1、目 錄第1章 工程實踐訓練的目的與任務 11.1 目的 11.2 任務 1第 2 章 機加工自動線的用途、基本組成和工作原理 32.1 機加工自動線的用途 32.2 機加工自動線的基本組成和工作原理 3 2.2.1 機械部分的基本組成和工作原理 32.2.2 液壓部分的基本組成和工作原理 42.2.2.1 機加工自動線輸送帶液壓部分工作原理 92.2.2.2 定位、夾緊機構液壓部分工作原理 92.2.2.3 銑端面動力頭液壓傳動部分工作原理 10第3章 自動線控制系統的組成及其各電器元件的作用 12第 4 章 機加工自動線控制系統的操作訓練 154.1 操作前的準備 154.2 全線全自動方式

2、下的操作 154.3 全線半自動方式下的操作 164.4 手動方式下的操作 174.5 停止運行的操作 17第5章 機加工自動線控制系統的編程及其調試訓練 185.1 編程訓練 185.2 程序的調試訓練 23 5.2.1 將程序寫入PLC的內存中 23 5.2.2 程序的調試 23第6章 機加工自動線控制系統的故障診斷訓練 24第7章 工藝圖紙的設計 26心得體會 27第1章 工程實踐訓練的目的與任務1.1 目的生產自動化是科學技術不斷進步和生產高度發展的產物，是一種理想的生產形式。在大批量生產條件下，由于產品品種單一，產品結構穩定，而且產量大，一般都具備有工步、工序自動化和流水作業的基礎，

3、建立自動線使產品零件加工工藝過程自動化是少品種大批量生產實現自動化的一種良好方式。因此，在機械行業，機械加工生產自動線已成為一種常見的自動化生產形式。 自動線由基本工藝設備及工件傳送系統、控制系統組成。其中，控制系統的設計、安裝、調試和維護是電氣化技術人員的崗位職責。 自從1969年DEC公司研制出PLC。并首次用于美國通用汽車公司的汽車自動裝配線以來，PLC得到了迅速的發展，在工業控制方面得到了廣泛的應用。PLC控制已基本取代了過時的繼電接觸器控制。PLC應用技術也成為電氣化專業學生必需掌握的技術之一。本系統旨在為學生進行機加工自動線電氣控制系統的運行、調試和維護提供一個實訓環境。通過操作、

4、調試、排障等工程實訓，使學生熟悉機加工生產自動化的運行，掌握自動線PLC控制系統的布線工藝、調試和維護方法，增強PLC的工程應用能力，為將來從事PLC應用方面的技術工作打下基礎。1.2 任務本項目的訓練內容分為設計訓練、操作訓練和故障排除訓練三個方面。本項目的設計訓練內容包括機加工自動線控制臺電氣工藝圖的設計訓練，機加工自動線PLC控制程序的設計調試訓練兩個方面。機加工自動線PLC控制程序的設計調試訓練內容包括：（1）PLC控制系統程序的總體結構圖的設計。（2）PLC控制系統公用程序（只含一個工位）的設計調試。（3）PLC控制系統手動程序（只含一個工位）的設計調試。（4）PLC控制系統單機半自

5、動程序（只含一個工位）的設計調試。（5）PLC控制系統全線單周/連續循環（只含一個工位）的設計調試。（6）PLC控制系統信號顯示和故障報警程序（只含一個工位）的設計調試。一般來說，調試運行應完成以下幾項任務： 通過調試運行，檢查和糾正PLC用戶程序中的錯誤，使之滿足生產機械提出的各項工藝要求。 通過調試運行，檢查和糾正PLC I/O接線及其它接線中的錯誤。 通過調試運行，調整定時器、計數器和壓力繼電器等的設定值，使之更加符合工藝要求。 通過調試運行，調整各行程開關的安裝位置，各行程開關究竟應調整到什么位置合適，應以保證各機械運動部件在工作過程中不發生碰撞，刀具對工件的加工位置準確，對工件的加工

