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1、 滑動(dòng)軸承專用鏜床技術(shù)改造設(shè)計(jì) 摘要 6 1 設(shè)計(jì)內(nèi)容概要 7 1.1 工藝設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)問題 8 1.2 工藝設(shè)備的歷史狀況簡(jiǎn)析 9 1.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和意義 11 2 機(jī)床工作原理 11 2.1 機(jī)床的組成 11 2.2 機(jī)床液壓系統(tǒng)的組成和工作原理 11 2.3 角位置檢測(cè)原理 13 3． 技術(shù)改造設(shè)計(jì) 15 3．1 主軸角位置調(diào)整方法及部件改裝 15 3．2 控制系統(tǒng)改造方案選擇 16 3.2.1 可編程控制器（PLC）技

2、術(shù)特點(diǎn) 16 3.2.2 可編程控制器（PLC）選型 17 3.3 輸入信號(hào)及輸出信號(hào)的配置 18 3.4 輸入輸出接口電路及系統(tǒng)強(qiáng)電電路設(shè)計(jì) 19 3.4.1 PLC的I/O端口接線設(shè)計(jì) 19 3.4.2 控制系統(tǒng)強(qiáng)電電路設(shè)計(jì) 21 3.5 控制程序設(shè)計(jì) 22 3.5.1 程序結(jié)構(gòu)概況 22 3.5.2 初始化程序部分 23 3.5.3 手動(dòng)操作程序部分 24 3.5.4 自動(dòng)加工程序部分 25 3.5.5 公共處理程序部分 27 4． 設(shè)計(jì)小節(jié) 29 4.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容小節(jié) 29 4.2

3、 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)體會(huì)與建議 30 參考文獻(xiàn) 33 致謝 34 【摘要】 對(duì)開滑動(dòng)軸承內(nèi)孔精鏜加工是該類產(chǎn)品工藝流程的最后一道工序，也是其全部機(jī)械加工工序中的關(guān)鍵工序，本工序的加工質(zhì)量直接影響所在主機(jī)的綜合工作質(zhì)量，該鏜削專用機(jī)床的自動(dòng)化水平是提高加工效率的主要技術(shù)環(huán)節(jié)，而其中鏜削結(jié)束后的主軸定向停止退刀問題又是本機(jī)床自動(dòng)控制系統(tǒng)中的技術(shù)難點(diǎn)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)論文文在分析加工過程的基礎(chǔ)上論述了采用PLC對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造的意義并對(duì)相關(guān)技術(shù)問題予以說明。 【關(guān)鍵詞】 滑動(dòng)軸承 可編程控制器 機(jī)械切削

4、 技術(shù)改造 1 設(shè)計(jì)內(nèi)容概要 1.1工藝設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)問題 對(duì)開滑動(dòng)軸承是各類內(nèi)燃機(jī)中的重要工作部件，軸承內(nèi)孔精鏜加工是該類產(chǎn)品工藝流程的最后關(guān)鍵工序，內(nèi)孔精鏜加工設(shè)備通常采用機(jī)電液一體化的專用鏜床，采用電液聯(lián)合控制加工過程中的工件夾緊、快進(jìn)、工進(jìn)、快退、工件松開等運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行過程均由液壓系統(tǒng)完成，鏜削結(jié)束主電機(jī)停止時(shí)應(yīng)進(jìn)行刀具角位置檢測(cè)、調(diào)整，在刀具切削刃位于允許的退刀角位置范圍內(nèi)時(shí)執(zhí)行退刀操作，長(zhǎng)期以來影響該工序技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵技術(shù)問題是如何實(shí)現(xiàn)加工結(jié)束退前刀具角位置的檢測(cè)、快速調(diào)整及機(jī)電液聯(lián)合控制，以保證加工的高質(zhì)

5、量和高效率。主軸定向制動(dòng)退刀問題顯然是本工序提高加工質(zhì)量和工作效率的技術(shù)要點(diǎn)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)論文文在分析該類工件加工工藝過程和加工專用設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上討論了采用PLC對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造的過程并對(duì)設(shè)備技術(shù)改造相關(guān)技術(shù)問題予以說明。 軸承制造業(yè)的工程技術(shù)人員為解決該問題多年來設(shè)計(jì)研發(fā)了許多方案，例如人工手動(dòng)調(diào)節(jié)方法，主軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)方法，模擬數(shù)控機(jī)床的主軸準(zhǔn)停調(diào)節(jié)方法等。但是這些方法在實(shí)際應(yīng)用中都存在著不同程度的技術(shù)缺陷和操作應(yīng)用的不理想狀態(tài)，如人工調(diào)節(jié)法，必然是費(fèi)時(shí)費(fèi)力且十分不安全，主軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)法則是典型的以犧牲加工效率為代價(jià)換取加工自動(dòng)化的沒有實(shí)用價(jià)值的控制方法，而模擬仿用數(shù)控

6、機(jī)床的主軸準(zhǔn)?；蛑鬏SC軸功能技術(shù)來解決該工序的定向退刀問題顯然是采用具有寬泛技術(shù)功能的軟、硬件功能單元解決本身功能單一、專門化程度高的技術(shù)問題，很明顯又是高成本、不合算的大馬拉小車類的無奈的技術(shù)方案。 在本設(shè)計(jì)中，為更好地解決對(duì)開滑動(dòng)軸承內(nèi)孔精鏜機(jī)床定向退刀問題，并且使本設(shè)計(jì)確實(shí)具有實(shí)用，安全，經(jīng)濟(jì)，可靠，體積小，重量輕，環(huán)保無污染，我們?cè)谥笇?dǎo)教師的幫助下對(duì)該技術(shù)現(xiàn)象，問題的提出，歷史上的各類方案的特點(diǎn)、技術(shù)優(yōu)勢(shì)、可取之處、存在的問題和不足等逐一進(jìn)行了分析和討論，提出我們的創(chuàng)意和設(shè)計(jì)思路，再經(jīng)反復(fù)的分析對(duì)比，最終確定為機(jī)、電、液聯(lián)合控制、驅(qū)動(dòng)工作方式， 其中的控制系統(tǒng)則大膽的采用當(dāng)今全球極為

7、風(fēng)靡的高度柔性，高可靠，高自動(dòng)化性能的可編程控制器（PLC），由PLC統(tǒng)一控制管理機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、檢測(cè)調(diào)節(jié)伺 服系統(tǒng)，方便、可靠、迅速地完成主軸刀具在正確的角位置范圍內(nèi)準(zhǔn)停及退刀，從 而真正實(shí)現(xiàn)該工序真正意義的半自動(dòng)化加工，既可確保內(nèi)孔精鏜加工質(zhì)量，又可大幅度的提高加工效率，并且十分顯著的降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，該技術(shù)方案一定可以為相關(guān)制造業(yè)帶來可觀的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和人文社會(huì)效益。 1.2工藝設(shè)備的歷史狀況簡(jiǎn)析 回顧軸承內(nèi)孔精鏜加工，不同企業(yè)在生產(chǎn)中使用過多種不同類型的專用機(jī)床，加工結(jié)束后的主軸定向停止控制同樣曾有若干種不同的方式方法。 例如曾經(jīng)在許多加工企業(yè)長(zhǎng)期廣

8、泛使用的人工主軸角位置觀察調(diào)整，每一次鏜削結(jié)束，主軸停止并制動(dòng)后由操作者目測(cè)觀察刀具和加工半圓表面的位置關(guān)系，若刀具刀位點(diǎn)恰好脫離以加工表面，則可手動(dòng)換向操作使工作臺(tái)返回加工起點(diǎn)，否則即由人工手動(dòng)的方式攀動(dòng)主軸鏜刀桿，使刀具轉(zhuǎn)動(dòng)到非加工區(qū)域，然后再執(zhí)行退刀返回操作。毋庸置疑這種角位置判斷調(diào)整方法完全依賴加工者的熟練程度和工作態(tài)度，雖然設(shè)備簡(jiǎn)單，加工成本低，但是很高的勞動(dòng)強(qiáng)度和極低的工作效率已注定該方法是沒有生命力的原始的落后的工藝方案。 主軸電機(jī)配合角位置傳感器的點(diǎn)動(dòng)調(diào)整方案在國(guó)內(nèi)許多軸瓦加工企業(yè)曾經(jīng)使用過一個(gè)階段，該方案的特點(diǎn)是在主軸尾端設(shè)置安裝角位置傳感器（例使用光電式角位置傳感器、感應(yīng)

