【正文】 .........................................26 PLC 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)如下圖 .....................................................................27 本章小結(jié) .........................................................................................................28第 5 章 設(shè)計(jì)總結(jié) ........................................................................................................29參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................30致謝 ..............................................................................................................................31基于 PLC 的臺(tái)式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者：田素坤 第 1 頁(yè) 共 31 頁(yè)第 1 章 緒論 研究的目的意義當(dāng)今社會(huì)，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，存在自動(dòng)化程度不高，難以進(jìn)行大批量的生產(chǎn)；工作效率低，且工人的工作環(huán)境惡劣；占用人力較多，操作固定不變易出錯(cuò)；精度不高，工件裝夾費(fèi)時(shí)，加工產(chǎn)品質(zhì)量不高問(wèn)題，因此，我們要在實(shí)現(xiàn)鉆床加工的自動(dòng)化、減少生產(chǎn)力的投入生產(chǎn)和與其它工藝流程相結(jié)合等問(wèn)題上來(lái)解決這些問(wèn)題，同時(shí)也要考慮經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。 我們可以通過(guò)對(duì)鉆床機(jī)構(gòu)的改造來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的要求，提高產(chǎn)品的加工精度及質(zhì)量；通過(guò)導(dǎo)入先進(jìn)的控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)操控，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。所以，本文研究的是基于 PLC 的臺(tái)式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 問(wèn)題的提出、分析以及解決方案鉆床指主要是用鉆頭在工件上加工孔的機(jī)床。通常鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鉆頭軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。鉆床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工精度相對(duì)較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具，可擴(kuò)、锪孔，鉸孔或進(jìn)行攻絲等加工。加工過(guò)程中工件不動(dòng)，讓刀具移動(dòng)，將刀具中心對(duì)正孔中心，并使刀具轉(zhuǎn)動(dòng)（主運(yùn)動(dòng)）。鉆床的特點(diǎn)是工件固定不動(dòng)，刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng).由現(xiàn)存的狀況分析我們可以看出，在機(jī)床加工中鉆床的加工工作量在總制造工作量中占有很大的比重。鉆床為孔加工機(jī)床，按其結(jié)構(gòu)形式不同可以分為搖臂鉆床、立式鉆床、臥式鉆床、深孔鉆床、多軸鉆床等。主要用來(lái)進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、絞孔、攻絲等。長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)的機(jī)械機(jī)械制造工業(yè)中孔類加工多數(shù)由傳統(tǒng)鉆床來(lái)完成，但是傳統(tǒng)的鉆床在大批量生產(chǎn)時(shí)存在許多的不足之處：（1）自動(dòng)化程度不高.，難以進(jìn)行大批量的生產(chǎn)；（2）工作效率低，且工人的工作環(huán)境惡劣；（3）占用人力較多，操作固定不變易出錯(cuò)；（4）精度不高，工件裝夾費(fèi)時(shí)；（5）加工產(chǎn)品質(zhì)量不高； 針對(duì)以上傳統(tǒng)鉆床的不足之處及生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，我們有必要對(duì)傳統(tǒng)鉆床進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)鉆床手動(dòng)的進(jìn)給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度及工作量。基于 PLC 的臺(tái)式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者：田素坤 第 2 頁(yè) 共 31 頁(yè) 當(dāng)前傳統(tǒng)鉆床問(wèn)題的存在主要在于自動(dòng)化程度、生產(chǎn)效率、工作環(huán)境及產(chǎn)品質(zhì)量。在生產(chǎn)過(guò)程中，手動(dòng)的操作、繁鎖的裝夾、大量生產(chǎn)力的投入和單一的生產(chǎn)流程導(dǎo)致了鉆床加工的自動(dòng)化程度低、生產(chǎn)效率低、工作環(huán)境惡劣和產(chǎn)品質(zhì)量不高，因此，我們要解決的問(wèn)題在于如何實(shí)現(xiàn)鉆床加工的自動(dòng)化、減少生產(chǎn)力的投入生產(chǎn)和與其它工藝流程相結(jié)合，同時(shí)也要考慮經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。 經(jīng)過(guò)分析，我們可以從機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)兩方面去考慮。通過(guò)對(duì)鉆床機(jī)構(gòu)的改造來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的要求，提高產(chǎn)品的加工精度及質(zhì)量；通過(guò)導(dǎo)入先進(jìn)的控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)操控，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，便于導(dǎo)入到其它生產(chǎn)流程中去。