1机电工程学院课 程 设 计 说 明 书设计题目: 三工位旋转工作台控制系统设计 学生姓名： 学 号： 20094805 专业班级： 机制 F09 指导教师： 2012 年 12 月 08 日1内容摘要本课题中三工位旋转工作台是钻孔加工中在工作台三个不同工位分别同时完成上料、钻孔、卸料等工艺过程的工艺技术，这大大提高了机械加工的效率、提高了生产率。但是新的问题接踵而至：三个工位同时动作就要要求操作工人完成上料、装夹工件、钻孔、卸工件。这样高强度的工作工人是否能承受的了，怎样降低工人的劳动强度呢？提高自动化程度就成了我们面临的首要课题。随着科技的发展，继电器控制已经逐步被可编程控制器(PLC)控制所代替。PLC 是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置,它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,近年来在工业生产中得到广泛的应用,被誉为当代工业自动化主要支柱之一。在 PLC 的支持下，怎样实现操作流程的自动化这个问题迎刃而解。于是在机加工过程中我们可以选择各种控制机制去简化工人操作以及降低工人劳动强度、提高效率等。关键词：三工位旋转工作台；可编程控制器。 1目 录第 1 章 引 言 .1第 2 章 整体设计方案论证 .22.1 总体方案说明 .22.1.1 控制要求 .22.1.2 制定控制方案 .22.2 控制方式选择 .2第 3 章 控制系统设计 .43.1 动作特性 .43.2 液压控制部分的设计 .43.3 控制流程图 .53.4 I/O 地址分配表 .73.5 I/O 接线图 .83.6 梯形图 .93.7 语句表 .133.8 程序的调试 .16结论 .20设计总结 .21谢辞 .22参考文献 .231第 1 章 引 言随着科学技术的不断发展，机械加工的方法和手段也逐渐变得丰富起来，各种先进技术被人们引入机械行业中来形成各种新兴学科，机电一体化就是其中一门。机电一体化是以电子技术特别是微电子技术为主导、多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的综合性高技术，是机械与电子的有机结合产物。其目的是不断提高劳动生产率，减轻人们的体力劳动，逐步代替部分脑力劳动。机械一体化的机械加工比传统机械加工有很大的优越性。在本课题中，机电一体化的好处显得尤为突出。三工位工作台旋转机床设备在机加工等自动化机床设备中得到广泛引用，通过控制工作台旋转，可以实现在加工过程中同时完成上料和卸料工作，并能实现流水作业，大大提高了工作效率,降低工人劳动强度。若在上料和卸料工位设计合适的机械手，则可实现无人上料和卸料工作。的处理器速度和功能在不断增加，已发展成具有逻辑控制功能过程控制功能运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能等的多功能控制器，加上它的价格低廉、操作简便、改变功能灵活易用、维护工作量小等优势，使 PLC 在工业生产过程自动化中获得广泛应用。目前已经在工业生产过程中得到广泛应用，它具有结构简单易于编程、性能优越、可靠性能高、维修方便和使用方便的一系列优点。根据课程设计要求，以西门子 S7-200 系列 PLC 来实现控制钻床三工位工作台旋转控制设计。钻床加工三工位工作台是由送料、钻孔、卸载三部分组成。工作台每旋转 120完成一个工位，循环运行。来实现工件的快速送料、钻孔、卸载的流水作业系统。2第 2 章 整体设计方案论证2.1 总体方案说明整 个 方 案 包 括 以 下 几 个 方 面 ： 分 析 设 计 要 求 ， 控 制 元 件 选 择 ， 液 压 控 制 系 统 设计 ， PLC 系 统 设 计 。2.1.1 控制要求（ 1） 用 选 择 开 关 来 决 定 控 制 系 统 的 全 自 动 、 半 自 动 运 行 和 手 动 调 整 方 式 。（ 2） 手 动 调 整 采 用 按 钮 点 动 的 控 制 方 式 。 包 括 上 料 进 、 退 操 作 、 工 件 夹 紧 、 放 松操 作 ， 钻 头 下 降 、 上 升 操 作 ， 卸 料 进 、 退 操 作 ， 工 作 台 旋 转 操 作 。（ 3） 系 统 处 于 半 自 动 工 作 方 式 时 ， 每 执 行 完 成 一 个 工 作 循 环 ， 用 一 个 启 动 按 钮 来控 制 进 入 下 一 次 循 环 。（ 4） 系 统 处 于 全 自 动 运 行 方 式 时 ， 可 实 现 自 动 往 复 地 循 环 执 行 。