小型组合机床的控制系统设计
本文的研究对象是钻、扩、铰孔组合机床，此组合机床可以通过动力箱、回转工作台、左钻头箱和右钻头箱实现对零件的五面同时加工，系统化和标准化的大批量加工和生产零件。本设计通过液压系统的驱动，实现钻头的快进、工进、快退等一系列运动。采用可编程控制器（PLC）的电气控制设计方法，运用西门子s7-200对组合机床进行系统的设计，给出了I/O信号表、电路图、PLC输入输出外部接线图，以及控制系统梯形图的设计。PLC的技术大大提高了机床的易操作性和自动化程度，对生产的效率和规模进行了极大的改善。关键词 组合机床,PLC,控制系统,设计目 录
1 组合机床概述 1
1.1 组合机床的介绍和优点 1
1.2 组合机床的发展 1
1.3 组合机床的组成及分类 1
2 小型组合机床的机械结构 2
3 小型组合机床的动作分析 3
4 小型组合机床的液压系统 3
4.1 液压动力滑台 5
4.2 左钻头箱和右钻头箱 7
4.3 液压回转工作台 9
5 小型组合机床的电气控制 13
5.1 电气控制的主回路 13
6 控制系统设计 14
6.1 PLC简介 14
6.2 PLC输入输出信号 15
6.3 PLC的选型 15
6.4 I/O分配 16
6.5 PLC输入输出外部接图 18
6.6 PLC的控制程序 18
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
附 录 26
1 组合机床概述
1.1 组合机床的介绍和优点
“组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用机床”。[1]它适宜于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。
组合机床是由通用机床发展而来的，组合机床的产生解决了通用机床各种不能紧跟时代的弊端。比如生产效率低，加工质量不稳定，操作频繁以及在零件结构尺寸改变时，此类机床又得重新进行设计和制造等。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
绍和优点
“组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用机床”。[1]它适宜于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。
组合机床是由通用机床发展而来的，组合机床的产生解决了通用机床各种不能紧跟时代的弊端。比如生产效率低，加工质量不稳定，操作频繁以及在零件结构尺寸改变时，此类机床又得重新进行设计和制造等。
组合机床的优点主要表现在组合机床的质量很高、性能稳定、设计周期短、维修方便、成本低廉、生产率高、自动化程度高、可以大批多量生产等。满足了机械化的生产要求和多功能的技术基础。组合机床的控制系统是典型的机电系统，它既包含了机械和液压等机械部分，也具备电气或气动的控制方式。
1.2 组合机床的发展
最早的组合机床是美国随着汽车工业的兴起而发展起来的，而组合机床通用部件标准化原则的确定，是1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商而成的。到如今组合机床已有六七十年的历史。
我国的组合机床的研究和成产起步晚，1962年才建立了大连组合机床研究所。并将组合机床应用于汽车拖拉机等制造行业中。由于我们中国发展起步比发达国家晚很多，因此在组合机床这方面，不断的革新和创作是我们制造业努力追赶先进国家的源泉。
随着电子技术的发展和革新，特别是以第三次科技革命为代表的信息和计算机技术发展，组合机床进入了全新的、以提高生产率和自动化程度为主要方向的时代。
1.3 组合机床的组成及分类
组合机床的主要部件包括床身、立柱、工作台、底座、动力箱、液压动力滑台等。又分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五部分。它可完成钻、扩、铰孔、攻丝、铣削和车削等工序，一台组合机床可以完成以上几个甚至所有工序。
