目錄1緒論.12設計要求.23磨床的概述.23.1磨床介紹.23.2世界平面磨床發(fā)展趨勢.23.2.1現代平面磨床的主要特點.23.2.2發(fā)展呈現四大變化.33.2.3根本在于設計創(chuàng)新.44可編程序控制器（PLC）的概況.44.1PLC的系統結構和基本工作原理.44.1.1PLC的系統結構.44.1.2PLC的基本工作原理.54.1.3PLC的主要功能.64.2PLC的應用設計步驟.74.3PLC的選型原則.84.3.1松下電工可編程序控制器產品-FP1-C24介紹.95系統的總體設計.115.1改造平面磨床的步驟.115.1.1改造方案的確定.115.1.2改造的技術準備.115.1.3改造的實施.125.2用PLC改造繼電-接觸式控制系統的步驟.135.3控制線路控制改造要求.145.4原設備電器的工作原理.145.4.1平面磨床主要結構和運動形式.145.4.2電氣控制線路分析.155.5分析控制對象，進行系統的硬件設計.195.6系統的軟件設計.206磨床改造后的調試.227結束語.23致謝.23參考文獻.23附錄.251緒論現代工業(yè)生產中，中、小批量零件的生產占產品數量的比例越來越高，零件的復雜性和精度要求迅速提高，傳統的普通磨床已經越來越難以適應現代化生產的要求，制造業(yè)的競爭已從早期降低勞動力成本、產品成本，提高企業(yè)整體效率和質量的竟爭，發(fā)展到全面滿足顧客要求、積極開發(fā)新產品的竟爭，將面臨知識技術產品的更新周期越來越短，產品批量越來越小，而對質量、性能的要求更高，同時社會對環(huán)境保護、綠色制造的意識不斷加強。因此敏捷先進的制造技術將成為企業(yè)贏得竟爭和生存、發(fā)展的主要手段。計算機信息技術和制造自動化技術的結合越來越緊密，作為自動化柔性生產重要基礎的數控機床在生產機床中所占比例將越來越多。但新機床購置費用高，且生產準備周期長。因此對原有機床的現代化改造顯得尤為重要。而用PLC改造老機床有很多優(yōu)點：節(jié)省資金，減少投資額，交貨期短機床的PLC改造，可大大減少資金的投入，同購置新機床相比，一般可節(jié)省60%80%的費用，改造費用低。特別是大型、特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造，只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結構進行徹底改造升級，也只需花費購買新機床60%的價格。性能穩(wěn)定可靠因原機床各基礎件經過長期時效，幾乎不會產生應力變形而影響精度，且各部件已經長期磨合，使改造后的機床性能穩(wěn)定可靠，質量好，可作為新設備繼續(xù)長期使用?？沙浞煮w現企業(yè)自身的意愿企業(yè)與改造人員可依照實際需要和機床長期使用的情況，在改造中提出對機床性能、操作與維修等方面的改進意見，有權選擇機械零部件、數控系統、電器設備等的規(guī)格、型號、性能等?？筛鶕夹g革新的發(fā)展速度，及時地提高生產設備的自動化水平和效率，提高設備質量和檔次，將機床改造成具有當今水平的設備。更有利于使用和維護由于改造前機床已使用多年，操作者對機床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓時間短、見效快。改造的機床一經安裝好，就可實現全負荷運轉?？梢圆捎米钚碌目刂萍夹g，提高生產效率。可根據技術革新的發(fā)展速度，及時地提高生產設備的自動化水平和效率，提高設備質量和檔次，將舊機床改成當今水平的機床。機床經改造后，即可實現加工的自動化，效率可比傳統機床提高37倍。對復雜零件而言，難度越高，功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用，而且可以縮短生產準備周期。提高產品質量，降低廢品率，零件的加工精度高，尺寸分散度小，使裝配方便靈活。因此,繼電器本身固有的缺陷,給床的安全和經濟運行帶來了不利影響,用PLC對磨床的繼電器式控制系統進行改造已是大勢所趨1。所以我們就以平面磨床改造來介紹一下。2設計要求（1）PLC容量和性能要與任務相適應，PLC運行速度要滿足實時控制的要求；（2）要有原平面磨床控制原理圖、PLC硬件接線圖和梯形圖（3）要有PLC的I/O接口地址分配表；（4）系統具有手動/自動轉換、在線監(jiān)控及在現場調試、驅動通風機的電機過熱保護，故障報警等功能。3磨床的概述3.1磨床介紹磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床。大多數的磨床是使用高速旋轉的砂輪進行磨削加工，少數的是使用油石、砂帶等其他磨具和游離磨料進行加工，如珩磨機、超精加工機床、砂帶磨床、研磨機和拋光機等。磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花崗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進行高效率的磨削，如強力磨削等。隨著高精度、高硬度機械零件數量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，磨床的性能、品種和產量都在不斷的提高和增長。磨床是各類金屬切削機床中品種最多的一類，主要類型有外圓磨床、內圓磨床、平面磨床、無心磨床、工具磨床等。3.2世界平面磨床發(fā)展趨勢當今平磨的發(fā)展趨勢是轉向成形、臺階、切入、快速抖動、三維空間曲線表面磨削加工。可以說，平磨是磨床類機床中演變潛力最大的一種機型。我國平磨制造廠應跳出傳統的平面磨削的思維，轉到曲線或輪廓等非平面磨削加工的思路上進一步發(fā)展，以形成我們自己特色的技術和產品.據不完全統計，不久前在美國芝加哥舉行的國際制造技術展覽會（IMTS）上有20多家平磨專業(yè)生產廠的60多臺平面磨床以平磨實物形式參展，包括了歐、美、日及我國的主要平磨制造廠。有關專家分析了此次參展的平面磨床的主要特點并預測今后平面磨床的發(fā)展趨勢3。3.2.1現代平面磨床的主要特點（1）從規(guī)格上看，以小型平磨為主。臺面寬200mm以下的幾乎占50%，小規(guī)格機床的運輸及布展比較方便；國外平磨不分普通、精密、高精度的精度等級，相對小規(guī)格機床，精度容易做得很高；在國際市場上，中、小規(guī)格平磨的潛在需求很大。（2）從控制上看，70%以上的為數控型，有單軸、雙軸及三軸數控，最多達五軸控制，尤其是400以上的大規(guī)格機型，全為數控型。由于技術水平的發(fā)展導致功能變化，平磨已從傳統的平面磨向成形磨轉變，常規(guī)控制已難以實現功能的要求。數控平磨已形成一個市場潮流。（3）從功能上看，50%以上的平磨不僅僅用于水平平面加工，而且轉向成形、臺階、切入、快速抖動、三維空間曲線等表面磨削加工，如ELB、BLM公司以平磨為基礎變化而成的五軸聯動磨削中心，可實現非平面型復雜曲面的磨削；Unison、Trutech公司的柔性磨削系統，可實現成形、無心、外圓、工具、輪廓等磨削工藝；還有裕福、Parker公司等的快速抖動磨等，反映出平磨是磨床類機床中演變潛力最大的一種機型。3.2.2發(fā)展呈現四大變化（1）高速、復合、高精度、高剛性仍是金切機床的發(fā)展主調，但又有新的變化。復合，已從原來的為復合而復合轉為從實用高效考慮為主，如車、銑復合，車、銑、鉆的復合，銑床和電火花的復合；從功能上看，復合型機床的針對性很強，針對某類零件考慮；從精度上看，定位精度2m，重復定位精度1m的機床已比比皆是；從主軸轉速來看，8.2kW主軸達60000r/min，13kW達42000r/min，高速已不是小功率主軸的專有特征；從剛性上看，已出現可加工60HRC硬度材料的加工中心。（2）模塊化的設計在機床制造中已應用得爐火純青。橫向系列、縱向系列、全系列、跨系列的模塊化設計，無論是大隈、牧野等為代表的日本機床，還是Haas、Cincinnati等為代表的美國機床，外形上看好象完全一樣，但功能則完全不同，所構成的模塊很多則是通用的。（3）全自動的概念已發(fā)生變化。傳統的全自動機床是用一只氣動或液動的機械手實現工件的自動上、下料，而現在采用真正意義的多關節(jié)串聯式機器人，來實現工件的上、下料，包括完工零件的堆放?？刂频姆秶哟螅M線的靈活性加強，同時輔助配套的機械大大減少。（4）環(huán)保要求越來越高。在展出的展品中，絕大部分的機床產品都采用全封閉的罩殼，絕對沒有切屑或切削液外濺的現象。另一方面，大量的工業(yè)清洗機和切削液處理機系統的展出，亦同時反映現代制造業(yè)對環(huán)保越來越高的要求。3.2.3根本在于設計創(chuàng)新（1）平磨是磨床類機床中發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮臋C床。在完成傳統的平面磨削功能外，以平磨的床身、拖板、臺面、磨頭等大件為基礎，可以演變成外圓、曲線、工具、無心等磨床，如k.o.lee公司的C1020N2外圓磨床和B6062PC2工具磨的基礎就是平磨。我國應在完成平磨規(guī)格系列的完善后，跳出傳統的平面磨削的思維轉到曲線或輪廓等非平面磨削加工的思路上去進一步發(fā)展，形成具有我們自己特色的技術和產品。（2）模塊化設計將是貫穿產品設計全過程的一條主線，無論是機床技術發(fā)展的潮流還是市場競爭的要求；無論是降低成本的需要，還是提高產品質量的需要，都要求我們在今后產品的開發(fā)設計中，切實做好模塊化設計工作。（3）世界機床工業(yè)的發(fā)展，根本一點是設計創(chuàng)新理念的發(fā)展。