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1、上海工程技术大学毕业设计（论文）基于PLC的卧式镗床控制系统设计目 录摘要30 引言41 镗床的结构及电力控制61.1 T6113卧式镗床主要结构61.2 机械运动81.3 电气控制91.3.1 卧式镗床电力拖动及控制要求91.3.2 T6113卧式镗床的电气控制102 镗床的硬件设计及选型122.1选择镗床电力拖动电动机的概述122.2 镗床用电动机的选择132.2.1 镗床主运动电动机的选择132.2.2 快速移动电动机的选择142.2.3 后立柱电动机的选择142.2.4 主轴箱油泵电动机和工作台油泵电动机的选择152.3 低压电器的选择152.3.1 低压断路器的选择152.3.2 交
2、流接触器的选择182.3.3电源引入开关212.3.4 熔断器的选择212.3.5 行程开关242.3.6 控制变压器的选用243 PLC控制系统的设计253.1 PLC控制系统设计的内容和步骤253.1.1 PLC控制系统设计的内容253.1.2 PLC控制系统设计的步骤263.2 PLC控制系统的硬件配置263.2.1 选择PLC机型263.2.2 开关量I/O模块的选择303.2.3 PLC的接线电路304 卧式镗床控制系统中的软件设计334.1 T6113 卧式镗床的PLC控制方案324.2 T6113 卧式镗床的PLC程序编制365 总结34参考文献38附 录39摘 要电子与信息技术
3、的不断发展，给我国机床加工设备的现代化提供了强有力的技术支持。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机床进行技术改造，取得了良好的效果。镗床是冷加工中使用比较普遍的设备它主要用于加工精度、光洁度要求较高的孔以及各孔间的距离要求较为精确的零件(如一些箱体零件)，属于精密机床。镗床除能完成镗孔工序外，在万能镗床上还可以进行镗、钻、扩、车及铣等工序。因此，镗床的加工范围很广。论文对T6113型卧式镗床的结构和工作原理进行了介绍，通过镗床继电器控制系统的分析，提出了基于PLC改造的总体方案和框架设计。对系统的输入、输出点进行统计，根据PLC的选型相
4、关规定和输入输出的总点数，选用西门子PLC可编程序控制器。分配了PLC的IO地址，设计出PLC的外接线图。介绍了PLC常见的编程方法，设计了T6113镗床PLC控制系统的程序。这种方法易学易用，成功率高，设计复杂的控制程序可以节约大量的设计时间。在此基础上，进行了现场安装、调试。关键词：可编程控制器，梯形图，镗床，改造，调试基于PLC的卧式镗床控制系统设计朱星程 1646111430 引言 镗床主要用于孔的精加工，可分为卧式镗床、落地镗床、坐标镗床和金钢镗床等。卧式镗床应用较多，它可以进行钻孔、镗孔、扩孔、铰孔及加工端平面等，使用一些附件后，还可以车削圆柱表面、螺纹，装上铣刀可以进行铣削。本次
5、课程设计主要以T6113卧式镗床为例。由于制造武器的需要，在15世纪就已经出现了水力驱动的炮筒镗床。1769年瓦特取得实用蒸汽机专利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽机的关键问题。1774年英国人J.威尔金森发明炮筒镗床，次年用于为瓦特蒸汽机加工汽缸体。1776年他又制造了一台较为精确的汽缸镗床。1880年前后，在德国开始生产带前后立柱和工作台的卧式镗床。为适应特大、特重工件的加工，20世纪30年代发展了落地镗床。随着铣削工作量的增加，50年代出现了落地镗铣床。20世纪初，由于钟表仪器制造业的发展，需要加工孔距误差较小的设备，在瑞士出现了坐标镗床。为了提高镗床的定位精度，已广泛采用光学读数头或数字显
6、示装置。有些镗床还采用数字控制系统实现坐标定位和加工过程自动化。随着社会经济的迅速发展，随着机械工业的发展，作为工作母机的各类机床得到了广泛的应用，而这些机床的自动化和精密程度却有很大差异。在欧美、日本等国家里，他们的机床数控化程度都相对比较高，但在我国国内的机床绝大部分还处于老式的继电器控制下。由于继电器控制的机床有耗材、耗能、故障率高的缺陷，从而浪费了很多的人力、物力和财力。如果说把这些机床全部都更新换代，那样会需要很大一笔资金，就目前情况上来说是不现实的，所以就有人开始尝试从控制部分的改造方面来下手，将它们的性能提升一个档次，更可以解决它的一些弊端。众所周知，在现代化生产中机床母机是不易
7、缺少的重要组成部分，我们国家现在在机床技术方面还是一直比较落后的，自动化程度也比较低。主要表现在现在大部分工厂里面的机床还是老式传统的机床，接线复杂，排故障困难。同时在设备的投资与维修上消耗过大。可编程控制技术在工业和生活中有广泛的应用前景，除了具有明显的节约成本的修点外，还具有操作方便，容易，维护量小等特点，可编程控制的软启动功能也减少了对设备的冲击，使设备运行的方式更趋于合理，设备的自动化水平得到了提高。随着工业生产的迅速发展，企业对机床的可靠性的要求也不断的提高； 再加上目前产品生产成本较高，利用先进的PLC控制技术，设计改造现有的传动式机床应用成为必然的趋势。 目前许多国家对开放式数控
8、系统进行研究，数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制
