1、目 錄第一章 設計概述11.1 組合機床的概述11.2 設計要求1第二章 組合機床的電氣控制線路設計22.1 選擇并確定控制方案22.2 確定機床的工作循環22.3 確定液壓動力滑臺系統的工作過程42.4 機床電氣傳動的特點及控制要求52.5 機床電氣控制線路設計62.6 選擇電氣元件72.7 制定電動機和電氣元件明細表11第三章 組合機床的可編程控制器控制系統的設計133.1 在設計可編程控制器系統時，應遵循以下基本原則133.2 工藝要求及動作流程133.3 PLC選型133.4 I/O點地址編號及硬件接線143.5 軟件編制15第四章 總結17第五章 參考文獻18第一章 設計概述1.1

2、組合機床的概述組合機床通常是采用多刀、多面、多工序、多工位同時加工，由通用部件和專用部件組成的工序集中的高效率專用機床。它的電氣控制線路是將各個部件組合成一個統一的循環系統。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、銑削及磨削等工序。組合機床用于大批量生產。組合機床的控制系統大多采用機械、液壓或氣動、電氣相結合的控制方式。其中，電氣控制又起中樞連接的作用。因此，應分析組合機床電氣控制系統與機械、液壓或氣動部分的相互關系。1.2 設計要求設計兩面加工組合機床的電氣控制線路及其可編程控制器的控制系統。要求如下：1）能按照本組最終要求合理設計繼電器電氣原理圖，PLC電氣原理圖，再做成控制板

3、，最后連線試驗。2）要求上交1份設計說明書，2張圖紙，測試結果。第二章 組合機床的電氣控制線路設計2.1 選擇并確定控制方案組合機床組成部件不是一成不變的，它將隨著生產力的向前發展而不斷更新，因此與相適應的電氣控制線路也隨著更新換代，目前主要有以下兩種：1） 機械動力滑臺控制線路機械動力滑臺和液壓動力滑臺都是完成進給運動的動力部件，兩者區別僅在于進給的驅動方式不同。動力滑臺與動力頭相比較，前者配置成的組合機床較動力頭更為靈活。在動力頭上只能安裝多軸箱，而動力滑臺還可以安裝各種切削頭組成的動力頭，用來組成臥式、立式組合機床，以完成鉆、擴、鉸、鏜、刮端面、倒角和攻螺紋等工序，安裝分級進給裝置后，也

4、可用來鉆深孔。一般機械動力滑臺由滑臺、機械滑座及雙電動機（快速電動機和進給電動機）傳動裝置三部分組成。滑臺進給運動的自動循環是通過傳動裝置將動力傳遞給絲桿來實現的。2） 液壓動力滑臺控制線路液壓動力滑臺與機械動力滑臺在結構上的區別在于：液壓動力滑臺的進給運動的借助壓力油通過液壓缸的前腔和后腔來實現的。液壓動力滑臺由滑臺、滑座及液壓缸三部分組成，液壓缸驅動滑臺在滑座上移動。液壓動力滑臺也具有前面機械動力滑臺的典型自動工作循環過程，它是通過電氣控制線路控制液壓系統來實現的?；_的工進速度是通過調整節流調速閥進行無級調速的。電氣控制一般采用行程原則、時間原則控制方式及壓力控制方式。組合機床電氣控制系

5、統總的特點，是它的基本電路可根據通用部件的典型控制電路和一些基本控制環節組成，再按加工、操作要求以及自動循環過程，無須或只要作少量修改綜合而成。本設計采用一個液壓動力滑臺和兩個銑削動力頭來實現兩面加工的組合機床電氣控制電路。 2.2 確定機床的工作循環組合相床由底座、床身、液壓動力滑臺、銑削動力頭、液壓站等通用部件以及有關的專用部件組成，如圖2-1所示。組合機床的工作循環如圖2-2所示。1左電動機；2左變速箱；3液壓缸；4右變速箱；5右電動機；6滑臺；7工件；8夾具；9機座圖2-1 組合機床結構示意圖圖2-2 組合相床工作循環圖加工時，工件隨夾具安裝在液壓動力滑臺上，當發出加工指令后，工作臺作

