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1、第一章 绪论铣床是指主要用铣刀在工件上进行加工各种表面的机床。通常把铣刀的旋转运动称之为为主运动，工件和铣刀的移动称之为进给运动。它可以加工平面、垂直面、斜面等一些加工比较简单的型面，如果配一些附件也可以加工螺旋槽，凸轮、成型面等加工比较复杂的型面。铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除了能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴以外，还能加工一些相对比较复杂的型面，与刨床相比而言，效率高，在机械制造和修理领域得到了广泛的应用。最早的铣床是美国人惠特尼于1818年创制的卧式铣床；为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人布朗于1862年创制了第一台万能铣床，这是升降台铣床的雏形；1884年前后又出现了龙
2、门铣床；二十世纪20年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给-快速”或“快速-进给”的自动转换。铣床按其结构可以分为：台式铣床、悬臂式铣床、滑枕式铣床、龙门式铣床、平面式铣床、仿行铣床、升降台铣床、摇臂铣床、床身式铣床、专用铣床。(1)台式铣床：用于铣削仪器、仪表等小型零件的铣床。(2)悬臂式铣床：床身水平放置，铣头装在悬臂上的铣床。悬臂通常可沿床身一侧的立柱导轨垂直方向移动，铣头可沿悬臂导轨移动。(3)滑枕式铣床：床身水平布置，主轴装在滑枕上的铣床。滑枕可沿滑鞍导轨作横向移动，滑鞍可沿立柱导轨作垂直移动。(4)龙门式铣床：床身水平布置，其两侧的立柱和连接梁构成门架的铣床。铣头装在横梁
3、和立柱上，可沿其导轨移动。横梁可沿立柱导轨垂向移动，工作台可沿床身导轨纵向移动。主要用于大件加工。(5)平面铣床：床身水平布置，用于铣削平面和成型面的铣床。通常工作台沿床身导轨纵向移动，主轴可轴向移动。优势在于其结构简单，生产效率高。(6)仿形铣床：对工件进行仿形加工的铣床。主要用于加工复杂形状工件。(7)升降台铣床：具有可沿床身导轨垂直移动的升降台的铣床，通常安装在升降台上的工作台和滑鞍可分别作垂直、水平移动。(8)摇臂铣床：摇臂装在床身顶部，铣头装在摇臂一端，摇臂可在水平面内回转和移动，铣头能在摇臂的端面上回转一定角度的铣床。(9)床身式铣床：工作台不能升降，却可以沿床身导轨作纵向移动，铣
4、头或立柱可作垂直移动的铣床。(10)专用铣床：为了某一特殊的用途而特制的铣床。上世纪五十年代以后，铣床在控制系统方面得到了飞速的发展，数字控制在铣床上的应用大大提高了其的自动化程度。尤其是在上世纪末，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到了广泛的应用，从而扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与工作效率。近几年来，国内外铣床的技术发展非常快，其特点是产品结构不断更新，新技术应用层出不穷，工艺性能复合化，速度、效率不断提高，突出精细化制造。自动化铣床以其独特的优势成为今后铣床发展的一种趋势。自动化方面本论文主要涉及到PLC和变频器的相关知识。说到自动化就不得不提到身为工业自动化三大支柱之
5、一的PLC，虽然它在工业控制中得到广泛的应用，但是人们对其还是不怎么了解。自60年代末第一台PLC问世以来，已很快被应用到机械制造、冶金、矿业、轻工等各个领域，大大推进了机电一体化进程，被人们称为现代工业控制三大支柱之一。和一般家庭、办公室相比，在恶劣的工业环境中，能够24小时连续运行365天，且10年不停止的除了可编程序控制器PLC以外别无他物。PLC的结构及其相关，这里就不详讲了，我会在正文中为大家详细陈述。目前，PLC正朝着高性能和多品种方向发展，今后PLC的发展趋势将是进一步向着体积小、编程简单实用、安装配线方便灵活等几个方面发展。变频器同样是工业自动化中应用比较广泛的设备之一，主要用
6、于对电动机的调速方面。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。目前，变频器正向着实现高水平的控制、开发清洁电能的变流器、缩小装置的尺寸、高速的数字控制、模拟与计算机辅助设计技术等方向发展。第二章 本机床的动作流程的分析本机床分为手动和自动两部分，通过旋钮开关0来选择。手动部分按下夹紧左工位夹紧，按下松开左工位夹紧松开。按下夹紧右工位夹紧，按下松开右工位夹紧松开。按下快进滑台向左快速前进，按下工进滑台向左缓慢前进。按下快退滑台向右快速前进，按下工退滑台向右缓慢前进。由旋钮开关来控制冷却电机、排屑电机
