【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 83。21 致 謝 22 參考文獻(xiàn) 23 附 錄 24 附錄 A 外文資料 24 附錄 B 電氣控制接線圖 35 附錄 C 梯形圖 36 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 第 1 章 緒 論 課題研究的目的意義 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，作為工作母機(jī)的各類機(jī)床得到了廣泛的應(yīng)用，而這些機(jī)床的自動(dòng)化和精密程度卻有很大差異。在歐美、日本等國(guó)家里，他們的機(jī)床數(shù)控化程度都相對(duì)比較高， 目前我國(guó)的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大多數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是年齡在 10 年以上的舊機(jī)床。這些舊機(jī)床能耗高、效率低，用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存 在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高等問題。從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。隨著我國(guó)加入 WTO 后，越來越明顯的跡象表明，大陸正在成為為“世界工廠”，我國(guó)的制造業(yè)面臨著極大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，不具有先進(jìn)加工手段的企業(yè)是不可能在今后的激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中生存下來的。 如果說把這些機(jī)床全部都更新?lián)Q代，那樣會(huì)需要很大一筆資金，就目前情況上來說是不現(xiàn)實(shí)的，所以就有人開始嘗試從控制部分的改造方面來下手，將它們的性能提升一個(gè)檔次，更可以解決它的一些弊端。 基于這個(gè)原因本設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)用 最為廣泛的 T68 型臥式鏜床進(jìn)行研究，其控制電路為繼電器控制，接觸觸點(diǎn)多、線路復(fù)雜、故障多、操作人員維修任務(wù)較大。針對(duì)這種情況，用 PLC 實(shí)現(xiàn)機(jī)床的智能化改造，重新設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)，提高機(jī)床系統(tǒng)的穩(wěn)定性和加工精度。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 眾所周知，在現(xiàn)代化生產(chǎn)中機(jī)床母機(jī)是不易缺少的重要組成部分，我們國(guó)家現(xiàn)在在機(jī)床技術(shù)方面還是一直比較落后的，自動(dòng)化程度也比較低。主要表現(xiàn)在現(xiàn)在大部分工廠里面的機(jī)床還是老式傳統(tǒng)的機(jī)床，接線復(fù)雜，排故障困難。同時(shí)在設(shè)備的投資與維修上消耗過大。可編程控制技術(shù)在工業(yè)和生活中有廣泛的應(yīng)用前 景，除了具有明顯的節(jié)約成本的修點(diǎn)外，還具有操作方便，容易，維護(hù)量小等特點(diǎn)，可編程控制的軟啟動(dòng)功能也減少了對(duì)設(shè)備的沖擊，使設(shè)備運(yùn)行的方式更趨于合理，設(shè)備的自動(dòng)化水平得到了提高。隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，企業(yè)對(duì)機(jī)床的可靠性的要求也不斷的提高； 再加上目前產(chǎn)品生產(chǎn)成本較高，利用先進(jìn)的 PLC 控制技術(shù)，設(shè)計(jì)改造現(xiàn)有的傳動(dòng)式機(jī)床應(yīng)用成為必然的趨勢(shì)。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 目前許多國(guó)家對(duì)開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過改變 、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國(guó)際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國(guó)內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù) 控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢(shì) [1]。 論文研究?jī)?nèi)容 通過對(duì) T68 鏜床電氣所有硬件部分接線方式的了解與認(rèn)識(shí)，從實(shí)際連線出發(fā)掌握鏜床的工作原理以及各機(jī)械部件的動(dòng)作方式。然后按照其接線畫出相應(yīng)原理圖，并對(duì)其進(jìn)行注釋。對(duì)原理圖作進(jìn)一步的分析，將所有的機(jī)械動(dòng)作原件（接觸器、繼電器、按鈕等）轉(zhuǎn)換成以 PLC 的軟件控制（即軟觸點(diǎn)換成硬觸點(diǎn)）。設(shè)計(jì) PLC 的梯形圖，達(dá)到以下幾點(diǎn)： （ 1） 原鏜床的工藝加工方法不變； （ 2） 在保留主電路的原有元件的基礎(chǔ)上，不改變?cè)刂葡到y(tǒng)電氣 操作方法； （ 3） 電氣控制系統(tǒng)控制元件（包括按鈕、行程開關(guān)、熱繼電瑞、接觸器），作用與原電氣線路相同； （ 4） 主軸和進(jìn)給起動(dòng)、制動(dòng)、低速、高速和變速?zèng)_動(dòng)的操作方法不變； （ 5）改造原繼電器控制中的硬件接線，改為 PLC 編程實(shí)現(xiàn)。 為提高鏜床控制電路的穩(wěn)定性和自動(dòng)化程度，延長(zhǎng)鏜床的使用壽命，降低機(jī)床的故障。