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附件1-1：
南京林業(yè)大學二OO七屆畢業(yè)設計任務書
填表須知：
[1]本任務書所列各項由指導教師詳細填寫，以便學生全面了解和正確執(zhí)行。本任務書經學院、系(教研室)審定后，送教學科一份，發(fā)給學生一份。
[2]學生接到任務書后，應制訂好工作計劃，填寫開題報告，認真進行畢業(yè)設計，并按規(guī)定時間完成。任務書所列各項內容不得涂改，因特殊情況需要變動的必須經系(教研室)負責人、教學院長審核同意。
[3]本任務書中“[ ]”內容為填表解釋。畢業(yè)設計完成后，本任務書裝訂在設計前面，交學院存檔。
一、基本情況
1、學院專業(yè)：機械電子工程學院 機械設計制造及其自動化專業(yè)。
2、選題名稱： 車床主軸箱箱體左側8-M8螺紋攻絲機設計 。
3、指導教師： 袁成榮 ；指導教師職稱： 副教授 。
4、協(xié)助指導教師： ；協(xié)助指導教師職稱： 。
5、學生學號： 0331204 ；學生姓名： 丁飛 。
6、導師團成員： 。[助教及助教以下職稱的指導教師需導師團成員指導]
7、作業(yè)期限： 2007 年 3 月 5 日至 2007 年 6 月 21 日。
8、作業(yè)地點： 。
9、選題性質： 科研 生產√ 其它 。
10、選題出處：[填寫畢業(yè)設計選題的具體來源，例如科研項目名稱、生產項目名稱等]
。
二、審批情況
1、系(教研室)意見：
經論證，該畢業(yè)設計任務書 [填“符合/不符合”]人才培養(yǎng)方案要求。
系(教研室)負責人：
年 月 日
2、學院審批意見：
經審核， [填“同意/不同意”]下發(fā)該任務書。
教學院長簽字或學院蓋章：
年 月 日
三、畢業(yè)設計任務
1、總體要求
進行畢業(yè)設計的時間為16周。學生依據導師給定的選題，能編寫符合要求的設計說明書，獨立進行資料的收集、加工與整理，能綜合運用科學的理論、知識和技能，進行必要的實驗、測試、分析，解決設計問題，正確繪制有關圖表，獨立撰寫并答辯。
2、設計內容及具體要求
[主要包括對前言、環(huán)境概況、設計依據、設計立意、總體設計及功能、規(guī)劃、附圖、附表等的要求]
設計一臺攻絲機
加 工： 8- M8螺紋
機床類型： 立式單面或臥式單面
驅 動： 液壓
生產綱領： 年產量3-6萬件
生產節(jié)拍： 自定
加工工序圖
加工示意圖
組合機床聯(lián)系尺寸圖
組合機床多軸箱圖
組合機床夾具總圖
液壓系統(tǒng)原理圖
控制系統(tǒng)原理圖
折合圖紙量 4張0#
設計說明書 1.5萬字
3、指定閱讀的參考文獻[原則上要求中文文獻不低于10篇，外文文獻不低于5篇]
1、戴曙 金屬切削機床 機械工業(yè)出版社
2、林文煥 機床夾具設計 國防工業(yè)出版社
3、袁哲俊 刀具設計手冊 機械工業(yè)出版社
4、陳遠齡 機床電氣自動控制 重慶大學出版社 2004
5、許小楊 專用機床設備設計 重慶大學出版社
6、吳圣莊 金屬切削機床概論 吉林工業(yè)大學出版社
7、徐鴻本 機床夾具設計手冊 遼寧科學技術出版社
8、謝家瀛 組合機床設計簡明手冊 機械工業(yè)出版社 1994
9、成大先 機床設計手冊（第3版 第3、5冊） 化學工業(yè)出版社
10、鄭忠 新編工廠電氣設備手冊（上、下冊） 兵器工業(yè)出版社 1998
11、鐘肇新 可編程控制器原理及應用（第二版） 華南理工大學出版社 1999
12、馮辛安 機械制造裝備設計．北京：機械工業(yè)出版社, 1999
13、唐一平 《Advance Manufacturing Technology》 科學出版社 2000
14、Warren S.seamws:Computer numerical control .Delmar Publishing inc, 1988
15、Hideo MATSUKA.Japanese open control system for Manufacturing Equipment .Int Japan Socprec Eng 1996.
16、Rajashera K,et.al.Sensorless control of AC Motor Drives. New York IEEE PRESS. 1995
17、E.Budak.Y.Altintas Prediction of Milling force coefficients from ortbogonal cutting Data.Trans ASME Journal of Manufacturing science and Enginnering , 1996
4、備注[指導教師對學生的其他要求及說明等]
南京林業(yè)大學2007屆畢業(yè)設計論文
設計總說明書
目前，組合機床的需求量很大，國家鼓勵其出口。而國內汽車工業(yè)的迅速發(fā)展也勢必導致各類零部件加工量的增大。因此，組合機床可多刀、多軸、多面、多工位加工的優(yōu)點就顯得尤為突出。本設計就是在攻絲組合機床的設計基礎上（比如攻絲加工設計、組合機床總體設計、夾具設計等），將PLC控制技術應用到其中，通過事先編制好的程序來實現(xiàn)攻絲加工要求，以便快速、簡便地獲得所要加工的零件。這種設計方案的優(yōu)點在于所有被加工孔可一次加工完成，可大批大量生產，且生產時可實現(xiàn)無人加工或少部分人看管，也可進一步提高組合機床的自動化程度。
關鍵詞：組合機床、攻絲、PLC控制技術、自動化
Abstract
At present, the demand for the aggregate machine-tool is very big, the country encourages its exportation. But the rapid development of the domestic auto industry certainly will cause all kinds of spare parts to process the increase of quantity. Therefore, the aggregate machine-tool may the multi-knives, multiple spindle, the multi-surface, the multi-locations processing merit appear for is still prominent. This design is in attacks the silk aggregate machine-tool in the design foundation (for instance to attack silk processing design, aggregate machine-tool system design, jig design and so on), applies the PLC control technology to among, through the procedure which beforehand establishes realizes attacks the silk processing request, by fast, simple the components which obtains must process. This kind of design proposal merit lies in possesses is processed the hole to be possible a processing to complete, when large quantities of mass productions, also production may realize nobody processing or little the partial people safeguard, also may further enhance the aggregate machine-tool the automation.
