专用车床控制系统设计毕业论文

专用车床控制系统设计

摘要

机械自动化是当代加工机械发展的必然趋势,也是我国机械发展的必由之路。本文设计的专用车床控制系统主要用于批量加工零件，其主机由床身、料斗、送料机构、定位机构、夹紧机构、动力箱、液压滑台、刀架及卸料机构等组成，可以实现手动调整和自动循环两种工作方式，控制系统自动检测料斗是否有料（待加工工件），若无料，则报警，若有料，车床自动进入工作循环。

本文设计的是专用车床的液压系统，包括液压系统的回路设计和控制程序设计。回路设计部分主要包括送料-定位-夹紧-主轴转动-滑台快进-一工进-二工进-死挡铁停留-快退-松开工件-卸料液压控制回路，并进行了标准元件的选择和非标准元件液压缸的设计。在设计过程中最主要的是元件参数的计算，设计液压缸的结构并采用AUTOCAD绘制其装配图。在控制方面，采用PLC编程软件，包括手动调整和自动循环两种工作方式，应用变频器实现自动调速功能，选用电动刀架实现了自动换刀。系统在启动后既可以自动进入工作循环，并且出现故障时或缺料时蜂鸣报警，满足了专用车床自动、批量加工零件的要求。

关键词:专用车床；液压系统；PLC控制

I

EXCLUSIVE LATHE CONTROL SYSTEM

DESIGN

Abstract

Machinery automation is the inevitable trend of the development of contemporary processing machinery, which is also the only way for the development of China's machinery.

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 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 detects the hopper (the work pieces to be processed). If there is no material in it, there will be alarm, if there is, the lathe automatically enter the work cycle.

This paper designs a hydraulic system of a lathe for exclusive use, including the circuit 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 – slip-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 the hydraulic cylinder design have been achieved. The most important thing is the calculation of the component parameters and the design of hydraulic cylinders structure and then makes the assembly drawing with AUTOCAD. As for the control system, the PLC programming software will be applied, including manual adjustment and automatic cycle. The frequency converter will be used for automatic speed change. Likewise, electric tool holder will make automatic tool changing possible. The system can either start automatically into the work cycle, or rings the alarm to indicate a failure or shortage of material, thus it meets the requirement of batch processing with an automatic lathe for exclusive use.

Key Words: exclusive Lathe; hydraulic system; PLC control system

II

目 录

摘要 ........................................................................ I Abstract ................................................................... II 1 绪论 ...................................................................... 1 1.1 专用车床控制系统的研究背景 .............................................. 1 1.2 专用车床的发展趋势 ...................................................... 1 1.3 本课题的主要内容 ........................................................ 1 2 液压系统的设计 ............................................................ 2 2.1 液压系统的组成 .......................................................... 2 2.2 液压传动系统的主要优、缺点 .............................................. 2 2.3 液压系统的设计 .......................................................... 3 2.3.1 工况分析 .............................................................. 3 2.3.2 拟定液压系统原理图 .................................................... 4 2.3.3 液压系统的计算和选择液压元件 .......................................... 6 3 变频器的选择 ............................................................. 13 3.1 变频器的组成及工作原理 ................................................. 13 3.1.1 变频器的总体介绍 ..................................................... 13 3.1.2 基本组成 ............................................................. 13 3.1.3 变频器的工作原理 ..................................................... 13 3.1.4 变频器的选择 ......................................................... 14 4 电动刀架的选择 ........................................................... 15 4.1 电动刀架组成及工作原理 ................................................. 15 4.2 电动刀架的选择 ......................................................... 15 5 PLC控制系统的设计 ....................................................... 17 5.1 PLC控制系统的组成及工作原理 ........................................... 17 5.1.1 PLC控制系统的总体介绍 ............................................... 17 5.1.2 PLC控制系统的特点 ................................................... 17 5.1.3 PLC控制系统的基本结构 ............................................... 17 5.1.4 PLC控制系统的工作原理 ............................................... 19 5.1.5 PLC选型 ............................................................. 19 5.2 PLC控制系统设计 ....................................................... 21 5.2.1 PLC接线图 ........................................................... 21 5.2.2 PLC控制系统的I/O分配 ............................................... 22 5.2.3 PLC梯形图 ........................................................... 23 结 论 ................................................................... 26 参考文献 ................................................................... 27 致 谢 ................................................................... 28

