專(zhuān)用車(chē)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　專(zhuān)用車(chē)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　機(jī)械自動(dòng)化是當(dāng)代加工機(jī)械發(fā)展的必然趨勢(shì),也是我國(guó)機(jī)械發(fā)展的必由之路。本文設(shè)計(jì)的專(zhuān)用車(chē)床控制系統(tǒng)主要用于批量加工零件，其主機(jī)由床身、料斗、送料機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、動(dòng)力箱、液壓滑臺(tái)、刀架及卸料機(jī)構(gòu)等組成，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)循環(huán)兩種工作方式，控制系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)料

2、斗是否有料（待加工工件），若無(wú)料，則報(bào)警，若有料，車(chē)床自動(dòng)進(jìn)入工作循環(huán)。 </p><p>　　本文設(shè)計(jì)的是專(zhuān)用車(chē)床的液壓系統(tǒng)，包括液壓系統(tǒng)的回路設(shè)計(jì)和控制程序設(shè)計(jì)?；芈吩O(shè)計(jì)部分主要包括送料-定位-夾緊-主軸轉(zhuǎn)動(dòng)-滑臺(tái)快進(jìn)-一工進(jìn)-二工進(jìn)-死擋鐵停留-快退-松開(kāi)工件-卸料液壓控制回路，并進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)元件的選擇和非標(biāo)準(zhǔn)元件液壓缸的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中最主要的是元件參數(shù)的計(jì)算，設(shè)計(jì)液壓缸的結(jié)構(gòu)并采用AUTOCAD繪制其裝

3、配圖。在控制方面，采用PLC編程軟件，包括手動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)循環(huán)兩種工作方式，應(yīng)用變頻器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速功能，選用電動(dòng)刀架實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)換刀。系統(tǒng)在啟動(dòng)后既可以自動(dòng)進(jìn)入工作循環(huán)，并且出現(xiàn)故障時(shí)或缺料時(shí)蜂鳴報(bào)警，滿(mǎn)足了專(zhuān)用車(chē)床自動(dòng)、批量加工零件的要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞:專(zhuān)用車(chē)床；液壓系統(tǒng)；PLC控制</p><p>　　EXCLUSIVE LATHE CONTROL SYSTEM DESIG

4、N</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Machinery automation is the inevitable trend of the development of contemporary processing machinery, which is also the only way for the developme

5、nt of China's machinery.</p><p>　　The lathe control system for exclusive use designed in this paper is mainly used for batch processing of various parts. The mainframe is composed of the bed, hopper feed

6、 mechanism, positioning mechanism, the clamping mechanism, power boxes, hydraulic slide, turret and unloading institutions. Both manual regulations and automatic cycling can be achieved. Control system automatically dete

7、cts the hopper (the work pieces to be processed). If there is no material in it, there will be alarm, if there </p><p>　　This paper designs a hydraulic system of a lathe for exclusive use, including the circ

8、uit design of the hydraulic system and control procedures. The circuit design mainly consists of feeding - positioning - clamping - spindle rotation – slip-table moving forward – the first feeding -the second feeding – s

9、lip-table blocking iron staying – backing up - releasing the work pieces - discharging hydraulic control circuit. At the same time, standard component selection and non-standard components of th</p><p>　　Key

10、 Words: exclusive Lathe; hydraulic system; PLC control system </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　

11、　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 專(zhuān)用車(chē)床控制系統(tǒng)的研究背景1</p><p>　　1.2 專(zhuān)用車(chē)床的發(fā)展趨勢(shì)1</p><p>　　1.3 本課題的主要內(nèi)容1</p><p>　　2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.1 液壓系統(tǒng)的組成2</p><

12、p>　　2.2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的主要優(yōu)、缺點(diǎn)2</p><p>　　2.3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.3.1 工況分析3</p><p>　　2.3.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖4</p><p>　　2.3.3 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件6</p><p>　　3 變頻器的選擇13<

13、/p><p>　　3.1 變頻器的組成及工作原理13</p><p>　　3.1.1 變頻器的總體介紹13</p><p>　　3.1.2 基本組成13</p><p>　　3.1.3 變頻器的工作原理13</p><p>　　3.1.4 變頻器的選擇14</p><p>　　4 電動(dòng)刀架

14、的選擇15</p><p>　　4.1 電動(dòng)刀架組成及工作原理15</p><p>　　4.2 電動(dòng)刀架的選擇15</p><p>　　5 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)17</p><p>　　5.1 PLC控制系統(tǒng)的組成及工作原理17</p><p>　　5.1.1 PLC控制系統(tǒng)的總體介紹17</p>

15、;<p>　　5.1.2 PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)17</p><p>　　5.1.3 PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)17</p><p>　　5.1.4 PLC控制系統(tǒng)的工作原理18</p><p>　　5.1.5 PLC選型19</p><p>　　5.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)21</p><p>　　

16、5.2.1 PLC接線(xiàn)圖21</p><p>　　5.2.2 PLC控制系統(tǒng)的I/O分配22</p><p>　　5.2.3 PLC梯形圖23</p><p><b>　　結(jié) 論26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p>&

17、lt;b>　　致 謝28</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 專(zhuān)用車(chē)床控制系統(tǒng)的研究背景[1]</p><p>　　專(zhuān)用機(jī)床是一種專(zhuān)門(mén)適用于特定零件和特定工序加工的機(jī)床，而且往往是組成自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)式生產(chǎn)制造系統(tǒng)中，不可缺的機(jī)床品種。它以標(biāo)準(zhǔn)化部件為基礎(chǔ)，配以少量的專(zhuān)用部件組成

18、。專(zhuān)用機(jī)床是一種“量體裁衣”產(chǎn)品，其具有高效自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)，是大批量生產(chǎn)企業(yè)的理想裝備。隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控技術(shù)的普及，專(zhuān)用機(jī)床的數(shù)控化發(fā)展也很快，專(zhuān)用機(jī)床在生產(chǎn)實(shí)踐中占有一定的比重。據(jù)有關(guān)資料介紹，日本2001年專(zhuān)用機(jī)床產(chǎn)值占機(jī)床產(chǎn)值的比達(dá)到8.8%；我國(guó)臺(tái)灣省這一數(shù)字達(dá)到6.9%;而我國(guó)僅為0.67%。所以，在當(dāng)前產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整中，發(fā)展專(zhuān)用機(jī)床是行業(yè)發(fā)展中的一個(gè)值得注意的問(wèn)題。</p><p>　　針對(duì)上述專(zhuān)

