【正文】 來傳 送已加工的零件； （ 2） 夾具：夾具裝置能緊緊的夾住送來的未加工的零件，加工完后松開零件； （ 3）上料：上料推桿將未加工的零件推到 夾具處；并且其來回的運動有其一定的行程； （ 4）進料：進料裝置對放在夾具處的零件進油；便于加工 . （ 5）滑動：四個滑臺可以向夾具處滑動，并且在快挨近夾具的時候停止，退回到一 定的程度時也能停止； （ 6）加工：四個加工工位對零件從四個方向加工，其中工位 I、 III 動力頭先加工，分別對零件進行銑端面、切削。 控制系統(tǒng)內(nèi)容 根據(jù)課題要求，該控制系統(tǒng)的設(shè)計主要有以下內(nèi)容： 1. 加工動力頭能根據(jù)預設(shè)要求對零件進行加工；在這次的設(shè)計的控制系統(tǒng)中，工位 I 用來對零件進行銑端面、工位 II 對零件進行打中心孔、工位 III 對零件進行切削操作、工位 IV 對零件進行打磨操作。 4. 上料推桿、下料推桿根據(jù)系統(tǒng)檢測，將未加工的產(chǎn)品自動搬運到加工臺（夾具）上，將加工完的產(chǎn)品從加工臺上搬運出，其動作能夠與工作滑臺、加工動力頭、夾具、傳送帶的動作保持協(xié)調(diào)； 5. 傳送帶能進行產(chǎn)品的輸送與輸走；這樣能保證系統(tǒng)的循環(huán)運行； 6. 夾具根據(jù)壓力傳感器及動力頭的工作運動情況有規(guī)律的夾緊與松開；配合加工動力頭和上下料推桿的運動。而對于傳送帶 2 并不需要其停止，在這次中設(shè)計將傳送帶 2 設(shè)置在下料推桿的正下方，這樣下料推桿與傳送帶 2 共同運動不會有干涉。 3. 夾具部分 夾具主要是用來夾緊待加工的零件的，它采用光電開關(guān)來感應零件是否輸送到位，當光電開關(guān)感應到零件到位后，夾具開始夾緊零件，夾具夾緊程度則由夾具的夾緊壓力傳感器來控制，固定待加工的零件后，工作滑臺與加工動力頭相繼工作，加工完畢后，夾具松開。 5. 加工動力頭部分 加工動力頭是一種用電動機驅(qū)動的加工動力裝置，主要工作是根據(jù)工 藝要求對零件做相應的加工。 7. 傳送帶裝置部分 流水線作為傳送系統(tǒng)，其功能主要是通過動力部分電機運轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的。如此反復。 控制系統(tǒng)方案選擇論證 通過對本課題控制系統(tǒng)各方面知識的收集、不斷地深入學習和理解，以及對課題控制系統(tǒng)充分地介紹說明和文獻綜述的基礎(chǔ)上，根據(jù)課題設(shè)計要求及目前四工位機床控制工業(yè)的實際情況，進行了如下的方案選擇論證?？刂葡到y(tǒng)選型和設(shè)計的基本原則如下： (1) 最大限度的滿足被控設(shè)備或生產(chǎn)過程的控制要求； (2) 在滿足控制要求的前提下，力求系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、操作方便； (3) 采用先進、可靠、成熟的控制技術(shù)以提高系統(tǒng)可靠性； (4) 采用模塊化設(shè)計，提高通用性及設(shè) 備效率，易于維護； (5) 適應今后的技術(shù)發(fā)展、要求，系統(tǒng)有較高的可擴展性； 對于現(xiàn)代控制系統(tǒng)，控制方案根據(jù)控制器的種類而異，常用的有三種類型：繼電器順序控制、微機控制和可編程序控制器控制。繼電器順序控制一般只適合用于控制過程和參數(shù)固定不變的簡單場合。微機控制的原理方框圖如圖 所示。與繼電器控制、微機控制相比較， PLC 性能價格低，功率價格適中。 