Key words: The aggregate machine-tool, attacks the silk,
the PLC control technology, the automation
目 錄
1．前言 ................................................................... 1
1.1．課題名稱及具體要求 ................................................. 1
1.1.1．課題名稱 ....................................................... 1
1.1.2．題目內容及要求 ................................................. 1
1.1.3．實驗、數(shù)據及圖紙要求 ........................................... 1
1.2．研究目的及意義 ..................................................... 1
1.3．國內外同類研究概況 ................................................. 1
2．組合機床概述 ........................................................... 3
2.1．組合機床及其特點 ................................................... 3
2.2．攻絲組合機床的結構方案 ............................................. 4
2.3．組合機床發(fā)展趨勢 ................................................... 5
3．組合機床總體設計 ....................................................... 6
3.1．組合機床方案確定 ................................................... 6
3.1.1．被加工零件特點 ................................................. 6
3.1.2．機床布局確定 ................................................... 6
3.1.3．工件定位基準的確定 ............................................. 6
3.1.4．夾壓表面及夾緊方式 ............................................. 6
3.2．確定切削用量 ....................................................... 7
3.2.1．選擇切削用量 ................................................... 7
3.2.2．確定F.P.T ...................................................... 7
3.3．組合機床總體設計——三圖一卡 ....................................... 8
3.3.1．被加工零件工序圖 ............................................... 9
3.3.2．加工示意圖 ..................................................... 9
3.3.3．機床聯(lián)系尺寸圖 .................................................14
3.3.4．機床生產率計算卡 ...............................................18
4．組合機床夾具設計 .......................................................21
4.1．機床夾具的用途及使用優(yōu)點 ...........................................21
4.2．定位支承系統(tǒng)設計 ...................................................21
4.2.1．定位六法及定位面 ...............................................21
4.2.2．定位支承元件及布置 .............................................21
4.2.3．夾緊機構設計 ...................................................21
4.3．組合機床夾具設計 ...................................................22
4.3.1．夾具體設計 .....................................................22
4.3.2．角鐵的選擇 .....................................................23
4.4．夾具總裝配圖技術要求制定 ...........................................23
4.4.1．精度等級 .......................................................23
4.4.2．定位精度要求 ...................................................23
4.4.3．總裝配圖繪制要求 ...............................................23
5．多軸箱的設計 ........................................................... 24
5.1 繪制多軸箱設計原始依據圖 ........................................... 24
5.2 主軸結構型式的選擇 .................................................. 24
5.3 傳動系統(tǒng)的設計與計算 ................................................ 25
6．PLC控制系統(tǒng)的設計 ......................................................27
6.1．可編程控制器概述 ................................................... 27
6.1.1．可編程控制器的定義和特點 .......................................27
6.1.2．基本結構 .......................................................27
6.1.3．PLC的工作方式 ..................................................28
6.1.4．PLC的發(fā)展 ......................................................28
6.2．動作循環(huán)圖 .........................................................29
6.3．端子分配圖 .........................................................29
6.3.1．PLC的選型 ......................................................29
6.3.2．端子分配圖 .....................................................30
6.4．梯形圖設計 .........................................................31