19、用機(jī)床發(fā)展背景，作為一名機(jī)械工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的學(xué)生而言，對(duì)研究數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)是十分必要的。通過(guò)學(xué)生系統(tǒng)地對(duì)數(shù)控車(chē)床的控制系統(tǒng)進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠綜合利用大學(xué)四年所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，完成數(shù)控車(chē)床的控制系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)，充分掌握數(shù)控車(chē)床控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，為即將走向工作崗位奠定一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。進(jìn)入社會(huì)后，為我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)做出貢獻(xiàn)，使我國(guó)的數(shù)控技術(shù)進(jìn)入世界先進(jìn)之列。</p><p>　　1.2 專(zhuān)用車(chē)床的發(fā)展趨勢(shì)

20、</p><p>　　專(zhuān)用車(chē)床總的發(fā)展趨勢(shì)是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可靠性等。20世紀(jì)50年代末期，在一般數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了數(shù)控加工中心，即自備刀具庫(kù)的自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床。在加工中心機(jī)床上，工件一次裝夾后，機(jī)床的機(jī)械手可以自動(dòng)更換刀具，連續(xù)的對(duì)工件進(jìn)行多種工序加工。 高速、高效、高精度是機(jī)械加工的目標(biāo)，數(shù)控機(jī)床因其價(jià)格昂貴，在上述三方面的發(fā)展也就更為突出。數(shù)控機(jī)床制造廠(chǎng)把建立友好的人機(jī)界面

21、、提高數(shù)控機(jī)床的可靠性作為提高競(jìng)爭(zhēng)能力的主要方面。[2]</p><p>　　1.3 本課題的主要內(nèi)容</p><p>　　本課題是按給定要求設(shè)計(jì)了一個(gè)專(zhuān)用車(chē)床的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及其PLC控制系統(tǒng)。</p><p>　　具體為：某專(zhuān)用車(chē)床用于批量加工零件，其主機(jī)由床身、料斗、送料機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、動(dòng)力箱、液壓滑臺(tái)、刀架及卸料機(jī)構(gòu)等組成，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)循環(huán)

22、兩種工作方式，控制系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)料斗是否有料（待加工工件），若無(wú)料，則報(bào)警，若有料，車(chē)床自動(dòng)進(jìn)入工作循環(huán)：送料-定位-夾緊-主軸轉(zhuǎn)動(dòng)-滑臺(tái)快進(jìn)-一工進(jìn)-二工進(jìn)-死擋鐵停留-快退-松開(kāi)工件-卸料。</p><p><b>　　主要內(nèi)容有：</b></p><p>　?。?）設(shè)計(jì)并繪制液壓系統(tǒng)原理圖；</p><p>　?。?）計(jì)算和選擇液壓元件，并

23、進(jìn)行液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算；</p><p>　?。?）繪制非標(biāo)準(zhǔn)元件裝配圖；</p><p>　?。?）進(jìn)行電氣控制電路設(shè)計(jì)，繪制電氣原理圖。</p><p><b>　　2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 液壓系統(tǒng)的組成[5]</p><p>　　液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)均是以液體作

24、為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞的傳動(dòng)方式。液壓傳動(dòng)主要是利用液體的壓力能來(lái)傳遞能量；而液力傳動(dòng)則主要是利用液體的動(dòng)能來(lái)傳遞能量。</p><p>　　一個(gè)完整的、能夠正常工作的液壓系統(tǒng)，應(yīng)該由以下五個(gè)主要部分來(lái)組成：</p><p>　　1、能源裝置(動(dòng)力元件)：它是供給液壓系統(tǒng)壓力油，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能的裝置。最常見(jiàn)的形式是液壓泵。</p><p>　　2、執(zhí)行裝置(元

25、件)：它是把液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)的裝置。其形式有作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的液壓缸，有作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓馬達(dá)，它們又稱(chēng)為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。</p><p>　　3、控制調(diào)節(jié)裝置(元件)：它是對(duì)系統(tǒng)中的壓力、流量或流動(dòng)方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的裝置。如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開(kāi)停閥等。</p><p>　　4、輔助裝置(元件)：上述三部分之外的其他裝置，例如油箱，濾油器，油管等。它們對(duì)保證系統(tǒng)正常工作

26、是必不可少的。</p><p>　　5、工作介質(zhì)：傳遞能量的流體，即液壓油等。</p><p>　　2.2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的主要優(yōu)、缺點(diǎn)[2,5]</p><p>　　液壓傳動(dòng)之所以能得到廣泛的應(yīng)用，是由于它與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)相比具有以下的主要優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1)由于液壓傳動(dòng)是油管連接，所以借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動(dòng)機(jī)

27、構(gòu)，這是比機(jī)械傳動(dòng)優(yōu)越的地方。</p><p>　　(2)液壓傳動(dòng)裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。</p><p>　　(3)可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。借助閥或變量泵、變量馬達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá)1∶2000，并可在液壓裝置運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速。</p><p>　　(4)傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時(shí)速度較穩(wěn)定。正因?yàn)榇颂攸c(diǎn)，金屬切削機(jī)床中的磨床傳動(dòng)現(xiàn)在

28、幾乎都采用液壓傳動(dòng)。</p><p>　　(5)液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)——借助于設(shè)置溢流閥等，同時(shí)液壓件能自行潤(rùn)滑，因此使用壽命長(zhǎng)。</p><p>　　(6)液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化——借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結(jié)合使用時(shí)，能很容易地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)，而且可以實(shí)現(xiàn)遙控。</p><p>　　(7)液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便

29、于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。</p><p>　　同時(shí)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)也存在缺點(diǎn)：</p><p>　　(1)液壓系統(tǒng)中的漏油等因素，影響運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和正確性，使得液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。</p><p>　　(2)液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感。</p><p>　　(3)為了減少泄漏，以及為了滿(mǎn)足某些性能上的要求，液壓元件的配合件制造精度要

30、求較高，加工工藝較復(fù)雜。</p><p>　　(4)液壓傳動(dòng)要求有單獨(dú)的能源，不像電源那樣使用方便。</p><p>　　(5)液壓系統(tǒng)發(fā)生故障不易檢查和排除。</p><p>　　總之，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是主要的，隨著設(shè)計(jì)制造和使用水平的不斷提高，有些缺點(diǎn)正在逐步加以克服。液壓傳動(dòng)有著廣泛的發(fā)展前景。</p><p>　　2.3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

31、</p><p>　　2.3.1 工況分析</p><p>　　首先根據(jù)已知條件，繪制運(yùn)動(dòng)部件的速度循環(huán)圖，如圖1-1所示，然后計(jì)算各階段的外負(fù)載并繪制負(fù)載圖。</p><p>　　液壓缸所受外負(fù)載包括三種類(lèi)型，即</p><p>　　F=Fw+Ff+Fa （2-1）</p>