6、精度符合設計要求為準。第2章 機加工自動線的用途、基本組成和工作原理2.1 機加工自動線的用途機加工自動線可對工件進行銑端面、鉆孔、檢查、擴孔、鏜孔、攻絲、轉位、鉆深孔等工序進行加工。由于機加工自動線各動力頭具有“在線/離線”選擇功能，故可對加工工件進行其中一種或幾種甚至全部工序的加工，因此，機加工自動線適用的加工范圍廣泛。另外，機加工自動線擁有全線單周/連續循環、單機半自動/手動和全線自動回原點五種工作方式，用戶可根據需要選擇其中工作方式運行機加工自動線，這樣就大大增加了對機加工自動線操作的靈活性。2.2 機加工自動線的基本組成和工作原理本系統由計算機仿真子系統、接口子系統、PLC控制系統、

7、操作臺及模擬顯示屏幾部分構成。為了敘述方便，今后就稱機加工自動線控制系統為PLC控制系統。由于PLC控制是自動化專業學生訓練的重點。因此，PLC控制、操作臺、模擬顯示屏與生產實際基本一致，自動線的機械和液壓部分則由計算機仿真，保證學生能達到工程實訓的目的。2.2.1 機械部分的基本組成和工作原理機加工自動線的機械部分主要由銑端面、鉆孔、檢查、擴孔、鏜孔、攻絲、轉位、鉆深孔和上、下料等十個工位和輸送帶、定位機構、夾緊機構組成，單面加工，隨行夾具傳送工件，其平面布置圖如圖1所示。各工位動力頭主軸的旋轉運動由電動機拖動，而輸送帶步進裝置的向前與向后，定位機構的定位與拔銷，夾緊機構的夾緊與松開，各工位

8、動力頭滑臺的快進工進快退，檢查機構的慢進與快退，轉位機構的右轉與左轉、抬起與放下等運動則由液壓系統拖動。液壓系統的液壓泵由一臺電動機拖動。此外，機加工自動線還配有一臺冷卻泵，用來在加工時對各動力頭的刀具和工件的加工面進行冷卻。冷卻泵由一臺電動機拖動。銑端面 鉆孔 檢查 擴孔 鏜孔 攻絲 轉位 鉆深孔圖1 機加工自動線平面面面布置圖2.2.2 液壓部分的基本組成和工作原理機加工自動線的液壓泵電機和冷卻泵電機直接由接觸器控制，其余電動機由PLC（經接觸器）控制。機加工自動線各電動機的主電路、液壓泵電機和冷卻泵電機的控制電路和PLC負載的電源控制電路如圖2所示，機加工自動線控制系統的PLC I/O接

9、線圖分別如圖3和圖4所示，機加工自動線的液壓系統圖如圖5所示。圖 3 機加工自動線控制系統PLC輸入接線圖圖 4 機加工自動線控制系統PLC輸入接線圖圖 5 機加工自動線液壓傳動系統原理圖 2.2.2.1 機加工自動線輸送帶液壓部分工作原理圖 6 傳送帶步進機構液壓傳動部分原理圖機加工自動線傳送帶步進裝置液壓傳動部分如圖6所示。由該圖可知，設傳送帶步進裝置處于原位，則原位行程開光動作，此時使電磁換向閥的電磁鐵線圈YV1通電，則壓力油的流動路線為：油泵排出的油單向閥液動換向閥行程節流閥油缸10無活塞桿腔。回油路線為：油缸10 有活塞桿腔液動換向閥油箱。于是油缸10 中的活塞向前，將工件輸送到加工

10、工位。當工件輸送到加工工位，且油缸10的大腔中的壓力上升到壓力繼電器KP2的動作值時，壓力繼電器KP2發出信號，與輸送帶到達時碰上的行程開關SQ2發出的信號重合，表明可以進行工件的定位、夾緊。2.2.2.2 定位、夾緊機構液壓部分工作原理定位、夾緊機構液壓傳動部分原理圖如圖7所示。由該圖可知，當輸送帶將工件輸送到新工位后，使電磁鐵YV3通電。此時壓力油的流動路線為：油泵單向閥電磁換向閥111217號定位油缸的無活塞桿腔。回油路線為：各定位油缸有活塞桿腔電磁換向閥11油箱。于是各定位油缸中的活塞向上，拖動定位機構對工件的隨行夾具定位。當定位好，且油缸1217的大腔中的壓力上升到壓力繼電器KP3的

