【正文】 第 13 頁 共 29 頁 中間位，按下主軸啟動按鈕，主軸電動機啟動，接觸器線圈經(jīng)得電吸合，進給電動機正轉(zhuǎn)，帶動圓工作臺做旋轉(zhuǎn)運動。圓工作 臺的回轉(zhuǎn)運動也是由進給電動機拖動的。 由于在主軸啟動接觸器的常開觸點上并聯(lián)了快速進給接觸器的一個常開觸點，故在主軸電動機不啟動的情況下，也可實現(xiàn)快速進給。另一個接觸器的吸合，使進給傳動系統(tǒng)跳過齒輪變速鏈，電動機直接拖動絲杠套，工作臺快速進給，進給方向仍由進給操縱手柄決定。 工作臺 6個方向的快速移動也是由進給電動機拖動的 。在手柄推回原位時，限位開關(guān)復(fù)位，進給電動機只瞬動一下。然后，將手柄繼續(xù)向外拉到極限位置，隨即推回原位，變速結(jié)束。 沖動 在改變工作臺進給速度時，為使齒輪易于嚙合，也需要使進給電動機瞬時點動一下。 以工作臺向下 (或向前 )運動為例，將垂直與橫向進給手柄扳倒向下 (或向前 )位，手柄通過機械聯(lián)動機構(gòu)壓下行程開關(guān)，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，接觸器線圈得電吸合，進給電動機正轉(zhuǎn)，帶動工作臺做向下 (或向前 )運動。該手柄有 5個位置；即上、下、前、后、中間。 當(dāng)縱向進給手柄扳向左邊時，行程開關(guān)受壓常開觸點閉合，常閉觸點斷開，接觸器通電吸合，進給電動機反轉(zhuǎn)，帶動工作臺向左運動。當(dāng)手柄扳向右邊時，聯(lián)動機構(gòu)將電動機的傳動鏈撥向工作臺下面的絲杠，使電動機的動力通過該絲杠作用于工作臺。當(dāng)左邊的離合器吸合時，連接上工作臺的進給傳動鏈；當(dāng)右邊的離合器吸合時，連接上快速移動傳動鏈。兩個行程開關(guān)控制工作臺的向右和向左運動，兩個行程開關(guān)控制工作臺的向前、向下和向后、向上運動。工作進給只 有在主軸啟動后才可進行，快仿形液壓銑床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 合肥工業(yè)大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 12 頁 共 29 頁 速進給是點動控制，即使不啟動主軸也可進行。當(dāng)上刀、換刀結(jié)束后，應(yīng)將換刀開關(guān)扳回“斷開”位置。同時，常閉觸點斷開，切斷控制回路電源。為此，控制線路中設(shè)置了換刀制動開關(guān)。若瞬時點動一次沒有實現(xiàn)齒輪良好嚙合，可重復(fù)上述動作。就在手柄復(fù)位的過程中，壓動了行程開關(guān)，行程開關(guān)觸點先斷開，常開觸點后閉合，接觸器線圈瞬時通電，主軸電動機作瞬時點動，使齒輪系統(tǒng)抖動一下，達到良好嚙合。為此，本機床設(shè)置了主軸變速瞬時電動控制線路。 主軸變速是通過改變齒輪的傳動比進行的。直到主 軸停止轉(zhuǎn)動，才可松開停止按鈕。當(dāng)按下停車按鈕時，接觸器斷電釋放，電動機失電。 為了使主軸停車準(zhǔn)確，且減少電能損耗，主軸采用電磁離合器制動。然后，按下啟動按鈕，接觸器通電吸合并自鎖，主電動機啟動。在圖 34中 ,當(dāng)仿形測頭在 X軸方向前進至仿形區(qū)域邊界時 ,按下?lián)Q向開關(guān)或壓下所設(shè)置的換向行程開關(guān) ,仿形測頭停止前進 ,向 Y 軸方向 (即行進給方向 )移動規(guī)定的距離后 ,即作反向仿形動作。由點動開關(guān) JOG(無論正負(fù) )啟動測頭沿仿形軸 Z軸的“ ”方向接近實體。其它功能與上述 Z— X平面一維仿形操作相同。 (ZY平面一維仿形 ),則隱含著 X軸為仿形行進給軸。如選擇“ +” ,則沿 Y軸“ +”方向作仿形行進給 。如選擇“ +” (見圖 34),則以當(dāng)前點為基準(zhǔn)點 ,沿 X軸“ +”方向仿形進給 。 X軸為仿形進給軸 (即 Z— X平面一維仿形 ),則隱含著 Y軸為仿形行進給軸。其操作方法與“ X仿 Y進”相同。工作方式選擇為“自動 ”，且“循環(huán)啟動”按鈕已經(jīng)按下。而接近軸默認(rèn)為仿形軸，接近方向由點動 JOG確定。 圖 32 XY 平面一維仿形示意圖 Y進：圖 33b中，若選擇 X軸為仿形軸，則圖 33c所示的仿形進給坐標(biāo)選擇開關(guān)無效，此時隱含著 Y軸為仿形進給軸，進給方向則由圖 33d的仿形進給方向選擇開關(guān)確定。 下面以一維仿形的動作過程為例，簡述仿形工作過程。其特征是仿形頭與實體始終保持兩點（一為測點，另一個為底點）接觸，而不是通常的一點。 所謂三維仿形是指二維仿形加上一維仿形。 根據(jù)有無層進給，二維仿形可分為下面兩種形式： （無層進給）。 二維仿形是指仿形頭沿著仿形頭軌跡的法線方向進給退讓的仿形形式。例如，制定 Z軸為仿形軸， X軸為進給軸時的一維仿形的仿形動作是通過判定 Z 軸的進給位移 DZ的方向，來決定 Z 軸的運動方向（是上升還是下降），在根據(jù)綜合位移 D1的大小來決定 Z軸的速度。一維仿形時，仿形頭只有一個退讓方向。下面加以介紹。 最后根據(jù)所算的仿形方式分配各軸的速度。通過仿形頭傳感的各軸的偏轉(zhuǎn)，由差動變壓器變換成電壓量。 經(jīng)過對仿形液壓銑床的電路機電控制系統(tǒng)的分析可知，系統(tǒng)共需要開關(guān)量實屬點數(shù)為18個，開關(guān)量輸出點數(shù)為 12個，考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟性和技術(shù)指標(biāo)，擬選用三菱公司的微型機FX2N48MR 機 型，該機基本單元有 24 個輸入點， 24 個輸出點，完全能夠滿足控制要求。在線編程需購置基選集，并配置編程軟件。在線編程是指主機和編程器各有一個 CPU，主機的 CPU完成對現(xiàn)場的控制，在每一個掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發(fā)給主機，在下一個掃描周期主機將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場進行控制。