双面铣削组合机床PLC控制系统设计
双面铣削组合机床PLC控制系统设计
本文以双面铣削组合机床的控制系统为研究对象，通过对控制方式的比较，最终选用PLC控制系统。首先对PLC控制系统硬件部分的设计，确定型号以及I/O定义号分配和接线图。然后对PLC控制系统程序部分的设计，决定选用流程图法，了解PLC控制的过程，介绍所使用的编程软件，设计最后的梯形图，用软件进行模拟仿真。最终实现了机床的自动循环加工，大大提高了其自动化程度和工作效率。
关键词 组合机床，铣削，控制，PLC
1 引言 1
1.1 课题简介 1
1.2 本课题的研究背景及意义 1
1.3 本课题的主要设计内容 2
2 双面铣削组合机床控制系统总体设计方案 2
2.1 双面铣削组合机床原理及控制系统的设计要求分析 2
2.2 双面铣削组合机床控制系统设计方案简介 4
2.3 控制系统的总体方案确定 5
3 PLC控制系统硬件部分设计 6
3.1 PLC型号选择 6
3.2 I/O定义号分配 8
3.3 I/O点接线图 8
3.4 电气主接线图设计 8
4 PLC控制系统程序部分设计 10
4.1 PLC编程方法确定 10
4.2 双面铣削组合机床的流程图 11
4.3 编程软件的介绍 12
4.4 梯形图程序设计 13
结论 16
致谢 17
参考文献18
附录A 梯形图 19
附录B 指令表 27
1 引言
1.1 课题简介
双面铣削组合机床是在工件的两个相对表面上进行铣削的一种高效自动化专用加工设备，可用于对铸件、钢件及各种有色金属件的大平面铣削加工，一般用于柴油机、拖拉机等行业的箱体类零部件的加工。PLC是以微处理器为核心的通用工业控制装置,它将传统的继电器接触器控制系统与计算机控制技术紧密结合,集计算机、控制、通讯于一体,具有可靠性高、通用性强、应用灵活、易于使用、维修方便、价格便宜等优点，为工业自动化提供了近乎完美的自动控制装置。这就使得PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。随着PLC的广泛应用和机床电气控制技术的不断发展，利用PLC实现对组合机床的自动控制有着广阔的前景。本文介绍了三菱FX1N系列的PLC在铣削组合机床控制系统中的运用，简述了PLC控制的原理及过程，分析了控制的内容以及要求，从而设计出液压和电气控制电路，采用梯形图编程方式，用顺序控制的设计思路编写了控制程序，实现了机床的自动循环加工，大大提高了其自动化程度和工作效率。
1.2 本课题的研究背景及意义
随着生产的发展，产品精度的提高，机床加工的自动化程度也越来越高。数控机床，加工中心已构成现代加工方法之代表。但是我国的实际情况，对现有机床进行全部更新换代，几乎是不可能的。为提高机床的生产率，改善工人的劳动条件，提高一般机床切削加工的自动化程度，提高控制系统的可靠性，因此研究组合机床的设计具有十分重要的理论意义和现实意义。
组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术及其成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用等，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及其组合机床自动线主要采用的是机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件，完成钻孔、扩孔、浇孔等工序，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状的槽，以及铣削平面和成形面等。随着技术的不断进步，一种新型的组合机床——柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。
1.3 本课题的主要设计内容
