第8章 加工單元的結(jié)構(gòu)與控制

第8章加工單元的結(jié)構(gòu)與控制

8.1加工單元的結(jié)構(gòu)

8.1.1加工單元的基本功能加工單元可以模擬鉆孔加工及鉆孔質(zhì)量檢測的過程，并通過旋轉(zhuǎn)工作臺模擬物流傳送的過程。

8.1.2加工單元的基本結(jié)構(gòu)

加工單元主要組成機(jī)構(gòu)有：旋轉(zhuǎn)工作臺模塊鉆孔模塊鉆孔檢測模塊等1．旋轉(zhuǎn)工作臺模塊

旋轉(zhuǎn)工作臺模塊主要由旋轉(zhuǎn)工作臺、工作臺固定底盤、傳動(dòng)齒輪、直流電動(dòng)機(jī)、定位凸塊、電感式接近開關(guān)傳感器、漫反射式光電傳感器、支架等組成。

在轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺上有四個(gè)工位，用于存放工件。在每個(gè)工位的下面都有一個(gè)圓孔，用于光電傳感器對工件的識別。電感式接近開關(guān)傳感器用于判斷工作臺的轉(zhuǎn)動(dòng)位置,以便于進(jìn)行定位控制。2．鉆孔模塊

鉆孔模塊主要由鉆孔氣缸、鉆孔電機(jī)、鉆孔導(dǎo)向裝置、夾緊氣缸、鉆孔模塊支架等組成。在鉆孔氣缸的兩端、夾緊氣缸的兩端都安裝有磁感應(yīng)式接近開關(guān)，分別用于判斷兩個(gè)氣缸運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)極限位置。各組成部分的作用鉆孔深度及夾緊狀態(tài)的判斷鉆孔模塊用于實(shí)現(xiàn)鉆孔加工過程。3．檢測模塊檢測模塊用于實(shí)現(xiàn)對鉆孔加工結(jié)果的模擬檢測過程。檢測模塊主要由檢測氣缸、檢測氣缸固定架、檢測模塊支架及磁感應(yīng)式接近開關(guān)組成。原理：氣缸桿能下降到位——孔深度加工合格；氣缸不能下降到位——孔加工不合格。氣缸的位置通過安裝在氣缸兩端的磁感應(yīng)式接近開關(guān)來判斷。4．繼電器

繼電器K1、K2，分別用于控制鉆孔電機(jī)和工作臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)。為什么要使用繼電器？5．CP閥組

本單元的CP閥組由3個(gè)電磁閥組成，其中一個(gè)為帶手控開關(guān)的雙側(cè)電磁先導(dǎo)控制閥，其余2個(gè)均為帶手控開關(guān)的單側(cè)電磁先導(dǎo)控制閥。各個(gè)閥的結(jié)構(gòu)類型（幾位幾通），請同學(xué)們通過實(shí)際操作設(shè)備，根據(jù)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作特征判斷出來。I/O接口開關(guān)量：8個(gè)輸入/6個(gè)輸出。輸入用于傳感器信號的傳輸，輸出用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號的傳輸。氣源工作壓力最小6bar，最大8bar

8.1.3加工單元的主要技術(shù)數(shù)據(jù)

8.1.4學(xué)生活動(dòng)：觀察了解加工單元的氣動(dòng)控制回路

1．活動(dòng)目的

⑴觀察了解加工單元的氣動(dòng)控制回路的組成，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力；

⑵復(fù)習(xí)掌握氣動(dòng)技術(shù)知識，培養(yǎng)學(xué)生的知識應(yīng)用能力；

⑶通過自主操作，培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)思考能力和動(dòng)手能力。

2．活動(dòng)內(nèi)容

⑴由學(xué)生自主操作控制各個(gè)方向控制閥的手動(dòng)信號，控制相應(yīng)的氣缸動(dòng)作，觀察各氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作特征，分析判斷與各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對應(yīng)的方向控制閥的類型；

⑵觀察氣動(dòng)控制回路的組成情況，如：有無節(jié)流閥、氣缸的進(jìn)排口情況等，然后推斷畫出檢測單元的氣動(dòng)控制回路圖。

3．方法建議⑴分別用手控信號控制各方向控制閥，觀察相應(yīng)的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，找出閥及閥的控制信號與執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作之間的關(guān)系。

⑵在觀察各個(gè)氣缸的動(dòng)作特征時(shí)，應(yīng)觀察3種狀態(tài)：操作前執(zhí)行機(jī)構(gòu)的常態(tài)；操作過程中，突然去掉手控信號時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)；在手控信號一直維持到使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作完成后去掉該信號的情況下，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)。8.1.5學(xué)生活動(dòng)：觀察了解加工單元PLC的I/O接口情況1．活動(dòng)目的

