基于PLC的钻床加工控制系统设计
摘要
本文的重点是阐述了机械零部件在钻床加工中与电气控制系统PLC进一步的升级从而让钻床更加快速有效的工作。重中之重是对那些过去普遍使用过时了的继电器控制线路老化问题、可靠性问题和故障排除复杂等问题进行控制系统改造。所以，此次设计对大钻头和小钻头钻床电气控制系统的进一步优化，是利用把PLC 控制技术融合到优化改进方案里面去，用来提升大、小钻头钻床的工作性能。大、小钻头钻床主要是用计算机来进行控制，管理，监视主机，应用可编程控制器西门子系列PLC S7-200为控制器，设计大、小两个钻头和旋转工作台，上位机是用组态王6.55软件完成PC和PLC之间的相互数据通信。研究了大、小钻头钻床控制系统的控制方法，得到了大、小钻头钻床控控制系统的运行指标，提高了大、小钻头钻床控制系统运行的效率。
关键词：大、小钻头钻床，PLC，组态
Design of Control System for Drilling Machine Processing
Based on PLC
ABSTRACT
This paper mainly studies the mechanical parts processing drilling machine electric control system of the PLC, mainly to the traditional relay control circuit aging problem, the reliability and fault exclusion of complex control system transformation. Therefore, the design of big or small drill electric control system transformation of, will PLC control technology is applied to the transformation of the program, in order to improve the performance of duplex drill. Duplex drill used in computer as the control, management, monitoring host, the programmable controller of Siemens series S7-200 as the main controller, design size two drills and rotary worktable, PC using Kingview 6.55 to complete data communication between computer and PLC. In this paper, we study the big or small drilling machine control system control strategy, big or small headed drilling machine control system performance, improve the big or small drilling machine control system operation efficiency. According to the big or small drilling machine control system function implementation requirements and selection of motor and motor drive, and gives the block diagram of the system and the equipment circuit wiring diagram.
KEY WORDS: Big or small Drilling Machine, PLC, King View
目录
前言 (1)
第1章绪论 (2)
1.1 课题国内外发展状态 (2)
1.2 课题研究目的及意义 (3)
1.3 设计内容及安排 (3)
第2章PLC工作原理和特性简介 (5)
2.1 PLC工作原理 (5)
2.2 PLC的特性 (6)
第3章钻床系统硬件设计 (7)
3.1 钻床控制系统要求 (7)
3.1.1 工作要求 (7)
3.1.2 工作方式及功能 (8)
3.2 PLC选型 (8)
3.3 I/O地址分配 (8)
3.4 PLC外部接线图 (10)
3.5 主电路图 (10)
第4章钻床系统软件设计 (12)
4.1 钻床控制系统分析 (12)
4.2 钻头钻床梯形图程序的设计 (14)
4.3 PLC总梯形图 (17)
4.4 PLC指令表 (21)
第5章组态设计及调试 (25)
5.1 上位机软件设计概述 (25)
5.2 组态软件的设计步骤 (25)
5.3 设计监控画面 (26)
5.4 定义数据变量 (27)
5.5 变量动画连接 (29)
5.6 运行调试 (32)
结论 (36)
谢辞 (38)
参考文献 (39)
外文资料翻译 (41)
前言
大、小钻头钻床是大部分工厂里普遍使用的金属切削机床，它的功能很强大，可以进行很多的各种各样种类形式的加工，如：钻孔、镗孔、铰孔及螺纹等。但是从控制方面来说的话，它是需要有机、电、液压等等一些系统之间的相互合作来完成不同的工作，另外，还需要有时间上的控制。就如目前的情况来说，我国的大、小钻头钻床的电气控制系统大部分应用的都是比较老旧的继电器—接触器控制的方式。就是说它自身所要进行控制的电机比较多所以说它的内部电路也是不简单的，在平常的生产和作业中，频繁的发生电气故障，从而就对工厂的生产形成了影响。但PLC电气控制系统是可以有效的有针对性的弥补上述所说系统的这一个缺陷。
PLC是从传统的继电器逻辑电气控制系统发展所形成的，对于微型计算机的控制技术来说，PLC一直秉持取其精华的优点，它的功能慢慢的一点点的变强大，而后逐步契合越来越复杂的电气控制系统。PLC之所以有着无与伦比的生命力和延续，是在于它紧跟时代的步伐，更加契合工业现场以及当前市场的需求，可靠性能高，抵挡干扰的能力也很是强大、编写程序语言非常容易、价格低廉、寿命长。在拥有这些优点之外，它的输入/输出端口不需增添其它的中间零部件就可以进行工作。缩小了用户的开发时间与生产成本。所以现在的PLC大都可靠性能高、组态界面灵活、运行速度快、编写程序容易方便、初学者也很容易上手学会。
我们所知道的PLC电气控制系统的这样多的优点，而这一次对于大、小钻头钻床的电气控制系统的改造升级，我特意挑选了以PLC为此次设计控制的核心，这样设计的话不仅大大提高了大、小钻头钻床控制这个设计开始进行工作时的稳定性，也为当前工业生产的现代化带来了的不同的思路和想法。而此次监控组态的软件是在计算机的显示屏上面来模拟全部的钻床工作过程操作。
第1章绪论
1.1 课题国内外发展状态
所谓钻床就是在不同的零部件上面进行各种孔的加工来满足不同的工业需求的机床，就像钻孔、扩孔、绞孔等都是类似的。在20世纪70年代初，不同的国家钻床的控制却都是用继电器逻辑控制的形式来实现其任务所要求的功能。在使用了很大数量的中间继电器、时间继电器、行程开关等诸如此类的控制方式的电气系统以后，就难免使得系统有了如下所说的很多的问题[1]。
