畢業(yè)設計（論文）多軸組合鉆床液壓系統(tǒng)與PLC電氣控制系統(tǒng)設計

1、陜西工業(yè)職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計設計（論文）題目：多軸組合鉆床液壓系統(tǒng)與plc電氣控制系統(tǒng)設計 題目下達日期： 2011 年 11 月 5 日開 始 日 期： 2011 年 12 月 5 日完 成 日 期： 2012年 01 月 02日指 導 教 師： 專 業(yè)： 機電一體化技術 班 級： 學 生 姓 名： 教研室主任： 數(shù)控工程學院多軸組合鉆床液壓系統(tǒng)與plc電氣控制系統(tǒng)設計摘要由于工業(yè)的迅速發(fā)展，效率的提高。就需要更加高效安全的設備。液壓傳動系統(tǒng)由于其獨特的優(yōu)點，即具有廣泛的工藝適應性、優(yōu)良的控制性能和較低廉的成本，在各個領域得到應用。本次設計就是應用液壓系統(tǒng)來操控鉆床。在各個領域中可編程控制

2、器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計算和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc是微機技術與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術相結合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用微處理器的優(yōu)點。 由于這些特點，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。根據(jù)分析設計方案，選定plc作為本系統(tǒng)的主控制芯片。在本設計中的多軸組合鉆床的液壓控制是利用電磁換向閥、單向調(diào)速閥以等元件來實現(xiàn)各種

3、動作， 其中該系統(tǒng)有三個液壓缸，工作進給缸，兩個為定位和夾緊缸。定位.夾緊由液壓缸實現(xiàn)自動化較高。本此設計所有的液壓部件包括：液壓缸、單向調(diào)速閥.三位五通電磁換向閥等。關鍵詞：電磁閥，三位五通電磁換向閥multi shaft combined drilling machine hydraulic system and electrical control system design of plcabstractdue to the rapid development of industry, to improve the efficiency of. we need more efficien

4、t safety equipment. the hydraulic transmission system due to its unique advantages, which has wide adaptability of technology, excellent control performance and low cost, has been applied in various fields. application of this design is to control the drilling machine hydraulic system. in various fi

5、elds of programmable controller is a digital electronic computers operating system, specifically for applications in the industrial design environment. it uses a programmable memory, used in the implementation of its internal storage logical, sequential control, timing, calculation and arithmetic op

6、erations such as operating instructions, and through digital and analog input and output, the control of various types of machinery or production process. plc is the computer technology and traditional relay contact control technology combined with the product, it has overcome the relay contact cont

7、rol system in mechanical contact of the complex wiring, low reliability, high power consumption, universality and flexibility of the shortcomings of the poor, make full use of the advantages of microprocessor.because of these characteristics, the programmable controller appeared soon after by indust

8、rial control field, and get fast development. according to the analysis and design program, selected plc as the systems main control chip. in the design of the multi-axis combination drilling machine hydraulic control is the use of electromagnetic valve, one-way speed-regulating valve to wait for el

9、ement to achieve a variety of actions, including the system of three hydraulic cylinders, working feed cylinder, two for positioning and clamping cylinder. positioning clamping hydraulic cylinder to realize automation. by high. the design of all hydraulic components include: hydraulic cylinder, one-

10、way speed-regulating valve. three position five way electromagnetic valve.key words: electromagnetic valve. three position five way electromagnetic valve目錄第一章 plc介紹51.1plc發(fā)展歷史51.2plc技術發(fā)展呈現(xiàn)新的動向：61.3 plc的用途61.4 plc的特點71.5plc的系統(tǒng)組成81.6plc的硬件系統(tǒng)10第二章 液壓系統(tǒng)的簡介112.1液壓系統(tǒng)的作用和組成112.2 液壓系統(tǒng)的與缺點11第三章課題設計的分析133.1問題

11、介紹:133.2課題的分析處理13第四章 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定步驟15第五章 液壓系統(tǒng)原理圖的設計165.1、確定液壓系統(tǒng)基本回路16（1） 設計選擇緩沖回路16（2） 設計選擇快速回路和換向回路16（3） 選擇定位、夾緊回路17（4） 選擇動作轉換的控制方式185.2液壓基本回路的組合19（1） 組合成液壓系統(tǒng)并畫成液壓系統(tǒng)圖195.3其作用簡要分析及工作原理如下：205.4電磁鐵動作順序表22第六章plc程序的設計236.1、多軸鉆床的工進plc電氣控制系統(tǒng)的硬件及軟件設計236.11 輸入輸出點分配及機型選擇236.12輸入輸出接線圖246.13.plc控制的順序功能圖246.14 梯形