9、造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。随着社会经济的迅速发展，随着机械工业的发展，作为工作母机的各类机床得到了广泛的应用，而这些机床的自动化和精密程度却有很大差异。在欧美、日本等国家里，他们的机床数控化程度都相对比较高，目前我国的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大多数是传统的机床，而且半数以上是年龄在10年以上的旧机床。这些旧机床能耗高、效率低，用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高等问题。从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场
10、、效益，影响企业的生存和发展。随着我国加入WTO后，越来越明显的迹象表明，大陆正在成为为“世界工厂”，我国的制造业面临着极大的机遇与挑战，不具有先进加工手段的企业是不可能在今后的激烈市场竞争中生存下来的。如果说把这些机床全部都更新换代，那样会需要很大一笔资金，就目前情况上来说是不现实的，所以就有人开始尝试从控制部分的改造方面来下手，将它们的性能提升一个档次，更可以解决它的一些弊端。1 镗床的结构及电力控制1.1 T6113卧式镗床主要结构镗床是一种精密加工机床，主要用于加工精密圆柱孔，这些孔的轴线往往要求严格地平行或垂直。相互间的距离也要求很准确，镗床本身刚性好，其可动部分在导轨上活动间隙很小
11、，而且有附加支撑。卧式镗床用于加工各种复杂大型工件，如箱体零件、机床等，是一种功能很大的机床。除了镗孔外，还可以进行钻、扩、绞孔以及车削内外螺纹，用丝锥攻螺纹，车外圆柱面和端面。 1、床身 2、前立柱 3、主轴箱 4、.尾筒工作台 5、.下滑座 6、.上滑座 7、工作台 8、后立柱 9、悬挂按钮站 10、.固定按钮站图1.1 卧式镗床外形结构图卧式镗床的床身是由整体的铸件制成，床身的一端有固定不动的前立柱，在前立柱的垂直导轨上装有镗头架，它可以上下移动，镗头架上集中了主轴部件、变速箱、进给箱与操纵机构等部件。切削刀具安装在镗轴前端的锥孔里，或装在平盘的刀具溜板上，在工作过程，镗轴一面旋转，一面
12、沿轴向做进给运动，平旋盘只能旋转装在它的上面刀具溜板可在垂直于主轴轴线方向的径向进给运动。平旋盘主轴是空心轴，镗轴穿过其中空心部分，通过各自的传动链运动，因此可独立转动。在大部分工作情况下使用镗轴加工，只有在用车刀切削端面时才使用平旋盘。卧式镗床后立柱上安装在尾架，用来夹持装夹在镗轴上的镗杆的末端。它可随镗头架同时升降，并且某轴心线与镗头架轴心线保持在同一直线上，后立柱可在床身导轨上沿镗轴轴线方向上做调整、移动。加工时，工件放在床身中部的工作台上，工作台在上滑座上面，上滑座下面是下滑座，下滑座安装在床身导轨上，并可沿床身导轨运动，上滑座又可沿下滑座上的导轨运动，工作台就可在床身上作前后左右任一
13、方向运动，并可作回转运动，再配合镗头架的垂直运动，就可以加工工件上一系列与轴线相平行或垂直的孔。加工时，刀具装在主轴箱的镗轴或平旋盘上，由主轴箱可获得各种转速和进给量，主轴箱可沿前立柱的导轨上下移动，工件安在工作台，可与工作台一起随上滑座或下滑座作横向或纵向移动，此外，工作台还可以绕上滑座的圆导轨在水平面内移动一定的角度，以便加工互成一定角度的孔或平面，装在镗轴上的镗刀还可以随镗轴轴向运动，以实现轴向进给或调整刀具的轴位置。当镗轴及刀杆伸出较长时，可用后立柱来支撑左端，以增加镗轴和刀杆的刚度。当刀具装在平旋盘的径向刀架时，径向刀架可带着刀具作径向进给，以车削端面。1.2 机械运动（1）镗杆的旋
14、转运动；（2）主轴箱垂直进给运动；（3）工作台纵向进给运动；（4）工作台横向进给运动；（5）镗杆的轴向运动；（6）平旋盘的旋转运动；（7）平旋盘径向刀架进给运动；（8）辅助运动：主轴箱、工作台在进给方向的快速调位运动，后立柱纵向调位运动，后支架的垂直调位运动，工作台的转位运动。1.3 电气控制1.3.1 卧式镗床电力拖动及控制要求（1）主轴应有较大调速范围，要求恒功率调速，采用机电联合调速；（2）变速时，为使滑移齿轮能顺利进行啮合位置，应有低速或断续变速冲动；（3）主轴能作正反转低速点动调整，要求对主轴电动机实现正反转及点动控制；（4）为使主轴迅速准确停车，主轴电动机应有机械制动；（5）主运动
15、与进给运动由一台主轴电动机拖动由各自传动链运动，主轴和工作台除工作进给外，还应有快速移动由另一台快速移动电动机拖动；（6）镗床运动部件多，设置必要的联锁和保护。1.3.2 T6113卧式镗床的电气控制机床的电气系统是按三相交流电源设计的，其电源电压与频率为380V 50Hz。机床采用可编程控制器（PC）控制，可编程控制器的电源为220V；接触器的电压交流110V；电磁阀，电磁离合器为DC24V；信号指示灯为交流6V；手把灯（最大100W）电为24V；均由变压器供电。机床照明灯电压为24V。机床上装有五台交流电动机：主电机（M1）；快速移动电机（M2）；后立柱快速移动电机（M3）；下滑座液压油泵电机（M4）；主轴箱液压油泵电机（M5）。可编程控制器（PLC）安装在配电盘下部，配电盘安装在立柱后面的电器柜内。机床上装有悬挂按钮站对机床进行集中操作。各部分简要说明：（1）可编程控制器（PLC）本机床采用SIEMENS S7-200系列可编程控制器对机床实行控制，它能够控制各种设备以满足自动化控制需求。S7-200的用户程序中包括了位逻辑、计数器、定时器、复杂数学运算以及与其它智能模块通讯等指令内容，从而使它能够监视输入状态，改变输出状态以达到控制的目的。紧凑的结构，灵活的配置和强大