6.4.1．梯形圖設計規(guī)則 .................................................31
6.4.2．梯形圖設計 .....................................................31
6.5．程序設計 ...........................................................33
6.5.1．PLC的指令系統(tǒng) ..................................................33
6.5.2．指令表 .........................................................33
7．組合機床電氣控制電路設計 ...............................................34
7.1．機床電氣設計的基本原則 .............................................34
7.1.1．機床電氣設計的基本要求 .........................................34
7.1.2．機床電氣設計的內容及設計步驟 ...................................34
7.1.3．電氣設計的技術條件 .............................................34
7.2．機床傳動的總體方案 .................................................35
7.3．主電路設計 .........................................................35
7.4．控制電路設計 .......................................................35
7.5．控制電源的確定及總體電路的審核完善 .................................35
7.6．電器元件的選擇 .....................................................36
7.6.1．電器元件的可靠性 ...............................................36
7.6.2．電器元件選擇的基本原則 .........................................36
7.7．電氣位置圖的繪制 ................................................... 37
7.7.1．電器布置原則 ...................................................37
7.7.2．常用配線方式 ...................................................38
7.7.3．電氣元件位置圖的繪制 ...........................................38
畢業(yè)設計總結 ............................................................. 40
致謝 ..................................................................... 41
參考資料 ................................................................. 42
附錄一：PLC控制指令表 .....................................................43
1．前言
1.1．課題名稱及其具體要求
1.1.1．課題名稱
車床主軸箱箱體左側8-M8螺紋攻絲機設計
1.1.2．題目內容及要求
本題目的主要內容是設計一臺能加工的通孔，總共八個孔的右側面螺紋攻絲機，機床類型為臥式單面，液壓驅動，由PLC控制，一臺機床年產量為3-6萬件。其余設計內容均自定。
1.1.3．實驗、數(shù)據及圖紙要求
本設計完成后必須包括被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸總圖、組合機床多軸箱圖、夾具裝配總圖、液壓系統(tǒng)原理圖、控制系統(tǒng)原理圖各一張，折合A0圖紙共4張。
此外，設計說明書需1.5萬字。
1.2．研究目的及意義
目前，組合機床的需求量很大，國家鼓勵其出口。而國內汽車工業(yè)的迅速發(fā)展也勢必導致各類零部件加工量的增大。因此，組合機床可多刀、多軸、多面、多工位加工的優(yōu)點就顯得猶為突出。本設計就是在攻絲組合機床的設計基礎上，將PLC控制技術和液壓控制技術應用到其中，以便進一步提高組合機床的自動化程度。
1.3．國內外同類研究概況
1． 國外研究狀況
1952年美國生產出了第一臺數(shù)控機床，此后，日本、德國、意大利等國家的一些木工機床的制造廠家應用機電一體化技術，相繼推出了各種先進的機床。目前，螺紋加工機床已經與液壓系統(tǒng)，氣壓系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)結合生產出了很多先進的攻絲機，例如：西班牙的才CMA攻絲機系列，等等。
目前，機床加工正在向復合化，高速化，精密化，高效能化，智能化，環(huán)保化方向發(fā)展而螺紋加工正在向高效率，高自有度，高生產率，高自動化，高定位速度和高切削速度，低成本方向發(fā)展。
2． 國內研究狀況
我國自改革開放以來，雖然機床加工機械的技術水平及產品質量有著顯著的提高，但與先進的發(fā)達國家相比差距較大，主要存在的問題有：水平低、仿制多、品種少、自動化程度不高，外觀質量不高，機床機械合格率低，遠低于同類機械產品的平均合格率。螺紋加工機床和其他機床一樣發(fā)展緩慢。
國內生產的中檔普及型數(shù)控機床的功能、性能和可靠性方面已具有較強的市場競力。
但在中、高檔數(shù)控機床方面，與國外一些先進產品相比，仍存在較大差距。螺紋加工的數(shù)控化程度也很低。雖然我國現(xiàn)在的水平很低不過我們有很好的發(fā)展前景：首先，我國的政策調整有利于車床行業(yè)的發(fā)展；第二，產業(yè)轉移給車床行業(yè)的發(fā)展帶來了機遇；第三，下游行業(yè)成長較快；第四，數(shù)控車床消費增長較快。而螺紋加工的攻絲機只是車床中的一個部分，當然也具有很好的發(fā)展前景。目前國內有很多的組合機床仍然采用繼電器控制，使用不便，且較為落后。而國外同行業(yè)則較多采用PLC先進技術集成控制來實現(xiàn)生產自動化，已形成一系列自動化程度較高的生產流水線，大大提高了生產效率和節(jié)省了成本。
2．組合機床概述
2.1．組合機床及其特點
組合機床是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率專用機床。它能夠對一種（或幾種）零件進行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序，生產效率高，加工質量穩(wěn)定。
組合機床與通用機床，其他專用機床比較，具有以下特點：
（1）組合機床上的通用部件和標準零件約占全部機床零、部件總量的，因此設計和制造的周期短，投資少，經濟效果好。
（2）由于組合機床用多刀加工，并且自動化程度高，因而比通用機床生產效率高，產品質量穩(wěn)定，勞動強度低。
（3）組合機床的通用部件是經過周密設計和長期生產實踐考驗的，又有專門廠成批制造，因此結構穩(wěn)定，工作可靠，使用和維修方便。
（4）在組合機床上加工零件時，由于采用專用夾具、刀具和導向裝置，加工質量靠工藝裝備保證，對操作工人的技術水平要求不高。
（5）當被加工產品更新時，采用其他類型的專門機床時，其大部分部件要報廢。用組合機床時，其通用部件和標準零件可以重復利用，不必另行設計和制造。
（6）組合機床易于聯(lián)成組合機床自動線，以適應大規(guī)模的生產需要。
圖2-1表示由通用部件和少量專用部件組成的臥式組合機床。
圖2-1 臥式組合機床及其組成部件
1—中間底座；2—夾具；3—主軸箱；4—動力箱
5—滑臺；6—滑座；7—床身（側底座）
