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鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2011
目 錄
1 前言………………………………………………………………………………1
2 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)………………………………………………………………3
2.1 總體方案論證…………………………………………………………………3
2.1.1 被加工零件的特點(diǎn)…………………………………………………………3
2.1.2 工藝路線的確定……………………………………………………………3
2.1.3 機(jī)床配置型式的選擇………………………………………………………3
2.1.4 機(jī)體的定位與夾緊…………………………………………………………4
2.2 確定切削用量…………………………………………………………………4
2.2.1 切削用量選擇………………………………………………………………5
2.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率的計(jì)算……………………………………5
2.3 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)……………………………………………………………5
2.3.1 被加工零件工序圖…………………………………………………………5
2.3.2 加工示意圖…………………………………………………………………6
2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖……………………………………………………………8
3 機(jī)床電氣控制部分的設(shè)計(jì)………………………………………………………12
3.1 機(jī)床控制方案的確定…………………………………………………………12
3.2 滑臺電機(jī)………………………………………………………………………13
3.3 機(jī)床操作面板的設(shè)計(jì)…………………………………………………………14
3.4 機(jī)床主電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………16
3.5 PLC控制部分硬件設(shè)計(jì)………………………………………………………16
3.5.1 PLC的種類…………………………………………………………………16
3.5.2 PLC各部分作用……………………………………………………………16
3.5.3 PLC型號的選擇……………………………………………………………17
3.5.4 分配輸入/輸出點(diǎn)………………………………………………………… 18
3.6 PLC控制部分軟件設(shè)計(jì)………………………………………………………20
4 結(jié)論………………………………………………………………………………21
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………22
致 謝……………………………………………………………………………23
附 錄……………………………………………………………………………24
1前言
組合機(jī)床是根據(jù)工件的加工要求，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一種高效專用機(jī)床。目前，組合機(jī)床主要用于平面加工和孔加工兩類工序。平面加工包括銑平面、锪平面、車端面；孔加工包括鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔以及倒角、切槽、攻螺紋、锪沉孔、滾壓孔等。隨著綜合自動化的發(fā)展，其工藝范圍正擴(kuò)大到車外圓、行星銑削、拉削、推削、磨削及拋光沖壓等工序。此外，還可以完成焊接、熱處理、自動裝配和檢測、清洗和零件分類及打印等非切削工作。組合機(jī)床在汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)、電機(jī)、儀器儀表、軍工及縫紉機(jī)、自行車等輕工行業(yè)大批大量生產(chǎn)中已獲得廣泛的應(yīng)用；一些中小批量生產(chǎn)的企業(yè)，如機(jī)床、機(jī)車、工程機(jī)械等制造行業(yè)中也已推廣應(yīng)用。組合機(jī)床最適宜于加工各種大中型箱體類零件，如汽缸蓋、汽缸體、變速箱體、電機(jī)座及儀表殼等零件；也可用來完成軸套類、輪盤類、叉架類和蓋板類零件的部分或全部工序的加工。
隨著市場競爭的加劇和對產(chǎn)品需求的提高，高精度、高生產(chǎn)率、柔性化、多品種、短周期、數(shù)控組合機(jī)床及其自動線正在沖擊著傳統(tǒng)的組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)，因此組合機(jī)床裝備的發(fā)展思路必須是以提高組合機(jī)床加工精度、組合機(jī)床柔性、組合機(jī)床工作可靠性和組合機(jī)床技術(shù)的成套性為主攻方向。一方面，加強(qiáng)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，提高組合機(jī)床產(chǎn)品數(shù)控化率；另一方面，進(jìn)一步發(fā)展新型部件，尤其是多坐標(biāo)部件，使其模塊化、柔性化，適應(yīng)可調(diào)可變、多品種加工的市場需求。從2002年年底第21屆日本國際機(jī)床博覽會上獲悉，在來自世界10多個(gè)國家和地區(qū)的500多家機(jī)床制造商和團(tuán)體展示的最先進(jìn)機(jī)床設(shè)備中，超高速和超高精度加工技術(shù)裝備與復(fù)合、多功能、多軸化控制設(shè)備等深受歡迎。據(jù)專家分析，機(jī)床裝備的高速和超高速加工技術(shù)的關(guān)鍵是提高機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度。該屆博覽會上展出的加工中心，主軸轉(zhuǎn)速10000～20000r/min，最高進(jìn)給速度可達(dá)20～60m/min；復(fù)合、多功能、多軸化控制裝備的前景亦被看好。在零部件一體化程度不斷提高、數(shù)量減少的同時(shí)，加工的形狀卻日益復(fù)雜。多軸化控制的機(jī)床裝備適合加工形狀復(fù)雜的工件。另外，產(chǎn)品周期的縮短也要求加工機(jī)床能夠隨時(shí)調(diào)整和適應(yīng)新的變化，滿足各種各樣產(chǎn)品的加工需求。 然而更關(guān)鍵的是現(xiàn)代通信技術(shù)在機(jī)床裝備中的應(yīng)用，信息通信技術(shù)的引進(jìn)使得現(xiàn)代機(jī)床的自動化程度進(jìn)一步提高，操作者可以通過網(wǎng)絡(luò)或手機(jī)對機(jī)床的程序進(jìn)行遠(yuǎn)程修改，對運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)控并積累有關(guān)數(shù)據(jù)；通過網(wǎng)絡(luò)對遠(yuǎn)程的設(shè)備進(jìn)行維修和檢查、提供售后服務(wù)等。在這些方面我國組合機(jī)床裝備還有相當(dāng)大的差距，因此我國組合機(jī)床技術(shù)裝備高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調(diào)可變、任意加工性以及通信技術(shù)的應(yīng)用將是今后的發(fā)展方向。