6、快速進給，工作接近動力頭時，工作臺改為工作進給速度進給，同時，左銑削動力頭啟動加工，當進給到一定位置時，右動力頭也啟動兩面同時加工，直至終點時工作進給停止，兩動力頭停轉，經死擋鐵停留后，液壓動力滑臺快速退回原位并停止，工作循環結束。2.3 確定液壓動力滑臺系統的工作過程圖2-3 液壓動力滑臺的液壓系統圖液壓系統工作過程如下。（1） 快速趨進 液壓泵電動機啟動后，按SB3按鈕發出滑臺快速移動信號，電磁鐵YV1得電，三位五通電磁閥向右移，控制油路開通，控制三位五通液控換向閥向右移，接通工作油路，壓力經過行程閥進入液壓缸大腔，而小腔內回油經過三位五通液控換向閥、單向閥、行程閥再進入大腔，液壓缸體、滑

7、臺、獲得向前快速移動。（2） 工作進給 滑臺快速移動到工件接近銑削動力頭時，滑臺上的擋鐵壓下行程閥，切斷壓力油通路，此時壓力油只能通過調速閥進入液壓缸大腔，減少進油量，降低滑臺移動速度，滑臺轉為工進進給。此時由于負載增加，工作油路油壓升高，順序閥打開，液壓缸小腔的回油不再經單向閥流入液壓缸大腔，而是經順序閥流回油箱。（3） 死擋鐵停留 液壓動力滑臺工作進給結束時（銑削加工完成），滑臺撞上死擋鐵，停止前進，但油路仍處于工作進給狀態，液壓缸大腔內繼續進油，至使油壓升高，壓力繼電器KP動作。（4） 快速退回停于原位死擋鐵停留，壓力繼電器KP動作，其常閉觸點打開，使電磁鐵YV1失電 ，KP常開觸點閉合

8、，電磁鐵YV2得電，三位五通電磁閥左移，控制油控制閥左移，工作壓力油直接進入液壓缸小腔，使液壓缸體、滑臺、工件迅速退回。同時大腔內的回油經單向閥、三位五通液控換向閥無阻擋地流回油箱。工作臺快速退回原位時，壓下原位行程開關，電磁鐵YV2失電，在彈簧作用下，液控換向閥處于中間狀態，切斷工作油路，系統中各元件均恢復原位狀態，滑臺停于原位，一個工作循環結束。表2-1 元件動作表工步YV1YV2KP原位快進+工進+死擋鐵停留+/+快退+2.4 機床電氣傳動的特點及控制要求（1）兩臺銑削動力頭分別由兩臺籠型異步電動機拖動，單向旋轉，無須電氣變速和停機制動控制，但要求銑刀能進行點動對刀。 （2）液壓泵電動機

9、單向旋轉，機床完成一次半自動工作循環后，液壓泵電動機不停機，當按下總停機按鈕時才停機。（3）加工到終點，動力頭完全停止后，滑臺才能快速退回。（4）液壓動力滑臺前進、后退能點動調整。（5）電磁鐵YV1、YV2采用直流供電。（6）機床具有照明、保護和調整環節。2.5 機床電氣控制線路設計（1）電動機控制電路M1為液壓泵電動機，操作按鈕SB2或SB1，使KM1得電或失電，控制電動機啟動或停止。機床所有的操作都必須在液壓泵電動機啟動以后進行。SA1為機床半自動工作與調整工作的選擇開關。SA1開關置于A位置時機床實現半自動工作，左、右銑削動力頭的電動機M2與M3分別由滑臺移動到位，壓下行程開關SQ2與S

10、Q3，使KM2、KM3得電并自鎖，M2、M3分別啟動工作。加工到終點時，滑臺壓下終點行程開關SQ4，使KM2、KM3斷電，兩動力頭停轉。（2）液壓動力滑臺控制液壓泵電動機啟動工作后，按下按鈕SB3，繼電器KA1得電并自鎖，電磁鐵YV1得電，控制液壓滑臺快速趨近，至滑臺壓下行程閥，滑臺轉為工作進給速度進給。工作進給至終點，死擋鐵停留，進油路油壓升高，到壓力繼電器動作。KA1失電，電磁鐵YV1失電，同時KA2得電，電磁鐵YV2得電，滑臺快速退回到原位，壓下原位行程開關SQ1，KA2失電，YV2失電，滑臺停在原位，一個工作循環結束。（3）照明電路機床照明燈EL通過控制變壓器T1降壓為24，由開關SA

