四工位组合机床控制系统设计说明书

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张海波毕业论文

毕业设计(论文）

基于PLC的四工位组合机床控制系统设计

学生姓名：张海波

指导教师：黄冬梅副教授

专业名称：电气工程及其自动化

哈尔滨工程大学继续教育学院

2013年04月

成人高等教育

毕业设计（论文）立题论证任务书

班级：11H411HZY 专业：电气工程及其自动化层次：专升本

一、指导教师对学生的评语及答辩推荐意见

指导教师（签名）职称

年月日二、评阅人评语

评阅人（签名) 职称

年月日

三、毕业设计专业组或教研室意见

负责人（签名）职称

年月日四、答辩委员会评语

答辩委员会主任（签名) 职称

摘要

论文设计了PLC与组态王在四工位组合机床控制系统设计中的应用。利用PLC作为主控制器实现了四工位组合机床手动、半自动以及全自动等多种控制方式，并利用组态王组态软件设计了整个系统的监控画面，实现了四工位组合机床的自动化控制。组态软件具有过程监控，数据采集，数据分析，过程控制等强大功能,在自动化系统中占据主力军的位置逐渐成为工业自动化系统中的灵魂。论文设计了PLC与组态王在多工步组合机床监控系统设计中的应用。采用西门子S7—200可编程控制器进行程序设计，利用组态王软件对多工步组合机床控制系统进行画面组态，实现了多工步组合机床的自动化控制.

关键词：PLC;组合机床;组态王

ABSTRACT

The application of Programmable Logic Controller（PLC) and the King view This paper was introduced to design the four-station combination machine control system. Manual control and semi—automatic control of the four—station combination machine are brought about by using the PLC controller. The overall picture of the operating machine is provided by the monitor and control system based on King view configuration software. Configuration software has the features of process monitoring，data acquisition，data analysis，process control and so on, and occupies the main position in the automation system，besides, gradually become the soul of industrial automation systems. The paper designed the application of PLC and configuration king in the design of multi-step combination machine tools monitoring system. The adoption of Siemens S7-200 programmable controller in the program design，and the use of software for multi-step combined machine tool control system for configuration screen have reached the multi—step machine automation control.

基于PLC的四工位组合机床控制系统设计

本科毕业论文（设计）

设计题目：基于PLC的四工位组合机床控制系统设计

学院：

专业：机械设计制造及其自动化

班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

第2页

贵州大学本科毕业论文（设计）

诚信责任书

本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。

特此声明。

论文（设计）作者签名：

日期：

摘要............................................................................................................. III Abstract ....................................................................................................... IV 第一章绪论 (5)

1.1组合机床概述 (5)

1.2 PLC的四工位组合机床控制系统设计的目的和意义 (5)

1.3 PLC的四工位组合机床控制系统设计的国内外现状和发展趋势 (6)

第二章四工位组合机床原理及液压系统 (8)

2.1四工位组合机床的工作原理与过程分析 (8)

2.1.1 回转台工作原理 (9)

2.1.2 钻孔工作原理 (9)

2.1.3 扩孔工作原理 (9)

2.2 四工位组合机床的液压控制系统 (11)

第三章 PLC概述与方案论证 (13)

