两工位钻孔攻螺纹组合机床电气控制系统设计
本课题的主要研究的内容是利用PLC控制代替传统的控制系统，完成对两工位钻孔攻螺纹组合机床运动的控制。两工位钻孔组合机床可以在施加电力后自主完成对加工零件的钻孔攻螺纹。在许多的老式机床中，大多采用继电器控制系统，但是继电器系统的可靠性低，已经跟不上当代工业的发展，而且加工工艺也远远达不到要求。如果用PLC来控制机床，系统的可靠性将大大提高。论文的主要目的是完成电气控制系统的设计，而电气控制系统首先就是硬件设计，根据具体的要求选择所需的设计主电路图，输入/输出设备选择，输入/输出点统计，输入/输出分配。 最后，选用三菱FX2N系列PLC，利用顺序控制法设计完成完整的控制系统，再对本次论文做出总结，指出不足之处。关键词 组合机床，PLC控制，程序设计
目 录
1 引言 1
1.1 课题的提出和控制系统的要求 1
1.2 研究的内容 1
2. 组合机床简介及控制系统的确定 1
2.1 两工位钻孔攻螺纹组合机床的介绍 1
2.2 机床控制系统的确定 3
3. 两工位钻孔攻螺纹组合机床电气控制系统的硬件设计 5
3.1 PLC的选型 5
3.2 I/O分配 6
3.3 硬件的接线图设计 8
3.4 电气原理图设计 10
4. PLC控制系统程序设计 12
4.1 设计方法 12
4.2 机床加工工步顺序表 12
4.3 梯形图设计 14
结论 20
致谢 21
参考文献 22
附录 23
1 引言
1.1 课题的提出和控制系统的要求
目前，世界上大部分的两工位钻孔攻螺纹机床都是由继电器控制系统控制的。随着时代的不断进步和发展，制造业的需求越来越高，如果继续使用这种旧的机床控制系统进行加工，不仅大大增加了产品更新周期，而且加工的零件也渐渐地达不到工艺精度要求。对于一些比较复杂的加工零件来说，其设计和加工过程将更加的困难。随着当代科技的不断发展，PLC渐渐的被人们所认知，并且渐渐地得到了广泛的使用。而我在学校也有PLC的课程 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
，对PLC控制系统有一定的认知，就想如果将PLC控制系统应用在这些老式机床上，那么机床的性能肯定能够得到巨大的提升。随后，在我的指导老师引导下，就确定了这个题目。
1.2 研究的内容
由于两工位组合机床结构复杂，自动化程度高，但一般的继电器控制系统布线复杂，可靠性差，不能满足加工精度要求。因此本次论文的主要目的利用PLC代替传统的控制系统，以完成对机床加工过程的控制。以提高工件质量和生产效率，提升经济效益。所以本次论文要解决的问题有：
(1)系统的总体设计方案；
(2)硬件设计：设计主电路图，I/O设备选择，I/O点统计，I/O定义号分配；
(3)软件设计：编制梯形图程序；
2. 组合机床简介及控制系统的确定
2.1 两工位钻孔攻螺纹组合机床的介绍
两工位钻孔攻螺纹组合机床的主要作用是对零件进行钻孔和攻螺纹加工。大多数的组合机床都是由一般的零件组成的，设计者根据实际加工要求配备了一些特殊零件，以满足加工零件不同生产条件的要求。这种机床往往采用多工位加工方式，这种生产方式，其生产效率往往是普通机床的好几倍。以下是对两工位钻孔组合机床的简单介绍：
1.主要组成部分
机床主要由夹具、钻孔动力头、攻螺纹动力头、钻孔滑台、攻螺纹滑台、工作台、床体、凸轮、液压系统等组成。如下图21所示。
图21 两工位钻孔攻螺纹组合机床结构图
2.两工位钻孔攻螺纹组合机床加工工艺流程:如表21所示。
表21 机床的加工工艺流程
(1)
控制系统通电之后，机床的液压机启动，当液压系统压力符合要求，且机床各部分在原位上，压力继电器开始运作。