組合機床常用的通用部件有：動力部件、輸送部件、支承部件、控制部件和輔助部件。其中動力部件有4種：（1）主運動動力部件—動力箱、多軸箱、單軸頭；（2） 進給運動部件—液壓滑臺、機械滑臺； （3） 既能實現(xiàn)主運動又能實現(xiàn)進給運動的部件—動力頭；為單軸頭變化主軸轉速的跨系列通用部件。
動力箱、各種工藝切削頭和動力滑臺是組合機床完成切削主運動或進給運動的動力部件。其中還有能同時完成切削主運動和進給運動的動力頭。而只能完成進給運動的動力部件稱為動力滑臺。固定在動力箱上的主軸箱是用來布置切削主軸，并把動力箱輸出軸的旋轉運動傳遞給各主軸的切削刀具，由于各主軸的位置與具體被加工零件有關，因此主軸箱必須根據被加工零件設計，不能制造成完全通用的部件，但其中有很多零件（例如：主軸、傳動軸、齒輪和箱體等）是通用的。
床身、立柱、中間底座等是組合機床的支承部件，起著機床的基礎骨架作用。組合機床的剛度和部件之間的精度保持性，主要是由這些部件保證。移動的或回轉的工作臺的重復定位精度直接影響組合機床的加工精度。
除了上述主要部件之外，組合機床還有各種控制部件，主要是控制機床按順序動作，以保證機床按規(guī)定的程序進行工作。
組合機床的通用部件，絕大多數(shù)已頒布成國家標準，并按標準規(guī)定的名義尺寸、主參數(shù)、互換尺寸等定型，各通用部件之間有配套關系。
因此，在進行本設計時，主要根據被加工零件的尺寸、形狀和技術要求等來完成組合機床的整體設計。
2.2．攻絲組合機床的結構方案
通用機床加工螺紋的特點是主運動和進給運動之間保持嚴格的傳動比關系，即內聯(lián)系傳動。攻絲組合機床也不例外，根據實現(xiàn)內聯(lián)系傳動系統(tǒng)所選用的機構不同，攻絲組合機床可以分為下列兩大類：
1）采用攻絲動力頭的攻絲組合機床
攻絲動力頭用于同一方向單純攻絲工序。利用絲杠進給，攻絲行程較大，但結構復雜，傳動誤差大，所以加工螺紋精度較低（一般低于7H級），因此未能得到廣泛的應用。
2）采用攻絲靠模裝置的組合機床
用攻絲靠模裝置加工內螺紋的特點是，攻絲主軸系統(tǒng)的進給運動由攻絲靠模機構得到?？磕C構由靠模螺桿和靠模螺母組成，其螺距應等于被加工螺孔的螺距，當靠模螺桿每轉一轉時，則帶動絲錐向前進給一個螺距，要求盡量接近。
攻絲靠模應用于攻絲裝置中的情況如圖2-2所示。從圖中可見，電機傳動主軸通過靠模螺桿帶動絲錐回轉，靠模螺桿5通過攻絲卡頭6與絲錐連接，攻絲卡頭6是攻絲主軸靠模系統(tǒng)進給量與絲錐自行引進量的補償環(huán)節(jié)。
當主軸及靠模螺桿5正轉時，由于靠模螺
母4的作用，使靠模螺桿按螺母的螺距帶動絲
錐進給，攻絲結束后，主軸反轉，絲錐退回。
由于攻絲過程中，只是靠模螺桿5帶動絲 圖2-2 攻絲裝置原理圖
錐軸向移動，因此主軸與靠模螺桿連接處軸向 1—電機；2—多軸箱；3—主軸；
可以相對滑動，一般用滑鍵連接，滑動的最大 4—靠模螺母；5—靠模螺桿；6—攻絲卡頭
距離即攻絲的最大行程，一般不超過。
此種攻絲方法，靠模可以經磨制得到較準確的螺距，由于靠模螺桿帶動絲錐進給比較輕巧，同時又有攻絲接桿補償攻絲主軸靠模系統(tǒng)與絲錐自行引進的進給差，因而攻絲時可得到較高的精度。該靠模裝置除了具有結構簡單、制造成本較低的特點外，還由于每根靠模螺桿都各自具有自己的螺距數(shù)值，因此可用一個攻絲裝置方便地加工出不同尺寸規(guī)格的螺紋，且可各自選用合理的切削用量，目前應用很廣泛。
綜上所述，可知攻絲工序的工作循環(huán)如下：
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2.3．組合機床發(fā)展趨勢
一、提高通用部件的技術水平；
二、發(fā)展適應中、小批生產的組合機床；
三、采用新刀具；
四、發(fā)展自動檢測技術；
五、擴大工藝范圍。
3．組合機床總體設計
3.1．組合機床方案確定
3.1.1．被加工零件特點
被加工零件在攻絲機體左側，材料為，硬度為，攻絲孔徑為的通孔8個，個孔在3個圓上規(guī)律分布。
被加工零件的外形如圖3-1所示。
圖3-1 被加工零件外形圖
3.1.2．機床布局確定
工件底面為主要定位面。因為底面有3個腳所以用3個支承塊支撐，用短銷和支承釘定位。裝夾方便、平穩(wěn)，故可采用臥式機床。
3.1.3．工件定位基準的確定
由于工件采用底面為定位面，根據該零件的特點，可采用孔和2面定位。
3.1.4．夾壓表面及夾緊方式
由于要加工的工件是箱體而且上表面是空的，為了確保工件夾壓穩(wěn)定，為了保證定位基準和定位面的良好接觸，采用開口長壓板作定位夾緊。
3.2．確定切削用量
3.2.1．選擇切削用量
由于攻絲孔徑只有一種，所以可以采用同樣的主軸和刀具使得所有刀具的每分鐘進給量相同。
根據《專用機床設備設計》表7-18查得：
高速鋼絲錐攻絲切削速度
查《機械加工工藝手冊》得：
螺紋間距，
選
切削速度：
∴
∴滿足要求
每分鐘進給量
式中：——主軸系統(tǒng)的進給量（）；
——絲錐每分鐘自行引進量（）；
——絲錐每分鐘轉速（）；
——絲錐的螺距，多頭螺紋為導程（）。
∴
3.2.2．確定F.P.T
1）切削扭矩的計算
根據《專用機床設備設計》表7-24查得：
式中：——工件螺距（）；
——加工直徑（）。
∴
2）切削力的計算
∴
∴總切削力
3）切削功率的計算
根據《專用機床設備設計》表7-24查得：
∴
∴總功率
考慮到功率損失，∴
3.3．組合機床總體設計——三圖一卡
三圖一卡的內容主要包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸總圖和編制生產率計算卡。
3.3.1．被加工零件工序圖
一、被加工零件工序圖的作用及內容
被加工零件工序圖是根據選定的工藝方案，表示一臺組合機床或自動線完成的工藝內容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求、加工用定位基準、夾壓部位及被加工零件的材料、硬度、重量和本道工序加工前毛坯或半成品狀況的圖紙。因此，它是在原零件圖基礎上，突出本機床或自動線的加工內容，加上必要的說明繪制成的。它是組合機床設計的主要依據，也是制造、使用、檢驗和調整機床的重要技術文件。圖上應表示出：
1）被加工零件的形狀和輪廓尺寸及與本機床設計有關的部位的結構形狀及尺寸。尤其是當需要設置中間導向套時，應表示出零件內部的肋、壁布置及有關結構的形狀及尺寸。以便檢查工件、夾具、刀具是否發(fā)生干涉。
2）加工用定位基準、夾壓部位及夾壓方向。以便依此進行夾具的定位支承（包括輔助定位支承）、限位、夾緊、導向系統(tǒng)的設計。
3）本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形狀位置尺寸精度及技術要求，還包括本道工序對前道工序提出的要求（主要指定位基準）。
4）必要的文字說明。如被加工零件編號、名稱、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。
二、繪制被加工零件工序圖的注意事項
1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要突出本機床的加工內容。繪制時，應按一定比例，選擇足夠的視圖及剖視圖，突出加工部位（用粗實線），并把零件輪廓及與機床、夾具設計有關的部位（用細實線）表示清楚。凡本道工序保證的尺寸、角度等，均應在尺寸數(shù)值下方畫粗實線標記。加工用定位基準、機械夾壓位置及方向、輔助支承均須使用規(guī)定的符號表示出來。
2）加工部位的位置尺寸應由定位基準注起。為便于加工及檢查，尺寸應采用直角坐標系標注，而不采用極坐標系。但有時因所選定位基準與設計基準不重合,則需對加工部位要求的位置尺寸精度進行分析換算。此外，應將零件圖上的不對稱位置尺寸公差應換算成對稱尺寸公差，其公差數(shù)值的決定要考慮兩方面，一是要能達到產品圖紙要求的精度，二是采用組合機床能夠加工出來。
3）應注明零件加工對機床提出的某些特殊要求。
3.3.2．加工示意圖
一、加工示意圖的作用和內容
零件加工的工藝方案要通過加工示意圖反映出來。加工示意圖表示被加工零件在機床上的加工過程，刀具、輔具的布置狀況以及工件、夾具、刀具等機床各部件間的相對位置關系，機床的工作行程及工作循環(huán)等。因此，加工示意圖是組合機床設計的主要圖紙之一，在總體設計中占據重要地位。它是刀具、輔具、主軸箱、液壓電氣裝置設計及通用部件選擇的主要原始資料，也是整臺組合機床布局和性能的原始要求，同時還是調整機床、刀具及試車的依據。其內容為：
1）應反映機床的加工方法、加工條件及加工過程。
2）根據加工部位特點及加工要求，決定刀具類型、數(shù)量、結構、尺寸（直徑和長度）。