3.1 PLC概述 (13)

课程设计---四工位机床

四工位机床机床是一种常见的大型数控机床，它将加工、测量、工具改造和采样等工

作集中到一台机床上，能够实现多个加工程序的完整、可靠的加工作业。经过几十年的发展，四工位机床已广泛应用于多种行业，例如汽车行业、电子行业、航空航天行业等，是

高精度制造业的重要组成部分。

四工位机床是一种多功能加工中心，它拥有4个工作站，每个工作站都集成了不同的

功能单元，可以完成各种复杂的加工作业，充分减少加工时间和生产成本。同时，四工位

机床还可以通过机器人完成辅助加工，如自动换刀、自动补料、机器人搬运等。

由于四工位机床拥有四个工作站，所以管理与保养相对较为复杂，要求使用者具备较

强的实际工作能力和技术能力，以便更好地操作和维护四工位机床。而且，四工位机床还

应具备一定的安全措施，帮助操作者有效防止和缓解可能发生的危险和事故。

四工位机床在工作时应注意一定的安全比例，操作者必须具备基本的安全知识，避免

不安全操作，及时发现和消除机床的潜在的安全隐患。另外，四工位机床的操作者应定期

接受安全培训，以提高自身的安全技能，为更好地操作和保养四工位机床提供有效的参考。

四工位专用机床机械原理课程设计

一．功能分解和运动分析 (2)

二．执行机构选型 (4)

三．传动机构选型 (5)

四．机械整体运动方案的选择 (7)

五．机械运动方案简图 (10)

六．机械运动方案的计算 (11)

七．仿真运动及图表分析 (15)

八．课程设计小结 (17)

九．参考文献 (18)

一、功能分解和运动分析

1.功能分解

通过对设计任务的了解,可以看出,四工位专用机床的加工部分可以分为如下几个工艺动作:

1安装工作台的间歇转动;

2安装刀具的主轴箱应按要求进行静止、快进、进给、快退的工艺动作;

3刀具转动;

画出四工位专用机床的动作要求图;其中4位置为铰孔位置,1位

四工位专用机床设计说明书

四⼯位专⽤机床设计说明书

附件：

⽬录

1.设计任务 (4)

1.1 ⼯作原理及⼯艺动作过程 (4) 1.2 原始数据及设计要求 (4)

1.3 孔的典型加⼯⼯艺及⼑具 (4)

2.功能分解与运动分析 (5)

2.1功能分解 (5)

2.2 运动分析 (7)

3.传动机构选型 (7)

4.执⾏机构选型 (8)

4.1主轴箱⽅案设计 (9)

4.2⼯作台⽅案设计 (10)

5.最终⽅案确定 (11)

6.机械运动简图 (12)

7.机械运动⽅案计算 (12)

7.1 运动循环图各区间时间的计算 (12)

7.2 减速器的计算 (13)

7.3 槽轮的尺⼨计算 (13)

总结 (15)

参考⽂献： (16)

1.设计任务

1.1 ⼯作原理及⼯艺动作过程

四⼯位机床是在四个⼯位上分别完成相应的装卸⼯件、钻孔、扩孔、铰孔⼯作。它的执⾏动作有两个：⼀是装有四⼯位⼯件的回转运动；⼆是装有专⽤电动机带动三把专⽤的主轴箱的⼑具转动和⽔平往复移动。

1.2 原始数据及设计要求

⑴⼑具顶端离开⼯作表⾯65mm，快速移动送进60mm后，再匀速送进60mm（包括5mm⼑具切⼊量，45mm⼯件孔深，10mm ⼑具切出量，如图①所⽰），然后快速返回。回程和进程的平均速度之⽐为K=2。