1 绪论

1.1 专用车床控制系统的研究背景

专用机床是一种专门适用于特定零件和特定工序加工的机床，而且往往是组成自动生产线式生产制造系统中，不可缺的机床品种。它以标准化部件为基础，配以少量的专用部件组成。专用机床是一种“量体裁衣”产品，其具有高效自动化的优点，是大批量生产企业的理想装备。随着制造技术的进步，数控技术的普及，专用机床的数控化发展也很快，专用机床在生产实践中占有一定的比重。据有关资料介绍，日本2001年专用机床产值占机床产值的比达到8.8%；我国台湾省这一数字达到6.9%;而我国仅为0.67%。所以，在当前产品结构调整中，发展专用机床是行业发展中的一个值得注意的问题。

针对上述专用机床发展背景，作为一名机械工程及自动化专业的学生而言，对研究数控机床的控制系统是十分必要的。通过学生系统地对数控车床的控制系统进行集成设计，使学生能够综合利用大学四年所学的专业知识，完成数控车床的控制系统的集成设计，充分掌握数控车床控制系统的总体设计，为即将走向工作岗位奠定一个坚实的基础。进入社会后，为我国数控系统的研发做出贡献，使我国的数控技术进入世界先进之列。

[1]

1.2 专用车床的发展趋势

专用车床总的发展趋势是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可靠性等。20世纪50年代末期，在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心，即自备刀具库的自动换刀数控机床。在加工中心机床上，工件一次装夹后，机床的机械手可以自动更换刀具，连续的对工件进行多种工序加工。 高速、高效、高精度是机械加工的目标，数控机床因其价格昂贵，在上述三方面的发展也就更为突出。数控机床制造厂把建立友好的人机界面、提高数控机床的可靠性作为提高竞争能力的主要方面。

[2]

1.3 本课题的主要内容

本课题是按给定要求设计了一个专用车床的液压传动系统及其PLC控制系统。 具体为：某专用车床用于批量加工零件，其主机由床身、料斗、送料机构、定位机构、夹紧机构、动力箱、液压滑台、刀架及卸料机构等组成，可以实现手动调整和自动循环两种工作方式，控制系统自动检测料斗是否有料（待加工工件），若无料，则报警，若有料，车床自动进入工作循环：送料-定位-夹紧-主轴转动-滑台快进-一工进-二工进-死挡铁停留-快退-松开工件-卸料。

主要内容有：

（1）设计并绘制液压系统原理图；

（2）计算和选择液压元件，并进行液压系统的性能验算； （3）绘制非标准元件装配图；

（4）进行电气控制电路设计，绘制电气原理图。

1

2 液压系统的设计

2.1 液压系统的组成

液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质进行能量传递的传动方式。液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量；而液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。

一个完整的、能够正常工作的液压系统，应该由以下五个主要部分来组成： 1、能源装置(动力元件)：它是供给液压系统压力油，把机械能转换成液压能的装置。最常见的形式是液压泵。

2、执行装置(元件)：它是把液压能转换成机械能以驱动工作机构的装置。其形式有作直线运动的液压缸，有作回转运动的液压马达，它们又称为液压系统的执行元件。

3、控制调节装置(元件)：它是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。

4、辅助装置(元件)：上述三部分之外的其他装置，例如油箱，滤油器，油管等。它们对保证系统正常工作是必不可少的。

5、工作介质：传递能量的流体，即液压油等。

[2,5]

[5]

2.2 液压传动系统的主要优、缺点

主要优点：

液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它与机械传动、电气传动相比具有以下的(1)由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。

(2)液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。

(3)可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达1∶2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。

(4)传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。

(5)液压装置易于实现过载保护——借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。

(6)液压传动容易实现自动化——借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。

(7)液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。 同时，液压传动系统也存在缺点：

(1)液压系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。

(2)液压传动对油温的变化比较敏感。

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3 变频器的选择

3.1 变频器的组成及工作原理

3.1.1 变频器的总体介绍

变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

[22]

3.1.2 基本组成

变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直流电。高容量电容：存储转换后的电能。逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。

[22]

3.1.3 变频器的工作原理

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。

整流器：最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。

平波回路：在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。

逆变器：同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和

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电动机的“保护电路”组成。（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。（3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。（5）保护电路：检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。