3）決定主軸的結構類型、規(guī)格尺寸及外伸長度。
4）選擇標準的或設計專用的接桿、浮動卡頭、導向裝置、攻絲靠模裝置、刀桿托架等，并決定它們的結構、參數(shù)及尺寸。
5）標明主軸、接桿（卡頭）、夾具（導向）與工件之間的聯(lián)系尺寸、配合及精度。
6）根據機床要求的生產率及刀具、被加工零件材料特點等，合理確定并標注各主軸的切削用量。
7）決定機床動力部件的工作行程及工作循環(huán)。
二、加工示意圖的畫法及注意事項
1）加工示意圖的繪制順序是：先按比例用細實線繪出工件加工部位和局部結構的展開圖，加工表面用粗實線畫。為簡化設計，相同加工部位的加工示意（指對同一規(guī)格的孔加工，所用刀具、導向、主軸、接桿等的規(guī)格尺寸、精度完全相同），允許只表示其中之一，亦即同一主軸箱上結構尺寸相同的主軸可只畫一根。但必須在主軸上標注軸號（與工件孔號相對應）。當軸數(shù)較多時，可縮小比例，用細實線畫出工件加工部位的外形簡圖，并在孔旁標注孔號，以便設計和調整機床。
2）一般情況下，在加工示意圖上，主軸分布可不按真實距離繪制。當被加工孔間距很小或需設置徑向結構尺寸較大的導向裝置時，相鄰主軸必須嚴格按比例繪制，以便檢查相鄰主軸、刀具、輔具、導向是否干涉。
3）主軸應從主軸箱端面畫起。刀具畫加工終了位置（攻絲加工則應畫開始位置）。標準的通用結構只畫外形輪廓，但須加注規(guī)格代號。對一些專用結構，為顯示其結構而必須剖視，并標注尺寸、精度及配合。
三、刀具選擇
根據攻絲孔的深度及直徑大小，并結合加工條件及要求，根據《機械加工工藝手冊》，選擇的刀具為絲錐，其直徑分別為。
絲錐的具體結構和尺寸如圖3-2所示：
)
圖3-2 絲錐外形圖
四、初定主軸類型、尺寸和外伸長度
根據《專用機床設備設計》表7-29（攻螺紋主軸直徑的確定）查得：
當螺紋為，扭矩時，主軸直徑
再查表7-30（通用攻絲主軸的系列參數(shù)），確定主軸類型為：
前后支承均為圓錐滾子軸承的主軸
確定主軸直徑：
攻絲靠模規(guī)格代號：2
具體結構如圖3-3所示：
圖3-3 主軸外伸圖
五、選擇攻絲卡頭
攻絲卡頭用于連接絲錐和攻絲主軸（或靠模裝置），其主要作用是：
1） 保證絲錐與被加工的螺紋底孔自動對中，并保證絲錐順利引進。
2） 補償絲錐每分鐘引進量與攻絲主軸（或靠模裝置）每分鐘進給量之差值，保證絲錐引進與攻絲裝置進給同步。
因此，要求攻絲卡頭有很好的定心性及補償靈活性，徑向尺寸應較小，以適應中心距小的螺孔加工。攻絲卡頭的主要形式有：①絲錐“超前”進給的單向補償攻絲卡頭；②主軸或攻絲靠模“超前”進給的單向補償攻絲卡頭。
在此，可選用主軸“超前”進給的單向補償攻絲卡頭。主軸“超前”進給是指攻絲主軸每分鐘進給量大于絲錐每分鐘的引進量，其差值由攻絲卡頭中的壓力彈簧來補償。彈簧的預壓力，最好稍大于絲錐開始切入被加工螺紋底孔所需的軸向力，而小于絲錐的進給拉力。
其具體結構如圖3-4所示。
圖3-4 主軸“超前”進給的單向補償攻絲卡頭
1—卡頭芯桿；2—銷；3—套罩；4—卡頭體；5—壓力彈簧
六、攻絲靠模裝置
攻絲靠模裝置的原理是“自引法”攻絲。這種攻絲裝置的進給運動，直接由靠模螺桿、螺母得到。
常用的攻絲靠模裝置有型和型。型攻絲靠模通常由攻絲靠模機構和攻絲卡頭配合組成攻絲裝置，并由攻絲裝置配置成攻絲組合機床。型主要用于組成活動攻絲模板和鉆攻復合模板。
根據，查得《專用機床設備設計》表7-42（第Ⅰ、第Ⅱ類攻絲靠模規(guī)格）：選用型號為的攻絲靠模裝置
其具體參數(shù)為：
，
，，
這類靠模用于組成固定式攻螺紋裝置時，有較好的敞開性，裝卸和調整較為方便。松開壓板后，整套靠模就可以很方便地從靠模頭前端抽出，利用攻螺紋卡頭上的調整
螺母，能方便地調整絲錐的軸向位置。缺點是軸向尺寸很大。
其具體結構如圖3-5所示。
七、確定動力部件的工作循環(huán)及工作行程
動力部件的工作循環(huán)是指：加工時動力部件從原始位
置開始運動到加工終了位置又返回到原始位置的動作過程。
一般包括快速引進、工作進給、快速退回等動作。
1．工作行程長度的確定
工作進給長度應等于工件加工部位長度（多軸加
工時應按最長孔計算）與刀具切入長度和切出長度之
和。如圖3-6所示。
圖3-6 工作進給長度
切入長度L1應根據工件端面的誤差情況在之
間選擇，誤差大時取大值。切出長度根據《專用機床設
備設計》表7-32查得：
式中：——絲錐前端錐部的長度。
由于加工深度一定，選擇。
2．快進、快退長度
按加工具體情況而定，保證加工所有刀具均退至夾具
套內，不影響工件裝卸，因此取快進長度為。
3．動力部件總行程長度
動力部件的總行程除應保證要求的工作循環(huán)行程外， 圖3-5 第Ⅰ類攻絲靠模
還要考慮裝卸和調整刀具方便，即考慮前、后備量。 1—靠模桿；2—套筒；3—壓板
前備量是指因刀具磨損或補償制造、安裝誤差，動力 4—襯套：5—彈簧；6—結合子
部件尚可向前調節(jié)的距離。后備量是指考慮刀具從接桿中 7—靠模螺母；8—攻絲卡頭
或接桿連同刀具一起從主軸孔中取出所需要的動力部件尚能向后退的距離。理想情況是保證刀具退離夾具導套外端面的距離大于接桿插入主軸孔內（或刀具插入接桿孔內）的長度。
因此，動力部件的總行程為快退行程長度與前后備量之和。
∴
依此作為選擇標準動力滑臺或設計專用動力部件的依據。
3.3.3．機床聯(lián)系尺寸圖
一、聯(lián)系尺寸圖的作用及內容
一般來說，組合機床是由標準的通用部件——動力滑臺、動力箱、各種工藝切削頭、側底座、立柱、立柱底座及中間底座加上專用部件——主軸箱、輔具系統(tǒng)、夾具、液、電、冷卻、潤滑、排屑系統(tǒng)組合裝配而成。聯(lián)系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配聯(lián)系和運動關系，以檢驗機床各部件的相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求，通用部件的選擇是否合適，并為進一步開展主軸箱、夾具等專用部件、零件的設計提供依據。聯(lián)系尺寸圖也可看成是簡化的機床總圖，它表示機床的配置型式及總體布局。
聯(lián)系尺寸圖的主要內容如下：
1） 以適當數(shù)量的視圖（一般為主、左、右視圖）按同一比例畫出機床各主要組成部件的外形輪廓及相對位置，表明機床的配置型式及總體布局，主視圖的選擇應與機床實際加工狀態(tài)一致。
2） 圖上應盡量減少不必要的線條及尺寸，但反映各部件的聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓尺寸、運動部件的極限位置及行程尺寸，必須完整齊全。各部件的詳細結構不必畫出，留在具體設計部件時完成。
3） 為便于部件設計，聯(lián)系尺寸圖上應標注通用部件的規(guī)格代號、電動機型號、功率及轉速，并注明機床部件的分組情況及總行程。
二、選擇動力箱
確定攻絲電機功率時，應考慮到絲錐鈍化的影響，一般按計算功率的倍選取。根據前面計算功率，即，且考慮到攻絲時對轉速要求較低，如果選用的電動機轉速過高，將導致傳動比較大，使機床結構龐大，不利于成本的降低，一般采用同步轉速為左右的電動機。
根據《組合機床設計簡明手冊》表5-38選用動力箱型號為，電動機型號為，電動機的功率為，（為電動機安裝端面至罩殼后面間的軸向長度）。
根據前面計算的行程，選擇動力滑臺為型，滑臺側底座為型，行程為。二級進給及壓力繼電器型號為。導軌防護裝置型號為。分級進給裝置型號為。
由于攻絲時，工作行程不是很長，液壓滑臺可固定在滑軌上，由固定塊受力。所以當進給力大于滑臺所受最大進給力時，仍可使用該滑臺滑軌。
根據選定的動力滑臺型號為，其臥式配置時具體聯(lián)系尺寸如圖3-7所示。
圖3-7 型液壓滑臺臥式配置時聯(lián)系尺寸
三、夾具輪廓尺寸確定
綜合考慮工件的輪廓尺寸形狀、結構以及夾具底座與機床其他部件連接固定尺寸，初步定夾具長寬高為。
四、機床裝料高度
機床裝料高度是指機床上工件的定位基準面到地面的垂直距離。為提高通用部件及支承部件的剛度并考慮自動線設計時中間底座內要安裝夾具輸送裝置、冷卻排屑裝置，新頒布的組合機床標準推薦裝料高度，與國際標準一致。在現(xiàn)階段設計組合機床時，裝料高度可根據具體情況在之間選取。
由于受工件最低孔位置、多軸箱最低主軸高度和所選通用部件、中間底座、夾具高度等尺寸的限制（滑臺與滑座總高，側底座高度，夾具底座高度，中間底座高度），本設計的機床裝料高度。
五、中間底座輪廓尺寸
中間底座的輪廓尺寸要滿足夾具在其上面安裝連接的需要。根據選定的動力箱滑臺、側底座等標準的位置關系，并考慮到毛坯誤差和裝配偏移，中間底座支承夾具底座的空余邊緣尺寸，算出的長度應圓整，并按優(yōu)選數(shù)系選用。攻絲時需要使用冷卻液，應使空余邊緣尺寸不小于。