32、;<p>　　式中Fw——工作負(fù)載，對(duì)于金屬切削機(jī)床來(lái)說(shuō)，即為沿活塞運(yùn)動(dòng)方向的切削力在本設(shè)計(jì)中Fw=8000N；</p><p>　　Ff——運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載；</p><p>　　Fa——導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載。</p><p><b>　　對(duì)于平導(dǎo)軌</b></p><p>　　Ff=f(G+FR

33、n) （2-2）</p><p><b>　　G為運(yùn)動(dòng)部件重力</b></p><p>　　FRn為垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載，此處為零</p><p><b>　　F為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)</b></p><p>　　故Ffs=0.24000N=800N (靜

34、摩擦阻力)</p><p>　　Ffa=0.14000N=400N （動(dòng)摩擦阻力）</p><p>　　式中g(shù)——重力加速度</p><p>　　△t——加速或減速時(shí)間，此處為0.2s</p><p>　　△v——△t時(shí)間內(nèi)的速度變化量</p><p>　　根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負(fù)載（見(jiàn)表2-1），并

35、畫(huà)出各工作階段所受的外負(fù)載（見(jiàn)表2-1），并畫(huà)出如圖2-2所示的外負(fù)載循環(huán)圖。</p><p>　　表2-1 工作循環(huán)各階段的外負(fù)載</p><p>　　圖2-1 速度循環(huán)圖 圖2-2負(fù)載循環(huán)圖</p><p>　　2.3.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　?。?）確定供油方式</

36、b></p><p>　　考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載較大，速度較低，而在快進(jìn)快退時(shí)負(fù)載較小，速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜采用雙泵或變量供油泵?，F(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。</p><p>　?。?）調(diào)速方式的選擇</p><p>　　在中小型專(zhuān)用機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。根據(jù)銑削類(lèi)專(zhuān)用機(jī)床工作時(shí)對(duì)低速性

37、能和速度負(fù)載特性都有一定要求的特點(diǎn)，決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱小、速度剛性好的特點(diǎn)，并且調(diào)速閥安裝在回油路上，具有承受負(fù)切削力的能力。</p><p>　?。?）速度換接方式的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安裝也比較容易，但速度換接的穩(wěn)定性較差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性

38、，則可改用行程閥切換的速度換接回路。</p><p>　?。?）夾緊回路的選擇</p><p>　　用二位四通電磁閥來(lái)控制加緊、松開(kāi)換向動(dòng)作時(shí)，為了避免工作時(shí)突然失電而松開(kāi)，應(yīng)采用失電夾緊方式。考慮到夾緊時(shí)間可調(diào)節(jié)和當(dāng)進(jìn)油路壓力瞬時(shí)下降時(shí)仍能保持夾緊力，所以接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。在該回路中還裝有加壓閥，用來(lái)調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。</p><p>

39、　　最后把選擇的液壓回路組合起來(lái)，即可組合成圖2-3所示的液壓系統(tǒng)原理圖。</p><p>　　圖2-3液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　1-吸油過(guò)濾器；2-壓力表及其開(kāi)關(guān)；3-定量液壓泵；4,16,23-單向閥；5,10，25-溢流閥；6-回油過(guò)濾器；7，8,9減壓閥；11-遠(yuǎn)控順序閥；12，13,14-三位四通電磁換向閥；15-三位五通電液換向閥；17，18,19-單向調(diào)速閥；20,

40、21-調(diào)速閥；22-二位二通電磁換向閥；24-二位二通行程換向閥；C1-夾緊液壓缸；C2-送料液壓缸；C3-定位液壓缸；C4-滑臺(tái)液壓缸；1YJ，2YJ-壓力繼電器</p><p>　　系統(tǒng)的油源為定量泵3，其最高供油壓力由溢流閥5設(shè)定；單向閥4防止油液倒灌。壓力表及其開(kāi)關(guān)2用于觀(guān)測(cè)各測(cè)壓點(diǎn)壓力。系統(tǒng)的液壓執(zhí)行器包括夾緊液壓缸C1、送料液壓缸C2、定位液壓缸C3、滑臺(tái)液壓缸C4。送料缸回路、定位缸回路和夾緊缸回路

41、分別通過(guò)減壓閥8、9和7獲得低壓，采用電磁換向閥13、14和12控制運(yùn)動(dòng)方向，并分別采用單向調(diào)速閥18、19及17和27進(jìn)行調(diào)速。工件夾緊后夾緊回路中的發(fā)信裝置是壓力繼電器1YJ；溢流閥26做背壓閥?；_(tái)液壓缸的工作循環(huán)為：快進(jìn)——一工進(jìn)——二工進(jìn)——死擋鐵停留——快退，滑臺(tái)缸采用電液換向閥15控制運(yùn)動(dòng)方向；單向閥16用于實(shí)現(xiàn)缸快進(jìn)時(shí)的差動(dòng)連接；行程換向閥24和遠(yuǎn)控順序閥11用于實(shí)現(xiàn)快進(jìn)與工進(jìn)的換接；串聯(lián)的調(diào)速閥20和21用于調(diào)節(jié)液壓缸

42、的一工進(jìn)和二工進(jìn)的速度，并通過(guò)電磁換向閥22實(shí)現(xiàn)二次工作進(jìn)給的速度換接；單向閥23用于提供缸快退時(shí)的回油通路，壓力繼電器2YJ用于死擋鐵停留到時(shí)發(fā)信；溢流閥10作背壓閥。系統(tǒng)的執(zhí)行器行程上布置有若干電氣行程開(kāi)關(guān)，與壓力繼電器等一起，用作工況裝換的信號(hào)源。</p><p>　　液壓系統(tǒng)的電磁鐵及壓力繼電器的動(dòng)作順序如表2-1所列。</p><p>　　液壓系統(tǒng)工作時(shí)，控制面板上的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)設(shè)置

43、在“自動(dòng)”位置上，按下“自動(dòng)循環(huán)”按鈕，液壓系統(tǒng)即開(kāi)始工作。</p><p>　　表2-1液壓系統(tǒng)電磁鐵及壓力繼電器的動(dòng)作順序表</p><p>　　2.3.3 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件</p><p>　　液壓缸主要尺寸的確定</p><p>　　工作壓力p的確定。工作壓力p可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類(lèi)型來(lái)初步確定，現(xiàn)參閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，選取

44、液壓缸的工作壓力為3MPa。</p><p>　　計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d，由負(fù)載圖知最大負(fù)載F為8400N，取P2為0.4MPa，ηcm為0.95，考慮到快進(jìn)快退速度相等，去d/D為0.9。將上述數(shù)據(jù)代入公式</p><p><b>　　（2-4）</b></p><p><b>　　即為：</b></p&g