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是兩端面鉸孔機(jī)床的總體設(shè)計(jì)及電氣控制部分設(shè)計(jì)。根據(jù)被加工零件需要鉸孔的位置、加工精度等主要的設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理和工作上可靠的雙面鉸孔的組合機(jī)床。而多軸箱是組合機(jī)床的重要組成部件，它是選用通用部件，按專用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的。多軸箱的用途是根據(jù)被加工零件的加工要求用于布置機(jī)床主軸及其傳動零件和相應(yīng)的附加機(jī)構(gòu)，通過按一定速比排布傳動齒輪，把動力和運(yùn)動從動力箱傳給各工作主軸，使之得到所要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。
課題來源于高精機(jī)電裝備有限公司。為了擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，提高效率，并進(jìn)一步提高加工精度，該廠需要設(shè)計(jì)出兩端面鉸孔的組合機(jī)床來彌補(bǔ)原有機(jī)床的不足。本設(shè)計(jì)的基本思路是，首先對被加工零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行工藝性分析,確定整體的設(shè)計(jì)方案，提出一種可行性比較高的設(shè)計(jì)方案；再進(jìn)行組合機(jī)床方案圖樣文件設(shè)計(jì)：被加工零件加工工序圖，加工示意圖，機(jī)床聯(lián)系尺寸圖。電氣部分的控制設(shè)計(jì)是一個(gè)非常關(guān)鍵的部分。首先在完成對組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，繪制了電路圖；編制電氣控制部分的PLC程序；繪制了PLC輸入/輸出端子接線圖；接著在PLC仿真器上進(jìn)行仿真，本次設(shè)計(jì)的組合機(jī)床能同時(shí)加工兩個(gè)端面，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強(qiáng)度，從而降低了零件的加工成本，使產(chǎn)品的合格率上升，增加產(chǎn)量，適應(yīng)市場競爭的需要，提高經(jīng)濟(jì)效益。
2 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)
組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)要注重工件及其加工的工藝分析，制訂出合理的工藝方案，才能設(shè)計(jì)出合理的專用機(jī)床。根據(jù)指定的加工要求，提出若干個(gè)工藝方案，選擇最優(yōu)的。工藝方案的確定決定了專用機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能、運(yùn)動、傳動、布局等一系列問題。所以，工藝方案設(shè)計(jì)是專用機(jī)床的重要環(huán)節(jié)。
2.1 總體方案論證
2.1.1 被加工零件的特點(diǎn)
本次設(shè)計(jì)的組合機(jī)床的加工對象為機(jī)體，材料是HT250, 硬度為HB168～251。
2.1.2 工藝路線的確定
a．主軸快進(jìn)。
b．主軸工進(jìn)，兩端面同時(shí)鉸雙孔（φ12）。
c．主軸快退。
d．最終檢驗(yàn)。
具體加工內(nèi)容及加工精度是：
A. 左側(cè)面上鉸2個(gè)孔，直徑為mm，深為mm。
B. 右側(cè)面上鉸2個(gè)孔，直徑為mm，深為mm。
2.1.3 機(jī)床配置型式的選擇
機(jī)床的配置型式有立式和臥式兩種，如圖2-1、2-2所示。
立式機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，自由度大，操作方便，其缺點(diǎn)是機(jī)床重心高，振動大。臥式機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)是加工和裝配工藝性好，振動小，運(yùn)動平穩(wěn)，機(jī)床重心較低，精度高，安裝方便，其缺點(diǎn)是削弱了床身的剛性，占地面積大。機(jī)床的配置型式在很大程度上取決于被加工零件的大小、形狀及加工部位等因素。
圖2-1 立式組合機(jī)床結(jié)構(gòu)
圖2-2 臥式組合機(jī)床結(jié)構(gòu)
臥式機(jī)床多用于加工孔中心線與定位基準(zhǔn)面平行的情況，而立式機(jī)床則適用于加工定位基面是水平的，而加工的孔與基面相垂直的工件?？紤]到機(jī)體的結(jié)構(gòu)為臥式長方體，從裝夾的角度來看，臥式平放比較方便，也減輕了工人的勞動強(qiáng)度。
通過以上的比較，考慮到臥式機(jī)床振動小，裝夾方便等因素，選用臥式組合機(jī)床。
2.1.4 機(jī)體的定位與夾緊
A.定位基準(zhǔn)的選擇
箱體類零件可有兩種定位方法：“一面雙孔”定位法和“三平面”定位法。這里采用后者。這兩種方法一般都采用箱體設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，即箱體在機(jī)器中的主要安裝面----底面，還有另外兩面右側(cè)面和后面。本機(jī)床加工時(shí)采用的定位方式是“三平面”定位，以底面為定位基準(zhǔn)面，用兩塊條形支承板限制三個(gè)自由度，即不能上、下移動，不能繞x、y軸轉(zhuǎn)動；左面用一塊條形支承板限制兩個(gè)自由度，即不能左、右移動，不能饒z軸轉(zhuǎn)動；后面用一個(gè)支承釘限制剩下的一個(gè)自由度，即不能前、后移動。
B.確定夾緊位置
為減少和避免機(jī)體在夾壓力的作用下的變形，影響加工精度，這里不單從上面壓緊箱體，而采用上面壓緊與底座加緊相結(jié)合的辦法以減少機(jī)體變形。
2.2 確定切屑用量
在組合機(jī)床工藝方案確定過程中，工藝方法和切削用量選擇是否合理，對組合機(jī)床的加工精度，生產(chǎn)率，刀具耐用度，機(jī)床的結(jié)構(gòu)形式及工作可靠性均有較大的影響。
組合機(jī)床切削用量的選擇需要以下幾個(gè)方面:
A.在大多情況下，組合機(jī)床為多軸、多刀、多面同時(shí)切削，因此，切削用量比一般萬能機(jī)床單刀加工低30%左右。
B.組合機(jī)床通常用動力滑臺來帶動刀具進(jìn)給，由于多軸箱上同時(shí)工作的刀具種類不同且直徑大小不同，其切削用量也各有特點(diǎn)。因此，一般先按各刀具選擇較合理的切削速度v(m/min) 和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f(mm/r)，再根據(jù)其中工作時(shí)間最長，負(fù)荷最重，刃磨較困難的刀具來確定并調(diào)整每轉(zhuǎn)進(jìn)給量和轉(zhuǎn)速，通常用試湊法來滿足每分鐘進(jìn)給量相同的要求。參照文獻(xiàn)[1]
即 （2-1）
C.在選擇切削用量時(shí)要注意既要保證生產(chǎn)批量要求，又要保證刀具一定的耐用度。
D.選擇切削用量時(shí)，還須考慮可選動力滑臺的性能。
2.2.1切削用量選擇
