机加工自动线控制系统DOCWord文档格式.docx
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本系统由计算机仿真子系统、接口子系统、PLC控制系统、操作台及模拟显示屏几部分构成。
为了叙述方便，今后就称机加工自动线控制系统为PLC控
制系统。
由于PLC控制是自动化专业学生训练的重点。
因此，PLC控制、操作台、模拟显示屏与生产实际基本一致，自动线的机械和液压部分则由计算机仿真，保证学生能达到工程实训的目的。
2.2.1机械部分的基本组成和工作原理
机加工自动线的机械部分主要由铣端面、钻孔、检查、扩孔、镗孔、攻丝、转位、钻深孔和上、下料等十个工位和输送带、定位机构、夹紧机构组成，单面加工，随行夹具传送工件，其平面布置图如图1所示。
各工位动力头主轴的旋转运动由电动机拖动，而输送带步进装置的向前与向后，定位机构的定位与拔销，夹紧机构的夹紧与松开，各工位动力头滑台的快进一工进一快退，检查机构的慢进与快退，转位机构的右转与左转、抬起与放下等运动则由液压系统拖动。
液压系统的液压泵由一台电动机拖动。
此外，机加工自动线还配有一台冷却泵，用来在加工时对各动力头的刀具和工件的加工面进行冷却。
冷却泵由
台电动机拖动
铣端面钻孔检查扩孔镗孔攻丝转位钻深孔
国空匡囤囤因西西生卫
图1机加工自动线平面
222液压部分的基本组成和工作原理
机加工自动线的液压泵电机和冷却泵电机直接由接触器控制，其余电动机由PLC（经接触器）控制。
机加工自动线各电动机的主电路、液压泵电机和冷却泵电机的控制电路和PLC负载的电源控制电路如图2所示，机加工自动线控制系统的PLCI/O接线图分别如图3和图4所示，机加工自动线的液压系统图如图5所示。
机电轴主头矗丝攻
^5?
轴主头力动孔扩
2彳C3
图理原路线制控气电机动电动自工加机2图
机电轴主
头力动孔钻
脅轴主机鼎主
头力动孔镇头力醫端铳机电泵却冷
机电泵压液
COM
67
220VA电源,来自图B.2电
动机电器控制线路原理图
100—
SQ5
1
原位
扩孔
101
2已快进动力
102-
3已工进头
103-
SQ6
63
64
65
66
SQ1
1
2
已快进
SQ21
一-厂
SQ2务快进
70
71
铣端
面动
电工进力头
二^^2电工进
SQ3厂
镗孔
动力
钻孔
30
31
32
33
34
35
104-
1吟十
SQ7
.退丝
攻丝
72
73
74
75
107
1已左转
11C-
111
2已抬起
转位
76
机构
112
4已放下
113
114」
SQ8
1原位
深孔
115」
2已快进
钻动
油泵
117
雯2冷却泵
12C
匹'
铣端面
冷却
泵、
121
更4镗孔
各动
122-
123-护
124-才退
6扩孔
力头
主轴
电机
125
田8深孔钻
过载
126
KP
液压系统压力过大
127
SA1：
丄SB1
3模拟有料
SB3
预开
启动
220VA（电源，来自图B.2电
SB4
预停
急停
急退/回原点
SB6点动/启动
COI
RU
SA1
012345sa
PC运行
SQ?
