【正文】 來(lái)傳 送已加工的零件； （ 2） 夾具：夾具裝置能緊緊的夾住送來(lái)的未加工的零件，加工完后松開(kāi)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(lái)回的運(yùn)動(dòng)有其一定的行程； （ 4）進(jìn)料：進(jìn)料裝置對(duì)放在夾具處的零件進(jìn)油；便于加工 . （ 5）滑動(dòng)：四個(gè)滑臺(tái)可以向夾具處滑動(dòng)，并且在快挨近夾具的時(shí)候停止，退回到一 定的程度時(shí)也能停止； （ 6）加工：四個(gè)加工工位對(duì)零件從四個(gè)方向加工，其中工位 I、 III 動(dòng)力頭先加工，分別對(duì)零件進(jìn)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(jì)主要有以下內(nèi)容： 1. 加工動(dòng)力頭能根據(jù)預(yù)設(shè)要求對(duì)零件進(jìn)行加工；在這次的設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中，工位 I 用來(lái)對(duì)零件進(jìn)行銑端面、工位 II 對(duì)零件進(jìn)行打中心孔、工位 III 對(duì)零件進(jìn)行切削操作、工位 IV 對(duì)零件進(jìn)行打磨操作。 4. 上料推桿、下料推桿根據(jù)系統(tǒng)檢測(cè)，將未加工的產(chǎn)品自動(dòng)搬運(yùn)到加工臺(tái)（夾具）上，將加工完的產(chǎn)品從加工臺(tái)上搬運(yùn)出，其動(dòng)作能夠與工作滑臺(tái)、加工動(dòng)力頭、夾具、傳送帶的動(dòng)作保持協(xié)調(diào)； 5. 傳送帶能進(jìn)行產(chǎn)品的輸送與輸走；這樣能保證系統(tǒng)的循環(huán)運(yùn)行； 6. 夾具根據(jù)壓力傳感器及動(dòng)力頭的工作運(yùn)動(dòng)情況有規(guī)律的夾緊與松開(kāi)；配合加工動(dòng)力頭和上下料推桿的運(yùn)動(dòng)。而對(duì)于傳送帶 2 并不需要其停止，在這次中設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)不會(huì)有干涉。 3. 夾具部分 夾具主要是用來(lái)夾緊待加工的零件的，它采用光電開(kāi)關(guān)來(lái)感應(yīng)零件是否輸送到位，當(dāng)光電開(kāi)關(guān)感應(yīng)到零件到位后，夾具開(kāi)始夾緊零件，夾具夾緊程度則由夾具的夾緊壓力傳感器來(lái)控制，固定待加工的零件后，工作滑臺(tái)與加工動(dòng)力頭相繼工作，加工完畢后，夾具松開(kāi)。 5. 加工動(dòng)力頭部分 加工動(dòng)力頭是一種用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的加工動(dòng)力裝置，主要工作是根據(jù)工 藝要求對(duì)零件做相應(yīng)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(guò)動(dòng)力部分電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如此反復(fù)。 控制系統(tǒng)方案選擇論證 通過(guò)對(duì)本課題控制系統(tǒng)各方面知識(shí)的收集、不斷地深入學(xué)習(xí)和理解，以及對(duì)課題控制系統(tǒng)充分地介紹說(shuō)明和文獻(xiàn)綜述的基礎(chǔ)上，根據(jù)課題設(shè)計(jì)要求及目前四工位機(jī)床控制工業(yè)的實(shí)際情況，進(jìn)行了如下的方案選擇論證?？刂葡到y(tǒng)選型和設(shè)計(jì)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(guò)程的控制要求； (2) 在滿足控制要求的前提下，力求系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、操作方便； (3) 采用先進(jìn)、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(jì)，提高通用性及設(shè) 備效率，易于維護(hù)； (5) 適應(yīng)今后的技術(shù)發(fā)展、要求，系統(tǒng)有較高的可擴(kuò)展性； 對(duì)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(jī)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(guò)程和參數(shù)固定不變的簡(jiǎn)單場(chǎng)合。微機(jī)控制的原理方框圖如圖 所示。與繼電器控制、微機(jī)控制相比較， PLC 性能價(jià)格低，功率價(jià)格適中。 傳感器的選擇 PLC 控制系統(tǒng)檢測(cè)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(kāi)關(guān)的核心部分，它為整個(gè)器件功能的實(shí)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(gè)器件的精度，如果傳感器的誤差大，后級(jí)的測(cè)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(kāi)關(guān)的特點(diǎn)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(jiǎn)單， 并且還可以用來(lái)檢測(cè)半透明物體。 用光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)物體時(shí)，大部分只要求其輸出信號(hào)有 “高 低 ”（ 10）之分即可。 3. 行程開(kāi)關(guān) 行程開(kāi)關(guān)（ Travel switch）又稱限位開(kāi)關(guān)，是一種根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的行程位置而動(dòng)作的小電流開(kāi)關(guān)電器。觸頭系統(tǒng)是開(kāi)關(guān)的執(zhí)行部分，它將操作頭傳來(lái)的機(jī)械信號(hào)，通過(guò)本身的轉(zhuǎn)換動(dòng)作，變換為電信號(hào)，輸出到有關(guān)控制回路，使之能按需要做出必要的反應(yīng)。