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1、内容摘要本课题中三工位旋转工作台是钻孔加工中在工作台三个不同工位分别同时完成上料、钻孔、卸料等工艺过程的工艺技术，这大大提高了机械加工的效率、提高了生产率。但是新的问题接踵而至：三个工位同时动作就要要求操作工人完成上料、装夹工件、钻孔、卸工件。这样高强度的工作工人是否能承受的了，怎样降低工人的劳动强度呢？提高自动化程度就成了我们面临的首要课题。随着科技的发展，继电器控制已经逐步被可编程控制器(PLC)控制所代替。PLC是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置,它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,近年来在工业生产中得到广泛的应用,被誉为当代工业自动化主要支柱之一。在PLC的支持
2、下，怎样实现操作流程的自动化这个问题迎刃而解。于是在机加工过程中我们可以选择各种控制机制去简化工人操作以及降低工人劳动强度、提高效率等。关键词：三工位旋转工作台；可编程控制器；提高效率；自动化目 录第1章 引 言 1第2章 设计方案 2 2.1 总体方案说明 2 2.1.1控制要求 2 2.1.2制定控制方案 2 2.2 控制方式选择 2第3章 PLC控制系统设计 3 3.1 动作特性 3 3.2 液压控制部分设计 4 3.3 控制流程图 43.4I/O地址分配表 63.5 I/O接线图 6 3.6梯形图 73.7语句表12结 论 16设计总结 17谢 辞 19参考文献 20第1章 引 言随着
3、科学技术的不断发展，机械加工的方法和手段也逐渐变得丰富起来，各种先进技术被人们引入机械行业中来形成各种新兴学科，机电一体化就是其中一门。机电一体化是以电子技术特别是微电子技术为主导、多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的综合性高技术，是机械与电子的有机结合产物。其目的是不断提高劳动生产率，减轻人们的体力劳动，逐步代替部分脑力劳动。机械一体化的机械加工比传统机械加工有很大的优越性。在本课题中，机电一体化的好处显得尤为突出。三工位工作台旋转机床设备在机加工等自动化机床设备中得到广泛引用，通过控制工作台旋转，可以实现在加工过程中同时完成上料和卸料工作，并能实现流水作业，大大提高了工作效率,降低工人劳
4、动强度。若在上料和卸料工位设计合适的机械手，则可实现无人上料和卸料工作。 的处理器速度和功能在不断增加，已发展成具有逻辑控制功能过程控制功能运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能等的多功能控制器，加上它的价格低廉、操作简便、改变功能灵活易用、维护工作量小等优势，使PLC在工业生产过程自动化中获得广泛应用。 目前已经在工业生产过程中得到广泛应用，它具有结构简单易于编程、性能优越、可靠性能高、维修方便和使用方便的一系列优点。根据课程设计要求，以西门子S7-200系列PLC来实现控制钻床三工位工作台旋转控制设计。钻床加工三工位工作台是由送料、钻孔、卸载三部分组成。工作台每旋转120完成一个工位，循
5、环运行。来实现工件的快速送料、钻孔、卸载的流水作业系统。 第2章 设计方案2.1总体方案说明从我们入大学开始接触机械设计开始起，老师就教导我们任何设计都要先从整体上对要做的设计内容要构想一下。只有对整体设计做出全局的把握，设计才会有所针对。拿到课程设计题目后，我并没有直接进入主题开始着手设计，而是逐步先将设计要求研究了一遍，认真对设计思路做了一个规划然后才开始了设计。2.1.1 控制要求（1）用选择开关来决定控制系统的全自动、半自动运行和手动调整方式。（2）手动调整采用按钮点动的控制方式。包括上料进、退操作、工件夹紧、放松操作，钻头下降、上升操作，卸料进、退操作，工作台旋转操作。（3）系统处于
6、半自动工作方式时，每执行完成一个工作循环，用一个启动按钮来控制进入下一次循环。（4）系统处于全自动运行方式时，可实现自动往复地循环执行。（5）上料器、夹紧装置、卸料器、钻头上下运动由液压缸驱动。夹紧力由压力继电器检测控制。钻头旋转、工作台旋转由电动机驱动。2.1.2 制定控制方案 （1）用选择开关来决定控制系统的全自动、半自动运行和手动调整方式。 （2）手动调整采用按钮点动的控制方式。 （3）系统处于半自动工作方式时，每执行完成一个工作循环，用一个启动按钮来控制进入下一次循环。 （4）系统处于全自动运行方式时，可实现自动往复地循环执行 （5）系统运动不很复杂，采用三台电动机：主动电动机、液压电