12、圖256.2軟件仿真28第七章 plc電氣控制系統(tǒng)的程序調(diào)試297.1 控制系統(tǒng)的程序調(diào)試步驟297.2 調(diào)試過程中要注意的事項29附錄：30設計總結31致謝33參考文獻：34第一章 plc介紹1.1plc發(fā)展歷史起源：1968年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求。1969 年，美國數(shù)字設備公司研制出了第一臺可編程控制器 pdp14 ，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這是第一代可編程序控制器，稱programmable，是世界上公認的第一臺plc。 1969年，美國研制出世界第一臺pdp-14 1971年，日本研制出第一臺dcs-8 1973

13、年，德國研制出第一臺plc 1974年，中國研制出第一臺plc 發(fā)展：20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使plc增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。此時的plc為微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產(chǎn)物。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為programmable logic controller（plc）。20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、p

14、id功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。 20世紀80年代至90年代中期，是plc發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，plc在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高，plc逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的dcs系統(tǒng)。 20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種

15、人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易。1.2plc技術發(fā)展呈現(xiàn)新的動向：1：產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展 大：i/o點數(shù)達14336點、32位為微處理器、多cpu并行工作、大容量存儲器、掃描速度高速化。 ?。河烧w結構向小型模塊化結構發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。 2：plc在閉環(huán)過程控制中應用日益廣泛 3：不斷加強通訊功能 4：.新器件和模塊不斷推出 高檔的plc除了主要采用cpu以提高處理速度外，還有帶處理器的eprom或ram的智能i/o模塊、高速計數(shù)模塊、遠程i/o模塊等專用化模塊。 5：編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標準化 有各

16、種簡單或復雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的plc指令系統(tǒng) 6：發(fā)展容錯技術 采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。 7：追求軟硬件的標準化。1.3 plc的用途plc = programmable logic controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。 目前，plc在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、

17、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保、水處理及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。1、開關量的邏輯控制這是plc最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑2、模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（analog）和數(shù)字量（digital）之間的a/d轉換及d/a轉換。plc廠家都生產(chǎn)配套的a/d和d/a轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。3、運動控制plc可以用于圓周運動或直線運動的控

18、制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要plc廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。4、過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，plc能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型plc都有pid模塊，目前許多小型plc也具有此功能模塊。pid處理一般是運行專用的pid子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應

19、用。5、數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代plc具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。6、通信及聯(lián)網(wǎng)plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各plc廠商都十分重視plc的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的plc都具有通

20、信接口，通信非常方便1.4 plc的特點1) 可靠性高,抗干擾能力強由plc的定義可知道，它是專門為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的，因此在設計olc時從硬件和軟件上都采取了抗干擾的措施，提高了其可靠性。硬件措施：屏蔽、濾波、隔離、采用模塊式結構軟件措施：故障檢測、信息保護和恢復、設置了警戒時鐘wdt、對程序進行檢查和檢驗2) 通用性強，使用方便用戶在進行控制系統(tǒng)的設計時，不需要自己設計和制作硬件裝置，只需根據(jù)控制要求進行模塊的配置。對于一個控制系統(tǒng)，當控制要求改變時，只需修改程序，就能變更控制功能。3) 采用模塊化結構，使系統(tǒng)組合靈活方便plc的各個部件，均采用模塊化設計，各模塊之間可由機架和電纜連接

21、。系統(tǒng)的功能和模塊可根據(jù)用戶的實際需求自行組合，使系統(tǒng)的性能價格更容易趨于合理。4) 編程語言簡單，易學，便于掌握plc的主要使用對象是廣大的電氣技術人員，所以為了便于工程技術人員方便學習和掌握plc的編程，采用了與繼電器接觸器控制原理相似的梯形圖語言，易學易懂。5) 系統(tǒng)設計周期短由于系統(tǒng)硬件的設計任務僅僅是根據(jù)對象的控制要求配制適當?shù)哪K，而不要去設計具體的接口電路，這樣大大縮短了整個設計所花費的時間，加快了整個工程的進度。6) 安裝簡單,調(diào)試方便,維護工作量小plc控制系統(tǒng)的安裝接線比繼電器接觸器控制系統(tǒng)少的多，只需將現(xiàn)場的各種設備與plc相應的i/o端相連。plc軟件設計和調(diào)試可在實驗

