　　表2輸出信號(hào)地址分配表</p><p>　　3.3.2  PLC控制電路接線圖</p><p>　　為了保證安全,系統(tǒng)外部設(shè)置了急?？刂齐娐罚琒B6為電源供給按鈕，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，按下SB5，KM線圈失電，KM常開(kāi)啟點(diǎn)斷開(kāi)，PLC失去電源，機(jī)床停止工作。PLC控制電路接線如圖2所示。</p><p>　　圖2 

21、; PLC控制電路接線圖</p><p>　　3.3.3  PLC程序設(shè)計(jì)： </p><p>　　當(dāng)按SB2時(shí)， X000的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，Y000、Y003和T0得電，接觸器KM1的線圈獲得電動(dòng)作，同時(shí)KM1和 KM4主觸點(diǎn)閉合時(shí)電機(jī)M1星形正轉(zhuǎn)降壓?jiǎn)?dòng)，當(dāng)T0延時(shí)約3~5S時(shí)，T0延時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)使KM4失電，其星形接法主觸點(diǎn)斷開(kāi)；T0延時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合使KM3得電，其主觸點(diǎn)閉

22、合，電機(jī)M1從星形轉(zhuǎn)換為三角形運(yùn)行。同理，按SB1時(shí)，X001的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合, 接觸器KM2的線圈獲得電動(dòng)作,電機(jī)M1反轉(zhuǎn)（星形—三角形啟動(dòng)）。根據(jù)以上要求編制PLC控制梯形圖（圖3）及由梯形圖寫出PLC控制指令程序。 </p><p>　　圖3  PLC梯形圖</p><p><b>　　編程如下:</b></p><p>

23、;　　LD    X000</p><p>　　OR    Y000</p><p>　　ANI   Y001</p><p><b>　　AND  X002</b></p><p><b>　　AND  X00

24、3</b></p><p><b>　　AND  X004</b></p><p><b>　　OUT  Y000</b></p><p><b>　　LD   X001</b></p><p><b>　　OR&#

25、160;  Y001</b></p><p><b>　　ANI  Y000</b></p><p><b>　　AND  X002</b></p><p><b>　　AND  X003</b></p><p><b&

26、gt;　　AND  X004</b></p><p><b>　　OUT  Y001</b></p><p><b>　　LD   Y000</b></p><p><b>　　OR   Y001</b></p>&

27、lt;p><b>　　MPS</b></p><p><b>　　ANI  Y002</b></p><p><b>　　OUT  TO</b></p><p><b>　　K30</b></p><p><b>　　M

28、RO</b></p><p><b>　　LD   TO</b></p><p><b>　　OR   Y002</b></p><p><b>　　ANB</b></p><p>　　ANI   Y003

29、</p><p>　　OUT   Y002</p><p><b>　　MPP</b></p><p><b>　　ANI   TO</b></p><p>　　ANI   Y002</p><p><b>

30、;　　OUT  Y003</b></p><p><b>　　END</b></p><p>　　采用簡(jiǎn)易編程器或設(shè)置有三菱PLC開(kāi)發(fā)軟件的電腦，把編制的程序輸入固化到可編程控制器的存儲(chǔ)器內(nèi)，并進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行，直到完全達(dá)到要求的控制功能為止。</p><p><b>　　4  結(jié)束語(yǔ)</b>&

31、lt;/p><p>　　課程設(shè)計(jì)通過(guò)自己實(shí)際設(shè)計(jì)修改，在老師的指導(dǎo)下學(xué)到不少東西，最主要的是通過(guò)課程設(shè)計(jì)提高了自我對(duì)成體設(shè)計(jì)過(guò)程的了解和掌握，鍛煉了我們思想上考慮問(wèn)題的周密性。讓我掌握了不少知識(shí)。這次課程設(shè)計(jì)讓我了解到PLC具有很高的可靠性,所以PLC控制系統(tǒng)的大部分故障主要來(lái)自于PLC外部元件, 用可編程序控制器(PLC)將普通機(jī)床改造為經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床,簡(jiǎn)單易行,可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)。經(jīng)實(shí)踐證明，普通車床數(shù)控化改