⑵⼑具的匀速给进速度为2mm/s⼯作装卸时间不超过10s。

⑶机床⽣产效率每⼩时约60件。

⑷执⾏机构及传动机构能装⼊机体内。

⑸传动系统电机为交流异步电动机，功率1.5KW，转速960r/min。

图①

1.3 孔的典型加⼯⼯艺及⼑具

孔的加⼯包括从实体材料上加⼯

孔和对已有孔进⾏加⼯两⼤类。⿇花

基于PLC的组合机床控制系统设计

摘要：在当今社会会环境中，许多的生产车间和工厂都在使用各类的自动化

生产机器，仪器和工具为了可以在生产高质量的产品的同时节约时间，节省人力、物力的浪费从而使得经济收益最大化。由于这些自动化设备都属于非标设备所以

在生产车间中我们需要对这些自动化设备所需的零部件进行加工，而实现零部件

加工的工具就是机床。作为非标生产行业的设备，普通的机床大部分时间需要人

为操作，也花费了更多的时间，所以我们需要生产效率更高，拥有半自动甚至是

自动化的组合机床，组合机床就是多工位机床。在组合机床中往往会配备生产非

标项目所需的特制部件以及夹具。组合机床往往能达到多工位、多线、非单一操

作的加工流程是未来生产行业必不可少的仪器、设备。

关键词：PLC；组态王；多工位；机床

1.总体方案设计

1.1基本功能

本篇文章设计规划的基于PLC的组合机床控制系统实现了，上料/下料、钻孔、扩孔、铰孔四种动作，这四种动作是机床加工最基本的功能。下面就是对四

工位组合机床的PLC仿真与控制系统的功能进行简单的介绍。

（1）对被加工工件进行上下料、钻孔、扩孔、铰孔，四个动作的加工。

（2）系统具备自动运行和手动运行两种运行方式，运行状态指示灯通过亮

的灯不同的系统运行状态。

（3）系统发生故障时，发出声音和灯光报警，达到硬件保护和警示作用。

1.2工作原理

本次设计的基于PLC的组合机床控制系统主要由PLC、HMI（人机界面）、位

置和故障检测、刀具驱动机构（电机和液压）、运行和报警指示等几部分组成。

当PLC检测到机加工位有元工件时，然后钻孔工位、扩孔工位、铰孔工位对工件进行加工，加工完成再回到原始工位，取走工件，然后等待下一个工件的到来。如果PLC检测到系统故障，系统会启动自我保护功能（自动运行将不能运行或启动），同时发出报警以引起工作人员的注意。在整个运行过程中，系统执行件的每个状态都会显示在触摸屏（HMI）上，进行人机交互。

基于PLC的四工位组合机床控制系统设计

并输出控制信号；通信接口主要负责与其他设备进行通信连接。
2、软件设计
2、软件设计
基于PLC的组合机床控制系统的软件设计主要包括数据处理、输入输出处理、控制算法等。数据处理主要是对输入信号进行处理，将模拟信号转换为数字信号，并对数据进行处理和分析；输入输出处理主要是将控制信号输出到各个执行元件，
在某型号钻孔组合机床控制系统中，我们成功地应用了PLC技术。具体表现为： 1、选用高性能PLC，如Siemens S7-1200系列，实现对机床的实时监控和逻辑控制。
实际应用
2、通过传感器对机床的位置、速度等信息进行采集和反馈，使PLC能够根据实际工况调整控制策略。
实际应用
3、采用PID控制算法，对钻孔位置、速度等进行精确调控，确保加工精度和效率。
谢谢观看
基本内容
2、灵活性：PLC可通过编程实现不同的控制逻辑，满足各种不同的生产需求。 3、易于维护：PLC具有自诊断功能，便于排查故障，维护简单。
基本内容
4、远程控制：PLC可通过通讯接口实现远程控制，方便操作。
1、硬件设计：
1、硬件设计：
（1）PLC选型：根据控制需求，选择合适的PLC型号，如Siemens S7-200系列或Allen Bradley系列。
1、硬件设计：
（2）I/O模块：根据输入输出信号的数量和类型，选择相应的I/O模块，如模拟量输入模块、数字量输入模块等。

任务书-四工位组合机床的PLC控制

南湖学院

毕业设计任务书

课题名称：四工位组合机床的PLC控制学生姓名：石铮

系别：机械与电子工程系

专业：机械设计制造及其自动化指导教师：李荣华

2012 年 12 月 16 日

1、主题词、关键词

组合机床、PLC、电气控制

2、毕业设计内容要求

四工位组合机床结构简介：

结构示意图如下。它由四个工作滑台各载一个加工动力头，组成四个加工工位。此外，它还有夹具、上下料机械手、进料装置、冷却系统、液压系统等部分。四个主轴转动分别由四台电动机作为动力源；四个滑台的进退以及夹具、上下料机械手和进料装置由一个液压系统控制，只需一个液压泵；而冷却装置单独由一台液压冷却泵控制。

