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1、湖南生物机电职业技术学院毕 业 设 计 报 告 书题目： 四工位组合机床控制系统设计 专 业 机电一体化 班 级 一体化11510班 姓 名 梁 巨 江 指导教师 王 少 华 年 月 日目 录第1章 绪论11.1 组合机床概述11.2 控制流程22.2 控制电路设计3 2.3 电控系统输入输出信号5第3章 概述与方案论证83.1 概述83.2 方案论证8第4章 电气控制系统硬件设计114.1 选择机型114.1.1 结构选择114.1.2 点选取原则114.1.3 确定机型及扩展模块124.2 设计输入输出信号地址表124.3 设计控制系统电气原理图144.4 设计控制系统操作面板15第5章
2、控制系统软件设计165.1 设计控制系统工作循环流程图165.2 设计控制系统初始化梯形图程序175.3 设计控制系统手动及显示梯形图程序175.4 设计控制系统状态转移图与梯形图程序175.5 实验室电气原理图仿真及程序调试22结 论23参 考 文 献24第1章 绪论1.1 组合机床概述组合机床是针对特定工件，进行特定加工而设计的一种高效率自动化专用加工设备，这类设备大多能多刀同时工作，并且具有自动循环的功能。组合机床是随着机械工业的不断发展，由通用机床、专用机床发展起来的。通用机床一般用一把刀具进行加工，自动化程度低、辅助时间长、生产效率低，但通用机床能够重新调整，以适应加工对象的变化。专
3、用机床可以实现的多刀切削，自动化程度较高，结构较简单，生产效率也较高。但是，专用机床的设计，制造周期长，造价高，工作可靠性也较差。专用机床是针对某工件的一定工序设计的，当产品进行改进，工件的结构，尺寸稍有变化时，它就不能继续使用。在综合了通用机床、专用机床优点的基础上产生了组合机床。组合机床通常由标准通用部件和加工专用部件组合构成，动力部件采用电动机驱动或采用液压系统驱动，由电气系统进行工作自动循环的控制，是典型的机电或机电液一体化的自动加工设备。常见的组合机床，标准通用部件有动力滑台各种加工动力头以及回转工作台等，可用电动机驱动，也可用液压驱动。各标准通用动力部件组合构成一台组合机床时，该机
4、床的控制电路可由各动力部件的控制电路通过一定的连接电路组合构成。多动力部件构成的组合机床，其控制通常有三方面的工作要求：第一方面是动力部件的点动和复位控制。第二方面是动力部件的半自动循环控制。第三方面是整批全自动工作循环控制。组合机床具有生产率高、加工精度稳定的优点。因而，在汽车、柴油机、电机、机床等一些具有一定生产批量的企业中得到了广泛应用。目前，组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化和柔和性化方向发展。本文所用组合机床为四工位组合机床，该机床由四个滑台，各载一个加工动力头，组成四个加工工位，除了四个加工工位外，还有夹具，上下料机械手和进料器，四个辅助装置以及冷却和液压系统共14个部分。机
5、床的四个加工动力头同时对一个零件的四个端面以及中心孔进行加工，一次加工完成一个零件，由上料机械手自动上料，下料机械手自动取走加工完成的零件，零件每小时可加工80件。该机床的俯视示意图如下： 图1.1 四工位组合机床示意图 1.工作台 2.主轴 3.夹具 4.上料机械手 5.进料器 5.下料机械手 1.2 控制流程当按下启动按钮后，上料机械手向前，将零件送到夹具上，夹具夹紧零件，进料装置进料，然后四个工作滑台向前，四个加工动力头同时加工，加工完成后，各工作滑台退回原位，接下来下料机械手向前抓住零件，夹具松开，下料机械手带料退回原位并松开，完成一个工作循环。要求组合机床能以手动、半自动、全自动三种