對于4個(gè)被加工孔，采用查表法選擇切削用量，從文獻(xiàn)[1]的第131頁表6-14中選取。
A．左側(cè)面上2個(gè)孔的切削用量的選擇
孔1～孔2 2個(gè)直徑12mm孔，L=15mm
由d在11～15之間，硬度168～251HBS，選擇v=2～6m/min,f=0.5～1mm/r ,初選v=4m/min,f=0.8mm/r,又d=11.8mm，則由公式
(2-2)
得：n=108r/min
B．右側(cè)面上2個(gè)孔的切削用量的選擇
孔3～孔4 2個(gè)直徑12mm孔，L=15mm
由d在11～15之間，硬度168～251HBS，選擇v=2～6m/min,f=0.5～1mm/r,初選v=4m/min,f=0.8mm/r, 又d=11.8mm，則由公式(2-2) 得：n=106.10 r/min。
2.2.2切削力、切削扭矩及切削功率的計(jì)算
根據(jù)文獻(xiàn)[1] 第134頁表6-20中的公式計(jì)算：
(2-3)
(2-4)
(2-5)
式中，F(xiàn)表示切削力（N），T表示切削轉(zhuǎn)矩（N·㎜），P表示切削功率（kW），
v表示切削速度（m/min）,f表示進(jìn)給量（mm/r）, 表示背吃刀量，取=0.1mm，D表示加工（或鉆頭）直徑（mm），HB表示布氏硬度，取HB=233。
由公式(2-3)、(2-4)、(2-5)可得：F=13.99N，T=4490.84 N·㎜，P=0.049kW。
2.3 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)
2.3.1 被加工零件工序圖
被加工零件工序圖是根據(jù)制訂的工藝方案，表示所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定位基準(zhǔn)、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機(jī)床加工前加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設(shè)計(jì)研制合同外，它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的具體依據(jù)，也是制造、使用、調(diào)整和檢驗(yàn)機(jī)床精度的重要文件。被加工零件工序圖是在被加工零件圖基礎(chǔ)上，突出本機(jī)床或自動線的加工內(nèi)容，并作必要的說明而繪制的。該機(jī)體的加工工序圖如圖2-3所示。
圖2-3 機(jī)體加工工序圖
2.3.2 加工示意圖
加工示意圖是在工藝方案和總體方案初步確定的基礎(chǔ)上繪制的。是表達(dá)工藝方案具體內(nèi)容的機(jī)床工藝方案圖。它是設(shè)計(jì) 、輔具、夾具、多軸箱和液壓、電氣系統(tǒng)以及選擇動力部件、繪制機(jī)床總聯(lián)系尺寸圖的主要依據(jù)；是對機(jī)床總體布局和性能的原始要求；也是調(diào)整機(jī)床和刀具所必需的重要技術(shù)文件。
加工示意圖反映了機(jī)床的加工過程和加工方法，并決定浮動夾頭或接桿的尺寸，鏜桿長度，刀具種類和數(shù)量，刀具長度及加工尺寸，主軸尺寸及伸出長度、主軸、刀具、導(dǎo)向與工件間的聯(lián)系尺寸等，根據(jù)機(jī)床要求的生產(chǎn)率及刀具特點(diǎn)，合理地選擇切削用量，決定動力頭的工作循環(huán)。
2.3.2.1 刀具的選擇
參考文獻(xiàn)[2]第89頁到95頁，根據(jù)被加工零件的材料需加工孔的直徑深度等參數(shù)選則刀齒數(shù)為6的莫式錐柄機(jī)用鉸刀，鉸刀d=12mm,L=182mm,l=44mm餃柄的莫式圓錐1號。
2.3.2.2 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇
參考文獻(xiàn)[1]第174頁到177頁，本課題中加工4個(gè)孔時(shí)，考慮到當(dāng)導(dǎo)套磨損時(shí)，便于更換，導(dǎo)向裝置選用可換導(dǎo)套。
2.3.2.3 確定主軸、尺寸、外伸尺寸
在該課題中，主軸用于鉸孔，選用滾珠軸承主軸。又因?yàn)楦涌^與刀具剛性連接，所以該主軸屬于長主軸。故本課題中的主軸均為滾珠軸承長主軸。
查文獻(xiàn)[1]43頁表3-4
d= (2-6)
式中：d——軸的直徑；
T——軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（N·m）；
B——系數(shù)（取B=6.2）。
由公式(2-6)得d=28.54mm，按標(biāo)準(zhǔn)系列調(diào)整取d=30mm。由文獻(xiàn)[1]表3-6，查得臥式主軸箱主軸外伸長度L=115mm , D/d=50/36。
2.3.2.4 選擇接桿
在鉆、擴(kuò)、鉸孔及倒角等加工小孔時(shí)，通常都采用接桿（剛性接桿）。因?yàn)橹鬏S箱各主軸的外伸長度和刀具均為定值，為保證主軸箱上各刀具能同時(shí)到達(dá)加工終了位置，須采用軸向可調(diào)整的接桿來協(xié)調(diào)各軸的軸向長度，以滿足同時(shí)加工完成孔的要求。查文獻(xiàn)[1]P169～P171頁，選特長可調(diào)接桿。
2.3.2.5 動力部件工作循環(huán)及行程的確定
A．工作進(jìn)給長度的確定
工作進(jìn)給長度,應(yīng)等于加工部位長度L（多軸加工時(shí)按最長孔計(jì)算）與刀具切入長度和切出長度之和。切入長度一般為5～10㎜，根據(jù)工件端面的誤差情況確定。兩個(gè)面上鉸孔時(shí)的工作進(jìn)給長度見下表：
表2-1 工作進(jìn)給長度（單位：mm）
L
d
左主軸箱
15
15
12
0
30
15
15
12
0
30
右主軸箱
15
15
12
0
30
15
15
12
0
30
B．進(jìn)給長度的確定
快速進(jìn)給是指動力部件把刀具送到工作進(jìn)給位置。初步選定主軸箱上刀具的快速進(jìn)給長度為170㎜。
C．快速退回長度的確定
快速退回長度等于快速進(jìn)給和工作進(jìn)給長度之和。由已確定的快速進(jìn)給和工作進(jìn)給長度可知，二面快速退回長度為200mm。
D．動力部件總行程的確定
動力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。兩面的前備量取20㎜，后備量取180㎜，則總行程為400㎜。
2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
機(jī)床聯(lián)系尺寸圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù)，并按初步選定的主要通用部件以及確定的專用部件的總體結(jié)構(gòu)而繪制的。該機(jī)床的尺寸聯(lián)系圖如圖2-4所示。
圖2-4 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
2.3.3.1 選擇動力部件
動力部件的選擇主要是確定動力箱和動力滑臺。
A.選用滑臺形式
滑臺型式一般分為液壓滑臺和機(jī)械滑臺，液壓滑臺與機(jī)械滑臺由于采用的傳動裝置不同，因而在性能、使用及維修等方面各有特點(diǎn)。目前，這兩種滑臺都得到廣泛的應(yīng)用。
根據(jù)文獻(xiàn)[1]P18頁表2-4，它們的優(yōu)缺點(diǎn)比較如下：
表2-2液壓滑臺與機(jī)械滑臺的優(yōu)缺點(diǎn)
液壓滑臺
機(jī)械滑臺
優(yōu)
點(diǎn)
