【文章內(nèi)容簡介】 修。 液壓站 液壓站由各種液壓油缸組成，通過液壓裝置的配合完成被加工機(jī)件的加緊以及工作滑臺(tái)的進(jìn)退。 立式單面前軸主銷孔上下面組合機(jī)床的加工過程 機(jī)床的加工工 作過程概括起來可分為上件過程、銑削面過程、下件過程和其他輔助動(dòng)作。 圖中符號(hào)說明 12 1）上件過程 上件過程是有夾緊油缸和抱緊油缸及其相應(yīng)裝置相互配合共同完成的。整個(gè)過程主要靠手動(dòng)操作來完成，具體過程是：人工上件后，手動(dòng)按下夾緊油缸啟動(dòng)按鈕，夾具夾緊被加工機(jī)件；再按下抱緊油缸，被加工機(jī)件被抱緊。 2） 銑削面過程 銑削面過程是整個(gè)加工過程的核心環(huán)節(jié)，它是半自動(dòng)化的加工過程。該加工過程的完成主要是依賴主軸電機(jī)和液壓移動(dòng)工作臺(tái)的協(xié)同工作。其具體過程如下：在上件過程結(jié)束后工件已被放到工作臺(tái)上，通過相應(yīng)按鈕啟動(dòng)半自動(dòng)加工程序，移動(dòng)工作臺(tái)在 相應(yīng)的液壓油缸的驅(qū)動(dòng)下開始移動(dòng)，移動(dòng)工作臺(tái)快進(jìn)到移動(dòng)工作臺(tái)終點(diǎn)，與此同時(shí)主軸電機(jī)啟動(dòng)，接著工作臺(tái)工進(jìn)，銑刀具在主軸電機(jī)的帶動(dòng)下開始對(duì)工件進(jìn)行銑面加工，銑面完成后工作臺(tái)經(jīng)快退和緩?fù)说竭_(dá)原位，此時(shí)銑面過程完成，主軸電機(jī)終止工作。 3）下件過程 該過程與上件過程相似，也是有夾緊油缸、抱緊油缸以及相應(yīng)的夾具和抱緊裝置共同完成，只是各工作部件的哦那個(gè)做次序不同。具體操作是：按下抱緊油缸松開按鈕接著按下夾緊油缸的松開按鈕，松開被加工工件。然后人工卸件。若進(jìn)行連續(xù)加工時(shí)，下一個(gè)工件上件時(shí)前一個(gè)工件自動(dòng)下件。 4）其他動(dòng)作 機(jī)床要順利的完成工件的加工還會(huì)需要其它的輔助加工過程，比如：冷卻過程、潤滑過程、沖屑過程、排屑過程等。這些過程雖是起輔助作用的，但也是順利完成工件加工不可缺少的過程，且每一步都會(huì)影響到加工的效果。故這些過程的操作和控制也應(yīng)密切的關(guān)注。 機(jī)床進(jìn)行工件加工各過程動(dòng)作順序示意圖如圖 22所示 圖 22 機(jī)床動(dòng)作工序圖 13 機(jī)床加工過程的控制要求 該組合機(jī)床是為了完成汽車前軸主銷孔的上下面的銑削而設(shè)計(jì)的，要順利的完成加工目標(biāo)，其機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中的電力拖動(dòng)需要滿足一些控制要求。 （ 1） 該專用機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)和 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間沒有速度比例協(xié)調(diào)的要求，故主軸和移動(dòng)工作臺(tái)各自采用單獨(dú)的三相交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 （ 2） 主軸電機(jī) M1 是在空載時(shí)直接啟動(dòng)的，為完成順銑和逆銑，要求電機(jī)可以正反轉(zhuǎn)?？筛鶕?jù)刀具的種類預(yù)先選擇轉(zhuǎn)向，在加工過程中不允許變換轉(zhuǎn)向。 （ 3） 為減小負(fù)載波動(dòng)對(duì)銑刀轉(zhuǎn)速的影響以保證加工質(zhì)量，主軸上裝有飛輪，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣性較大。因此，要求主軸電動(dòng)機(jī)有停車制動(dòng)控制，以提高工作效率。 （ 4） 為縮短調(diào)整運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，工作臺(tái)配有快速移動(dòng)控制。 （ 5） 為適應(yīng)加工的需要，主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度應(yīng)有較寬的調(diào)節(jié)范圍。設(shè)計(jì)的專用機(jī)床是采用機(jī)械變速的方法， 通過改變變速箱傳動(dòng)比來實(shí)現(xiàn)的。為保證變速時(shí)齒輪易于嚙合，減小齒輪槽面的沖擊，要求變速時(shí)有電動(dòng)機(jī)沖動(dòng)控制。 （ 6） 冷卻泵由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，供給銑削時(shí)的冷卻液。 PLC 電氣控制系統(tǒng)的選定 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)和內(nèi)容 生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)、編制出設(shè)備制造和使用維修過程中所必須的圖樣、資料等。圖樣包括電氣原理圖、電氣系統(tǒng)的組件劃分圖、元器件布置圖、安裝接線圖、電氣箱圖、元器件安裝底板圖和非標(biāo)準(zhǔn)件加工圖等，另外，還要編制外購件目錄、單臺(tái)材料消耗清單、設(shè)備說明書等文字 資料。 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括兩個(gè)基本的方面：一個(gè)是原理設(shè)計(jì)，即要滿足生產(chǎn)機(jī)械和工藝的各種控制只要求；另一個(gè)是工藝設(shè)計(jì)，即要滿足電氣控制裝置本身的制造、使用和維修的需要。