(2)
手动将零件放在工作台的夹具上，按下启动按钮，使机床开始运作，液压系统启动，夹具夹紧工件。
(3)
当工件夹紧后，到达钻孔工位SQ1后，工作台停止运动。钻孔电机M3开始运转，由凸轮控制，从钻孔原位向钻孔终点运动。对工件进行钻孔加工。当到达钻孔终点之后，钻孔滑台自动退回钻孔原位，并且电机M3停止运动。
(4)
当钻孔电机M3停止转动后，工作台电磁阀得电，控制工作台继续向右移动，一直运动到SQ6攻螺纹工位。攻螺纹电机开始正转，滑台由凸轮控制，由攻螺纹原位向攻螺纹终点移动，由此对工件进行攻螺纹加工。当滑台运动到攻螺纹终点之后，攻螺纹电机停止转动，制动电磁阀得电，攻螺纹电机反转，同时滑台自动返回攻螺纹原位，电机停止运转。之后，工作台由电磁阀驱动，工作台向左移动，直到放松动作限位。夹具放松工件，然后手动移除工件，从而完成工件的加工。
3.设置必要的安全保护装置
为了保证机床的正常运作，必须设置必要的连锁，以避免机床的错误动作而造成的经济损失甚至人员受伤。
2.2 机床控制系统的确定
2.2.1继电器控制系统
早在20世纪中期，大多数机床都是用继电器控制系统控制的，而此类控制系统，只能在规定的时间或条件下进行工作。若工作人员想要改变机床的工作顺序，就只能改变控制器的外部接线。这样极大的影响力生产效率和机床生产的灵活度。且不利于产品的更新换代。对于一些复杂的控制系统来说，设计制造将更加困难，与之相对应的，复杂机床的可靠性也不高。当时继电器控制的机床往往存在以下的问题：
（1）控制系统的硬件接线繁多且复杂，往往造成机床体型过大，能耗大，不利于节约资源。
（2）由于继电器控制采用机械动作实现，机械运动速度相对较慢，所以控制速度慢，稳定性差。
（3）易受环境温度和湿度的影响。
（4）继电器控制系统一般都没有计数功能。
（5）设计周期长。
（6）由于继电器控制系统大多靠机械运动来完成，所以导致系统磨损大，寿命短。维修起来也十分困难。
2.2.2单片机控制系统
（1）单片机的编程语言较复杂
灵活运用单片机控制要对于那些并没有进行专业学习的工作人员来说，单片机的知识对他们老说是陌生的，熟悉起来并不简单。
（2）更方便，更简单易用PLC
目 录
1 引言 1
1.1 课题的提出和控制系统的要求 1
1.2 研究的内容 1
2. 组合机床简介及控制系统的确定 1
2.1 两工位钻孔攻螺纹组合机床的介绍 1
2.2 机床控制系统的确定 3
3. 两工位钻孔攻螺纹组合机床电气控制系统的硬件设计 5
3.1 PLC的选型 5
3.2 I/O分配 6
3.3 硬件的接线图设计 8
3.4 电气原理图设计 10
4. PLC控制系统程序设计 12
4.1 设计方法 12
4.2 机床加工工步顺序表 12
4.3 梯形图设计 14
结论 20
致谢 21
参考文献 22
附录 23
1 引言
1.1 课题的提出和控制系统的要求
目前，世界上大部分的两工位钻孔攻螺纹机床都是由继电器控制系统控制的。随着时代的不断进步和发展，制造业的需求越来越高，如果继续使用这种旧的机床控制系统进行加工，不仅大大增加了产品更新周期，而且加工的零件也渐渐地达不到工艺精度要求。对于一些比较复杂的加工零件来说，其设计和加工过程将更加的困难。随着当代科技的不断发展，PLC渐渐的被人们所认知，并且渐渐地得到了广泛的使用。而我在学校也有PLC的课程 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
，对PLC控制系统有一定的认知，就想如果将PLC控制系统应用在这些老式机床上，那么机床的性能肯定能够得到巨大的提升。随后，在我的指导老师引导下，就确定了这个题目。