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(gè)控制系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各個(gè)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(cè)開(kāi)關(guān)，壓力傳感器，行程開(kāi)關(guān)對(duì)四工位機(jī)床上的各個(gè)部分進(jìn)行控制，同時(shí)采用了傳送帶輸送零件，使系統(tǒng)可靠性得到了進(jìn)一步的保證，自動(dòng)化程度非常高。 總之，本次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)可行性、可靠性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性都很強(qiáng)，能夠進(jìn)一步 地進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。夾具的夾緊與 放松由雙線圈兩位電磁閥驅(qū)動(dòng)氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而是由滑臺(tái)載著電動(dòng)機(jī)前進(jìn)和后退。當(dāng)光電開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，上料推桿抓取輸送帶傳來(lái)的零件、前進(jìn)、到位后、松開(kāi)放下零件，而后退回到原始起點(diǎn)。 7． 整個(gè)系統(tǒng)要求運(yùn)行安全可靠，適應(yīng)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(duì)夾具部分、工作滑臺(tái)系統(tǒng)、加工動(dòng)力頭系統(tǒng)、進(jìn)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(jìn)行控制，利用 PLC 實(shí)現(xiàn)功能要求的邏輯適時(shí)控制和信息傳送。因此，四工位機(jī)床自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 1 個(gè)光電開(kāi)關(guān)用來(lái)檢測(cè)傳送帶 1 上 的 零件的到來(lái)，還需要 12 個(gè)位置開(kāi)關(guān)，這些位置開(kāi)關(guān)分別用來(lái)控制四個(gè)滑臺(tái)以及上、下料推桿 的運(yùn)動(dòng)行程。 可 編 程 序 控 制 器 檢 測(cè) 夾緊壓力 進(jìn)料壓力 放料壓力 行程開(kāi)關(guān) 行程開(kāi)關(guān) 行程開(kāi)關(guān) 行程開(kāi)關(guān) 行程開(kāi)關(guān) 行程開(kāi)關(guān) 控 制 上料推桿 夾具 進(jìn)料裝置 工作滑臺(tái) 加工動(dòng)力頭 下料推桿 冷卻裝置 傳輸裝置 傳輸裝置 前進(jìn) 后退 夾緊 放松 進(jìn)料 放料 進(jìn) 退 加工 前進(jìn) 后退 冷卻 傳送帶 1 光電開(kāi)關(guān) 傳送帶 2 基于 PLC 的多工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19 表 系統(tǒng)輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表 項(xiàng)目名稱 輸入點(diǎn)數(shù) 備注 輸入總點(diǎn)數(shù) 光電開(kāi)關(guān) 1 檢測(cè)傳送帶上零件 42 行程開(kāi)關(guān) 12 限位滑臺(tái)、上下料 檢測(cè)裝置 3 檢測(cè)進(jìn)、放料、夾具 按鈕 1 3 啟動(dòng)、總停、預(yù)停 按鈕 2 19 手動(dòng)啟動(dòng)各電動(dòng)機(jī)、電磁閥 選擇按鈕 1 選擇系統(tǒng)操作模式 表 系統(tǒng)輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表 項(xiàng)目名稱 輸出點(diǎn)數(shù) 備注 輸出總點(diǎn)數(shù) 滑臺(tái)進(jìn)退 8 控制滑臺(tái)進(jìn)、退 23 夾具 2 控制夾具夾緊、放松 動(dòng)力加工頭 6 四個(gè)工位的加工、傳送帶 上下料機(jī)械手 4 控制機(jī)械手進(jìn)、退 防料裝置 2 控制放料器放、進(jìn)料 冷卻裝置 1 控制冷卻 PLC的選型 1. PLC 的選型 由以上對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的分析可知，該系統(tǒng)是以開(kāi)關(guān)量控制為主，并不帶有模擬量控制的應(yīng)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(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 四則運(yùn)算與邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)循環(huán)與移動(dòng)等應(yīng)用指令系統(tǒng)。 3. 開(kāi)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(hào)的分布情況，綜合考慮各輸入、輸出點(diǎn)的性質(zhì)，對(duì)各輸入、輸出點(diǎn)進(jìn)行分組分配，其對(duì)應(yīng) PLC 輸入 /輸出地址分配如表 所示。 基于 PLC 的多工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 26 第 4章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 在對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和硬件設(shè)計(jì)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(duì) PLC 進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)。其中 I 工位對(duì)零件進(jìn)行銑端面、 II 工位對(duì)零件 進(jìn)行打中心孔、 III 工位對(duì)零件進(jìn)行 切削操作、 IV 工位對(duì)零件進(jìn)行打磨操作。若開(kāi)始選擇的全自動(dòng) 方式，系統(tǒng)又開(kāi)始循環(huán)上述的操作過(guò)程，若系統(tǒng)選擇的是半自動(dòng)操作方式 ，則系統(tǒng)停止，必須得再按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)才從復(fù)上述的操作。