多工位机床概述 2

多工位机床概述

多工位机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。多工位机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，多工位机床兼有低成本和高效率的优点。

多工位机床的发展

最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。

组合机床和组合机床自动线是一种专用高效自动化技术装备，目前，由于它仍是大批量机械产品实现高效、高质量和经济性生产的关键装备，因而被广泛应用于汽车、拖拉机、内燃机和压缩机等许多工业生产领域。

主要任务与内容

本论文是以可编程序控制器为基础，对四工位机床自动控制系统进行自动化控制。主要任务是深入了解电气控制系统各方面的知识，熟练地掌握PLC控制技术各方面的理论知识及其应用，逐渐提高对电气控制系统进行设计的实际工作能力，懂得运用所学的理论知识与实际情况相结合。

本论文在具体分析基于可编程序控制器的四工位组合机床自动控制系统的基础上，对该控制系统的软件和硬件进行具体的研究和设计。同时，对可编程序控制器在工业应用中的一些问题也进行了一定的讨论。

通过采用可编程控制器对原有组合机床的技术改进，克服了原有组合机床在继电器控制系统方面的弊病，提高了机床的可靠性和控制精度，给系统维护和灵活改变控制程序带来很大方便，提高了生产率。

四工位机床控制系统概述

多工位机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动和全自动专用机床。多工位机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。四工位机床有四个加工工位。其十字轴示意图如2.1所示，它由四个加工工位组成，每个工位有一个工作滑台，并有一个加工动力头。除了四个加工工位外，还有夹具、上下料推杆和进料装置四个辅助装置以及冷却装置。同时为了系统的自动运行，利用两个传送带用来传送未加工的和已加工的零件

1——工作滑台； 2——主轴； 3——夹具； 4——上料推杆； 5——进料装置； 6——下料推杆； 7——传送带1； 8——传送带2。

8 7 6 5 4

3

2

1 IV 工

位

II 工位

III 工位 I 工位 冷却系统

控制系统的简要工作过程

四工位机床自动控制系统主要分为九个相对独立的控制部分：工作滑台、加工动力头、传送带1、传送带2、上料推杆、下料推杆、夹具、进料装置及冷却系统。

控制系统的具体控制过程框图如图2.2所示。

图2.2 控制系统的具体控制过程框图

启动 上料推杆 夹具夹紧 放料装置

工作滑台

I 、III 工位加工

延时

II 、IV 工位加工 下料推杆 行程开关 夹紧压力传感器 进料压力传感器 行程开关

行程开关 放料压力传感器

传送带1、2 光电开关

PLC 工作原理

可编程序逻辑控制器（PLC ）采用微处理器作为控制系统的核心，内含存储器、运算器、控制器，根据工业控制过程的特点，进行专门的电路设计，是一种通用的标准的工业控制计算机。PLC 的输入、输出模块与主模块组装在一起，不需要另外的接口，可以直接与行程开关、传感器及驱动执行机构的电磁线圈等连接在一起，使控制系统比较简单。PLC 根据类似于继电器控制系统的梯形图进行程序设计，简单明了。与继电器控制、微机控制相比较，PLC 性能价格低，功率价格适中。PLC 控制的原理方框图如图2.5所示。

图2.5 PLC 控制系统原理框图

表2.1列出了可编程控制器与继电器逻辑控制系统的比较，表2.2列出了可编程控制器与通用的微型计算机的比较。

表2.1 PLC 与继电器逻辑控制系统的比较

比较项目 继电器逻辑

可编程控制器

控制逻辑 体积大，接线复杂，修改困难 体积小、接线少、控制灵活，易于扩展 控制速度 动作速度为几十毫秒，易触点抖动

每条指令执行时间在微秒级，无触点抖动

触点数量 4—8对，易磨损

任意多个，永不磨损 工作方式 并行工作

串行循环扫描

设计与施工 设计、施工、调试必须顺序进行 系统设计后，施工与程序设计可同时进行， 可靠性与可维护性 寿命短，可靠性与可维护性差 寿命长有自诊断功能，可靠性高 ，易维护

价格

使用机械开关、继电器等，价格便宜

使用大规模集成电路，初期投资高

PLC 传送带

上料推杆

夹具

滑台

加工动力头

冷却

进料装置

表2.2 PLC与微型计算机的比较

比较项目可编程控制器微型计算机

应用范围工业控制科学计算、数据处理、通信等

程序设计一般为梯形图语言，易于学习和掌握程序语言丰富，需专门的软件和硬件知识系统功能自诊断、监控等配有较强的操作系统

工作方式循环扫描方式及中断方式中断方式

可靠性极高，抗干扰能力强，长期运行抗干扰能力差，不能长期运行

体积与结构结构紧凑，体积小，外壳坚固，密封结构松散，体积大，密封性差，通过上述控制器的比较，可知PLC是理想的四工位机床控制器，所以选用

PLC控制四工位机床。

控制系统分析

控制系统分析

根据课题设计要求及四工位机床的自动控制系统的特点，对系统的控制分析如

下：

1．用夹紧压力传感器来检测压力，用它来检测夹具的夹紧程度，当压力达到夹

紧压力传感器中设定值时，夹具夹紧装置不再运动。夹具的夹紧与放松由双线圈

两位电磁阀驱动气缸来实现的。

2．滑台共有四个，在滑台的前端则有四个加工动力头，滑台主要是用来载着四

个动力头滑动，从而以便加工动力头加工零件，滑台运动由行程开关控制，其运

动则由双线圈两位电磁阀驱动气缸来实现的。

3．在动力头对零件进行加工时，为了确保零件达到工艺要求，不应该四工位同

时加工，那样由于压力过大并且会出现工位与工位之间加工动力头的碰面而造成

破坏，但一个一个工位慢慢的加工则效率低下，所以在这当零件固定后，四个工