两工位钻孔_攻丝组合机床液压控制系统的设计.doc

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1、湖南工业职业技术学院Hunan Industry Polytechnic题目组合机床的可编程控制系统设计系名称电气工程系专业及班级 机电一体化7班学生姓名杨大坚学号指导教师柳青 陈智摘 要 本课题主要研究的是用PLC控制的两工位钻孔攻丝组合机床的运作。 两工位钻孔攻丝组合机床经系统通电后能自动完成工件的钻孔和攻丝加工，此机床主要由床身、移动工作台、夹具、钻孔滑台、钻孔动力头、攻丝滑台、攻丝动力头、滑台移动控制凸轮和液压系统组成。工作台的移动包括左移、右移及夹具的动作包括加紧和放松，钻孔滑台的移动包括前移和后移，均由液压系统执行，其中钻孔滑台和攻丝滑台的移动是通过控制凸轮来控制滑台移动液压系统的

2、液压阀实现的，电气系统不参与。只需启动控制凸轮点击即可，但要注意凸轮转动的周期。该系统由PLC的控制，工作台和滑台的移动将严格的按规定的时序同步进行，使两种运动密切配合，提高实际生产的工作效率。关键词 组合机床 PLC控制 程序编程 调试 前 言1第一章 组合机床设计简介21.1 组合机床加工方式21.2 组合机床的发展史21.3 组合机床部件分类21.4 组合机床的发展31.5 在中小批量生产中组合机床是如何应用的3第二章 可编程控制器的概述52.1可编程序控制器的由来52.2 可编程序控制器的特点52.3可编程序控制器的应用领域72.4可编程序控制器的发展趋势72.5 PLC的基本结构72

3、.6 PLC的基本技术特性9第三章 两工位攻丝钻孔组合机床的设计113.1 两工位攻丝钻孔组合机床示意图如下113.2 两工位攻丝钻孔组合机床的控制要求113.3 动力滑台液压系统的工作原理133.4液压缸参数的计算143.5各缸工作循环时的工作参数表163.6 液压系统的发热和温升验算：173.7组合机床控制系统设计17第四章 系统调试214.1 FXGP/WIN软件应用21总 结23致 谢25参考文献26前 言 组合机床 transfer and unit machine 组合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。 二十世纪

4、70 年代以来 随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展 组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05毫米1000毫米表面粗糙度可低达0.63微米镗孔精度可达IT76级孔距精度可达 0.02微米。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用逐步发展成为通用部件因而产生了组合机床。 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

5、格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。组合机床是以通用部件为基础配以按工件特定外形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。它一般采用多轴、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。因此组合机床兼有低成本和高效率的优点 在大批、大量生产中得到广泛应用 并可 用以组成自动生产线。 组合机床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件。加工时工件一般不旋转由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰 孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的

6、组合机床采用车削头夹持工件使之旋转由刀具作进给运动也可实现某些回转体类零件 ( 如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重 复使用逐步发展成为通用部件因而产生了组合机床。 第一章 组合机床设计简介 组合机床（transfer and unit machine）组合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。 1.1 组合机床加工方式 组合机床一般采用多轴、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

7、要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。 组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。 1.2 组合机床的发展史 二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣

8、削平面的平面度可达0.05毫米1000毫米，表面粗糙度可低达2.50.63微米；镗孔精度可达IT76级，孔距精度可达O.03O.02微米。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。 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。 1.3 组合机床部件分类 通用部

9、件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。 支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。 输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。 控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。 1.4 组合机床的发展 为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构

10、和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。 组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。 1.5 在中小批量生产中组合机床是如何应用的 组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形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。它一般采用多轴、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

11、计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。 组合机床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持 工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。 最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工

12、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。 通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。 为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式

13、组合机床。 组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。第二章 可编程控制器的概述 可编程序控制器是以微处理器为核心的工业自动控制通用装置，其种类繁多，不同厂家的产品各有特点，且有一定的区别，但作为工业标准设备，可编程序控制器具有一定的共性。2.1可编程序控制器的由来 20世纪60年代，人们曾试图用小型计算机来实现工业控制代替传统的继接触器控制，但因价格昂贵、输入输出电路布匹配、编程复杂等原因，而没能得到推广和应用。60年代末，美国通用汽车公司（GM）为了适应汽车型号不