11、動作值時，壓力繼電器電器KP3發出信號，與定位機構到達定位位置時碰上的行程開關SQ4發出的信號重合，從而使電磁鐵線圈YV5通電。此時壓力油的流動路線:為1924號夾緊油缸的有活塞桿腔電磁換向閥油箱。回油路線為：各夾緊油缸有活塞桿腔電磁換向閥18油箱。于是各夾緊油缸中的活塞向下，拖動夾緊機構對工作的隨性夾具夾緊。當夾緊動作完成，且油缸1924的大腔中的壓力上升到壓力繼電器KP4動作值時，壓力繼電器KP4發出信號，與夾緊機構到達夾緊位置時碰上的行程開關SQ6發出的信號重合，發出夾緊完畢的信號，此時，各動力部件（銑端面、鉆孔、 檢查 、擴孔、 鏜孔、攻絲/退絲、深鉆孔）便可以開始工作了。在整個切削加

12、工過程中，工作都處在定位、夾緊狀態。圖7 定位、夾緊機構液壓傳動部分原理圖2.2.2.3 擴孔動力頭液壓傳動部分工作原理擴孔動力頭液壓傳動部分原理圖如圖8所示。有圖可知當電機YV11運行時，38接通，液壓油由左下進左上出，同時YV13接通，這樣可以實現快進功能，當動力頭觸及到SQ12的時候，YV13斷電，YV11繼續通電，這樣就實現了工進功能。當動力頭觸及到SQ13的時候，YV11斷電，YV12與YV13同時通電，液壓油由左下進右上出，這樣就可以實現動力頭的快退功能。圖8 擴孔動力頭液壓傳動部分原理圖第3章 自動線控制系統的組成及其各電器元件的作用機加工自動線PLC控制系統分為硬件和軟件兩部分

13、。硬件部分包括FX2-128MR型PLC基本單元、FX2-48ER型PLC擴展單元、直流穩壓電源、各種開關電器、操作電器、保護電器、報警電器和信號指示燈。其中，PLC是控制系統的關鍵設備，自動線在各種工作方式下的全部工作過程都是在PLC的監控下進行的。直流穩壓電源為PLC及PLC的輸出負載如接觸器線圈、電磁換向閥線圈(用仿真子系統模擬)、信號指示燈提供24VDC電源。接觸器用來控制油泵電機、冷卻泵電機及各動力頭主軸電機的起動運行與停止。電磁換向閥用來控制自動線輸送帶、各動力頭滑臺的前進與后退等。自動開關用作上述電機主電路及控制電路的短路保護和失壓保護，熱繼電器用作各電動機的過載保護，模擬屏通過

14、燈光信號來模擬自動線的工作過程。信號顯示屏用來顯示自動線的各種工作方式、工作狀態、故障狀態，可在故障時發出音響報警信號。控制面板上裝有轉換開關和許多按鈕。轉換開關主要用來選擇自動線的工作方式、單機以及各動力頭、檢查頭等單機的在線/離線狀態。各操作按鈕用來向自動線發布預開、起動、預停、緊急停止、點動等控制命令。在控制臺的上述各電器元件中，自動線的各電動機和電磁換閥線圈是虛沒的，由仿真子系統模擬。其余均為真實電器元件。PLC控制系統的軟件部分包括自動線的公用程序、自動回原點程序、全線全自動和半自動程序、單機半自動程序、手動程序、信號指示程序、故障處理及報警程序等部分。其中，公用程序是自動線在各種工

15、作方式下運行時都要執行的程序，這部分程序主要用于處理向自動線發布的各種操作信號，自動線啟動前應具備的各種初始信號，對工件的檢查信號，由全單周或連續工作方式轉換為手動或單機半自動、自動回原點等工作方式時使自動程序復位的信號，從單周循環程序的最后一步返回到初始步或初始步的下一步的轉換信號，液壓系統的過壓力信號，對工件的定位、夾緊信號等，并將處理結果作為自動線啟動、停止、急退、步的轉換、故障報警等的一個條件。全線連續工作方式的程序是軟件中最重要的部分，它用來實現自動線在無人參與的情況下對成批工件的連續自動加工，在加工完所有工件后才自動停下來。因此，全線連續工作方式的程序可大大提高加工效率，提高產品質