45、t;<p>　　查表，將液壓缸內(nèi)徑圓調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=80mm，活塞桿直徑d，按d/D=0.7及活塞桿直徑序列表取d=56mm.</p><p>　　取夾緊缸的工作壓力為2.5MPa，回油背壓力為零，ηcm為0.95，則</p><p>　　查表，將液壓缸內(nèi)徑圓調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=63mm，活塞桿直徑d，按d/D=0.7及活塞桿直徑序列表取d=45mm</p>

46、;<p>　　按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度</p><p><b>　　由公式</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　A﹥Amin=qmin vmin</p><p><b>　　其中</b></p>

47、<p><b>　　A：有效工作面積</b></p><p>　　Amin：保證最小穩(wěn)定速度的最小有效面積</p><p>　　本設(shè)計(jì)中調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)選取液壓缸有桿腔的實(shí)際面積，即</p><p>　　可見(jiàn)上述不等式滿(mǎn)足，液壓缸能達(dá)到所需低速。</p><p>　　所設(shè)計(jì)液

48、壓系統(tǒng)液壓滑臺(tái)上液壓缸裝配圖如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 液壓滑臺(tái)液壓缸裝配圖</p><p>　　1-前缸蓋 2-固定套 3-缸體 4-活塞桿 5-半環(huán) 6-活塞 7-后缸蓋</p><p>　　3）計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量：</p><p>　　（2）確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格</p>&

49、lt;p>　　1）泵工作壓力的確定：</p><p>　　pp=p1+∑Δp （2-6）</p><p>　　式中 pp——液壓泵的最大工作壓力</p><p>　　p1——執(zhí)行元件最大工作壓力</p><p>　　∑Δp——進(jìn)油管路中的壓力損失，取為0.4MPa&

50、lt;/p><p>　　pp=p1+∑Δp=（3+0.4）MPa=3.4MPa</p><p>　　上述計(jì)算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過(guò)渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜態(tài)壓力，另外考慮到一定的壓力儲(chǔ)備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力應(yīng)滿(mǎn)足pn≥(1.25-1.6)。中低壓系統(tǒng)取最小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本例中pn=1.25pp=4.4MPa</p><

51、;p>　　選泵的額定壓力為pn=1.25pp=1.253.4=4.25MPa</p><p><b>　　2）泵的流量的確定</b></p><p>　　液壓泵的最大流量應(yīng)為</p><p>　　qp≥kl(∑q)max （2-7）</p><p>　　式中 qp——

52、液壓泵的最大流量；</p><p>　　(∑q)max——同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值</p><p>　　kl——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，取kl=1.2</p><p>　　qp=kl(∑q)max=1.215.2l/min=18.24L/min</p><p>　　3）選擇液壓泵的規(guī)格。</p><p>　　根據(jù)

53、以上算得的pp和qp在查閱相關(guān)手冊(cè)，現(xiàn)選用YBX-16限壓式變量葉片泵，其基本參數(shù)為每轉(zhuǎn)排量q0=16mL/r，泵的額定壓力pn=6.3MPa，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nH=1450r/min，容積效率</p><p>　　ηv=0.85，總效率η=0.7</p><p>　　4）與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定</p><p>　　為了時(shí)所選擇的電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過(guò)也拉泵的流量特性曲線(xiàn)最大功

54、率點(diǎn)時(shí)不致停轉(zhuǎn)，需進(jìn)行驗(yàn)算，即：</p><p><b>　　（2-8）</b></p><p>　　式中 Pn——所選電動(dòng)機(jī)額定功率</p><p>　　PB—限壓式變量泵的限定壓力</p><p>　　qp——壓力為PB時(shí)，泵的輸出流量</p><p><b>　　計(jì)算快進(jìn)時(shí)的功率

55、</b></p><p>　　快進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)的功率為</p><p>　　一工進(jìn)時(shí)所需電機(jī)功率為</p><p>　　二工進(jìn)時(shí)所需電機(jī)功率為</p><p>　　查閱電動(dòng)機(jī)樣本，選用Y801-4型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為0.55kW，額定轉(zhuǎn)速為1390r/min。</p><p><b>　?。?）

56、液壓閥的選擇</b></p><p>　　根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)圖，按通過(guò)各元件的最大流量來(lái)選擇液壓元件的規(guī)格。選定的液壓元件如表2-2所示。</p><p>　　表2-2液壓元件明細(xì)表</p><p><b>　　(4)確定管道尺寸</b></p><p>　　油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件借口尺寸而定

57、，也可按管路允許流速進(jìn)行計(jì)算。本系統(tǒng)主油路流量為差動(dòng)時(shí)流量q=30L/min，壓油管的允許流速取v=4m/s，則內(nèi)徑d為</p><p>　　若系統(tǒng)主油路流量按快退時(shí)取q=15.2L/min，則可算得油管內(nèi)徑d=8.0mm</p><p>　　綜合諸因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑d為10mm，吸油管同樣可按上式計(jì)算，取吸油管內(nèi)徑d為15mm.</p><p>　?。?）液壓油

58、箱容積的確定</p><p>　　液壓油箱有效容量按泵的流量的5-7倍來(lái)確定，現(xiàn)取容量為120L的油箱。</p><p>　　2.3.4 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算</p><p>　　已知該系統(tǒng)中進(jìn)、回油管的內(nèi)徑均為10mm，各段管道的長(zhǎng)度分別為：AB=0.3m，AC=1.7m，AD=1.7m，DE=2m。選用L-HL32液壓油，考慮到油的最低溫度為15℃，查得15℃時(shí)該液壓

59、油的運(yùn)動(dòng)粘度v=150cst=1.5cm2/s，油的密度ρ=920kg/m3。</p><p>　?。?）壓力損失的驗(yàn)算</p><p>　　1）工作進(jìn)給時(shí)進(jìn)油路壓力算損失。運(yùn)動(dòng)部件工作進(jìn)給時(shí)的最大速度為1.2m/min，進(jìn)給時(shí)的最大流量為2.51L/min，則液壓油在管內(nèi)流速v1為：</p><p>　　管道流動(dòng)雷諾數(shù)Re1為</p><p&g

60、t;　　Re1<2300，可見(jiàn)油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)</p><p><b>　　。</b></p><p>　　進(jìn)油管道BC的沿程壓力損失Δp1-1為</p><p>　　查得換向閥4WE6E50/AG24的壓力損失Δp1-2=0.05 106Pa</p><p>　　忽略油液通過(guò)管接頭、油路板等