22、室進行，用模擬實驗開關代替輸入信號，其輸出狀態(tài)可以觀察plc上的發(fā)光二極管，也可以另接輸出實驗板。模擬調(diào)試好后，再將plc控制系統(tǒng)安裝到現(xiàn)場，進行連機調(diào)試，這樣既省時間又很方便。由于plc本身的可靠性高，又有完善的自診斷能力，一旦發(fā)生故障，可以根據(jù)報警信息，迅速查明原因。如果是plc本身，則可用更換模塊的方法排除鼓掌。這樣提高了維護的工作效率，保證了生產(chǎn)的正常進行。1.5plc的系統(tǒng)組成可編程序控制器plc各組成部件的作用1.cpu是plc的核心部分。與通用微機cpu一樣，cpu在pc系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞。其功能： （1）用掃描方式（后面介紹）接收現(xiàn)場輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸

23、入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器； （2）接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)； （3）診斷電源和pc內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編程過程中的語法錯誤； （4）在pc進入運行狀態(tài)后： a）執(zhí)行用戶程序產(chǎn)生相應的控制信號（從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經(jīng)命令解釋后，按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去啟閉有關的控制電路） b）進行數(shù)據(jù)處理分時、分渠道地執(zhí)行數(shù)據(jù)存取、傳送、組合、比較、變換等動作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯或算術運算任務 c）更新輸出狀態(tài)輸出實施控制（根據(jù)運算結果，更新有關標志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內(nèi)容，再由輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容，實現(xiàn)輸出控制、制表、打印、數(shù)據(jù)通訊等） 2.存儲

24、器 系統(tǒng)程序存儲器存放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序）、模塊化應用功能子程序、命令 解釋、功能子程序的調(diào)用管理程序和系統(tǒng)參數(shù) *不能由用戶直接存取 用戶存儲器用戶程序存儲器存放用戶程序。即用戶通過編程器輸入的用戶程序。 功能存儲器（數(shù)據(jù)區(qū)）存放用戶數(shù)據(jù) pc的用戶存儲器通常以字（16位/字）為單位來表示存儲容量。 注意：系統(tǒng)程序直接關系到pc的性能，不能由用戶直接存取，所以，通常pc產(chǎn)品資料中所指的存儲器形式或存儲方式及容量，是指用戶程序存儲器而言。 3.i/o（輸入/輸出部件）（i/o模塊：接口電路、i/o映像存儲器） cpu與現(xiàn)場i/o裝置或其他外部設備之間的連接部件。plc提供了各種操作電平與驅

25、動能力的i/o模塊，以及各種用途的i/o組件供用戶選用： 輸入/輸出電平轉換 電氣隔離 串/并行轉換 數(shù)據(jù)傳送 a/d、d/a轉換 誤碼校驗 其他功能模塊 i/o模塊可與cpu放在一起，也可遠程放置。通常，i/o模塊上還具有狀態(tài)顯示和i/o接線端子排。 4.編程器等外部設備 編程器plc開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的工具 作用：用于用戶程序的編制、編輯、調(diào)試、檢查和監(jiān)視 通過鍵盤和顯示器去檢測plc內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù) 通過通訊端口與cpu聯(lián)系，實現(xiàn)與plc的人機對話 分類：簡單型只能聯(lián)機編程；只能用指令清單編程 智能型既可聯(lián)機（online），也可脫機（offline）編程；可以采用指令清

26、單（語句表）、梯形圖等語言編程。常可直接以電腦作為編程器，安裝相關的編程軟件編程 注意：編程器不直接加入現(xiàn)場控制運行。一臺編程器可開發(fā)、監(jiān)護許多臺plc的工作。 其他外設：磁盤、光盤、eprom寫入器（用于固化用戶程序）、打印機、圖形監(jiān)視系統(tǒng)或上位計算機等等。 5.電源：內(nèi)部開關穩(wěn)壓電源，供內(nèi)部電路使用；大多數(shù)機型還可以向外提供dc24v穩(wěn)壓電源，為現(xiàn)場的開關信號、外部傳感器供電。 外部可用一般工業(yè)電源，并備有鋰電池（備用電池），使外部電源故障時內(nèi)部重要數(shù)據(jù)不致丟失1.6plc的硬件系統(tǒng)plc的硬件系統(tǒng)由主機系統(tǒng)（如圖1-1）、輸入/輸出擴展環(huán)節(jié)及外部設備組成。圖1-1 plc 硬件主機系統(tǒng)圖