在 PLC控制系統(tǒng)程序的編制過(guò)程中，用到了一些有意義 的指令，如步進(jìn)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(dòng)作，當(dāng)相鄰兩狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件得到滿足時(shí)，就實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，即上面狀態(tài)的動(dòng)作結(jié)束而下一狀態(tài)的動(dòng)作開(kāi)始，可用狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖描述控制系統(tǒng)的控制過(guò)程，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖具有直觀、簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，是設(shè)計(jì)PLC 順序控制程序的一種有力工具。 2. 步進(jìn)順控指令及其編程 步進(jìn)指令有 STL 和 RET 兩條。 當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕，程序由狀態(tài) S2 進(jìn)入到狀態(tài) S20，輸出 Y2 Y27，即傳送帶 基于 PLC 的多工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 31 2 運(yùn)動(dòng)，當(dāng)光電開(kāi)關(guān)有信號(hào)時(shí)，即 X17 導(dǎo)通，進(jìn)入到狀態(tài) S21，同時(shí)狀態(tài) S20 復(fù)位，傳送帶 2 停止 。其中 I 工作滑臺(tái)及加工動(dòng)力頭的程序編制如下。加工動(dòng)力頭的動(dòng)作同樣有先后之分，在設(shè)計(jì)中采用了定時(shí)器來(lái)控制。因?yàn)樵谶@次設(shè)計(jì) 中， 只強(qiáng)調(diào)傳送帶 1 的停止和運(yùn)行受光電開(kāi)關(guān)的控制，對(duì)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(gè)狀態(tài)中，它們同步。 4. 零件檢測(cè)程序的實(shí)現(xiàn)：光電開(kāi)關(guān)的輸入可改為按鈕 輸入，人為地給予其信號(hào)，當(dāng)按下按鈕時(shí)，看對(duì)應(yīng)傳送帶 1 的指示燈是否熄滅，在指示燈 1 熄滅的同時(shí)十分指示燈 2 也熄滅，若沒(méi)有，則通過(guò)光電開(kāi)關(guān)對(duì)傳送帶 1 上零件的檢測(cè)以及傳送帶 2 的控制有故障。 提高 PLC控制系統(tǒng)性價(jià)比的 措施 提高 PLC 控制系統(tǒng)的性能價(jià)格比主要是減少 I/O 點(diǎn)數(shù)，降低系統(tǒng)硬件費(fèi)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(yùn)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(jī)構(gòu)如電機(jī)和電磁閥外，另一部分則用于過(guò)程狀態(tài)的顯示和故障報(bào)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(diǎn)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(guò)程中，對(duì)自動(dòng)控制的阻擋器，采用 PLC 內(nèi)部的微、積分控制器或時(shí)間繼電器 與一個(gè)接到輸入模塊的行程開(kāi)關(guān)就可實(shí)現(xiàn)動(dòng)作要求，不必安裝兩行程開(kāi)關(guān)。 減少所需輸入點(diǎn)數(shù)的方法 1. 分時(shí)分組輸入 在包含自動(dòng)和手動(dòng) 的控制系統(tǒng)中，自動(dòng)程序和手動(dòng)程序不會(huì)同時(shí)執(zhí)行，自動(dòng)和手動(dòng)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(diǎn)數(shù)。 減少所需輸出點(diǎn)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(gè)負(fù)載并聯(lián)后，可以共用一個(gè)輸出點(diǎn)，通過(guò)外部的或 PLC 控制的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) K 的切換（如基于 PLC 的多工位機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 36 圖 所示）， PLC 的每個(gè)輸出點(diǎn)可以控制兩個(gè)或多個(gè)不同時(shí)工作的負(fù)載。 接觸器一般有兩對(duì)輔助常開(kāi)觸點(diǎn)和兩對(duì)輔助常閉觸點(diǎn)，可以用它們來(lái)控制指示燈或?qū)崿F(xiàn) PLC 外部的硬件聯(lián)鎖。 3. 振動(dòng) 應(yīng)使 PLC 遠(yuǎn)離劇烈的振動(dòng)源，防止振動(dòng)頻率為 10~55hz 的頻率或連續(xù)振動(dòng)。 5. 電源 PLC 供電電源為 50hz、 220V 的交流電，對(duì)于電員線來(lái)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(duì)本課題進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，為進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，在這采用了傳送帶傳送零件。 總之，四工位組合機(jī)床自動(dòng)化流水線及其機(jī)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(guó)內(nèi)外研究和發(fā)展的一個(gè) 重要方面。同時(shí)，通過(guò)學(xué)習(xí)各方面的知識(shí)， 不斷地提升了自己；通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，逐漸地提高了自己的動(dòng)腦能力和動(dòng)手能力以及處事能力。導(dǎo)師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，品德高尚，平易近人，在我學(xué)習(xí)期間不僅傳授了做學(xué)問(wèn)的秘訣，還傳授了做人的準(zhǔn)則。 回顧四年學(xué)習(xí)期間的一千余個(gè)日日夜夜，自己為有機(jī)會(huì)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。