【正文】 2 研究的意義?????????????????????? 3 PLC 應(yīng)用于數(shù)控鉆出的可能性 ??????????????? ? 4 第 2 章總體設(shè)計(jì)方案 ??????? ?? ???????? 10 總體方案的設(shè)計(jì) …………………………… ??????????? 10 元器件的選型 ……………… ????????????????? 11 PLC 的主要類型 ………… ????????????? ????? 11 本章小結(jié) ……………… ??????????????????? 11 第 3 章 搖臂鉆床控制線路設(shè)計(jì) ??????????? ??? 13 搖臂鉆床控制線路概述??????????????????? 13 操縱機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)??????????????????? 13 夾緊機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)???????????????????? 14 搖臂鉆床控制線路原理設(shè)計(jì) ?????????? ???????? 15 Z3040 搖臂鉆床控制線路主電路設(shè)計(jì) ??????? ?????? 16 Z3040 搖臂鉆床控制線路控制電路分析 ????????? ??? 16 主電動(dòng)機(jī)控制電路 ?????????? ?????????? 16 搖臂升降控制電路 ?????????? ????????? 16 立柱和主軸箱松開、夾緊控制電路 ?????????? ?? 17 冷卻泵控制電路 ?????????? ?????????? 18 照明、信號(hào)電路 ?????????? ??????????? 18 本章小結(jié) ?????????????? ???????????? 18 第 4 章?lián)u臂鉆床 PLC 控制系統(tǒng) ?????? ???????? 19 PLC 的基本特點(diǎn) ????????? ?????????????? 19 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 3 PLC 的工作原理 ?????????? ????????????? 20 PLC 的選型 ?????? ??????????????????? 21 確定 I/O 點(diǎn)數(shù)????????????????????? 22 選配 PLC 的型號(hào)???????????????????? 22 搖臂鉆床的 PLC 控制 I/0（輸入、輸出）地址分配表 ????? ? 22 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ?????? ??????????????? 24 主軸電動(dòng)機(jī)控制 ???? ???????????????? 24 搖臂升降控制 ?????? ??????????????? 24 立柱與主軸箱松開、夾緊控制 ?????? ???????? 24 第 5 章技術(shù)展望 ??????????????????? ????? 25 結(jié)論 ?????????????????????????????? 27 參考文獻(xiàn) ???????????????????????????? 27 致謝 ??? ??????????????????????????? 29 附錄 ?????????????????????????????? 30 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 4 4 第 1 章 緒 論 數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)；數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用是提高制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率必不可少的重要手段；數(shù)控機(jī)床是國(guó)防工業(yè)現(xiàn)代化的重要戰(zhàn)略裝備，是關(guān)系到國(guó)家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國(guó)家綜合國(guó)力水平的重要標(biāo)志。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 1 摘 要 本文主要闡述了傳統(tǒng)鉆床 PLC 改造的可行性，并進(jìn)行了具體的實(shí)施方案，傳統(tǒng)鉆床 傳統(tǒng)繼電控制系統(tǒng)使用大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器 ,控制觸點(diǎn)多 ,因此電氣控制系統(tǒng)存在故障率高、可靠性差、接線復(fù)雜、不便于檢修等缺點(diǎn) .為了提高 鉆 床控制系統(tǒng)的可靠性 ,降低故障率 ,提高 鉆 床的加工效益 ,很多企業(yè)對(duì)傳統(tǒng)控制 鉆 床的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造 本文描述了數(shù)控機(jī)床的基本組成、工作原理、分類及各自的特點(diǎn)。數(shù)控技術(shù)是最典型的、應(yīng)用最廣泛的機(jī)電光一體化綜合技術(shù)，這就要求機(jī)械類專業(yè)應(yīng)用型本科學(xué)生具備一定的機(jī)床數(shù)控技術(shù)理論知識(shí)及應(yīng)用技 能。 數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用（美國(guó)的數(shù)控機(jī)床已占機(jī)床總數(shù)的 80% 以上） ，數(shù)控技術(shù)高精度、高生產(chǎn)率、適應(yīng)性好的特 點(diǎn)得到充分發(fā)揮。數(shù)控技術(shù)不僅應(yīng)用于機(jī)床的控制，還用于控制其他的設(shè)備，諸如數(shù)控線切割機(jī)、數(shù)控繪 圖機(jī)、數(shù)控測(cè)量機(jī)、數(shù)控沖剪機(jī)等，僅數(shù)控機(jī)床就有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床以及數(shù)控加工中心等。