⑴熟悉MPS系統(tǒng)中加工單元的結(jié)構(gòu)組成。

⑵查明加工單元中PLC的I/O接口地址。

⑶進(jìn)一步了解加工單元的結(jié)構(gòu)、了解繼電器的作用、了解傳感器技術(shù)在加工單元中的應(yīng)用。

2．活動(dòng)內(nèi)容

⑴在教師的指導(dǎo)下，觀察了解加工單元的結(jié)構(gòu)。

⑵查明氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成（氣缸、控制閥），通過手動(dòng)方式操作控制閥分別控制各個(gè)氣缸動(dòng)作，觀察分析控制信號與氣缸動(dòng)作之間的關(guān)系。⑶查明各電控閥的電控信號、繼電器線圈所對應(yīng)的PLC接口地址（輸出地址）。

⑷認(rèn)識了解該工作單元中所使用的傳感器；在教師的指導(dǎo)下，查明各傳感器的類型、符號名、安裝位置、作用及其對應(yīng)的PLC的接口地址（輸入地址）；查明各控制開關(guān)的觸電類型及其在PLC上的接口地址（輸入地址）。請將數(shù)據(jù)保存好，在以后編寫控制程序時(shí)要使用這些數(shù)據(jù)。

3．要求與建議將查明的該單元執(zhí)行機(jī)構(gòu)的情況及其與PLC的接口情況進(jìn)行整理，并以適當(dāng)?shù)男问奖磉_(dá)出來。主要內(nèi)容包括：PLC的I/O的接口地址使用情況；各地址所對應(yīng)的輸入/輸出設(shè)備的符號及名稱；輸入/輸出設(shè)備的用途；各地址的信號狀態(tài)與設(shè)備的工作狀態(tài)之間的關(guān)系。建議：⑴PLC的I/O接口情況用I/O接口圖表示；

⑵其它內(nèi)容用表格列出。參考表格如下：

4．注意事項(xiàng)⑴在氣動(dòng)執(zhí)行元件接通起源的情況下，禁止用手直接扳動(dòng)氣動(dòng)元件。⑵在PLC處于RUN模式或RUN-P模式、并運(yùn)行用戶程序時(shí)，禁止用手動(dòng)方式操作電控閥。⑶在觀察結(jié)構(gòu)時(shí)，不要用力拽導(dǎo)線、氣管；不要拆卸元器件及其它裝置；遇有不能解決的問題，及時(shí)請教指導(dǎo)教師。

8.2加工單元的PLC控制及編程

8.2.1加工單元的手動(dòng)單循環(huán)控制

1．控制任務(wù)

在手動(dòng)操作模式下，在各執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于初始狀態(tài)、并且在1號工位上有工件的情況下，當(dāng)按觸啟動(dòng)按鈕時(shí)，旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動(dòng)，將工件傳送到2號工位進(jìn)行鉆孔加工；鉆孔加工后，旋轉(zhuǎn)工作臺再轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)工位，將工件送到3號工位進(jìn)行鉆孔質(zhì)量的檢測，并儲存檢測結(jié)果；最后工件被送到4號工位，同時(shí)檢測結(jié)果被轉(zhuǎn)存到另一個(gè)存儲單元中。4號工位的工件由人工取走。

在上述工作過程完成之前，操作啟動(dòng)按鈕應(yīng)該對其沒有影響。當(dāng)然，上述工作過程也不受停止按鈕的控制。

在實(shí)現(xiàn)上述控制任務(wù)中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

在啟動(dòng)前，加工單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須是處于初始位置，否則不允許啟動(dòng)。在啟動(dòng)后，全部工作完成前，不再受啟動(dòng)按鈕的控制。在該控制模式下，無需使用停止按鈕。2．生產(chǎn)工藝流程

①加工單元的初始狀態(tài)可設(shè)計(jì)為：

鉆孔氣缸處于上端位置；

旋轉(zhuǎn)工作臺工位正確；

加緊氣缸氣缸處于伸出位置（由氣路決定的）

檢測氣缸處于上端位置；

旋轉(zhuǎn)工作臺的1號工位上有工件。

②工藝流程

是否滿足啟動(dòng)條件且是否為手動(dòng)模式？開始是否按下了啟動(dòng)按鈕？NNYY①夾緊氣缸縮回Y①是否縮回到位？N工作臺轉(zhuǎn)一個(gè)工位Y是否轉(zhuǎn)動(dòng)到位？N夾緊氣缸伸出夾緊工件Y是否伸出到位？N啟動(dòng)鉆孔電機(jī)鉆孔氣缸下降Y是否下降到位？N②鉆孔氣缸上升檢測氣缸下降Y是否上升到位？NY是否下降到位？N②③存儲合格標(biāo)志，復(fù)位定時(shí)器Y是否到定時(shí)時(shí)間？N存儲不合格標(biāo)志夾緊氣缸縮回Y是否縮回到位？N工作臺轉(zhuǎn)一個(gè)工位Y是否轉(zhuǎn)動(dòng)到位？N啟動(dòng)定時(shí)器，延時(shí)1秒合格/不合格標(biāo)志轉(zhuǎn)存③工作臺轉(zhuǎn)一個(gè)工位結(jié)束檢測氣缸上升Y是否上升到位？NY是否轉(zhuǎn)動(dòng)到位？N3．程序流程