27、現(xiàn)場控制或檢測元件輸入給plc各種控制信號，如限位開關、操作按鈕、選擇開關以及其他一些傳感器輸出的開關量或模擬量等，通過輸入接口電路將這些信號轉換成cpu能夠接收和處理的信號。輸出接口電路將cpu送出的弱電控制信號轉換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅動電磁閥、接觸器等被控設備的執(zhí)行元件第二章 液壓系統(tǒng)的簡介2.1液壓系統(tǒng)的作用和組成一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。 動力元件的作用是將原動機的機械能轉換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結構形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。 執(zhí)行元件(如液壓缸和液壓馬達)的作用

28、是將液體的壓力能轉換為機械能，驅動負載作直線往復運動或回轉運動。 控制元件(即各種液壓閥)在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力 控制閥又分為益流閥(安全閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。 輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、壓力表、油位油溫計等。 液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質，有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等幾大類。2.2 液壓

29、系統(tǒng)的與缺點(1)優(yōu)點 1）傳動平穩(wěn) 在液壓傳動裝置中，由于油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以認為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動進行傳動。油液有吸振能力，在油路中還可以設置液壓緩沖裝置，故不像機械機構因加工和裝配誤差會引起振動扣撞擊，使傳動十分平穩(wěn)，便于實現(xiàn)頻繁的換向；因此它廣泛地應用在要求傳動平穩(wěn)的機械上，例如磨床幾乎全都采用了液壓傳動。 2）質量輕體積小 液壓傳動與機械、電力等傳動方式相比，在輸出同樣功率的條件下，體積和質量可以減少很多，因此慣性小、動作靈敏；這對液壓仿形、液壓自動控制和要求減輕質量的機器來說，是特別重要的。例如我國生產(chǎn)的1m3挖掘機在采用液壓傳動后，比采用機械傳動時的質量

30、減輕了1t。 3）承載能力大 液壓傳動易于獲得很大的力和轉矩，因此廣泛用于壓制機、隧道掘進機、萬噸輪船操舵機和萬噸水壓機等。 4）容易實現(xiàn)無級調(diào)速 在液壓傳動中，調(diào)節(jié)液體的流量就可實現(xiàn)無級凋速，并且凋速范圍很大，可達2000：1，很容易獲得極低的速度。 5）易于實現(xiàn)過載保護 液壓系統(tǒng)中采取了很多安全保護措施，能夠自動防止過載，避免發(fā)生事故。 6）液壓元件能夠自動潤滑 由于采用液壓油作為工作介質，使液壓傳動裝置能自動潤滑，因此元件的使用壽命較長。 7）容易實現(xiàn)復雜的動作 采用液壓傳動能獲得各種復雜的機械動作，如仿形車床的液壓仿形刀架、數(shù)控銑床的液壓工作臺，可加工出不規(guī)則形狀的零件。 8）簡化機構

31、 采用液壓傳動可大大地簡化機械結構，從而減少了機械零部件數(shù)目。 9）便于實現(xiàn)自動化 液壓系統(tǒng)中，液體的壓力、流量和方向是非常容易控制的，再加上電氣裝置的配合，很容易實現(xiàn)復雜的自動工作循環(huán)。目前，液壓傳動在組合機床和自動線上應用得很普遍。 10）便于實現(xiàn)“三化” 液壓元件易于實現(xiàn)系列比、標準化和通用化也易于設計和組織專業(yè)性大批量生產(chǎn)，從而可提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質量、降低成本。 (2) 缺點 1）液壓元件制造精度要求高 由于元件的技術要求高和裝配比較困難，使用維護比較嚴格。 2）實現(xiàn)定比傳動困難 液壓傳動是以液壓油為工作介質，在相對運動表面間不可避免的要有泄漏，同時油液也不是絕對不可壓縮的。因此不