SQ33已工进头
殂4原位
SQ42合
合格
SQ4不合格
77
检查
36
37
40
41
42
43
44
45
46
47
50
51
52
53
54
55
56
57
60
61
62
—
UJ
SB7
点动/停止机
SB8
1
SB
点动
L±
J
SB1
LLK
SB-
LU
SB・
KM
2音响试验
3
信号灯试验
1油泵运行
2冷却泵运行
KP1
SQ2
KP2
输送
已向前
已定位
殂〉已松开
6已夹紧
KP4
带步
进装
置、
定位
夹紧
已夹紧
已卸料
矩7已装料
10
11
12
13
14
15
16
17
20
21
22
23
24
25
26
SA
，2全线自动回原点
单机手动
半机动
半自动
＜作
全线自动
3—r
3输送带
SA4
钻深孔
SA5
丄SA6
丄SA7
丄SA8
_
丄SA9
图3机加工自动线控制系统PLC输入接线图
图6机加工自动线控制系统PLC俞入接线图
输送带输送
铣端面带
—SA1
丄SA12
钻深孑
头及
其它
在线
离线
选择
24VDC来自图E.2
中稳压电源（DG）的输出端
中稳压电源（DG）
的输出端
各动力主轴电机运行
制送带步进装置
前后向向
定位机构
位销定拔
夹
紧
机
构
紧开夹松
铳端面动力头
前后速向向快
镇孔动力头
前后速向向快
深孔钻
向前
钻孔动力头
FR3KM3
J~HLM3
FR42KM4
HIM4
FR5疋KM5
L-HLM5
FR6"
KM6
iSzr~
HIM6|J
ZT
KM7
FR7KM8KM7
FR8yKM9
HIM8
YV1
HIB2
YV2
HIB3
YV3
H町二
YV4
HIF3'
-
YV5-
HLT2
zrr
7
YV11■
YV12
YV13
YV21-|
YV22
YV23j—
z_l_
YV32
YV41—
YV42
扩孔动力头
YV51
YV52厂
YV53
C—
攻丝动力头
YV62l
H164
YV71J
HL73
YV72
HL74
YV73
HL75
COM1
COM2
4
5
6
COM3
COM4
COM5
COM6
COM7
COM8
YV74
Ht^Tg=J
YV81f*
―□-
YV82
——□-
YV83
―Ql
油压过大
卸荷
蜂鸣器
液压泵
电机运行
冷却泵
YV
——□
BE
HLM1
单机
全线
回原点
各动力头
自动线
输送带步
进装置原位
夹紧机构
铣端面动力头
镗孔动力头
孔动力头
HLM2
Q
HL1
HL2
HL3
HL4
®
HL5
HLP
——0
HLA
HLB1
HLF1
HLT1
HL11
HL12
——a
HL13
Q
HL22.
HL23
HL24.
HL33.
HL34,
HL42-
COIVI9
COM1（
COM1-
COM1；
COM13
COM14
COM15
COM16
图7机加工自动线控制系统
图4机加工自动线控制系统PLC输入接线图
PL（输出接线图
分部动传压液
图理S原统传压is敝犠一机te工加机5图
分部动传压液头力动削铳
头力动孔扩
构机查检
头力动孔镇
」T¥
1&
5Y
前向退一后n
分部动传压液头力动丝攻
■-*前向退后g
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构机位转
T
囱
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后向
US
钻
铳
扩
3AW0
A4S
2000
20yo
2zyo
位定
构机测检其及分部动传压液头力动孔深钻
前向退屜2
前向退后
118S
销拔
10^VY-亍Y-
2Q013-前向.
起
■抬
输送带液压传部动分
ttl
\7}2、7
I■
幻6
円^畧
开
松
下
亠放
F
一
*X
8
攻
1C
A
图6传送带步进机构液压传动部分原理图
机加工自动线传送带步进装置液压传动部分如图6所示。
由该图可知，设传送带步进装置处于原位，则原位行程开光动作，此时使电磁换向阀的电磁铁线圈YV1
通电，贝U压力油的流动路线为：
油泵排出的油f单向阀f液动换向阀f行程节流阀一油缸10无活塞杆腔。
回油路线为：
油缸10有活塞杆腔f液动换向阀f油箱。
于是油缸10中的活塞向前，将工件输送到加工工位。