請同學(xué)們根據(jù)上述工藝流程自己編寫出相應(yīng)的程序流程。4．LAD程序

請同學(xué)們根據(jù)自己編寫的程序流程圖編寫LAD程序。1．活動(dòng)目的

⑴進(jìn)一步學(xué)習(xí)掌握STEP7V5.1軟件包的操作，進(jìn)一步熟練掌握“程序編輯器”的使用。⑵進(jìn)一步掌握梯形邏輯語言的常用指令及梯形邏輯語言的基本編程方法與技巧。8.2.2學(xué)生活動(dòng)：上機(jī)調(diào)試加工單元的手動(dòng)控制程序

⑶進(jìn)一步加深對PLC控制作用的理解，加深理解控制功能是如何實(shí)現(xiàn)的。

⑷了解設(shè)備調(diào)試時(shí)應(yīng)注意的問題，掌握調(diào)試的基本方法與技巧。⑸培養(yǎng)安全生產(chǎn)的意識。

⑹培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)；培養(yǎng)分析問題解決問題的能力。2．活動(dòng)內(nèi)容

⑴創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，在該項(xiàng)目下，錄入所編寫的加工單元的手動(dòng)單循環(huán)控制程序。⑵對所錄入的控制程序進(jìn)行認(rèn)真檢查，經(jīng)檢查確認(rèn)無誤后，再進(jìn)行實(shí)際的運(yùn)行調(diào)試。最終實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制功能。3．方法與建議⑴在檢查程序時(shí)，重點(diǎn)檢查：各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間是否會發(fā)生沖突，同一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在不同的階段所作的相同的動(dòng)作是否區(qū)分開了。⑵如果幾個(gè)程序段實(shí)現(xiàn)的都是同一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的同一個(gè)動(dòng)作，而只是實(shí)現(xiàn)的條件不同，則應(yīng)該將這幾個(gè)程序段按照或邏輯關(guān)系進(jìn)行合并。⑶只有在認(rèn)真、全面地檢查了程序，并且再也查不出錯(cuò)誤的情況下，才可以運(yùn)行程序，進(jìn)行實(shí)際調(diào)試；不可以在不經(jīng)過檢查的情況下就直接在設(shè)備上運(yùn)行所編寫的程序，否則如果程序存在著嚴(yán)重的錯(cuò)誤，極易造成設(shè)備的損壞。

特別提醒：在運(yùn)行程序時(shí)，應(yīng)該有人守侯在設(shè)備旁，時(shí)刻注意設(shè)備的運(yùn)行情況，一旦發(fā)生執(zhí)行機(jī)構(gòu)相互沖突的事件，應(yīng)及時(shí)操作保護(hù)設(shè)施，如切斷設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號回路、切斷氣源等，以避免造成設(shè)備的損壞。建議，①在調(diào)試前先將安裝在加緊氣缸桿前端的加緊裝置和安裝在檢測氣缸桿上的探測裝置拆掉。②在程序調(diào)試完畢后，再將其恢復(fù)。

1．控制任務(wù)在自動(dòng)操作模式下，在各執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于初始狀態(tài)、且旋轉(zhuǎn)工作臺的1號工位上沒有工件的情況下按啟動(dòng)按鈕，加工單元進(jìn)入到待工作狀態(tài)。當(dāng)有工件被放到旋轉(zhuǎn)工作臺的1號工位上時(shí)，則加工單元進(jìn)入工作狀態(tài)，將工件傳送到2號工位，并進(jìn)行鉆孔加工，然后等待1號工位接收新的工件。當(dāng)1號工位上又接收到了新的工件時(shí)，旋轉(zhuǎn)工作臺就再轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)工位，將經(jīng)過鉆孔加工后的工件送到3號工位進(jìn)行質(zhì)量檢測，并將檢測結(jié)果儲存起來；同時(shí)，新的工件被送到2號工位進(jìn)行鉆孔加工，然后再次等待1號工位接收新的工件……當(dāng)最初的工件經(jīng)過上述流程進(jìn)入到4號工位時(shí)，該工件的鉆孔檢測結(jié)果將被轉(zhuǎn)存到另一個(gè)存儲單元中。8.2.3加工單元的自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行控制