14、断翻新的需要，提出需要有这样一种靠在设备，即它的继电控制系统设计周期短，更改容易，接线简单，成本低；它能把计算机的许多功能和继电控制系统结合起来，但编程又比计算机简单易学，操作方便；系统通用性强。 1969年美国DEC公司研制出第一台可编程控制器，用在GM公司生产线上获得成功。其后日本、德国等相继引入，可编程控制器迅速发展起来。这一时期它主要用于顺序控制。虽然也采用了计算机的设计思想，但实际上只能进行逻辑控制，故称为“可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Cntroller)”，简称为PLC。2.2 可编程序控制器的特点 （1）抗干扰能力强，可靠性高 继电接触器控制系统虽有

15、较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触头，使设备连线复杂，由于器件的老化、脱焊、触头的抖动及触头在开闭时受电弧的损害大大降低了系统的可靠性。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂的连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。 微机虽然具有很强的功能，但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰，电源波动，机械振动，温度和湿度的变化，都可能使一般通用微机不能正常工作。而 PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产控制经验，主要模块均采用了大规模与超大规模集成电路，I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都

16、有精确考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施。所有这些使PLC具有较高的抗干扰能力，目前各生产厂家生产的PLC，平均无故障时间都大大超过了IEC规定的10万小时，有的甚至达到了几十万小时。 （2）控制系统结构简单、通用性强、应用灵活 PLC产品均成系列化生产，品种齐全，外围模块品种也多，可由各种组件灵组合成各种大小和不同要求的控制系活统。在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子上接入相应的输入、输出信号线即可，不需要诸如继电器之类的物理电子器件和大量而又繁杂的硬接线线路。当控制要求改变，需要变更控制系统功能时，可以用编程器在线或离线

17、修改程序，修改接线的工作量是很小的。同一个PLC装置用于不同的控制对象，只是输入、输出组件和应用软件不同而已。 （3）编程方便，易于使用 PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，直观易懂，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，深受现场电气技术人员的欢迎，近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言，也称功能图，使编程更加简单方便。 （4）功能完善，扩展能力强 PLC中含有数量巨大的用于开关量处理的继电器类软元件，可轻松地实现大规模的开关量逻辑控制，这是一般的继电器控制所不能实

18、现的。PLC内部具有许多控制功能，能方便地实现D/A、A/D转换及PID运算，实现过程控制、数字控制等功能。PLC具有通信联网功能，他不仅可以控制一台单机，一条生产线，还可以控制一个机群，许多条生产线。他不但可以进行现场控制，还可以用于远程控制。 （5）LC 控制系统设计、安装、调试方便 PLC中相当于继电接触器系统中的中间继电器、时间继电器、计数器等“软元件”数量巨大，硬软件齐全，且为模块化积木式结构，并已商品化，故可按性能、容量（输入、输出点数、内存大小）等选用组装。又由于用软件编程取代了硬接线实现控制功能，使安装接线工作量大大减小，设计人员只要有一台PLC就可进行控制系统的设计并可在实验

19、室进行模拟调试。而继电接触器系统需在现场调试，工作量大且繁难。 （6）维修方便，维修工作量小 PLC具有完善的自诊断，履历情报存储及监视功能。对于其内部工作状态、通信状态、异常状态和I/O点的状态均有显示。工作人员通过他可查出故障原因，便于迅速处理，及时排除。 （7）结构紧凑、体积小、重量轻，易于实现机电一体化。由于PLC 具有上述特点，使得PLC获得极为广泛的应用。2.3可编程序控制器的应用领域 数字量逻辑控制 运动控制 闭环过程控制 数据处理 通信联网2.4可编程序控制器的发展趋势 向高性能，高速度、大容量发展 大力发展微型可编程序控制器 大力开发智能型lO模块和分布式IO子系统 基于个人

20、计算机的编程软件取代手持式编程器 可编程序控制器编程语言的标准化 可编程序控制器通信的易用化和“傻瓜化” 可编程序控制器的软件化与Pc化 组态软件引发的七位计算机编程革命 可编程序控制器与现场总线相结合2.5 PLC的基本结构 目前PLC生产厂家很多，产品结构也各不相同，但其基本组成部分如图2.1所示。可以看出来，PLC采用了典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和I/O接口电路等。其内部采用总线结构进行数据和指令的传输。如果把PLC看做一个系统，该系统由“输入变量PLC输出变量”组成。外部各自开关信号、模拟信号以及传感器检测的各种信号均可作为PLC的输入变量；它们经PLC外部输入端