鉴于我们国内机床行业市场的巨大的潜在市场需求，吸引了全球范围内著名的机床公司进入国内机床市场，其中主要的15家机床企业在国内的投资都占到了机床行业资金总量的69%[2]。国外企的先进的管理理念和机床控制系统研发技术对我们国内的机床行业标准的发展提供了强度的支持，一批批新的机床企业也都得到空前的发展。目前建筑行业的需求的机床控制系统，大部分都能国内企业自主生产，甚至一些企业的控制系统还出口到了非洲、拉丁美洲等地区。
我们国家的企业在引入了ISO以来，提高了制造机床控制系统的标准，快速的使国内的机床制造技术居于世界的前列。
大、小钻头钻床是一个很复杂的系统它包含了众多领域，其中有机械，机电，电气，土木等领域，所以研究大、小钻头钻床也就成为一个重要的问题[3]，它的安全性可靠性舒适性维护成本，维护时间等就成了要解决的问题，但是PLC出现了，它的出现完美的解决了这所有的问题，PLC它不仅仅拥有可靠性高的优点而且它的安全性能也是相当的稳定有保障，维护起来非常方便，成本造价低廉，让其成为当今控制行业的发展方向[4]。
大、小钻头钻床控制系统是非常复杂的，PLC的出现为大、小钻头钻床控制系统技术的进步提供了很大的帮助。而可编程控制器它是专门用来研发和用来控制工业设备中的电子装置，随着电子技术的升级，PLC的体积变小，功能方面也是愈来愈强大，对于大、小钻头钻床进行控制的过程
也是比之前那些系统平稳的许多，并且能够把机械部件和有序的安装在一起，因此已经成为大、小钻头钻床控制系统中一个非常关键的部件了。
总而言之，我国关于这方面的技术的发展蒸蒸日上，仍有很大的潜力值。并将汲取国外优秀的技术不断进行创新发展自己。
1.2 课题研究目的及意义
大、小钻头钻床的控制系统的主要的控制器主要是有继电器逻辑电路，可编程控制器控制及计算机。而可编程控制器它实际上是一类专门用于工业控制的计算机，是根据不同用户编制的程序利用循环扫描去处理各个需求以及控制功能[5]。并且由于可编程控制内部有类似于继电器线圈的触点，实际上比继电器更加有优越性，比继电器的运行时间更长，工作更加可靠。所以对于大、小钻头钻床控制系统的改进升级我决定采用可编程控制器。
为了拥有更为优化的控制方案，就一定要打破之前那些老旧的钻床存在的那些有瑕疵的地方。若想要实现对传统的老旧的钻床的自动化的完善改进，就不得不通过升级老旧的传统的钻床的机械结构去实现。
我这一次进行构思的设计是西门子系列PLC和组态王组态软件在大、小钻头钻床控制系统中的应用，进而使大、小两个钻头的钻床可以根据任务书要求自动的完成钻孔所有过程。用组态王组态软件对上位机执行监控软件组态，从而实现了对操作加工现场的实时监控，实时模拟等具有Windows格调的动态性的操作画面。通过这一系列的PLC和组态软件的紧密有效的结合使钻床加工控制系统大幅度其便利性、可靠性。
1.3 设计内容及安排
本文以大、小钻头钻床电控系统作为研究的主要内容，通过分析大、小钻头钻床的要求，对电气控制系统进行了硬件选型和软件设计，随后根据设计要求特意挑选了西门子S7-200型号PLC来做为此次设计编写去完成控制程序，用组态王6.55画出并调试好画面，成功的调试出上位机的监控画面，实现了在大、小钻头钻床工作时的动画，并且能够在组态王上面
对大、小钻头钻床操作，对硬件进行了电路图设计和硬件选型。试验结果表明该系统能够对大、小钻头钻床进行操作，效果比较好。章节划分如下：第1章主要是对智能化的立体性车库研究的一些背景及意见进行了介绍，系统阐述了大、小钻头钻床在国内外的发展现状；
第2章简单的介绍了PLC的工作原理特性等；
第3章是重点介绍了PLC是如何逐步的发展进步的及这次设计的系统硬件的设计；
第4章具体的写了大、小钻头钻床的软件的设计，编写了梯形图，包括PLC的选型是如何的等其它方面；
第5章主要展示了组态的设计、联机调试、仿真结果。
第2章PLC工作原理和特性简介
2.1 PLC工作原理
可靠性好的微机虽然有多种功能，但是非常的不耐干扰，具体环境下的加工器械的电磁干扰、电路中的电压电流的波动、生产制造中机械的振动、季节性的高低温度差和地域性的湿度的变化，都不可避免的让普通的微机不能正常稳定的完成工作任务。但是PLC在电路、机械、软件等部分都汲取了厂家在具体实际环境中碰到的各种干扰因素的经验。核心部分都应用了大规模的集成电路，将大部分的原件添加到电路中去完成抵抗干扰等问题。I/O系统的设计有齐全的通道庇护以及信号调理电路，在结构中对不同的常见的干扰性的问题加以过滤、抵消。而在硬件上面采取了一系列的抵抗干扰举措像隔绝、障蔽、滤波、接地等。在软件上面挑选使用数字滤波等抵挡干扰以及窒碍诊断这样的举措。以上全部的工作都是为了让PLC具备强大的抗干扰能力所做出的努力。PLC在上千天以上的时间内都能够稳定运行，这些奠定了PLC的重要地位，它也拥有着一般的微机所没有的工作效率。
虽然说继电器接触器这样的控制系统即使与其它控制系统来比较有着比较好的抵挡不同的干扰的能力。但是它的机械接触点在数量方面比较大，所以这样的系统它的设备连线也比较复杂，接触点在打开和关闭的时候易遭到电弧的伤害导致其寿命不长、系统的可依赖性也非常差。但PLC是选用的微电子方面的技术，很多的开关触点是用没有任何损害的电子存储单元来实现功能，这样就大大的提高了系统可靠性，因而现在的继电器正一点点的被PLC的各种电子元件所更新换代。
PLC及周边的衍生品繁多，可以用不同的组件来自由选择搭配不同规格以及要求的系统。在PLC所构成的像这样的控制系统方面，我们在PLC 的不同端子上接上相对应的输入以及输出的信号线就等于完成任务了，并不需要继电器镇及流器之类的可靠性能低且有要求相当大量又繁琐的物理接线的电路。如果变换了控制要求的时候，可以直接在线对程序进行修改，
比如同一个PLC产品用来对不同的对象进行控制或者相同对象不同控制要求来进行控制，只要修改输入输出模块以及更改软件[6]。PLC的输入以及输出可以直接与交流电压220V、直流电压24V等那些强电连接，它们有很强的带负载能力。与此作比较来看继电器等那些个繁琐复杂的线路就没有了它所谓的优点。如此简单的系统结构以及高度兼容的通用性无可比拟。
2.2 PLC的特性
PLC是面向用户的容易上手的设备，PLC的相关的研发人员很细致的考虑到了实际的操作人员的技术能力。PLC程序的完成，是应用梯形图或面对工业控制的相对来说并不复杂的指令形式。梯形图是和继电器的原理图差不多一样的，像这种编程看起来较直白，不用花费很大精力就可以学会，甚至没有专门的专业的计算机知识及语言也没什么问题。只要是具有一定基础的电工和工艺知识的人员全都可以在很短时间内学成功。
体积小，维持掌握方便。PLC体量相当小，重量也是非常轻便，安装既省时又省力。PLC的输入和输出系统既能够很直白地反映出现场信号的不一样的变化状态，还可以应用不一样的方法直白地反映出控制系统的运行功能，就像内部工作、通信、I/O点、异常以及电源等方面的状态等[7]。对这些都有醒目的指示，有助于操作以及保养人员对它进行测试及修理。
毕业设计（论文）设计(论文)题目：钻床的自动化改造及进给系统设计