編程狀態(tài)時， CPU只為編程器服務(wù)，而不對現(xiàn)場進行 控制。所以動作不頻繁的交。例如，頻繁通斷的感性負(fù)載，應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。單對于模擬量控制系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考兩次這個問題。 I/O響應(yīng)時間選擇 PLC的 I/O響應(yīng)時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 23個掃描周期）等。在僅對開關(guān)量進行控制的系統(tǒng)中，可以用輸出總點數(shù)乘 10字 /點 +輸出總點數(shù)乘 5字 /點開估計；計數(shù)器 /定時器 (35)字 /個估計；有運算處理時按（ 510）字 /量估算；再有模擬量輸入 /輸出的提供中，可以按每個 /（或輸出）一路模擬量約（ 80100）字左右 的存儲容量估算；有通信處理時按每個接口 200字以上的數(shù)量粗略估算。如果輸出信號之間不需要隔離，則應(yīng)該選擇前兩種輸出方式的 PLC。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級。在選機型時要考慮這些問題。要先弄清楚控制系統(tǒng)的 I/O點總數(shù)，在按實際所需要點數(shù)的 15%30%流出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 PLC點數(shù)。機型的選擇可以從以下幾個方面考慮。所以全面衡量利弊、合理地選擇機型殘能達到經(jīng)濟實用的目的。 在控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較復(fù)雜（需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等）、工藝流程和產(chǎn)品改型比較頻繁、需要進行數(shù)據(jù)處理和信息管理（有數(shù)據(jù)運算、模擬量的控制、 PID調(diào)節(jié)等）、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準(zhǔn)備實現(xiàn)工廠自動化聯(lián)網(wǎng)等情況下，使用 PLC控制是很必要的。 一個企業(yè)，贏精良做到 PLC的機型統(tǒng)一。 對于一般系統(tǒng) PLC的可靠性均能滿足。 PLC是為永夜自動化設(shè)計的通用遙控器，不同檔次 PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足去應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或者高檔 PLC。 對于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)， 可選用能帶 A/D和 D/A轉(zhuǎn)換單元，具有加減算數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔 PLC。 集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠程 I/O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠程 I/O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠程 I/O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，單需要增設(shè)驅(qū)動器和遠程 I/O電源；多天 PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨立控制，又要互相聯(lián)系的場合，可以選用小型 PLC，但必須要附加通訊模塊。 仿形液壓銑床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 合肥工業(yè)大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 6 頁 共 29 頁 整體式 PLC的每一個 I/O點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小，一般用于系統(tǒng)工藝過程比較固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式 PLC的功能擴展靈活方便，在 I/O點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、 I/O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般與不交復(fù)雜的控制系統(tǒng)。選擇時主要考慮一下幾點： 。 PLC的選擇主要應(yīng)用于 PLC的機型、容量、 I/O 模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。不同型號的 PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，使用的場合也各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。這個優(yōu)點是別的控制器所不具備的，或?qū)崿F(xiàn)起來不如 PLC方便。這里，模擬量一般為 420mA的電流，或 15V的電壓；數(shù)字量為 8 位或 12 位二進制數(shù)。 。此功能在進行順序控制時非常有效。 PLC能通過移位寄存器方便地完成步進控制功能。當(dāng)計數(shù)器的當(dāng)前計數(shù)值變?yōu)?0（或設(shè)定值）或在某一數(shù)值范圍時，發(fā)出控制指令。 PLC的限時控制精度高、定時時間設(shè)定方便、靈活，同時， PLC還提供了高精度的時鐘脈沖，用于精確的定時控制。