3.1.4 变频器的选择

按照机械设备的类型、负载转矩特性、调速范围、静态速度精度、起动转矩的要求，选择合适的变频器为富士FRN30G9S。运动速度主要有四种，中速、低速、高速和启动速度。。根据变频器FRN30G9S的特点，将正转启动时的速度定位初始速度，而变频器的分段速度输入控制端口K1、K2、K3分别控制高速、中速、低速，分别由PLC的输出继电器Y2、Y3、Y4控制其工作。当输出及电气Y2为ON时，短接变频器K1和COM端，使变频器的输出频率按照系统设置的对应频率带动电动机转动。K2、K3与K1使变频器的输出频率按照系统设置的对应频率带动电动机转动。K2、K3与K1类似。正转端口FWD由输出继电器Y0控制，反转端口REV由输出继电器Y1控制。

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4 电动刀架的选择

4.1 电动刀架组成及工作原理

电动刀架的基本结构为上、下刀体之间设有偏心支撑轴，电机设置在上刀体的上部，减速机构的输出轴连接有传动轴，传动轴的外部啮合有凸轮，凸轮的下方设有与偏心支撑轴动配合的反靠盘，反靠盘的外周固定有齿面向下的上齿盘，下刀体上固定有齿面向上的下内齿盘，下内齿盘的外周设有固定在上刀体上且齿面向上的下外齿盘，上齿盘、下外齿盘与上刀体之间由销轴连接。换刀速度快，刀架夹紧力大、定位精度高。此外，刀架与机床的电连接采用插头插座方式，安装方便。[20]

本文选用的电动刀架具有电机、发讯盘、上刀体、下刀体，其特征在于：上、下刀体之间设有偏心支撑轴，电机设置在上刀体的上部，电机的主轴与设置在偏心支撑轴内的少齿差行星齿轮减速机构连接；减速机构的输出轴即传动轴的外部啮合有凸轮，凸轮的下方设有与偏心支撑轴动配合的反靠盘，凸轮的底面上的直角梯形锁紧凸块可插入反靠盘顶面上的直角梯形锁紧槽内，反靠盘的外周固定有齿面向下的上齿盘，下刀体上固定有齿面向上的下内齿盘，下内齿盘的外周设有固定在上刀体上且齿面向上的下外齿盘，上齿盘、下外齿盘与上刀体之间由销轴连接且上齿盘、下外齿盘与销轴动配合，下刀体上且处于反靠盘下方设有弹性顶柱和弹性反靠销，其中弹性反靠销可插入反靠盘的底面上的反靠槽中。

4.2 电动刀架的选择

根据设计要求，选用常州宏达机床数控设备厂生产的四工位电动刀架，型号为LD4-CK6132。

LD4系列电动刀架工作原理及特点是：LD4型系列立式电动刀架采用涡轮蜗杆传动，上下齿盘啮合，螺杆夹紧的工作原理。具有转位快，定位精度高，切向扭矩大的优点。发信转位采用霍尔元件，使用寿命长。其具体参数如下图4-1，表4-1、表4-2所示：

图4-1 垫板及电动刀架尺寸图

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表4-1 外形尺寸及安装尺寸

型号\\尺寸 H1 H2 H3 A E E1 D D1 B F C ? L1 L2 L3 L4 ?' LD4-CK0620 122 48 22 80 15 8

52 64 94 8 78 9 248 138 80 26.5 60 表4-2 技术参数

型 号 电动功率（W） LD4-CK0620 30 电机转速（r/min） 1400 夹紧力T 0.2 重复定位精度（mm） ≤0.005 >300000 2.5 3 3.5 寿 命(次) 换刀时间(S)

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5 PLC控制系统的设计

5.1 PLC控制系统的组成及工作原理

5.1.1 PLC控制系统的总体介绍

可编程控制器PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。

[8,21]

5.1.2 PLC控制系统的特点

PLC能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些下列特点 (1) 可靠性：PLC不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。与此同时，系统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高，PLC有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因此对操作和维修人员的技能要求降低，容易学习和掌握，不容易发生操作的失误，可靠性高。

(2) 易操作性：操作方便，编程方便，维修方便。 (3) 灵活性：编程的灵活性，扩展的灵活性。

5.1.3 PLC控制系统的基本结构

PLC的型号、规格繁多。它主要由中央处理单元CPU、存储器、输入、输出等部分组成。 (1)中央处理单元CPU (2) 存储器

PLC的存储器用来存放程序和数据。程序分系统程序和用户程序。 ①系统程序存储器

该存储器存放系统程序(系统软件)。系统程序是PLC研制者所编的程序，它是决定性能的关键。系统程序包括监控程序、解释程序、故障自诊断程序、标准子程序库及其他各种管理程序等。系统程序由制造厂家提供，一般都固化在ROM或EPROM中，用户不能直接存取。系统程序用来管理、协调PLC各部分的工作，翻译、解释用户程序，进行故障诊断等。