11、2控制。（4）保護與調整環節熔斷器FU1用于對電動機M1，變壓器T1、T2一次側進行短路保護。FU2用于對電動機M2、M3短路保護，FU3用于對控制電路短路保護，FU4用于對照明電路短路保護，FU5用于對電磁鐵線圈電路短路保護。三臺電動機的過載保護分別由FR1、FR2、FR3熱繼電器實現，為了保護刀具與工件安全，當其中一臺電動機過載時，要求其余兩臺電動機均應停止工作。因此，熱繼電器的常閉觸點均應接在控制電路的總電路中。組合機床是由通用部件和專用部件組成。組合機床在整機的安裝、調試過程中，希望各部件能靈活方便地進行單獨調試，而不影響其它部件。因此，控制電路應具有對自動加工與調整工作狀態的控制作用

12、。左、右動力頭調整點動對刀時，通過操作轉換開關SA1于調整位置M，分別按下按鈕SB7、SB8，實現左、右動力頭點動對刀的調整。液壓動力滑臺前進、后退的調整是將SA1開關置于位置，切斷KM2、KM3線圈電路，使滑臺移動到SQ2、SQ3位置時，左、右銑削動力頭不應起動工作。按下點動按鈕SB5、SB6，分別使KA1、KA2得電，獲得滑臺前進與后退的點動調整工作。（5）繪制電器原理圖根據各局部線路之間的相互關系和電氣保護線路，完成電氣原理圖，如(附錄一)所示。2.6 選擇電氣元件2.6.1 電動機M1、M2、M3的選擇合理地選擇電動機是指從驅動機床的具體對象、加工規范，也就是要從機床的使用條件出發，即

13、從經濟、合理、安全等多方面考慮，使電動機能夠安全可靠地運行。在機床中，現階段Y系列電動機具有高效，節能，性能好，振動小，噪聲小，壽命長，可靠性高，維護方便，啟動轉矩大等優點而得到廣泛的應用?？紤]到以上情況，所以選擇液壓泵電動機M1的型號為Y160M4，額定功率為11kW，額定電壓為380V ，額定電流為22.6A，額定轉速為1460r/min。選擇左、右動力頭電動機M2、M3的型號為Y90L4，額定功率為1.5kW，額定電壓為380V ，額定電流為3.7A，額定轉速為1400r/min。2.6.2 電源引入開關的選擇開關選用原則：（1）開關的額定工作電壓線路額定電壓；（2）開關的額定電流線路負

14、載電流；（3）有熱繼電器裝置的開關，其熱繼電器整定電流應當與所控制負載額定電流一致；（4）有電磁繼電器裝置的開關，其電磁繼電器瞬時整定電流應不小于負載電路正常工作峰值電流；（5）有欠電壓繼電器裝置的開關，其欠電壓繼電器額定電壓就不小于線路額定電壓。Q主要作為電源隔離開關用，并不用它來直接啟停電動機，可按電動機額定電流來選。中、小型機床常用組合開關，選用HZ1025/3型，額定電流為 25A，為三級組合開關。2.6.3 熱繼電器的選擇熱繼電器的選用原則：（1）用做斷相保護時，對Y接法應使用一般不帶斷相保護裝置的兩相或三相熱繼電器。對接法應使用帶斷相保護裝置的繼電器。（2）用做長期工作保護或間斷長

15、期保護時，根據電動機啟動時間，選取6倍的額定電流（6IN）以下具有可返回時間的熱繼電器。其額定電流或熱元件整定電流應等于或大于電動機或被保護電路的額定電流。繼電器熱元件的整定值一般為電動機或被保護電路額定電流的11.15倍。液壓泵電動機M1的額定電流為22.6A，所以FR1應選用JR2025，元件號3T型熱繼電器，熱元件電流為25A，整定電流調節范圍為172125A，工作時將額定帶暖流調整為22.6A。同理，FR2、FR3應選用JR2010型,熱元件號為10R的熱繼電器，熱元件電流為4A，整定電流調節范圍為3.244.8A，工作時將額定電流調整為3.7A。2.6.4 壓力繼電器KP選用原則是：

16、根據被控制電路的電壓等級，所需觸點數量、種類和容量等要求來選擇。應選用JZ744型中間繼電器作為壓力繼電器，額定電流5A。2.6.5 中間繼電器的選擇選用原則是：根據被控制電路的電壓等級，所需觸點數量、種類和容量等要求來選擇。應選用JZ744型中間繼電器，額定電流5A。2.6.6 熔斷器的選擇熔斷器的選用原則：（1）熔斷器的額定電壓應符合電動機的運行電壓。（2）熔斷器的額定電流應大于電動機回路長期通過的最大電流。（3）熔斷器的極限斷路電流應大于流過電路的最大短路電流。（4）熔斷器的保護特性必須與保護對象的過載特性有良好的配合，使其在整個曲線范圍內獲得可靠的保護。熔斷器熔體的選用原則：對負載電流