32、宜應用在在傳動比要求嚴格的場合，例如螺紋和齒輪加工機床的傳動系統(tǒng)。 3）油液受溫度的影響 由于油的粘度隨溫度的改變而改變，故不宜在高溫或低溫的環(huán)境下工作。 4)不適宜遠距離輸送動力 由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠距離輸送動力。 5）油液中混入空氣易影響工作性能 油液中混入空氣后，容易引起爬行、振動和噪聲，使系統(tǒng)的工作性能受到影響。 6）油液容易污染 油液污染后，會影響系統(tǒng)工作的可靠性。 7）發(fā)生故障不易檢查和排除。第三章課題設計的分析3.1問題介紹:如圖1-1所示為一臺臥式單面多鉆孔組合機床的示意圖，現(xiàn)要求完成以下工作循環(huán)：定位夾緊快進工進快退原位停止拔銷松開。其中包括有以下動

33、作控制：動力頭電機、液壓泵電機的啟停，定位缸的“定位-拔銷”，夾緊缸的“夾緊-松開”，進給缸的“快進-工進-快退-停止”。圖3-1臥式單面多軸鉆床3.2課題的分析處理該設計可以由倆部分組成，多軸組合鉆床的液壓系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)設計和plc電氣控制的設計。在液壓系統(tǒng)設計時，所謂“單面”，只考慮從同一個方向往復進給。鉆床的工作循環(huán)、執(zhí)行機構的運動方式屬于在鑄鐵平導軌上移動式（機床運動方式還有轉動或擺動），則應有一個活塞缸作為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，要求有定位、夾緊，則應分別有定位缸和夾緊缸。其中當快進限位開關被壓下之后主軸電動機帶動主軸開始運作，并且采用km觸點進行自鎖使之不會在工作過程中突然停轉，當sb

34、1開機按鈕關閉之后機床斷電主軸停轉，當然在開機之前應該先調(diào)整好主軸轉速，同樣的液壓泵也是在機床啟動之后開始運轉，液壓泵與主軸電動機并聯(lián)在電路中（在下文中不會提到主軸電動機和液壓泵的運動），為了和plc電氣控制系統(tǒng)相配合，采用電磁閥來選擇不同的液壓回路。設計中為了系統(tǒng)的安全、可靠停機，則應在行程中設置限位裝置以及急停和點動。第四章 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定步驟根據(jù)設計要求可以將原理圖的設計擬定以下幾個步驟。，擬定液壓系統(tǒng)原理圖是整個液壓系統(tǒng)設計中的重要一步，其具體內(nèi)容為以下幾點。1. 確定油路類型根據(jù)所需類型不同選擇適當?shù)挠吐?。結構簡單的液壓系統(tǒng)或采用節(jié)流調(diào)速的液壓系統(tǒng)，一般采用開式油路；容積調(diào)速系

35、統(tǒng)或要求效率較高的系統(tǒng)，多采用閉式油路。2. 選擇液壓回路根據(jù)所確定的油類型，參考設計要求選擇液壓回路。根據(jù)主機主要性能選擇工作液壓回路，主機性能應起決定性作用，然后根據(jù)要求再考慮其他液壓回路。在選擇液壓回路時，有可能出現(xiàn)多種方案，宜平行展開，反復進行對比，不要輕易做出取舍決定。經(jīng)過對比，選擇最合適的。3. 控制方式的確定控制方式主要根據(jù)設計的要求確定，如果要求系統(tǒng)按一定順序自動循環(huán)，可使用行程控制或壓力控制。采用行程閥控制可使動作可靠；若采用電液比例控制、可編程控制器控制和微機控制，可簡化油路，改善系統(tǒng)的工作性能，而且使系統(tǒng)具有較大的柔性和通用性。4. 完成液壓系統(tǒng)通過以上步驟把選擇出來的各

