深孔钻PLC课设.docx
《深孔钻PLC课设.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《深孔钻PLC课设.docx（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
深孔钻PLC课设
一、深孔加工技术概述
二、深孔钻的结构及动作原理
1、深孔钻结构示意图
2、电磁阀状态表
3、深孔钻工作循环图
4、动作原理（自动）
5、设计要求
三、控制系统硬件设计
3.1电动机控制线路设计
3.2液压拖动PLC控制部分设计（I/O接线图）
3.3元器件选择
四、软件设计
4.1手动工作程序
4.2自动程序设计
五、课程设计总结
六、参考文献
七、布置图与接线图
一、深孔加工技术概述
在机械制造业中一般将孔深超过孔径10倍的圆柱孔（内圆柱面）称为深孔。
人类对深孔加工技术的需求至少可以上溯到14世纪欧洲滑膛枪的问世，远比第一次产业革命现代化机械技术革命来的要早。
深孔钻是一种高精度、高效率、高自动化的深孔加工专用机床依靠先进的孔加工技术（枪钻、BTA钻、喷吸钻等）通过一次连续的钻削即可达到一般需钻、扩、铰工序才能达到的加工精度和表面粗糙度。
传统的控制方案是采用继电器和接触器与液压控制相结合的方法，由于这种方法进给次数多，且需要快进、快退。
多种进给速度的变换和控制系统需要以及大量复杂的硬件系统接线，使系统的可靠性降低，同时也间接的降低了设备的工作效率，从而影响了设备的加工质量。
现在的工业企业大多数采用可编程控制器与液压相结合的方法，这种方法可以很好的解决这种问题。
它能够大大的减少系统的硬件磨损和硬件接线，同时提高工作效率。
而且在加工工艺改变时，只需要修改程序，就可适应新的加工要求，大大的提高了工作效率。
然而加工时，钻头的冷却和定时排屑成为了主要问题。
采用分级进给的加工方法，可以使切屑顺利排出，钻头也得到较好的冷却。
分级进给的加工方法即将被加工孔的深度分为数段进行加工。
可编程控制器是应用最广泛的以计算机技术为核心的自动控制装置。
我们这次课程设计采用课本中介绍使用的三菱公司生产的
系列PLC,具有价格便宜，尺寸小，功能多，使用操作方便，和较强的抗干扰性能等特点。
二、深孔钻的结构及动作原理
1、深孔钻结构示意图
1---拉杆2---原位挡铁3---向前挡铁4---慢进给挡铁5---工作进给挡铁6---终点挡铁7---终点螺钉8---终点复位挡铁9---杠杆10---死挡铁11---复位推杆12---安全阀13---程序阀14---反压阀15---节流阀
2、
电磁阀状态表
快进
慢进
一工进
快退
快进
二
工
进
快退
快
进
慢
进
钻
出
快
退
复
位
YV1
+
+
+
+
+
+
+
YV2
+
+
YV3
+
+
+
+
YV4
+
+
+
3、深孔钻工作循环图
4、动作原理（自动）
1）原位：
原位时挡铁2压着原位行程开关SQ1，慢进给挡铁4支撑在向前挡铁3上，终点复位挡铁8被拉杆9顶住。
2）快速前进：
当发生起动信号，电磁阀YV1通电，三位五通换向阀右移，主轴快速前进，带着拉杆1上可滑动的工作进给挡铁5一起前进。
3）慢进给：
当快进到慢进给挡铁4压下SQ2，导致电磁阀YV2通电，与此同时，工作进给挡铁5也压下SQ3，使YV3通电，这样YV1、YV2、YV3均得电，于是主轴为慢进给，并带着拉杆1及工作进给挡铁5同时慢进。
4）工作进给：
当慢进工作给挡铁5顶在死挡铁10上，挡铁5不再向前进。
但由于拉1被主轴带着继续前进，于是挡铁5在拉杆上滑动，同时向前挡铁3将离开慢进给挡铁4，使SQ2松开，YV2断电。
主轴转为正常工作进给速度加工。
5）快进排屑：
由时间继电器KT控制工作进给时间，由它发出信号，使YV1、YV2、YV3断电，同时接通YV4，使主轴快退带动下，拉杆1及挡铁5一起后退。
6）再次快进前进：
当快退到挡铁3压下原位开关SQ1时，YV4断电，并使YV1再次得电，主轴快进，但由于第一次工进时，已使挡铁5在拉杆1后移一段距离（正好等于钻孔深度），所以慢进挡铁4离开挡铁3，SQ2不会受压，因而快进不会转为慢进，而是一直快进到挡铁5在死挡铁10上。