傳統的金屬切削原理，用一種全新的現代設計理念，結合先進的控制技術，正在推動機床技術發(fā)生重大變化4可編程序控制器（PLC）的概況4.1PLC的系統結構和基本工作原理4.1.1PLC的系統結構目前PLC種類繁多，功能和指令系統也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計算機，所以其結構和工作原理都大致相同，硬件結構與微機相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴展接口、外部設備接口等。其內部也是采用總線結構來進行數據和指令的傳輸。PLC控制系統由輸入量PLC輸出量組成，外部的各種開關信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入量，它們經PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對外圍設備進行各種控制。由此可見，PLC的基本結構有控制部分輸入和輸出組成。其中PLC各部分的作用如下：(1)中央處理器1）診斷PLC電源、內部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯誤。2）采集由現場輸入裝置送來的狀態(tài)或數據，并送入PLC的寄存器中。3）按用戶程序存儲器中存放的先后順序逐條讀取指令，進行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務完成各種運算和操作。4）將存于寄存器中的處理結果送至輸出端。5）應各種外部設備的工作請求。(2)存儲器PLC的存儲器分為兩大部分：一大部分是系統存儲器，用來存放系統管理程序、監(jiān)控程序及其系統內部數據。二大部分是用戶存儲器，包括用戶程序存儲區(qū)及工作數據存儲區(qū)。(3)輸入輸出接口電路PLC通過輸入輸出（I/O）接口電路實現與外圍設備的連接。輸入接口通過PLC的輸入端子接受現場輸入設備的控制信號，并將這些信號轉換成CPU所能接受和處理的數字信號。(4)電源PLC的電源是指將外部輸入的交流電經過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉換成滿足PLC的CPU、存儲器、輸入輸出接口等內部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。(5)輸入輸出I/O擴展接口若主機單元的I/O點數不能滿足輸入輸出點數需要時，可通過此接口用扁平電纜線將I/O擴展單元與主機單元相連接。圖1PLC結構示意圖4.1.2PLC的基本工作原理PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉指令，則從則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結束符后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。PLC的工作過程如圖1所示。（1）輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關閉輸入端口，轉入程序執(zhí)行階段。（2）程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應的邏輯運算結果存入對應的內部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。（3）輸出刷新階段當所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅動外部相應執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。顯然掃描周期的長短主要取決與程序的長短。掃描周期越長，響應速度越慢。由于每一個掃描周期只進行一次I/O刷新，即每一個掃描周期PLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統存在輸入、輸出滯后現象，這在一定程度上降低了系統的響應速度。由此可見，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會相應地發(fā)生變化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的I/O刷新期間輸出才會發(fā)生變化。這對于一般的開關量控制系統來說是完全允許的，不但不會造成不利影響，反而可以增強系統的抗干擾能力。這是因為輸入采樣僅在輸入刷新階段進行，PLC在一個工作周期的大部分時間里實際上是外設隔離的。而工業(yè)現場的干擾常常是脈沖式的、短時的，由于系統響應較慢，往往要幾