分析了 T68 鏜床的機(jī)械、電氣控制原理，保留鏜床主電路由 PLC 取代復(fù)雜的電氣連線控制，設(shè)計(jì)出由 PLC 為鏜床的控制電路。該系統(tǒng)開發(fā)周期僅為一周，期間完成了將鏜床的控制電路用 PLC 梯形圖實(shí)現(xiàn)，大大的簡(jiǎn)化了電路，從而降低機(jī) 床的故障、更加便于控制、也降低了維修的難度。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第 2 章 簡(jiǎn)述 PLC 及其發(fā)展前景 可編程控制器的由來特點(diǎn)性能等情況 隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，企業(yè)實(shí)力的加強(qiáng)，國(guó)內(nèi)很多企業(yè)為了加強(qiáng)自身的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，相繼進(jìn)行了適合本企業(yè)特點(diǎn)的改造和結(jié)構(gòu)升級(jí)，在眾多的升級(jí)改造中使用最多的就是可編程控制器。可編程控制器是一種為工業(yè)機(jī)械控制所設(shè)專用計(jì)算機(jī)，在各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，它是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè) 自動(dòng)控制裝置。早期的可編程控制器在功能上只能進(jìn)行邏輯控制，因而稱為可編程程序邏輯控制器 (Programmable Logic Controller)簡(jiǎn)稱 PLC。隨著技術(shù)的發(fā)展，其控制功能不斷增強(qiáng)，可編程程序控制器還可以進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，模擬量控制、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等，并通過數(shù)字，模擬的輸入、輸出控制各種類型的機(jī)械生產(chǎn)過程。 目前，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)存在大量的通用設(shè)備，在發(fā)展現(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，可以應(yīng)用微電子技術(shù)改造這些已有通用設(shè)備，比如用數(shù)顯、數(shù)控裝置改造通用設(shè)備，提高單機(jī)自動(dòng)化程度，用可編程序控制器改造通用 機(jī)床、專用機(jī)床、組合機(jī)床自動(dòng)設(shè)備與半自動(dòng)設(shè)備組成的生產(chǎn)線，這樣可以把計(jì)算機(jī)功能完備、編程靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來這是一條低成本、高效益，符合我國(guó)國(guó)情的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用新途徑。 隨著可編程控制器技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的控制柜逐漸被新一代的智能化儀表所代替，對(duì)于日益復(fù)雜的控制功能，傳統(tǒng)控制柜顯得無能為力，而可編程控制器具有可編程序的特點(diǎn)，運(yùn)行時(shí)可以根據(jù)要求，選擇控制算法、適應(yīng)性強(qiáng)、可編程控制器采用軟件代替硬件的方法，可以簡(jiǎn)化線路，使控制設(shè)備的性能價(jià)格比不 斷提高 [2]。 從廣義上來說，可編程控制器也是一種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，只不過它比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適用于控制要求的編程語言。所以PLC 與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成十分相似，也具有中央處理單元 (CPU)、存儲(chǔ)器、輸入／輸出 (I／ O)接口、電源等?？删幊炭刂破鞯陌l(fā)展分為三個(gè)階段：第一階段 (七十年代中期 )為實(shí)用化發(fā)展階段；第二階段 (七十年代末期 )為成熟階段；第三階段 (九十年代 )為加速發(fā)展階段。在這一時(shí)期，各大公司進(jìn)一步完善原有產(chǎn)品，不斷開發(fā)出新的產(chǎn)品系列，并加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)功能以構(gòu)成分布式控制系 統(tǒng)。在軟件方面，可編程控制器不斷向上石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 端發(fā)展意與計(jì)算機(jī)兼容。因此，憑借其優(yōu)異的控制性能和快捷的柔性系統(tǒng)構(gòu)成，使PLC 成為當(dāng)今增長(zhǎng)速度最快的工業(yè)自動(dòng)化控制設(shè)備。其主要特點(diǎn)如下： （ 1） 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。高可靠性是 PLC 最突出的特點(diǎn)之一，其平均無故障時(shí)間可達(dá)幾十萬小時(shí)。 （ 2） 編程簡(jiǎn)單易學(xué)。 PLC 編程大多采用類似與繼電器控制電路的梯形圖。 （ 3） 設(shè)計(jì)、安裝容易、調(diào)試周期短，維護(hù)簡(jiǎn)單。 PLC 已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。設(shè)計(jì)者可在規(guī)格繁多、品種齊全的 PLC 中選用性能價(jià)格比高的產(chǎn)品。 （ 4） 模塊品種豐富、通用性好、功能強(qiáng)大。除 了單元式小型 PLC 外，多數(shù)采用模塊式結(jié)構(gòu)，并形成大、中、小系列產(chǎn)品。 （ 5） 體積小、能耗低。 可編程控制器控制與傳統(tǒng)的繼電器控制的比較 （ 1） 控制方式。