9、式角位置傳感器、霍爾磁場(chǎng)式角位置傳感器等）鏜削結(jié)束，主軸停止并制動(dòng)后首先由傳感器檢測(cè)主軸角位置，若刀具刀位點(diǎn)位于菲加工表面，則自動(dòng)換向使工作臺(tái)返回加工起點(diǎn)，若檢測(cè)結(jié)果是刀具切削刃位于加工表面內(nèi)，檢測(cè)信號(hào)立刻驅(qū)動(dòng)執(zhí)行主軸點(diǎn)動(dòng)、制動(dòng)，刀具角位置的再次檢測(cè)，力圖以這樣的方式使刀具脫離退刀禁止?fàn)顟B(tài)，但是由于主軸電機(jī)的極高轉(zhuǎn)速（約3000r/min），點(diǎn)動(dòng)后的隨機(jī)狀態(tài)將導(dǎo)致刀位點(diǎn)的不確定性，若檢測(cè)的結(jié)果仍然是刀位點(diǎn)位于已加工表面，則再一次執(zhí)行下一次的點(diǎn)動(dòng)調(diào)整操作，可以清楚地看到該方案顯然是以犧牲加工效率為代價(jià)而勉強(qiáng)換取加工自動(dòng)化和降低勞動(dòng)強(qiáng)度，由于調(diào)整方案的粗糙、不合理和非人性化而不具有使用價(jià)值。 模

10、擬數(shù)控機(jī)床主軸準(zhǔn)?？刂品绞降恼{(diào)整是模仿移植數(shù)控機(jī)床中的主軸準(zhǔn)停功能機(jī)電一體化裝置或采用數(shù)控機(jī)床主軸C軸功能技術(shù)措施完成本機(jī)床主軸定向停止控 制，數(shù)控機(jī)床的主軸準(zhǔn)停功能機(jī)構(gòu)主要應(yīng)用于刀具庫(kù)的換刀輔助操作，因其準(zhǔn)停定 位精度要求較高，所以機(jī)構(gòu)的檢測(cè)調(diào)節(jié)和定位止動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且精度高，技術(shù)難度大而成本高，采用這樣的措施完成本機(jī)床的功能單一的主軸定向停止控制的性價(jià)比是很低的。而數(shù)控機(jī)床的C軸功能是NC系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸控制加工功能，使用的圓光柵和光電編碼盤等傳感器完成角位置檢測(cè)，反饋，再由NC系統(tǒng)完成聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)軌跡控制實(shí)現(xiàn)工件輪廓切削加工，其工作精度和控制要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本機(jī)床工作工藝要求，并且結(jié)

11、構(gòu)復(fù)雜價(jià)格昂貴，顯然仍是高成本低效益的控制方案。 這些方式雖然可以完成鏜削后主軸角位置調(diào)整控制任務(wù)，但作為專用設(shè)備和特定工藝的控制要求加以應(yīng)用均存在一定的技術(shù)缺陷，其中人工觀察調(diào)整必然是費(fèi)時(shí)費(fèi)力低效且安全性差的方案；主電機(jī)點(diǎn)動(dòng)調(diào)整方式顯然是以犧牲工作效率為代價(jià)而換取加工過程自動(dòng)化的不實(shí)用的控制方案；而移植數(shù)控機(jī)床中的主軸準(zhǔn)停功能或采用主軸C軸功能技術(shù)完成本機(jī)床的功能單一的主軸定向停止控制則又是高成本低效益的控制方案。由此分析可見，必須采用可靠、高效、低成本的主軸定向停止控制方法才是優(yōu)化本機(jī)床控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。并且該方案要適應(yīng)特定的控制精度要求以求得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，技術(shù)改造成本低廉，具有較高的

12、性能價(jià)格比。 1.3畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和意義 本畢業(yè)設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是在指導(dǎo)教師的總體設(shè)計(jì)改造方案條件下，通過對(duì)該軸瓦專用精鏜機(jī)床加工工藝要求和加工工作過程的分析，通過對(duì)該機(jī)床工作流程的分析，通過對(duì)該機(jī)床完成加工個(gè)工步對(duì)控制系統(tǒng)功能要求的分析，通過對(duì)加工設(shè)備機(jī)、電、液個(gè)功能部件的組成結(jié)構(gòu)和工作原理的分析，通過對(duì)各種控制方案的控制特點(diǎn)，系統(tǒng)功能，控制能力和控制精度水平，系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和難易程度、 技術(shù)含量、可靠性和穩(wěn)定性、安全性能和經(jīng)濟(jì)性的綜合分析，制定編寫切實(shí)可行，性價(jià)比高，安全可靠且技術(shù)含量高穩(wěn)定性好的控制系統(tǒng)方案，在通過對(duì)設(shè)計(jì)方案的進(jìn)一步論證，查閱相關(guān)資料，咨詢指導(dǎo)教師，對(duì)方

13、案進(jìn)一步改進(jìn)完善，進(jìn)一步提高方案的理論上的正確性和完整性，然后繪制機(jī)械改造部件的裝配圖工作圖樣，繪制改造后的機(jī)床液壓系統(tǒng)工作原理圖，繪制控制系統(tǒng)硬件部分原理圖工作圖樣，繪制控制軟件流程圖和用戶控制程序控制梯形圖，在設(shè)計(jì)方案基本完整和設(shè)計(jì)圖樣繪制結(jié)束的基礎(chǔ)上，撰寫設(shè)計(jì)論文，論文撰寫力求條理清晰，論據(jù)充分，表述全面完整，所有的技術(shù)改造設(shè)計(jì)內(nèi)容和技術(shù)條件均進(jìn)行充分細(xì)致的討論分析論述，相關(guān)技術(shù)數(shù) 據(jù)和設(shè)計(jì)工作參數(shù)應(yīng)列出明確條理的數(shù)據(jù)表格，尤其是對(duì)控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)采用的可編程控制器部分的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件程序的設(shè)計(jì)內(nèi)容、控制原理、組成特點(diǎn)、 軟件結(jié)構(gòu)程序流程基本思路等關(guān)鍵技術(shù)部分的關(guān)鍵內(nèi)容和要點(diǎn)

14、，在論文中更必須認(rèn)真條理的予以論證和說明。所達(dá)到的設(shè)計(jì)基本要求就是在可編程控制器（PLC）管理下，由高速切削并配合傳感器采樣、判斷、低速調(diào)整的機(jī)電一體化主體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可靠且高效的定向停止，同時(shí)協(xié)同機(jī)床電液傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)真正意義上的半自動(dòng)加工循環(huán)。 在設(shè)計(jì)中，我們要達(dá)到的主要目的就是力圖嘗試在指導(dǎo)老師的幫助下，綜合應(yīng)用三年來所學(xué)習(xí)的機(jī)電液一體化學(xué)科知識(shí)，對(duì)該既有使用價(jià)值，又對(duì)我們十分具有吸引力的機(jī)電一體化技術(shù)問題進(jìn)行調(diào)研，查閱資料，原理分析，方案討論，最后展開為系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，機(jī)械系統(tǒng)關(guān)鍵部件裝配設(shè)計(jì)，電氣系統(tǒng)及檢測(cè)控制系統(tǒng)原理，結(jié)構(gòu)，硬件和軟件功能模塊設(shè)計(jì)，并通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)再一次

15、對(duì)我們?nèi)陙硭鶎W(xué)的基礎(chǔ)課，專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課進(jìn)行一次系統(tǒng)，全面的綜合復(fù)習(xí)和工作前的模擬實(shí)訓(xùn)，對(duì)提高我們的機(jī)電一體化應(yīng)用系統(tǒng)分析能力和設(shè)計(jì)水平具有十分重要的促進(jìn)和綜合提升效力。 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的撰寫，有助于將在校學(xué)習(xí)三年所學(xué)的基礎(chǔ)課專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課等學(xué)科知識(shí)進(jìn)行一次綜合系統(tǒng)的聯(lián)系，并通過這樣的綜合聯(lián)系而將本專業(yè)的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系理順和融會(huì)貫通，明確理解本專業(yè)的學(xué)科特點(diǎn)和專業(yè)方向，本專業(yè)的當(dāng)前技術(shù)水平和前沿學(xué)科狀態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)走向，為即將走向工作崗位進(jìn)入專業(yè)定位和專業(yè)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)，總之，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的撰寫，確實(shí)在三年的學(xué)習(xí)最后階段用最耀眼、最鮮艷、最絢麗的色彩畫上一個(gè)光彩奪目