PLC可根據(jù)操作按鈕、限位開關(guān)及其他現(xiàn)場給出的指令信號或檢測信號，控制機械運動部件進行相應(yīng)的動作。這是 PLC最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，用來取代繼電器控制系統(tǒng)、實現(xiàn)邏輯控制和順序控制?？刂片F(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)按照一定規(guī)律進行動作。同時，由于用戶程序大都可以在實驗室模擬調(diào)試，調(diào)好后再將 PLC控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場進行聯(lián)機調(diào)試，使得調(diào)試方便、快捷、安全，因此大大縮短了設(shè)計和投運周期。用 PLC完成一項控制工程時，由于其硬、軟件齊全，設(shè)計和施工可同時進行。由于PLC的故障率很低，并且有完善的診斷和顯示能力，當(dāng) PLC或外部的輸入裝置及執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，如果是 PLC本身的原因，在維修時只需要更換插入式模塊及其它易損件即可，既仿形液壓銑床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 合肥工業(yè)大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 5 頁 共 29 頁 方便又減少影響生產(chǎn)的時間。使得 PLC的操作及維護都很方便。 PLC的控制程序可通過其專用的編程器輸入到 PLC 的用戶程序存貯器中。在軟件方面， PLC設(shè)置了故障檢測及自診斷程序、用來檢 測系統(tǒng)硬件是否正常，用戶程序是否正確，便于自動地做出相應(yīng)的處理，如報警、封鎖輸出、保護數(shù)據(jù)等。 PLC的輸入和輸出電路一般都用光電耦合器傳遞信號，使 CPU與外部電路完全切斷電的聯(lián)系，有效地抑制外部干擾源對 CPU的影響。絕大多數(shù)用戶都將可靠性作為選取控制裝置的首要條件，因此 PLC在硬件和軟件方面均采取了一系列的抗干擾措施。能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。 抗干擾能力強、可靠性高。當(dāng)控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)的功能時，只要改變存貯器中的控制程序即可。雖然 PLC種 類繁多，但由于其產(chǎn)品的系列化和模塊化，且軟件包齊全，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同的控制系統(tǒng)。對于小型 PLC而言，幾乎不需要任何專門的計算機知識，特別適合現(xiàn)場工程技術(shù)人員使用。 3 硬件設(shè)計 的特點及主要功能 的一般特點 編制程序簡單。 2 整體設(shè) 計 PLC 控制液壓泵電機、驅(qū)動主軸電機、驅(qū)動進給電機、驅(qū)動冷卻泵電機。它集于機械、液壓、氣動、伺服驅(qū)動、精密測量、電氣自動控制、現(xiàn)代控制理論、計算機控制等技術(shù)于一體，是一種高效率、高精度能保證加工質(zhì)量、解決工藝難題，而且又具有一定柔性的生產(chǎn)設(shè)備。因此，它是國民經(jīng)濟中具有戰(zhàn)略意義的基礎(chǔ)工業(yè)，機床的擁有量及其先進程度將直接影響到國民經(jīng)濟各部門生產(chǎn)發(fā)展和技術(shù)仿形液壓銑床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 合肥工業(yè)大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 4 頁 共 29 頁 進步的能力。機床是現(xiàn)代機械制造業(yè)中最重要的加工設(shè)備，在一般機械制造廠中，機床所擔(dān)負(fù)的加工工作量約占機械制造總工作量的 40%~~60%。如電力機床、內(nèi)燃機車、工程機械等設(shè)備。 X62W 銑床綜合了計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)、智能技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進的科學(xué)技術(shù)成果。在控制方法上，從手動控制發(fā)展到自動控制 。表 1以中擋銑床為例列出國內(nèi)外先進產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)，由此可以看到效率精度和可靠性等方面均有明顯差。這是由于歐美日等先進工業(yè)國家于 80 年代先后完成了自動機床產(chǎn)業(yè)進程，其中一些著名機床公司致力于科技創(chuàng)新和新產(chǎn)品的研發(fā)引導(dǎo)著數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展，如美國英格索爾公司和德國惠勒喜樂公司對用于汽車工業(yè)和航空工業(yè)高速數(shù)控銑床的發(fā)展日本牧野公司對高效精密加工中心所作的貢獻，德國瓦德里希公司在重型龍門五面加工銑床方 面的開發(fā)以及日本馬扎克公司研發(fā)的車銑中心對高效復(fù)合加工的推進等等。經(jīng)過九五自動車床和加工中心包括自動銑床的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地的形成，所生產(chǎn)的中檔普及型自動銑床的功能性能和可靠性方面已具有較強的市場競爭力。因此 ,繼電器本身固有的缺陷 ,給銑床的安全和經(jīng)濟運行帶來了不利影響 ,用 PLC對銑床的繼電器式控制系統(tǒng)進行改造已是大勢所趨。自動銑床控制系統(tǒng)的設(shè)計是一個很傳統(tǒng)的課題，現(xiàn)在隨著各種先進精確的諸多控制儀器的出現(xiàn)，銑床控制的設(shè)計方案也越