深孔钻削组合机床plc控制设计
本文是将不断发展的PLC控制系统与深孔钻削机床相结合，提出了一种利用PLC控制的双面分级进给的深孔加工方式，确定了加工的循环过程和加工方案，选定了S7-200 226的CPU，并对I/O点进行了合理的分配。在软件方面，利用STEP7软件进行了梯形图的编制，并进行了编码和仿真模拟，确保了方案的可行性。解决了现行继电器控制系统中效率低下、排屑困难、加工精度低的问题。关键词 深孔钻削，PLC控制，梯形图 目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究意义及目的 2
1.3 课题研究任务 2
2 课题总体方案设计 2
2.1 深孔钻削组合机床加工过程 2
2.2 深孔钻削组合机床控制要求 3
2.3 控制方式选择 4
3 PLC控制系统硬件设计 5
3.1 设计要求及流程 5
3.2 PLC选型 6
3.3 I/O端口分配 8
3.4 I/O点接线图 10
3.5 主电路设计 11
4 PLC控制系统软件设计 13
4.1 PLC编程语言 13
4.2 S7200-200编程软件 13
4.3 梯形图程序设计与说明 14
总结 20
致谢 21
参考文献 22
附录A 梯形图 23
附录B 语句表 27
1.绪论
1.1 课题研究背景
我们将需要把径深比加工到10以上的孔的加工称之为深孔加工[1]。由于钻孔是在一个半封闭的环境中进行的，大量钻削从刀具排屑槽排出，当钻削到一定深度时，加工产生的切削很难从加工工位中排出，从而容易造成切削阻塞，加速刀具钝化，钻削扭矩增加，甚至钻头折断。为此，在整个切削过程中不得不多次退出钻头，以排除切屑并冷却钻头。孔越深，越需要更加频繁的退出钻头，所以生产效率很低，而且钻孔质量不高。传统的控制方案是采用继电器—接触器控制的方法。但是，随着时代的进步和技术的发展，继电器控制的缺点也不断凸显出来，由于接线过于复杂，硬件较多，所以在
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当钻削到一定深度时，加工产生的切削很难从加工工位中排出，从而容易造成切削阻塞，加速刀具钝化，钻削扭矩增加，甚至钻头折断。为此，在整个切削过程中不得不多次退出钻头，以排除切屑并冷却钻头。孔越深，越需要更加频繁的退出钻头，所以生产效率很低，而且钻孔质量不高。传统的控制方案是采用继电器—接触器控制的方法。但是，随着时代的进步和技术的发展，继电器控制的缺点也不断凸显出来，由于接线过于复杂，硬件较多，所以在使用过程中稳定性极差。因此，采用合理的钻孔加工控制方法极为重要。
随着科技的发展，PLC的运用越来越普及。人们现在使用的机械加工设备，很多仍然是传统的继电器控制系统，已经比较老旧，加工效率很低。而经过PLC改造过的机械加工设备，不仅能够提高产品的质量，还可以降低加工时间提高生产率，从而降低生产成本，给企业创造更多的价值。随着PLC技术的不断发展，PLC与机械加工装备的结合也更加紧密，应用也更加广泛，这是未来发展的必然趋势和要求，更是一种高效的加工方法，也会为以后的加工生产提供越来越多的便捷。
本课题正是基于目前这种技术背景下，利用PLC对钻削机床进行改进，采用创新的加工技术来实现深孔的钻削加工，从而改善目前深孔加工中存在的效率低下、生产成本高、排屑困难的问题。
1.2 课题研究意义及目的
本课题是将不断发展的PLC控制技术与深孔钻削组合机床进行结合，希望通过使用PLC机床控制系统，提高电器控制系统的稳定性及可靠性，提供一种结构简单、改造成本较低和生产效率高的PLC控制系统并解决深孔钻组合机床进行深孔钻削时，对钻头进行排屑和冷却困难，加工效率不高的问题[2]。同时，还希望通过这一基于PLC的改造，使深孔钻削组合机床的控制更加稳定可靠，也会使设备更加易于检修，并且能够适应经常变动的工艺条件，PLC的软起动功能使设备运行趋稳，自动化水平提高，最终取得较好的经济效益。
同时，我还希望通过本课题的训练，培养自身理论联系实践，用知识解决问题的能力。通过对深孔钻削机床PLC控制系统进行研究设计，掌握机电产品PLC电控系统的设计过程，能对射界过程中遇到的问题进行分析，并培养创新能力，加深对组合机床的结构以及PLC控制的原理和应用的理解。