16、、色彩斑斕圓滿的句號(hào)。 2 機(jī)床工作原理 2.1 機(jī)床的組成 剖切滑動(dòng)軸承（即軸瓦，對(duì)開滑動(dòng)軸承）內(nèi)孔圓柱表面精鏜加工專用設(shè)備在國(guó)內(nèi)大多數(shù)軸瓦行業(yè)基本均使用臥式結(jié)構(gòu)布局的液壓傳動(dòng)專用鏜床，這類機(jī)床主要由床身、鏜削主軸箱、工作臺(tái)、鏜削工藝裝備液壓夾具、機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、檢測(cè)裝置和電氣控制系統(tǒng)等部件組成，其中鏜削主軸箱目前高檔的加工設(shè)備已升級(jí)為為靜壓主軸支承結(jié)構(gòu)以確保鏜削質(zhì)量，而中低檔的加工機(jī)床則使用單油契動(dòng)壓滑動(dòng)軸承主軸支承結(jié)構(gòu)或使用雙列短圓柱滾子軸承構(gòu)成機(jī)床主軸支承，檢測(cè)控制系統(tǒng)一般位于機(jī)床主軸的尾端，采用的角位置檢測(cè)器件多

17、采用感應(yīng)檢測(cè)傳感器件或光電檢測(cè)傳感器件，（完全沒有必要采用價(jià)格昂貴的高精度高分辨率的角位置檢測(cè)傳感器，例如圓光柵，光電編碼盤圓感應(yīng)同步器等）改造后的控制系統(tǒng)中包括PLC控制單元和機(jī)床強(qiáng)電工作部分。機(jī)床組成簡(jiǎn)圖見圖1。 圖1 機(jī)床組成結(jié)構(gòu)原理圖 1―監(jiān)測(cè)裝置 2―主軸電機(jī)及調(diào)整裝置 3―主軸箱 4―終點(diǎn)位置開關(guān) 5―鏜桿6―刀具7―工進(jìn)點(diǎn)位置開關(guān)8―夾緊油缸9―鏜削夾具10―工作臺(tái)11―碰塊12―起點(diǎn)位置開關(guān)13―床身 14―進(jìn)給油缸 機(jī)床液壓系統(tǒng)的組成和工作原理 為提高加工效率并減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，目前該類機(jī)床的加

18、工過程循環(huán)及工件夾緊松開機(jī)構(gòu)操作均采用液壓傳動(dòng)工作方式，并通過電液聯(lián)合控制實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)循環(huán)。為使夾 緊壓力穩(wěn)定以保證加工質(zhì)量和工作安全性，系統(tǒng)中夾緊油缸的工作壓力由系統(tǒng)工作壓力經(jīng)減壓閥二次調(diào)節(jié)后提供。2個(gè)壓力繼電器的作用是向PLC控制系統(tǒng)提供系統(tǒng)系統(tǒng)工作壓力和夾具的夾緊壓力信息，以確保加工過程中進(jìn)給速度穩(wěn)定，正常的快進(jìn)快退速度及加工中的人生安全和設(shè)備安全。在工件夾緊液壓回路中，為防止加工中因閥用電磁鐵意外失電使油路換向而造成夾具松開從而引發(fā)人生設(shè)備事故，特別地將該回路設(shè)計(jì)成閥用電磁鐵得電松開工件、失電夾緊工件的工作方式。液壓系統(tǒng)原理圖見圖2。 圖2 機(jī)床液壓系統(tǒng)原理圖

19、 1-二位四通電磁閥 2－鏜削胎具 3－工件4－壓板 5－夾緊油缸 6－終點(diǎn)位置開關(guān)7－工進(jìn) 點(diǎn)位置開關(guān) 8－工作臺(tái) 9－起點(diǎn)位置開關(guān) 10－導(dǎo)軌11－碰塊12－進(jìn)給油缸13－三位四通電磁閥 14－夾緊壓力繼電器15－減壓閥 16－溢流閥 17－系統(tǒng)壓力繼電器 18－調(diào)速閥 19－二位二通電磁閥20－油泵 21－濾油器 22－聯(lián)軸器　23－三相異步電機(jī) 24－油箱 當(dāng)液壓泵啟動(dòng)后，若供油系統(tǒng)正常，當(dāng)系統(tǒng)工作壓力達(dá)到溢流閥的設(shè)定壓力時(shí)，壓力繼電器KP1激活動(dòng)作，其常開觸頭動(dòng)作閉合，并將該系統(tǒng)壓力正常信號(hào)經(jīng)PLC的X14輸入點(diǎn)送至PLC。PLC控制系統(tǒng)首先在初始化階段驅(qū)

20、動(dòng)工作臺(tái)返回加工起點(diǎn)SQ1處，SQ1的常開觸頭閉合信號(hào)使夾緊油路二位四通電磁閥的電磁鐵DT4得電，夾緊油路的二位四通電磁閥換向，夾緊缸活塞上行，驅(qū)動(dòng)夾具松開，進(jìn)入工件裝夾準(zhǔn)備狀 態(tài)。在操作者將工件放置于夾具中的正確位置并按下加工啟動(dòng)按鈕SB3，則DT4失電油路換向，夾緊油缸活塞下行將工件夾緊，當(dāng)夾緊缸工作油腔壓力上升至設(shè)定的夾 緊壓力時(shí)；夾緊缸上腔的夾緊壓力將使夾緊壓力繼電器KP2激活，KP2的常開觸頭閉合，KP2的繼電器動(dòng)作信號(hào)經(jīng)X15輸入PLC，使三位四通電磁閥的電磁鐵DT1得電，油路換向，其右位機(jī)能使進(jìn)給油缸活塞左行，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)向左，油缸左腔的回油經(jīng)二位二通電磁閥直接回油箱，工作臺(tái)拖

21、動(dòng)夾具系統(tǒng)向左執(zhí)行快進(jìn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)工作臺(tái)上的碰塊11觸及工進(jìn)點(diǎn)位置開關(guān)SQ2時(shí)，二位二通電磁閥的電磁鐵DT3得電，切斷了進(jìn)給油缸左腔的直通回油油路，左腔的回油僅可通過調(diào)速閥18回油箱，向左的進(jìn)給速度受調(diào)速閥控制而下降至設(shè)定的工進(jìn)速度，同時(shí)主軸電機(jī)啟動(dòng)，進(jìn)入工作進(jìn)給和鏜削加工，當(dāng)左行至左極限位置鏜削結(jié)束時(shí)，碰塊觸及左極限終點(diǎn)位置開關(guān)SQ3，該信號(hào)使DT1失電，向左的運(yùn)動(dòng)停止，DT3失電回油路又轉(zhuǎn)換為直通、 主電機(jī)停止并制動(dòng)；此時(shí)控制系統(tǒng)進(jìn)行主軸角位置檢測(cè)和調(diào)整，當(dāng)檢測(cè)到或調(diào)整到主軸角位置正確即刀具切削刃位于設(shè)定的非加工區(qū)域內(nèi)時(shí)，叫位置檢測(cè)正確信號(hào)觸發(fā)DT2，進(jìn)給油缸左腔進(jìn)油，右腔經(jīng)二位二通電磁閥直接