16、量，降低加工成本。全線單周工作方式的程序可實現自動線一個工作周期的自動運行，并在完成了一個工作周期的運行后自動停車。因此這部分程序主要用于自動線及其PLC控制系統在安裝接線等工作全部完成后投人生產前的試車以及工人交接班時對自動線運行情況的檢查。在自動線中，一個相對獨立的運動部分稱為單機，在本自動線中有下述單機：(1) 輸送帶、定位機構、夾緊機構。(2) 各動力頭。(3) 檢查機構、轉位機構。單機半自動程序就是用來實現PLC控制系統對自動線中各個單機的單周循環控制的。具體說來，就是要實現這樣的控制，當用單機選擇開關選中某個單機，且按下單機起動按鈕后，該單機起動(此時其它單機均停在原位不動)，完成

17、其自身的一個循環的工作后，自動停在其原位。因此，自動線的每一個單機都有自己的半自動程序。這部分程序主要用于自動線安裝或維修工作完成后，技術人員對自動線各單機的調試工作以及檢查各單機是否能完整地正常地運行一個循環。它便于技術人員集中精力對自動線某一單機的工作情況進行檢查，易于發現問題，查找故障，待一個單機調試、檢查完成后，再調試、檢查下一個單機。手動程序用于實現PLC控制系統對自動線中某一單機進行手動控制。手動控制方式又稱為點動控制方式，所謂手動控制，就是當用單機選擇開關選中某個單機，且按下某個單機的某一步的點動按鈕不松手時，該單機的該步就起動運行。但是，一松開該點動按鈕，該單機的該步就立即停止

18、運行。單步程序用于實現PLC控制系統對自動線中某一單機進行單步控制。所謂單機控制，就是按下某個單機的某一步的起動按鈕時，該單機的該步就起動運行，松開該起動按鈕后，該單機的該步仍繼續運行，直至完成該步的工作時才自動停止。手動程序和單步程序都用于自動線安裝、維修完成后，技術人員調試檢查其某一單機的某一步的工作情況。其中手動控制的優點是在調試、檢查過程中，在發現問題或出現故障時便于即時停車；而單步控制的優點是操作較為方便，檢查、調試時不需要象點動控制那樣一直接住按鈕不放，這對于工作時間較長的某個單步的調試、檢查工作來說是很適合的。由此可見點動控制和單步控制各有其優點，用戶可根據自己的實際情況和需要選

19、擇其中一種控制方式。自動回原點程序用來實現自動線各單機從當前所處的任何位置自動退回到各自的原位，為自動線或某個單機的起動作好準備。設置自動回原點程序后，可以免除手動回原點操作的許多麻煩，減輕手動回原點操作的勞動強度，大大縮短回原點操作的時間。第4章 機加工自動線控制系統的操作訓練4.1 操作前的準備(1) 接通計算機電源，啟動計算機。用鼠標器雙擊“MICS”快捷圖標。以運行自動線仿真軟件，此時會打開自動線仿真窗口。單擊該窗口的復位按鈕，使窗口中自動線的各單機都回到各自的原位。(2) 依次閉合實驗桌電源板上的刀開關QS、機加工自動線控制臺內的自動開關QF1和QF2，以接通機加工自動線控制系統的電

20、源。(3) 閉合接口裝置的電源開關，以接通機加工自動線接口子系統的電源，使之處于工作狀態。(4) 在控制臺的操作面板上，按下PLC的電源啟動按鈕SB4和冷卻泵電機啟動按鈕SB6，以接通PLC電源、啟動油泵電機(使自動線液壓系統(虛擬)啟動運行)和啟動冷卻電機(使冷卻液(虛擬)循環，為各工位進行金屬切削加工作準備)。在完成上述準備工作后，即可對機加工自動線進行各種操作。4.2 全線全自動方式下的操作(1) 根據自動線所要加工的工件件數m，用編程器給PLC的計數器C100設定K值，使K=m+9其中“9”表示每個工件要經過9個工位(即自動線要經過9次工作循環)后，才能從上料工位到達卸料工位。(2)

