1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計</b></p><p>　　專 季：2011秋機械專業(yè)本科</p><p>　　課程設(shè)計題目:機電控制與可編程序控制器</p><p>　　學生姓名: </p><p>　　學 號: </p><p>　　電 大:

2、</p><p><b>　　指導教師:</b></p><p><b>　　1  前言</b></p><p>　　在保證質(zhì)量的前提下考慮如何提高生產(chǎn)效率，是企業(yè)提高競爭生存能力的條件之一。在機械加工企業(yè)中，有許多老式普通機床,為了能使這些老式機床適應目前復雜零件批量、多品種的加工，充分挖掘利用普通機床潛力，就

3、需要對普通機床進行機電一體化改造。數(shù)控技術(shù)是先進制造技術(shù)的基礎(chǔ)，它綜合應用了計算機、控制技術(shù)、電氣傳動、傳感檢測、液壓氣動、網(wǎng)絡通信、光電技術(shù)、自動化、柔性化、集成化為基礎(chǔ)的精密機械制造和管理信息等發(fā)展起來的高新技術(shù)。作為數(shù)控加工的主體設(shè)備，數(shù)控機床是典型的機電一體化產(chǎn)品，數(shù)控機床的高精度、高效率及高柔性決定了大力推廣使用數(shù)控機床是提高制造能力和水平，適應市場需求和提高競爭能力的主要物質(zhì)基礎(chǔ)條件之一。</p><p&

4、gt;　　近幾年隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、集成技術(shù)以及自動控制技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能越來越強大，功能模塊越來越多，可以在小型PLC機上實現(xiàn)大型機的功能。本文提出了利用PLC控制步進電動機和機床主軸來實現(xiàn)機床的數(shù)控化改造。</p><p>　　2  車床改造前后的對比</p><p>　　金屬切削加工是改變零件形狀的方法之一，從毛坯到成品，使零件加工成符合生產(chǎn)需要的形狀和尺寸。

5、數(shù)控機床是以編程控制器（PLC）微處理器為核心的一種新型工業(yè)控制裝置，具有體積小、功能強、編程簡單、可靠性強等優(yōu)點，將加工信號傳遞到機床的數(shù)控系統(tǒng)，通過伺服系統(tǒng)按程序自動進行加工，檢測設(shè)置是由傳感器和傳動電機組成，根據(jù)閉鎖系統(tǒng)反饋的信號來控制、修正運動部件的偏移量，保證了零件加工的精確度。由于數(shù)控機床是根據(jù)控制器輸出的信號自動按工藝完成所需的加工工作，減少了由操作人員接在普通機床加工時為保證零件按圖標定的諸如直徑的上下偏差、長度公差、形

6、位公差、吃刀距、超出距所造成的重復開停機、調(diào)整、測試等一系列浪費時間的工作，并且保證產(chǎn)品質(zhì)量。以普通車床為例，將一根直徑40、長500毫米的坯料加工至直徑=36，精度要求不柱度為0.05毫米的軸。</p><p>　　普通車床車削時所需的機動時間T應該為：</p><p>　　由  n=1000×v／π×D=1000×100／3.14×40

7、=796轉(zhuǎn)/分</p><p>　　式中：ｖ—車床主軸速度        D—工件坯料直徑</p><p>　　因：  L=l+y+△=500+2+2=504毫米</p><p>　　式中：L—車刀所移動的距離     y—吃刀距（毫米） 

8、;   </p><p>　　l—工件待加工長度       △—超出距（毫米）</p><p>　　T=L×h/s×n×t=504×2/0.8×796×2=0.79分鐘</p><p>　　式中：T—機動時間 

9、60;         h—切削厚度</p><p>　　s—走刀量             n—工件每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)</p><p>　　t—切削深度    

10、;       </p><p>　　除以上能以軸、轉(zhuǎn)速及走刀量等有據(jù)可依能算出的走刀時間外，其余的如為保證尺寸精度必須小心謹慎地給定進給量前的刀尖與工件表面的對刀，然后以拖板的刻度為參考小心進刀，試車一定長度后，停機檢測（最多為兩次），確信與圖紙的要求相符后才進行車削，其中所需的時間只能按實際操作加上人為制定給出該項工作所耗費的工時，設(shè)定此所需的時間為