中間底座外形圖如圖3-8所示。
圖3-8 中間底座外形圖
中間底座長度方向尺寸可按下式確定：
式中：——加工終了位置，主軸箱端面至工件端面間的距離，本設計中；
——主軸箱厚度，本設計；
——工件沿機床長度方向的尺寸，本設計；
——機床長度方向上，主軸箱與動力滑臺的重合長度，本設計；
——加工終了位置，滑臺前端面至滑座前端面的距離，對于通用的標準動力滑臺，尺寸的最大范圍為。本設計；
——滑座前端面至側底座前端面的距離，本設計。
∴
根據，查《專用機床設備設計》表7-10（中間底座主要尺寸）：
選定中間底座長為
又根據被加工零件的寬度為，夾具底座寬度為，以及其他聯(lián)系尺寸，選定中間底座寬度為。
∴中間底座的長寬為。
六、確定多軸箱輪廓尺寸
標準通用多軸箱的厚度是一定的，臥式為。因此，確定多軸箱尺寸，主要是確定多軸箱寬度和高度及最低主軸高度。如圖3-9所示，被加工零件輪廓以點劃線、多軸箱輪廓用粗實線表示。多軸箱寬度、高度的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關，可按下式確定：
式中：——工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離（）。
——最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（）。
——工件在高度方向相距最遠的兩孔距離（）。
——最低主軸高度（）。
圖3-9 多軸箱輪廓尺寸的確定
為保證多軸箱有排布齒輪的足夠空間，推薦，取。
主軸箱最低主軸高度須考慮到與工件最低孔位置（）、機床裝料高度（）、滑臺滑座總高（）、側底座高度（）、滑座與側底座之間調整墊高度（）等尺寸之間的關系而確定。對于臥式組合機床，要保證潤滑油不致從主軸襯套處泄露，通常推薦：
∴
∴
根據上述計算值，按多軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定多軸箱輪廓尺寸為
七、機床聯(lián)系尺寸圖繪制注意事項
1）畫主視圖時，主視圖的圖形布置應與實際機床工作布置一致，并選擇合適比例。為便于機床的調整和維修，滑座與側底座之間需加厚的調整墊。
2）機床各主要組成部件的輪廓尺寸及相關聯(lián)系尺寸必須標注的完整、恰當，應使機床在長、寬、高三個方向的尺寸鏈封閉。
3）應注明工件、夾具、動力部件、中間底座對稱中心線間的位置關系。
4）應注明電動機的型號、功率、轉速及所選標準通用部件的型號規(guī)格和其主要輪廓尺寸，并對組成機床的所有部件進行分組編號，作為部件和零件設計的原始依據。
3.3.4．機床生產率計算卡
根據選定的機床工作循環(huán)所要求的工作行程長度、切削用量、動力部件的快進及工進速度等，就可以計算機床的生產率并編制生產率計算卡，用以反映機床的加工過程，完成每一動作所需的時間、切削用量、機床生產率及機床的負荷率等。
一、理想生產率
指完成年生產綱領（包括備品及廢品率在內）所要求的機床生產率。它與全年工時總數(shù)有關，一般情況下，單班制生產取，則
件／h
二、實際生產率
指所設計機床每小時實際可以生產的零件數(shù)量。
件／h
式中：——生產一個零件所需的時間（），它可以根據下式計算：
式中：、——分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進給行程長度（）；
、——分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進給速度（）；
——當加工沉孔、止口、锪窩、倒角、光整表面時，動力滑臺在死擋鐵上的停留時間，通常指刀具在加工終了時無進給狀態(tài)下旋轉轉所需的時間（）；
、——分別為動力部件快進、快退行程長度（）；
——動力部件快速行程速度。采用機械動力部件取，液壓動力部件取；
——直線移動或回轉工作臺進行一次工位轉換的時間，一般可取；
——工件裝、卸（包括定位、夾壓及清除鐵屑等）時間，它取決于工件重量大小、裝卸的方便性及工人的熟練程度。根據各類組合機床的統(tǒng)計，一般取。
∴取為
∴
∴ 件／h
三、機床負荷率
當時，計算二者的比值即為負荷率。
∴
根據組合機床的使用經驗，適宜的機床負荷率為。
所以該負荷率滿足要求。
四、生產率計算卡
生產率計算卡是按一定格式要求編制的反映零件在機床上的加工過程、生產節(jié)拍、切削用量、機床生產率和機床負荷率的簡明表格，它是用戶驗收機床的重要依據之一。
具體情況見附錄二。
4．組合機床夾具設計
4.1．機床夾具的用途及使用優(yōu)點
一、保證產品質量；
二、提高勞動生產率；
三、擴大機床的工藝范圍，解決復雜或困難的工藝問題；
四、改變原機床的用途，擴大機床使用范圍；
五、減輕操作的勞動強度，做到安全生產。
4.2．定位支承系統(tǒng)設計
4.2.1．定位六法及定位面
工件采用三面定位，以底面為主要定位面，后面為導向面，左側面為止推面。采用此方法限制了六個自由度，為完全定位。
4.2.2．定位支承元件及布置
選擇常用定位元件支承板，使用兩塊。為便于排屑，沿縱向用倒角并設溝槽。為提高支承板耐磨性，采用鋼制造。
導向面使用一個導向板（限位板），止推面使用一個支承釘。
4.2.3．夾緊機構設計
一、夾緊動力
夾緊動力選用螺紋螺栓配合的機械力進行夾緊。
二、夾緊力確定
1）確定摩擦系數(shù)
根據《機床夾具設計手冊》，取工件與支承壓板之間摩擦系數(shù)：
2）安全系數(shù)
由于刀具鈍化等原因，準確地確定夾緊力較困難。
根據《機床夾具設計手冊》查得，總安全系數(shù)
式中：——基本安全系數(shù)，
——加工表面光潔度系數(shù)，毛面，光面；
——刀具磨鈍系數(shù)，；
——斷續(xù)切削系數(shù)，；
——疲勞系數(shù)，（人力操縱），（動力操縱）。
∴取，，，，
∴
∴滿足要求。
3）夾緊力計算
根據夾緊力所需，選擇前法蘭式液壓夾緊油缸。
油缸內活塞桿，行程。
4.3．組合機床夾具設計
因被加工零件為箱體零件，機床為臥式，刀具選用絲錐，本夾具為壓板夾緊工件從一側推入，然后定位夾緊。
4.3.1．夾具體設計
夾具體是夾具的基礎件，夾具上的各種裝置和元件通過夾具體連接成一個整體。夾具體要有足夠的強度和剛度，只有這樣，在加工過程中，夾具體在切削力、夾緊力的作用下，才不會產生不允許的變形和振動。此外，在保證強度和剛度的前提下，夾具體應力求結構簡單便于制造、裝配和檢驗；體積小、重量輕以便于操作。
考慮到加工的零件是一個箱體而且上表面是空的，為了使其受力比較好所以采用兩邊開闊的常壓辦對加工的零件進行夾緊。夾緊的零件采用雙頭螺栓，螺母夾緊方式。支撐面采用3個小的支撐塊支撐。用一個空和一個面定位。
4.3.2．角鐵的選擇
考慮到被加工零件尺寸較大，選擇標準的角鐵滿足不了本設計要求，故在標準角鐵的尺寸基礎上，適當增大以滿足要求。角鐵所選用的材料均為，毛坯要經時效處理。本設計中角鐵使用數(shù)量為3個，其中加工孔部位角鐵需留出空間以方便加工。
其具體尺寸和結構如圖4-2、4-3、4-4所示。
圖4-2 角鐵一
4.4．夾具總裝配圖技術要求制定
4.4.1．精度等級
同軸度、平行度和垂直度一般為被加工零件精度1/3左右。
4.4.2．定位精度要求
工件以定位支承塊定位，定位面應在同一平面內，允差0.02，支承塊在一次安裝下加工到所要精度。
4.4.3．總裝配圖繪制要求
一、被加工零件的外形輪廓、定位基面、夾緊表面及加工表面用雙點劃線繪制在各個視圖的合適位置上。
二、各零件要進行編號，并填寫零件明細表和標題欄。
三、標注必要的尺寸、公差配合及技術要求。
5. 多軸箱的設計
多軸箱是組合機床的重要部件之一，它關系到整臺組合機床質量的好壞。
具體設計時，除了要熟悉多軸箱本身的一些設計規(guī)律和要求外，還須依據“三圖一卡”，仔細分析研究零件的加工部位，工藝要求，確定多軸箱與被加工零件、機床其他部分的相互關系。
5．1 繪制多軸箱設計原始依據圖
多軸箱設計原始依據圖，是依據“三圖一卡”整理編繪出來的，其一般應包括下列內容：
（1） 所有主軸的位置尺寸及工件與多軸箱的相關尺寸。在標注主軸的位置及相關尺寸時，首先要注意多軸箱和被加工零件在機床上是面對面擺放的，因此多軸箱橫截面上的水平方向尺寸應與被加工零件工序圖的水平尺寸方向相反。其次，多軸箱上的坐標尺寸基準和被加工零件工序圖的尺寸基準常不相重合，應根據多軸箱和被加工零件的相對位置找出統(tǒng)一基準，并標注出其相對位置關系尺寸。