22、回油，工作臺(tái)快速右移快退，當(dāng)碰塊觸及加工起點(diǎn)的位置開關(guān)SQ1時(shí)，DT2失電工作臺(tái)靜止，DT4得電夾具松開，一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束。 2.3 角位置檢測(cè)原理 鏜削結(jié)束退刀之前的主軸角位置檢測(cè)方法很多，由于本專用鏜床退刀時(shí)允許刀具停止?fàn)顟B(tài)的角位置區(qū)域范圍較大，檢測(cè)精度及控制要求較低，因此不需要使用具性功能高精度高分辨率的角位置傳感器，綜合考慮檢測(cè)要求、檢測(cè)精度及技術(shù)改造的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性和可靠性，擬設(shè)計(jì)采用圖3所示的光電傳感方式的角位置檢測(cè)裝置。在主軸后端固定安裝一光電檢測(cè)盤，該盤采用高強(qiáng)度透明有機(jī)材料，檢測(cè)盤的 200范圍扇形區(qū)域涂黑而成為不透明狀態(tài)，裝配在主軸上時(shí)應(yīng)使刀具切削刃位于160透明扇形

23、區(qū)的中心線角位置處，檢測(cè)光源和光電繼電器組件分別位于該盤兩側(cè)的圖示位置。按圖示位置關(guān)系可知，在鏜削結(jié)束主軸電機(jī)制動(dòng)后，若刀具位于上半周160角度范圍內(nèi)時(shí)，經(jīng)聚焦后的光束可穿透光電檢測(cè)盤的透明區(qū)域而使光敏繼電器激勵(lì)，該信號(hào)觸發(fā)DT2產(chǎn)生退刀運(yùn)動(dòng)，因而可確保退刀時(shí)刀具刃口不會(huì)和位于下半周的已加工表面發(fā)生干涉；否則若刀具位于下半周加工區(qū)角范圍內(nèi)，光源光束被涂黑區(qū)域遮擋，該非激勵(lì)狀態(tài)信號(hào)會(huì)啟動(dòng)執(zhí)行角位置調(diào)整操作，直至刀具角位置正確后才可獲得光電繼電器激勵(lì)信號(hào)而產(chǎn)生退刀運(yùn)動(dòng)。 圖3 光電檢測(cè)裝置原理圖 1－光源 2－聚光鏡 3－光電檢測(cè)盤 4－光

24、電繼電器 5－主軸 6－刀具 7－胎具 8－工件 9－壓板 3．技術(shù)改造設(shè)計(jì) 3．1 主軸角位置調(diào)整方法及部件改裝 由上述分析可知，退刀前在檢測(cè)到角位置錯(cuò)誤狀態(tài)信號(hào)時(shí)必須進(jìn)行角位置調(diào)整，如前所述曾經(jīng)使用過的角位置調(diào)整方法均存在一定的不足和缺陷，角位置調(diào)整的正確思路應(yīng)該是以較低的角速度執(zhí)行角位置調(diào)整，調(diào)整過程中同步進(jìn)行角位置檢測(cè)，一旦檢測(cè)到刀具進(jìn)入允許退刀的非加工表面家位置區(qū)域的臨界邊緣時(shí)，檢測(cè)信號(hào)立即停止角位置調(diào)整運(yùn)動(dòng)，并且開始執(zhí)行工作臺(tái)向右的退刀運(yùn)動(dòng)。一種較經(jīng)濟(jì)、實(shí)用可靠的結(jié)構(gòu)方案原理如圖4所示。

25、 圖4 該裝置分別使用主軸電機(jī)和小功率的調(diào)節(jié)電機(jī)獨(dú)立完成鏜削加工驅(qū)動(dòng)和低速小功率的調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)，兩種不同的工作內(nèi)容由傳動(dòng)裝置中的電磁離合器實(shí)現(xiàn)二者工作狀態(tài)隔離和切換。 由于調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)必須使用轉(zhuǎn)速很低的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以在裝置中設(shè)置了減速比極大的諧波減速器，由諧波減速器將調(diào)節(jié)電機(jī)的高轉(zhuǎn)速減至很低的調(diào)節(jié)速度輸出，使主軸得到大約每分20～30轉(zhuǎn)的低調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。鏜削加工時(shí)，電磁離合器3失電分離，調(diào)節(jié)電機(jī)5停止，主軸電機(jī)2運(yùn)轉(zhuǎn)，其高切削轉(zhuǎn)速經(jīng)三角皮帶輪傳輸至鏜頭主軸進(jìn)行鏜削加工，此加工狀態(tài)不會(huì)對(duì)電磁離合器右側(cè)的低速調(diào)節(jié)部分產(chǎn)生任何影響和干涉；在刀具角位置調(diào)整時(shí)則主軸電機(jī)2停止，調(diào)節(jié)電機(jī)5啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，電磁離合器3得電

26、結(jié)合，則電機(jī)5的高轉(zhuǎn)速首先經(jīng)諧波減速器4減速，產(chǎn)生約20轉(zhuǎn)/分的低調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，再經(jīng)已結(jié)合的電磁離合器3和主軸電機(jī)2的轉(zhuǎn)子并通過三角皮帶輪將調(diào)節(jié)速轉(zhuǎn)動(dòng)送至鏜頭主軸，在主軸調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)控制系統(tǒng)同步啟動(dòng)檢測(cè)裝置進(jìn)行角位置檢測(cè)，一旦刀具轉(zhuǎn)入退刀允許的角范圍內(nèi)，則光電繼電器的激勵(lì)信號(hào)停調(diào)整電機(jī)5，電磁離合器4失電分離，同時(shí)DT2得電驅(qū)動(dòng)進(jìn)給油缸活塞右行退刀。由于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速很低，在退刀過程中鏜桿因慣性所致的轉(zhuǎn)動(dòng)幅度很小，在整個(gè)退刀過程中確定刀具不會(huì)進(jìn)入已加工區(qū)域，因而可確保刀具不會(huì)和已加工表面發(fā)生干涉。在工作臺(tái)碰塊觸及起點(diǎn)位置開關(guān)SQ1時(shí)，DT2失電工作臺(tái)靜止，同時(shí)DT4得電夾具松開，一個(gè)加工循環(huán)完成。本角

27、位置調(diào)節(jié)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有二個(gè)特點(diǎn)： 第一，采用大減速比的諧波減速器，單級(jí)齒輪傳動(dòng)比可達(dá)50～500，并且具有承載能力大，傳動(dòng)精度高，齒側(cè)間隙小，傳動(dòng)平穩(wěn)，效率高，體積小，重量輕等顯著技術(shù)優(yōu)勢(shì)，機(jī)構(gòu)中通過諧波減速器可簡(jiǎn)單且方便地獲得約20r/min的很低的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，從而避免因調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速過高而難以控制使刀具確定的調(diào)整至非加工表面角位置區(qū)域，而且同軸輸出，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配調(diào)試方便，技術(shù)可行且性價(jià)比比高。 第二，結(jié)構(gòu)中的電磁離合器可以可靠的結(jié)合或分離調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)速度單元和加工驅(qū)動(dòng)速度單元，分離時(shí)加工速度單元正常輸出高速切削轉(zhuǎn)速至主軸箱完成鏜削加工，結(jié)合時(shí)主電機(jī)停止且調(diào)節(jié)電機(jī)啟動(dòng)，調(diào)節(jié)電機(jī)的高轉(zhuǎn)速

28、由諧波減速器減至約20r/min，經(jīng)結(jié)合的電磁離合器和主電機(jī)的自由狀態(tài)的轉(zhuǎn)子傳輸至主軸箱，完成低轉(zhuǎn)速角位置調(diào)節(jié)。 3．2控制系統(tǒng)改造方案選擇 較早時(shí)期的該類機(jī)床控制系統(tǒng)較多地采用繼電器控制裝置，由于此類裝置體積大，接線復(fù)雜，功能固定，體積大，功耗大且故障率高可靠性差，故本機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不予考慮；采用單片機(jī)控制系統(tǒng)具有較高的性價(jià)比，但控制系統(tǒng)則需進(jìn)行難度較大的系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)和抗干擾設(shè)計(jì)，須進(jìn)行工作量較大的硬件組裝，開發(fā)周期長(zhǎng)且技術(shù)難度較大，對(duì)此類并無較多柔性控制功能要求的小批量的專用機(jī)床并非適宜。綜合機(jī)床加工工藝對(duì)系統(tǒng)控制功能的要求等各種因素，對(duì)各類控制方式進(jìn)行對(duì)比，設(shè)計(jì)方案中首選采用可編