当工件输送到加工工位，且油缸10的大腔中的压力上升到压力继电器KP2的动作值时，压力继电器KP2发出信号，与输送带到达时碰上的行程开关SQ2发出的信号重合，表明可以进行工件的定位、夹紧。
2.2.2.2定位、夹紧机构液压部分工作原理
定位、夹紧机构液压传动部分原理图如图7所示。
由该图可知，当输送带将工件输送到新工位后，使电磁铁YV3通电。
此时压力油的流动路线为：
油泵f单向阀f电磁换向阀11f12〜17号定位油缸的无活塞杆腔。
各定位油缸有活塞杆腔f电磁换向阀11f油箱。
于是各定位油缸中的活塞向上，拖动定位机构对工件的随行夹具定位。
当定位好，且油缸12〜17的大腔中的压力上升到压力继电器KP3的动作值时，压力继电器电器KP3发出信号，与定位机构到达定位位置时碰上的行程开关SQ4发出的信号重合，从而使电磁铁线圈YV5通电。
此时压力油的流动路线：
为19〜24号夹紧油缸的有活塞杆腔f电磁换向阀f油箱。
各夹紧油缸有活塞杆腔f电磁换向阀18f油箱。
于是各夹紧油缸中的活塞向下，拖动夹紧机构对工作的随性夹具夹紧。
当夹紧动作完成，且油缸19〜24的大腔中的压力上升到压力继电器KP4动作值时，压力继电器KP4发出信号，与夹紧机构到达夹紧位置时碰上的行程开关SQ6发出的信号重合，发出夹紧完毕的信号，此时，各动力部件（铣端面、钻孔、检查、扩孔、镗孔、攻丝/退丝、深钻孔）便可以开始工作了。
在整个切削加工过程中，工作都处在定位、夹紧状态。
松开
^位
图7定位、夹紧机构液压传动部分原理图
222.3扩孔动力头液压传动部分工作原理
扩孔动力头液压传动部分原理图如图8所示。
有图可知当电机YV11运行时,
38接通，液压油由左下进左上出，同时YV13接通，这样可以实现快进功能，
当动力头触及到SQ12的时候，YV13断电，YV11继续通电，这样就实现了工进功能。
当动力头触及到SQ13的时候，YV11断电，YV12与YV13同时通电，液压油由左下进右上出，这样就可以实现动力头的快退功能。
图8扩孔动力头液压传动部分原理图
第3章自动线控制系统的组成及其各电器元件的作用
机加工自动线PLC控制系统分为硬件和软件两部分。
硬件部分包括
FX2-128MR型PLC基本单元、FX2-48ER型PLC扩展单元、直流稳压电源、各种开关电器、操作电器、保护电器、报警电器和信号指示灯。
其中，PLC是控制
系统的关键设备，自动线在各种工作方式下的全部工作过程都是在PLC的监控
下进行的。
直流稳压电源为PLC及PLC的输出负载如接触器线圈、电磁换向阀线圈（用仿真子系统模拟）、信号指示灯提供24VDC电源。
接触器用来控制油泵电机、冷却泵电机及各动力头主轴电机的起动运行与停止。
电磁换向阀用来控制自动线输送带、各动力头滑台的前进与后退等。
自动开关用作上述电机主电路及控制电路的短路保护和失压保护，热继电器用作各电动机的过载保护，模拟屏通过灯光信号来模拟自动线的工作过程。
信号显示屏用来显示自动线的各种工作方式、工作状态、故障状态，可在故障时发出音响报警信号。
控制面板上装有转换开关和许多按钮。
转换开关主要用来选择自动线的工作方式、单机以及各动力头、检查头等单机的在线/离线状态。
各操作按钮用来向自动线发布预开、起动、预停、紧急停止、点动等控制命令。
在控制台的上述各电器元件中，自动线的各电动机和电磁换阀线圈是虚没的，由仿真子系统模拟。
其余均为真实电器元件。
PLC控制系统的软件部分包括自动线的公用程序、自动回原点程序、全线全自动和半自动程序、单机半自动程序、手动程序、信号指示程序、故障处理及报警程序等部分。
其中，公用程序是自动线在各种工作方式下运行时都要执行的程序，这部分程序主要用于处理向自动线发布的各种操作信号，自动线启动前应具备的各种初始信号，对工件的检查信号，由全单周或连续工作方式转换为手动或单机半自动、自动回原点等工作方式时使自动程序复位的信号，从单周循环程序的最后一步返回到初始步或初始步的下一步的转换信号，液压系统的过压力信号，对工件的定位、夹紧信号等，并将处理结果作为自动线启动、停止、急退、步的转换、故障报警等的一个条件。
全线连续工作方式的程序是软件中最重要的部分，它用来实现自动线在无人参与的情况下对成批工件的连续自动加工，在加工完所有工件后才自动停下来。
因此，全线连续工作方式的程序可大大提高加工效率，提高产品质量，降低加工成本。