36、種液壓回路進行綜合、歸并整理，增添必要的元件或輔助回路，使之組成完整的系統(tǒng)。整理后，務必使系統(tǒng)結構簡單緊湊，工作安全可靠，動作平穩(wěn)，效率高，調(diào)整和維護保養(yǎng)方便，而且盡可能采用標準元件，以降低成本，縮短設計和制造周期。液壓系統(tǒng)原理圖應按國家標準規(guī)定的圖形符號繪制第五章 液壓系統(tǒng)原理圖的設計5.1、確定液壓系統(tǒng)基本回路（1） 設計選擇緩沖回路根據(jù)要求此系統(tǒng)為小功率系統(tǒng)，要達到進給平穩(wěn)，不受外載干擾，孔鉆透時不前沖，所以應在系統(tǒng)回路中應設有緩沖裝置，使液壓缸話塞在行程中以及兩端能平滑移動與停止。（2） 設計選擇快速回路和換向回路根據(jù)設計要求盡量采用較小規(guī)格的液壓泵，可選擇差動連接快速回路，快速時流量

37、不大，運動部件的重量也較小，在換向方面又沒有什么特殊要求，所以可選擇電磁換向閥控制回路，為了便于差動連接，選擇三位五通的電磁換向閥。三位五通電磁換向閥:電磁換向閥是利用電磁鐵的吸力控制閥芯換位的換向閥。它操作方便，布局靈活，有利于提高設備的自動化程度，因而應用最廣泛。電磁換向閥包括換向閥和電磁鐵兩部分。電磁鐵因其所用電源不同而分為交流電磁鐵和直流電磁。交流電磁鐵常用220v和380v，不需要特殊電源，電磁吸力大，換向時間短，但換向沖擊大，噪聲大，發(fā)熱量大，換向頻率不能太高，壽命較低。若閥芯被卡住或電壓低，電磁吸力小，其線圈很容易燒壞，因而常用于換向平穩(wěn)性不高、換向頻率不高的液、氣壓系統(tǒng)中。直流

38、電磁鐵的工作電壓一般為24v，其換向平穩(wěn)，工作可靠，噪聲小，發(fā)熱少，壽命高。其缺點是啟動力小，換向時間較長，且需專門的直流電源，成本較高。因而常用于換向功能要求較高的系統(tǒng)中。題中所用三位五通電磁換向閥，換向精度高，泵不卸荷，并聯(lián)缸可運動。且它的中位機能可以在任意位置鎖住，還可保壓。符號圖如圖5-1。 5-1利用三位五通電磁換向閥的優(yōu)勢，設計如下圖3-2所示：圖5-2 快速回路和換向回路圖（3） 選擇定位、夾緊回路按選定位后夾緊的要求，可選擇用單向順序動作回路。在進給供油路瞬時下降能保持夾緊力，所以要接入節(jié)流調(diào)速和單向閥保壓。換向閥可連接成失電夾緊方式，也可采用帶定位的電磁換向閥以免工作突然失電

39、而松開，而在我的設計中是以兩位兩通電磁換向閥來實現(xiàn)保護的。換向回路如圖3-3所示：圖5-3換向回路圖單向節(jié)流閥：由單向閥和節(jié)流閥并聯(lián)而成的流量控制閥。當液體沿著一個方向流動時，經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流;反向流動時，單向閥不能打開，不節(jié)流；并且單向節(jié)流閥常用于液壓缸的調(diào)速和延時回路。（符號圖如圖3-4）圖5-4 單向節(jié)流閥符號圖（4） 選擇動作轉換的控制方式為了保證工件夾緊與進給的順序動作采用限位開關進行控制。當工作進給結束轉換為快退時，由于加工零件是通孔，位置精度不高，轉換控制方式可采用行程開關控制。5.2液壓基本回路的組合（1） 組合成液壓系統(tǒng)并畫成液壓系統(tǒng)圖將已選擇的液壓回路，組合成符合設計要求的液

40、壓系統(tǒng)并畫成液壓系統(tǒng)圖。在組合時應全面考慮各執(zhí)行元件間的先后動作順序、各回路間如何防止干擾、減少液壓沖擊及連鎖等安全措施，并在此基礎上盡可能減少元件和提高系統(tǒng)效率。液壓系統(tǒng)設計如下圖3-5所示：圖5-5液壓系統(tǒng)原理圖本系統(tǒng)采用了fluidsim-h 3.6軟件進行液壓系統(tǒng)原理圖的繪制，并且對基于元件物理模型的回路圖進行了實際仿真。組合后的液壓系統(tǒng)仿真圖如圖3-6所示，為工進到位后的仿真截圖。圖5-6 液壓系統(tǒng)仿真圖5.3其作用簡要分析及工作原理如下： 1、定位、夾緊，液壓油經(jīng)單向閥、兩位兩通電磁閥和二位四通換向閥右位后，油路分位兩支路。一支路直接進入定位缸下腔，實現(xiàn)定位；另一支待油壓升高能打開