21、子输入到PLC内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其它各种运算处理后送到到输出端子，它们是PLC的输出变量；由这些输出变量对外围设备进行各种控制。因此也可以把PLC看做一个中间处理器或变换器，它将工业现场的歌种输入变量转换为能控制工业现场设备的各种输出变量。 图2.1 PLC的典型结构 （1） CPU CPU是计算机中央处理器的英文缩写。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。它作为整个PLC的核心，起着总指挥和总调度的作用。它主要完成以下功能：将输入信号送入PLC中存储起来按存放的先后顺序取出用户指令，进行编译完成用户指令规定的各种操作将结果送到输出端响应各种外围设备（如编程器、打印机等）

22、的请求目前PLC中所用的CPU多为单片机，在高档机中已采用16位甚至32位的CPU。 （2） 存储器 存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其他一些信息。PLC内部存储器有两类：一类是RAM（即随机存取存储器）可以随时由CPU对它进行读出、写入；一类是ROM（即只读存储器），CPU只能从中读取而不能写入。RAM主要用来存放各种暂存的数据、中间结果及用户程序。ROM主要用来存放监控程序及系统内部数据，这些程序及数据在出厂时已固化在ROM芯片中了。 在PLC中，为了读写修改方便，其用户程序通常是放在RAM中。为了防止用户的程序在PLC断电时丢失，采用锂电池保持，一

23、般可以保持5-10年时间。 （3） I/O模块 输入（Input）模块和输出（Output）模块简称I/O模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。 输入模块用来接收和采集输入信号。数字量（或开关量）输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的数字输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器，测速发电机和各种变送提供的连续变化的模拟量电流电压信号。数字量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、批示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备。模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。 CPU模块的工作电压一般是DC5V，而PL

24、C的输入/输出信号电压一般较高，如DC5V和AC220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或影响PLC的正常工作。在I/O模块中，用光电耦合器、小型继电器等器件来隔离外部输入电路和负载。I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。 （4） 电源 PLC电源一般指将外部交流电经整流、滤波、稳压转换成满足PLC中CPU、存储器、I/O接口等内部电路工作所需要的直流电源或电源模块。为避免电源干扰，接口电路的电源回路彼此相互独立。 （5） 编程工具 编程工具用来生成用户程序，并对它进行编辑、检查和修改。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，

25、因此又叫做指令编程器。它的体积小，价格便宜，一般用来给小型PLC编程，或者用来现场调试和维修。 使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同的编程语言的相互转换。程序被编译后下载到PLC，也可以实现远程编程和传送。 可以用编程软件设置PLC内部的各种参数。通过通信，可以显示梯形图中触点和线圈的通断情况，以及运行时PLC内部的各种参数，对于查找故障非常有用。 （6） I/O扩展接口 若主机单元（带有CPU）的I/O点数不够用，可以进行I/O扩展，即通过I/O扩展接口电缆与I/O扩展单元（不带CPU）相接，以扩充I/O点数。A/D、D/A单元一般也

26、通过接口与主机单元相接。2.6 PLC的基本技术特性 （1） 输入/输出点数（即I/O点数） 这是PLC最重要的一项技术指标。所谓I/O点数，即是PLC外部的输入、输出端子数。这些端子可以通过螺钉或电缆端口与外部设备相连，它直接决定了PLC能控制的输入与输出量的多少，即控制系规模的大小。 （2）程序容量 一般以PLC所能存放用户程序的多少来衡量。在PLC中程序时按“步”存放的（一条指令少则1步多则十几步），一“步”占用了一个地址单元，一个地址单元占两个字节。如日本三菱公司F1系列PLC的程序容量为1000步，可以推知其程序容量为2k字节；FX2N系列PLC的程序容量为8000步，16k字节。

27、（3）扫描速度 PLC工作时时按照扫描周期进行循环扫描的，所用扫描周期的长短决定PLC的运行速度的快慢。因扫描周期的长短取决于多种因素，故一般用执行1000步指令所需时间作为衡量PLC速度快慢的一项招标，称为扫描速度，单位为“ms/k”。扫描速度有时也用执行一步指令所需的时间来表示，单位为“s/步”。 （4）指令条数 这是衡量PLC软件功能强弱的主要指标。PLC具有的指令种类越多，说明其软件功能越强。 （5）内部继电器和寄存器 PLC内部有许多继电器和寄存器，用以存放变量状态、中间结果、数据等，还有许多具有特殊功能的辅助继电器和寄存器，如定时器、计数器、系统寄存器、索引寄存器等。用户通过使用它