1.在相當(dāng)大的范圍內(nèi)進(jìn)給量可以無級調(diào)速。
1.進(jìn)給量穩(wěn)定，慢速無爬行，高速無振動，可以降低加工工件的表面粗糙度。
2.可以獲得較大的進(jìn)給力。
2.具有較好的抗沖擊能力，斷續(xù)切削、鉆頭鉆通孔將要出口時(shí)，不會因沖擊而損壞刀具。
3.由于液壓驅(qū)動零件磨損小，使用壽命長。
3.運(yùn)行安全可靠，易發(fā)現(xiàn)故障，調(diào)整維修方便。
4.工藝上要求多次進(jìn)給時(shí)，通過液壓換向閥，很容易實(shí)現(xiàn)。
4.沒有液壓驅(qū)動管路泄露、噪聲和液壓站占地的問題。
5.過載保護(hù)簡單可靠。
6.由行程調(diào)速閥來控制滑臺的快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，轉(zhuǎn)換精度
高，工作可靠。
缺
點(diǎn)
1.進(jìn)給量由于載荷的變化和溫度的影響而不夠穩(wěn)定。
1.只能有級變速，變速比較麻煩。
2.液壓系統(tǒng)的漏油影響工作環(huán)境，浪費(fèi)能源。
2.一般沒有可靠的過載保護(hù)。
3.調(diào)整維修比較麻煩。
3.快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)換位置精度較低。
經(jīng)比較，本組合機(jī)床選用機(jī)械滑臺。
B.選機(jī)械滑臺型號
每種規(guī)格的動力滑臺有其最大進(jìn)給力F進(jìn)的限制。根據(jù)選定的切削用量計(jì)算得到的單根主軸的進(jìn)給力，按文獻(xiàn)[1]第62頁公式：
（2-6）
式中，—各主軸所需的軸向切削力，單位為N。
左主軸箱、右主軸箱 ==2F==27.98N
實(shí)際上,為克服滑臺移動引起的摩擦阻力，動力滑臺的進(jìn)給力應(yīng)大于。又考慮到所需的最小進(jìn)給速度、切削功率、行程、主軸箱輪廓尺寸等因素，為了保證工作的穩(wěn)定性，再查看文獻(xiàn)[1] P96頁表5-5得F=2500N，所以選擇機(jī)械滑臺的型號為：1HJ32，選擇的行程為：400mm，臺面寬度：320mm，臺面長度：630mm；配套的側(cè)底座型號為：1CC321。
C.選擇動力箱型號
由切削用量計(jì)算得到的各主軸的切削功率的總和，根據(jù)文獻(xiàn)[1]公式:
(2-7)
式中, —消耗于各主軸的切削功率的總和（kW）；
—多軸箱的傳動效率,加工黑色金屬時(shí)取0.8～0.9，加工有色金屬時(shí)取0.7～0.8；主軸數(shù)多、傳動復(fù)雜時(shí)取小值，反之取大值。本課題中，被加工零件材料為灰鑄鐵，屬黑色金屬，左面主軸數(shù)量較多、傳動復(fù)雜，故取=0.8，右面主軸數(shù)量不多、傳動不復(fù)雜，故取=0.9，右面主軸數(shù)量不多、傳動不復(fù)雜，故取=0.9。
=2P==0.098kW
=0.11kW
查文獻(xiàn)[1] 第114～115頁表5-38得出動力箱及電動機(jī)的型號。
表2-3 動力箱及電動機(jī)的型號選擇
動力箱型號
電動機(jī)型號
電動機(jī)功率(kW)
電動機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)
輸出軸轉(zhuǎn)速(r/min)
左主軸箱
1TD32Ⅳ
Y100L-6
1.5
940
470
右主軸箱
1TD32Ⅳ
Y100L-6
1.5
940
470
2.3.3.2 確定機(jī)床裝料高度H
裝料高度是指機(jī)床上工件的定位基準(zhǔn)面到地面的垂直距離。本課題中，工件最低孔位置h=145mm，所選滑臺與滑座總高為280mm，側(cè)底座高度為560mm，取裝料高度為H=860mm。
2.3.2 夾具輪廓尺寸的確定
裝卸工件是在機(jī)床外面完成的，夾具在裝卸工件時(shí)可拉近拉出。在此主要確定夾具的長、寬、高尺寸，工件的輪廓尺寸和形狀尺寸是確定夾具底座輪廓尺寸的基本依據(jù)。具體要考慮布置工件的定位、限位、夾緊機(jī)構(gòu)、刀具導(dǎo)向裝置以及夾具底座排屑和安裝等方面的空間和面積需要。
2.3.3.2 確定中間底座尺寸
中間底座支撐著夾具體，按需要取長為800mm，寬和高分別取標(biāo)準(zhǔn)值為1250mm和560mm尺寸。
2.3.3.3 確定主軸箱輪廓尺寸
主要需確定的尺寸是主軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度，可按下式計(jì)算：
（2-8）
（2-9）
式中，—工件在寬度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（㎜）；
—最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（㎜）；
—工件在高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（㎜）；
—最低主軸高度（㎜）。
對于臥式組合機(jī)床， h1要保證潤滑油不致從主軸襯套處泄漏箱外，通常推薦，本組合機(jī)床按式
（2-10）
計(jì)算，得：h=145+900-（0.5+280+560）=164.5mm
取，則求出主軸箱輪廓尺寸：
B=60+2100=260mm
H=0+164.5+100=264.5mm
根據(jù)上述計(jì)算值,按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，最后確定主軸箱輪廓尺寸為B×H=400㎜×400㎜。
3 機(jī)床電氣控制部分的設(shè)計(jì)
3.1 機(jī)床控制方案的確定
本課題是對機(jī)體加工專用機(jī)床電氣控制部分設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)分為機(jī)床電路部分和控制系統(tǒng)部分。
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體要求，通過總體方案的選用，選擇PLC實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸、夾具、滑臺的調(diào)整和整機(jī)循環(huán)動作控制，主要內(nèi)容有：
a. 根據(jù)機(jī)床的總體電氣控制要求，繪制機(jī)床總體電氣分布圖；
b. 按照儀表面板要求，進(jìn)行操作臺面板的設(shè)計(jì)；
c. 進(jìn)行主電路設(shè)計(jì)，繪制控制系統(tǒng)的電路圖；
d. 選定PLC的型號，分配輸入/輸出點(diǎn)，繪制PLC輸入/輸出端子接線圖；
e. 進(jìn)行PLC編程，編制機(jī)床主軸、滑臺、夾具的調(diào)整和整機(jī)循環(huán)的動作程序。
本機(jī)床要加工的對象為機(jī)體,材料是HT250,硬度為HB168-251,加工內(nèi)容為兩端面鉸Φ12的孔各兩個(gè)。其加工循環(huán)包括人工上料—液壓夾緊工件—快進(jìn)移至加工位置—工進(jìn)加工—快退至原位—液壓松開工件—下料,分別能實(shí)現(xiàn)調(diào)整、單循環(huán)、總循環(huán)三種工作方式。由PLC接受各端口信號，自動運(yùn)算，保證機(jī)床的各操作正常有序。
根據(jù)機(jī)體加工專用機(jī)床加工需要以及滿足零件加工的各項(xiàng)工藝要求，對機(jī)床的操作臺進(jìn)行按鈕設(shè)計(jì)以及按鈕之間的布置。并且減少按鈕的使用量。