（ 5） 上 料 器 、 夹 紧 装 置 、 卸 料 器 、 钻 头 上 下 运 动 由 液 压 缸 驱 动 。 夹 紧 力 由 压 力 继电 器 检 测 控 制 。 钻 头 旋 转 、 工 作 台 旋 转 由 电 动 机 驱 动 。2.1.2 制定控制方案（ 1） 用 选 择 开 关 来 决 定 控 制 系 统 的 全 自 动 、 半 自 动 运 行 和 手 动 调 整 方 式 。（ 2） 手 动 调 整 采 用 按 钮 点 动 的 控 制 方 式 。（ 3） 系 统 处 于 半 自 动 工 作 方 式 时 ， 每 执 行 完 成 一 个 工 作 循 环 ， 用 一 个 启 动 按 钮来 控 制 进 入 下 一 次 循 环 。（ 4） 系 统 处 于 全 自 动 运 行 方 式 时 ， 可 实 现 自 动 往 复 地 循 环 执 行 。（ 5） 系 统 运 动 不 很 复 杂 ， 采 用 三 台 电 动 机 ： 主 动 电 动 机 、 液 压 电 动 机 和 工 作 台旋 转 电 动 机 。 除 了 主 轴 转 动 和 工 作 台 旋 转 用 电 动 机 拖 动 外 ， 其 他 所 有 所 有 运 动 都 可以 采 用 液 压 传 动 。（ 6） 对 于 部 分 与 顺 序 控 制 和 工 作 循 环 过 程 无 关 的 主 零 部 件 和 控 制 部 件 ， 采 用 进入 PLC 的 控 制 方 式 以 达 到 方 便 控 制 。2.2 控制方式选择三工位旋转工作台控制系统的设计任务主要由两大部分，其中最主要的就是 PLC3梯形图设计，也就是程序设计；其次是液压控制原理图的设计。4第 3 章 控制系统设计3.1 动作特性三工位旋转工作台控制动作特性如下：其工作示意如图 3-1 所示。三个工位分别完成上料、钻孔和卸料。图 3-1 三工位旋转工作台系统示意图工位 1：工作台旋转到工位 1 后上料器推进，料到位后退回等待。工位 2：工工作台旋转到工位 2 后，夹紧装置将料加紧，钻头向下进给钻孔，下钻到位后退回，退回到位后工件松开，放松完成后等待。工位 3：工作台旋转到工位 3 后，卸料器向前将加工完成的工件推出，推出到位后退回，退回到位后等待。3.2 液压控制部分的设计根据三工位旋转工作台的动作要求，控制部分大多采用液压电磁阀控制。当送料器送料到位后碰到送料到位行程开关时碰到送料退回电磁阀，使液压阀供油方向发生5改变，活塞杆退回。活塞杆退回到位后碰到退回到位行程开关，使液压阀动作处于中间位置，工位 1 处于等待状态。工位 2 动作顺序是工作台转动到位后液压阀动作夹紧，夹紧后压力继电器动作使活塞缸处于保压状态，同时使钻头旋转以及下降。等钻头下降达到行程开关位置处钻头停止下降，上升继电器得电转而钻头上升。钻头上升到位碰到行程开关使钻头停止转动和上升，并且活塞杆放松工件。放松完成碰到行程开关使工位 2 处于等待状态。工位 3 的动作顺序是工作台旋转结束后活塞缸推动工件开始卸料，到行程开关后活塞杆反行程电磁阀得电退回，退回到位碰到行程开关处于等待状态。等三个工位都停止动作后，工作台旋转电磁阀的电，工作台旋转进入下一个循环。根据要求做出合理的液压原理图如图 3-2 示。图 3-2 液压原理图3.3 控制流程图根据三工位旋转工作台的控制要求，在不同的工位能同时进行加料、钻孔加工和卸料。根据课程设计的具体要求，分析并设计如下流程图 3-3：6图 3-3 控制流程图三工位旋转工作台控制系统在很大程度上是利用继电器实现的，而最初的 PLC 就已经有很完善的继电器控制功能了。在这里选用 PLC 控制完全是对症下药，根据设计内容我们不难发现这个系统有 24 个输入信号和 10 个输出信号。而 CPU226 拥有 24 个输入端 16 个输出端，所以在此选用 CPU226 就能满足要求。73.4 I/O 地址分配表分配表如下表 1 所示：表 1：输入输出信号对照表输入信号名称 外部元件 内部地址 输出信号名称 外部元件 内部地址手动运行选择 SA4-1 I0.0 送料器推进电磁阀 YA1 Q0.0半自动运行选择 SA4-2 I0.1 送料退回电磁阀 YA2 Q0.1全自动运行选择 SA4-3 I0.2 工件夹紧电磁阀 YA3 Q0.2上料器推进按钮 SB1 I0.3 工件放松电磁阀 YA4 Q0.3上料器退回按钮 SB2 I0.4 钻头下降电磁阀 YA5 Q0.4工件夹紧按钮 SB3 I0.5 钻头上升电磁阀 YA6 Q0.5工件放松按钮 SB4 I0.6 卸料推进电磁阀 YA7 Q0.6钻头下降按钮 SB5 I0.7 卸料退回电磁阀 YA8 Q0.7钻头