21、根據工件所要進行的加工工序，確定應在線的動力頭和應離線的動力頭，將應在線的各動力頭的“在線離線”選擇開關旋至“在線”位置，將應“離線”的各動力頭的“在線/離線”選擇開關旋至“離線”位置。最后將“模擬有料”開關旋至“有料”應置。(3) 將自動線工作方式選擇開關SA2旋至“回原點”位置，再將PLC運行開關SA1由“停止”位置旋至“運行”位置，以使 PLC投入運行。 自動線單周連續循環程序的活動狀態回到初始步。 計數器C100復位。(4) 將自動線工作方式選擇開關SA2旋到“連續”位置。(5) 啟動運行：按下“預開”按鈕SB1，電鈴BE響，表示自動線開始工作的六個條件(如前所述)都已具備，且油泵電機

22、和冷卻泵電機都已啟動，此時，可按下啟動按鈕SB2，使機加工自動線啟動運行。通過計算機顯示屏或控制臺的模擬顯示屏，可以清楚地觀察到機加工自動線運行的全過程。在正常情況下，當自動線加工完要求的工件件數時，會自動停止運行。(6) 預停：在自動線全線全自動運行過程中，若自動線發生輕微故障，但不影響人身設備安全，則可按下預停按鈕SB3，使自動線在完成了本次循環剩余的工作并回到原點后自動停止運行，以檢查和排除自動線故障。(7) 緊急停止：在自動線全線全自動運行以及以其他任何一種方式運行的過程中，當發現自動線有嚴重故障，將危及人身或設備安全時，可按下緊急停止按鈕SB4，使自動線立即停止運行。(8) 在自動線

23、緊急停止并使SB4復位后，可視具體情況和需要進行下述操作： 在故障排除后，可按下啟動按鈕SB2使自動線接下去繼續循環運行。 也可按下急退回原點按鈕SB5，使自動線各動力頭退回原位并停止。 還可同時按下SB4和SB5，然后依次使SB4和SB5復位。再將自動線工作方式選擇開關SA2旋至回原點位置，并按下急退回原點按鈕SB5，使自動線全線自動回原點。(9) 在自l動線按全線全自動或全線半自動或單機半自動方式運行的過程中，按下急退回原點按鈕，可使各動力頭、檢查頭立即后退，退回原位后自動停止。4.3 全線半自動方式下的操作(1) 將自動線工作方式選擇開關SA2旋至“單周”位置。(2) 根據自動線對工件加

24、工工序的要求，將自動線各動力頭的“在線/離線”選擇開關旋至要求的位置。(3) 將PLC的運行開關SA1旋至“運行”位置。(4) 此后，自動線的啟動、緊急停止、緊急后退的操作方法以及自動回原點的操作方法與自動線連續循環方式下的相應操作方法相同，此處不再復述。4.4 手動方式下的操作(1) 將自動線工作方式選擇開關SA2旋至“手動”位置。(2) 將單機選擇開關SA3或SB4旋至需按手動方式運行的單機位置，以選中該單機。(3) 將PLC運行開關旋至“運行”位置。(4) 根據所要手動運行的某個步，按下手持式按鈕盒上SB6SB11中控制該步運行的某一按鈕，所選單機即按該步的運行；當松開該按鈕時，所選單機

25、將立即停止該步的運行；在未松開該按鈕的情況下，若所選單機運行完該步，則將自動停止運行。4.5 停止運行的操作(1) 關閉機加工自動線仿真子系統：用鼠標器單擊“機加工自動線工藝流程及布置畫面”窗口中的“退出”按鈕，即可關閉機加工自動線仿真子系統。之后，按一定的操作路徑即可安全地關閉計算機。(2) 關閉機加工自動線接口子系統：只要將接口裝置上的電源開關斷開，即可關閉機加工自動線接口子系統。(3) 關閉機加工自動線控制系統：將控制臺操作面板上的PLC運行開關SA1旋至“停止”位置依次按下PLC電源停止按鈕SB1、油泵電機停止按鈕SB3和冷卻泵電機停止按鈕SB5依次斷開自動開關QF2和QF1斷開實驗桌