傳感器的選擇 PLC 控制系統(tǒng)檢測質(zhì)量的優(yōu)劣，關(guān)鍵在于傳感器的選擇。 壓力傳感器是電子壓力開關(guān)的核心部分，它為整個器件功能的實現(xiàn)提供所必需的原始的信息，傳感器獲得的信息的正確與否，直接影響到整個器件的精度，如果傳感器的誤差大，后級的測量電路、放大電路以及控制電路精度再高也是徒勞的。光電開關(guān)的特點是小型、高速、非接觸，而且與 TTL、 MOS等電路容易結(jié)合。反射型與透射型相比，反射型單側(cè)安裝，安裝和調(diào)試簡單， 并且還可以用來檢測半透明物體。 用光電開關(guān)檢測物體時，大部分只要求其輸出信號有 “高 低 ”（ 10）之分即可。 3. 行程開關(guān) 行程開關(guān)（ Travel switch）又稱限位開關(guān)，是一種根據(jù)生產(chǎn)機械運動的行程位置而動作的小電流開關(guān)電器。觸頭系統(tǒng)是開關(guān)的執(zhí)行部分，它將操作頭傳來的機械信號，通過本身的轉(zhuǎn)換動作，變換為電信號，輸出到有關(guān)控制回路，使之能按需要做出必要的反應。選用 PLC 作為系統(tǒng)中央控制器，可編程序邏輯控制器作為整個控制系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)對系統(tǒng)各個部分的控制。 （ 2）系統(tǒng)可靠性分析：系統(tǒng)設(shè)置了光電檢測開關(guān)，壓力傳感器，行程開關(guān)對四工位機床上的各個部分進行控制，同時采用了傳送帶輸送零件，使系統(tǒng)可靠性得到了進一步的保證，自動化程度非常高。 總之，本次設(shè)計的控制系統(tǒng)可行性、可靠性、可擴展性、可維護性都很強，能夠進一步 地進行系統(tǒng)設(shè)計。夾具的夾緊與 放松由雙線圈兩位電磁閥驅(qū)動氣缸來實現(xiàn)的。而是由滑臺載著電動機前進和后退。當光電開關(guān)導通時，上料推桿抓取輸送帶傳來的零件、前進、到位后、松開放下零件，而后退回到原始起點。 7． 整個系統(tǒng)要求運行安全可靠，適應連續(xù)化生產(chǎn)的需要。 2． PLC 電氣控制系統(tǒng) PLC 電氣控制系統(tǒng)主要對夾具部分、工作滑臺系統(tǒng)、加工動力頭系統(tǒng)、進料部分、 傳送系統(tǒng)、上料推桿、下料推桿、以及液壓和冷卻系統(tǒng)進行控制，利用 PLC 實現(xiàn)功能要求的邏輯適時控制和信息傳送。因此，四工位機床自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 1 個光電開關(guān)用來檢測傳送帶 1 上 的 零件的到來，還需要 12 個位置開關(guān)，這些位置開關(guān)分別用來控制四個滑臺以及上、下料推桿 的運動行程。 可 編 程 序 控 制 器 檢 測 夾緊壓力 進料壓力 放料壓力 行程開關(guān) 行程開關(guān) 行程開關(guān) 行程開關(guān) 行程開關(guān) 行程開關(guān) 控 制 上料推桿 夾具 進料裝置 工作滑臺 加工動力頭 下料推桿 冷卻裝置 傳輸裝置 傳輸裝置 前進 后退 夾緊 放松 進料 放料 進 退 加工 前進 后退 冷卻 傳送帶 1 光電開關(guān) 傳送帶 2 基于 PLC 的多工位機床控制系統(tǒng)的設(shè)計 19 表 系統(tǒng)輸入點數(shù)統(tǒng)計表 項目名稱 輸入點數(shù) 備注 輸入總點數(shù) 光電開關(guān) 1 檢測傳送帶上零件 42 行程開關(guān) 12 限位滑臺、上下料 檢測裝置 3 檢測進、放料、夾具 按鈕 1 3 啟動、總停、預停 