為了解決問(wèn)題和便于設(shè)計(jì)改造，我們將鉆床分為進(jìn)給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分，下面分別對(duì)它們的問(wèn)題提出解決方案：（1）進(jìn)給系統(tǒng) 傳統(tǒng)的鉆床主軸進(jìn)給系統(tǒng)主要由主軸、主軸套筒、主軸套筒鑲套、齒輪齒條和軸承等組成。主軸在加工時(shí)即要作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也要作軸向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。機(jī)床主軸被裝置在主軸套筒內(nèi)，套筒放置在主軸箱體孔的鑲套內(nèi)，主軸上側(cè)由花鍵連接。機(jī)床加工時(shí)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由花鍵傳入，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則由齒輪通過(guò)齒條帶動(dòng)套筒在鑲套內(nèi)運(yùn)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的要求，主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改進(jìn)主要有：主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)依然由電動(dòng)機(jī)傳入，而進(jìn)給則由液壓傳動(dòng)替代手動(dòng)的齒條傳動(dòng)，通過(guò)液壓控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給動(dòng)作。 [1]（2）夾緊系統(tǒng) 傳統(tǒng)鉆床的夾緊主要是手工操作，由夾具夾緊工件。為了便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，工件夾緊由夾具完成，動(dòng)力源由夾緊液壓缸導(dǎo)入，通過(guò)液壓控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)夾緊動(dòng)作的自動(dòng)化。（3）控制系統(tǒng) 當(dāng)前機(jī)床控制系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)數(shù)控、繼電器電氣控制和 PLC控制等，由于繼電器電氣控制系統(tǒng)，其聯(lián)動(dòng)關(guān)系復(fù)雜，維修困難，故障率高，經(jīng)常影響正常生產(chǎn)，計(jì)算機(jī)數(shù)控造價(jià)高、系統(tǒng)復(fù)雜，而 PLC 控制系統(tǒng)可靠性好、造價(jià)低、抗干擾能力強(qiáng)、柔性好、編程簡(jiǎn)單、使用方便、擴(kuò)充靈活、功能完善，所以我們利用 PLC 控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)和夾緊系統(tǒng)的控制。 [2]基于 PLC 的臺(tái)式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者：田素坤 第 3 頁(yè) 共 31 頁(yè)第 2 章 自動(dòng)鉆床的總體設(shè)計(jì)方案 自動(dòng)鉆床的改造方案的確定與傳統(tǒng)臺(tái)式鉆床的制造相比較，改造后的自動(dòng)鉆床基本加工有很大的調(diào)整，這其中主要是導(dǎo)入了液壓進(jìn)給系統(tǒng)和 PLC 控制系統(tǒng)。根據(jù)生產(chǎn)要求，自動(dòng)鉆床的動(dòng)作流程如下： [19]啟動(dòng)（電源及控制模塊）→放料→自動(dòng)夾緊→主軸快進(jìn)→主軸工進(jìn)→主軸停留→主軸快退→夾具松開(kāi)→出料→電機(jī)停轉(zhuǎn)鉆床主要部分的動(dòng)作流程圖如下（圖 21）： 圖 21 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)是機(jī)械總體方案設(shè)計(jì)的核心，也是整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)。執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的好壞，對(duì)機(jī)械能否完成預(yù)期的功能目標(biāo)，起著決定性的作用。機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的過(guò)程主要包括七個(gè)步驟，分別是：計(jì)；；；；設(shè)計(jì)；；。基于 PLC 的臺(tái)式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者：田素坤 第 4 頁(yè) 共 31 頁(yè) 執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)功能原理設(shè)計(jì)決定產(chǎn)品的技術(shù)水平、工作質(zhì)量、傳動(dòng)方案、結(jié)構(gòu)型式、制造成本等。因此在進(jìn)行鉆床的功能原理設(shè)計(jì)時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)考慮鉆床功能的可行性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性。普通臺(tái)式鉆床的改造主要是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功能。改造后全自動(dòng)鉆床能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)率，符合了工廠的生產(chǎn)需求，適應(yīng)了現(xiàn)代機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展要求。 [3] 執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 本文設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于鉆床液壓進(jìn)給系統(tǒng)之進(jìn)給油缸設(shè)計(jì)，也就是用液壓缸驅(qū)動(dòng)來(lái)替代手動(dòng)進(jìn)給。根據(jù)設(shè)計(jì)，我們要分析的運(yùn)動(dòng)規(guī)律包括鉆頭切削運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給液壓缸驅(qū)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。鉆頭加工運(yùn)動(dòng)包括旋轉(zhuǎn)切削運(yùn)動(dòng)和鉆頭直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。