原理設(shè)計(jì)決定著生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的合理性與先進(jìn)性；工藝設(shè)計(jì)決定電氣控制系統(tǒng)是否具有生產(chǎn)可行性、經(jīng)濟(jì)性、美觀、使用維修方便等特點(diǎn)，所以電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要全面考慮兩方面的內(nèi)容。 14 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)原則： ? 最大限度的滿足生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求。電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)主要來源于生 產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝的要求。 ? 設(shè)計(jì)方案要合理。在滿足控制要求的前提下，設(shè)計(jì)方案應(yīng)力求簡單、經(jīng)濟(jì)、便于操作和維修，不要盲目追求高指標(biāo)和自動(dòng)化。 ? 機(jī)械設(shè)計(jì)和電氣設(shè)計(jì)應(yīng)相互配合。許多生產(chǎn)機(jī)械采用機(jī)電結(jié)合控制的方式來實(shí)現(xiàn)控制要求，因此要從工藝要求、制作成本、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、使用維護(hù)方便等方面協(xié)調(diào)處理好機(jī)械和電氣的關(guān)系。 ? 確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作。 PLC 控制方案的選擇 該機(jī)床控制系統(tǒng)可分手動(dòng)和自動(dòng)兩部分，其中自動(dòng)控制部分有不同的控制方案，既可選擇繼電接觸器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，也可以用微機(jī) (MC)實(shí)現(xiàn)，又 可選擇 PLC 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，下面就以第一種和第三種這兩種控制方案進(jìn)行比較選擇： ? 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)是針對(duì)一定得生產(chǎn)機(jī)械，固定的生產(chǎn)工藝而設(shè)計(jì)，采用硬接線方式安裝而成，只能進(jìn)行開關(guān)量的控制；而 PLC 采用軟件編程來時(shí)此案各種控制功能，只要改變程序，就可適應(yīng)生產(chǎn)工藝的改變，并且可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)量和模擬量的控制，因而適應(yīng)性強(qiáng)。 ? 傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)中，隨著控制對(duì)象的增多，必然要增加繼電器數(shù)目，提高系統(tǒng)的運(yùn)營成本；而對(duì)于 PLC 來說，只需要該變程序就可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能。 ? 繼電接觸器控制系統(tǒng)在長期使用的過程中，受接 觸不良和觸點(diǎn)壽命的影響，可靠性低；PLC由于采用了微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)，可靠性比較高，抗干擾能力強(qiáng)。 ? 繼電接觸器控制系統(tǒng)要擴(kuò)充、改裝都必須重新設(shè)計(jì)重新配置；而 PLC 在 I/O 點(diǎn)數(shù)及內(nèi)容允許范圍內(nèi)，可以擴(kuò)充。 ? 與傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)相比， PLC 體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、開發(fā)周期短，安裝和維護(hù)工作量小， PLC 還有完善的監(jiān)控和自診斷功能，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障。 微機(jī)控制和 PLC 控制在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制上也有所差異。簡言之，微機(jī)是通用的專用機(jī)，而 PLC 是專用的通用機(jī)，下面就此兩種控制方式進(jìn)行比較： 15 ? 應(yīng)用范圍 微機(jī) 除應(yīng)用于控制領(lǐng)域外，還大量用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)通信等方面。 PLC主要用于工業(yè)控制。 ? 使用環(huán)境 微機(jī)對(duì)環(huán)境要求較高，一般要在干擾小，具有一定的溫度和濕度要求的機(jī)房內(nèi)使用。 PLC 主要用于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。 ? 輸入輸出 微機(jī)系統(tǒng)的 I/O設(shè)備與主機(jī)之間采用微電聯(lián)系，一般不需要電氣隔離。 