17、比較平穩，沒有沖擊電流的短路保護，熔體額定電流等于或稍大于負載工作電流；a. 單臺直接啟動電動機：熔體額定電流=（1.52.5）電動機額定電流；b. 多臺直接啟動電動機：熔體額定電流=（1.52.5）各臺電動機電流之和。FU1用于對電動機M1，變壓器T2、T3一次側進行短路保護。其熔體電流為，查閱電工手冊，常用螺旋式熔斷產品型號以及主要技術參數，可選用RL160型熔斷器，配50A的熔體。FU2用于對電動機M2、M3短路保護。其熔體電流為，查閱電工手冊，常用螺旋式熔斷產品型號以及主要技術參數，可選用RL115型熔斷器，配15A的熔體。FU3用于對控制電路短路保護，FU4用于對照明電路短路保護，F

18、U5用于對電磁鐵線圈電路短路保護。可選用RL115型熔斷器，配4A的熔體。2.6.7 接觸器的選擇接觸器的選用主要考慮以下技術參數：（1）電源種類：交流或者直流。（2）主觸點額定電壓，額定電流。（3）輔助觸點種類，數量以及觸點額定電壓。（4）電磁線圈的電源種類，頻率和額定電壓。（5）額定的操作頻率，即允許的每小時接通的最多次數。綜上所述，參考電工手冊，接觸器KM1，根據液壓泵電動機M1的額定電流22.6A，控制回路電源為127V，需主觸點三對，動合輔助觸點兩對，動斷輔助觸點一對等情況，選用CJ1625型接觸器，電磁線圈電壓為127V。由于M2、M3電動機額定電流比較小，M2、M3可選用JZ74

19、4型交流中間繼電器，其線圈電壓為127V，觸點電流為5A，可完全滿足要求，對小容量的電動機常用中間繼電器充任接觸器。2.6.8 控制變壓器的選擇變壓器最大負載時KM1、KM2及KM3同時工作，根據機床電氣可控制技術教材，式（49）得由式（410）得:可知變壓器的容量應大于24.9VA，考慮到照明燈等其他電器容量，可選用BK100型變壓器，電壓等級為380V/127-24-6.3，可滿足輔助回路的各種電壓需要。2.6.9 行程開關的選擇行程開關的一般選用原則是：（1）根據使用場合及控制對象選用種類；（2）根據安裝環境選用防護形式；（3）根據控制回路的額定電壓和額定電流選用系列；（4）根據機械與行

20、程開關的傳動與位移關系選用合適的操作頭形式。查閱電工手冊, JLXK1系列行程開關具有瞬時換接動作機構，適用于交流50HZ，電壓到380V及直流電壓到220V的電路中，作為機床的自動控制，限制運動機構動作以及程序控制用。綜上所述，所以SQ1、SQ4應選JLXK1111（單輪）型行程開關，其額定電壓為380V，約定發熱電流為5A。 SQ2、SQ3應選JLXK1311（直動不帶輪）型行程開關，其額定電壓為AC380V, DC220V，約定發熱電流為5A。2.6.10 控制開關的選擇按鈕開關的一般選用原則是：（1）根據使用場合選用按鈕開關的種類；（2）根據用途選用合適的形式；（3）根據控制回路需要，

21、確定不同按鈕數；（4）按工作狀態指示和工作情況要求，選用按鈕和指示燈的顏色。所以SB1、SB5、SB6應選LA101型按鈕開關，顏色為紅色。SB2、SB3、SB4、SB7、SB8應選應選LA101型按鈕開關，顏色為黑色。2.7 制定電動機和電氣元件明細表電氣元件明細表要注明各元器件的型號、規格及數量等，見表2-2。表2-2 電動機和電氣元件明細表符號名稱型號規格數量M1液壓泵電動機Y140M411Kw 380V 1460r/min1M2左動力頭電機Y90L41.5kW 380V 910r/min1M3右動力頭電機Y90L41.5kW 380V 1400r/min1Q組合開關HZ1025/3三級

22、 500V 25A1FR1熱繼電器JR2025額定電流25A 整定電流22.6A1FR2、FR3熱繼電器JR2010額定電流4A 整定電流3.7A2KP壓力繼電器JZ744額定電流5A1KA1、KA2中間繼電器JZ744額定電流5A2FU1熔斷器RL160380V 熔體50A1FU2熔斷器RL115380V 熔體15A1FU3、FU4、FU5熔斷器RL115380V 熔體4A3KM1交流接觸器CJ162520A 線圈電壓127V1KM2、KM3交流中間接觸器JZ7445A 線圈電壓127V2T1、T2控制變壓器BK100100VA 380V/127-24-6.32符號名稱型號規格數量SQ1、S

