【正文】 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 橋梁支座孔加工機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄1引言 1 1 國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2 本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容任務(wù) 32 雙面鉆床電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 4 4 橋梁支座孔加工雙面鉆床結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 4 機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制原理 5 53 雙面鉆床電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6 步進(jìn)電機(jī)控制設(shè)計(jì) 6 8 12 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配 14 PLC選型 16 電氣元件選型表 16 174 雙面鉆床軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 STEP7Micro/WIN軟件介紹 22 24 PLC程序仿真與調(diào)試 385 雙面鉆床監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 39 39 41 44總結(jié)與體會(huì) 47致謝詞 48【參考文獻(xiàn)】 49附錄系統(tǒng)程序梯形圖 50[鍵入文字]1引言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化控制越來越多，它節(jié)省勞動(dòng)力，降低成本，提高生產(chǎn)效率，其作用顯而易見?，F(xiàn)代化建設(shè)速度也越來越快，橋梁建造也越來越多，橋梁支座這個(gè)不可缺少的事物需求越來越大，為了保障工程建設(shè)順利進(jìn)行，就需要提高橋梁支座生產(chǎn)效率。所以此次設(shè)計(jì)主要是針對橋梁支座孔的加工，設(shè)計(jì)一臺(tái)自動(dòng)化雙面鉆床，提高加工生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)的單個(gè)鉆床加工方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)今的需求，先提出兩面同時(shí)進(jìn)行加工可以縮短加工時(shí)間。同時(shí)采用自動(dòng)化PLC控制，實(shí)現(xiàn)批量加工，大幅度提高生產(chǎn)效率。我國加入WTO以來，制造業(yè)面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)適時(shí)調(diào)整戰(zhàn)略采取了積極的應(yīng)對措施，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢頭，截至2002年9月份，組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)僅組合機(jī)床產(chǎn)品一項(xiàng)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量已達(dá)八百余臺(tái)，產(chǎn)值達(dá)三個(gè)億以上，較2001年同比增長10%以上，另外組合機(jī)床行業(yè)工業(yè)增加值、產(chǎn)品銷售率、全員工資總額、出口交貨值等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有不同程度的增長，新產(chǎn)品、新技術(shù)較上年有大幅度提高，可見行業(yè)企業(yè)運(yùn)行狀態(tài)良好。組合機(jī)床及其PLC電氣控制系統(tǒng)是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)適用，因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床電氣控制系統(tǒng)主要采用機(jī)、電、液、氣控制，他的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大大中型箱體類或軸類零件，完成鉆孔、擴(kuò)孔、較孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺(tái)，在孔內(nèi)鏜各種槽，以及削銑平面或成形面等。組合機(jī)床分類繁多，有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)式組合機(jī)床等。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，一種新型的組合機(jī)床——柔性組合機(jī)床越來越受人們青睞，它應(yīng)用多為主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具自動(dòng)更換，配以可編程控制器PLC、數(shù)字控制NC等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外近年來組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床等在組合機(jī)床行業(yè)占比重越來越多。因此為適應(yīng)市場要求，適應(yīng)組合機(jī)床由過去的剛性機(jī)床結(jié)構(gòu)，向柔性化發(fā)展的趨勢，我設(shè)計(jì)了這套雙面鉆床PLC電氣控制系統(tǒng)，希望能夠滿足用戶要求，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng)化設(shè)備。 國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 在我國，組合機(jī)床發(fā)展已有28年的歷史，其科研和生產(chǎn)都具有相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)，應(yīng)用也已深入到很多行業(yè)。是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更新，進(jìn)行技術(shù)改造，提高生產(chǎn)效率和高速發(fā)展必不可少的設(shè)備之一。組合機(jī)床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件（近年研制的組合機(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺(tái)，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。組合機(jī)床的分類繁多，有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)式組合機(jī)床等；隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一種新型的組合機(jī)床——柔性組合機(jī)床越來越受到人們的青睞，它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外，近年來組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)（清洗機(jī)、裝配機(jī)、綜合測量機(jī)、試驗(yàn)機(jī)、輸送線）等在組合機(jī)床行業(yè)中所占份額也越來越大。