1.2 研究的内容
由于两工位组合机床结构复杂，自动化程度高，但一般的继电器控制系统布线复杂，可靠性差，不能满足加工精度要求。因此本次论文的主要目的利用PLC代替传统的控制系统，以完成对机床加工过程的控制。以提高工件质量和生产效率，提升经济效益。所以本次论文要解决的问题有：
(1)系统的总体设计方案；
(2)硬件设计：设计主电路图，I/O设备选择，I/O点统计，I/O定义号分配；
(3)软件设计：编制梯形图程序；
2. 组合机床简介及控制系统的确定
2.1 两工位钻孔攻螺纹组合机床的介绍
两工位钻孔攻螺纹组合机床的主要作用是对零件进行钻孔和攻螺纹加工。大多数的组合机床都是由一般的零件组成的，设计者根据实际加工要求配备了一些特殊零件，以满足加工零件不同生产条件的要求。这种机床往往采用多工位加工方式，这种生产方式，其生产效率往往是普通机床的好几倍。以下是对两工位钻孔组合机床的简单介绍：
1.主要组成部分
机床主要由夹具、钻孔动力头、攻螺纹动力头、钻孔滑台、攻螺纹滑台、工作台、床体、凸轮、液压系统等组成。如下图21所示。
图21 两工位钻孔攻螺纹组合机床结构图
2.两工位钻孔攻螺纹组合机床加工工艺流程:如表21所示。
表21 机床的加工工艺流程
(1)
控制系统通电之后，机床的液压机启动，当液压系统压力符合要求，且机床各部分在原位上，压力继电器开始运作。
(2)
手动将零件放在工作台的夹具上，按下启动按钮，使机床开始运作，液压系统启动，夹具夹紧工件。
(3)
当工件夹紧后，到达钻孔工位SQ1后，工作台停止运动。钻孔电机M3开始运转，由凸轮控制，从钻孔原位向钻孔终点运动。对工件进行钻孔加工。当到达钻孔终点之后，钻孔滑台自动退回钻孔原位，并且电机M3停止运动。
(4)
当钻孔电机M3停止转动后，工作台电磁阀得电，控制工作台继续向右移动，一直运动到SQ6攻螺纹工位。攻螺纹电机开始正转，滑台由凸轮控制，由攻螺纹原位向攻螺纹终点移动，由此对工件进行攻螺纹加工。当滑台运动到攻螺纹终点之后，攻螺纹电机停止转动，制动电磁阀得电，攻螺纹电机反转，同时滑台自动返回攻螺纹原位，电机停止运转。之后，工作台由电磁阀驱动，工作台向左移动，直到放松动作限位。夹具放松工件，然后手动移除工件，从而完成工件的加工。
3.设置必要的安全保护装置
为了保证机床的正常运作，必须设置必要的连锁，以避免机床的错误动作而造成的经济损失甚至人员受伤。
2.2 机床控制系统的确定
2.2.1继电器控制系统
早在20世纪中期，大多数机床都是用继电器控制系统控制的，而此类控制系统，只能在规定的时间或条件下进行工作。若工作人员想要改变机床的工作顺序，就只能改变控制器的外部接线。这样极大的影响力生产效率和机床生产的灵活度。且不利于产品的更新换代。对于一些复杂的控制系统来说，设计制造将更加困难，与之相对应的，复杂机床的可靠性也不高。当时继电器控制的机床往往存在以下的问题：
（1）控制系统的硬件接线繁多且复杂，往往造成机床体型过大，能耗大，不利于节约资源。
（2）由于继电器控制采用机械动作实现，机械运动速度相对较慢，所以控制速度慢，稳定性差。
（3）易受环境温度和湿度的影响。
（4）继电器控制系统一般都没有计数功能。
（5）设计周期长。
（6）由于继电器控制系统大多靠机械运动来完成，所以导致系统磨损大，寿命短。维修起来也十分困难。
2.2.2单片机控制系统
（1）单片机的编程语言较复杂
灵活运用单片机控制要对于那些并没有进行专业学习的工作人员来说，单片机的知识对他们老说是陌生的，熟悉起来并不简单。
（2）更方便，更简单易用PLC
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