61、處的局部壓力損失，則進(jìn)油路總壓力損失為</p><p>　　Δp1=Δp1-1+Δp1-2=（0.06 106+0.05 106）Pa=0.11106Pa</p><p>　　工作進(jìn)給時(shí)回油路的壓力損失</p><p>　　由于選用單活塞桿液壓缸，且液壓缸有桿腔的工作面積為無(wú)桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進(jìn)油管道的二分之一，則</p>&

62、lt;p>　　回油管道的沿程壓力損失Δp2-1為：</p><p>　　查產(chǎn)品樣本知換向閥3WE6A50/A50/AG24的壓力損失Δp2-2=0.025106Pa，換向閥4WE6E50/AG24的壓力損失Δp2-3=0.025106Pa，調(diào)速閥的壓力損失Δp2-4=0. 5106Pa。</p><p><b>　　回油路總壓力損失為</b></p>

63、<p>　　Δp2=Δp2-1+Δp2-2+Δp2-3+Δp2-4=（0.027+0.025+0.025+0.5）106Pa=0.577106Pa</p><p>　　3)變量泵出口處的壓力pp</p><p>　　4)快進(jìn)時(shí)的壓力損失</p><p>　　快進(jìn)時(shí)液壓缸為差動(dòng)連接，自匯流點(diǎn)A至液壓缸進(jìn)油口C之間的管路AC中，流量為液壓泵出口流量的兩倍即

64、30.4L/min，AC段管路的沿程壓力損失Δp1-1為</p><p>　　同樣可求得管道AB段及AD段的沿程壓力損失，查產(chǎn)品樣本知，流經(jīng)各閥的局部壓力損失為：</p><p>　　4WE6E50/OAG24的壓力損失=0.17Pa</p><p>　　5WE6E50/OAG24的壓力損失=0.17Pa</p><p>　　據(jù)分析在差動(dòng)連接

65、中，泵的出口壓力為</p><p>　　=[（20.55+0.051+0.271+0.17+0.17）+]Pa</p><p><b>　　=1.86Pa</b></p><p>　　快退時(shí)壓力損失驗(yàn)算從略。上述驗(yàn)算表明，無(wú)需修改原設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算</p><p>

66、　　在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占的時(shí)間最長(zhǎng)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，主要考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱量。一般情況下，工進(jìn)速度大時(shí)發(fā)熱量較大，由于限壓式變量泵在流量不同時(shí)，效率相差極大，所以分別計(jì)算最大、最小時(shí)額發(fā)熱量，然后加以比較，取最大者進(jìn)行分析。</p><p>　　當(dāng)v=25cm/min時(shí)，</p><p>　　此時(shí)泵的效率為0.1，泵的出口壓力為2.1MPa，則有</p><p&g

67、t;<b>　　此時(shí)的功率損失為</b></p><p>　　當(dāng)v=50cm/min時(shí)，q=3.92L/min，總效率為0.7</p><p><b>　　則</b></p><p>　　可見(jiàn)在工進(jìn)速度低時(shí)，功率損失為0.651kW，發(fā)熱量最大。</p><p>　　假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取k=，

68、</p><p><b>　　油箱的散熱面積A為</b></p><p><b>　　系統(tǒng)的溫升為</b></p><p>　　驗(yàn)算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)。</p><p><b>　　3 變頻器的選擇</b></p><p>　　3.1 變頻器的組

69、成及工作原理</p><p>　　3.1.1 變頻器的總體介紹</p><p>　　變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。通過(guò)改變電源的頻率來(lái)達(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)

70、提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。[22]</p><p>　　3.1.2 基本組成</p><p>　　變頻器通常分為4部分：整流單元、高容量電容、逆變器和控制器。整流單元：將工作頻率固定的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。高容量電容：存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換后的電能。逆變器：由大功

71、率開(kāi)關(guān)晶體管陣列組成電子開(kāi)關(guān)，將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率、寬度、幅度的方波。控制器：按設(shè)定的程序工作，控制輸出方波的幅度與脈寬，使疊加為近似正弦波的交流電，驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)。[22]</p><p>　　3.1.3 變頻器的工作原理</p><p>　　主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類(lèi)：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電

72、容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。</p><p>　　整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p

73、>　　平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波回路。</p><p>　　逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時(shí)間使6個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pw

74、m逆變器為例示出開(kāi)關(guān)時(shí)間和電壓波形?？刂齐娐肥墙o異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”組成。（1）運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。2）電壓、電流檢測(cè)電路：與主回路電位隔離檢測(cè)電壓、電流

75、等。（3）驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。4）速度檢測(cè)電路:以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測(cè)器(tg、plg等)的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。（5）保護(hù)電路：檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過(guò)載或過(guò)電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。</p><p>　　3.1.4 變頻器的選擇<

76、/p><p>　　按照機(jī)械設(shè)備的類(lèi)型、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，選擇合適的變頻器為富士FRN30G9S。運(yùn)動(dòng)速度主要有四種，中速、低速、高速和啟動(dòng)速度。。根據(jù)變頻器FRN30G9S的特點(diǎn)，將正轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)的速度定位初始速度，而變頻器的分段速度輸入控制端口K1、K2、K3分別控制高速、中速、低速，分別由PLC的輸出繼電器Y2、Y3、Y4控制其工作。當(dāng)輸出及電氣Y2為ON時(shí)，短接變頻器K1和COM

77、端，使變頻器的輸出頻率按照系統(tǒng)設(shè)置的對(duì)應(yīng)頻率帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。K2、K3與K1使變頻器的輸出頻率按照系統(tǒng)設(shè)置的對(duì)應(yīng)頻率帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。K2、K3與K1類(lèi)似。正轉(zhuǎn)端口FWD由輸出繼電器Y0控制，反轉(zhuǎn)端口REV由輸出繼電器Y1控制。</p><p><b>　　4 電動(dòng)刀架的選擇</b></p><p>　　4.1 電動(dòng)刀架組成及工作原理</p><p&

78、gt;　　電動(dòng)刀架的基本結(jié)構(gòu)為上、下刀體之間設(shè)有偏心支撐軸，電機(jī)設(shè)置在上刀體的上部，減速機(jī)構(gòu)的輸出軸連接有傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸的外部嚙合有凸輪，凸輪的下方設(shè)有與偏心支撐軸動(dòng)配合的反靠盤(pán)，反靠盤(pán)的外周固定有齒面向下的上齒盤(pán)，下刀體上固定有齒面向上的下內(nèi)齒盤(pán)，下內(nèi)齒盤(pán)的外周設(shè)有固定在上刀體上且齒面向上的下外齒盤(pán)，上齒盤(pán)、下外齒盤(pán)與上刀體之間由銷(xiāo)軸連接。換刀速度快，刀架夾緊力大、定位精度高。此外，刀架與機(jī)床的電連接采用插頭插座方式，安裝方便。[20