11、0.5分鐘時，則普通車床的實際用時T′應為：</p><p>　　T′=T +0.5=0.79+ 0.5=1.29（分鐘）</p><p>　　改裝（PLC）后的車床，轉(zhuǎn)由編程控制器（PLC）發(fā)出的信號完成所須的加工工序，由于車床的橫向進給實現(xiàn)了自動化，程序應為：以車刀刀尖為基準點，控制車刀刀尖按指令給定的以主軸中心軸線為基準進到所需加工的軸的半徑距離時，橫向進給自鎖，依照信號進行縱向切削

12、工作，省去了由人工操作加工中所需的反復開停車及檢測用時，因此，從以上的加工一根簡單的φ40×500（毫米）的軸可以得出：如果改裝后數(shù)控車床的轉(zhuǎn)速、切削用量等和普通車床相同，則數(shù)控機床所需的實際用時為</p><p>　　T″=0.79(分鐘)。</p><p>　　普通車床與改裝（PLC）可編程控制器后的車床的實際時間差為：</p><p>　　T′－T″

13、=1.29－0.79=0.5(分鐘)</p><p>　　由此可見改裝（PLC）控制后車床的機動時比普通車床的用時省卻了0.5分鐘，工效將近提高了一倍，對于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，不僅節(jié)省了大量的時間，還提高了控制系統(tǒng)的可靠性和準確性，為企業(yè)提供了更可靠的自動化生產(chǎn)保障，提高了經(jīng)濟效益。</p><p>　　3  以CW6140型普通車床為例，把繼電控制改造為PLC控制</p>

14、;<p><b>　　3.1  改造分析</b></p><p>　　1）根據(jù)機床電氣控制原理圖（圖1）的控制狀態(tài)，選擇合適的PLC機型；</p><p>　　2）列出PLC輸入、輸出I/O分配表（表1、表2）；</p><p>　　3）畫出PLC控制電路接線圖（圖2）；</p><p>　　4）

15、畫出PLC梯形圖（圖3），并編制程序；</p><p>　　圖1  CW6140型普通車床電氣控制線路原理圖</p><p>　　3.2  電氣控制線路分析</p><p>　　CW6140型普通車床電氣控制線路原理圖如圖1所示。圖中分主電路、控制電路和照明、信號電路。</p><p>　　3.2.1  電路分析

16、</p><p>　　主電路中有兩臺電機，M1為主軸電機，帶動主軸旋轉(zhuǎn)和刀架作進給運動；M2為冷卻泵。</p><p>　　三相交流電源通過轉(zhuǎn)換開關(guān)QS1引入，主軸電機M1由接觸器控制啟動，熱繼電器FR1為主軸電機M1的過載保護。</p><p>　　冷卻泵電機M2由組合開關(guān)QS2控制啟動和停止，熱繼電器FR2為它的過載保護。</p><p>

17、;　　3.2.2 控制電路分析</p><p>　?。?）主軸電機的控制。當按SB2時，接觸器KM1的線圈獲得電動作，同時KM1的常開觸點閉合，KM3和KT得電，KM1和 KM3主觸點閉合時電機M1星形正轉(zhuǎn)降壓啟動，當KT延時約3~5S時，KT延時常閉觸點斷開使KM3失電，其星形接法主觸點斷開；KT延時常開觸點閉合使KM2得電，其主觸點閉合，電機M1從星形轉(zhuǎn)換為三角形運行。同理，按SB1時，電機M1反轉(zhuǎn)（星形—三

18、角形啟動）。</p><p>　?。?）冷卻泵電機的控制。旋合組合開關(guān)QS2使冷卻泵電機M2啟動運行。</p><p>　?。?）照明電路分析?？刂谱儔浩鱐C的二次側(cè)輸出36V電壓，作為機床低壓照燈電源，EL為機床的低壓照明燈，由開關(guān)SA2控制。</p><p>　　3.3  PLC及其程序設(shè)計</p><p>　　3.3.1