②用户程序存储器

该存储器存放用户程序(应用软件)。用户程序是用户为解决实际问题并根据PIC的指令系统而编制的程序，它通过编程器输入，经CPU存放入用户存储器。为便于程序的调试、修改、扩充、完善，该存储器使用RAM。

③变量(数据)存储器

变量存储器存放PLC的内部逻辑变量，如内部继电器、FO寄存器、定时器/计数器中逻辑变脸的现行值等，这些现行值在CPU进行逻辑运算时需随时读出、更新有关内容，所以，变量存储器也采用RAM。现今用户程序存储器和变量存储器常采用低功耗的CMOS—RAM及锂

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致 谢

衷心感谢**老师在我大学的最后学习阶段——毕业设计阶段给我的指导，从最初的选题，到资料收集，到设计、毕业论文的写作、修改，到论文最终定稿，一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，她给了我耐心的指导和无私的帮助。她严谨的治学态度、一丝不苟的工作作风、渊博的知识以及诲人不倦的导师风范，都使我在毕业设计的完成上受益匪浅。

在此谨向**老师致以深深的谢意！

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电池供电的掉电保持技术，以提高运行可靠性。通常PLC产品资料中所指的内存储器容量，是指用户程序存储器而言，且以字(6位/字)为单位来表示存储器的容量。

(3) 输入输出接口(简称I/O)

输入输出接口是CPU与工业现场装置之问的连接部分，是PLC的重要组成部分。与微机的I/O接口工作于弱电的情况不同，PLC的I/O接口是按强电要求设计的，即其输入接口可以接受强电信号，其输出接口可以直接和强电设备相连接。对于小型PLC，厂家通常将I/O部分就装在PLC的本体部分，而对于中、大型PLC，各厂家通常都将I/O部分做成可供选取、扩充的模块组件，用户可根据自己的需要选取不同功能，不同点数的组件来组成自己的控制系统。为便于检查，每个I/O点都接有指示灯，某点接通时，相应的指示灯发光指示。用户可以方便地检查各点的通断状态。

①输入接口

输入接口的功能是采集现场各种开关接点的状态信号，并将其转换成标准的逻辑电平，送给CPU处理．一般的输入信号多为开关量信号，各种开关量输入接口的基本结构大同小异，常有直流和交流开关量输入接口电路两种。交流开关量输入接口电路与直流开关量输入接口电路的主要区别是，前者要由现场提供交流电流，输入的交流信号经整流后得到直流，再去驱动光电耦合器。在机械设备中，除开关量外，还常遇到一些模拟量如温度、压力、位移和速度等。对这些模拟量进行采集时，必须经模数转换器(ACD)将模拟量转换成数字量，才能为PLC的CPU所接受。

②输出接口

为适应不同的负载，输出接口有多种方式。常用的有晶体管输出方式、晶闸管输出方式和继电器输出方式。晶体管输出方式用于直流负载；双向晶闸管输出方式用交流负载，继电器输出方式可用于直流负载，也可用于交流负载。一些PLC还具有模拟输出接口，用于需要摸拟信号驱动的负载。

(4) 编程器

编程器是PLC中一种主要的外部设备，它是开发、维护PLC拧制系统的必备设备。编程器用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视，还可以通过其键盘去调用与显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过通信端口与CPU联系，完成人机对话连接。编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯，以及编程、监控转换丌关。编程器的键盘采用梯形图语言键符，也可以采用软件指定的功能键符，通过屏幕对话方式进行编程．编程器有便携式和CRT智能式两大类，前者只能联机编程，而后者既可联机编程，又可脱机编程。便携式编程器体积小，重量轻，可随身携带，便于在生产现场使用。一般的小型PLC主要采用便携式编程器。编程器是专用的，不同型号的PLC都有自己专用的编程器，不能通用。PLC正常工作时，不一定需要编程器。因此，多台同型号的PLC可以只配一个编程器。