7、动机和工作台旋转电动机。除了主轴转动和工作台旋转用电动机拖动外，其他所有所有运动都可以采用液压传动。 （6）对于部分与顺序控制和工作循环过程无关的主零部件和控制部件，采用进入PLC的控制方式以达到方便控制。2.2控制方式选择三工位旋转工作台控制系统的设计任务主要由两大部分，其中最主要的就是运输小车的PLC梯形图设计，也就是程序设计；其次是液压控制原理图的设计。三工位旋转工作台控制系统在很大程度上是利用继电器实现的，而最初的PLC就已经有很完善的继电器控制功能了。在这里选用PLC控制完全是对症下药，根据设计内容我们不难发现这个系统有21个输入信号和10个输出信号。选用任何一个系列的PLC都不能满
8、足输入点的个数，也就是任何一个S7-200单片机都需要扩展。而CPU226的又很贵，所以在此选用CPU224外加一个EM221的扩展模块就能满足要求。第3章 PLC控制系统设计3.1动作特性三工位旋转工作台控制动作特性如下：其工作示意如图3-1所示。三个工位分别完成上料、钻孔和卸料。图3-1 三工位旋转工作台系统示意图工位1：工作台旋转到工位1后上料器推进，料到位后退回等待。工位2：工工作台旋转到工位2后，夹紧装置将料加紧，钻头向下进给钻孔，下钻到位后退回，退回到位后工件松开，放松完成后等待。工位3：工作台旋转到工位3后，卸料器向前将加工完成的工件推出，推出到位后退回，退回到位后等待。3.2液
9、压控制部分的设计根据三工位旋转工作台的动作要求，控制部分大多采用液压电磁阀控制。当送料器送料到位后碰到送料到位行程开关时碰到送料退回电磁阀，使液压阀供油方向发生改变，活塞杆退回。活塞杆退回到位后碰到退回到位行程开关，使液压阀动作处于中间位置，工位1处于等待状态。工位2动作顺序是工作台转动到位后液压阀动作夹紧，夹紧后压力继电器动作使活塞缸处于保压状态，同时使钻头旋转以及下降。等钻头下降达到行程开关位置处钻头停止下降，上升继电器得电转而钻头上升。钻头上升到位碰到行程开关使钻头停止转动和上升，并且活塞杆放松工件。放松完成碰到行程开关使工位2处于等待状态。工位3的动作顺序是工作台旋转结束后活塞缸推动工
10、件开始卸料，到行程开关后活塞杆反行程电磁阀得电退回，退回到位碰到行程开关处于等待状态。等三个工位都停止动作后，工作台旋转电磁阀的电，工作台旋转进入下一个循环。根据要求做出合理的液压原理图如图3-2示。 图3-2 液压原理图3.3 控制流程图 根据三工位旋转工作台的控制要求，在不同的工位能同时进行加料、钻孔加工和卸料。根据课程设计的具体要求，分析并设计如下流程图3-3： 图3-3 控制流程图3.4 I/O地址分配表分配表如下表1所示：表1：输入输出信号对照表输入信号名称外部元件内部地址输出信号名称外部元件内部地址手动运行选择SA4-1I0.0送料器推进电磁阀YA1Q0.0半自动运行选择SA4-2
11、I0.1送料退回电磁阀YA2Q0.1全自动运行选择SA4-3I0.2工件夹紧电磁阀YA3Q0.2上料器推进按钮SB1I0.3工件放松电磁阀YA4Q0.3上料器退回按钮SB2I0.4钻头下降电磁阀YA5Q0.4工件夹紧按钮SB3I0.5钻头上升电磁阀YA6Q0.5工件放松按钮SB4I0.6卸料推进电磁阀YA7Q0.6钻头下降按钮SB5I0.7卸料退回电磁阀YA8Q0.7钻头上升按钮SB6I1.0工作台转动电动机转动接触器KM1Q1.0卸料器退出按钮SB7I1.1钻头转动电动机接触器KM2Q1.1卸料器退回按钮SB8I1.2工作台旋转按钮SB9I1.3上料到位行程开关SQ1I1.4上料退回到位行程
12、开关SQ2I1.5钻头下降到位行程开关SQ3I1.6钻头上升到位行程开关SQ4I1.7卸料器推进到位行程开关SQ5I2.0卸料器退回到位行程开关SQ6I2.1工作台旋转到位行程开关SQ7I2.2放松到位行程开关SQ8I2.3压力继电器触点SP1I2.43.5 I/O接线图PLC输入输出I/O接线图如图3-4所示：图3-4 I/O接线图3.6梯形图根据课题要求，在相应软件上具体做出控制系统梯形图并且自动生成语句表。三工位旋转工作台控制梯形图如下： 网 络 13.7语句表结 论此次课程设计主要其实是对PLC的控制功能进行练习了解掌握，而在三工位工作台旋转工作台的设计中跟多要求的是我们对PLC经典控制模块继电器控制部分进行设计。设计之初面临着两个不同的选择方案一：在工作循环时只对一个工件进行加工；二、在工作时对三个工件同时加工。第一种方案效率低，但是设计起来简单。第二种方案加工效率高但是中间各个工序的加工时间对工作台旋转时间有影响。经过多方面论证，最后我选择了第二种方案提高了生产效率。通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实