工艺流程及控制要求：

控制流程：当按下启动按扭后，上料机械手向前，将零件送到夹具上，夹具加紧零件，同时进料装置进料（下一个零件），之后上料机械手退回原位，进料装置放料；然后四个工作滑台向前，四个加工动力头开始加工（铣端面等），加工完成后，各工作滑台退回原位；接下来下料机械手向前抓住零件，夹具松开，下料机械手带料退回原位并松开，一个工作循环结束。

工作方式：组合机床能够以全自动、半自动、手动三种方式工作。全自动方式为一个工作循环结束后，自动进入下一个工作循环；半自动方式为一个工作循环结束后，机床将停车于初始状态；手动工作方式则是单步运行工作。

设计内容要求：

⑴．控制及工艺调研分析，列出具体控制要求；确定控制方案；

⑵．绘制机床主轴电机、冷却电机以及液压电机的电气主电路图；

⑶．PLC选择及I/O地址分配；

⑷．绘制控制系统PLC的I/O口外围接线图；

⑸．编写PLC控制程序（工作状态转移图、梯形图程序等）；

四工位组合机床的电气控制电路设计

四工位组合机床的电气控制电路

概述

四工位组合机床的对某种特定工件进行特定加工的一种高效率、自动化的专用设备。这种机床是具有自动工作循环并能实现自动调整的加工设备，它能够用十几把刀甚至几十把刀具同时进行加工。

本组合机床是由通用部件组合而成，其控制系统是采用电气、液压、机械组合的控制方式。

该组合机床由液压动力头和液压回转工作台两大部分组合而成，它用来加工一种轮毂工件上十二个孔所用的专用机床，立式动力头上装有36把刀具，其中12把钻头，12把扩钻头和12把铰刀。加工位共有四个：第一是装卸工件；第二个是钻孔工序；第三个是扩孔工序；第四个是铰孔工序。加工工位布置图见下图所示。

图2-22 四工位组合机床示意图一工位

（装卸）

四工位

（铰孔）三工位

（扩孔）

二工位

（钻孔）

第一章设计思想和步骤

1.1设计任务

1.2设计条件

1.3设计要求

1.4设计思想及步骤

第二章四工位的电路设计

2.1主电路设计

2.2变压器设计

2.3控制电路设计

第三章四工位机床的工作台电路设计

3.1液压回转工作台的控制电路设计

3.2液压动力头控制电路设计

3.3指示灯电路设计

3.4总电路设计

第四章PLC电路设计

4.1 PLC控制设计

4.2电路元件选择

4.3明细表

第五章总结

5.1参考文献

5.2设计小结

第一章设计思想和步骤1.1设计任务

1.1设计任务

1：根据条件与要求设计出KA-KM电路。

2：根据设计的KA-KM电路做一张J-C电路图。

3：根据KA-KM列出输入状态表。

4：根据KA-KM列出输出状态表。

5：根据KA-KM列出中间元件状态表。

四工位专用机床课程设计说明书(超详细)

设计任务书

设计任务：

1 按工艺动作过程拟定机构运动循环图

2 进行回转台间歇机构，主轴箱道具移动机构的选型，并进行机械运动方案评价和选择

3 按选定的电动机和执行机构的运动参数进行机械传动方案的拟定

4 对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计

5 在2号图纸上画出最终方案的机构运动简图

6 编写设计计算说明书

设计要求：

1 从刀具顶端离开工件表面65mm位置，快速移动送进了60mm后，在匀速送进60mm （5mm刀具切入量，45mm工件孔深，10mm刀具切出量），然后快速返回。回程和工作行程的速比系数K=2。