鉆床執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下圖示（圖 22）：圖 22 自動(dòng)鉆床運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)圖基于 PLC 的臺(tái)式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者：田素坤 第 5 頁(yè) 共 31 頁(yè) 執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)原則當(dāng)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求確定了機(jī)械的工作原理和各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、并確定了各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式及驅(qū)動(dòng)方式后，還必須將各執(zhí)行機(jī)構(gòu)統(tǒng)一于一個(gè)整體，形成一個(gè)完整的執(zhí)行系統(tǒng)，使這些機(jī)構(gòu)以一定的次序協(xié)調(diào)工作，互相配合，以完成機(jī)械預(yù)定的功能和生產(chǎn)過(guò)程。這方面的工作稱為執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。 [4]執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)原則：1）．滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作先后的順序性要求 2）．滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作在時(shí)間上的同步性要求 3）．滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在空間布置上的協(xié)調(diào)性要求 4）．滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作上的協(xié)同性要求 執(zhí)行系統(tǒng)的方案評(píng)價(jià)方案評(píng)價(jià)原則包括： 客觀性 可比性 合理性 整體性○ 1 ○ 2 ○ 3 ○ 4 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和原動(dòng)機(jī)選擇 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)是機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的好壞，在很大程度上決定了所設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品是否先進(jìn)合理、質(zhì)高價(jià)廉及具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 [5]在完成了執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和原動(dòng)機(jī)的預(yù)選型后，即可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力條件及原動(dòng)機(jī)的類型和性能參數(shù)，進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。原動(dòng)機(jī)的選擇，主要根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的工作環(huán)境（溫度、濕度、粉塵、酸堿等）、工作特點(diǎn)（起動(dòng)頻繁程度、起動(dòng)載荷大小等），并考慮各種電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)及供應(yīng)情況等來(lái)確定。由自動(dòng)鉆床執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律我們可以選擇原動(dòng)機(jī)。主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)機(jī)選擇電動(dòng)機(jī)，進(jìn)給液壓缸原動(dòng)力選擇電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵 。 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) (一) 確定傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比基于 PLC 的臺(tái)式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者：田素坤 第 6 頁(yè) 共 31 頁(yè)全自動(dòng)鉆床的總傳動(dòng)比的確定要建立在計(jì)算切削力和傳動(dòng)效率的基礎(chǔ)上，當(dāng)確定自動(dòng)鉆床的工作功率后，查表選擇電動(dòng)機(jī)，對(duì)照鉆床的工作參數(shù)確定總傳動(dòng)比（主軸系統(tǒng)總傳動(dòng)比在傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中經(jīng)計(jì)算后確定）。（二）傳動(dòng)類型的選擇機(jī)械傳動(dòng)類型的選擇關(guān)系到傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和工作性能參數(shù)。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是確定傳動(dòng)方案的主要因素，只有通過(guò)對(duì)多種傳動(dòng)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作細(xì)致的綜合分析和對(duì)比，才能比較合理地選用機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的類型 [5]。（1）機(jī)械傳動(dòng)類型選擇的依據(jù) 1）執(zhí)行系統(tǒng)的性能參數(shù)和工況要求。 2）原動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)速性能。 3）對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的性能、尺寸、重量和安裝布置的要求。 4）工作環(huán)境 5）制造工藝性和經(jīng)濟(jì)性（三）繪制傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖根據(jù)以上分析，確定傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下（圖 23）：23 傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 控制方案設(shè)計(jì)可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱 PLC，是從早期的繼電器邏輯電氣控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，它不斷吸收微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，使之功能不斷增強(qiáng)，逐漸適合復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)。PLC 之所以有較強(qiáng)的生命力，液壓缸進(jìn)給傳動(dòng)V 帶傳動(dòng)花鍵傳動(dòng)基于 PLC 的臺(tái)