摘要 本文主要介绍了台式钻床的改造和设计，通过导入液压进给系统和PLC控制系统将台式钻床改造为自动钻床，并可通过PLC实现自动控制。 设计过程按照机床的一般设计步骤先进行总体方案的确定，然后再分别对进给系统、传动系统和控制系统进行具体设计。 设计的目标在于通过导入液压进给系统和PLC控制系统，改造后的钻床能实现自动化连续生产、改善产品的加工质量、提高劳动生产效率；降低工作人员劳动强度和工作量；钻床系统能够工作平稳，满足工作要求；经济因素合理。 本文设计的重点在于进给系统液压缸的设计和PLC控制系统的设计。进给液压缸系统的设计主要包括液压缸结构设计和控制油路的设计；PLC控制系统设计主要是根据工作要求和控制需要，选择电气元件和编写控制程序来实现对自动钻床的控制。 改造后的钻床，能实现自动化控制，是典型的机电一体化产品。 关键词：自动钻床；液压进给系统；PLC
ABSTRACT c feeds systemThis thesis mainly illustrates the improving an d design of Bench-typ e drilling machine. We change the Bench-type drilling machine to automatic drilling machine by transmitting into hydraulic system and PLC control system, the automatic drilling machine can be controlled by PLC. We ascertain the entire scheme by the general machine design steps in the design process, and then separately design the feed system、drives system and control system. The purpose of this design as below: By transmitting into hydraulic system and PLC control system, the automatic drilling machine c the system of the automatic drilling machine can work reposefully and satisfy the require; the spent of design is economic. The important parts of the thesis are the design of hydraulic feeds system and PLC control system. The design of feed hydraulic system includes the designs of hydraulic tanks structure and control; the design of PLC control system is choosing the electrical components and programming control program to controlling the automatic drilling machine according to the requirements of work and control. The Bench-type drilling machine improved can be controlled automatically. It is a typical machine of Mechatronics. Key words: automatic drilling machine；hydrauli；PLC
摘要 制造业是一个同家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国 家或地区的经济实力、科技水平、生活水准和国防实力。而制造业的生产能 力主要取决于制造装备——机床的先进程度。 木文对减速器箱盖连接孔的加工工艺进行了详细的分析，就其孔的加工 提出了“一次装夹，多工位加工，达到产品图样的精度要求”的思路。根据 这一思路设计了组合钻床。 该组合钻床由立柱、立柱底座、中问底座、Y、Z轴液K滑台、液压站、 动力头、刀具、控制部分等组成。本文对各部分的设计进行了详细的计算和 论证，并提出了优化工艺结构的方法。采用的PLC控制稳定可靠。它的研 制成功对提高箱盖孔加工的工作效率和质量具有重要的意义。机床设计分析后，提高工效3～5倍，达到了国内同行业的领先水平。 关键词：制造业；减速器；网轴头多工位同步钻床；组合机床；PLC控制 目录 摘要……………………………………………………………………………… I 第1章绪论………………………………………………………………………l I.I 机床在国民经济的地位及其发展……………………………………………l 1.2机床设计的日的、内容、要求 (2) 1.2.1 设计的目的…………………………………………………………… 2 I .2.2设计内容 (2) 1.2.3设汁要求 (2) 1.3机床的设计步骤 (2) 第2章四轴头多工位同步钻床总体设计 (4) 2.1 组合机床方案的制定 (4) 2.1.1制定工艺办案 (4) 2.1.2确定组合机床的配置形式和结构方案一…． 4 2.2确定切削用量及选择刀具...． (6) 2.2.1 确定工序间余量…一…． 6 2.2.2选择切削用量……一…． 6 2.2.3确定切削刀、切削扭矩、切削功率…一…． 6 2.2.4 选择刀具结构......． (7) 2.3 四轴头多工位同步钻床总设计“三图一卡”的编制…．．…．7 2.3.1 被加工零件工序图………一…． 7 2.3.2 加工示意图……一…． 9 2.3.3机床联系尺寸图...． (13) 2.3.4生产率计算卡……．… l 5
PLC课程设计 设计题目： 摇臂钻床电气控制系统课程设计
一摇臂钻床简单介绍 钻床是一种专门进行孔加工的机床，主要用于钻孔，扩孔，铰孔和攻丝等。钻床得主要类型有台式钻床，立式钻床，卧式钻床，深孔钻床和多轴钻床等。摇臂钻床是立式钻床中的一种，具有操作方便灵活，应用范围广的特点，特别适用于单件或批量生产中带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常见的机床。 图1 摇臂钻床示意图 1—内外立柱；2—主轴箱；3—摇臂；4—主轴；5—工作台；6—底座；SB1—主电动机停止按钮；SB2—主电动机启动按钮；SB3—摇臂上升按钮；SB4—摇臂下降按钮；SB5—松开按钮；SB6—夹紧按钮 二电气控制要求 (1) 主要控制电器为四台电机：主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机、冷却泵电机。 (2)主电动机和液压泵电机采用热继电器进行过载保护，摇臂升降电动机、冷却泵电机均为短时工作，不设过载保护。