23、Q4行程開關JLXK1111額定電壓380V約定電流5A2SQ2、SQ3行程開關JLXK1311額定電壓380V約定電流5A2SB1、SB5、SB6控制按鈕LA101紅色3SB2、SB3、SB4、SB7、SB8控制按鈕LA101黑色5YV1、YV2電磁鐵4第三章 組合機床的可編程控制器控制系統的設計3.1 在設計可編程控制器系統時，應遵循以下基本原則1. 最大限速地滿足控制要求充分發揮可編程控制器功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計中最重要的一條原則。設計人員要深入現場進行調查研究，收集資料。同時要注意和現場工程管理和技術人員及操作人員緊密配合，共同解決重點問題和疑難問題。2. 保證

24、系統安全可靠保證可編程控制器控制系統能夠長期安全，可靠，穩定運行，是設計控制系統的重要原則。3. 力求簡單，經濟，使用與維修方便在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷降低工程的成本，不宜盲目追求自動化和高指標。4. 適應發展的需要適當考慮到今后控制系統發展和完善的需要。3.2 工藝要求及動作流程電力拖動控制要求1）兩臺銑削動力頭分別由兩臺籠型異步電動機拖動，單向旋轉，無須電氣變速和停機制動控制，但要求銑刀能進行點動對刀。 2）液壓泵電動機單向旋轉，機床完成一次半自動工作循環后，液壓泵電動機不停機，當按下總停機按鈕時才停機。3）加工到終點，動力頭完全停止后，

25、滑臺才能快速退回。4）液壓動力滑臺前進、后退能點動調整。5）電磁鐵YV1、YV2采用直流供電。6）機床具有照明、保護和調整環節。3.3 PLC選型本系統有輸入信號16個，輸出信號8個，均為開關量。根據I/O數量、類型及控制要求，同時考慮到維護、改造和經濟性等諸多因素，可以選擇FX2N-48MR，這樣共有24個輸入點、24個輸出點，可以滿足控制要求。3.4 I/O點地址編號及硬件接線將輸入信號、輸出信號按功能類型分配，與PLC的I/O端一一對應連接。表3-1 輸入/輸出設備與PLC的I/O地址分配表輸 入 設 備輸 出 設 備符號功 能輸入繼電器符號功 能輸出繼電器SA1(A)半自動與調整工作選

26、擇開關X0KM1M1啟動接觸器Y0SA1(M)X1KM2M2正向接觸器Y1SA2照明燈開關X2KM3M2反向接觸器Y2SQ1原位行程開關X3KA1YV1得失電繼電器Y3SQ2行程開關X4KA2YV2得失電繼電器Y4SQ3行程開關X5YV1進給電磁鐵Y5SQ4加工終點行程開關X6YV2退回電磁鐵Y6SB1液壓泵停止按鈕X7EL照明燈Y7SB2液壓泵啟動按鈕X10SB3快進按鈕X11SB4快退按鈕X12SB5前進點動調整開關X13SB6后退點動調整開關X14SB7左動力點動對刀開關X15SB8右動力點動對刀開關X16KP壓力繼電器X17圖3-1 PLC與I/O端的分配圖3.5 軟件編制根據系統要求

27、可知，當系統開始運行時，組合機床處于復原狀態，用啟動脈沖M8002直接使程序進入等待狀態，M0常開觸點閉合。當液壓泵電動機啟動后，系統進入下降狀態，開始系統要求的功能。電動機控制電路、液壓動力滑臺控制和照明電路能同時進行工作。機床能夠選擇半自動工作和點動調節繪制狀態轉移圖（附錄二所示），步進梯形圖（附錄三所示）。根據步進梯形圖寫出的指令表如表3-2所示。表3-2系統指令表步序指令步序指令步序指令0LD M800232RST Y164RST Y51SET S2033RST Y265LDI Y32STL S2034STL S2566SET Y63LDI X735OUT Y167LD X34OUT M036LD X1668SET S315LD M037SET S2669STL S316AND X838STL S2670RST Y47SET S2139OUT Y271RST Y68AND X240LD X1372STL S249SET S3341SET S2773STL S2810STL S2142STL S2774STL S3111SET Y043LDI X1775LD X312LDI X744ANI Y476AND X713AN