2 生产率约每小时60件。

3 刀具匀速进给速度2mm/s，工件装、卸时间不超过10s。

4 执行机构能装入机体内。

机械运动方案设计

根据专用机床的工作过程和规律可得其运动循环图如下：

钻

头头进匀速60°快

钻0°240°

进

钻

头快退工作台转动

307.4°

位

销

插

入

定定

位销拔

出

工

作台静

止凸

轮钻397.4°

该专用机床要求三个动作的协调运行，即刀架进给、卡盘旋转和卡盘的定位。其工作过程如下：

要确保在刀具与工件接触时卡盘固定不动，刀具退出工件到下次接触工件前完成卡盘旋转动作。几个动作必须协调一致，并按照一定规律运动。

机械总体结构设计

一、原动机构：

原动机选择Y132S-4异步电动机，电动机额定功率P=5.5KW,满载转速n=1440r/min 。二、传动机构：

传动系统的总传动比为i=n/n 6,其中n 6为圆柱凸轮所在轴的转速，即总传动比为1440/1。采用涡轮蜗杆减速机构（或外啮合行星减速轮系）减速。三、执行部分总体部局：

四工位专用机床机械原理课程设计

实用文档

一．功能分解和运动分析 (2)

二．执行机构选型 (4)

三．传动机构选型 (5)

四．机械整体运动方案的选择 (7)

五．机械运动方案简图 (10)

六．机械运动方案的计算 (11)

七．仿真运动及图表分析 (15)

八．课程设计小结 (17)

九．参考文献 (18)

一、功能分解和运动分析

实用文档

1.功能分解

通过对设计任务的了解，可以看出，四工位专用机床的加工部分可以分为如下几个工艺动作:

1)安装工作台的间歇转动。

2)安装刀具的主轴箱应按要求进行静止、快进、进给、快退的工艺动作。

3)刀具转动。

画出四工位专用机床的动作要求图。其中4位置为铰孔位置，1位置为装卸工件，2位置为钻孔位置，3位置为扩孔位置。如表1所示根据工艺动作推出其工作循环为：

表1 四工位专用机床功能图

同时得到四工位专用机床的树状功能图（如下图）

该专用要求机床要求三个动作的协调运行，即刀架进给、卡盘旋转和卡盘的定位。要确保在刀具与工件接触时卡盘固定不动，刀具退出工件到下次工作前完成卡盘旋转动作。几个动作必须协调一致，并按照一定规律运动。

2.运动分析

通过合适的减速机构以及轮系机构，使工作台进行每次旋转90°的间歇运动。

1.电动机作为驱动，通过减速器与其他轮系传动将符合要求的转速传递给工作回转台上的间歇机构，使其间歇转动。

2.在间歇机构开始一次循环时，安装并夹紧工件，间歇机构从0°转至90°。

实用文档

3.间歇机构从 90°转至 180°，主轴箱完成一次工作循环（快进、刀具匀速送进和快退）。

4.间歇机构从180°转至 270°，主轴箱完成一次工作循环（快进、刀具匀速送进和快退）。

四工位组合机床200121219

摘要

机床是机械制造业中的主要加工设备，它的质量、自动化程度以及应用先进技术的状况，直接反应了机械工业的发展水平，机床加工自动化对提高生产率、改进产品质量和减轻体力劳动都起着重要的作用。近几年，随着各类技术的不断发展，在机床控制系统中运用可编程序控制器（PLC）进行控制是工业发展的一大特点。用PLC模块、变频驱动技术、操控监控设备等组成电气数字控制系统，以实现编程输入、人机交互、自动化加工的控制方式，扩大加工能力，减少故障，提高效率，已成为企业进行机床控制的有效途径。在众多PLC中，S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。

本论文首先对组合机床进行了概述，包括其背景、研究及发展现状和研究的意义等，然后说明了用PLC控制机床的优点。其次，对PLC尤其是西门子S7-200系列PLC进行了大致介绍说明，通过对四工位机床工作原理的控制要求说明研究，采用S7-200CPU226及扩展模块EM222进行了四工位机床控制系统的设计，包括电气接线图的设计、PLC梯形图控制程序的设计等。最后，采用S7-200仿真软件对所编制的程序和设计的结构进行了仿真验证。仿真结果表明，该四工位控制系统能满足现场要求，能稳定、快速、全自动的完成对工件的加工。