29、程控制器（PLC）組成機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。 3.2.1可編程控制器（PLC）技術(shù)特點(diǎn) 可編程控制器（PLC）是20世紀(jì)60年代問世的建立在計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)上的一種新型通用控制設(shè)備，PLC將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通用性能理想，功能完美，應(yīng)用靈活等技術(shù)優(yōu)勢(shì)和繼電接觸器控制系統(tǒng)直觀易學(xué)，簡(jiǎn)單易懂，價(jià)位低廉，操作方便等優(yōu)點(diǎn)完美的結(jié)合，具有良好的柔性控制功能、執(zhí)行速度快、系統(tǒng)功能完善、通用性好、功能強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，大規(guī)模集成電路技術(shù)的應(yīng)用，完善的自診斷功能，光耦、濾波、屏蔽、穩(wěn)壓等一系列抗干擾技術(shù)措施的應(yīng)用有效的提高了抗干擾性能和系統(tǒng)穩(wěn)定性，系統(tǒng)使用特有的面向控制問題的自然語言編程容易，尤其是廣泛采用與繼電器

30、電路極為相似的梯形圖語言使程序設(shè)計(jì)具有繼電器電路系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)直觀、快捷的特點(diǎn)，PLC的軟繼電器以及由指令實(shí)現(xiàn)的軟接線柔性控制功能可以根據(jù)用戶的控制要求任意靈活組合，在控制系統(tǒng)的硬件裝配確定后，用戶可以通過修改應(yīng)用程序來適應(yīng)工藝過程的變化調(diào)整或工作方式在硬件系統(tǒng)可以匹配執(zhí)行的新的控制內(nèi)容，PLC產(chǎn)品的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化使PLC應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修具有周期短，無需進(jìn)行高難度的系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)施工的特點(diǎn)，而且PLC系統(tǒng)的功耗低，結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固，體積小，人機(jī)界面友好，平均五故障率為3～5年，系統(tǒng)的插件結(jié)構(gòu)可使平均修復(fù)時(shí)間約10min左右，可使用技術(shù)壽命高于10年，輸入輸出接口I/O模塊可直接與A

31、C220V，DC24V、48V輸入輸出信號(hào)連接，輸出驅(qū)動(dòng)功率大，可直接驅(qū)動(dòng)2A以下的負(fù)載，有較高的性價(jià)比，尤其適合現(xiàn)代機(jī)電一體化機(jī)械加工設(shè)備更新?lián)Q代的控制系統(tǒng)應(yīng)用。PLC技術(shù)已與工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)并列成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱。正是由于PLC在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用具有許多理想的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，所以眾多應(yīng)用實(shí)例已充分證明PLC應(yīng)用于機(jī)床技術(shù)改造尤其是應(yīng)用于以開關(guān)量為主的控制系統(tǒng)改造的確是理想的選擇方案，事實(shí)上PLC在傳統(tǒng)機(jī)床技術(shù)進(jìn)步控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用已日趨廣泛。其應(yīng)用的領(lǐng)域日漸擴(kuò)大，從加工設(shè)備的單機(jī)自動(dòng)化到生產(chǎn)線的自動(dòng)化，F(xiàn)MS應(yīng)用，PLC均擔(dān)任著十分重要的技術(shù)角色，其技術(shù)意義

32、和控制優(yōu)勢(shì)在現(xiàn)代化大生產(chǎn)的自動(dòng)控制和管理領(lǐng)域中勢(shì)必發(fā)揮出更為重要的作用。 3.2.2 可編程控制器（PLC）選型 根據(jù)機(jī)床改造技術(shù)要求及控制規(guī)模，本設(shè)計(jì)采用FX2系列FX2-48MR型的 PLC。該款PLC為整體結(jié)構(gòu)的基本單元，具有24個(gè)輸入點(diǎn)和24個(gè)輸出點(diǎn)，采用繼電器輸出可以分別適應(yīng)交流負(fù)載（如交流接觸器電磁線圈，交流閥用電磁鐵等）和直 流負(fù)載（如光電繼電器，顯示發(fā)光二極管等）。因PLC對(duì)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，I／O接口功能，應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語言，抗干擾措施等一系列技術(shù)內(nèi)容均已作了理想周密的設(shè)計(jì)和技術(shù)處理，在組成PLC應(yīng)用控制系統(tǒng)時(shí)，用戶所需進(jìn)行的工作主要是外部輸入設(shè)備、

33、輸出設(shè)備與PLC的接線及編號(hào)，根基工作要求的用戶控制程序設(shè)計(jì)以及通過編程器輸入用戶程序后所進(jìn)行的相對(duì)其他類型控制器而言更為方便快捷的模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試。 3.3 輸入信號(hào)及輸出信號(hào)的配置 ⑴ 輸入信號(hào)及輸入器件 PLC的輸入信號(hào)是PLC在每個(gè)掃描周期第一階段所采樣的來自現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)命令信息和設(shè)備狀態(tài)信息，是PLC在第二階段進(jìn)行邏輯運(yùn)算按控制程序產(chǎn)生輸出信號(hào)的依據(jù)。該機(jī)床加工功能所要求的輸入信號(hào)應(yīng)包括控制按鈕、位置開關(guān)、壓力繼電器、光電繼電器、主電路中的熱繼電器等開關(guān)量信號(hào)，考慮操作及調(diào)試要求還需設(shè)置工作方式選擇開關(guān)，以選擇自動(dòng)加工、進(jìn)給及退回點(diǎn)動(dòng)和主軸點(diǎn)動(dòng)等工作方式，另外還需設(shè)有急停按鈕

34、以策加工安全。為提高系統(tǒng)可靠性，減小非操作干擾因素的影響，全部采用開關(guān)量電器的動(dòng)合觸頭作輸入信號(hào)。該機(jī)床輸入信號(hào)如表1所示。 ⑵ 輸出信號(hào)及輸出設(shè)備 PLC輸出信號(hào)是PLC采樣現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)后，根據(jù)用戶程序規(guī)定的控制功能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，經(jīng)放大于第三階段刷新至輸出端的控制信號(hào)，輸出信號(hào)直接用于改變控制被控對(duì)象的工作狀態(tài)，以完成加工工藝要求規(guī)定的工作內(nèi)容。該機(jī)床輸出信號(hào)所控制的外部設(shè)備主要包括交流異步電機(jī)、液壓系統(tǒng)的閥用電磁鐵、電磁離合器、傳感器、主電機(jī)制動(dòng)裝置和LED顯示器等，本機(jī)床輸出信號(hào)如表2所示。 設(shè)計(jì)安排輸入輸出點(diǎn)時(shí)，應(yīng)在滿足控制要求的前提下注重考慮系統(tǒng)的性價(jià)比，從而減少系統(tǒng)硬件的

35、投資成本以獲得最大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。于本系統(tǒng)則可直接充分使用接觸器等強(qiáng)電電器的輔助觸頭驅(qū)動(dòng)LED顯示器，再就是正確利用軟件的方法取代硬件的功能，從而盡可能減少PLC輸入輸出點(diǎn)的數(shù)量，這也是技術(shù)改造工作中通常應(yīng)該予以考慮的問題。 3．4 輸入輸出接口電路及系統(tǒng)強(qiáng)電電路設(shè)計(jì) 3.4.1 PLC的I/O端口接線設(shè)計(jì) 根據(jù)上述的輸入輸出點(diǎn)編號(hào)即可設(shè)計(jì)出本系統(tǒng)PLC的I/O外部接線圖。因?yàn)樵趩?dòng)機(jī)床后因任何原因所導(dǎo)致的任何一個(gè)熱繼電器的過載動(dòng)作都是系統(tǒng)故障信號(hào)，所以在PLC的輸入口接線端X17點(diǎn)接入的是油泵電機(jī)、主軸電機(jī)、調(diào)節(jié)電機(jī)和電磁離合器這四個(gè)強(qiáng)電工作電器的熱繼電器常開觸頭的并聯(lián)電氣狀態(tài)信號(hào)