（2） 在圖中標注主軸轉向。由于標準刀具多為右旋，因此要求主軸一般為逆時針旋轉，逆時針轉向可標注，只注順時針轉向。
（3） 圖中應標出多軸箱的外形尺寸。
（4） 列表標明工件材料，加工表面要求，并標出各主軸的工序內容，主軸外伸部分尺寸和切削用量等。
（5） 注明動力箱型號，功率，轉速和其它主要參數(shù)。
5.2 主軸結構型式的選擇
5.2.1 主軸結構型式的選擇
主軸結構型式由零件加工工藝決定，并應考慮主軸的工作條件和受力情況。軸承型式是主軸部件結構的主要特征，如進行鉆削加工的主軸，軸向切削力較大，最好用推力球軸承承受軸向力，而用向心球軸承承受徑向力。又因鉆削時軸向力是單向的，因此推力球軸承在主軸前端安排即可。進行鏜削加工的主軸，軸向切削力較小，但不能忽略。有時由于工藝要求，主軸進退都要切削，兩個方向都有切削力，一般選用前后支承均為圓錐滾子軸承的主軸結構。在本設計中我選用推力球軸承。主軸的直徑在前面已經算過了這邊就不說了。
5.3 傳動系統(tǒng)的設計與計算
多軸箱的傳動系統(tǒng)設計，就是通過一定的傳動鏈把動力箱輸出軸傳進來的動力和轉速按要求分配到各主軸。傳動系統(tǒng)設計的好壞，將直接影響多軸箱的質量、通用化程度、設計和制造工作量的大小以及成本的高低。
5.3.1 對傳動系統(tǒng)的一般要求
設計傳動系統(tǒng)，應在保證主軸強度、剛度、轉速和轉向的前提下，力求使主要傳動件的規(guī)格少，數(shù)量少，體積??；因此，在設計傳動系統(tǒng)時，要注意下面幾點：
（1） 盡量用一根中間轉動軸帶動多根主軸。當齒輪嚙合中心距不符合標準時，可用變位齒輪或略變傳動比的方法解決。
（2） 一般情況下，盡量不采用主軸帶動主軸的方案，因為這會增加主動主軸的負荷。
（3） 為使結構緊湊，多軸箱體內的齒輪傳動副的最佳傳動比為1-1.5,在多軸箱后蓋內的第4排齒輪，根據需要，其傳動比可以取大些，但一般不超過3-3.5。
（4） 根據轉速與轉矩成反比的道理，一般情況下如驅動軸轉速較高時，可采用逐步降速傳動；如驅動軸轉速較低時可先使速度升高一點再降速；這樣可使傳動鏈前面幾根軸、齒輪等在比較高轉速下工作，結構可小些。組合機床多軸箱的傳動和結構與普通機床差異較大，其一是由于傳動鏈較短，難分前后，另外，經常是一中間傳動軸帶多根主軸。所以，合理安排結構往往成為設計的主要矛盾。如為了使主軸上的齒輪不過大，最后一級經常采用升速傳動。
（5） 粗加工切削力大，主軸上的齒輪應盡量安排靠近前支承，以減少主軸的扭轉變形。
（6） 齒輪排數(shù)可按下面方法安排
1） 不同軸上齒輪不相碰，可放在箱體內同一排上。
2） 不同軸上齒輪與軸或軸套不相碰，可放在箱體內不同排上。
3） 齒輪與軸相碰，可放在后蓋內。
5．3．2 主軸分布類型及傳動系統(tǒng)設計
1）已知各主軸轉速及驅動軸到主軸之間的傳動比。
一層二層的齒輪的,三層的齒輪的
多軸箱的具體布置如下圖所示
6．PLC控制系統(tǒng)設計
6.1．可編程控制器概述
6.1.1．可編程控制器的定義和特點
可編程控制器（PLC）是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計，它采用一類可編程的存貯器，用于其內部存貯程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、記數(shù)和算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入輸出控制各種類型的機械或生產過程。世界上第一臺可編程控制器產生于1969年。
PLC的特點主要有以下四點：
一、 通用性強。PLC這種控制裝置硬件是標準化的，要改變控制功能只需改變程序即可。同一臺PLC可以用于不同的控制對象。
二、硬件設計和接線簡單。由于PLC的接口按工業(yè)控制的要求設計，輸出接口的驅動功率強，能直接驅動接觸器、電磁閥等線圈，可免除二次開發(fā)的困難，因而，用戶在硬件方面的設計工作只是確定PLC的硬件配置和外部接線而已。對于接線，只需將提供輸入信息的按鈕、限位開關、光電開關、無觸點開關等接入PLC的輸入端子；把電磁鐵、電磁閥、接觸器等線圈接到PLC的輸出端子并配上對應的負載電源和保護裝置，即完成了全部接線任務。
三、可靠性高，抗干擾能力強?？煽啃允强刂蒲b置的生命。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，能適應有各種強烈干擾的工業(yè)現(xiàn)場，并具有故障自診斷能力。
四、體積小、功耗小、性能價格比高。由于體積小，PLC很容易裝入機械設備內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。
6.1.2．基本結構
PLC的主體由微處理器（CPU）、存儲器、輸入模塊、輸出模塊、電源以及編程器等組件構成。
電源是將交流電轉換為PLC內部所需的直流電，電源組件具有高的抗干擾能力，適合工業(yè)現(xiàn)場使用，供電穩(wěn)定、安全可靠。電源組件內還裝有備用電池，以保證在斷電時，存放在存儲器（RAM）中的信息仍能保持。
PLC的存儲器包括只讀存儲器（ROM）和讀寫存儲器（RAM），前者用來存放系統(tǒng)程序，后者用來存放用戶程序，它通過外接的專用編程器寫入。
輸入模塊主要包括光電耦合器輸入接口，輸入狀態(tài)寄存器和輸入數(shù)據寄存器。輸入端子接受各種有觸點的和無觸點的開關是信號或連續(xù)變化的模擬量（經A/D轉換），輸入到輸入狀態(tài)寄存器或輸入數(shù)據寄存器中。
輸出模塊包括輸出狀態(tài)寄存器，輸出鎖存器，光電耦合器和功率放大器等部分。PLC提供三種類型的輸出：機械觸頭繼電器、無觸點型交流開關和無觸點型直流開關。
CPU是PLC的控制中樞，它包括運算器和控制器。PLC的控制器比微機簡單的原因是它采用循環(huán)處理方式工作，且對于小型PLC，指令類型比較少。PLC的運算器具有很強的邏輯運算功能，但其他運算功能就比較少。
編程器主要是用來輸入和編輯用戶程序，但也可用來監(jiān)視PLC工作時各種編程元件的工作狀態(tài)。
6.1.3．PLC的工作方式
PLC是通過一種周期工作方式來完成控制的，每個周期包括輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段。
一、輸入采樣階段。當PLC開始周期工作時，控制器首先以掃描方式順序讀入所有的輸入端的信號狀態(tài)（1或0），并逐一存入輸入狀態(tài)寄存器。輸入狀態(tài)寄存器的位數(shù)與輸入端子的數(shù)目相對應，因而輸入狀態(tài)寄存器又可稱為輸入映象寄存器。輸入采樣結束后轉入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)變化，輸入狀態(tài)寄存器的內容也不會改變。這些變化只能在下一個工作周期的輸入采樣階段才被讀入。
二、程序執(zhí)行階段。PLC的用戶程序決定了輸入信號與輸出信號之間的具體關系。組成程序的每條指令都有順序號，指令按步序號依次存入存儲單元。程序執(zhí)行期間，在無跳轉指令時，地址計數(shù)器順序尋址，依次指向每個存儲單元，控制器順序執(zhí)行這些指令。執(zhí)行指令時先讀入輸入狀態(tài)寄存器的狀態(tài)，然后進行邏輯運算，運算結果存入輸出狀態(tài)寄存器。
三、輸出刷新階段。在所有的指令執(zhí)行完畢后，輸出狀態(tài)寄存器中的狀態(tài)在輸出刷新階段轉存到輸出鎖存器鎖存，驅動輸出線圈，形成PLC的實際輸出。
在一個周期執(zhí)行完后，地址計數(shù)器恢復到初始值，重復執(zhí)行由以上三個階段構成的工作周期。
6.1.4．PLC的發(fā)展
自1969年世界上第一臺可編程控制器問世以來，PLC的發(fā)展十分迅猛。目前，已有許多國家的著名企業(yè)，如日本三菱、美國通用電氣、德國西門子等，都相繼開發(fā)出了適合他們國家的產品類型，并廣泛推廣應用。正是由于這些公司的激烈競爭，PLC的更新?lián)Q代非?？?，周期一般為3～5年。
為了適應不同層次的需要，進一步擴大PLC在自動化領域中的應用，PLC正朝著以下兩個方向發(fā)展。
一、低檔PLC向微型、簡易、價廉方向發(fā)展，使之能更廣泛地成為繼電器的替代物。在傳統(tǒng)制造業(yè)市場上小型PLC是實現(xiàn)自動化的理想選擇。
二、高檔PLC向大容量、高速、高性能方向發(fā)展。不斷增強過程控制功能，使大型PLC具有個人計算機功能，使之能取代工業(yè)控制微機的部分功能，對大規(guī)模、復雜控制系統(tǒng)進行綜合控制。