79、] </p><p>　　本文選用的電動(dòng)刀架具有電機(jī)、發(fā)訊盤(pán)、上刀體、下刀體，其特征在于：上、下刀體之間設(shè)有偏心支撐軸，電機(jī)設(shè)置在上刀體的上部，電機(jī)的主軸與設(shè)置在偏心支撐軸內(nèi)的少齒差行星齒輪減速機(jī)構(gòu)連接；減速機(jī)構(gòu)的輸出軸即傳動(dòng)軸的外部嚙合有凸輪，凸輪的下方設(shè)有與偏心支撐軸動(dòng)配合的反靠盤(pán)，凸輪的底面上的直角梯形鎖緊凸塊可插入反靠盤(pán)頂面上的直角梯形鎖緊槽內(nèi)，反靠盤(pán)的外周固定有齒面向下的上齒盤(pán)，下刀體上固定有齒面向上的

80、下內(nèi)齒盤(pán)，下內(nèi)齒盤(pán)的外周設(shè)有固定在上刀體上且齒面向上的下外齒盤(pán)，上齒盤(pán)、下外齒盤(pán)與上刀體之間由銷(xiāo)軸連接且上齒盤(pán)、下外齒盤(pán)與銷(xiāo)軸動(dòng)配合，下刀體上且處于反靠盤(pán)下方設(shè)有彈性頂柱和彈性反靠銷(xiāo)，其中彈性反靠銷(xiāo)可插入反靠盤(pán)的底面上的反靠槽中。</p><p>　　4.2 電動(dòng)刀架的選擇</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用常州宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠(chǎng)生產(chǎn)的四工位電動(dòng)刀架，型號(hào)為L(zhǎng)D4-CK6132。<

81、;/p><p>　　LD4系列電動(dòng)刀架工作原理及特點(diǎn)是：LD4型系列立式電動(dòng)刀架采用渦輪蝸桿傳動(dòng)，上下齒盤(pán)嚙合，螺桿夾緊的工作原理。具有轉(zhuǎn)位快，定位精度高，切向扭矩大的優(yōu)點(diǎn)。發(fā)信轉(zhuǎn)位采用霍爾元件，使用壽命長(zhǎng)。其具體參數(shù)如下圖4-1，表4-1、表4-2所示：</p><p>　　圖4-1 墊板及電動(dòng)刀架尺寸圖</p><p>　　表4-1 外形尺寸及安裝尺寸</p

82、><p><b>　　表4-2 技術(shù)參數(shù)</b></p><p>　　5 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 PLC控制系統(tǒng)的組成及工作原理[8,21]</p><p>　　5.1.1 PLC控制系統(tǒng)的總體介紹</p><p>　　可編程控制器PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工

83、業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它使用可編程序的存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)指令，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)和算術(shù)運(yùn)算等功能，用來(lái)對(duì)各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。</p><p>　　5.1.2 PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)</p><p>　　PLC能如此迅速發(fā)展的原因是由于它具有通用計(jì)算機(jī)所不及的一些下列特點(diǎn)</p><p>　　(1) 可靠性：PLC不需要大量的活動(dòng)部件和電子元器件，它的接線(xiàn)也

84、大大減少。與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單、維修時(shí)間縮短，因此可靠性得到提高，PLC有較強(qiáng)的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單、操作方便、維修容易等特點(diǎn)，因此對(duì)操作和維修人員的技能要求降低，容易學(xué)習(xí)和掌握，不容易發(fā)生操作的失誤，可靠性高。</p><p>　　(2) 易操作性：操作方便，編程方便，維修方便。</p><p>　　(3) 靈活性：編程的靈活性，擴(kuò)展的靈活性。</p><p&

85、gt;　　5.1.3 PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　PLC的型號(hào)、規(guī)格繁多。它主要由中央處理單元CPU、存儲(chǔ)器、輸入、輸出等部分組成。</p><p>　　(1)中央處理單元CPU</p><p><b>　　(2) 存儲(chǔ)器</b></p><p>　　PLC的存儲(chǔ)器用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)。程序分系統(tǒng)程序和用

86、戶(hù)程序。</p><p><b>　?、傧到y(tǒng)程序存儲(chǔ)器</b></p><p>　　該存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)程序(系統(tǒng)軟件)。系統(tǒng)程序是PLC研制者所編的程序，它是決定性能的關(guān)鍵。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、解釋程序、故障自診斷程序、標(biāo)準(zhǔn)子程序庫(kù)及其他各種管理程序等。系統(tǒng)程序由制造廠(chǎng)家提供，一般都固化在ROM或EPROM中，用戶(hù)不能直接存取。系統(tǒng)程序用來(lái)管理、協(xié)調(diào)PLC各部分的工作

87、，翻譯、解釋用戶(hù)程序，進(jìn)行故障診斷等。</p><p><b>　?、谟脩?hù)程序存儲(chǔ)器</b></p><p>　　該存儲(chǔ)器存放用戶(hù)程序(應(yīng)用軟件)。用戶(hù)程序是用戶(hù)為解決實(shí)際問(wèn)題并根據(jù)PIC的指令系統(tǒng)而編制的程序，它通過(guò)編程器輸入，經(jīng)CPU存放入用戶(hù)存儲(chǔ)器。為便于程序的調(diào)試、修改、擴(kuò)充、完善，該存儲(chǔ)器使用RAM。</p><p>　?、圩兞?數(shù)據(jù)

88、)存儲(chǔ)器</p><p>　　變量存儲(chǔ)器存放PLC的內(nèi)部邏輯變量，如內(nèi)部繼電器、FO寄存器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中邏輯變臉的現(xiàn)行值等，這些現(xiàn)行值在CPU進(jìn)行邏輯運(yùn)算時(shí)需隨時(shí)讀出、更新有關(guān)內(nèi)容，所以，變量存儲(chǔ)器也采用RAM。現(xiàn)今用戶(hù)程序存儲(chǔ)器和變量存儲(chǔ)器常采用低功耗的CMOS—RAM及鋰電池供電的掉電保持技術(shù)，以提高運(yùn)行可靠性。通常PLC產(chǎn)品資料中所指的內(nèi)存儲(chǔ)器容量，是指用戶(hù)程序存儲(chǔ)器而言，且以字(6位/字)為單位來(lái)表示