(3)摇臂的升降，主轴箱、立柱的夹紧放松都要求拖动摇臂升降电动机、液压泵电动机能够正反转。 (4)摇臂的升降控制：按下摇臂上升起动按钮，液压泵电动机起动供给压力油，经分配阀体进入摇臂的松开油腔，推动活塞使摇臂松开。同时摇臂升降电动机旋转使摇臂上升。如果摇臂没有松开，摇臂升降电动机不能转动，必须保证了只有摇臂的可靠松开后方可使摇臂上升或下降，可使用限位开关控制。 当摇臂上升到所需要的位置时，松开摇臂上升起动按钮，升降电动机断电，摇臂停止上升。当持续1~3s后，液压泵电动机反转，使压力油经分配阀进入的夹紧液压腔，摇臂夹紧，同时液压泵电动机停止，完成了摇臂的松开—上升—夹紧动作。 (5)摇臂升降电动机的正转与反转不能同时进行，否则将造成电源两相间的短路。 (6)因为摇臂的上升或下降是短时的调整工作，所以应采用点动方式。 (7)摇臂的上升或下降要设立极限位置保护。 (8)立柱和主轴箱的松开与夹紧控制：主轴箱与立柱的松开及夹紧控制可以单独进行，也可以同时进行。由开关SA2和按钮SB5（或SB6）进行控制。SA2有三个位置：在中间位置（零位）时为松开及夹紧控制同时进行，扳到左边位置时为立柱的夹紧或放松，扳到右边位置时为主轴箱的夹紧或放松。SB5是主轴箱和立柱的松开按钮，SB6为主轴箱和立柱的夹紧按钮。 (9)主轴箱的松开和夹紧为的动作过程：首先将组合开关SA2扳向右侧。当要主轴箱松开时，按下按钮SB5，经1～3s后，液压泵电动机正转使压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱放松。主轴箱和立柱松开指示灯HL2亮。当要主轴箱夹紧时，按下按钮SB6，经1～3s后，液压泵电动机反转，压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱夹紧。同时指示灯HL3亮，HL2灭，指示主轴箱与立柱夹紧。 (10)当将SA2扳到左侧时，立柱松开或夹紧。SA2在中间位置按下SB5或SB6时，主轴箱和主柱同时进行夹紧或放松。其他动作过程和主轴箱松开和夹紧完全相同，不再重复。 (11)机床要有照明设施
洛阳理工学院 课程设计说明书 课程名称机械制造装配设计 设计课程钻床夹具设计 专业机械设计制造及其自动化 姓名李小明 年月日
课程设计任务书 机械械工程系机械设计制造及其自动化专业 学生姓名李小明班级 B120231 学号 B12023130 课程名称：机械制造装配设计 设计题目：钻床夹具设计 课程设计内容与要求： 设计内容：1.钻床夹具装配图一张， 2.零件图一张。 3.设计说明书一份 要求： 1、设计（装配图按夹具要求设计，相关的配合尺寸要标明， 在说明书中要有夹具定位计算，夹紧等方案的选择）。 2、零件图要符合工程图的根据要求，图纸的标题要有材料。 设计（论文）开始日期 2012 年月日指导老师 XXX 设计（论文）完成日期 2012年月日
年月日 课程设计评语第页 机械械工程系机械设计制造及其自动化专业 学生姓名李小明班级 B120231 学号 B12023130 课程名称：机械制造装配设计 设计题目：钻床夹具设计 课程设计片篇幅： 图纸共 2 张 说明书共 16 页 指导老师评语：
年月日指导老师 目录 序言-------------------------------------------------------------------------------------------5 一、专用夹具设计-------------------------------------------------------------------------6 1、设计前的准备工作-----------------------------------------------------------------5 （1）、明确工件的年生产纲领-----------------------------------------------------5 （2）、熟悉工件零件图和工序图--------------------------------------------------5 （3）、加工方法-----------------------------------------------------------------------5 2、总体方案的确定--------------------------------------------------------------------6 （1）、定位方案的选择、比较、确定--------------------------------------------6 （2）、定位精度分析-----------------------------------------------------------------7 （3）、夹紧机构的选择--------------------------------------------------------------7 （4）、导向装置的确定--------------------------------------------------------------8 （5）、夹具体--------------------------------------------------------------------------9 3、绘制夹具装配图-----------------------------------------------------------------10 （1）、制图比例的选择-----------------------------------------------------------10 （2）、定位、夹紧、导向，夹具体绘制--------------------------------------10 二、夹具装配图上应标注的尺寸和技术条件--------------------------------------11 （1）、夹具装配图上标注的尺寸-------------------------------------------------11 （2）、夹具装配图上应标的公差配合-------------------------------------------11 （3）、夹具装配图上应标注的技术要求----------------------------------------11 三、夹具零件图上应标注的尺寸和技术条件---------------------------------------11 （1）、夹具零件图上标注的尺寸-------------------------------------------------11 （2）、夹具零件图上应标注的技术要求----------------------------------------12 四、其它辅助及论证方案设计论------------------------------------------------------14 （1）、设计思路----------------------------------------------------------------------14 （2）、设计方法与结果-------------------------------------------------------------14 五、设计心得------------------------------------------------------------------------------15
