基于 PLC 的刀架自动循环无进给切削控制

课程设计报告

引言：

随着电子与信息技术的不断发展，给我国机床加工设备的现代化提供了强

有力的技术支持。用 PLC 模块、操作监控设备等组成电气控制系统，以实现编 程输入、人机交互、自动化加工的控制方式，扩大加工能力，减少故障，提高 效率，己成为企业进行技术改造的有效途径。可编程序控制器（PLC）应用于刀 架无进给切屑电气控制系统的设计思想作了介绍，系统具有全自动运行及手动 控制等功能。在具体的设计中，首先根据设计要求，提出了设计方案，并对控 制原理进行分析，接着完成了系统硬件设计，在硬件设计中包括 PLC 的选型、 主电路的设计和 I/O 接线图设计。最后加上软件的设计使整个系统得以正常的 运行。该系统可以实现刀架的自动循环、无进给切削以及快速停车。

一、控制电路设计要求:

设计并绘制切削加工刀架主电路及控制电路图，要求控制方案安全、可靠， 设计并绘制电气安装接线图，并进行程序模拟。下图示出刀架的自动循环过程。

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(1)自动循环：启动后刀架能由位置 1 移动到位置 2 进行钻削加工，一定时间后

停止切削并自动退回位置 1；

(2)无进给切削：刀具到达位置 2 时不再进给，但钻头继续旋转进行无进给切削

以提高工件加工精度；

(3)快速停车：当刀架退出后要求快速停车以减少辅助工时。

二、PLC 控制系统设计

钻床的钻头与刀架分别有两台三相笼形异步电动机拖动，本系统采用继电 器为主要控制器件，通过控制电机正反转实现刀架的进退，采用行程开关实现 自动循环，利用时间继电器确定无进给切削时间，停车时为了减少辅助工时， 采用反接制动来实现快速停车。系统主要由自动循环、无进给切削和快速停车 三个环节组成。 控制方案的实现流程如下图

刀架

从 初始 位置 正转 行程开 关 SQ2 停 转 反转 行程开 关 SQ1

延时到 控制方案的流程图

2.1 PLC 控制系统硬件设计

2.1.1 PLC 的概述

可编程逻辑控制器是一种工业控制计算机，简称 PLC（Programmable Logic Controller），它使用了可编程序的记忆以存储指令，用来执行诸如逻辑、 顺序、计时、计数和演算等功能，并通过数字或模拟的输入和输出，以控制各 种机械或生产过程。

PLC 有以下特点：

（1）可靠性高，抗干扰能力强

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高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路 技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很 高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。 一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来 说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及 开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有 硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应 用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设 备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

（2）配套齐全，功能完善，适用性强

PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用 于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善 的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现， 使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信 能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。

（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易， 编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电 器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继 电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计 算机从事工业控制打开了方便之门。

（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制 系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同 一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产 场合。

（5）体积小，重量轻，能耗低

以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100MM，重量小于

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