组合机床有大型和小型两种，大、小型组合机床虽有其共性，但有其特殊性。无论是使用范围、配置形式、通用部件和驱动方式都各有特点。组合机床按照工位分为单工位组合机床和多工位组合机床。根据组合机床的配置形式和加工面的复杂性，单工位组合机床分为卧式单面组合机床、立式单工位组合机床、卧式双面组合机床、复合式双面组合机床、卧式三面组合机床、复合式三面组合机床、卧式四面组合机床、复合式四面组合机床；多工位组合机床分为固定式多工位夹具组合机床、移动工作台组合机床、回转工作台组合机床、回转鼓轮组合机床等。
2 小型组合机床的机械结构
本次设计的小型组合机床主要包含钻、扩、铰孔的工序。该组合机床由动力箱、立柱、液压滑台、底座、左钻头箱、右钻头箱、液压回转工作台，以及液压传动系统和电气控制系统等组成。通过液压驱动左、右刀具箱及液压滑台，实现零件三面的同时加工，液压系统驱动液压回转工作台，使其旋转来控制其余面的孔加工，从而实现零件的五面钻孔加工。
2.1 小型组合机床的主要结构
动力滑台在立柱导轨上作升降运动，立柱起到支承动力滑台的作用，动力滑台在运动过程中，配有平衡结构来确保刀具的正常运动。液压滑台由滑座、滑台和液压缸三个主要部分组成，液压缸套在滑座的底部固定工作。而滑座体的结构采用的是活塞杆移动，对滑座的刚性有所提高。
动力箱是主运动的驱动装置，它控制安装在其上的主轴箱使刀具旋转运动，驱动着钻扩铰孔组合机床的主运动。主轴箱是由前盖、后盖以及中间箱体三部分组成，大多都是由通用零件组成。整个主轴箱部件用前后盖的端平面和定位销孔配合，并用螺钉固定在动力箱上的。
左右刀具箱也驱动着两个重要的主运动，同样由两个相似的轴箱控制刀具的旋转和进给。左右刀具箱的结构与动力箱类似。
回转台的主体是回转工作台体和回转装置，回转工作台安装在立柱底座，中心镶有铜套，在花盘旋转时可以起到滑动作用。同样的，在花盘的中心也同心的安装了一个长套，这个长套是随着花盘的转动而转动的。这两个套子可以保证花盘和回转台在分离之后，花盘落下，依然可以准确的回到原位，由此定位刚度也被大大的增加了。
底座安装着立柱和回转工作台，是整个机构的支承元件。
3 小型组合机床的动作分析
图3.1小型组合机床的动作循环
钻扩铰孔组合机床的一个运动循环如上述流程图所示，在装夹工件结束后，电动机停止转动，各动力箱回归原位，循环开始，液压回转工作台开始转动和夹紧工序，在回转工作台夹紧结束后，三个动力箱才开始做加工运动，根据需要加工的加工面，零件的上表面和前后端面通过液压滑台、左钻头箱和右钻头箱加工。动力箱的工序
1 组合机床概述 1
1.1 组合机床的介绍和优点 1
1.2 组合机床的发展 1
1.3 组合机床的组成及分类 1
2 小型组合机床的机械结构 2
3 小型组合机床的动作分析 3
4 小型组合机床的液压系统 3
4.1 液压动力滑台 5
4.2 左钻头箱和右钻头箱 7
4.3 液压回转工作台 9
5 小型组合机床的电气控制 13
5.1 电气控制的主回路 13
6 控制系统设计 14
6.1 PLC简介 14
6.2 PLC输入输出信号 15
6.3 PLC的选型 15
6.4 I/O分配 16
6.5 PLC输入输出外部接图 18
6.6 PLC的控制程序 18
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
附 录 26
1 组合机床概述
1.1 组合机床的介绍和优点
“组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用机床”。[1]它适宜于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。
组合机床是由通用机床发展而来的，组合机床的产生解决了通用机床各种不能紧跟时代的弊端。比如生产效率低，加工质量不稳定，操作频繁以及在零件结构尺寸改变时，此类机床又得重新进行设计和制造等。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
绍和优点
“组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用机床”。[1]它适宜于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。