美國(guó)的特點(diǎn)是 ,政府器重機(jī)床工業(yè) ,美國(guó)國(guó)防部等部門不斷提出機(jī)床的發(fā)展方向、科研任務(wù)和供給充分的經(jīng)費(fèi) ,且網(wǎng)羅世界人才 ,特別講究“效率”和“創(chuàng)新” ,重視基礎(chǔ)科研。其存在的教訓(xùn)是 ,著重於基礎(chǔ)科研 ,疏忽利用技巧 ,且在上世紀(jì) 80 代政府一度放松了領(lǐng)導(dǎo) ,致使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量增長(zhǎng)緩慢 ,於 1982 年被落后的日本超過 ,并大批進(jìn)口。在發(fā)展大批大批生產(chǎn)主動(dòng)化的基礎(chǔ)上 ,於 1956 年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床后 ,一直保持實(shí)事求是 ,講究科學(xué)精力 ,不斷穩(wěn)步前進(jìn)。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機(jī)床。數(shù)控系統(tǒng)由顯示器、伺服控制器、伺服電機(jī)和各種開關(guān)、傳感器構(gòu)成。 數(shù)控機(jī)床是利用二進(jìn)制數(shù)學(xué)方式 輸入，加工過程可任意編程，主軸及進(jìn)給速度可按加工工藝需要變化，且能實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，易加工復(fù)雜曲面。數(shù)控機(jī)床是以電子控制為主的機(jī)電一體化機(jī)床，充分發(fā)揮了微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)特有的優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化， 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 6 6 可較易地組成各種先 進(jìn)制造系統(tǒng)，如 FMS、 FTL、 FA，甚至將來(lái)的 CIMS，能最大限度地提高企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率。 我國(guó) 數(shù)控機(jī)床行業(yè)總體的技術(shù)開發(fā)能力和技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，信息化技術(shù)應(yīng)用程 度不高。對(duì)高速加工技術(shù)，國(guó)外已進(jìn)行了多年的研究，對(duì)高速加工的機(jī)理、機(jī)床 結(jié)構(gòu)、機(jī)床剛度和精度的影響等都有了系統(tǒng)的研究，并開發(fā)生產(chǎn)了各種高速銑削中心、高速加工中心， 廣泛應(yīng)用于航空器鋁合金零件和模具加工上。 2020 年，我國(guó)金屬加 工機(jī)床消費(fèi)額達(dá)到了 95 億美元，占世界總量的 1/5。不僅價(jià)格高，進(jìn)口周期長(zhǎng)也不能滿足主機(jī)廠的要求。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 7 7 軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能；可靠性也大大提高；數(shù)控系統(tǒng)本身將普通實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程。因此本文用 PLC 設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)。 (4） CNC 一般具有工件測(cè)量系統(tǒng)。當(dāng)改變加工零件時(shí)，數(shù)控機(jī)床只需更換零件加工的 NC 程序。數(shù)控機(jī)床的加工精度不受零件復(fù)雜程度的影響，機(jī)床傳動(dòng)鏈的反向齒輪間隙和絲杠的螺距誤差等都可以通過數(shù)控裝置自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)還可以利用數(shù)控軟件進(jìn)行精度校正和補(bǔ)償。 目前數(shù)控機(jī)床的最高進(jìn)給速度可達(dá)到 100m/min 以上，最小分辨率達(dá) 。這樣就簡(jiǎn)化了工人的操作，使勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。 特別是帶自動(dòng)換刀的數(shù)控加工中心，在一次裝夾的情況下，幾乎可以完成零件的全部加工工序，一臺(tái)數(shù)控機(jī)床可以代替數(shù)臺(tái)普通機(jī)床。在各類鉆床中，搖臂 鉆床操作方便、靈活，適用范圍廣，具有典型性，特別適用于單件或批量生產(chǎn)中帶有多孔大型零件的孔加工，是一般機(jī)械加工車間常見的機(jī)床。由于絲杠與外立柱連成一體，而升降螺母固定在搖臂上，所以搖臂不能繞外立柱轉(zhuǎn)動(dòng)，只能與外立柱一起繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)。綜上所述，搖臂鉆床的運(yùn)動(dòng)方式有： 1 主運(yùn)動(dòng)，主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 2 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主軸的縱向進(jìn)給； 3 輔助運(yùn)動(dòng)，搖臂沿外立柱垂直移動(dòng)，主軸箱沿?fù)u臂長(zhǎng)度方向移動(dòng)，搖臂與外立柱一起繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 加工螺紋時(shí)，主軸需要正反轉(zhuǎn)，該機(jī)床采用機(jī)械變換方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，故主電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向。 PLC 是基于電子計(jì)算機(jī)，且適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作的點(diǎn)控制器。