機(jī)床的主要功能包括可手動調(diào)整各工作臺的位置，主軸的運(yùn)作，滑臺的點(diǎn)動，液壓泵的運(yùn)作，夾具的夾緊及松開,托盤的抬起落下；以及可以單循環(huán)，總循環(huán)加工零件并添加滑臺復(fù)位功能使機(jī)床能快速復(fù)位，節(jié)約時(shí)間，提高效率；為保證安全也提供急停功能使機(jī)床能迅速停止動作，保證安全運(yùn)行。其各功能使用方式及目的安排如下：
(a)調(diào)整工作方式需要人為按下操作面板上的按鈕，進(jìn)行對設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，對被控制對象進(jìn)行點(diǎn)動調(diào)整，達(dá)到操作者的操作要求，是循環(huán)工作方式的輔助方式。
(b)單循環(huán)工作方式就是PLC要對工件單工位循環(huán)加工進(jìn)行控制，此運(yùn)行方式特點(diǎn)是可以根據(jù)生產(chǎn)需要，選擇特定被控制對象進(jìn)行PLC控制，靈活、可靠。
(c)總循環(huán)工作方式總循環(huán)是控制系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式。該運(yùn)行方式的主要特點(diǎn)是在系統(tǒng)工作過程中，系統(tǒng)按照給定的程序自動完成被控對象的動作，不需要人工干預(yù)(除了人工上料和人工下料)。
(e)滑臺復(fù)位按鈕可以自動使滑臺回到原位，等待操作。
(f)急停按鈕在緊急狀態(tài)下按下，使PLC電路各輸出端停止輸出，機(jī)床停止運(yùn)作。
根據(jù)機(jī)床的控制要求，選出以下三種控制方案。
方案一：可編程控制器（PLC）控制?？删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械的生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。
PLC特點(diǎn)性能高，抗干擾能力強(qiáng)；編程簡單易學(xué)；設(shè)計(jì)、安裝容易，調(diào)試周期短，維護(hù)簡單；模塊品種豐富，通用性好，功能強(qiáng)大；體積小，能耗低。
方案二：單片機(jī)控制。單片機(jī)，亦稱單片微電腦或單片微型計(jì)算機(jī)。它是把中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、輸入/輸出端口(I/O)等主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。這種微型計(jì)算機(jī)因其制作在一塊芯片上而被稱為單片機(jī)。單片機(jī)是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。單片機(jī)具有性能高、速度快、體積小、價(jià)格低、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛、通用性強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)。
單片機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要是增強(qiáng)“控制”能力，滿足實(shí)時(shí)控制（就是快速反應(yīng)）方面的需要。因此，它在硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、I/O端口、功率消耗及可靠性等方面均有其獨(dú)特之處，其最顯著的特點(diǎn)之一就是具有非常有效的控制功能。因此，單片機(jī)又常常被人稱為微控制器（MCU或μC）。
方案三：繼電器控制。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。
對以上三種方案進(jìn)行比較如下：
方案一控制與方案二控制比較，前者主要用于工業(yè)控制，適用于工程現(xiàn)場環(huán)境，控制強(qiáng)電設(shè)備，程序設(shè)計(jì)簡單易學(xué)，價(jià)格便宜。
方案一控制與方案三控制比較。控制邏輯：前者體積小，連線少，控制靈活，易于擴(kuò)展，后者接線較多，體積大，連線復(fù)雜，修改困難?？刂扑俣龋呵罢弑群笳邉幼魉俣瓤欤粫霈F(xiàn)觸點(diǎn)抖動。限時(shí)控制：前者比后者精度高，受環(huán)境溫度影響小。設(shè)計(jì)與施工：前者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，現(xiàn)場施工與程序設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行，周期短，調(diào)試修改方便，后者設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試必須按順序進(jìn)行，周期長，修改困難。
綜上比較，方案一控制可靠，易維護(hù)，易擴(kuò)展，價(jià)格適中，設(shè)計(jì)與施工簡單方便，其最能滿足該機(jī)床完成滑臺、主軸和夾具之間的調(diào)整和整機(jī)循環(huán)的順序動作。
因此，總體方案選用方案一控制，即PLC控制。
3.2 滑臺電機(jī)
機(jī)床的滑臺的工進(jìn)電機(jī)和快速電機(jī)的選用（以下單位均為mm）。
左滑臺和右滑臺（HJ32）長630，寬320，行程400；
左滑臺和右滑臺導(dǎo)軌長1070；
左滑臺和右滑臺的底座長1180，寬520；
行程開關(guān)SQ1-SQ10選用的是LX0-001型行程開關(guān)。操作臺選用JBL-22。電控柜為AMF-1864。
左滑臺工進(jìn)電機(jī)M3：Y802-4,功率0.75kW,額定電流2.01A,轉(zhuǎn)速1390 r/min；
左滑臺快速電機(jī)M4：Y90L-4,功率1.5kW,額定電流3.65A,轉(zhuǎn)速1400r/min；
右滑臺工進(jìn)電機(jī)M5：Y802-4,功率0.75kW,額定電流2.01A,轉(zhuǎn)速1390 r/min；
右滑臺快速電機(jī)M6：Y90L-4,功率1.5kW,額定電流3.65A,轉(zhuǎn)速1400r/min。
3.3 機(jī)床操作面板的設(shè)計(jì)
根據(jù)儀表面板要求，設(shè)計(jì)操作按鈕板的尺寸如下：
a.操作按鈕板總體尺寸：450×300×6（mm）；
b.按鈕板中的按鈕尺寸：Φ22.5（其中包括按鈕，指示燈以及旋鈕共22個(gè)）；
c.按鈕板開關(guān)字體均為7號字體，字頭與按鈕之間距離為23mm。
根據(jù)機(jī)體加工專用機(jī)床加工需要以及滿足零件加工的各項(xiàng)工藝要求，對機(jī)床的操作臺進(jìn)行按鈕設(shè)計(jì)以及按鈕之間的布置。并且減少按鈕的使用量。
設(shè)計(jì)的按鈕具體功能以及機(jī)床的操作順序說明如下：
合上空氣開關(guān),按“電源”按鈕,電源接通,“電源”指示燈亮,將“液壓站開/?！毙o打至“開”,可以進(jìn)行機(jī)床主軸、滑臺及夾具的調(diào)整和整機(jī)循環(huán)。
A.調(diào)整
a.將“調(diào)整/循環(huán)”旋鈕開關(guān)打至“調(diào)整”。
b.按“主軸轉(zhuǎn)動”按鈕,分別實(shí)現(xiàn)相應(yīng)主軸的點(diǎn)動。