89、存儲(chǔ)器的容量。</p><p>　　(3) 輸入輸出接口(簡(jiǎn)稱(chēng)I/O)</p><p>　　輸入輸出接口是CPU與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)裝置之問(wèn)的連接部分，是PLC的重要組成部分。與微機(jī)的I/O接口工作于弱電的情況不同，PLC的I/O接口是按強(qiáng)電要求設(shè)計(jì)的，即其輸入接口可以接受強(qiáng)電信號(hào)，其輸出接口可以直接和強(qiáng)電設(shè)備相連接。對(duì)于小型PLC，廠(chǎng)家通常將I/O部分就裝在PLC的本體部分，而對(duì)于中、大型PLC，

90、各廠(chǎng)家通常都將I/O部分做成可供選取、擴(kuò)充的模塊組件，用戶(hù)可根據(jù)自己的需要選取不同功能，不同點(diǎn)數(shù)的組件來(lái)組成自己的控制系統(tǒng)。為便于檢查，每個(gè)I/O點(diǎn)都接有指示燈，某點(diǎn)接通時(shí)，相應(yīng)的指示燈發(fā)光指示。用戶(hù)可以方便地檢查各點(diǎn)的通斷狀態(tài)。</p><p><b>　?、佥斎虢涌?lt;/b></p><p>　　輸入接口的功能是采集現(xiàn)場(chǎng)各種開(kāi)關(guān)接點(diǎn)的狀態(tài)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的邏輯

91、電平，送給CPU處理．一般的輸入信號(hào)多為開(kāi)關(guān)量信號(hào)，各種開(kāi)關(guān)量輸入接口的基本結(jié)構(gòu)大同小異，常有直流和交流開(kāi)關(guān)量輸入接口電路兩種。交流開(kāi)關(guān)量輸入接口電路與直流開(kāi)關(guān)量輸入接口電路的主要區(qū)別是，前者要由現(xiàn)場(chǎng)提供交流電流，輸入的交流信號(hào)經(jīng)整流后得到直流，再去驅(qū)動(dòng)光電耦合器。在機(jī)械設(shè)備中，除開(kāi)關(guān)量外，還常遇到一些模擬量如溫度、壓力、位移和速度等。對(duì)這些模擬量進(jìn)行采集時(shí)，必須經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ACD)將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，才能為PLC的CPU所接受。&

92、lt;/p><p><b>　?、谳敵鼋涌?lt;/b></p><p>　　為適應(yīng)不同的負(fù)載，輸出接口有多種方式。常用的有晶體管輸出方式、晶閘管輸出方式和繼電器輸出方式。晶體管輸出方式用于直流負(fù)載；雙向晶閘管輸出方式用交流負(fù)載，繼電器輸出方式可用于直流負(fù)載，也可用于交流負(fù)載。一些PLC還具有模擬輸出接口，用于需要摸擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。</p><p>&

93、lt;b>　　(4) 編程器</b></p><p>　　編程器是PLC中一種主要的外部設(shè)備，它是開(kāi)發(fā)、維護(hù)PLC擰制系統(tǒng)的必備設(shè)備。編程器用于用戶(hù)程序的編制、編輯、調(diào)試、檢查和監(jiān)視，還可以通過(guò)其鍵盤(pán)去調(diào)用與顯示PLC的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它通過(guò)通信端口與CPU聯(lián)系，完成人機(jī)對(duì)話(huà)連接。編程器上有供編程用的各種功能鍵和顯示燈，以及編程、監(jiān)控轉(zhuǎn)換丌關(guān)。編程器的鍵盤(pán)采用梯形圖語(yǔ)言鍵符，也可以采用軟

94、件指定的功能鍵符，通過(guò)屏幕對(duì)話(huà)方式進(jìn)行編程．編程器有便攜式和CRT智能式兩大類(lèi)，前者只能聯(lián)機(jī)編程，而后者既可聯(lián)機(jī)編程，又可脫機(jī)編程。便攜式編程器體積小，重量輕，可隨身攜帶，便于在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用。一般的小型PLC主要采用便攜式編程器。編程器是專(zhuān)用的，不同型號(hào)的PLC都有自己專(zhuān)用的編程器，不能通用。PLC正常工作時(shí)，不一定需要編程器。因此，多臺(tái)同型號(hào)的PLC可以只配一個(gè)編程器。</p><p><b>　　(

95、5)其他設(shè)備</b></p><p>　　PLC的外部設(shè)備還有盒式錄音機(jī)、打印機(jī)、EPROM寫(xiě)入器及高分辨率屏幕彩色圖形監(jiān)控設(shè)備等。</p><p>　　5.1.4 PLC控制系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　與普通微機(jī)類(lèi)似，PLC也是由硬件和軟件兩大部分組成的。在軟件的控制下，PLC才能正常地工作。軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩部分。</p>

96、;<p>　　PLC的基本工作如下：</p><p>　　(1) 輸入現(xiàn)場(chǎng)信息：在系統(tǒng)軟件的控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)；</p><p>　　(2) 執(zhí)行程序：順次掃描用戶(hù)程序中的各條指令，根據(jù)輸入狀態(tài)和指令內(nèi)容進(jìn)行邏輯運(yùn)算；</p><p>　　(3) 輸出控制信號(hào)：根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，輸出狀態(tài)寄存器向各輸出點(diǎn)并行發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)所要求的

97、邏輯控制功能。</p><p>　　上述過(guò)程執(zhí)行完后，又重新開(kāi)始，反復(fù)地執(zhí)行。每執(zhí)行一遍所需的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期。PLC的掃描周期通常為幾十毫秒。</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)機(jī)械設(shè)備的工作過(guò)程可以分為一系列不斷重復(fù)的順序操作，PLC的工作方式與此相似。因此，PLC的程序可與機(jī)器的動(dòng)作一一對(duì)應(yīng)，程序編制簡(jiǎn)單、直觀(guān)，不容易出錯(cuò)，而且容易修改，從而大大減少了軟件的開(kāi)發(fā)費(fèi)用，縮短了軟件

98、的開(kāi)發(fā)周期。</p><p>　　為了提高工作的可靠性，及時(shí)接收外來(lái)的控制命令，PLC在每次掃描期間，除完成上述三步操作外，通常還要進(jìn)行故障自診斷，完成與編程器等的通信。</p><p>　　每次掃描開(kāi)始，先執(zhí)行一次自診斷程序，對(duì)各輸入輸出點(diǎn)、存儲(chǔ)器和CPU等進(jìn)行診斷，診斷的方法通常是測(cè)試出各部分的當(dāng)前狀態(tài)，并與正常的標(biāo)準(zhǔn)狀念進(jìn)行比較，若兩者一致，說(shuō)明各部分工作正常，若不一致則認(rèn)為有故障。