(5)其他设备

PLC的外部设备还有盒式录音机、打印机、EPROM写入器及高分辨率屏幕彩色图形监控

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设备等。

5.1.4 PLC控制系统的工作原理

与普通微机类似，PLC也是由硬件和软件两大部分组成的。在软件的控制下，PLC才能正常地工作。软件分为系统软件和应用软件两部分。

PLC的基本工作如下：

(1) 输入现场信息：在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态；

(2) 执行程序：顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算；

(3) 输出控制信号：根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。

上述过程执行完后，又重新开始，反复地执行。每执行一遍所需的时间称为扫描周期。PLC的扫描周期通常为几十毫秒。

在实际应用中，大多数机械设备的工作过程可以分为一系列不断重复的顺序操作，PLC的工作方式与此相似。因此，PLC的程序可与机器的动作一一对应，程序编制简单、直观，不容易出错，而且容易修改，从而大大减少了软件的开发费用，缩短了软件的开发周期。

为了提高工作的可靠性，及时接收外来的控制命令，PLC在每次扫描期间，除完成上述三步操作外，通常还要进行故障自诊断，完成与编程器等的通信。

每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、存储器和CPU等进行诊断，诊断的方法通常是测试出各部分的当前状态，并与正常的标准状念进行比较，若两者一致，说明各部分工作正常，若不一致则认为有故障。此时，PLC立即启动关机程序，保留现行工作状态，并关断所有输出点，然后停机。

诊断结束后，如没发现故障，PLC将继续往下扫描，检查是否有编程器等的通信请求。如果有则进行相应的处理，比如，接受编程器发来的命令，把要显示的状态数据、出错信息送给编程器显示等。

处理完通信后，PLC继续往下扫描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输出控制信号，完成一个扫描周期。然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。PLC就这样不断反复循环，实现对机器的连续控制，直到接收到停机命令，或因停电、出现故障等才停止工作。

5.1.5 PLC选型

本设计中需要25个输入，23个输出(具体见表5-1)，

表5-1 电气与逻辑元件对照表 电器元件 SB1 SB2 SB3 SB4 逻辑元件 X0 X1 X2 X3 名称及用途 总停按钮 主电动机正向点动 主电动机反向点动 主电动机正转 19

SB5 SB6 SB7 SB8 SB9 SB10 SB11 SB12 SB13 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 SQ7 SQ8 SQ9 1YJ 2YJ 变频器端口连接 KM13 ML1 KM1 KM2 KM3 KM4 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 9YA 10YA ML2 KM13 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X25 X26 X13 X14 X15 X16 X17 X20 X21 X28 X29 X22 X23 X24 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y7 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 Y17 Y20 Y21 Y22 Y6 Y23 Y24 Y25 Y26 主电动机反转 手动换刀 手动夹紧工件 手动松开工件 主电动机高速转动 主电动机中速转动 主电动机低速转动 主电动机停止 照明灯开关 传感器（检测是否有料） 送料起始位置行程开关 送料终止位置行程开关 滑台起始位置行程开关 开始一工进位置行程开关 开始二工进位置行程开关 死挡铁位置行程开关 定位初始位置行程开关 定位终止位置行程开关 换刀行程开关 夹紧压力继电器1 滑台压力继电器2 接变频器FWD端口控制正转 接变频器REV端口控制反转 接变频器高速控制端口 接变频器中速控制端口 接变频器低速控制端口 控制变频器电源 变频器报警 主电动机接触器 快速电动机接触器 液压电动机接触器 冷却泵电动机接触器 一工进电磁铁 滑台前进电磁阀 滑台后退电磁阀 定位电磁铁 取消定位电磁铁 送料电磁铁 卸料电磁铁 取消夹紧电磁铁 夹紧电磁铁 照明灯电磁铁 蜂鸣报警 控制变频器电源 20

故根据本设计要求，选择FX2N-64MR型PLC，其有32位输入，32位输出，满足了系统设计要求。

5.2 PLC控制系统设计

5.2.1 PLC接线图

图5-1 电气图

a) 5-2 PLC接线图

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b) 5-2 PLC接线图

5.2.2 PLC控制系统的I/O分配

I/O分配见表5-2

表5-2 I/O分配表

X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 输入 总停按钮 主电动机正向点动 主电动机反向点动 主电动机正转 主电动机反转 手动换刀 手动夹紧工件 手动松开工件 主电动机高速转动 主电动机中速转动 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y7 Y10 Y11 Y12 22