新乡职业技术学院 毕业设计（论文）题目摇臂钻床控制系统的设计 系别机电工程系 学生姓名张庆伟 学号1010103115 专业名称机电一体化 指导教师李静 2013年4月23日
摇臂钻床控制系统的设计 摘要 本论文是研究机械加工中常用的Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的改造问题,旨在解决传统继电器—接触器电气控制系统存在的线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除困难等难题。由于PLC电气控制系统与继电器—接触器电气控制系统相比，具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点。因此，本论文对Z3040摇臂钻床电气控制系统的改造，将把PLC控制技术应用到改造方案中去，从而大大提高摇臂钻床的工作性能。论文分析了摇臂钻床的控制原理，制定了可编程控制器改造Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计方案，完成了电气控制系统硬件和软件的设计，其中包括PLC机型的选择、I/O端口的分配、I/O硬件接线图的绘制、PLC梯形图程序的设计。对PLC控制摇臂钻床的工作过程作了详细阐述，论述了采用PLC取代传统继电器—接触器电气控制系统从而提高机床工作性能的方法，给出了相应的控制原理图。 关键词：可编程控制器，摇臂钻床，梯形图，电气控制系统
前言 (1) 第一章. Z3040摇臂钻床的简介 (5) §1.1 Z3040摇臂钻床的简介 (5) 第二章．摇臂钻床电气控制................. 6彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 §2.1、电气控制线路图的设计 (6) §2.2主要线路的工作情况 (10) 第三章电气控制系统硬件部分的设计....... 13茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 §3.1基于PLC的Z3040摇臂钻床控制部分的设计13 §3.2 Z3040摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计17 第四章 Z3040摇臂钻床液压系统的设计...... 21預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 §4.1液压系统的初步设计 (21) 结论................................ 24铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。参考文献................................ 25擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。致谢 (26)
液压传动课程设计 说明书 题目：卧式双面多轴钻孔组合机床液压系统的设计 姓名： 学号： 班级： 联系方式： 指导教师：
2012年12月31日
目录 一、设计任务书 (1) 二、液压系统性能和参数的初步确定 (1) 1. 运动分析 (1) 2. 液压缸的负载分析 (3) 3. 初步确定液压缸的参数 (4) 1) 滑台液压缸 (4) 2) 工况图 (7) 三、液压系统方案的选择和拟定 (8) 1. 选择液压基本回路 (8) 1) 调速回路 (8) 2) 快速运动回路与速度换接回路 (8) 3) 压力控制回路 (10) 4) 行程终点的控制方式 (11) 2. 拟定液压系统图 (12) 四、各液压元件的计算和选择 (13) 1. 确定液压泵规格和电动机的功率 (13) 1) 液压泵工作压力的计算 (13) 2) 液压泵流量的计算 (13) 3) 液压泵规格的确定 (14) 4) 液压泵电动机功率的确定 (14) 2. 控制阀的选择 (15) 3. 管道尺寸 (16) 4. 油箱容量 (16) 五、液压系统性能的验算 (16) 1. 静态特性的验算 (16) 1) 回路中的压力损失 (16) 2) 液压泵的工作压力 (25) 3) 液压回路和液压系统的效率 (25) 2. 液压系统发热验算 (27) 六、液压集成块装置设计 (27) 七、参考文献 (27)
一、设计任务书 设计一台卧式双面多轴钻孔组合机床的液压系统。要求两面钻削头同时工作，能实现快进、工进、死挡块停留、快退、停止的自动工作循环，其快进和快退速度v1 = 3.5 m/min，工进速度v2 = 40 mm/min，工作部件重量估计为9800 N，轴向切削力F = 30000 N，快进行程长度为200 mm，工进行程长度为100 mm，动力滑合采用平导轨，其摩擦系数f s = 0.2，f d = 0.1，往复运动的加速和减速时间要求不大于0.2 s。 二、液压系统性能和参数的初步确定 首先，我们对液压系统进行工况分析。工况分析是分析一部机器工作过程中的具体情况，其内容包括对负载、速度和功率的变化规律的分析或确定这些参数的最大值，即分析负载的性质和编制负载图。在液压系统的工作循环中，各个阶段的负载是由各种不同负载组成的。而各个阶段都具有不同的速度，已知各阶段的负载和速度，即可求出各阶段功率的变化规律。本次课程设计以采用液压缸型式为主，因此以下进行液压缸式的设计计算。 1.运动分析 根据设计任务的要求，确定本液压系统的工作循环为： 快进→工进→死挡块停留→快退→原位停止卸荷，工作循环图如下图所示：
目录 第一章引言 (2) 第二章 Z3040 摇臂钻床传统电气控制系统的原理 (3) 2.1主电路 (3) 2.2控制电路、信号及照明电路 (4) 2.3电路分解 (4) 2.4电路工作过程 (6) 第三章 Z3040摇臂钻床的主要设备选型 (8) 3.1电气控制的要求 (8) 3.2电动机的选择 (8) 3.3夹紧机构的液压系统设计 (9) 3.4电气元件的选择 (9) 第四章Z3040摇臂钻床说明书 (13) 4.1PLC电气控制图 (13) 4.2I/O表 (13) 4.3梯形图 (14) 4.4PLC接线图 (17) 4.5语句表 (17) 第五章结论 (19) 参考文献 (20)