7）重复进给：
挡铁5再次压下SQ3，YV3又得电，转为工进，（从上次钻孔深度处开始），由时间继电器控制进给时间，后又转为快退排屑，如此多次循环。
8）慢进给钻出：
每工进一次，挡铁5就在拉杆1上后移一段距离，经多次重复，使挡铁5逐渐向终点挡铁6靠拢，然后由终点挡铁6之凸块拨转挡铁4，使SQ2受压，主轴慢进给钻出，到达终点，并推动杠杆9，放开高位挡铁8，并压下SQ4，使YV1断电，YV4得电，主轴快退。
9）复位：
挡铁5后退一段距离，即被挡铁8钩住，使其沿拉杆1向前滑动，直到挡铁3通过SQ1（因SQ4受压，故压下SQ1不起作用），并顶开挡铁8，从而放开挡铁5和SQ4，挡铁8由杠杆9顶住，原位挡铁2压下SQ1，YV4断电，主轴停止后退，恢复原位。
在加工过程中，若出现故障，可按停止按钮，使主轴停止进给，然后再按动力头上的复位推杆11，拨动终点复位挡铁8，使SQ4受压发出快退复位指令，从而恢复到始状态。
5、设计要求
1）在工件夹紧及液压泵启动后，按下开工按钮，开始钻孔并能自动完成半自动循环。
2）主轴电动机在第一次快进时自动启动，加工完成，退回原位时自动停止。
3）具有可靠的联锁、保护环节和必要的动作显示。
4）具有点动调整环节，包括主轴电动机的起停、快退、慢进、工进等点动控制。
三、控制系统硬件设计
3.1电动机控制线路设计
下图为主电路图。
在机床硬件系统中，机床的所有动力均有电动机提供。
主轴电动机为动力头提供动力，动力头的移动由电动机拖动液压泵，推动液压缸完成。
整个系统需M1、M2两台电动机。
主电路图
在实际运行中，短路、过负载、欠电压、断相等因素都可能造成电动机超过其负载，即广义上的过载。
于是就在主控电路中接入熔断器FU，在短路时，FU的熔体熔断，切断电路，起保护作用，接入热继电器FR，当电动机在运行中负载过重，频繁启动，电源缺相时，都将使通过电动机绕组的电流增大而使其过热，虽然电动机的短时过载是允许的，但如果长时间过载，将会导致绝缘老化甚至烧毁电动机，有了热继电器，绕组电流超过允许值时热元件温度升高，烘烤双金属片使其弯曲变形，将串联在控制电路中的常闭触点分断，接触器线圈断电，其主触点释放，切断主电路，使电动机断电停转，从而起到过载保护作用。
各电动机使用交流接触器控制。
其中接触器KM1、KM2分别控制M1、M2。
FR1、FR2为M1、M2提供过负载保护。
FU1、FU2为M1、M2提供短路保护。
3.2液压拖动PLC控制部分设计（I/O接线图）
PLC与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。
PLC有许多I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其他一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。
根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时，应再增加10%～20%的备用量，以便随时增加控制功能。
对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，I/O点数也应有所不同。
表1、2列出了设备及电气元件所需的开关量的I/O点数。
表1输入地址分配表
液压泵电动机启动按钮
SB1
X0
行程开关3
SQ3
X9
液压泵电动机停止按钮
SB2
X1
行程开关4
SQ4
X10
自动挡
SA1
X2
手动快进
SB5
X11
手动挡
SA2
X3
手动慢进
SB6
X12
自动挡启动
SB3
X4
手动工进
SB7
X13
自动档停止
SB4
X5
手动快退
SB8
X14
行程开关1
SQ1
X7
手动复位
SB9
X15
行程开关2
SQ2
X8
表2输出地址分配表
液压泵电动机接触器
KM1
Y0
快退直流电磁换向阀
YV4
Y5
主轴电动机接触器
KM2
Y1
快进指示灯
KM3
Y6
快进直流电磁换向阀
YV1
Y2
慢进指示灯