输出 接变频器FWD端口控制正转 接变频器REV端口控制反转 接变频器高速控制端口 接变频器中速控制端口 接变频器低速控制端口 控制变频器电源 变频器报警 主电动机接触器 快速电动机接触器 液压电动机接触器

X12 X25 X26 X13 X14 X15 X16 X17 X20 X21 X28 X29 X22 X23 主电动机低速转动 主电动机停止 照明灯开关 传感器（检测是否有料） 送料起始位置行程开关 送料终止位置行程开关 滑台起始位置行程开关 开始一工进位置行程开关 开始二工进位置行程开关 死挡铁位置行程开关 定位初始位置行程开关 定位终止位置行程开关 换刀行程开关 夹紧压力继电器1 Y13 Y14 Y15 Y16 Y17 Y20 Y21 Y22 Y6 Y23 Y24 Y25 Y26 冷却泵电动机接触器 一工进电磁铁 滑台前进电磁阀 滑台后退电磁阀 定位电磁铁 取消定位电磁铁 送料电磁铁 卸料电磁铁 取消夹紧电磁铁 夹紧电磁铁 照明灯电磁铁 蜂鸣报警 控制变频器电源 X24 滑台压力继电器2

5.2.3 PLC梯形图

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系统说明：M1为主轴电动机，M2为快速电动机，M3为液压泵电动机，M4为冷却泵电动机。SB1为急停按钮，按下SB1系统停止运行。按下按钮SB2之后主电动机正向点动，按下

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SB3之后主电动机反向点动。按下SB4之后主电动机正转长动，按下SB5之后主电动机反转长动。SB6为手动换刀。按下SB9、SB10、SB11之后分别控制主轴电动机的快速转动、中速转动和高速转动。设计的电动刀架为四工位，按一下，电动刀架换刀一次。

系统工作流程为：根据需要选择电动机正反转。变频器和主轴电机随系统同时起动。起动之后传感器检测是否有料，若没有料，蜂鸣报警，若有料，系统进入自动工作循环。液压泵电机起动，电磁铁Y21动作送料，直到指定位置，由行程开关X15控制，使电磁铁Y21断电，送料停止。送料停止之后电磁铁Y17动作，完成定位，到指定位置后，电磁铁Y17失电，定位完成。之后电磁铁Y15得电，滑台快进，到指定位置，行程开关X17得电，Y15失电，快进动作完成。行程开关X17得电的同时，冷却泵起动，开始喷切削液。紧接着电磁铁Y14得电，液压滑台开始一工进，直到行程开关X20得电，电磁铁Y14失电，Y15得电，系统开始二工进，直到行程开关X21得电，Y15失电，死挡铁停留，同时Y16得电，液压滑台开始快退，直到行程开关X16得电，Y16失电，液压滑台停止动作，同时Y6得电，松开工件，直到电磁铁X23得电，工件被完全松开，Y6失电，夹紧缸停止动作，之后Y20得电，定位缸动作，直到行程开关X26得电，取消定位，Y22得电，开始卸料，直到X14得电，卸料完成。

综上，总的工作循环为：送料-定位-夹紧-主轴转动-滑台快进-一工进-二工进-死挡铁停留-快退-松开工件-卸料。

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结 论

本文主要是根据给定要求设计了专用车床的液压系统及其控制系统。

本次控制系统的设计实现了设计要求，达到了预期的目的。通过这次设计我学会了很多以前没学过的知识，也巩固了以前没学好的知识，使我的专业理论知识更加扎实，软件操作更加熟了。通过本次设计我学会了调查研究的方法，提高了我运用工具书的能力；培养了我查阅文献、外文资料的阅读与翻译、计算机应用、文字表达等基本工作实践能力，使我初步掌握了科学研究的基本方法和思路。

本设计的特点在于将PLC应用到了专用车床控制系统中。本系统在实际应用中，取得了良好的实际效果，且安全性良好。实践证明，以PLC为核心专用车床控制系统是一种简单有效、成本低廉的解决方案，具有较高的可靠性、灵活性和经济适用性。

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致 谢

衷心感谢**老师在我大学的最后学习阶段——毕业设计阶段给我的指导，从最初的选题，到资料收集，到设计、毕业论文的写作、修改，到论文最终定稿，一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，她给了我耐心的指导和无私的帮助。她严谨的治学态度、一丝不苟的工作作风、渊博的知识以及诲人不倦的导师风范，都使我在毕业设计的完成上受益匪浅。

在此谨向**老师致以深深的谢意！

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