7、、冲屑电机、铣头电机和液压电机的开停。自动部分自动部分开启前必须手动将滑台调整到原位，开启液压电机。自动状态的工作流程是初始化时滑台在原位，先给右工位上加工零件，按下循环启动按钮，右工位夹紧，滑台向左快进，到一定位置压下快进转工进行程开关，左快进转左工进，在这期间给左工位上零件，按下循环启动按钮，左工位夹紧。往左走到一定位置压下左加工结束行程开关，右工位零件加工结束快退。到一定位置压下快退转工退进行程开关，右快进转右工进，在这期间给左工位上零件，按下循环启动按钮，左工位夹紧。往右走到一定位置压下右加工结束行程开关，左工位零件加工结束快进。如此往复循环。铣头的转速由工件的材质决定，用变频器进行调
8、节。机床的外观如下图：图2.1机床的外观动作循环（一周期）如下：工位1上料工位1夹紧铣头启动滑台左快进再左工进（工位2上料按下启动工位2夹紧）-工位1加工结束滑台快退-滑台右快进再右工进第三章 PLC概述3.1 PLC的产生1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断翻新，想寻找一种方法，以尽可能减少重新设计继电器控制系统和接线、降低成本、缩短时间，而考虑把计算机的功能完善、通用灵活等优点与继电器控制的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，提出了研制PLC的基本设想：1.编程简单方便，可在现场修改程序；2.硬件维护方便，最好是插件式结
9、构；3.可靠性要高于继电器控制装置；4.体积小于继电器控制装置；5.可将数据直接送入管理计算机；6.成本上可与继电器竞争；7.输入可以是交流115V；8.输入为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀；9.扩展时，原有系统只需做很小的改动；10.用户程序存储器容量器容量至少可以扩展到4K。根据以上设想和要求，1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的汽车生产线上试用成功，从而开创了工业控制的新局面。从此，这一更新技术就以很快的速度发展起来，现代的PLC已成为现代工业控制的三大支柱（PLC，机器人和CADCAM）之一。3.2 PLC的基本结构PLC实质
10、是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图所示图3.1 PLC的基本结构3.2.1 中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它由控制器、运算器所组成。它由程序内存中顺序取出使用者的程序指令，并对其译码，根据指令功能，发出有序的控制信号，从输入单元或组件区读取资料，在运算器中进行处理，而后把处理结果给输出单元存入组件区。不断循环扫描整个程序区，实行预定的控制程序。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接
11、收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条
12、读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。3.2.2 存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。3.2.3 电源PLC的
13、电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。图3 PLC的电源3.2.4 输入单元这是各种输入信号(动作命令信号及回授的检测信号)的输入接口，为直流输入类型并采用光耦合隔离，可将外部信号与PLC内部隔离。3.2.5 输出单元这是把PLC处理结果即输出信号送给控制对象的输出点。输出点型式有继电器输出及晶体管输出二种类型，可将PLC内部信号与外部负载电源隔离。开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、
14、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA0-20mA）、电压型（0-10V0-5V-10-10V）等，按精度分，有12bit14bit16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。3.3 PLC的工作原理一.扫描技术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫
15、描速度重复执行上述三个阶段。(一)输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。(二)用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点
16、构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。(三)输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期