按鈕 2 19 手動啟動各電動機、電磁閥 選擇按鈕 1 選擇系統(tǒng)操作模式 表 系統(tǒng)輸出點數(shù)統(tǒng)計表 項目名稱 輸出點數(shù) 備注 輸出總點數(shù) 滑臺進退 8 控制滑臺進、退 23 夾具 2 控制夾具夾緊、放松 動力加工頭 6 四個工位的加工、傳送帶 上下料機械手 4 控制機械手進、退 防料裝置 2 控制放料器放、進料 冷卻裝置 1 控制冷卻 PLC的選型 1. PLC 的選型 由以上對 PLC 控制系統(tǒng)的分析可知，該系統(tǒng)是以開關(guān)量控制為主，并不帶有模擬量控制的應用系統(tǒng)，并不需選用帶有 A/D 轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊。 FX系列 PLC 基于 “基本功能、高速處理、便于使用 ”的研發(fā)理念，使其具有數(shù)據(jù)傳送與比較、基于 PLC 的多工位機床控制系統(tǒng)的設(shè)計 20 四則運算與邏輯運算、數(shù)據(jù)循環(huán)與移動等應用指令系統(tǒng)。 3. 開關(guān)量輸入輸出的選擇 輸入輸出一般 都是直流 24V供電，可由 PLC內(nèi)部直接提供。 控制系統(tǒng)的 I/O 地址分配 根據(jù)控制系統(tǒng)要求利用 PLC 控制的信號的分布情況，綜合考慮各輸入、輸出點的性質(zhì)，對各輸入、輸出點進行分組分配，其對應 PLC 輸入 /輸出地址分配如表 所示。 基于 PLC 的多工位機床控制系統(tǒng)的設(shè)計 26 第 4章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 在對控制系統(tǒng)進行分析和硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù) PLC 控 制系統(tǒng)工藝流程和系統(tǒng)控制要求，對 PLC 進行了軟件設(shè)計。其中 I 工位對零件進行銑端面、 II 工位對零件 進行打中心孔、 III 工位對零件進行 切削操作、 IV 工位對零件進行打磨操作。若開始選擇的全自動 方式，系統(tǒng)又開始循環(huán)上述的操作過程，若系統(tǒng)選擇的是半自動操作方式 ，則系統(tǒng)停止，必須得再按下啟動按鈕，系統(tǒng)才從復上述的操作。在 PLC控制系統(tǒng)程序的編制過程中，用到了一些有意義 的指令，如步進順控指令，狀態(tài)初始化指令等。相鄰的狀態(tài)具有不同的動作，當相鄰兩狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件得到滿足時，就實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，即上面狀態(tài)的動作結(jié)束而下一狀態(tài)的動作開始，可用狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖描述控制系統(tǒng)的控制過程，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖具有直觀、簡單的特點，是設(shè)計PLC 順序控制程序的一種有力工具。 2. 步進順控指令及其編程 步進指令有 STL 和 RET 兩條。 當按下啟動按鈕，程序由狀態(tài) S2 進入到狀態(tài) S20，輸出 Y2 Y27，即傳送帶 基于 PLC 的多工位機床控制系統(tǒng)的設(shè)計 31 2 運動，當光電開關(guān)有信號時，即 X17 導通，進入到狀態(tài) S21，同時狀態(tài) S20 復位，傳送帶 2 停止 。