19、60;  PLC選型和I/O端口分配</p><p>　　根據(jù)以上機床主電路繼電控制要求分析，系統(tǒng)共需開關(guān)量輸入點5個，開關(guān)量輸出點4個，考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟性和技術(shù)指標，擬選用三菱公司的微型機FX2n—16MR機型，該機基本單元有8點輸入，8點輸出，完全能滿足控制要求。輸入/輸出信號地址分配如表1和表2。 </p><p>　　表1  輸入信號地址分配表</

20、p><p>　　表2輸出信號地址分配表</p><p>　　3.3.2  PLC控制電路接線圖</p><p>　　為了保證安全,系統(tǒng)外部設(shè)置了急停控制電路，SB6為電源供給按鈕，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，按下SB5，KM線圈失電，KM常開啟點斷開，PLC失去電源，機床停止工作。PLC控制電路接線如圖2所示。</p><p>　　圖2 

21、; PLC控制電路接線圖</p><p>　　3.3.3  PLC程序設(shè)計： </p><p>　　當按SB2時， X000的常開觸點閉合，Y000、Y003和T0得電，接觸器KM1的線圈獲得電動作，同時KM1和 KM4主觸點閉合時電機M1星形正轉(zhuǎn)降壓啟動，當T0延時約3~5S時，T0延時常閉觸點斷開使KM4失電，其星形接法主觸點斷開；T0延時常開觸點閉合使KM3得電，其主觸點閉

22、合，電機M1從星形轉(zhuǎn)換為三角形運行。同理，按SB1時，X001的常開觸點閉合, 接觸器KM2的線圈獲得電動作,電機M1反轉(zhuǎn)（星形—三角形啟動）。根據(jù)以上要求編制PLC控制梯形圖（圖3）及由梯形圖寫出PLC控制指令程序。 </p><p>　　圖3  PLC梯形圖</p><p><b>　　編程如下:</b></p><p>

23、;　　LD    X000</p><p>　　OR    Y000</p><p>　　ANI   Y001</p><p><b>　　AND  X002</b></p><p><b>　　AND  X00

24、3</b></p><p><b>　　AND  X004</b></p><p><b>　　OUT  Y000</b></p><p><b>　　LD   X001</b></p><p><b>　　OR&#

25、160;  Y001</b></p><p><b>　　ANI  Y000</b></p><p><b>　　AND  X002</b></p><p><b>　　AND  X003</b></p><p><b&

26、gt;　　AND  X004</b></p><p><b>　　OUT  Y001</b></p><p><b>　　LD   Y000</b></p><p><b>　　OR   Y001</b></p>&

27、lt;p><b>　　MPS</b></p><p><b>　　ANI  Y002</b></p><p><b>　　OUT  TO</b></p><p><b>　　K30</b></p><p><b>　　M

28、RO</b></p><p><b>　　LD   TO</b></p><p><b>　　OR   Y002</b></p><p><b>　　ANB</b></p><p>　　ANI   Y003

29、</p><p>　　OUT   Y002</p><p><b>　　MPP</b></p><p><b>　　ANI   TO</b></p><p>　　ANI   Y002</p><p><b>

30、;　　OUT  Y003</b></p><p><b>　　END</b></p><p>　　采用簡易編程器或設(shè)置有三菱PLC開發(fā)軟件的電腦，把編制的程序輸入固化到可編程控制器的存儲器內(nèi)，并進行調(diào)試運行，直到完全達到要求的控制功能為止。</p><p><b>　　4  結(jié)束語</b>&

31、lt;/p><p>　　課程設(shè)計通過自己實際設(shè)計修改，在老師的指導下學到不少東西，最主要的是通過課程設(shè)計提高了自我對成體設(shè)計過程的了解和掌握，鍛煉了我們思想上考慮問題的周密性。讓我掌握了不少知識。這次課程設(shè)計讓我了解到PLC具有很高的可靠性,所以PLC控制系統(tǒng)的大部分故障主要來自于PLC外部元件, 用可編程序控制器(PLC)將普通機床改造為經(jīng)濟性數(shù)控機床,簡單易行,可靠性高,抗干擾能力強。經(jīng)實踐證明，普通車床數(shù)控化改