41、單向順序閥、在經(jīng)單向節(jié)流閥后進入夾緊缸，完成夾緊動作。當油壓超過壓力繼電器的調(diào)定壓值時，也就是使夾緊力到6000時的壓力時，壓力繼電器發(fā)出電信號使夾緊力不再升高。2、快進，電磁鐵1dt得電閥4左位工作，由于系統(tǒng)壓力低于液控順序閥的調(diào)整壓力，閥不能打開，這時的主油路是： 進油路：濾油路變量泵油路換向閥油路機動滑閥油路液壓缸腔。 回油路：液壓缸右腔油路閥油路單向閥閥油路液壓缸左腔。 這時形成差動聯(lián)接回路，因為快進時載荷較小，系統(tǒng)速度較大，所以泵輸出的流量大，實現(xiàn)快進。3、在工進中，在快進終了時，擋鐵壓下行程閥，使油路與油路斷開，于是進油須經(jīng)調(diào)速閥，所以系統(tǒng)壓力升高，控制油路將液控順序閥打開，這時的

42、主油路是： 進油路：濾油路變量泵油路換向閥油路調(diào)速閥電磁閥油路液壓缸左腔。 回油路：液壓缸右腔油路三位五通電磁換向閥油箱。 因為工作進給時油壓升高，所以變量泵的流量自動減小，進給量的大小由調(diào)速閥來調(diào)節(jié)。4、死檔鐵停留，當導軌滑以工進前進，碰到死檔鐵后，液壓系統(tǒng)的壓力進一步升高，使壓力繼電器發(fā)出信號給1dt及時間繼電器，在未到達預定時間前，滑臺因1dt失電閥中位連接而停留。5、快退，在到達預定時間后，時間繼電器使電磁鐵2dt通電右位工作，這時主油路如下所示：進油路 ：濾油器泵油路閥油路液壓缸右腔?；赜吐?：液壓缸左腔油路單向閥油路閥油路油箱。 因為這時系統(tǒng)壓力較低，泵輸出流量大，滑臺快速返回。

43、6、原位停止，當滑臺退回到原始位置時，擋鐵壓下行程開關，這時電磁鐵1dt、2dt、3dt 都斷電，閥4處在中間位置，滑臺停止運動，油液壓力升高，使泵的流量自動減到很小。7、拔銷、松開，當給電磁鐵4dt通電，閥換向成為左位工作，這時主油路是：進油路： 濾油器泵油路減壓閥 單向閥閥油路液壓缸腔拔銷、液壓缸腔松開?；赜吐罚阂簤焊紫虑?、（液壓缸下腔單向閥單向閥） 油路 閥油箱該回路結構簡單，動作可靠，并且便于調(diào)整壓力，來實現(xiàn)夾緊壓力的變化，以及滿足夾緊時間長短的可控5.4電磁鐵動作順序表下表是這個液壓的電磁鐵和行程閥的動作表（表中“+”號表示電磁鐵或行程閥為壓下狀態(tài)，“”號表示電磁鐵斷電（未通電）或

44、行程閥未動壓下（初始）狀態(tài)。電磁鐵動作1dt2dt3dt4dt5dt定位、夾緊-+松開、拔銷-+-+快進+-工進+-+-快退-+-第六章plc程序的設計6.1、多軸鉆床的工進plc電氣控制系統(tǒng)的硬件及軟件設計6.11 輸入輸出點分配及機型選擇為了將plc控制系統(tǒng)的控制關系用plc控制器實現(xiàn)，plc需要14個輸入點（啟動按鈕、急停按鈕、五個點動按鈕和七個控制開關），7個輸出點。為了便于控制，所以選擇了fx2n-48mr型的plc。如下表4-1所示：輸入輸出器件代號地址表功能說明器件代號地址表功能說明sb1x1啟動按鈕1dty1快進電磁閥sb2x2急停按鈕2dty2快退電磁閥sq1x3拔銷到位限位

