基于PLC的组合机床控制系统设计

基于PLC的组合机床控制系统设计摘要组合机床是高度机电一体化的产品，是现代机床技术水平的重要标志，是现代机械制造业重要标志，是现代制造业的基础装备，尤其是在加工产品更换频繁、零件形状复杂、精度要求较高的工件时，不但可以节省大量的时间和资源，而且还能够确保工件的质量与产量，进而提高生产效率，具有良好的经济性。

传统的机床主要采用继电器--接触器进行控制，其缺点是故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题。

本文在基于可编程控制器（PLC）的结构和工作原理的基础上，介绍了基于PLC的加工中心控制系统的总体方案设计，重点介绍了加工中心控制系统中的硬件选择方法、软件的设计过程，并给出了系统组成框图和程序流程图，提出了西门子PLC 的编程方法，列出了具体的主要硬件电路、加工中心的控制梯形图及指令表，解决了继电器——接触器故障率高、可靠性差、安装调试周期长、维修工作量大、接线复杂等缺点。

关键词：组合机床，继电器—接触器，PLC，控制系统Based on a combination of the plc toolsto monitor system designABSTRACTBuilding-block machine is a highly integrated mechanical and electrical products, is an important indicator of the level of modern technology ,is an important symbol of modern machinery manufacturing industry ,is the basis of modern manufacturing equipment, especially in the frequent replacement of processed products, spare parts of complex shape, the accuracy requirements are more stringent than work piece high, not only can save a lot of time and resources, but also to ensure the quality and output of the work piece, thus improving production efficiency, has a good economy.The main use of the traditional machine tool relay - contactor control, the drawback is the high failure rate, poor reliability,heavy workload of maintenance, consisting of the use of PLC control system can solve these problems. In this paper, based on the programmable logic controller (PLC) of the structure and working principle, based on the introduction of the PLC-based control system for machining center's overall program design, focuses on the machining center control system hardware selection, software design process and gives the system flow chart diagram and procedures, put forward a Siemens PLC programming methods, a list of specific hardware circuit, the control processing center table ladder and instructions to solve the relay - contacts high failure rate, reliability, poor long-term installation, maintenance workload and the complexity of wiring and other shortcomings.KEY WORDS: Building-block machine, the relay - contactor, PLC, control system目录前言 (1)第1章组合机床的概述 (3)1.1组合机床的发展史 (3)1.2 组合机床的加工方式 (4)1.3 组合机床的特点与未来发展 (4)1.3.1 组合机床的特点 (4)1.3.2组合机床的未来发展 (4)第2章可编程序控制器 (6)2.1 PLC的应用与特点 (6)2.1.1 PLC的应用 (6)2.2.2 PLC的特点 (7)2.2 PLC的工作原理 (8)第3章控制系统的方案设计 (10)3.1组合机床控制系统的工艺流程图及设计要求 (10)3.2根据工艺过程分析控制要求 (11)3.2.1加工过程分析： (11)3.2.2操作方式 (12)第4章控制系统硬件设计 (13)4.1选择PLC机型 (13)4.2 S7-200 PLC的简要介绍 (14)4.3控制系统PLC的输入/输出分配表 (16)4.4PLC硬件连接图 (19)第5章控制系统软件设计 (20)5.1控制流程图设计 (20)5.2梯形图的分解阐述 (22)第6章仿真模拟 (28)结论 (29)谢辞 (30)参考文献 (31)附录 (32)外文资料翻译 (39)前言随着科学技术的发展，近年来我国的机械生产技术得到飞速的发展，一些机械设备制造厂商也在不断地改进设计，修改工艺，生产新型的机械制造设备，组合机床就是其中之一。

它将数控铣床、数控钻床和数控镗床的功能组合在一起，零件在一次装夹后，可以连续完成对工件表面进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻螺纹和铣削等多工序的加工，工序高度集中，从而使工件在一次装夹后，自动完成多个平面或多个角度位置的多工序加工。

由于组合机床具有上述机能，因而可以大大减少工件装夹、测量和机床的调整时间，减少工件的周转、搬运和存放时间，使机床的切削时间利用率高于普通机床的3-4倍，大大提高了生产率，尤其是在加工形状比较复杂、精度要求较高、品种更换频繁的工件时，更具有良好的经济性。

组合机床是高度机电一体化的典型产品，它以数字信息技术为基础，集传统的机械制造技术、微电子技术、计算机技术、成组技术、现代控制技术、传感器检测技术、信息处理技术、网络通信技术、液压气动技术、光机电技术等技术为一体的最新成果，是现代机床技术水平的重要标志，是体现现代机械制造业工艺水平的重要标志，在机械制造业中的地位愈来愈重要。

PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在加工中心控制中得到广泛应用，成为当前加工中心控制和技术改造的热点之一。

PLC可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。

它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。

据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。

专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业自动化生产的三大支柱。

由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，因此自PLC引入我国以来，已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。

应用PLC控制加工中心实现各种规定的工序动作，可以简化控制线路，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻工人劳动强度，提高劳动生产率以及降低生产成本，实现机械加工工艺自动化等方面有着十分重要的意义。

目前，随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，加工中心正朝着高速度、高精度和愈发完善的机能方向高速发展。

第1章组合机床的概述组合机床是由通用部件及专用部件组成的，加工一种(或几种)零件的一道(或几道)工序的高效率的专用机床。

组合机床的通用部件和标准件约占70-80%，这些部件是系列化的，可以进行成批生产。

其余20-30%的专用部件是由被加工零件的形状、轮廓尺寸、工艺和工序来决定，如夹具、主轴箱、刀具和工具等。

组合机床是一种自动化或半自动化的机床。

无论是机械电气或液压电气控制的都能实现自动循环。

半自动化的组合机床，工人只要将工件装夹好，按一下按钮，机床即可自动进行加工，加工一个循环停止。

自动化的组合机床，工人只要将工件放到料斗或上料架上，机床即可连续不断的进行工作。

组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面、多工位同时加工，一种工序集中的高效率机床。

组合机床加工，刀具是借助钻模板和镗模架，精加工机床采用高精度的导向，所以稳定的保证产品质量。

1.1组合机床的发展史二十世纪70年代以来，随可转位刀具、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，表面糙度可低达2.5~0.02微米；镗孔精度可达IT7~6级，孔距精度可达0.03~0.02微米。

专用机床史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，到对部件结构未作规定1.2 组合机床的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。