而 PLC 則還要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的使用等問題。前者安裝在主軸箱內(nèi)，后者安裝在搖臂電器盒下部。 A 系列、 ANS 系列、 Q 系 列、 QNA 系列等為模塊式大型 PLC，最大容量為 8K 點(diǎn)。 本章小結(jié) 本章根據(jù)控制要求確定了總體方案以及控制系統(tǒng)的硬件選型。前者安裝在主軸箱內(nèi)，后者安裝在搖臂電器盒下部。 主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，首先按下主軸電動(dòng) 機(jī)起動(dòng)按鈕，主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)旋轉(zhuǎn)，拖動(dòng)齒輪泵，送出壓力油。但此時(shí)整個(gè)液壓系統(tǒng)為低壓油，無(wú)法松開制動(dòng)摩擦離合器，而在制動(dòng)彈簧作用下將制動(dòng)摩擦離合器壓緊，使制動(dòng)軸 上的齒輪不能轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主軸停車。當(dāng)變速完成，松開操作手柄，此時(shí)手柄在彈簧作用下由“變速”位置自動(dòng)復(fù)位到主軸“停車”位置，然后在操縱主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，主 軸將在新的轉(zhuǎn)速或進(jìn)給 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 13 13 量下工作。該機(jī)床控制電路采用 380V/100V 隔離變壓器供電，但其二次 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 15 15 繞組增設(shè) 24V 安全電壓供局部照明使用。首先將隔離開關(guān)接通，將電源引入開關(guān) QF1 扳到“接通”位置，接通三相交流電源，此時(shí)總電源指示燈 HL1 亮，表示機(jī)床電氣電路已進(jìn)入帶 電狀態(tài)。控制電路保證，在操縱搖臂升降時(shí)，首先使液壓泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)旋轉(zhuǎn)，供出壓力油，經(jīng)液壓系統(tǒng)將搖臂松開，然后才使電動(dòng)機(jī) M2 起 動(dòng)，拖動(dòng)搖臂上升或下降。 電機(jī)容量小，僅 ，由開關(guān) QS 控制。按 下停止按鈕 SB8，接觸器 KM1 釋放，主軸電動(dòng)機(jī) M1 停轉(zhuǎn)。當(dāng)搖臂完全松開后，活塞桿通過彈簧片壓下限位開關(guān) ST2，使其動(dòng)斷觸點(diǎn) ST2（ 17－ 33）斷開，使接觸器 KM4線圈斷電釋放，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3 停轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，另一動(dòng)合觸點(diǎn) ST2（ 1721）閉合，接觸器 KM2 線圈通電吸合，其主觸點(diǎn)接通升降電動(dòng)機(jī) M2 的電源， M2 啟動(dòng)正向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖臂上升。壓力油經(jīng)分配閥進(jìn)入搖臂夾緊油腔，向相反方向推動(dòng)活塞，使搖臂夾緊。所不同的是按下降按鈕 SB4 時(shí)為 KM3 線圈得電，搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2 反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖臂下降。 ST1 有兩對(duì)觸點(diǎn)， ST11 是搖臂上升時(shí)的極限位置保護(hù)， ST12（ 2717）是搖臂下降時(shí)的極限位置保護(hù)。而 ST1 的另一動(dòng)斷觸點(diǎn) ST11(1517)仍閉合，以保證搖臂能夠上升。 搖臂夾緊動(dòng)作過程如下： 搖臂升到預(yù)定 位置，松開 SB3→ KT1（ 4749）斷電延時(shí)閉合→ KM5 吸合、 M3 反轉(zhuǎn)→搖臂夾緊→ ST3（ 747）受壓斷開→ KM M均斷電釋放。 以主軸箱的松開和夾緊為例：先將 SA2 扳到右側(cè)， 觸點(diǎn)（ 5759）接通，（ 5763）斷開。指示 燈 HL2 亮，表示主軸箱已松開。按 SB7 或 SB8，電磁鐵 YA YA2 均通電，主軸箱和立柱同時(shí)進(jìn)行松開或夾緊。 照明、信號(hào)電路 （ 1）機(jī)床照明電路 QF5 機(jī)床工作照明電路開關(guān)，同時(shí)過載及短路保護(hù)作用， EL為工作照明燈。也對(duì)主電動(dòng)機(jī)控制電路，搖臂升降控制電路，立柱和主軸箱松開、夾緊控制電路，冷卻泵控制電路，照明、信號(hào)電路進(jìn)行了簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)和闡述。搖臂鉆床的主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)皆為主軸運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)主軸電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，分別經(jīng)主軸和進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給。 搖臂的夾緊和放松是由電氣和液壓聯(lián)合控制，并且有夾 緊和放松指示。 PLC 的基本特點(diǎn) 高可靠性 （ 1）所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。 （ 5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的刷選。有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連接。 編程簡(jiǎn)單易學(xué) PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示