湖南生物机电职业技术学院毕业设计报告书
题目：四工位组合机床控制系统设计
专业机电一体化
班级一体化11510班
姓名梁巨江
指导教师王少华
年月日
目录
第1章绪论 (1)
1.1 组合机床概述 (1)
1.2 控制流程 (2)
2.2 控制电路设计 (3)
2.3 电控系统输入输出信号 (5)
第3章PLC概述与方案论证 (8)
3.1 PLC概述 (8)
3.2 方案论证 (8)
第4章电气控制系统硬件设计 (12)
4.1 选择PLC机型 (12)
4.1.1 结构选择 (12)
4.1.2 I/O点选取原则 (12)
4.1.3 确定PLC机型及扩展模块 (13)
4.2 设计输入输出信号地址表 (13)
4.3 设计PLC控制系统电气原理图 (16)
4.4 设计PLC控制系统操作面板 (17)
第5章控制系统软件设计 (19)
5.1 设计PLC控制系统工作循环流程图 (19)
5.2 设计PLC控制系统初始化梯形图程序 (20)
5.3 设计PLC控制系统手动及显示梯形图程序 (20)
5.4 设计PLC控制系统状态转移图与梯形图程序 (20)
5.5 实验室电气原理图仿真及程序调试 (26)
结论 (27)
参考文献 (28)
第1章绪论
1.1 组合机床概述
组合机床是针对特定工件，进行特定加工而设计的一种高效率自动化专用加工设备，这类设备大多能多刀同时工作，并且具有自动循环的功能。
组合机床是随着机械工业的不断发展，由通用机床、专用机床发展起来的。通用机床一般用一把刀具进行加工，自动化程度低、辅助时间长、生产效率低，但通用机床能够重新调整，以适应加工对象的变化。专用机床可以实现的多刀切削，自动化程度较高，结构较简单，生产效率也较高。但是，专用机床的设计，制造周期长，造价高，工作可靠性也较差。专用机床是针对某工件的一定工序设计的，当产品进行改进，工件的结构，尺寸稍有变化时，它就不能继续使用。在综合了通用机床、专用机床优点的基础上产生了组合机床。
组合机床通常由标准通用部件和加工专用部件组合构成，动力部件采用电动机驱动或采用液压系统驱动，由电气系统进行工作自动循环的控制，是典型的机电或机电液一体化的自动加工设备。
常见的组合机床，标准通用部件有动力滑台各种加工动力头以及回转工作台等，可用电动机驱动，也可用液压驱动。各标准通用动力部件组合构成一台组合机床时，该机床的控制电路可由各动力部件的控制电路通过一定的连接电路组合构成。
多动力部件构成的组合机床，其控制通常有三方面的工作要求：第一方面是动力部件的点动和复位控制。第二方面是动力部件的半自动循环控制。第三方面是整批全自动工作循环控制。
组合机床具有生产率高、加工精度稳定的优点。因而，在汽车、柴油机、电机、机床等一些具有一定生产批量的企业中得到了广泛应用。目前，组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化和柔和性化方向发展。
本文所用组合机床为四工位组合机床，该机床由四个滑台，各载一个加工动力头，组成四个加工工位，除了四个加工工位外，还有夹具，上下料机械手和进料器，四个辅助装置以及冷却和液压系统共14个部分。机床的四个加工动力头同时对一个零件的四个端面以及中心
孔进行加工，一次加工完成一个零件，由上料机械手自动上料，下料机械手自动取走加工完成的零件，零件每小时可加工80件。该机床的俯视示意图如下：
图1.1 四工位组合机床示意图
1.工作台
2.主轴
3.夹具
4.上料机械手
5.进料器 5.下料机械手
1.2 控制流程
当按下启动按钮后，上料机械手向前，将零件送到夹具上，夹具夹紧零件，进料装置进料，然后四个工作滑台向前，四个加工动力头同时加工，加工完成后，各工作滑台退回原位，接下来下料机械手向前抓住零件，夹具松开，下料机械手带料退回原位并松开，完成一个工作循环。
要求组合机床能以手动、半自动、全自动三种工作方式工作。全自动工作方式为一个工作循环结束后，自动进入下一个工作循环；半自动工作方式为一个工作循环结束后，机床将停车于初始状态；手动方式是用于手动调整的。
第2章电路设计
2.1 主电路设计
（一）设计要求
(1)主轴电动机单方向起动，要求有过载及短路保护。
(2)液压泵电动机单方向起动，过载及短路保护。
(3)冷却泵电动机单向工作，过载及短路保护。
（二）元件选用
根据上面要求，要选用三台电动机：
M1——控制主轴的电动机；
M2——控制液压泵的电动机；
M3——控制冷却泵的电动机。
再根据电动机的控制要求选择元件：
QF——控制总电源的断路器，实现短路和过载保护；
FU1～FU3——控制各电动机短路保护；
KM1——控制主轴电动机单向工作；
KM2——控制液压泵电动机工作；
KM3——控制冷却泵电动机工作；
FR1～FR3——用与各电动机的过载保护控制。
（三）作出草图如下
图1.2主电路图
2.2 控制电路设计
1）设计要求
主轴电动机M1和液压泵电动机M2可以同时起停，也可以单独
起停。
要求在动力头工作进给时，冷却泵电动机M3才接通，但也可以随时调整。
2）元件选用
KM1～KM3——控制M1～M3单向起动动作接触器；
SB1——总停按钮；
SB2、SB3——M1与M2起动按钮；
SB4、SB5——M1与M2停止按钮；
SB6——冷却泵电动机（M3）调整按钮；
SB7——冷却泵电动机单独停止按钮；
SA1——控制M1与M2的同时与单独起停开关；
SA2—实现动力头工进时自动起动与手动调整的开关；
FR1～FR3——M1～M3过载保护热继电器；
SA3——照明开关；
HL1——电源指示灯；
EL——照明灯。
3）控制电路草图
根据所选元件与工作要求画出控制电路图，
如下图：
图1.3 控制电路图
2.2.4 工作原理
(1)主轴起动
首先合QF→HL1灯亮，表示电源供电正常
按下SB2→KM1（+）→KM1主闭→M1起动运转，拖动主轴旋转，KM1辅闭自锁。
(2)主轴停止
按SB4（或SB1）→KM1（–）→KM1主复位→M1停止。
(3)液压泵起动
按SB3→KM2（+）KM2主闭→M2起动，提供高压油，为液压系统工作准备，KM2辅闭自锁。
(4)液压泵停止
按SB5→KM2（–）→RM2主复位→M2停止。
(5)主轴与液压泵同时工作
首先将SA1打开向左位置
按SB2→KM1（+）→KM1主闭→M1起动工作，同时KM2（+）→KM2主闭→M2同时起动工作。
(6)冷却泵手动控制
首先将SA2打在M位置，然后按SB6→KM3（+）→M3起动，提供冷却液，KM3辅闭自锁。停止冷却泵按SB7即可。
(7)冷却泵自动控制
首先将SA2打在A位置，当动力头工作进给时KA2（+）→KA2常开闭合→KM3（+）→KM3主闭→M3自行起动工作，提供冷却液。
2.3 电控系统输入输出信号
1、输入信号（共42个）。其中：SQ、YJ为位置检测传感器开关；SA为选择开关；SB为按钮。