洛阳理工学院毕业设计（论文）

前 言

在机械制造行业，为了提高机床的综合性能从而去实现效益最大化，工程人员研制出了组合机床，在我国，组合机床的发展已有多年的历史，在科学研究和工业生产上都具有相当的基础，应用也已深入到很多不同行业，创造了越来越多的价值。

组合机床技术在满足精确度与高效率要求的基础上，正朝着综合成套且具备柔性的方向发展，零部件的一体化程度在提高、数量逐渐减少，能加工的形状却更为的复杂。超高速和超高精度加工技术的控制设备已发展起来且前景被国内外看好，实现了机床工作程序软件化，控制技术也向数字控制、计算机管理与监控方向发展，自动化程度进一步提高，本课题所研究的双面钻孔组合机床就是其中的一种。

在机床控制方面，传统的控制方案是采用继电器-接触器控制与液压控制相结合的方法，控制系统复杂，大量的硬件接线使系统的可靠性降低，也间接的降低了设备的工作效率，影响设备的加工质量。虽然单片机控制具有经济实惠成本相对较低的优点，但是用单片机制作的主控板受到制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响导致抗干扰能力差、故障率高、不易扩展，且对环境依赖性强、开发的周期长，单片机控制无法满足生产的需要。PLC是经过几十年实际应用中检验过的控制器，其抗干扰能力强、故障率低、易于设备的扩展、便于维护、开发周期短。因此，采用可编程控制器与液压相结合可以较好的解决这一问题[1]。

借助于PLC的优良性能来控制双面钻孔组合机床，简化了机床的电气控制系统，同时也缩小了设备的体积，提高了设备的自动化水平和生产效率，可靠性高操作方便，减轻了工人的劳动强度，采用可编程控制器与液压相结合的控制方案的组合机床已成为当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备，因此对组合机床通用部件的控制与整机PLC的运用进行研究，在机械制造及电气控制行业都是非常重要的。

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第1章 绪论

在工业生产的各个不同领域里，无论是过程控制系统还是传动控制系统，都有大量的开关量和模拟量，从机械生产所用电器与控制方法看，起初采用一些手动电器来控制执行电器，却只适用于一些小容量、操作单一的场合，随后发展出了自动控制电器继电-接触器控制系统，然而随着生产力的发展和科学技术的进步，人们对控制设备不断提出更高的要求，相续出现了顺序控制器和可编程逻辑控制器，去而满足生产所需的工艺要求。

1.1 课题背景与意义

在效率至上的今天，提高生产效率就如同降低生产成本，间接地为实现企业效益的最大化做出贡献，而如何提高机床的生产效率成为了现实中的一大课题。在机械加工行业，工程人员为此推出了专用机床，但是专用机床的制造成本比较高，设计周期又长，通用性还低，于是，组合机床问世了，组合机床标准件占到全部零件的70%~80%，直接用标准件使制造周期缩短，投资也相对减少，经济效益自然变好。

组合机床是综合自动化程度较高的成套工艺装备。我国传统的组合机床自动线主要采用机电气液压控制，机床的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件[2]。近几年组合机床式加工中心、数子控制组合机床、机床辅机等在组合机床行业中所占的比例越来越大。

基于PLC控制的双面钻孔组合机床，能够简化传统机床的电气控制系统，一方面缩小了设备的体积，另一方面也提高了设备的自动化水平和生产效率，能做到实时性好、可靠性高、操作也方便，从而减轻了现场操作人员的劳动强度和生产的成本。采用可编程控制器与液压相结合的控制方案的组合机床已成为当前机械制造业必不可少的加工设备之一，它在提高机械生产效率和未来加工制造行业的高速发展上有不可磨灭的重要贡献，因此对组合机床通用部件的控制与整机PLC的运用进行研究和实践性的设计，在工业机械制造行业和电气化控制行业都有着非常重要的意义。