c.按“滑臺快進(jìn)”按鈕、“滑臺工進(jìn)”按鈕、“滑臺快退”按鈕,分別可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)滑臺的點(diǎn)快進(jìn)、點(diǎn)工進(jìn)、點(diǎn)快退。
d.按“夾緊”按鈕、“松開”按鈕,分別可以使夾具夾緊缸夾緊、松開。
e.按“托盤抬起（落下）”按鈕,分別可以實(shí)現(xiàn)托盤的點(diǎn)動抬起、落下。
f.按“急?！卑粹o，可以使正在運(yùn)轉(zhuǎn)的滑臺電機(jī)以及主軸電機(jī)全部停止工作，從而能應(yīng)對一些緊急的情況，避免一些不必要的破壞。
B.循環(huán)
a.將“調(diào)整/循環(huán)”旋鈕開關(guān)打至“循環(huán)”。
b.所有滑臺均處于原位時(shí),裝料,按“循環(huán)啟動”按鈕,電磁閥-YV3得電，托盤落下。
c托盤落下到位后，壓力繼電器-SP3發(fā)訊，電磁閥-YV1得電，夾具夾緊。
d.夾具夾緊后，壓力繼電器-SP1發(fā)訊，冷卻泵、沖屑泵同時(shí)啟動，左右滑臺快進(jìn)，同時(shí)主軸轉(zhuǎn)動。
e.滑臺壓合工進(jìn)行程開關(guān)，滑臺轉(zhuǎn)為工進(jìn),進(jìn)行工件加工。
f.加工結(jié)束后,工進(jìn)結(jié)束行程開關(guān)發(fā)訊,左、右滑臺快退。
g.左、右滑臺快退至原位后，主軸停，冷卻泵停，夾具夾緊松開。
h.夾具松開壓力繼電器-SP2發(fā)訊，沖屑泵停托盤抬起。
j.卸料，至此，完成一個(gè)工作循環(huán)。
3.4 機(jī)床主電路的設(shè)計(jì)
圖3-1機(jī)床主電路
低壓斷路器QF1-QF6作電動機(jī)過載保護(hù)。
接觸器KM1通電，主觸頭閉合，左主軸電機(jī)得電，左主軸轉(zhuǎn)動。
接觸器KM2通電，主觸頭閉合，右主軸電機(jī)得電，右主軸轉(zhuǎn)動。
接觸器KM3通電，主觸頭閉合，左滑臺工進(jìn)電機(jī)得電，左滑臺工進(jìn)。
接觸器KM41通電，主觸頭閉合，左滑臺快進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，左滑臺快進(jìn)。
接觸器KM42通電，主觸頭閉合，左滑臺快進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，左滑臺快退。
接觸器KM5通電，主觸頭閉合，右滑臺工進(jìn)電機(jī)得電，右滑臺工進(jìn)。
接觸器KM61通電，主觸頭閉合，右滑臺快進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，右滑臺快進(jìn)。
接觸器KM62通電，主觸頭閉合，右滑臺快進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，右滑臺快退。
主電路分為電源保護(hù)、電源開關(guān)、變壓器保護(hù)、變壓器、工作燈、指示燈、控制電源、總電源控制、左主軸電機(jī)、右主軸電機(jī)、左滑臺工進(jìn)電機(jī)、左滑臺快速電機(jī)、右滑臺工進(jìn)電機(jī)、右滑臺快速電機(jī)、液壓站電機(jī)集中潤滑裝置和熱交換器等部分。
熔斷器FU起電路短路保護(hù)，即當(dāng)電路中出現(xiàn)短路故障時(shí)，熔斷器的熔體立即熔斷，切斷電源，使電路中元件免受損壞。
低壓斷路器QF～QF23在電路中主要用作電動機(jī)的過載保護(hù)。電動機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，如果長期超載、頻繁啟動、欠電壓或斷相運(yùn)行等都可能使電動機(jī)的電流超過其額定植，如果超過值并不大，熔斷器在這種情況在會熔斷，這樣將引起電動機(jī)過熱，損壞繞組的絕緣，縮短電動機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至燒壞電動機(jī)。
電動機(jī)通過繼電器KM1～KM9線圈得電，其主觸頭閉合，則左主軸電機(jī)、右主軸電機(jī)、左滑臺工進(jìn)電機(jī)、左滑臺快速電機(jī)、右滑臺工進(jìn)電機(jī)、右滑臺快速電機(jī)、液壓站電機(jī)等分別轉(zhuǎn)動。主觸頭KM41、KM61分別和KM42、KM62之間稱為互鎖觸點(diǎn)，前者主觸頭閉合實(shí)現(xiàn)相應(yīng)電機(jī)的正轉(zhuǎn)（相應(yīng)滑臺前進(jìn)），后者主觸頭閉合實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的電機(jī)反轉(zhuǎn)（相應(yīng)滑臺后退）。
交流控制電路有36、127、220、380V等規(guī)格，電路結(jié)構(gòu)簡單的可使用220V或380V電源，電路復(fù)雜，故障多發(fā)，選用低壓電源，但須經(jīng)變壓器降壓獲得。電源插座的220V交流電是通過TC 400VA變壓器把380V的工廠交流電壓降壓得來。
3.5 PLC控制部分硬件的設(shè)計(jì)
3.5.1 PLC的種類
PLC是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)基本相同。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式和組合式兩類。
整體式PLC是將中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機(jī)。另外還有獨(dú)立的I/O擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。主機(jī)中，CPU是PLC的核心，I/O單元是連接CPU與現(xiàn)場設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于PLC與編程器和上位機(jī)等外部設(shè)備的連接。
組合式PLC將CPU單元、輸入單元、輸出單元、智能I/O單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。裝有CPU單元的底板稱為CPU底板，其它稱為擴(kuò)展底板。CPU底板與擴(kuò)展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過10m。
無論哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。
3.5.2 PLC各部分的作用
A.中央處理單元（CPU）
CPU在PLC中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，它是PLC的運(yùn)算、控制中心。
B.存儲器
根據(jù)存儲器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下3種：
a.系統(tǒng)程序存儲器：和各種計(jì)算機(jī)一樣，PLC也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了PLC的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲器就是用來存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲器為只讀存儲器ROM或EPROM。