1.3 课题研究任务
（1）选定系统总体设计方案；
（2）硬件设计：设计主电路图；确定并分配I/O点，选择PLC机型，绘制I/O模块接线图。
（3）软件设计：编制梯形图程序；
（4）利用仿真软件进行模拟。
2.课题总体方案设计
2.1 深孔钻削组合机床加工过程
现代加工过程中，由于加工数量较大，要求加工时间必须较短，加工效率不断提高，目前在深孔加工中，如果一次性加工到指定孔深位置，由于加工深度较大，很容易就导致钻头在深孔中因为扭矩过大而折断，而且这种加工方式不容易排出加工过程中产生的切屑，连续的加工也会使钻头温度过高，加工精度变差。所以，大部分工厂都采用分级进给加工深孔的办法。所谓分级进给加工，就是在加工过程中，由滑台带动动力头电机上的钻头进行进给，当钻头工进加工到了一定深度时，由滑台带动钻头向后退出，大致退离到距离工件表面3-5mm的地方，然后进行刀具的冷却和排屑，这样就可以保证孔内没有大量切屑，不会影响加工[3]。当退出排屑完成后，钻头再快进到距离上一次加工孔底面一定位置时，转换为工进，进行第二次的加工，每次加工的距离都相同。然后进行反复的快进、工进、退出冷却、再次快进，直到加工完成。
分级进给加工循环的加工次数和每次工进的加工深度，则是由钻头的材料，刀具的直径以及工件的材料等因素决定的，当被加工工件需要的加工深度越大时，分级进给的次数就越多，而PLC的控制也就要求更加复杂和精确。，所以，在设计深孔加工过程中，应该确定合适的加工循环过程，以保证加工过程的高效，节省避免加工过程中不必要的时间的浪费，从而使得控制系统能够带来更多的效益。
所以，在确定本次深孔钻削组合机床的加工过程时，我们首先需要确定每次分级进给的过程中进给长度相同，也就是每次加工的深度应该相同。这样，便可以确保每次加工过程中，钻头可以快速的通过已加工过的部分，并且，通过这部分时，为了节省时间，我们可以让钻头进行快进。
当钻头每一次工进加工完成后，钻头需要快退出加工工位，进行排屑和冷却。但是，如果每一次钻头都是退出到原位置，不仅浪费时间，而且没有必要。所以我选择控制钻头在每一次加工工进后，都只是快退到距离工件的表面一段距离的位置，而不是退回原位。这样既可以保证钻头得到冷却和排屑，也节
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究意义及目的 2
1.3 课题研究任务 2
2 课题总体方案设计 2
2.1 深孔钻削组合机床加工过程 2
2.2 深孔钻削组合机床控制要求 3
2.3 控制方式选择 4
3 PLC控制系统硬件设计 5
3.1 设计要求及流程 5
3.2 PLC选型 6
3.3 I/O端口分配 8
3.4 I/O点接线图 10
3.5 主电路设计 11
4 PLC控制系统软件设计 13
4.1 PLC编程语言 13
4.2 S7200-200编程软件 13
4.3 梯形图程序设计与说明 14
总结 20
致谢 21
参考文献 22
附录A 梯形图 23
附录B 语句表 27
1.绪论
1.1 课题研究背景
我们将需要把径深比加工到10以上的孔的加工称之为深孔加工[1]。由于钻孔是在一个半封闭的环境中进行的，大量钻削从刀具排屑槽排出，当钻削到一定深度时，加工产生的切削很难从加工工位中排出，从而容易造成切削阻塞，加速刀具钝化，钻削扭矩增加，甚至钻头折断。为此，在整个切削过程中不得不多次退出钻头，以排除切屑并冷却钻头。孔越深，越需要更加频繁的退出钻头，所以生产效率很低，而且钻孔质量不高。传统的控制方案是采用继电器—接触器控制的方法。但是，随着时代的进步和技术的发展，继电器控制的缺点也不断凸显出来，由于接线过于复杂，硬件较多，所以在
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
当钻削到一定深度时，加工产生的切削很难从加工工位中排出，从而容易造成切削阻塞，加速刀具钝化，钻削扭矩增加，甚至钻头折断。为此，在整个切削过程中不得不多次退出钻头，以排除切屑并冷却钻头。孔越深，越需要更加频繁的退出钻头，所以生产效率很低，而且钻孔质量不高。传统的控制方案是采用继电器—接触器控制的方法。但是，随着时代的进步和技术的发展，继电器控制的缺点也不断凸显出来，由于接线过于复杂，硬件较多，所以在使用过程中稳定性极差。因此，采用合理的钻孔加工控制方法极为重要。