繼電器控制是采用硬件接線實(shí)現(xiàn)的，即利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合形成控制邏輯。它只能完成既定的邏輯控制，連線多而復(fù)雜，且體積大，功耗大，一旦設(shè)計(jì)制造完成后，再想更改十分困難。此外繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限，其靈活性和擴(kuò)展性也很差。而 PLC 采用存儲(chǔ)邏輯，通過改變程序很容易改變控制邏輯。 （ 2） 控制速度。繼電器控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)控制，其 動(dòng)作頻率低，一般在幾十毫秒，此外機(jī)械觸點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象。而 PLC 動(dòng)作則在微秒級(jí)，內(nèi)部還有嚴(yán)格的同步，不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)。 （ 3） 延時(shí)控制。繼電器控制系統(tǒng)是靠時(shí)間繼電器的滯后動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)延時(shí)。但是，時(shí)間繼電器定時(shí)精度不高，易受環(huán)境溫度和濕度的影響，而 PLC 用半導(dǎo)體集成電路作定時(shí)器，精度高，且受環(huán)境影響小。 （ 4） 其它控制方式。繼電器控制系統(tǒng)一般只能進(jìn)行開關(guān)量的邏輯控制，且沒有記數(shù)功能。 PLC 除了能進(jìn)行開關(guān)量的邏輯控制外，還能對(duì)模擬量進(jìn)行控制，而且便于實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜控制。 （ 5） 設(shè)計(jì)與施工。用繼電器實(shí)現(xiàn)一項(xiàng)控制工程，其設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試必 須依次進(jìn)行周期長(zhǎng)，且修改困難工程大。而 PLC 則可同時(shí)進(jìn)行，十分方便。 （ 6） 可靠性與可維護(hù)性。繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線多。觸點(diǎn)的開閉會(huì)受到電弧的損壞，還有機(jī)械的磨損，壽命短，可靠性和可維護(hù)性都差。而PLC 則極其容易。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 可編程控制器發(fā)展的趨勢(shì) 可編程控制器發(fā)展的趨勢(shì)如下： （ 1） 大型網(wǎng)絡(luò)化：即今后的 PLC 具有 DCS 系統(tǒng)功能。 （ 2） 模塊種類多樣化：為了適應(yīng)各種特殊功能要求，各種功能模塊將層出不窮。 （ 3） 高可靠性：一些特定的環(huán)境和條件要求自動(dòng)化系統(tǒng)有很高的可靠性，因此自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)在 PLC 中得 到廣泛的應(yīng)用。 （ 4） 良好的兼容性：由于世界經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的一體化，因此 PLC 也朝滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的程度和水平發(fā)展。 （ 5） 小型化、低成本：小型 PLC 的基本特點(diǎn)是價(jià)格低，便于機(jī)電一體化。 （ 6） 編程語言的高級(jí)化：除了梯形圖、語句表、流程圖外，一些 PLC 還增加了BASIC， C 等編程語言 [3]。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第 3 章 T68 臥式鏜床 的硬件設(shè)計(jì) 臥式鏜床的概述及加工范圍 鏜床是一種精密加工機(jī)床。它主要用于加工工件上的精密圓柱孔。按用途的不同，鏜床可分為臥式鏜床、坐標(biāo)鏜床、金剛鏜床等。其中臥式鏜床的用途很廣，除了對(duì)各種復(fù)雜的大型工件，如箱體零件 、機(jī)體等的鏜孔以外，還可以完成鉆、擴(kuò)、鉸孔、車削內(nèi)外螺紋，用絲錐攻絲，車外圓柱面和端面，用端銑刀與圓柱銑刀銑削平面等多種工序。因此在這種鏜床上，工件一次安裝后，即能完成大部分表面的加工，有時(shí)甚至可以完成全部的加工，特別是在加工大型及笨重的工件時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。 T68 臥式鏜床的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 T68 鏜床的工作原理大致可分為主軸的移動(dòng)運(yùn)動(dòng)、工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上滑座、下滑座的移動(dòng)運(yùn)動(dòng)、主軸箱的升降運(yùn)動(dòng)、正反向機(jī)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、快速移動(dòng)運(yùn)動(dòng)。如上所述的這些運(yùn)動(dòng)主要靠電磁伐、離合器來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，如要實(shí)現(xiàn)某個(gè)運(yùn)動(dòng)必須 使它所對(duì)應(yīng)的某個(gè)電磁閥或離合器動(dòng)作，除此之外就是添加各運(yùn)動(dòng)中的正負(fù)限位開關(guān)，這主要是起到各運(yùn)動(dòng)在動(dòng)作時(shí)的保護(hù)作用 [4]。 T68 臥式鏜床主要技術(shù)參數(shù) 圖 31 鏜床主軸部件結(jié)構(gòu)圖 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 鏜軸直徑（ mm）： 130 主軸最大鈕矩 （