b.用戶程序存儲器：用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲器中。由于用戶程序需要經(jīng)常改動、調(diào)試，故用戶程序存儲器多為可隨時(shí)讀寫的RAM。由于RAM掉電會丟失數(shù)據(jù)，因此使用RAM作用戶程序存儲器的PLC，都有后備電池（鋰電池）保護(hù)RAM，以兔電源掉電時(shí)，丟失用戶程序。當(dāng)用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動時(shí)，可將用戶程序?qū)懭隕PROM。目前較先進(jìn)的PLC（如歐姆龍公司的CPMIA型PLC）采用快閃存儲器作用戶程序存儲器，快閃存儲器可隨時(shí)讀寫，掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會丟失，不需用后備電池保護(hù)。
c.工作數(shù)據(jù)存儲器：工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲在RAM中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。
元件映象寄存器用來存儲PLC的開關(guān)量輸入/輸出和定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的ON/OFF狀態(tài)。
數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它的標(biāo)準(zhǔn)格式是每一個(gè)數(shù)據(jù)占一個(gè)字。它存儲用戶程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值，如定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值和設(shè)定值。它還用來存放All3轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。
根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在停電時(shí)用后備電池維持其當(dāng)前值，在停電時(shí)可以保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。
C.I/O單元
I/O單元也稱為I/O模塊。PLC通過I/O單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。輸入單元接收操作指令和現(xiàn)場的狀態(tài)信息，加控制按鈕、操作開關(guān)和限位開關(guān)、光電管、繼電器觸點(diǎn)、行程開關(guān)、接近開關(guān)等信號，并通過輸入電路的濾波、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換等將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的信號。輸出單元將CPU送出的弱電控制信號通過輸出電路的光電隔離和功率放大等轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動接觸器、電磁閥、電磁鐵等執(zhí)行元件。
3.5.3 PLC的型號的選擇
由于 PLC 的高性能和高可靠性，目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，并從單純的邏輯控制發(fā)展為集邏輯控制、過程控制、伺服控制、數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信功能于一體的多功能控制器，并結(jié)合機(jī)床的生產(chǎn)實(shí)際選用市場上廣泛使用技術(shù)成熟品種多樣的三菱系列PLC。
FX2N系列是三菱PLC中性能最好的，其主要優(yōu)點(diǎn)有：一個(gè)程序包的單元型可編程控制器，采用裝卸式端子臺，內(nèi)裝RUN/STOP開關(guān)、程序存儲器、鐘表功能，RUN寫入，元件注解，利用鍵盤保護(hù)程序，豐富的輸出入擴(kuò)展設(shè)備，豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備，用SFC表現(xiàn)的編程，簡便的應(yīng)用指令群，高速處理等優(yōu)點(diǎn)并結(jié)合機(jī)床的生產(chǎn)環(huán)境以及其所需要的高可靠性所以選擇FX2N系列PLC。
該機(jī)床由PLC組成的電控系統(tǒng)共有各種輸入信號為33個(gè)，輸出信號為24個(gè)。
三菱FX2N-80MR-001型PLC的輸入和輸出點(diǎn)數(shù)各為40，輸入輸出點(diǎn)數(shù)總數(shù)為80，可滿足輸入輸出信號的數(shù)量要求，以及備用量的要求。
三菱FX2N-80MR型PLC特性：超高速的運(yùn)算速度，50%小型化設(shè)計(jì)，程序容量：內(nèi)置8KSTEPRAM,最大可擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。
綜上所述，選用三菱FX2N-80MR-001型號PLC。
3.5.4分配輸入/輸出點(diǎn)
三菱FX2N系列可編程序控制器的內(nèi)部資源：各種不同型號和檔次的PLC具有不同數(shù)量和功能的內(nèi)部資源，但構(gòu)成PLC基本特征的內(nèi)部軟元件是類似的?，F(xiàn)介紹FX2N系列PLC其內(nèi)部資源，并分配輸入/輸出點(diǎn),如表3-1和表3-2。
表3-1 輸入信號地址分配表
序號
地址
功 能
序號
地址
功 能
0
X0
調(diào)整
17
X21
循環(huán)停止
1
X1
液壓站開
18
X22
總電源
2
X2
冷卻泵開
19
X23
急停
3
X3
沖屑泵開
20
X27
左滑臺原位
4
X4
左軸轉(zhuǎn)動
21
X30
左滑臺工進(jìn)
5
X5
右軸轉(zhuǎn)動
22
X31
左滑臺工進(jìn)結(jié)束
6
X6
左滑臺快進(jìn)
23
X32
左滑臺后退極限
7
X7
左滑臺工進(jìn)
24
X33
左滑臺死擋鐵
8
X10
左滑臺快退
25
X36
右滑臺原位
9
X11
右滑臺快進(jìn)
26
X37
右滑臺工進(jìn)
10
X12
右滑臺工進(jìn)
27
X40
右滑臺工進(jìn)結(jié)束
11
X13
右滑臺快退
28
X41
右滑臺后退結(jié)束
12
X14
夾緊
29
X42
右滑臺死擋鐵
13
X15
松開
30
X45
夾緊到位壓力繼電器
14
X16
托盤抬起
31
X46
松開到位壓力繼電器
15
X17
托盤落下
32
X47
托盤落下壓力繼電器
16
X20
循環(huán)啟動
表3-2 輸出信號地址分配表
序號
地址
功 能
序號
地址
功 能
0
Y00
左滑臺原位
12
Y26
左滑臺快退
1
Y01
右滑臺原位
13
Y27
右滑臺工進(jìn)
2
Y02
左主軸正轉(zhuǎn)
14
Y30
右滑臺快進(jìn)
3
Y03
右主軸正轉(zhuǎn)
15
Y31
右滑臺快退
4
Y04
夾緊
16
Y32
液壓站電機(jī)
5
Y05
松開
17
Y33
冷卻泵電機(jī)
6
Y06
托盤落下
18
Y34
沖屑泵電機(jī)
7
Y07
電源
19
Y35
總電源
8
Y20
左主軸正轉(zhuǎn)
20
Y40
夾緊
9
Y21
右主軸正轉(zhuǎn)
21
Y41
松開
10
Y24
左滑臺工進(jìn)
22
Y42
托盤抬起
11
Y25
左滑臺快進(jìn)
23
Y43
托盤落下