设计基于PLC的双面铣削组合机床控制系统，用于对铸件、钢件及有色金属件的大平面铣削。从而把机械加工设备的功能、效率、柔性提高到一个新的水平。因为若采用可编程控制器(PLC)来构成其电气控制系统，则电气系统具有体积小、维修量少、工作可靠、操作简单并能适应控制要求等优点。因此根据各设备控制要求，进行系统总体控制方案设计。PLC的电路设计：包括系统硬件配置图、I/O分配表。PLC控制程序设计与说明：控制梯形图、液压泵电动机控制、左右动力头电动机控制、左右机滑台自动循环进给。
2 双面铣削组合机床控制系统总体设计方案
2.1 双面铣削组合机床原理及控制系统的设计要求分析
经过第一章对本课题研究的简单介绍，所以首先全面分析双面铣削组合机床的原理，以及各种控制系统的比较，确定最后选用的控制系统。
2.1.1 双面铣削组合机床原理
组合机床通常是具有一定功能的通用部件（如动力部件、支撑部件、输送部件等）和加工专用部件（如夹具、多轴箱等）组成，其中动力部件是组合机床通用部件中最主要的一类部件。常用的动力部件有动力头和动力滑台，在动力头上只安装多轴箱，而滑台上还可以安装由各种切削头组成的动力头，因此动力滑台比动力头通用性更强。动力部件常采用电动机驱动或液压系统驱动，由电气控制系统实现工作自动循环的控制，是典型的机电或机电一体化的自动化加工设备。
双面铣削组合机床的两个动力滑台对面布置并安装在底座上，左、右铣削动力头固定在滑台上，中间的铣削工作台是用以完成铣削的通用进给动力部件，与铣削头配套，再配以各种夹具，选择合理的刀具和切削参数即可进行平面铣削，如图2-1。
图2-1 结构示意图
2.1.2 双面铣削组合机床控制系统的设计要求
双面铣削组合机床的控制过程是典型的顺序控制，铣削工作滑台及左右动力滑台的工作循环如图2-2所示。工作时，先将工件装入夹具定位，夹紧后，按下起动按钮，机床工作的自动循环过程开始。首先两面动力滑台同时快进，此时刀具电动机也起动工作，滑台至行程终端停下；为了更好地控制加工尺寸，应该在终点设置挡铁，接着工件工作台快进、工进；铣削完毕后，左、右动力滑台快速退回原位，到达原位后刀具电动机停止转动；铣削工作台快速退回原位；最后松开夹具并取出工件，一次加工循环结束。
本文以双面铣削组合机床的控制系统为研究对象，通过对控制方式的比较，最终选用PLC控制系统。首先对PLC控制系统硬件部分的设计，确定型号以及I/O定义号分配和接线图。然后对PLC控制系统程序部分的设计，决定选用流程图法，了解PLC控制的过程，介绍所使用的编程软件，设计最后的梯形图，用软件进行模拟仿真。最终实现了机床的自动循环加工，大大提高了其自动化程度和工作效率。
关键词 组合机床，铣削，控制，PLC
1 引言 1
1.1 课题简介 1
1.2 本课题的研究背景及意义 1
1.3 本课题的主要设计内容 2
2 双面铣削组合机床控制系统总体设计方案 2
2.1 双面铣削组合机床原理及控制系统的设计要求分析 2
2.2 双面铣削组合机床控制系统设计方案简介 4
2.3 控制系统的总体方案确定 5
3 PLC控制系统硬件部分设计 6
3.1 PLC型号选择 6
3.2 I/O定义号分配 8
3.3 I/O点接线图 8
3.4 电气主接线图设计 8
4 PLC控制系统程序部分设计 10
4.1 PLC编程方法确定 10
4.2 双面铣削组合机床的流程图 11
4.3 编程软件的介绍 12
4.4 梯形图程序设计 13
结论 16
致谢 17
参考文献18
附录A 梯形图 19
附录B 指令表 27
1 引言
1.1 课题简介
双面铣削组合机床是在工件的两个相对表面上进行铣削的一种高效自动化专用加工设备，可用于对铸件、钢件及各种有色金属件的大平面铣削加工，一般用于柴油机、拖拉机等行业的箱体类零部件的加工。PLC是以微处理器为核心的通用工业控制装置,它将传统的继电器接触器控制系统与计算机控制技术紧密结合,集计算机、控制、通讯于一体,具有可靠性高、通用性强、应用灵活、易于使用、维修方便、价格便宜等优点，为工业自动化提供了近乎完美的自动控制装置。这就使得PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。随着PLC的广泛应用和机床电气控制技术的不断发展，利用PLC实现对组合机床的自动控制有着广阔的前景。本文介绍了三菱FX1N系列的PLC在铣削组合机床控制系统中的运用，简述了PLC控制的原理及过程，分析了控制的内容以及要求，从而设计出液压和电气控制电路，采用梯形图编程方式，用顺序控制的设计思路编写了控制程序，实现了机床的自动循环加工，大大提高了其自动化程度和工作效率。