组合机床是由通用机床发展而来的，组合机床的产生解决了通用机床各种不能紧跟时代的弊端。比如生产效率低，加工质量不稳定，操作频繁以及在零件结构尺寸改变时，此类机床又得重新进行设计和制造等。
组合机床的优点主要表现在组合机床的质量很高、性能稳定、设计周期短、维修方便、成本低廉、生产率高、自动化程度高、可以大批多量生产等。满足了机械化的生产要求和多功能的技术基础。组合机床的控制系统是典型的机电系统，它既包含了机械和液压等机械部分，也具备电气或气动的控制方式。
1.2 组合机床的发展
最早的组合机床是美国随着汽车工业的兴起而发展起来的，而组合机床通用部件标准化原则的确定，是1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商而成的。到如今组合机床已有六七十年的历史。
我国的组合机床的研究和成产起步晚，1962年才建立了大连组合机床研究所。并将组合机床应用于汽车拖拉机等制造行业中。由于我们中国发展起步比发达国家晚很多，因此在组合机床这方面，不断的革新和创作是我们制造业努力追赶先进国家的源泉。
随着电子技术的发展和革新，特别是以第三次科技革命为代表的信息和计算机技术发展，组合机床进入了全新的、以提高生产率和自动化程度为主要方向的时代。
1.3 组合机床的组成及分类
组合机床的主要部件包括床身、立柱、工作台、底座、动力箱、液压动力滑台等。又分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五部分。它可完成钻、扩、铰孔、攻丝、铣削和车削等工序，一台组合机床可以完成以上几个甚至所有工序。
组合机床有大型和小型两种，大、小型组合机床虽有其共性，但有其特殊性。无论是使用范围、配置形式、通用部件和驱动方式都各有特点。组合机床按照工位分为单工位组合机床和多工位组合机床。根据组合机床的配置形式和加工面的复杂性，单工位组合机床分为卧式单面组合机床、立式单工位组合机床、卧式双面组合机床、复合式双面组合机床、卧式三面组合机床、复合式三面组合机床、卧式四面组合机床、复合式四面组合机床；多工位组合机床分为固定式多工位夹具组合机床、移动工作台组合机床、回转工作台组合机床、回转鼓轮组合机床等。
2 小型组合机床的机械结构
本次设计的小型组合机床主要包含钻、扩、铰孔的工序。该组合机床由动力箱、立柱、液压滑台、底座、左钻头箱、右钻头箱、液压回转工作台，以及液压传动系统和电气控制系统等组成。通过液压驱动左、右刀具箱及液压滑台，实现零件三面的同时加工，液压系统驱动液压回转工作台，使其旋转来控制其余面的孔加工，从而实现零件的五面钻孔加工。
2.1 小型组合机床的主要结构
动力滑台在立柱导轨上作升降运动，立柱起到支承动力滑台的作用，动力滑台在运动过程中，配有平衡结构来确保刀具的正常运动。液压滑台由滑座、滑台和液压缸三个主要部分组成，液压缸套在滑座的底部固定工作。而滑座体的结构采用的是活塞杆移动，对滑座的刚性有所提高。
动力箱是主运动的驱动装置，它控制安装在其上的主轴箱使刀具旋转运动，驱动着钻扩铰孔组合机床的主运动。主轴箱是由前盖、后盖以及中间箱体三部分组成，大多都是由通用零件组成。整个主轴箱部件用前后盖的端平面和定位销孔配合，并用螺钉固定在动力箱上的。
左右刀具箱也驱动着两个重要的主运动，同样由两个相似的轴箱控制刀具的旋转和进给。左右刀具箱的结构与动力箱类似。
回转台的主体是回转工作台体和回转装置，回转工作台安装在立柱底座，中心镶有铜套，在花盘旋转时可以起到滑动作用。同样的，在花盘的中心也同心的安装了一个长套，这个长套是随着花盘的转动而转动的。这两个套子可以保证花盘和回转台在分离之后，花盘落下，依然可以准确的回到原位，由此定位刚度也被大大的增加了。
底座安装着立柱和回转工作台，是整个机构的支承元件。
3 小型组合机床的动作分析
图3.1小型组合机床的动作循环
钻扩铰孔组合机床的一个运动循环如上述流程图所示，在装夹工件结束后，电动机停止转动，各动力箱回归原位，循环开始，液压回转工作台开始转动和夹紧工序，在回转工作台夹紧结束后，三个动力箱才开始做加工运动，根据需要加工的加工面，零件的上表面和前后端面通过液压滑台、左钻头箱和右钻头箱加工。动力箱的工序
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