关键词：四工位机床；PLC；梯形图；电气控制

Abstract

Machine tool is the main processing equipment in the machinery manufacturing. Its quality, the degree of automation and advanced technology application status reflect the development level of mechanical industry directly. Machine tool processing automation plays an important role to increase productivity, improve product quality and reduce the manual labor. This method has become an effective way for enterprises to control machine tool. In numerous PLC, S7-200 series give full play to its powerful function in distribution automation system. Its range covers the replacement of simple control with relay to more complex automation control. The application field is extremely wide, covering all automatic detection, automatic control related to industrial and civil fields, including machine tools, machinery, electric power facilities, civilian facilities, environmental protection equipment and so on.

四工位专用机床

机械原理课程设计题目四工位专用机床

学院

机电学院

专业年级

09机自

学号姓名

0961010426 熊杰

指导教师

廖华丽

二○一一年六月

设计任务书

1. 设计题目

四工位专用机床

2. 工作原理及工艺动作过程

四工位专用机床是在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔、绞孔工作。它的执行动作有两个：一是装有四工位工件的回转台转动；二是装有由专用电动机带动的三把专用刀具的主轴箱的刀具转动和移动。

3. 原始数据及设计要求

1）刀具顶端离开工作表面65mm，快速移动送进了60mm后，再匀速送进60 mm（包括5mm刀具切入量、45mm工件孔深、10mm刀具切出量），然后快速返回。回程和工作行程的平均速度之比=2。

2）刀具匀速进给速度为2 mm/s，工件装、卸时间不超过10 s。

3）生产率为每小时约75件。

4）执行机构能装入机体内。

4. 设计方案提示

1）回转台的间歇转动，可采用槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇机构。

2）主轴箱的刀具移动，可采用圆柱凸轮机构、移动从动件盘形凸轮机构、凸轮—连杆机构、平面连杆机构等。

3）由生产率可求出一个运动循环所需时间

T==s，刀具匀速送进

60mm所需时间

t==

匀

s，刀具其余移动（包括快速送进60mm，快速返回

120mm）共需18 s。回转工作台静止时间为36 s，因此足够工件装卸所需时间。

5. 设计任务

1）按工艺动作过程拟定运动循环图。

2）进行回转台间歇转动机构，主轴箱刀具移动机构的选型，并进行机械运动方案评价和选择。

3）按选定的电动机和执行机构的运动参数进行机械传动方案的拟定。

基于PLC的四工位组合机床控制系统设计

（阳理工学院河南洛阳洛
【摘要】介绍了ＰＣ与组态王在四工位组合机床控制系统设计中的应用。利用ＰＣ作为主控制器实现了四工ＬＬ
位组合机床手动、半自动以及全自动等多种控制方式，并利用组态王组态软件设计了整个系统的监控画面，实现了四工位组合机床的自动化控制。
ｆｕ－ｔｔｏｏｂｎｔｎｍａｈｎｏｔｏｙｔｍ．Ｍａｕｌｅ — ｕｏｔｃａｄａｔｍａｉｏｔｏｆｔｅｆｕ — ｔｔｎｃｍｂｎｔｏｏｒｓａｉｎｃｍｉａｉｃｉｅｃｎｒｌｓｓｅｏｎａ，ｓｍｉａｔｍａｉｎｕｏｔｃｎｒｌｏｈｏｒｓａｉｏｃｏｉａｉｎｍａｈｎｒｅｌｅｙｕｉｇｔｅＰｃｉｅａｅｒａｉｄｂｓｎｈＬＣｏｔｏｌｒＴｈｖｒｌｐｃｕｅｏｈｐｒｔｎｃｉｓｐｏｉｅｙｔｅｍｏｉｏｎｚｃｎｒｌ．ｅｅｏｅａｌｉｔｒｆｔｅｏｅａｉｇｍａｈｎｉｒｖｄｄｂｈｎｔｒａｄ
【键词】ＰＣ，通讯，组合机床，组态王关Ｌ