36、，其中任何一個(gè)電器在工作中過載都將使X17點(diǎn)激活有效，再由PLC在程序處理階段中針對(duì)X17有效進(jìn)行相應(yīng)的故障處理，由此可省下3個(gè)輸入點(diǎn)，既降低了改造成本又減少了PLC外部接線工作量而且提高了可靠性。同樣地通過使用交流接觸器的常開輔助觸頭和光電繼電器的常開觸頭控制LED顯示器，也可使系統(tǒng)接線簡(jiǎn)化并使成本降低。由于該系統(tǒng)輸出端所驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作電壓不一致，（接觸器和電磁閥等使用∽220V，光電繼電器使用＋24V，LED顯示器使用＋5V）所以應(yīng)選用輸出接線端子為共點(diǎn)分組輸出形式的PLC。本系統(tǒng)的I/O接口電路原理圖如圖5所示。 3.4.2控制系統(tǒng)強(qiáng)電電路設(shè)計(jì)

37、 本控制系統(tǒng)強(qiáng)電部分既包括一般繼電接觸電路的主電路單元，又包含有PLC輸出繼電器的輸出觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電器電磁線圈工作單元。控制電路中所有工作電器的邏輯處理全部由PLC系統(tǒng)完成，PLC在每個(gè)掃描周期第一階段采樣來自操作面的人工控制命令和來自機(jī)床設(shè)備的狀態(tài)信息，并在第二階段依據(jù)輸入端條件狀態(tài)執(zhí)行用戶梯形圖程序，完成程序規(guī)定的邏輯運(yùn)算，然后然后在第三階段將邏輯運(yùn)算結(jié)果刷新PLC輸出繼電器，再由經(jīng)刷新后的輸出繼電器的物理觸頭的閉合/斷開狀態(tài)驅(qū)動(dòng)或復(fù)位對(duì)應(yīng)的電磁線圈、LED顯示器等工作器件，從而控制機(jī)床完成工藝要求規(guī)定的一系列運(yùn)動(dòng)并同步提供機(jī)床加工動(dòng)態(tài)顯示信息。為在意外情況下能夠強(qiáng)制切斷輸出端執(zhí)行電器的工

38、作電源并防止由于供電系統(tǒng)失電后意外供電而非法接通PLC電源，避免可能發(fā)生的人身設(shè)備事故，在強(qiáng)電電路中特別的設(shè)計(jì)了由SB7、SB8和KM6組成的零壓保護(hù)電路單元，該電路單元的零壓?jiǎn)?dòng)由SB8完成并自鎖，SB7可強(qiáng)制切斷PLC系統(tǒng)工作電源和全部執(zhí)行電器電磁線圈的驅(qū)動(dòng)電源，電網(wǎng)失電再恢復(fù)時(shí)后必須人工啟動(dòng)零壓才可重新恢復(fù)PLC的運(yùn)行。在顯示電路單元，因?yàn)閳?zhí)行進(jìn)給、退回和工進(jìn)的 液壓閥用電磁鐵不可能提供同步輔助觸頭，所以進(jìn)給、退回和工進(jìn)動(dòng)作顯示由PLC的輸出繼電器物理觸頭驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的LED完成，同樣的加工方式和系統(tǒng)故障等工作狀態(tài)的顯示也由PLC輸出點(diǎn)直接驅(qū)動(dòng)LED完成，該機(jī)強(qiáng)電電路原理如圖6所示。

39、 而液壓泵電機(jī)、鏜削主電機(jī)、角位置調(diào)節(jié)電機(jī)和電磁離合器工作狀態(tài)的顯示則由相應(yīng)的交流接觸器的常開輔助觸頭驅(qū)動(dòng)LED執(zhí)行，這樣的電路方式既充分的利用了強(qiáng)點(diǎn)部分低壓電器的控制資源，又合理的節(jié)約了PLC的硬件資源，在完全不影響系統(tǒng)功能的前提下技術(shù)成本下降，提高了經(jīng)濟(jì)性。 3.5控制程序設(shè)計(jì) 3.5.1 程序結(jié)構(gòu)概況 根據(jù)該產(chǎn)品加工特點(diǎn)和精鏜加工的工藝要求，結(jié)合機(jī)床技術(shù)改造的硬件組成，擬定該機(jī)床控制程序主要包括四個(gè)控制內(nèi)容。 ①初始化程序部分 ②手動(dòng)操作程序部分 ③自動(dòng)加工程序部分 ④公共處理程序部分 3.5.2 初始化程序部分

40、 該程序主要包括油泵電機(jī)的單按鈕起?？刂?，檢測(cè)系統(tǒng)工作壓力并和PLC提供的開機(jī)初始化單周期脈沖產(chǎn)生初始化主控信號(hào)，然后完成工作臺(tái)自動(dòng)返回原點(diǎn)、夾具自動(dòng)松開等初始化操作，結(jié)束后經(jīng)延時(shí)撤消初始化主控信號(hào)使該操作僅在開機(jī)時(shí)執(zhí)行一次。其中的單按鈕油泵啟程序部分可使油泵在按鈕信號(hào)X4奇數(shù)次出現(xiàn)時(shí)油泵電機(jī)執(zhí)行啟動(dòng)，而偶數(shù)次出現(xiàn)時(shí)則執(zhí)行油泵電機(jī)停止的操作，該設(shè)計(jì)既簡(jiǎn)化了操作面板，又簡(jiǎn)化了操作方式，并且可以節(jié)約PLC的一個(gè)輸出點(diǎn)，提高了經(jīng)濟(jì)性，其設(shè)計(jì)思路是： （1）由單一啟停按鈕SB2產(chǎn)生X4輸入信號(hào)，再將X4轉(zhuǎn)換為微分信號(hào)M1。 （2）M1啟動(dòng)油泵電機(jī)輸出繼電器Y0，同時(shí)計(jì)數(shù)器C1對(duì)微分信號(hào)M

41、1進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器設(shè)定值為2。 （3）當(dāng)?shù)?次按鈕信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，計(jì)數(shù)器激活輸出，將油泵電機(jī)輸出繼電器Y0復(fù)位，同時(shí)復(fù)位計(jì)數(shù)器自身，而計(jì)數(shù)器復(fù)位后又允許Y0再次啟動(dòng)，以后的循環(huán)狀況則體現(xiàn)為技術(shù)次啟動(dòng)而偶數(shù)次斷開。 初始化部分主要的控制梯形圖如圖7所示。 3.5.3 手動(dòng)操作程序部分 該控制程序的功能是以人工手動(dòng)的方式完成工作臺(tái)雙向的手動(dòng)調(diào)整運(yùn)行，夾具手動(dòng)方式的夾緊與松開工作，主軸固定角位移量點(diǎn)動(dòng)調(diào)整等操作，其功能是為了方便完成機(jī)床故障診斷，機(jī)床維修和加工前進(jìn)行的機(jī)床調(diào)整。該程序部分的內(nèi)容包括：

42、 ①由系統(tǒng)壓力和手動(dòng)方式信號(hào)產(chǎn)生主控信號(hào) ②工作臺(tái)進(jìn)給方向的點(diǎn)動(dòng)控制 ③工作臺(tái)退回方向的點(diǎn)動(dòng)控制 ④夾具手動(dòng)夾緊與松開的控制 ⑤主軸固定角位移方式的點(diǎn)動(dòng)調(diào)整操作控制 為避免主軸點(diǎn)動(dòng)操作產(chǎn)生隨機(jī)超調(diào)則按時(shí)間原則設(shè)計(jì)主軸點(diǎn)動(dòng)控制程序，由點(diǎn)動(dòng)按鈕輸入信號(hào)X6上跳沿微分輸出M2觸發(fā)輔助繼電器M25產(chǎn)生固定時(shí)間脈寬的主電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，保證每次點(diǎn)動(dòng)均可產(chǎn)生較為準(zhǔn)確的固定的主軸角位移。手動(dòng)操作部分主要控制梯形圖如圖8所示。 3.5.4 自動(dòng)加工程序部分 自動(dòng)加工程序用于完成

43、從工件夾緊到加工結(jié)束，返回起點(diǎn)并松開夾具的全過程控制，是本控制系統(tǒng)的關(guān)鍵內(nèi)容，該程序段的程序流程質(zhì)量和程序結(jié)構(gòu)水平狀態(tài)將直接影響加工控制狀態(tài)和機(jī)床加工工作效率及鏜削工藝效果。工藝要求中關(guān)鍵的刀具角位置檢測(cè)、判斷調(diào)整及加工過程所要求的機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的加工運(yùn)動(dòng)工作循環(huán)和各工作電機(jī)的中作方式的時(shí)序管理控制等全部工作內(nèi)容均在自動(dòng)加工方式的程序段中執(zhí)行。其控制流程圖如圖9所示。 圖10控制梯形圖 按該自動(dòng)加工控制流程所設(shè)計(jì)的控制梯形圖如圖10所示。 自動(dòng)方式加工控制梯形圖設(shè)計(jì)幾點(diǎn)說明： （1）方式主控母線的