第一章引言 Z3040摇臂钻床是工厂中常用的金属切削机床，它可以进行多种形式的加工，如：钻孔、镗孔、铰孔及螺纹等。从控制上讲，它需要机、电、液压等系统相互配合使用，而且，要进行时间控制。它的调速是通过三相交流异步电动机和变速箱来实现的。也有的是采用多速异步电动机拖动，这样可以简化变速机构。摇臂钻床的主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动机拖动，主轴的正反向旋转运动是通过机械转换实现的。故主电动机只有一个旋转方向。此外，摇臂的上升、下降和立柱的夹紧、放松各由一台交流异步电动机拖动。 目前，我国的Z3040摇臂钻床的电气控制系统普遍采用的是传统的继电器—接触器控制方式。因其所要控制的电机较多所以电路较复杂，在日常的生产作业当中，经常发生电气故障，从而影响生产。另外，一些复杂的控制如：时间、计数控制用继电器—接触器控制方式较难实现，所以，有必要对传统电气控制系统进行改进设计。PLC电气控制系统可以有效的弥补上述系统的这一缺陷。 可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC，是从早期的继电器逻辑电气控制系统发展而来，它不断吸收微型计算机控制技术，使之功能不断增强，逐渐适合复杂的电气控制系统。PLC之所以有较强的生命力，在于它更加适应工业现场和市场要求。 由于PLC电气控制系统具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点，因此本次对Z3040摇臂钻床的电气控制系统的改造,可以大大提高Z3040摇臂钻床工作性能和系统的工作稳定性,为工业生产的现代化带来生机．同时，提高了PLC编程水平和实践能力,为今后在实际工作中熟练使用PLC进行工业系统的设计打好基础。 Z3040摇臂钻床的电气控制系统，还是采用采用继电器—接触器控制方式，而这种控制方式存在着明显的缺陷和隐患。极易发生故障。而且，由于线路复杂，要想找到问题所在也相当的困难。和国外大量采用PLC技术替代继电器—接触器系统相比，我们还存在很大差距。
基于PLC的钻床加工控制系统设计 摘要 本文的重点是阐述了机械零部件在钻床加工中与电气控制系统PLC进一步的升级从而让钻床更加快速有效的工作。重中之重是对那些过去普遍使用过时了的继电器控制线路老化问题、可靠性问题和故障排除复杂等问题进行控制系统改造。所以，此次设计对大钻头和小钻头钻床电气控制系统的进一步优化，是利用把PLC 控制技术融合到优化改进方案里面去，用来提升大、小钻头钻床的工作性能。大、小钻头钻床主要是用计算机来进行控制，管理，监视主机，应用可编程控制器西门子系列PLC S7-200为控制器，设计大、小两个钻头和旋转工作台，上位机是用组态王6.55软件完成PC和PLC之间的相互数据通信。研究了大、小钻头钻床控制系统的控制方法，得到了大、小钻头钻床控控制系统的运行指标，提高了大、小钻头钻床控制系统运行的效率。 关键词：大、小钻头钻床，PLC，组态
Design of Control System for Drilling Machine Processing Based on PLC ABSTRACT This paper mainly studies the mechanical parts processing drilling machine electric control system of the PLC, mainly to the traditional relay control circuit aging problem, the reliability and fault exclusion of complex control system transformation. Therefore, the design of big or small drill electric control system transformation of, will PLC control technology is applied to the transformation of the program, in order to improve the performance of duplex drill. Duplex drill used in computer as the control, management, monitoring host, the programmable controller of Siemens series S7-200 as the main controller, design size two drills and rotary worktable, PC using Kingview 6.55 to complete data communication between computer and PLC. In this paper, we study the big or small drilling machine control system control strategy, big or small headed drilling machine control system performance, improve the big or small drilling machine control system operation efficiency. According to the big or small drilling machine control system function implementation requirements and selection of motor and motor drive, and gives the block diagram of the system and the equipment circuit wiring diagram. KEY WORDS: Big or small Drilling Machine, PLC, King View
组合夹具设计说明书 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
学校代码： 10128 学号： 课程论文 题目：铣床组合夹具设计 学生姓名： 学院： 班级： 指导教师： 2013年 7 月 12 日
摘要 本论文是结合目前实际生产中，常常发现仅用通用夹具不能满足生产要求，用通用夹具装夹工件生产效率低劳动强大，加工质量不高，而且往往需要增加划线工序，而专门设计两种夹具：铣床夹具和钻床夹具，主要包括夹具的定位方案，夹紧方案、对刀方案，夹具体与定位键的设计及加工精度等方面的分析。 本次设计为铣槽用的夹具，它针对零件的结构特点，采用了组合式的定位方案，以支承板、圆柱销等作为定位元件。使工件安装方便，且能保证加工精度。压紧装置以杠杆原理为核心，采用压板压紧工件，左侧压板压紧之后右侧自动压紧。其具有夹紧力装置，具备现代机床夹具所要求的高效化和精密化的特点，可以有效的减少工件加工的基本时间和辅助时间，大大提高了劳动生产力，从而可以有效地减轻工人的劳动强度和增加劳动效率。铣床夹具具有提高生产率、扩大机床工艺范围、减轻工人劳动强度以及保证生产安全等特点。因此，对夹具知识的认识和学习以及设计新式的适合实际生产的夹具在今天显得尤为重要起来。 关键词：铣床夹具，定位，夹紧