28、们，可简化整个系统的设计。因此内部继电器、寄存器的配置情况是衡量PLC硬件功能的一个指标。 （6）编程语言及编程手段 编程语言一般分为梯形图、助记符语句表、状态转移图、控制流程图等几类，不同厂家的PLC编程语言类型有所不同，语句也各异。编程手段主要指用何种编程装置，编程装置一般分为手持式编程器和带有相关软件的计算机两种。 （7）高级（功能）模块 PLC除了主控模块外，还可以配接各种高级模块。主控模块实现基本控制功能，高级模块则可以实现某种特殊功能。高级模块的种类及其功能的强弱常用来衡量PLC产品的技术水平高低。目前各厂家开发的高级模块种类繁多，主要有以下一些：A/D、D/A、高速计数、高速脉冲

29、输出、PID控制、模糊控制、运动控制、网络通信以及各种物理量转换模块等这些高级模块使PLC不但能进行开关量顺序控制，而且能进行模拟量控制以及精确的速度和定位控制，特别是网络通信模块的迅速发展，使得PLC可以充分的利用计算机和互联网的资源，实现远程监控。第三章 两工位攻丝钻孔组合机床的设计 3.1 两工位攻丝钻孔组合机床示意图如下图3.1 3.2 两工位攻丝钻孔组合机床的控制要求 （1）工位钻孔两攻丝组合机床主要加工工艺及控制要求如下： 系统通电自动启动液压泵电机M1，若机床各部分在原位工作台在钻孔工位SQ1动作，钻孔滑台在原 位SQ2动作，攻丝滑台在原位SQ3动作，并且液压泵系统压力正常压力继

30、电器 PV 动作，原位指示灯HL1亮。 将工件放在工作台上按下启动按钮SB，夹紧电磁阀YV1得电，液压系统控制夹具将工件夹紧，与此同时控制凸轮电机M2得电运转，当夹紧限位SQ4动作后表明工件已经被夹紧。 启动钻孔动力头电机M3，且由于凸轮电机M2运转控制凸轮控制相应的液压阀使钻孔滑台前移进行钻孔加工。当钻孔滑台达到终点时SQ5动作，钻孔滑台自动后退到原位时停M3同时停止。 等到钻孔滑台回到原位后，工作台右移电磁阀YV2得电，液压系统使工作台 右移，当工作台到攻丝工位时限位开关SQ6动作工作台停止。启动攻丝动力头电机M4正转，攻丝滑台开始前移进行攻丝加工当攻丝滑台到终点时终点限位SQ7 动作，制

31、动电磁阀DL得电，攻丝动力头制动0.3S后攻丝动力头电机M4反转，同时攻丝滑台由控制凸轮控制使其自动后退。 当攻丝滑台后退到原位时攻丝动力头电机M4停，凸轮正好运转一个周期凸轮电机M2停，延时3S后左移电磁阀YV3得电，工件台左移到钻孔工位时停。放松电磁阀YV4得电，放松工件放松限位SQ8动作后，停止放松。原位指示灯亮取下工件加工过程完成。 注意：在加工过程中，应启动冷却泵电机M5,供给冷却液。两个滑台的移动，是通过控制凸轮来控制滑台移动液压系统的液压阀实现的，电气系统不参与。（只需启动控制凸轮电机M2即可。(3) 电磁铁行程阀动作顺序图液压缸工作循环信号来源电磁铁行程阀YV1YV2YV3YV

32、4AB夹紧缸夹紧启动按钮SB+-钻孔快进凸轮M2运转-钻孔工进行程阀A动作-+-钻孔快退凸轮电机运转-工作滑台右移钻孔滑台原位SQ2-+-工作滑台停止攻丝工位SQ6-攻丝启动并快进凸轮电机运转-攻丝工进行程阀B动作-+攻丝快退凸轮运转-工作滑台左移攻丝原位SQ3动作-+-工作滑台停止钻孔工位SQ1-放松工件放松限位SQ8+-（4）动作循环图（见附录）（5）液压系统原理图（见附录）3.3 动力滑台液压系统的工作原理 1 夹紧 按下启动开关SB1，YV1得电，电磁换向阀至右位。主油路：进油箱过滤器单向阀三位四通电磁阀右位（YV1得电）夹紧缸无杆腔。出油路：夹紧缸有杆腔三位四通电磁阀右位（YV1得电