全线单周工作方式的程序可实现自动线一个工作周期的自动运行，并在完成了一个工作周期的运行后自动停车。
因此这部分程序主要用于自动线及其PLC控制系统在安装接线等工作全部完成后投人生产前的试车以及工人交接班时对自动线运行情况的检查。
在自动线中，一个相对独立的运动部分称为单机，在本自动线中有下述单机：
（1）输送带、定位机构、夹紧机构。
（2）各动力头。
（3）检查机构、转位机构。
单机半自动程序就是用来实现PLC控制系统对自动线中各个单机的单周循环控制的。
具体说来，就是要实现这样的控制，当用单机选择开关选中某个单机，且按下单机起动按钮后，该单机起动（此时其它单机均停在原位不动），完成其自身的一个循环的工作后，自动停在其原位。
因此，自动线的每一个单机都有自己的半自动程序。
这部分程序主要用于自动线安装或维修工作完成后，技术人员对自动线各单机的调试工作以及检查各单机是否能完整地正常地运行一个循环。
它便于技术人员集中精力对自动线某一单机的工作情况进行检查，易于发现问题，查找故障，待一个单机调试、检查完成后，再调试、检查下一个单机。
手动程序用于实现PLC控制系统对自动线中某一单机进行手动控制。
手动控制方式又称为点动控制方式，所谓手动控制，就是当用单机选择开关选中某个单机，且按下某个单机的某一步的点动按钮不松手时，该单机的该步就起动运行。
但是，一松开该点动按钮，该单机的该步就立即停止运行。
单步程序用于实现PLC控制系统对自动线中某一单机进行单步控制。
所谓单机控制，就是按下某个单机的某一步的起动按钮时，该单机的该步就起动运行，松开该起动按钮后，该单机的该步仍继续运行，直至完成该步的工作时才
自动停止
手动程序和单步程序都用于自动线安装、维修完成后，技术人员调试检查其某一单机的某一步的工作情况。
其中手动控制的优点是在调试、检查过程中,在发现问题或出现故障时便于即时停车；
而单步控制的优点是操作较为方便，检查、调试时不需要象点动控制那样一直接住按钮不放，这对于工作时间较长的某个单步的调试、检查工作来说是很适合的。
由此可见点动控制和单步控制各有其优点，用户可根据自己的实际情况和需要选择其中一种控制方式。
自动回原点程序用来实现自动线各单机从当前所处的任何位置自动退回到各自的原位，为自动线或某个单机的起动作好准备。
设置自动回原点程序后，可以免除手动回原点操作的许多麻烦，减轻手动回原点操作的劳动强度，大大缩短回原点操作的时间。
第4章机加工自动线控制系统的操作训练
4.1操作前的准备
（1）接通计算机电源，启动计算机。
用鼠标器双击“MICS快捷图标。
以运行自动线仿真软件，此时会打开自动线仿真窗口。
单击该窗口的复位按钮，使窗口中自动线的各单机都回到各自的原位。
（2）依次闭合实验桌电源板上的刀开关QS机加工自动线控制台内的自动开关QF1和QF2以接通机加工自动线控制系统的电源。
（3）闭合接口装置的电源开关，以接通机加工自动线接口子系统的电源，使之处于工作状态。
（4）在控制台的操作面板上，按下PLC的电源启动按钮SB4和冷却泵电机启动按钮SB'
6,以接通PLC电源、启动油泵电机（使自动线液压系统（虚拟）启动运行）和启动冷却电机（使冷却液（虚拟）循环，为各工位进行金属切削加工作准备）。
在完成上述准备工作后，即可对机加工自动线进行各种操作。
4.2全线全自动方式下的操作
（1）根据自动线所要加工的工件件数m用编程器给PLC的计数器C100设定K值，使K=m+9其中“9”表示每个工件要经过9个工位（即自动线要经过9次工作循环）后，才能从上料工位到达卸料工位。
（2）根据工件所要进行的加工工序，确定应在线的动力头和应离线的动力头，将应在线的各动力头的“在线／离线”选择开关旋至“在线”位置，将应
“离线”的各动力头的“在线/离线”选择开关旋至“离线”位置。
最后将“模拟有料”开关旋至“有料”应置。
（3）将自动线工作方式选择开关SA2旋至“回原点”位置，再将PLC运行开关SA1由“停止”位置旋至“运行”位置，以使
①PLC投入运行。
②自动线单周／连续循环程序的活动状态回到初始步
③计数器C100复位。
（4）将自动线工作方式选择开关SA2旋到“连续”位置。
（5）启动运行：
按下“预开”按钮SB1,电
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