99、此時(shí)，PLC立即啟動(dòng)關(guān)機(jī)程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，并關(guān)斷所有輸出點(diǎn)，然后停機(jī)。</p><p>　　診斷結(jié)束后，如沒(méi)發(fā)現(xiàn)故障，PLC將繼續(xù)往下掃描，檢查是否有編程器等的通信請(qǐng)求。如果有則進(jìn)行相應(yīng)的處理，比如，接受編程器發(fā)來(lái)的命令，把要顯示的狀態(tài)數(shù)據(jù)、出錯(cuò)信息送給編程器顯示等。</p><p>　　處理完通信后，PLC繼續(xù)往下掃描，輸入現(xiàn)場(chǎng)信息，順序執(zhí)行用戶(hù)程序，輸出控制信號(hào)，完成一個(gè)掃描周期

100、。然后又從自診斷開(kāi)始，進(jìn)行第二輪掃描。PLC就這樣不斷反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的連續(xù)控制，直到接收到停機(jī)命令，或因停電、出現(xiàn)故障等才停止工作。</p><p>　　5.1.5 PLC選型</p><p>　　本設(shè)計(jì)中需要25個(gè)輸入，23個(gè)輸出(具體見(jiàn)表5-1)，</p><p>　　表5-1 電氣與邏輯元件對(duì)照表</p><p>　　故根據(jù)本設(shè)計(jì)

101、要求，選擇FX2N-64MR型PLC，其有32位輸入，32位輸出，滿(mǎn)足了系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　5.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　5.2.1 PLC接線(xiàn)圖</p><p><b>　　圖5-1 電氣圖</b></p><p><b>　　a)</b></p>

102、<p>　　5-2 PLC接線(xiàn)圖</p><p><b>　　b)</b></p><p>　　5-2 PLC接線(xiàn)圖</p><p>　　5.2.2 PLC控制系統(tǒng)的I/O分配</p><p>　　I/O分配見(jiàn)表5-2</p><p>　　表5-2 I/O分配表</p>&

103、lt;p>　　5.2.3 PLC梯形圖</p><p>　　系統(tǒng)說(shuō)明：M1為主軸電動(dòng)機(jī)，M2為快速電動(dòng)機(jī)，M3為液壓泵電動(dòng)機(jī)，M4為冷卻泵電動(dòng)機(jī)。SB1為急停按鈕，按下SB1系統(tǒng)停止運(yùn)行。按下按鈕SB2之后主電動(dòng)機(jī)正向點(diǎn)動(dòng)，按下SB3之后主電動(dòng)機(jī)反向點(diǎn)動(dòng)。按下SB4之后主電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)長(zhǎng)動(dòng)，按下SB5之后主電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)長(zhǎng)動(dòng)。SB6為手動(dòng)換刀。按下SB9、SB10、SB11之后分別控制主軸電動(dòng)機(jī)的快速轉(zhuǎn)動(dòng)、中速轉(zhuǎn)動(dòng)

104、和高速轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)計(jì)的電動(dòng)刀架為四工位，按一下，電動(dòng)刀架換刀一次。</p><p>　　系統(tǒng)工作流程為：根據(jù)需要選擇電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)。變頻器和主軸電機(jī)隨系統(tǒng)同時(shí)起動(dòng)。起動(dòng)之后傳感器檢測(cè)是否有料，若沒(méi)有料，蜂鳴報(bào)警，若有料，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)工作循環(huán)。液壓泵電機(jī)起動(dòng)，電磁鐵Y21動(dòng)作送料，直到指定位置，由行程開(kāi)關(guān)X15控制，使電磁鐵Y21斷電，送料停止。送料停止之后電磁鐵Y17動(dòng)作，完成定位，到指定位置后，電磁鐵Y17失電，定位

105、完成。之后電磁鐵Y15得電，滑臺(tái)快進(jìn)，到指定位置，行程開(kāi)關(guān)X17得電，Y15失電，快進(jìn)動(dòng)作完成。行程開(kāi)關(guān)X17得電的同時(shí)，冷卻泵起動(dòng)，開(kāi)始噴切削液。緊接著電磁鐵Y14得電，液壓滑臺(tái)開(kāi)始一工進(jìn)，直到行程開(kāi)關(guān)X20得電，電磁鐵Y14失電，Y15得電，系統(tǒng)開(kāi)始二工進(jìn)，直到行程開(kāi)關(guān)X21得電，Y15失電，死擋鐵停留，同時(shí)Y16得電，液壓滑臺(tái)開(kāi)始快退，直到行程開(kāi)關(guān)X16得電，Y16失電，液壓滑臺(tái)停止動(dòng)作，同時(shí)Y6得電，松開(kāi)工件，直到電磁鐵X23得

106、電，工件被完全松開(kāi)，Y6失電，夾緊缸停止動(dòng)作，之后Y20得電，定位缸動(dòng)作，直到行程開(kāi)關(guān)X26得電，取消定位，Y22得電，開(kāi)始卸料，直到X14得電，卸料完成。</p><p>　　綜上，總的工作循環(huán)為：送料-定位-夾緊-主軸轉(zhuǎn)動(dòng)-滑臺(tái)快進(jìn)-一工進(jìn)-二工進(jìn)-死擋鐵停留-快退-松開(kāi)工件-卸料。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p&

107、gt;　　本文主要是根據(jù)給定要求設(shè)計(jì)了專(zhuān)用車(chē)床的液壓系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)。</p><p>　　本次控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了預(yù)期的目的。通過(guò)這次設(shè)計(jì)我學(xué)會(huì)了很多以前沒(méi)學(xué)過(guò)的知識(shí)，也鞏固了以前沒(méi)學(xué)好的知識(shí)，使我的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)更加扎實(shí)，軟件操作更加熟了。通過(guò)本次設(shè)計(jì)我學(xué)會(huì)了調(diào)查研究的方法，提高了我運(yùn)用工具書(shū)的能力；培養(yǎng)了我查閱文獻(xiàn)、外文資料的閱讀與翻譯、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、文字表達(dá)等基本工作實(shí)踐能力，使我初步掌握了科

108、學(xué)研究的基本方法和思路。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)在于將PLC應(yīng)用到了專(zhuān)用車(chē)床控制系統(tǒng)中。本系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，取得了良好的實(shí)際效果，且安全性良好。實(shí)踐證明，以PLC為核心專(zhuān)用車(chē)床控制系統(tǒng)是一種簡(jiǎn)單有效、成本低廉的解決方案，具有較高的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)適用性。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]田科

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