44、確定 由自動(dòng)加工方式信號(hào)X12和系統(tǒng)壓力正常輸入信號(hào)X14（KP1常開觸頭閉合狀態(tài)信號(hào)）的與運(yùn)算結(jié)果M201產(chǎn)生自動(dòng)方式加工主控母線，同時(shí)該與運(yùn)算結(jié)果點(diǎn)亮自動(dòng)加工方式的LED顯示器。 （2）加工流程的梯形圖控制內(nèi)容要點(diǎn) ①加工啟動(dòng)信號(hào)X5復(fù)位輸出繼電器Y10，使二位四通電磁閥的電磁鐵DT4失電而壓緊工件，這種失電壓緊的工作方式可有效的避免加工中因電磁鐵意外失電致使松開工件而引發(fā)的事故； ②當(dāng)工件確實(shí)壓緊時(shí)，壓緊油缸上腔壓力上升而使壓力繼電器KP2常開觸頭閉合 輸入信號(hào)X15產(chǎn)生加工啟動(dòng)單脈沖M60，并由M60產(chǎn)生進(jìn)給中間驅(qū)動(dòng)信號(hào)M30，至終點(diǎn)X3結(jié)束； ③ 職工進(jìn)點(diǎn)信號(hào)X2時(shí)，

45、激活工進(jìn)輸出Y7和主軸啟動(dòng)中間驅(qū)動(dòng)信號(hào)M26，至終點(diǎn)X3結(jié)束； ④ 終點(diǎn)單脈沖M61激活T3為主電機(jī)制動(dòng)緩沖延時(shí)1S，1S到激活能耗制動(dòng)輸出繼電器Y3，再由T4執(zhí)行2S延時(shí)，2S到復(fù)位制動(dòng)繼電器Y3并由Y3的下跳沿產(chǎn)生角位置檢測(cè)調(diào)整主控母線信號(hào)M202。 （3）角位置檢測(cè)調(diào)整控制 角位置不正確的信號(hào)Y16—將激活調(diào)節(jié)電機(jī)和電磁離合器的驅(qū)動(dòng)輸出繼電器Y2、Y3，執(zhí)行角位置調(diào)節(jié)操作，若角位置正確或調(diào)整至正確，則Y2和Y3復(fù)位停止且角位置正確信號(hào)Y16置位工作臺(tái)退回的中間驅(qū)動(dòng)信號(hào)M24，至工作臺(tái)退回起點(diǎn)X1處時(shí)，產(chǎn)生的單脈沖M25復(fù)位清除退回驅(qū)動(dòng)信號(hào)M24，此時(shí)角位置調(diào)節(jié)母線（

46、N1級(jí)）結(jié)束，返回上一級(jí)自動(dòng)加工控制母線（N0級(jí)）。 （4）松開夾具，主控結(jié)束 返回自動(dòng)加工控制母線后，返回起點(diǎn)X1的單脈沖使夾緊油路二位四通電磁閥電磁鐵DT4得電，弧形壓板上升抬起，工件松開，一個(gè)完整的鏜削加工自動(dòng)循環(huán)結(jié)束。 3.5.5公共處理程序部分 本程序部分的3點(diǎn)基本功能是： ① 對(duì)在不同工作方式程序中產(chǎn)生的具有完全相同動(dòng)作內(nèi)容的中間輔助驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的邏輯組合，再將邏輯運(yùn)算結(jié)果驅(qū)動(dòng)目標(biāo)物理輸出繼電器，從而使不同方式程序段可共用同一的輸出繼電器并且不會(huì)出現(xiàn)重復(fù)輸出語法錯(cuò)誤。 ② 執(zhí)行工作臺(tái)進(jìn)

47、、退、工件夾緊有效和液壓系統(tǒng)壓力異常故障的顯示驅(qū)動(dòng)（工作進(jìn)給、自動(dòng)方式、手動(dòng)方式的顯示驅(qū)動(dòng)在自動(dòng)及手動(dòng)方式程序中）。 ③ 加工中意外狀態(tài)時(shí)的急停處理。 為防止閥用電磁鐵電路在夾緊工作過程中因故障失電松開而產(chǎn)生意外，采取Y10=0電磁鐵失電時(shí)為夾緊狀態(tài)而Y10=1電磁鐵得電時(shí)為松開狀態(tài)。 因該機(jī)為專用鏜加工機(jī)床，功能較專用化，在故障顯示處理時(shí)強(qiáng)調(diào)： ① 在系統(tǒng)工作壓力低于溢流閥設(shè)定工作壓力 ② 夾緊油缸的上腔夾緊壓力低于減壓閥設(shè)定壓力 ③ 液壓泵電機(jī)、鏜削電機(jī)、角位置調(diào)節(jié)電機(jī)和電磁離合器強(qiáng)電電器過載 ④ 其他工作電器的工作狀態(tài)的LED顯示器也同時(shí)提供相應(yīng)的故障信息。 當(dāng)以上幾種情

48、況出現(xiàn)時(shí)，有對(duì)應(yīng)的LED顯示器給出相應(yīng)的故障信息。 當(dāng)急停按鈕X0按下時(shí)，其微分輸出信號(hào)M3鎖定特殊輔助繼電器M8034而禁止一 切輸出，使所有的運(yùn)動(dòng)立即停止，只有在轉(zhuǎn)為手動(dòng)方式后，手動(dòng)主令信號(hào)X13的微分輸出M4才可解除M8034的禁止輸出鎖定并轉(zhuǎn)為手動(dòng)調(diào)整以排除故障，這樣的禁止一切輸出狀態(tài)在任一電機(jī)等強(qiáng)電電器過載熱繼電器動(dòng)作時(shí)同樣產(chǎn)生。公共處理部分主要控制梯形圖如圖11所示。 4．設(shè)計(jì)小節(jié) 4.1設(shè)計(jì)內(nèi)容小節(jié) 1．在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)剖分式對(duì)開滑動(dòng)軸承內(nèi)孔精鏜機(jī)床的加工工藝要求和機(jī)床鏜削加工的工藝過程作了全面地分析，通過剖析討論，充分而深刻的認(rèn)識(shí)到加工工藝裝備

49、的技術(shù)關(guān)鍵和控制難點(diǎn)，并通過對(duì)角位置檢測(cè)和調(diào)整的技術(shù)意義和技術(shù)難度的涉及分析，為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路奠定基礎(chǔ)。 2．調(diào)研分析了機(jī)床布局和總體結(jié)構(gòu)，機(jī)床液壓系統(tǒng)的組成和工作原理，尤其是機(jī)床夾緊機(jī)構(gòu)的要求和工作特點(diǎn)，明確了采用夾緊液壓回路的二位四通電磁閥的閥用電磁鐵采用失電夾緊而得電松開在安全方面的特別意義，為該部分的PLC梯形圖設(shè)計(jì)做好理論準(zhǔn)備。 3．設(shè)計(jì)中研究分析了機(jī)床主軸角位置檢測(cè)控制的方式方法，通過對(duì)各種不同角位置調(diào)整操作形式的對(duì)比分析，結(jié)合本機(jī)床的實(shí)際工藝要求和經(jīng)濟(jì)的控制進(jìn)度考慮，擬定了切實(shí)可行的剖分式對(duì)開滑動(dòng)軸承內(nèi)孔表面精鏜機(jī)床主軸準(zhǔn)?？刂品桨?，方案包括兩個(gè)方面，一個(gè)是主軸角位置的傳