45、開關3dty3松開拔銷電磁閥sq2x4定位到位限位開關4dty4工進電磁閥sq3x5松開到位限位開關l1y5初位指示燈sq4x6夾緊到位限位開關l2y6定位夾緊指示燈sq5x7快退到位限位開關5dty7定位夾緊電磁閥sq6x10快進到位限位開關sq7x11工進到位限位開關sb3x12工進點動按鈕sb4x13快退點動按鈕sb5x14松開、拔銷點動按鈕sb6x15定位、夾緊點動按鈕sb7x16快進點動按鈕表6-1 輸入輸出點分配表6.12輸入輸出接線圖 根據(jù)plc系統(tǒng)的輸入輸出點分配表，畫出如圖4-2所示的plc控制系統(tǒng)i/o接線圖。圖6-2 輸入輸出接線圖6.13.plc控制的順序功能圖 順序功

46、能圖簡介：順序功能圖又稱功能流程圖或功能圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，也是設計plc的順序控制程序的有力工具。在我的設計中是利用gxdeveloperversion8.31h軟件進行順序功能圖的編輯以及仿真和調(diào)試。如圖4-3所示：6-3順序功能圖6.14 梯形圖 根據(jù)工件的定位與拔銷以及工作臺的進給plc控制的順序功能圖畫出如圖4-4所示的plc梯形圖。圖6-4 三菱plc系統(tǒng)梯形圖6.2軟件仿真 利用gxdeveloperversion8.31h軟件進行三菱plc系統(tǒng)梯形圖與sfc圖的程序編輯，并采用gxsimulator6-c三菱仿真軟件進行了仿真及調(diào)試。圖4-5軟

47、件仿真過程第七章 plc電氣控制系統(tǒng)的程序調(diào)試7.1 控制系統(tǒng)的程序調(diào)試步驟1） 對于比較復雜的控制系統(tǒng)，需要繪制系統(tǒng)流程圖，用以清楚的表明動作的順序和條件。2） 設計梯形圖。這是程序設計的關鍵一步，也是比較困難的一步。要設計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設計的實踐經(jīng)驗。3） 將程序輸入到plc的用戶存儲器，并查找程序是否正確。4） 對程序進行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。7.2 調(diào)試過程中要注意的事項1）數(shù)據(jù)線與計算機的接口必須要與軟件的端口設置保持匹配，否則運行會產(chǎn)生通信錯誤的問題。2）連接plc上的輸入輸出端口對應的動作必須與程序中的輸入輸出點的定3）連接plc時

48、，要清楚plc的供電電壓是多少伏，如果實際電壓小于供電電壓則不能運行，如果實際電壓大于供電電壓，則plc有可能會被燒壞。4）端口接線一定要牢固。5）切記上電時一定要注意安全。附錄：設計總結大學的三年時間在畢業(yè)設計完成那一刻也就此結束。曾經(jīng)的人和事就這樣隨著她的完成而慢慢地走遠。那同我一起走過的同學不知現(xiàn)在有過的怎樣，時間真的很快依稀還記得剛來的時候大家那一張張微笑的臉龐。而從今以后大家都要各奔東西我的大學生活就這樣慢慢的離我遠去逝去記憶永遠值得我珍藏。畢業(yè)了，再走完最后一段時光將自己這三年所學和實際相結合應用到實踐當中畢業(yè)設計就是結合實踐而制作的理論知識指導書，這也是我們走向社會的一個轉折。，

49、畢業(yè)設計的這段時間里,我學會了很多，也成長了不少，現(xiàn)在將我的過程以及所學到的總結如下:我的畢業(yè)設計題目是多軸組合鉆床液壓系統(tǒng)與plc電氣控制系統(tǒng)設計此設計的技術指標是。1一臺臥式單面多鉆孔組合機床，其工作循環(huán)為：定位夾緊快進工進快退原位停止拔銷松開?，F(xiàn)動力頭電機、液壓泵電機的動作控制，定位缸的“定位-拔銷”，夾緊缸的“夾緊-松開”，進給缸的“快進-工進-快退-停止”；本次畢業(yè)設計的題目是老師分配的，在決定做這個設計后，一邊企業(yè)工作，一邊做畢業(yè)設計，時間非常的緊迫。我們的畢業(yè)設計課題主要的步驟是:收集資料,確定方案、液壓系統(tǒng)的設計及元器件與設備的選比如說:搜集所要使用元器件的參數(shù)及相關的國家現(xiàn)行的法律法規(guī)；電氣控制元器件選用、確定所要使用的元器件并對其的