随着科技的发展，PLC的运用越来越普及。人们现在使用的机械加工设备，很多仍然是传统的继电器控制系统，已经比较老旧，加工效率很低。而经过PLC改造过的机械加工设备，不仅能够提高产品的质量，还可以降低加工时间提高生产率，从而降低生产成本，给企业创造更多的价值。随着PLC技术的不断发展，PLC与机械加工装备的结合也更加紧密，应用也更加广泛，这是未来发展的必然趋势和要求，更是一种高效的加工方法，也会为以后的加工生产提供越来越多的便捷。
本课题正是基于目前这种技术背景下，利用PLC对钻削机床进行改进，采用创新的加工技术来实现深孔的钻削加工，从而改善目前深孔加工中存在的效率低下、生产成本高、排屑困难的问题。
1.2 课题研究意义及目的
本课题是将不断发展的PLC控制技术与深孔钻削组合机床进行结合，希望通过使用PLC机床控制系统，提高电器控制系统的稳定性及可靠性，提供一种结构简单、改造成本较低和生产效率高的PLC控制系统并解决深孔钻组合机床进行深孔钻削时，对钻头进行排屑和冷却困难，加工效率不高的问题[2]。同时，还希望通过这一基于PLC的改造，使深孔钻削组合机床的控制更加稳定可靠，也会使设备更加易于检修，并且能够适应经常变动的工艺条件，PLC的软起动功能使设备运行趋稳，自动化水平提高，最终取得较好的经济效益。
同时，我还希望通过本课题的训练，培养自身理论联系实践，用知识解决问题的能力。通过对深孔钻削机床PLC控制系统进行研究设计，掌握机电产品PLC电控系统的设计过程，能对射界过程中遇到的问题进行分析，并培养创新能力，加深对组合机床的结构以及PLC控制的原理和应用的理解。
1.3 课题研究任务
（1）选定系统总体设计方案；
（2）硬件设计：设计主电路图；确定并分配I/O点，选择PLC机型，绘制I/O模块接线图。
（3）软件设计：编制梯形图程序；
（4）利用仿真软件进行模拟。
2.课题总体方案设计
2.1 深孔钻削组合机床加工过程
现代加工过程中，由于加工数量较大，要求加工时间必须较短，加工效率不断提高，目前在深孔加工中，如果一次性加工到指定孔深位置，由于加工深度较大，很容易就导致钻头在深孔中因为扭矩过大而折断，而且这种加工方式不容易排出加工过程中产生的切屑，连续的加工也会使钻头温度过高，加工精度变差。所以，大部分工厂都采用分级进给加工深孔的办法。所谓分级进给加工，就是在加工过程中，由滑台带动动力头电机上的钻头进行进给，当钻头工进加工到了一定深度时，由滑台带动钻头向后退出，大致退离到距离工件表面3-5mm的地方，然后进行刀具的冷却和排屑，这样就可以保证孔内没有大量切屑，不会影响加工[3]。当退出排屑完成后，钻头再快进到距离上一次加工孔底面一定位置时，转换为工进，进行第二次的加工，每次加工的距离都相同。然后进行反复的快进、工进、退出冷却、再次快进，直到加工完成。
分级进给加工循环的加工次数和每次工进的加工深度，则是由钻头的材料，刀具的直径以及工件的材料等因素决定的，当被加工工件需要的加工深度越大时，分级进给的次数就越多，而PLC的控制也就要求更加复杂和精确。，所以，在设计深孔加工过程中，应该确定合适的加工循环过程，以保证加工过程的高效，节省避免加工过程中不必要的时间的浪费，从而使得控制系统能够带来更多的效益。
所以，在确定本次深孔钻削组合机床的加工过程时，我们首先需要确定每次分级进给的过程中进给长度相同，也就是每次加工的深度应该相同。这样，便可以确保每次加工过程中，钻头可以快速的通过已加工过的部分，并且，通过这部分时，为了节省时间，我们可以让钻头进行快进。
当钻头每一次工进加工完成后，钻头需要快退出加工工位，进行排屑和冷却。但是，如果每一次钻头都是退出到原位置，不仅浪费时间，而且没有必要。所以我选择控制钻头在每一次加工工进后，都只是快退到距离工件的表面一段距离的位置，而不是退回原位。这样既可以保证钻头得到冷却和排屑，也节
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