PLC一般控制強(qiáng)電設(shè)備，需要電氣隔離，輸入輸出均用“光 電”耦合，輸出還采用繼電器、晶閘管或大功率晶體管進(jìn)行功率放大。 ? 程序設(shè)計(jì) 微機(jī)具有豐富的程序設(shè)計(jì)語言，例如匯編語言、 FORTRAN 語言、 COBOL 語言、PASCAL 語言 、 C 語言等，其語句多，語法關(guān)系復(fù)雜，要求使者必須具有一定水平的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)。 PLC 提供給用戶的編程語句數(shù)量少，邏輯簡單，易于學(xué)習(xí)和掌握。 ? 系統(tǒng)功能 微機(jī)系統(tǒng)一般配有較強(qiáng)的系統(tǒng)軟件，例如操作系統(tǒng)，能進(jìn)行設(shè)備管理、文件管理、存儲(chǔ)器管理等，它還配有許多應(yīng)用軟件，以方便用戶。 PLC 一般只有簡單的監(jiān)控程序，能完成故障檢查，用戶程序的輸入和修改、用戶程序的執(zhí)行和監(jiān)視等功能。 ? 運(yùn)算速度和存儲(chǔ)容量 微機(jī)運(yùn)算速度快，一般為微秒級(jí)。因有大量的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，故存儲(chǔ)容量大。 PLC 因接口的響應(yīng)速度慢而影響數(shù)據(jù)處理速 度。一般接口響應(yīng)速度為 2ms， PLC 巡回檢測(cè)速度為每千字 8ms。 PLC 的軟件少，編程也簡短，故內(nèi)存容量小。 ? 價(jià)格 微機(jī)是通用機(jī)，功能完善，故價(jià)格較高。 PLC 是專用機(jī)，功能較少，其價(jià)格是微機(jī)的十分之一左右。 基于以上的比較， PLC 在性能上比繼電接觸器邏輯控制優(yōu)異，在價(jià)格上低于微機(jī)，且適用于工業(yè)化控制環(huán)境，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，因此在該機(jī)床的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇 PLC 控制系統(tǒng)。 第三章 PLC 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PLC 簡介 16 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 PLC 是微機(jī)技術(shù)和控制技 術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其核心部件是微處理器，它是一種用于控制的特殊計(jì)算機(jī)，因此其基本組成與一般的微機(jī)類似。 PLC的硬件主要有中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口、電源等部分組成。其中， CPU 是 PLC 的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入 /輸出設(shè)備與 CPU 之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接，如圖 31所示。 圖 31 PLC組成框圖 當(dāng) PLC 運(yùn)行時(shí)，是通過執(zhí)行反應(yīng)控制要求的用戶程序來完成控制任務(wù)的，需要執(zhí)行眾多的操作，但 CPU 不可能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作，它只能按分時(shí)操作（串行工作）方式，每一次執(zhí)行一個(gè)操作，按順序逐個(gè)執(zhí)行。由于 CPU 的運(yùn)算處理速度快，所以從宏觀上來看，PLC 外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時(shí)（并行）完成的。這種串行工作過程稱為 PLC 的掃描工作方式。 用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時(shí)，掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行程序，周而復(fù)始 重復(fù)運(yùn)行。 PLC 的掃描工作方式與繼電器 接觸器的工作原理明顯不同。繼電器 接觸器控制采用硬邏輯的并行工作方式，如果某個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，那么該繼電器所有常開和常閉觸點(diǎn)不論處在控制線路的哪個(gè)位置上，都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作；而 PLC 采用掃描工作方式（串編程器 用戶程序存儲(chǔ)器 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 中央處理單元 電源 輸入單元 輸出單元 17 行工作方式），如果某個(gè)軟繼電器的線圈被接通或斷開，其所有的觸點(diǎn)不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。但由于 PLC 的掃描速度快，通常 PLC 與繼電器 接觸器控制在 I/O 的處理結(jié)果上并沒有什么差別。 三菱 FX2N 系列 PLC 及其指令 FX2N 系列 PLC 是超小型機(jī)， I/O 點(diǎn)數(shù)最大可擴(kuò)展到 256 點(diǎn)。它有內(nèi)置 8K 步的 RAM，使用存儲(chǔ)卡盒后，最大容量可擴(kuò)大到 16K 步，編程指令可達(dá)到 327 條。 