1.2 本课题的研究背景及意义
随着生产的发展，产品精度的提高，机床加工的自动化程度也越来越高。数控机床，加工中心已构成现代加工方法之代表。但是我国的实际情况，对现有机床进行全部更新换代，几乎是不可能的。为提高机床的生产率，改善工人的劳动条件，提高一般机床切削加工的自动化程度，提高控制系统的可靠性，因此研究组合机床的设计具有十分重要的理论意义和现实意义。
组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术及其成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用等，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及其组合机床自动线主要采用的是机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件，完成钻孔、扩孔、浇孔等工序，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状的槽，以及铣削平面和成形面等。随着技术的不断进步，一种新型的组合机床——柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。
1.3 本课题的主要设计内容
设计基于PLC的双面铣削组合机床控制系统，用于对铸件、钢件及有色金属件的大平面铣削。从而把机械加工设备的功能、效率、柔性提高到一个新的水平。因为若采用可编程控制器(PLC)来构成其电气控制系统，则电气系统具有体积小、维修量少、工作可靠、操作简单并能适应控制要求等优点。因此根据各设备控制要求，进行系统总体控制方案设计。PLC的电路设计：包括系统硬件配置图、I/O分配表。PLC控制程序设计与说明：控制梯形图、液压泵电动机控制、左右动力头电动机控制、左右机滑台自动循环进给。
2 双面铣削组合机床控制系统总体设计方案
2.1 双面铣削组合机床原理及控制系统的设计要求分析
经过第一章对本课题研究的简单介绍，所以首先全面分析双面铣削组合机床的原理，以及各种控制系统的比较，确定最后选用的控制系统。
2.1.1 双面铣削组合机床原理
组合机床通常是具有一定功能的通用部件（如动力部件、支撑部件、输送部件等）和加工专用部件（如夹具、多轴箱等）组成，其中动力部件是组合机床通用部件中最主要的一类部件。常用的动力部件有动力头和动力滑台，在动力头上只安装多轴箱，而滑台上还可以安装由各种切削头组成的动力头，因此动力滑台比动力头通用性更强。动力部件常采用电动机驱动或液压系统驱动，由电气控制系统实现工作自动循环的控制，是典型的机电或机电一体化的自动化加工设备。
双面铣削组合机床的两个动力滑台对面布置并安装在底座上，左、右铣削动力头固定在滑台上，中间的铣削工作台是用以完成铣削的通用进给动力部件，与铣削头配套，再配以各种夹具，选择合理的刀具和切削参数即可进行平面铣削，如图2-1。
图2-1 结构示意图
2.1.2 双面铣削组合机床控制系统的设计要求
双面铣削组合机床的控制过程是典型的顺序控制，铣削工作滑台及左右动力滑台的工作循环如图2-2所示。工作时，先将工件装入夹具定位，夹紧后，按下起动按钮，机床工作的自动循环过程开始。首先两面动力滑台同时快进，此时刀具电动机也起动工作，滑台至行程终端停下；为了更好地控制加工尺寸，应该在终点设置挡铁，接着工件工作台快进、工进；铣削完毕后，左、右动力滑台快速退回原位，到达原位后刀具电动机停止转动；铣削工作台快速退回原位；最后松开夹具并取出工件，一次加工循环结束。
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