由于組合機(jī)床及其自動(dòng)線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設(shè)計(jì)的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國家要相對落后，國內(nèi)所需的一些高水平組合機(jī)床及自動(dòng)線幾乎都從國外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝，研制新產(chǎn)品，由過去的“剛性”機(jī)床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需求，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng)化裝備。從2002年年底第21屆日本國際機(jī)床博覽會(huì)上獲悉，在來自世界10多個(gè)國家和地區(qū)的500多家機(jī)床制造商和團(tuán)體展示的最先進(jìn)機(jī)床設(shè)備中，超高速和超高精度加工技術(shù)裝備與復(fù)合、多功能、多軸化控制設(shè)備等深受歡迎。據(jù)專家分析，機(jī)床裝備的高速和超高速加工技術(shù)的關(guān)鍵是提高機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度。該屆博覽會(huì)上展出的加工中心，主軸轉(zhuǎn)速10000～20000r/min，最高進(jìn)給速度可達(dá)20～60m/min；復(fù)合、多功能、多軸化控制裝備的前景亦被看好。在零部件一體化程度不斷提高、數(shù)量減少的同時(shí)，加工的形狀卻日益復(fù)雜。多軸化控制的機(jī)床裝備適合加工形狀復(fù)雜的工件。另外，產(chǎn)品周期的縮短也要求加工機(jī)床能夠隨時(shí)調(diào)整和適應(yīng)新的變化，滿足各種各樣產(chǎn)品的加工需求。 然而更關(guān)鍵的是現(xiàn)代通信技術(shù)在機(jī)床裝備中的應(yīng)用，信息通信技術(shù)的引進(jìn)使得現(xiàn)代機(jī)床的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，操作者可以通過網(wǎng)絡(luò)或手機(jī)對機(jī)床的程序進(jìn)行遠(yuǎn)程修改，對運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)控并積累有關(guān)數(shù)據(jù)；通過網(wǎng)絡(luò)對遠(yuǎn)程的設(shè)備進(jìn)行維修和檢查、提供售后服務(wù)等。在這些方面我國組合機(jī)床裝備還有相當(dāng)大的差距，因此我國組合機(jī)床技術(shù)裝備高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調(diào)可變、任意加工性以及通信技術(shù)的應(yīng)用將是今后的發(fā)展方向。 本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容任務(wù)本次課題主要對橋梁支座孔加工鉆床進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于當(dāng)今橋梁支座需求越來越大，傳統(tǒng)加工方式效率低，不能滿足當(dāng)今需求。因此提出雙面鉆床加工設(shè)計(jì)方案。其工作原理如下：雙面鉆床采用PLC可編程控制器控制，每批工件加工前只需調(diào)整專用夾具，根據(jù)當(dāng)前批次工件規(guī)格調(diào)整好鉆削動(dòng)力頭終止的位置，并將兩鉆削動(dòng)力頭退回到原位。將工件安裝于夾具中并夾緊后，通過監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)定待加工孔的數(shù)目、孔間距以及第一孔與工件定位端面的距離。然后只需按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)床自動(dòng)進(jìn)行以下操作：工作臺(tái)首先前進(jìn)到零位，然后開始后退，后退到第一個(gè)待加工孔位置后停止（工作臺(tái)預(yù)緊由電機(jī)完成），兩鉆孔動(dòng)力頭快進(jìn)，然后工進(jìn)開始鉆削加工，鉆孔動(dòng)力頭前進(jìn)到終點(diǎn)位置開始快退，快退回原點(diǎn)后停止，工作臺(tái)前進(jìn)一孔間距，按照前面的循環(huán)開始鉆孔加工，直到所有孔加工完成后，工作臺(tái)退回原位停止。工作臺(tái)原位也是裝卸工件的位置。2 雙面鉆床電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 此次設(shè)計(jì)主要目標(biāo)是提高加工效率、質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，增加產(chǎn)量，滿足當(dāng)前供不應(yīng)求的局面。因此將傳統(tǒng)的單鉆模式改進(jìn)，提出雙面同時(shí)加工方案，提高效率，另外使用自動(dòng)化控制實(shí)習(xí)批量生產(chǎn)。全加工過程采用PLC可編程控制器控制，使用接近開關(guān)傳感器、步進(jìn)電機(jī)等提高加工精度，通過控制面板設(shè)置個(gè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同種類產(chǎn)品加工的柔性方案。從而達(dá)到現(xiàn)代化生產(chǎn)的高效率、高質(zhì)量、低成本要求。 橋梁支座孔加工雙面鉆床結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 橋梁支座成組雙面鉆床結(jié)構(gòu)示意圖橋梁支座成組雙面鉆床用于橋梁支座兩對稱側(cè)面加工，其結(jié)構(gòu)主要由工作臺(tái)、左右兩主軸臺(tái)、控制臺(tái)以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)等組成。由于需要兩面同時(shí)加工，因此采用水平布置方式，針對左右兩個(gè)面鉆孔加工。左右兩主軸箱控制同時(shí)進(jìn)行，對稱分布。工作臺(tái)豎直方向放平，采用步進(jìn)電機(jī)準(zhǔn)確控制其位置。由于采用了步進(jìn)電機(jī)，因此不得不使用絲桿傳動(dòng)，其中絲桿傳動(dòng)涉及到絲桿間隙存在，因此設(shè)計(jì)零位傳感器達(dá)到消除絲桿間隙的目的。雙面鉆床個(gè)部分運(yùn)動(dòng)控制均由控制臺(tái)控制。 機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制原理其工作原理如下：雙面鉆床采用PLC可編程控制器控制，每批工件加工前只需調(diào)整專用夾具，根據(jù)當(dāng)前批次工件規(guī)格調(diào)整好鉆削動(dòng)力頭終止的位置，并將兩鉆削動(dòng)力頭退回到原位。將工件安裝于夾具中并夾緊后，通過監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)定待加工孔的數(shù)目、孔間距以及第一孔與工件定位端面的距離。然后只需按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)床自動(dòng)進(jìn)行以下操作：工作臺(tái)首先前進(jìn)到零位，然后開始后退，后退到第一個(gè)待加工孔位置后停止（工作臺(tái)預(yù)緊由電機(jī)完成），兩鉆孔動(dòng)力頭快進(jìn)，然后工進(jìn)開始鉆削加工，鉆孔動(dòng)力頭前進(jìn)到終點(diǎn)位置開始快退，快退回原點(diǎn)后停止，工作臺(tái)前進(jìn)一孔間距，按照前面的循環(huán)開始鉆孔加工，直到所有孔加工完成后，工作臺(tái)退回原位停止。工作臺(tái)原位也是裝卸工件的位置。此次設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制，如果采用傳統(tǒng)的三相異步電機(jī)根本無法實(shí)現(xiàn)精確控制。根據(jù)工作原理分析可知左右兩主軸刀具只能水平移動(dòng)進(jìn)行孔的加工，然而孔加工位置就需要有工作臺(tái)來確定。左右主軸刀具位置是不變的，加工孔位置就在兩對稱刀具中心線上，因此待加工孔位置就必須準(zhǔn)確的停在中心線上。若傳統(tǒng)的三相異步電機(jī)其停止不能準(zhǔn)確定位達(dá)不到要求，因此必須采用步進(jìn)電機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)