26、電源板上的刀開關QS，在完成上述操作后，機加工自動線控制系統即被關閉。第5章 機加工自動線控制系統的編程及其調試訓練5.1 編程訓練（1）機加工自動線擴孔機構按單周方式運行部分的流程圖圖 9 機加工自動線擴孔機構按單周方式運行部分的流程圖（2）機加工自動線擴孔機構按單周方式運行部分的順序功能圖圖 10 機加工自動線擴孔機構按單周方式運行的順序功能圖（3）機加工自動線實現擴孔加工工序的梯形圖圖11 機加工自動線實現擴孔加工工序的梯形圖圖11 機加工自動線實現擴孔加工工序的梯形圖（續）（4）機加工自動線擴孔機構按單周方式運行部分的指令表5.2 程序的調試訓練 程序的調試由程序寫入PLC內存和程序的

27、調試兩步組成。5.2.1 將程序寫入PLC的內存中要想將程序寫入PLC的內存中，首先得將低壓斷電器（自動開關）打開、按下PC電源開、油泵啟動、冷卻泵啟動，其次將PC運行撥至停止，再用鼠標單擊菜單欄的PLC/傳送/寫出，接著彈出一個對話框，我們應該選中范圍，將我們所編寫程序的步數寫入終止步，起始步為零，最后按確定即可將程序寫入PLC內存中。5.2.2 程序的調試調試運行工作應在有目的、有計劃、有步驟的前提下進行。在調試運行前，學生應先擬定一個調試運行步驟，這個步驟可參照上述各項調試運行任務的排列順序擬定。凋試運行時，待一項調試運行任務完成后，再完成下一項調試運行任務。在凋試用戶程序時最好按手動程

28、序單機半自動程序全線單周循環動程序全線連續循環程序自動回原點程序的順序進行調試，這種從簡到繁的調試順序的步驟可以使調試工作少走彎路，易于一次凋試成功。由于用戶設計不當，電器元件安裝接線不正確，定時數、計數器、壓力繼電器的設定值設定得不合理，行程開關的安裝位置不準確，都有可能導致調試過程中發生一些電路短路、機械碰撞等安全事故，因此，調試前應在電路中采取一些相應的保護措施如在電路中設置短路保護、過載保護、失壓保護、過壓力保護、互鎖環節、聯鎖環節等，并熟悉控制臺操作面板上的自動線的緊急停止按鈕，各動力頭的緊急后退按鈕的顏色、形狀及具體的安裝位置，熟悉各故障指示燈的安裝位置。這樣，在調試過程中，一旦發

29、現故障，可迅速按下緊急停止按鈕或緊急后退按鈕，避免故障的進一步擴大。第6章 機加工自動線控制系統的故障診斷訓練機加工自動線仿真與控制裝置可為學生提供控制系統中的所有行程開關和壓力繼電器的故障設置、分析與排除方面的訓練，但在故障分析與排除的訓練中，只要求學生對自己設計的那部分程序中涉及到的行程開關和壓力繼電器進行故障分析與排除即可。一個實際的機加工自動線通常由機械、電氣傳動、液壓傳動和電氣控制四個基本部分組成，每一部分都有可能出故障，因此，機加工自動線的故障分為機械類故障、電氣傳動、液壓傳動類故障和電氣控制類故障。這里只對自動線的電氣控制類故障，即自動線PLC控制系統的故障進行分析。本自動線PLC控制系統主要由直流穩壓電源、PLC機、主令電器、檢測電器、執行電器、保護電器、報警電器和信號指示燈等元件組成。上述各類電器元件都有可能發生故障，這些故障可依次分為直流穩壓電源故障、PLC故障、主令電器故障。這是按照發生故障的電器元件的種類來劃分的。若按故障的性質劃分，則可分為短路故障、過載故障和失壓故障。若按產生故障的時間和原因來分。還可分為電器元件本身的質量引起的故障、安裝和接線不正確引起的故障、操作使用不當引起的故障、年久失修及元件老化引起的故障等。而在實訓中