KM4
Y7
慢进直流电磁换向阀
YV2
Y3
工进指示灯
KM5
Y8
工进直流电磁换向阀
YV3
Y4
快退复位灯
KM6
Y9
在控制电路的设计中，首先要考虑弱电和强电之间的隔离的问题。
在整个控制系统中，所有控制电机、阀门接触器的动作，都是按照PLC的程序逻辑来完成的。
为了保护PLC设备，PLC输出端口并不是直接和交流接触器连接，而是通过中间继电器去控制电机或者阀门的动作。
在PLC输出端口和交流接触器之间引入中间继电器，其目的是为了实现系统中的强电和弱电之间的隔离，保护系统，延长系统的使用寿命，增强系统工作的可靠性。
如下为其控制电路图。
3.3元器件选择
1）根据设计要求，液压泵电机的型号为Y100L2-4，其功率为3KW，则其额定电流为6.8A，可知热继电器的热元件额定电流为
=（1.15-1.5）
=7.82-10.2，选择型号为JR16-20/10。
熔断器的额定电流
=（1.5-2.5）
=10.2-17A，选择型号为RC1A-30。
主轴电动机型号为Y100L-6,功率为1.5KW，则其额定电流为4A,可知热继电器的额定电流为
=（1.15-1.5）
=4.6-6,型号为JR16-20/9。
熔断器的额定电流
=（1.5-2.5）
=6-10A,型号为RC1A-10。
2）PLC型号的选择：
本次设计共用了16个输入触点，10个输出触点，考虑到10%到20%的备用量，我们选用了
-48M。
四、软件设计
为在编程的过程中方便、快捷，以及程序结构的简洁明了，把手动操作程序与自动操作程序通过主控指令编成两个独立的模块，通过外部开关进行功能选择。
当工作方式选择自动工作方式时，X2接通，执行自动工作程序。
当工作方式选择开关选择手动工作方式时，X4接通，执行手动工作程序。
4.1手动工作程序
在手动操作中，不需要按工作顺序动作，可以按普通继电器控制程序来设计。
手动按钮X0、X1控制液泵电机的启动停止。
X11、X12X13、X14控制动力头的快进、慢进、工进及快退。
为保护系统的安全运行，设置了一些必要的连锁保护。
其程序见后面的梯形图。
4.2自动程序设计
自动程序应为实际加工时的主要工作方式，其梯形图可按照设计中给出的工作原理进行转换即可。
但要注意的是在自动程序中限位开关与手动程序中作用是相反的，自动是是启动条件而手动却是停止的条件。
还有自动是工进时间是用定时器来限定的，而手动时是人为控制的。
五、课程设计总结
两周的课程设计结束了，感觉过得挺充实。
在这次的设计中，又学到了很多课本上没有的知识，为即将到来的大四做了一个不错的铺垫。
这次的设计加深了我对PLC的理解，更清楚的了解了它的工作过程，从扫描、执行到输出就像电影般在我脑中回放着。
还有就是课题中机械与行程开关的巧妙结合给我许多启发，所谓机电不分家，这让我明白了在以后的学习中不能只是局限于本专业，还应学习些机械方面的东西，机电一体化才是更实用的、更巧妙的。
然后就是团队合作，如果没有与同学的交流，许多问题或许我现在还弄不明白。
在此，感谢那些帮助我的同学。
同时，我也发现了自己的一些问题，对某些东西太过于叫真儿，还有就是语言表达能力欠缺，不能较有效的组织语言，这两个问题是我以后应多加关注和认真改正的。
最后，感谢三位老师的耐心指导。
六、参考文献
[1]郁汉琪.电气控制与可编程控制器应用技术.东南大学
[2]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M].：
XX大学
[3]X超.电气控制与PLC技术应用..清华大学
[4]许晓峰.电机及拖动（第三版）.高等教育
[5]电工实习参考资料
附录：
元件目录表
电动机M1
1台
Y100L2-4
热继电器FR1
1个
JR16-20/10
熔断器FU1
1个
RC1A-30
电动机M2
1台
Y100L-6
热继电器FR2
1个
JR16-20/9
熔断器FU2
1个
RC1A-10
刀开关QS
1个
HD11-100
PLC
1台
-48M
单刀双掷开关（船型）
1个
KCD103
按钮
9个
LA25-11
指示灯
4个
升级会员 