6、工作方式工作。全自动工作方式为一个工作循环结束后，自动进入下一个工作循环；半自动工作方式为一个工作循环结束后，机床将停车于初始状态；手动方式是用于手动调整的。 第2章 电路设计 2.1 主电路设计（一）设计要求(1)主轴电动机单方向起动，要求有过载及短路保护。(2)液压泵电动机单方向起动，过载及短路保护。(3)冷却泵电动机单向工作，过载及短路保护。（二）元件选用根据上面要求，要选用三台电动机：M1控制主轴的电动机；M2控制液压泵的电动机；M3控制冷却泵的电动机。再根据电动机的控制要求选择元件：控制总电源的断路器，实现短路和过载保护；13控制各电动机短路保护；1控制主轴电动机单向工作；2控制液压
7、泵电动机工作；3控制冷却泵电动机工作；13用与各电动机的过载保护控制。（三）作出草图如下 图1.2主电路图2.2 控制电路设计1）设计要求主轴电动机M1和液压泵电动机M2可以同时起停，也可以单独起停。要求在动力头工作进给时，冷却泵电动机M3才接通，但也可以随时调整。2）元件选用13控制M1M3单向起动动作接触器；1总停按钮；2、3M1与M2起动按钮；4、5M1与M2停止按钮；6冷却泵电动机（M3）调整按钮；7冷却泵电动机单独停止按钮；1控制M1与M2的同时与单独起停开关；2实现动力头工进时自动起动与手动调整的开关；13M1M3过载保护热继电器；3照明开关；1电源指示灯；照明灯。3）控制电路草图
8、根据所选元件与工作要求画出控制电路图，如下图：图1.3 控制电路图2.2.4 工作原理(1)主轴起动首先合1灯亮，表示电源供电正常按下21（+）1主闭M1起动运转，拖动主轴旋转，1辅闭自锁。(2)主轴停止按4（或1）1（）1主复位M1停止。(3)液压泵起动按32（+）2主闭M2起动，提供高压油，为液压系统工作准备，2辅闭自锁。(4)液压泵停止按52（）2主复位M2停止。(5)主轴与液压泵同时工作首先将1打开向左位置按21（+）1主闭M1起动工作，同时2（+）2主闭M2同时起动工作。(6)冷却泵手动控制首先将2打在M位置，然后按63（+）M3起动，提供冷却液，3辅闭自锁。停止冷却泵按7即可。(7
9、)冷却泵自动控制首先将2打在A位置，当动力头工作进给时2（+）2常开闭合3（+）3主闭M3自行起动工作，提供冷却液。2.3 电控系统输入输出信号1、 输入信号（共42个）。其中：、为位置检测传感器开关；为选择开关；为按钮。功能器件功能器件功能器件功能器件滑台1原位1下料器终点12滑台1进5主轴4点动16滑台1终点2夹紧1滑台1退6夹紧17滑台2原位3进料2主轴1点动7松开18滑台2终点4放料3滑台2进8上料器进19滑台3原位5润滑压力4滑台2退9上料器退20滑台3终点6润滑液面开关5主轴2点动10进料21滑台4原位7总停1滑台3进11放料22滑台4终点8启动2滑台3退12冷却开23上料器原位9
10、预停3主轴3点动13冷却停24上料器终点10润滑故障撤除4滑能4进14下料器原位11选择开关1滑台4退152 输出信号（共27个）。其中：为电磁阀；为接触器；为指示灯功能器件功能器件功能器件功能器件夹紧1上料退8放料15润滑电动机6松开2下料进9进料16润滑显示灯1滑台1进3下料退101主轴11、3工位原位指示2滑台1退4滑台2进112主轴22、4工位原位指示3滑台3进5滑台2退123主轴3上料原位指示4滑台3退6滑台4进134主轴4下料原料指示5上料进7滑台4退14冷却电动机5 随着科学技术的发展，生产工艺不断提出新的要求，机床电气控制装置也不断更新。在控制方法上主要从手动控制到自动控制；在控制功能上，是从简单到复杂；在操作上由笨重到轻松，从控制原理上，由单一的有触点硬接线继电器控制系统转为以微处理器为中心的软件控制系统。在上世纪的20年代到30年代，借助继电器、接触器、按钮和行程开关等组成继电器-接触器控制系统，实现对机床的启动、停车、有级调速等控制。继电器-接触器控制的优点是：结构简单、价格低廉、维护方便、抗干扰性能力强。因此广泛应用于各类机床和机械设备。