其中 I 工作滑臺及加工動力頭的程序編制如下。加工動力頭的動作同樣有先后之分，在設(shè)計中采用了定時器來控制。因為在這次設(shè)計 中， 只強調(diào)傳送帶 1 的停止和運行受光電開關(guān)的控制，對于傳送帶 2 不做任何要求，在程序中將傳送帶 傳送帶 2 放在一個狀態(tài)中，它們同步。 4. 零件檢測程序的實現(xiàn)：光電開關(guān)的輸入可改為按鈕 輸入，人為地給予其信號，當按下按鈕時，看對應傳送帶 1 的指示燈是否熄滅，在指示燈 1 熄滅的同時十分指示燈 2 也熄滅，若沒有，則通過光電開關(guān)對傳送帶 1 上零件的檢測以及傳送帶 2 的控制有故障。 提高 PLC控制系統(tǒng)性價比的 措施 提高 PLC 控制系統(tǒng)的性能價格比主要是減少 I/O 點數(shù)，降低系統(tǒng)硬件費用。全線共有移行五處，抽真空的地面板鏈線與空中懸掛鏈線由變 頻器控制同步運行。 2．充分利用現(xiàn)有硬件，減少 PLC 輸出接口 PLC 的輸出接口，除一部分直接控制執(zhí)行機構(gòu)如電機和電磁閥外，另一部分則用于過程狀態(tài)的顯示和故障報警 ，如果將所有的指示燈都接入到 PLC 的輸出接口，往往占用 PLC 的輸出點就很多。 3．利用 PLC 內(nèi)部功能，減少 PLC 輸入接口 流水線生產(chǎn)過程中，對自動控制的阻擋器，采用 PLC 內(nèi)部的微、積分控制器或時間繼電器 與一個接到輸入模塊的行程開關(guān)就可實現(xiàn)動作要求，不必安裝兩行程開關(guān)。 減少所需輸入點數(shù)的方法 1. 分時分組輸入 在包含自動和手動 的控制系統(tǒng)中，自動程序和手動程序不會同時執(zhí)行，自動和手動這兩種工作方式分別使用的輸入量可以分成兩組，以節(jié)省 PLC 的輸入點數(shù)。 減少所需輸出點數(shù)的方法 有不同要求在可編程序控制器的輸出功率允許的條件下，通 /斷狀態(tài)完全相同的兩個負載并聯(lián)后，可以共用一個輸出點，通過外部的或 PLC 控制的轉(zhuǎn)換開關(guān) K 的切換（如基于 PLC 的多工位機床控制系統(tǒng)的設(shè)計 36 圖 所示）， PLC 的每個輸出點可以控制兩個或多個不同時工作的負載。 接觸器一般有兩對輔助常開觸點和兩對輔助常閉觸點，可以用它們來控制指示燈或?qū)崿F(xiàn) PLC 外部的硬件聯(lián)鎖。 3. 振動 應使 PLC 遠離劇烈的振動源，防止振動頻率為 10~55hz 的頻率或連續(xù)振動。 5. 電源 PLC 供電電源為 50hz、 220V 的交流電，對于電員線來的干擾， PLC 本身具有足夠的抵制能力。 圖 PLC 電源 PLC的接地 良好的接地是保證 PLC 可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。它們的結(jié)果分別如圖 、圖 所示。在對本課題進行設(shè)計時，為進一步提高控制系統(tǒng)的自動化程度，在這采用了傳送帶傳送零件。 總之，四工位組合機床自動化流水線及其機械手控制系統(tǒng)在工業(yè)發(fā)展方面有著極其重要的作用，是近幾年國內(nèi)外研究和發(fā)展的一個 重要方面。同時，通過學習各方面的知識， 不斷地提升了自己；通過實際應用，逐漸地提高了自己的動腦能力和動手能力以及處事能力。導師治學嚴謹，學識淵博，品德高尚，平易近人，在我學習期間不僅傳授了做學問的秘訣，還傳授了做人的準則。 回顧四年學習期間的一千余個日日夜夜，自己為有機會擺脫工作的煩惱與浮躁，靜心鉆研，潛心研究，并取得初步研究成果而感到欣慰。