PLC 運(yùn)行時(shí)，對(duì)一條基本指令的處理時(shí)間只要 。它不僅能完成邏輯控制、順序控制、模擬量控制、位置控制、高速計(jì)數(shù)等功能，還能做數(shù)據(jù)檢測(cè)、數(shù)據(jù)排列、三角函數(shù)運(yùn)算、平方根以及浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、 PID 運(yùn)算等更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。所以， FX2N 系列 PLC 具有容量大、運(yùn)行速度快、指令功能完善等特點(diǎn)。 在 FX2N 系列 PLC 基本單元上，可連接擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊以及各種功能的特殊單元、特殊模塊 ，還可以在基本單元左側(cè)接口上，連接一臺(tái)功能擴(kuò)展板，完成 FX2N 系列 PLC 與各種外部設(shè)備的通信，實(shí)現(xiàn)模擬量控制功能。通過功能擴(kuò)展板還可以將 FX0N 系列適配器與 FX2N 系列基本單元連接，增強(qiáng) PLC 與外部設(shè)備的通信功能。 三菱公司 FX2N 系列 PLC 的指令包括基本邏輯指令和功能指令。 PLC 電氣控制設(shè)計(jì)思想 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的在于實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象即生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在 PLC 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上應(yīng)遵循以下基本原則： ? 最大 限度的滿足被控對(duì)象的控制要求。設(shè)計(jì)前應(yīng)深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，搜集資料，并與機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題。 ? 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，使用及維修方便。 ? 保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。 ? 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇 PLC 容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)保留余量。 18 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容與步驟 PLC 控制系統(tǒng)是由 PLC 與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的。因此， PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括： ? 選擇用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作 開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)、電磁閥等）。 ? PLC 的選擇。 PLC 是 PLC 控制系統(tǒng)的核心組成部件。正確選擇 PLC 對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)技能指標(biāo)起著重要的作用。 PLC 的選擇應(yīng)包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 ? 分配 I/O 點(diǎn)，繪制 I/O 連接圖。 ? 設(shè)計(jì)控制程序。包括設(shè)計(jì)梯形圖、語句表（即程序清單）或控制系統(tǒng)流程圖。 ? 設(shè)計(jì)控制柜。編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。包括說明書、電氣圖及電器元件明細(xì)表等。 PLC 控 制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般包括以下步驟。 ? 根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。如需要完成的動(dòng)作（動(dòng)作順序、動(dòng)作條件、必須的保護(hù)和聯(lián)鎖等）、操作方式（手動(dòng)、自動(dòng)；連續(xù)、單周期、單步等）。 ? 根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。據(jù)此確定 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)。 ? 選擇 PLC。 ? 分配 PLC 的 I/O 點(diǎn)，設(shè)計(jì) I/O 連接圖。 ? 進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制柜的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工。 第四章 PLC 的選擇 PLC 機(jī)型的選擇 機(jī)型選擇的基本原則應(yīng)是在功能滿足要求的情況下，保證可靠、維護(hù)使用方便以及最佳的