輸入觸點(diǎn)X：FX2N是基本單元中的輸入點(diǎn)按照X000—X007，X010—X017這樣
的八進(jìn)制格式進(jìn)行編號；擴(kuò)展單元的輸入點(diǎn)則接著基本單元的輸入點(diǎn)順序進(jìn)行編寫。來自現(xiàn)場設(shè)備的外部輸入信號與硬件上的輸入點(diǎn)一一對應(yīng)，被PLC掃描讀入后，存入輸入映象寄存器，表現(xiàn)為程序可多次調(diào)用的輸入觸點(diǎn)狀態(tài)。輸入觸點(diǎn)X的基本功能是可以讀取外部輸入信號的狀態(tài)。
輸出繼電器Y：FX2N的基本單元中的輸出點(diǎn)按照Y000—Y007，Y010—Y017，
這樣的八進(jìn)制格式進(jìn)行編號；擴(kuò)展單元的輸出點(diǎn)也接著基本單元的輸出點(diǎn)順序進(jìn)行編號。PLC運(yùn)行時(shí)，要接受各路X的輸入狀態(tài)、運(yùn)行控制程序，然后將運(yùn)行結(jié)果傳送至輸出繼電器Y進(jìn)行輸出。因此，所有輸出繼電器都對應(yīng)一個(gè)硬件上的輸出信號，用來驅(qū)動PLC的各路負(fù)載。輸出繼電器Y的基本功能是可以在用戶程序的控制下改變負(fù)載的狀態(tài)。
內(nèi)部繼電器:在可編程控制器內(nèi)部可多次使用，但不能輸出的繼電器叫做內(nèi)部繼電器或輔助繼電器。內(nèi)部繼電器與輸出繼電器的不同點(diǎn)是它只在程序中使用，既不能直接讀取外部輸入狀態(tài)，也不能直接驅(qū)動外部負(fù)載。內(nèi)部繼電器M在程序中的作用相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器，其功能是在程序中用于中間狀態(tài)暫存、移位、輔助運(yùn)算或賦予特別用途。PLC系統(tǒng)內(nèi)部繼電器的地址分配如表3－3。
表3-3 內(nèi)部繼電器地址分配表
序號
內(nèi)部
繼電器
功 能
序號
內(nèi)部
繼電器
功 能
0
M0
循環(huán)啟動
9
M9
左滑臺工進(jìn)
1
M1
托盤落下
10
M10
右滑臺工進(jìn)
2
M2
夾緊
11
M11
左滑臺快退
3
M3
冷卻泵電機(jī)
12
M12
右滑臺快退
4
M4
沖屑電機(jī)泵
13
M13
左滑臺退至原位
5
M5
左主軸正轉(zhuǎn)
14
M14
右滑臺退至原位
6
M6
右主軸正轉(zhuǎn)
15
M15
托盤抬起
7
M7
左滑臺快進(jìn)
16
M16
循環(huán)停止
8
M8
右滑臺快進(jìn)
PLC的內(nèi)部繼電器分普通型、掉電保持型和賦予特殊用途型三類。
a)普通型 普通型繼電器在斷電或停止運(yùn)行時(shí)線圈將失電，機(jī)內(nèi)不記憶停電瞬間的狀態(tài)，再來電時(shí)從失電狀態(tài)開始執(zhí)行程序。FX2N系列PLC中普通型內(nèi)部繼電器按十進(jìn)制編號，從M0—M499共500個(gè)。
b)掉電保持型 掉電保持型繼電器在斷電或停止運(yùn)行時(shí)機(jī)內(nèi)記憶停電瞬間的狀態(tài)，再來電時(shí)恢復(fù)停電瞬間的狀態(tài)，從此時(shí)狀態(tài)開始執(zhí)行程序。FX2N系列PLC中掉電保持型內(nèi)部繼電器按十進(jìn)制編號，從M500—M1023共524個(gè)。
c)賦予特殊用途型 賦予特殊用途的內(nèi)部繼電器有兩大類，第一類信號由PLC的系統(tǒng)程序自身產(chǎn)生，用戶編程時(shí)可調(diào)用其觸點(diǎn)，如特殊繼電器M8000的功能是在程序RUN時(shí)保持ON狀態(tài)；M8002的功能是在程序RUN的第一個(gè)周期產(chǎn)生一個(gè)脈沖寬度為一個(gè)掃描周期的脈沖輸出，供用戶初始化使用；M8011—M8014的功能是為提供10ms、100ms、1s、1min的周期性脈沖輸出。第二類信號由PLC的用戶程序驅(qū)動，用戶編程時(shí)可置位其線圈，如程序置位M8033，則程序停止運(yùn)行時(shí)輸出會保持，如程序置位M8034，則PLC輸出全被禁止。
3.6 PLC控制部分軟件的設(shè)計(jì)
PLC要達(dá)到三種控制要求，即調(diào)整﹑單循環(huán)和總循環(huán)。
a．調(diào)整運(yùn)行方式。調(diào)整方式需要人為按下操作面板上的按鈕，進(jìn)行對設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，對被控制對象進(jìn)行點(diǎn)動調(diào)整，達(dá)到操作者的操作要求，是循環(huán)工作方式的輔助方式。
b．單循環(huán)運(yùn)行方式。單循環(huán)方式就是PLC要對工件單工位循環(huán)加工進(jìn)行控制，此運(yùn)行方式特點(diǎn)是可以根據(jù)生產(chǎn)需要，選擇特定被控制對象進(jìn)行PLC控制。靈活﹑可靠。
c．總循環(huán)運(yùn)行方式。總循環(huán)是控制系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式。該運(yùn)行方式的主要特點(diǎn)是在系統(tǒng)工作過程中，系統(tǒng)按照給定的程序自動完成被控對象的動作，不需要人工干預(yù)（除了人工上料和人工下料）。
該機(jī)床PLC控制系統(tǒng)的程序由公共程序、調(diào)整程序、循環(huán)程序3部分組成。
公用程序主要用來處理組合機(jī)床的各種操作信號，如啟動、急停以及各滑臺原位信號，機(jī)床啟動前應(yīng)具備的各種初始信號，并將處理結(jié)果作為機(jī)床啟動、停止、程序轉(zhuǎn)化的依據(jù)，公用程序一般采用檢測法設(shè)計(jì)。
調(diào)整程序包括主軸點(diǎn)動，各個(gè)滑臺的快進(jìn)進(jìn)、工進(jìn)、快退，夾緊缸的松開、夾緊，托盤抬起、落下等。
循環(huán)程序控制日常加工的整體循環(huán)，當(dāng)固定每日額定工作量后，按一下循環(huán)啟動，工人只要負(fù)責(zé)裝卸工件，機(jī)床便可以自動完成工件的鉸孔加工。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，工人只要按下“急?！卑粹o，機(jī)床的所有動作都停止。工人按下“循環(huán)停止”，則本次工件加工結(jié)束后，循環(huán)停止。
程序清單見附件一，程序設(shè)計(jì)說明請?jiān)斠姼郊?，PLC仿真報(bào)告見附件三。
4 結(jié)論
通過幾個(gè)月的研究與設(shè)計(jì)，PLC程序經(jīng)過仿真測試，獲得成功，保證了梯形圖邏輯的正確性。
該機(jī)體加工專用機(jī)床的PLC控制部分設(shè)計(jì)有如下特點(diǎn)：
功能較完善，系統(tǒng)設(shè)有調(diào)整、循環(huán)兩種操作方式，利用PLC程序控制來實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動化循環(huán)加工。可靠性高，該機(jī)體加工專用機(jī)床電氣系統(tǒng)的器件大都采用國內(nèi)外知名廠家的高品質(zhì)產(chǎn)品。在設(shè)計(jì)上，無論是軟件還是硬件，都加上了多重保護(hù)措施，盡量將意外事故的發(fā)生或誤操作的影響減少到最小限度。使用靈活方便，該機(jī)床的調(diào)整、循環(huán)兩種操作方式，在實(shí)際生產(chǎn)中都可以靈活方便的使用,