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1.2 组合机床概述及发展

1.2.1 组合机床的简单概述

最早的组合机床是1911年在美国研制成功的，刚开始只用于加工汽车所需零件[3]。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准，但各厂之间的标准却不同，为了提高各个制造厂之间的通用部件的互换性，便于用户使用、维修和替换，1953年美国福特和通用公司与美国机床制造厂共同协商，确定了组合机床通用部件标准化的一致原则。

二十世纪70年代以来，随着各种新型刀具比如可转位刀具、密齿铣刀等被应用到机床中，且随着镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的快速发展，组合机床的加工精度有所提高，加工的产品质量也越来越好，使得加工行业有了一个质的飞跃。

而在我国，组合机床发展也已有几十年年的历史，在科研和生产方面都已经具有相当的基础，组合机床的应用也已深入到很多不同行业。

1.2.2 组合机床的发展趋势

高速化：由于机构各组件分工的专业化，并在主轴厂的努力开发下，主轴高速得到化日益的普，高速化的主轴也已成为机床必备的机械要件。

精密化：由于各组件加工的精密化，控制在微米级的误差已不再是问题，并在电脑辅助生产和电脑辅助设计系统的发展带动下数字控制器的功能越来越多[4]。

系统化：组合机床已逐渐发展成为系统化的产品。现在的制造行业已经可以用一台电脑去控制一条多工位复杂生产线的作业，可缩短产品生产时间，提高产品的加工精度和产品的质量。

绿色智能化：通过研发机电一体化的硬件和软件集成的仿真技术，来实现并提高机床的设计水平，另一方面强调节能减排，力求使生产系统的环境负荷达到最小化，提高综合性能。

组合机床未来的发展将会更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等实现传动，以简化设备，采用数字化的控制系统和主轴箱，夹具刀具自动更换系统，以提高工艺的可调性，以及纳入柔性制造系统等。

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第2章 控制方案的选择

本课题所研究的双面组合钻床是一种钻削较厚工件的钻床，加工时要求双面一起钻削，加工精度和同轴度要求比较高，如果是采用传统的继电器-接触器控制，将会用到的各种继电器而且数量较多，将存在着线路多、故障率高、控制柜体积大、成本较高等缺点，而采用可编程控制器去控制钻床的动作，不但可以提高整个系统的可靠性，降低运行时的故障率，而且还能够在不改变零部件的情况下通过改变程序去实现不同工件的加工钻削的工艺要求，因此可以充分发挥双面钻孔组合机床的多种加工特性和优势。

2.1 机床介绍及工作原理

双面钻孔组合机床是在工件两个相对的表面上一起钻孔的一种高效率专用加工设备，机床有两个液压动力滑台且相对着布置，左、右刀具动力电动机分别固定在机床两边的滑台上，中间底座上装有工件定位夹紧装置。

机床上一共有四台电动机：液压泵电动机M1、左刀具动力电动机M2、右刀具动力电动机M3、切削液电动机M4；电动机M2 、M3分别带动左、右动力滑台上主轴箱的刀具主轴旋转，提供切削的主运动。左、右动力滑台的进给运动和工件的定位、夹紧、放松，通过电气-液压联合控制。其中左滑台由电磁阀线圈YV5、YV6、YV7控制，右滑台由电磁阀线圈YV8、YV9、YV10控制，工件定位及拔定位销由电磁阀线圈YV1、YV2控制，工件夹紧、放松由电磁阀线圈YV3、YV4控制。

当机床工作时，将工件装入夹具(即定位夹紧装置)，按下机床系统启动按钮SB3，机床在PLC系统的控制下按如此步骤工作：按下系统启动按钮后按SB2→工件开始定位并夹紧→左、右两侧动力滑台同时开始快速进给→到达指定位置后左、右两侧的动力滑台同时工进→﹙切削液电动机启动﹚工进到指定位置后左、右两面动力滑台快退至原位→夹紧装置松开→拔出定位销→机床停转。

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