33、）油箱 2 钻孔 启动开关SB1，凸轮M2运转，钻孔M3启动。主油路：快进 油箱过滤器二位四通换向阀左位钻缸无杆腔。出油路：钻缸有杆腔二位四通换向阀左位油箱 3 钻孔工进 主油路： 油箱过滤器二位四通换向阀右位节流阀钻缸无杆腔。出油路：钻缸有杆腔二位四通换向阀右位油箱 4 钻孔后退 当钻缸工进将工件钻好后，恰好凸轮进入近行程，使二位四通换向阀换左位，使其后退。主油路： 油箱过滤器二位四通换向阀左位行程阀A右位钻缸有杆腔。出油路：钻缸无杆腔二位四通换向阀左位油箱 5 工作滑台右移 当钻缸退回原位时，使SQ2动作，YV3得电，同时使M3失电工作滑台右移主油路：进油箱过滤器单向阀三位四通电磁阀右位（

34、YV3得电）缸的左边有杆腔。出油路：缸的右边有杆腔三位四通电磁阀右位（YV3得电）油箱 6 攻丝快进 当工作滑台到达攻丝工位时使限位开关SQ6动作，工作台停止，攻丝电机M4启动， 主油路：进油箱过滤器二位四通换向阀左位缸的无杆腔。出油路：缸的有杆腔二位四通换向阀左位油箱。 7 攻丝工进 主油路：进油箱过滤器二位四通换向阀左位节流阀缸的无杆腔。出油路：缸的有杆腔二位四通换向阀左位油箱 8 攻丝后退 分析：攻丝缸碰到限位开关SQ7停止，电磁铁DL制动0.3s后M4反转使其后退主油路：进油箱过滤器二位四通换向阀右位行程阀B右位缸的无杆腔。出油路：缸的有杆腔二位四通换向阀右位油箱 9 工作滑台左移 分

35、析：当攻丝缸回到原位，限位开关SQ3动作，凸轮运转一个周期停止，时间继电器动作3s后使YV2得电，工作滑台左移。主油路：进油箱过滤器单向阀三位四通电磁阀左位（YV2得电）缸的右边有杆腔。出油路：缸的左边有杆腔三位四通电磁阀左位（YV2得电）油箱 10 松开工件 分析：工作滑台移动到原位，限位开关SQ1动作，YV4得电YV1断电，工件松开主油路：进油箱过滤器单向阀三位四通电磁阀左位（YV1得电）夹紧缸无杆腔。出油路：夹紧缸有杆腔三位四通电磁阀左位（YV1得电）油箱3.4液压缸参数的计算 1夹紧缸的计算 已知：最高加紧力为2Mpa,G=4000N ,运动速度V=1m/min，静摩擦系数为0.2，动

36、摩擦系数为0.1.有由表37-6可取D=63mm 由表37-4可取d/D=0.5可得d=29mm由表37-7可取d=28mm 综上所述D=63mm d=28mm验证：P= 且：( )快进：Fw=4000 q=VA=3.1L/minP=qP=1.34KW快退：Fw=4000 q=VA=2.5L/minP=qP=0.7KW 2 钻孔 攻丝滑台计算已知F=33832N V=1m/min有平衡方程 由表37-2初选取 由表37-4取d/D=0.5由公式的D=106mm 且D=106 又有d/D=0.5可知d=53mm由表37-7可取D=100 d=56mm验证: P=快进：Fw= q=VA=39L/m

37、inP=qP=32.5KW工进： 快退：Fw= q=VA=29L/minP=qP=0.9KW 3 工作台的计算已知：G=20000N V=100mm/min选： P=4MPa 静摩擦系数为0.2 且F=4000 由表37-7选的D=60mm d=45mm快进 快退：F=G0.1=2000N P= q=VA=0.012L/min3.5各缸工作循环时的工作参数表（1）夹紧缸夹紧缸工作循环负载（N）进油压力(MPa)出油压力(Mpa)所需流量(L/min)输入功率(Kw)快进4000.13503.10.013快退4000.1680250.009（2）攻丝和钻孔缸攻丝和钻孔缸工作循环负载（N）进油压力

38、(MPa)出油压力(MPa)所需流量(L/min)输入功率(Kw)快进4000.50390.325工进338324.509.80.735快退4000.0190290.009（3）工作台工作台工作循环负载（N）进油压力(MPa)出油压力(MPa)所需流量(L/min)输入功率(Kw)快进20001.700.0120.0003快退20001.700.0120.0003液压元件明细表序号元件名称方案一通过的流量（L/min）1滤油器XU-C32100402液压泵YB-50503三位四通电磁阀WE6E50/OBG26204单向阀A-F10D-D/BP175二位四通换向阀25DF3B-E10B-C23.