50、感檢測(cè)，一個(gè)是主軸角位置的驅(qū)動(dòng)調(diào)整。 針對(duì)此類專用機(jī)床，主軸角位置采用光電檢測(cè)傳感裝置，簡(jiǎn)單可靠，抗干擾性能好并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用，經(jīng)濟(jì)。 主軸角位置調(diào)整驅(qū)動(dòng)則采用大減速比的諧波減速器和電磁離合器獲取、傳送低轉(zhuǎn)速的主軸調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)十分緊湊，體積小，重量輕，效率高，方便實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制。 4．控制系統(tǒng)采用FX2系列PLC裝置完成機(jī)床液壓系統(tǒng)的工作過程，主軸角位置檢測(cè)、調(diào)整、工件夾緊松開及的系統(tǒng)控制；分析、統(tǒng)計(jì)、編制了PLC的輸入器件和輸出設(shè)備的種類、數(shù)量以及對(duì)應(yīng)的PLC輸入、輸出繼電器的編號(hào)明細(xì)表；設(shè)計(jì)了PLC的輸入輸出接口電路；設(shè)計(jì)繪制了自動(dòng)加工控制功能流程圖；設(shè)計(jì)繪制了初始化、手

51、動(dòng)調(diào)節(jié)控制、自動(dòng)加工控制和公共處理控制四個(gè)主要的控制梯形圖。PLC控制系統(tǒng)具有可調(diào)、可改、可變換的控制柔性，控制功能強(qiáng)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，改造周期短，性價(jià)比高。 5．對(duì)剖分式對(duì)開滑動(dòng)軸承內(nèi)孔表面精鏜機(jī)床主軸準(zhǔn)停控制的設(shè)計(jì)全過程作了簡(jiǎn)要明確的文字說明，全文附有11張?jiān)O(shè)計(jì)圖樣： ⑴ 圖1 機(jī)床組成結(jié)構(gòu)原理圖 ⑵ 圖2 機(jī)床液壓系統(tǒng)原理圖 ⑶ 圖3 角位置光電檢測(cè)裝置原理圖 ⑷ 圖4 角位置調(diào)整裝置 ⑸ 圖5 PLC的I/O接口原理圖 ⑹ 圖6 強(qiáng)電電路原理圖 ⑺ 圖7 初始化控制梯形圖 ⑻ 圖8 手動(dòng)操作控制梯形圖 ⑼

52、圖9 自動(dòng)加工控制流程圖 ⑽ 圖10 自動(dòng)加工控制梯形圖 ⑾ 圖11 公共處理控制梯形圖 全文附有2張圖表： ⑴ 表1 PLC輸入信號(hào)一覽表 ⑵ 表2 PLC輸出信號(hào)一覽表 4.2本次畢業(yè)設(shè)計(jì)體會(huì)與建議 （1）在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我更清楚的認(rèn)識(shí)到機(jī)電一體化的應(yīng)用，這種清晰的專業(yè)思路取締了剛?cè)雽W(xué)學(xué)習(xí)公共課和專業(yè)基礎(chǔ)課時(shí)的迷茫和朦朧感，我認(rèn)為本專業(yè)制定的教學(xué)大綱所作的學(xué)科建設(shè)設(shè)計(jì)和課程體系建設(shè)是科學(xué)的、完整的，學(xué)科知識(shí)體系是完整的、合理的，全部課程的學(xué)習(xí)和考核，為我們將來的定位和發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 （2）通過本次機(jī)電液一體化綜合畢業(yè)設(shè)計(jì)，也使我們進(jìn)一步認(rèn)

53、識(shí)到機(jī)電一體化專業(yè)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在制造業(yè)中的重要作用和深遠(yuǎn)意義，更加激起了我們對(duì)本專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣和熱情，通過本設(shè)計(jì)也使我們初步體驗(yàn)到我們自身專業(yè)的作用、意義和價(jià)值，使我們對(duì)今后的專業(yè)技術(shù)應(yīng)用和專業(yè)發(fā)展方向有了明確的體會(huì)和認(rèn)識(shí)，我們有足夠的理由相信在今后的工作中，通過不懈的認(rèn)真學(xué)習(xí)和努力實(shí)踐，一定會(huì)取得扎實(shí)的，一步一個(gè)腳印的，有效的，有實(shí)際意義的更理想的成績(jī)。 （3）本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，尤其是類似本設(shè)計(jì)課題的機(jī)電液一體化類型的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)幫助下，通過整個(gè)設(shè)計(jì)過程的認(rèn)真的調(diào)研、查閱資料、分析問題、討論方案、擬定提綱、撰寫文稿、繪制圖樣、反復(fù)的斟酌、修改、編輯最終完成全部設(shè)計(jì)任務(wù)，

54、我們體會(huì)到從開始到結(jié)束的全過程是真正的將3年所學(xué)的相關(guān)專業(yè)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行了一次系統(tǒng)的完整的全面地復(fù)習(xí)和綜合練習(xí)，專業(yè)理論知識(shí)的融會(huì)貫通，理論知識(shí)和課題實(shí)際內(nèi)容的有機(jī)聯(lián)系形式的方針訓(xùn)練和模擬實(shí)戰(zhàn)，的確使我們對(duì)本專業(yè)的專業(yè)建設(shè)特點(diǎn)，專業(yè)應(yīng)用意義有了更深層面的理解，更為充分的認(rèn)識(shí)。 （4）在指導(dǎo)教師的幫助下，通過全過程設(shè)計(jì)活動(dòng)，鍛煉了我們的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）實(shí)際操作水平，文字處理水平，提高了我們分析機(jī)電液一體化技術(shù)問題問題、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、PLC系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)的分析能力及設(shè)計(jì)水平，尤其是采用先進(jìn)的PLC控制技術(shù)完成工藝過程復(fù)雜、加工精度要求很高、設(shè)備工作控制要求難度很大的機(jī)電液一

55、體化的系統(tǒng)控制，設(shè)計(jì)結(jié)束后的體會(huì)就是在3年學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了很大的、質(zhì)的飛躍，使我們對(duì)今后進(jìn)入工作環(huán)境，走向工作崗位深感自信，充滿信心深深地相信，堅(jiān)信以此為良好的起點(diǎn)，通過持之以恒、堅(jiān)持不懈的努力學(xué) 習(xí)，通過踏實(shí)認(rèn)真、勤奮求實(shí)的刻苦實(shí)踐，一定會(huì)在工作實(shí)踐中做出優(yōu)異的成績(jī)，交給母校和老師們一份滿意的答卷。 （5）幾點(diǎn)建議： ① 希望在以后的專業(yè)課程教育進(jìn)程中，分組分題，專組專題，輪換題目，做具有強(qiáng)烈針對(duì)性的業(yè)余的類似本設(shè)計(jì)課題的機(jī)電一體化工程性質(zhì)類的課程設(shè)計(jì)，使大家在有限的學(xué)習(xí)時(shí)段中有更多的了解、接觸、分析和針對(duì)具體的實(shí)踐性較強(qiáng)的工程問題進(jìn)行技術(shù)改造技術(shù)進(jìn)步性質(zhì)的設(shè)計(jì)活動(dòng)，結(jié)束后各組相互研

56、討調(diào)整糾正以達(dá)到最高效果，如此對(duì)提高我們的專業(yè)素質(zhì)，實(shí)踐能力將起到十分強(qiáng)勁的促進(jìn)作用。 ② 在教學(xué)過程中滲透實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，多參加個(gè)公司，部門的設(shè)計(jì)研討，提高大家的學(xué)習(xí)積極性和工作經(jīng)驗(yàn)。 ③ 如有可能，最好直接參與指導(dǎo)教師的科研課題活動(dòng)，在一定的經(jīng)濟(jì)條件支持下，在指導(dǎo)老師的幫助和具體指導(dǎo)下，完成研究項(xiàng)目的某些具體的研究活動(dòng)，對(duì)我們的專業(yè)水平的提高，科研探求能力的發(fā)揮所起到的推動(dòng)作用不言而喻是十分積極的。 參 考 文 獻(xiàn) 1 鄧志良，劉維亭編著.電器控制技術(shù)與PLC.南京：東南大學(xué)出版社，2002 2

57、 鄭堤，唐可洪 .機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997 3 孫志永，趙硯江.數(shù)控與電控技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 4 邱士安，胥宏.機(jī)電一體化技術(shù).西安：西安電子科技大學(xué)出版社 2005 5 林明海主編.電器控制及可編程控制器. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 6 張鳳珊主編. 電器控制及可編程控制器. 北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2002 7 王炳實(shí)主編.機(jī)床電器控制. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998 24