机加工自动线控制系统.doc
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1、目 录第1章 工程实践训练的目的与任务 11.1 目的 11.2 任务 1第 2 章 机加工自动线的用途、基本组成和工作原理 32.1 机加工自动线的用途 32.2 机加工自动线的基本组成和工作原理 3 2.2.1 机械部分的基本组成和工作原理 32.2.2 液压部分的基本组成和工作原理 42.2.2.1 机加工自动线输送带液压部分工作原理 92.2.2.2 定位、夹紧机构液压部分工作原理 92.2.2.3 铣端面动力头液压传动部分工作原理 10第3章 自动线控制系统的组成及其各电器元件的作用 12第 4 章 机加工自动线控制系统的操作训练 154.1 操作前的准备 154.2 全线全自动方式
2、下的操作 154.3 全线半自动方式下的操作 164.4 手动方式下的操作 174.5 停止运行的操作 17第5章 机加工自动线控制系统的编程及其调试训练 185.1 编程训练 185.2 程序的调试训练 23 5.2.1 将程序写入PLC的内存中 23 5.2.2 程序的调试 23第6章 机加工自动线控制系统的故障诊断训练 24第7章 工艺图纸的设计 26心得体会 27第1章 工程实践训练的目的与任务1.1 目的生产自动化是科学技术不断进步和生产高度发展的产物,是一种理想的生产形式。在大批量生产条件下,由于产品品种单一,产品结构稳定,而且产量大,一般都具备有工步、工序自动化和流水作业的基础,
3、建立自动线使产品零件加工工艺过程自动化是少品种大批量生产实现自动化的一种良好方式。因此,在机械行业,机械加工生产自动线已成为一种常见的自动化生产形式。 自动线由基本工艺设备及工件传送系统、控制系统组成。其中,控制系统的设计、安装、调试和维护是电气化技术人员的岗位职责。 自从1969年DEC公司研制出PLC。并首次用于美国通用汽车公司的汽车自动装配线以来,PLC得到了迅速的发展,在工业控制方面得到了广泛的应用。PLC控制已基本取代了过时的继电接触器控制。PLC应用技术也成为电气化专业学生必需掌握的技术之一。本系统旨在为学生进行机加工自动线电气控制系统的运行、调试和维护提供一个实训环境。通过操作、
4、调试、排障等工程实训,使学生熟悉机加工生产自动化的运行,掌握自动线PLC控制系统的布线工艺、调试和维护方法,增强PLC的工程应用能力,为将来从事PLC应用方面的技术工作打下基础。1.2 任务本项目的训练内容分为设计训练、操作训练和故障排除训练三个方面。本项目的设计训练内容包括机加工自动线控制台电气工艺图的设计训练,机加工自动线PLC控制程序的设计调试训练两个方面。机加工自动线PLC控制程序的设计调试训练内容包括:(1)PLC控制系统程序的总体结构图的设计。(2)PLC控制系统公用程序(只含一个工位)的设计调试。(3)PLC控制系统手动程序(只含一个工位)的设计调试。(4)PLC控制系统单机半自
5、动程序(只含一个工位)的设计调试。(5)PLC控制系统全线单周/连续循环(只含一个工位)的设计调试。(6)PLC控制系统信号显示和故障报警程序(只含一个工位)的设计调试。一般来说,调试运行应完成以下几项任务: 通过调试运行,检查和纠正PLC用户程序中的错误,使之满足生产机械提出的各项工艺要求。 通过调试运行,检查和纠正PLC I/O接线及其它接线中的错误。 通过调试运行,调整定时器、计数器和压力继电器等的设定值,使之更加符合工艺要求。 通过调试运行,调整各行程开关的安装位置,各行程开关究竟应调整到什么位置合适,应以保证各机械运动部件在工作过程中不发生碰撞,刀具对工件的加工位置准确,对工件的加工
6、精度符合设计要求为准。第2章 机加工自动线的用途、基本组成和工作原理2.1 机加工自动线的用途机加工自动线可对工件进行铣端面、钻孔、检查、扩孔、镗孔、攻丝、转位、钻深孔等工序进行加工。由于机加工自动线各动力头具有“在线/离线”选择功能,故可对加工工件进行其中一种或几种甚至全部工序的加工,因此,机加工自动线适用的加工范围广泛。另外,机加工自动线拥有全线单周/连续循环、单机半自动/手动和全线自动回原点五种工作方式,用户可根据需要选择其中工作方式运行机加工自动线,这样就大大增加了对机加工自动线操作的灵活性。2.2 机加工自动线的基本组成和工作原理本系统由计算机仿真子系统、接口子系统、PLC控制系统、
7、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
8、动力头滑台的快进工进快退,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。冷却泵由一台电动机拖动。铣端面 钻孔 检查 扩孔 镗孔 攻丝 转位 钻深孔图1 机加工自动线平面面面布置图2.2.2 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PLC I/O接
9、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。图 3 机加工自动线控制系统PLC输入接线图图 4 机加工自动线控制系统PLC输入接线图图 5 机加工自动线液压传动系统原理图 2.2.2.1 机加工自动线输送带液压部分工作原理图 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,则压力油的流动路线为:油泵排出的油单向阀液动换向阀行程节流阀油缸10无活塞杆腔。回油路线为:油缸10 有活塞杆腔液动换向阀油箱。于是油缸10 中的活塞向前,将工件输送到加工
10、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:油泵单向阀电磁换向阀111217号定位油缸的无活塞杆腔。回油路线为:各定位油缸有活塞杆腔电磁换向阀11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1217的大腔中的压力上升到压力继电器KP3的
11、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1924号夹紧油缸的有活塞杆腔电磁换向阀油箱。回油路线为:各夹紧油缸有活塞杆腔电磁换向阀18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1924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
12、工过程中,工作都处在定位、夹紧状态。图7 定位、夹紧机构液压传动部分原理图2.2.2.3 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
13、。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
14、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
15、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
16、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
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