當(dāng)按了停止按鈕后，加工單元不再接收新的工件，但是要將已進(jìn)入到加工單元中的工件加工完，此后加工單元要將處在工作臺上的工件依次進(jìn)行完鉆孔（2號工位）、質(zhì)量檢測（3號工位）、輸出（4號工位）的過程后才停止運(yùn)行。若是按了停止按鈕后，加工單元是處于工作臺上無工件的待加工狀態(tài)，則直接停止運(yùn)行。停止運(yùn)行后各執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)回到初始狀態(tài)。

每個(gè)工件在本單元中都要經(jīng)過以上的工作流程。工件到達(dá)4號工位后由人工取走。只要未按停止按鈕，加工單元就按照上述過程連續(xù)運(yùn)行。

2．生產(chǎn)工藝流程①初始狀態(tài)：鉆孔氣缸處于上端位置；旋轉(zhuǎn)工作臺工位正確；加緊氣缸氣缸處于伸出位置（由氣路決定的）；

檢測氣缸處于上端位置。

②工藝流程

是否滿足啟動(dòng)條件且是否為自動(dòng)模式？開始是否按下了啟動(dòng)按鈕？NNYY①夾緊氣缸縮回Y①是否縮回到位？N工作臺轉(zhuǎn)一個(gè)工位Y1號工位是否有工件？N合格/不合格標(biāo)志轉(zhuǎn)存Y是否按了停止按鈕？NY2號工位是否有工件？N夾緊氣缸縮回②③④⑦夾緊氣缸伸出夾緊工件Y是否伸出到位？N啟動(dòng)鉆孔電機(jī)鉆孔氣缸下降②Y是否轉(zhuǎn)動(dòng)到位？N檢測氣缸下降Y是否下降到位？N定時(shí)2秒NY是否到定時(shí)時(shí)間？存儲不合格標(biāo)志存儲合格標(biāo)志，復(fù)位定時(shí)器⑥⑤⑤⑥Y是否下降到位？鉆孔氣缸上升檢測氣缸上升NY鉆孔氣缸、檢測氣缸是否都已上升到位？N⑦③Y是否縮回到位？N工作臺轉(zhuǎn)一個(gè)工位Y是否轉(zhuǎn)動(dòng)到位？N檢測氣缸下降Y是否下降到位？N定時(shí)2秒NY是否到定時(shí)時(shí)間？存儲不合格標(biāo)志存儲合格標(biāo)志，復(fù)位定時(shí)器檢測氣缸上升是否上升到位？N⑧④⑧合格/不合格標(biāo)志轉(zhuǎn)存工作臺轉(zhuǎn)一個(gè)工位結(jié)束YY是否轉(zhuǎn)動(dòng)到位？N夾緊氣缸伸出3．編程技巧

⑴將自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行控制程序編寫在FC或FB中；⑵將運(yùn)行自動(dòng)程序的條件在主程序OB1中體現(xiàn)，作為調(diào)用自動(dòng)控制程序的條件；⑶在自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行控制程序中，建議創(chuàng)建一個(gè)“啟動(dòng)/停止”的標(biāo)志信號，通過信號去控制程序。⑷在編寫程序時(shí)，注意區(qū)分使用“1”信號和“沿”信號。⑸注意在程序中區(qū)分同一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在不同的階段所作的相同的動(dòng)作。建議最終將這些程序段按照或邏輯合并在一起。⑹程序編寫完成后應(yīng)注意仔細(xì)檢查。1．活動(dòng)目的

⑴進(jìn)一步學(xué)習(xí)掌握STEP7V5.1軟件包的操作，進(jìn)一步熟練掌握“程序編輯器”的使用。⑵進(jìn)一步掌握梯形邏輯語言的常用指令及梯形邏輯語言的基本編程方法與技巧。8.2.4學(xué)生活動(dòng)：上機(jī)調(diào)試加工單元的自動(dòng)控制程序⑶進(jìn)一步加深對PLC控制作用的理解，加深理解控制功能是如何實(shí)現(xiàn)的。

⑷了解設(shè)備控制中的工藝及安全技術(shù)問題，提高對生產(chǎn)設(shè)備的操作能力，培養(yǎng)安全生產(chǎn)的意識。⑸了解設(shè)備調(diào)試時(shí)應(yīng)注意的問題，掌握調(diào)試的基本方法與技巧，培養(yǎng)調(diào)試設(shè)備的能力。

2．活動(dòng)內(nèi)容

⑴創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，在該項(xiàng)目下編寫（錄入）控制程序，實(shí)現(xiàn)對加工單元的控制，工作方式為：自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行。⑵將所編程序下載到CPU中，進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行調(diào)試，經(jīng)過