Abstract The present paper is combing the actual production at present, which is that either using universal fixture cannot meet only production requirements or using universal fixture clamping work-piece to product is poor efficiency and powerful labor and not high processing quality or often it need to increase crossed process, to specially design two fixture: milling fixture and drilling fixture, mainly including schemes of fixture positioning, clamping and cutter, the design of the concrete and the TAB folder and the analysis of machining precision et al. The milling fixture, mainly is used to process dial the fork parts milling is aimed at connecting rod of the structural features and adopted the "one-two" targeted programmes to ensure that the workpiece be processed on the location accuracy, more convenient installation of the workpiece, assisted by a short working hours. The fixture with clamping force device has
Z3040摇臂钻床的电气控制设计 学生姓名 班级 学号 成绩 指导教师(签字) 机械工程学院（部） 年月日
目录 一、设计内容…………………………………………………………………………… 1.1设计内容………………………………………………………………… 二、Z3040摇臂钻床的结构和运动分析………………………………………… 2.1 Z3040摇臂钻床的结构……………………………………………………………… 2.2 Z3040摇臂钻床的运动分析………………………………………………………… 三、Z3040摇臂钻床传统电气控制系统原理………………………… 3.1电气原理图……………………………………………………………… 3.2主轴电动机控制……………………………………………………………… 3.3摇臂升降控制………………………………………………………………… 3.4夹紧松开控制………………………………………………………………… 3.5冷却泵电动机控制…………………………………………………………… 3.6连锁、保护环节……………………………………………………………… 3.7照明与信号指示电路………………………………………………………… 四、电气控制系统硬件设计…………………………………… 4.1选择PLC的原则…………………………………………………………… 4.2 PLC型号的选择………………………………………………………………… 4.3低压电器元件的选用……………………………………………………………… 4.4元件清单…………………………………………………………………… 五、电气控制系统的软件设计…………………………………………… 5.1控制系统的状态流程图…………………………………………………… 5.2控制系统的梯形图…………………………………………………………… 六、系统调试及结果…………………………………………………………… 6.1硬件调试………………………………………………………………………… 6.2软件调试………………………………………………………………………… 6.3模拟调式和联机调式…………………………………………………………………… 6.4调试结果………………………………………………………………………… 七、总结……………………………………………………………………………… 八、参考文献…………………………………………………………………………
目录 一、前言 (1) 二、设计任务及组合机床介绍 1、加工内容及要求 (2) 2、工作循环 (2) 3、夹具设计方案 (2) 4、确定切削用量及刀具 (2) 5、确定切削力扭矩、功率及刀具耐用度 (3) 6、初定主轴直径 (4) 7、主轴箱所需动力 (5) 三、组合机床总体设计 (6) Ⅰ、三图一卡设计 (6) Ⅱ、主轴箱轮廓尺寸 (9) Ⅲ、传动装置润滑 (10) Ⅳ、机床技术特性 (10) Ⅴ、计算生产率 (10) 四、组合机床主轴箱设计 (12) 1、原始依据图 (12) 2、主轴结构形式及动力计算 (13) 3、传动方案。 (14)
4、主轴箱的坐标计算 (19) 5、主轴箱的润滑及手柄轴位置 (20) 6、绘制装配图主轴箱 (21) 五、总结 (30) 六、参考资料 (31)
前言 毕业设计是完成工程技术人员基本训练的最后一个重要环节，目的是培养学生综合运用所学专业和基础知识、独立解决本专业一般工程技术问题的能力。在设计方案的选定、设计资料的收集、手册和国家标准、规范的运用，设计方案的应用、零件图及总装图的绘制等方面有一定较全面的锻炼，并使每个学生树立起正确的设计思路和良好的工作风。 一个零件的同一面上，往往有多个孔，如果在普通机床上加工。通常要一个一个孔的钻，生产率低下，同时，各加工孔的形状和它的位置公差以及尺寸精度都难以保证，工人劳动强度大。特别是大批大量生产的工艺，更是大大地增加了生产周期，而且成本也很高。 为了克服多孔零件普通机床加工不利的一面，行之有效的方案就是在普通机床的主轴上装上多头轴，但是对于大型箱体零件，采用变种方案也不行，而采用组合钻床才是最佳方案。 组合机床是按系列化、标准化设计的通用部件与按被加工零件的形状及加工工艺要设计的专用部件所组成的专用机床。
课程设计说明书 课程设计名称：《机械制造技术基础》课程设计 专业：机械设计制造及其自动化 学号： 学生姓名： 指导教师：
目录 第一章课程设计任务书 (1) 1.1 设计题目 (1) 1.2 设计要求 (1) 1.3 设计时间 (1) 1.4 设计内容 (1) 第二章目的及意义 (2) 第三章零件的工艺分析 (2) 第四章工艺规程设计 (5) 4.1 确定毛坯的制造形式 (5) 4.2 制定工艺路线 (5) 第五章工序尺寸的确定 (6) 5.1 工序过程 (6) 5.2 工序尺寸链 (7) 第六章夹具设计 (9) 6.1 定位方式 (9) 6.1.1 定位要求 (9) 6.1.2 定位情况的说明 (9) 6.2 卡紧方式 (10) 6.3 定位误差分析 (10) 6.4 夹具设计 (10) 第七章配合及技术要求 (15) 第八章心得与体会 (15) 参考文献 (16)
第一章课程设计任务书 1.1 设计题目 设计钻摇臂小头孔的工序简图。已知：工件材料为45钢，毛胚为模锻件，所用机床为Z525型立式钻床，成批生产规模。为该工序设计一套钻床夹具。零件如图1-1所示。 图1-1 零件图 1.2 设计要求 中批量生产，手动夹紧，通用工艺装备，需要依次对被加工孔进行钻、扩、粗绞、精绞等。 1.3 设计时间 2015年6月23日——2015年7月1日 1.4 设计内容 (1)熟悉零件图 (2)绘制零件图（1张） (3)绘制毛坯图（1张） (4)编写工艺工程卡片和工序卡片（本工序，各1张） (5)绘制夹具总装图（1张） (6)说明书一份