39、56单向节流阀LA-F10D-C-2177行程阀2FRM5-17/517 液压泵最大工作压力： P=P(MPa) 且 P=4.5+0.5=5MPa 确定液压泵的流量： Q=KL()=1.239L/min=46.8L/min 根据上面的压力和流量查产品样本选用YB-50型的定量叶片泵。泵的额定压力为6.3MPa，额定转速为960r/min. 油箱容积的选择： V=(485)L=290L 3.6 液压系统的发热和温升验算： 在整个工作循环中，工进阶段所占用时间最长，所以系统的发热主要是工进阶段造成的，故按工进工况验算温升。 工进时液压泵的输入功率： P=0.94Kw 工进时液压泵的输出功率: P=

40、FV=338321m/min=0.56Kw 系统总的发热功率= P- P=（0.94-0.56）Kw=0.38Kw 已知油箱容积为V=290L=29010油箱金丝散热面积A=0.065=0.065=2.8m t= 且验算表明系统的温升在许可范围内。3.7组合机床控制系统设计（1）I/O 分配I/O的分配有助于我们更好的理解题意，使编程过程不再复杂难懂。I/O分配如表3.1所示:表3.1 I/O分配表输入元件输入点编号输出元件输出点编号压力检测PVX011原点指示HL1Y012钻孔工位SQ1X002液压泵电机M1(KM1)Y001钻孔滑台原位SQ2X003凸轮电机M2(KM2)Y002攻丝滑台原

41、位SQ3X004夹紧电磁阀YV1Y006夹紧限位SQ4X005钻孔动力头电机M3(KM3)Y003系统通电X000冷却泵电机M5(KM6)Y014攻丝工位SQ6X006工作台右移电磁阀YV2Y010攻丝滑台终点SQ7X007攻丝动力头电机M4正转(KM4)Y004放松限位SQ8X010制动DLY013系统启动按钮SBX001攻丝动力头电机M4反转(KM5)Y005工作台左移电磁阀YV3Y007放松电磁阀YV4Y0113.8硬件接线图设计 由组合机床加工工艺要求可知，其工艺过程为一顺序控制过程，所以可运用状态编程的思想，采用步进顺控指令对其进行控制。 虽然该控制为自动循环顺序控制，考虑到具体情况

42、，需设置手动控制环节。为减少输入点，简化程序，将按钮或转换开关接在驱动回路，可实现上述各工步的手动操作。系统配置及I/O接线见附录3.9 软件系统设计 （1） 机床加工工步顺序表 在整个加工过程中，机床按照一定的顺序进行加工，机床的加工工步顺序如表3.2所示: （2） 状态图设计 状态图是一种易于构思，易于理解的图形程序设计工具，它既有流程图的直观，又有利于复杂控制逻辑关系的分解与综合，它有着以下几个特点：1 可以将复杂的控制任务或工作过程分解成若干个程序；2 各工序的任务明确而具体；3 各工序间的联系清楚，工序间的转换条件直观；4 容易理解，可读性很强，能清晰的反映整个控制过程，能带给编程人员清晰的编程思路。该设计的状态转移图见附录 （3） 梯形图设计 梯形图的设计整体反映了编者的思想，使我们更清楚的理解程序的作用及用途，它是由状态图进一步转化而来，结合PLC控制将会使程序浅显易懂，该设计的梯形图见附录表3.2 机床加工工步顺序表（下页）工步1234567891011通电启动液压泵各部分在原位启动机床凸轮电机并进行夹紧钻孔加工钻孔滑台退原位工作台右移到攻丝位攻丝加工攻丝滑台到终端制动延时0.3s攻丝工作头反转后退攻丝滑台到原位延时3s工作台左移到钻孔工位放松放松完成原位指示灯亮输入及检测元件液压压力检测PV1钻孔工位SQ11