第二章目的及意义 《机床夹具设计》课程设计是在学完了《机械制造技术基础》课程后进行的一个实践性教学环节。其目的是： 1、培养学生综合应用《机械制造技术基础》课程及其它有关先修课程的理论知识，把理论知识和生产实际密切结合，能够根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，进一步提高结构设计能力。 2、培养学生熟悉并运用有关手册、图表、规范等有关资料文献的能力。 3、进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。 4、培养学生独立思考和独立工作的能力，为毕业后走向社会从事相关技术工作打下良好的基础。 第三章零件的工艺分析 摇臂工件三维图如图3-1所示。 图3-1 摇臂工件立体图 由三维图可大致看出其工艺要求，主要为确定基准孔、孔的定位及两空之间轴间距离，保证两摇臂孔精度。 零件的工艺性分析： 零件材料：45钢切削加工性良好。无特殊加工问题，故加工中不需要采取特殊工艺措施。刀具材料选择范围大，高速钢或YT类硬质合金都能胜任。刀具几何参数可根据刀具类型通过相关表格查取。 零件组成表面：端面、外圆面、孔、连接面等。
学号：201 1- 2012 学年第一学期 《摇臂钻床控制器系统设计》 课程设计报告 题目：摇臂钻床控制器系统设计 专业：电气系 班级： 姓名： 指导教师： 电气工程系 2011年12 月1日 课程设计任务书
一．设计目的 了解PLC，熟悉PLC 二、设计任务 根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行摇臂钻床控制器运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力 三、具体要求 1. 设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等； 2. 系统有启动、停止功能； 3. 运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序； 4. 程序结构与控制功能自行创新设计； 5. 进行系统调试，实现摇臂钻床控制器的控制要求。 摘要 PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械的生产过程。也是公共有限公司、电源线车等的名称缩写。
钻床是一种用途广泛的万能机床，可进行钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及修刮断面等多种形式的加工。钻床按结构型式可分为立式钻床、卧式钻床、摇臂钻床、深孔钻床、台式钻床等。 在各种钻床中，摇臂钻床操作方便，灵活，使用范围广，特别适用于带有多孔大型工件的孔加工，式机械加工中床用的机床设备，具有典型性。 关键词：PLC 钻床Z3040摇臂钻床 目录 摘要。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 引言。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5 第一章可编程程序控制器（PLC） 1.2 PLC的硬件结构 (6) 1.3 PLC的工作原理 (7) 第二章 Z3040型摇臂钻床 2.1 z3040钻床的硬件设计 (8) 2.2 摇臂钻床简介 (9) 2.3 Z3040型摇臂钻床结构与运动形式 (9) 2.4 Z3040型摇臂钻床电力拖动特点与控制要求 (10) 2.5 Z3040型摇臂钻床电气控制电路分析 (14) 2.6 Z3040型摇臂钻床电力控制电路图 (15) 2.7 Z3040型摇臂钻床电力控制梯形图 (16) 结论 (17) 参考文献 (18) 致谢 (19) 引言 Z3040摇臂钻床是工厂中常用的金属切削机床，它可以进行多种形式的加
项目六、钻床的电气控制 （一）、内容要求： 1．主轴电动机控制主轴电动机M1为单向旋转，由按钮SBl、SB2和接触器KMl实现起动和停止控制。主轴的正、反转则由M1电动机拖动齿轮泵送出压力油，通过液压系统操纵机构，配合正、反转摩擦离合器驱动主轴正转或反转。 2．摇臂升降控制摇臂钻床在加工时，要求摇臂应处于夹紧状态，才能保证加工精度。但在摇臂需要升降时，又要求摇臂处于松开状态，否则电动机负载大，机械磨损严重，无法升降工作。摇臂上升或下降时，其动作过程是，随着升降指令发出，先使摇臂与外立柱处于松开状态，而后上升或下降，待升降到位时，要自行重新夹紧。由于松开与夹紧工作是由液压系统实现，因此，升降控制必须与松紧机构液压系统紧密配合。 M2为升降电动机，由按钮SB3、SB4点动控制接触器KM2、KM3接通或断开，使M2电动机正、反向旋转，拖动摇臂上升或下降移动。 M3为液压泵电动机，通过接触器KM4，KM5接通或断开，使M3电动机正向带动双向液压泵送出压力油，经二位六通阀至摇臂夹紧机构实现夹紧与松开。 下面以摇臂上升为例简述动作过程：按下SB3按钮，时间继电器KT线圈通电，瞬时常开触点(13-14)闭合，接触器KM4线圈得电，液压泵电动机M3起动旋转带动液压泵送出压力油，同时断电延时断开的KT常开触点(1-17)闭合，使电磁阀YV线圈得电，液压泵输出的压力油经二位六通阀进入摇臂夹紧机构的松开油腔，推动活塞和菱形块，将摇臂松开。同时，活塞杆通过弹簧片压上行程开关SQ2发出摇臂已松开信号。此时，SQ2触点(6-13)断开，使接触器KM4线圈断电，液压泵电动机M3停转，油路单向阀保压，摇臂处于松开状态。与此同时，SQ2触点(6-7)闭合，接触器KM2线圈得电，升降电动机M2得电起动旋转，带动摇臂上升，待摇臂上升至所需位置时，松开按钮SB2，KM2线圈断电，M2电动机停转，摇臂停止上升。同时KT线圈也断电，KT常闭触点(17-18)瞬时闭合，而其延时断开的常开触点(1-17)仍未打开，使电磁阀YV继续得电，同时接触器KM5线圈得电，液压泵电动机M3反转，反向送出压力油，经二位六通阀反方向推动活塞和菱形块，将摇臂夹紧。KT延时打开触点，经过1~3s延时后断开，同时活塞杆通过弹簧压下行程开关SQ3，使触点SQ3(1-17)也断开，电磁阀YV、KM5线圈断电。液压泵电动机M3停转，摇臂上升后重新夹紧过程结束。行程开关SQ2为摇臂放松信号开关。行程开关SQ3为摇臂夹紧信号开关。时间继电器KT延时断开常开触点是为保证当瞬间操作SB3或SB4，使KM 4得电摇臂开始松开后放开SB3或SB4时，若KM4过早断电，可能造成摇臂处于半松开状态。有了KT延时断开触电(1-17)后，则能在KT线圈断电1~3s内处于闭合状态，使KM5线圈得电，液压泵电动机M3反向旋转，使摇臂重新夹紧，直到延时时间到，KT触点断开，SQ3动作，KM5断电为止，这样就保证了摇臂在加工工件前总是处于夹紧状态。 3．夹紧、松开控制Z3040型摇臂钻床除了上述摇臂上升下降过程需要夹紧、松开控制外，还有主轴箱和立柱的松开、夹紧控制。主轴箱和主柱的松开、夹紧从液压系统中看出二者是同时进行的。 当按下松开按钮SB5，接触器KM4线圈得电，液压泵电动机M3正转，拖动液压泵输送出压力油，经二位六通阀，进入主轴箱与立柱的松开油缸推动活塞和菱形块，使主轴箱与立柱实现松开，此时由于YV不得电，压力油不会进入摇臂松开活塞，摇臂仍处于夹紧状态。当主轴箱与立柱松开时，行程开关SQ4不受压，触点(10l-102)闭合，指示灯HLl亮，表示主轴箱与立柱处于松开状态，可以手动操作主轴箱在摇臂的水平导轨上移动至适当位置。同时