PLC控制技術將成為今后工業(yè)自動化的主要手段。它的發(fā)展必將愈來愈快速。
6.2．動作循環(huán)圖
攻絲組合機床的行程特點與其他機床相比有很大的不同，因此在設計動作循環(huán)圖時必須充分考慮到這一特點。根據第一章所闡述的攻絲組合機床結構原理，并結合本設計特點，現(xiàn)擬定攻絲機床動作循環(huán)圖如圖6-1所示。
圖6-1 動作循環(huán)圖
6.3．端子分配圖
6.3.1．PLC的選型
選擇PLC的型號，應從以下幾個方面考慮：
一、結構形式及檔次
按照物理結構，PLC可分為整體式和模塊式。整體式的每一I/O點的價格較低。對于單臺僅需開關量控制的設備，一般選小型整體式PLC就可滿足要求。
二、容量
PC的容量指用戶存儲器容量和I/O點數(shù)兩方面的含義。
選擇存儲器容量可按25%留裕量。I/O點數(shù)可按10%～15%考慮裕量。
三、開關量I/O模塊的選擇
輸入模塊有交流輸入和直流輸入兩種類型。交流輸入方式接觸可靠，適合有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。直流輸入的延遲時間短，還可以與接近開關，光電開關等電子輸入開關連接。
輸出模塊中，繼電器輸出的價格便宜，適用的電壓范圍較寬，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，對于不頻繁通斷的負載應優(yōu)先選用。對于頻繁通斷的負載，應采用無觸點開關輸出，即選用晶體管輸出或雙向晶閘管輸出。
在選用輸入、輸出模塊時還應考慮同時接通的點數(shù)，一般來講，同時接通的輸入或輸出點數(shù)不要超過輸入或輸出點數(shù)的60%。
6.3.2．端子分配圖
根據上一小節(jié)中所闡述的PLC選型規(guī)則，以及考慮到本設計的實際需要，現(xiàn)選用的PLC型號為日本三菱公司生產的FX0S-30MR。該型號PLC體積小、容量大、價格適中，十分適合本設計要求。
本設計所要用到的FX0S-30MR型號PLC的編程元件如下：
一、輸入繼電器（X）
輸入繼電器是專門用來接收從外部開關或敏感元件發(fā)來的信號的，它有輸入端子相連，只能由外部信號所驅動，不能在內部由程序指令來驅動。輸入繼電器可提供無數(shù)對常開、常閉觸點供內部使用。
本設計中所要用到的輸入繼電器編號為：X0～X7，X10～X13共12點輸入。
二、輸出繼電器（Y）
輸出繼電器專門用來將輸出信號傳送給外部負載。
本設計中所要用到的輸出繼電器編號為：Y2～Y6，Y10～Y11共7點輸出。
三、輔助繼電器（M）
輔助繼電器供內部使用，它的觸點不可驅動外部負載。
本設計中所要用到的輔助繼電器編號為：M0，M1，M3～M10。
四、定時器（T）
本設計中所要用到的定時器編號為：T10，T20。
延時時間均為1S。
結合動作循環(huán)圖，并根據該PLC型號的結構特點，端子分配圖如圖5-2所示。
圖5-2 端子分配圖
6.4．梯形圖設計
6.4.1．梯形圖設計規(guī)則
梯形圖編程是各種PLC的通用編程方式。它的優(yōu)點為直觀、易懂，是應用最多的一種編程方式，也是PLC程序設計的核心內容。
梯形圖的設計規(guī)則為：
一、梯形圖按自上而下，從左到右的順序排列，每個編程元件線圈為一邏輯行。元件線圈與右母線直接連接，兩線圈不得串聯(lián)，亦不得在線圈與右母線間連接其他元素。
二、除有跳轉指令外，一般某編號的線圈在梯形圖中只能出現(xiàn)一次。
三、對并聯(lián)電路的邏輯行，串聯(lián)觸點多的支路應排在上面，這樣可以減少指令的條數(shù)。
四、不允許在一個觸點上有雙向電流流過。
五、輸入繼電器的線圈由輸入端子上的外部信號所驅動，因而輸入繼電器的線圈不應出現(xiàn)在梯形圖中。
6.4.2．梯形圖設計
嚴格遵循梯形圖設計規(guī)則，并根據動作循環(huán)圖和端子分配圖，以及充分考慮到攻絲組合機床的行程特點，梯形圖設計如圖5-3所示。
圖6-3 梯形圖設計
6.5．程序設計
6.5.1．PLC的指令系統(tǒng)
對本設計所需的PLC基本指令如下：
一、輸入、輸出指令
LD：取指令。取與母線連接的常開觸點。
LDI：取反指令。取與母線連接的常閉觸點。
OUT：輸出指令。用于驅動輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器，但不能用于輸入繼電器。對于定時器和計數(shù)器使用OUT指令后，必須設定常數(shù)K，常數(shù)K的設定也作為一條指令。
二、“與”指令
AND：常開觸點串聯(lián)連接指令。
ANI：常閉觸點串聯(lián)連接指令。
三、“或”指令
OR：常開觸點并聯(lián)指令。
ORI：常閉觸點并聯(lián)指令。
四、置位指令
SET：令元件自保持。
五、復位指令
RST：用于計數(shù)器、移位寄存器的復位。
六、結束指令
END：編程結束時寫入END指令。
6.5.2．指令表
根據已設計好的梯形圖，PLC指令書寫見附錄一。
7．組合機床電氣控制電路設計
7.1．機床電氣設計的基本原則
7.1.1．機床電氣設計的基本要求
1）熟悉所設計機床的總體技術要求及工作過程，弄清其他系統(tǒng)對電氣控制系統(tǒng)的技術要求。
2）了解機床的現(xiàn)場工作條件、供電情況及測量儀表的種類。
3）通過技術經濟分析，選擇性能價格比最佳的傳動方案和控制方案。
4）設計簡單合理、技術先進、工作可靠、維修方便的電氣控制電路。進行模擬試驗，驗證控制電路能否滿足機床的工藝要求。
5）保證使用的安全性，貫徹最新國家標準。
7.1.2．機床電氣設計的內容及設計步驟
1）擬定電氣設計的技術條件（任務書）；
2）確定電力傳動方案和控制方案；
3）確定電動機容量；
4）設計電氣控制原理圖；
5）選擇電氣元器件及裝置；制定電氣設備裝置、元件、器件的清單及備件，易損件的清單；
6）繪制電氣安裝圖、位置圖、互連圖；
7）設計電氣柜、操作臺、配電板及非標準器件與零件；
8）編寫設計計算說明書及使用說明書。包括順序說明、維修說明及調整方法。
7.1.3．電氣設計的技術條件
電氣設計的技術條件通常以設計任務書的形式表達。它是整個電氣設計的依據。在任務書中，除了簡要說明所設計的機床型號、用途、工藝過程、技術性能、傳動參數(shù)及現(xiàn)場工作條件外，還必須說明：
1）用戶供電電網的種類、電壓、頻率及容量；
2）有關電氣傳動的基本特性，如運動部件的數(shù)量和用途、負載特性、調速指標、電動機的起動、反向和制動要求等；
3）有關電氣控制的特性，如電氣控制的基本方式、自動工作循環(huán)的組成、自動控制的動作順序、電氣保護及聯(lián)鎖條件等；
4）有關操作方面的要求，如操作臺的布置、測量顯示、故障報警及照明等要求；
5）機床主要電氣設備（如電動機、執(zhí)行電器和行程開關等）的參數(shù)及布置框圖；
該技術任務書是依據所設計機床的總體技術方案擬定的。
7.2．機床傳動的總體方案
一、主軸的運轉由主軸電機M1控制，通過M1電動機的正反向運轉來實現(xiàn)攻絲主軸的攻進與攻退；
二、液壓滑臺的往復運動由液壓泵電動機M2拖動，M2電動機單向運轉，往復運動由液壓傳動裝置實現(xiàn)；
三、冷卻泵電動機M3提供攻絲時所需的冷卻液，以免工件和刀具過熱而造成工件精度降低和刀具縮短壽命。
選用電動機型號及參數(shù)如下：
M1 Y100L-6 1.5kW 380V 940r/min 4.00A
M2 Y132S-4 5.5kW 380V 1440r/min 11.6A
M3 Y801-4 0.55kW 380V 1390r/min 1.50A
7.3．主電路設計
M1電機由接觸器KM1、KM2控制實現(xiàn)正反向運轉；M2電機由KM3控制，工作時，由液壓系統(tǒng)控制液壓滑臺的前進與后退，以保證攻絲深度；M3電機由KM4控制，工作時，冷卻液開啟。所有的電機均設過載保護。主電路如圖6-1所示。
7.4．控制電路設計
根據設計題目要求，采用PLC控制。各按鈕、行程開關、線圈和指示燈的作用見第六章PLC控制系統(tǒng)設計中端子分配圖的設計圖6-2?？刂齐娐芬妶D7-2所示。
7.5．控制電源的確定及總體電路的審核完善
由于交流控制電路比較復雜，需要控制電源變壓器，選用220V作為控制電路電壓。信號指示采用6V交流供電。
根據各局部電路之間的相互關系，考慮必要保護環(huán)節(jié)的設置，審核各電器元件觸頭的使用是否合理等問題，完善后的電氣原理圖見圖紙：電氣控制電路原理圖。
圖7-1 主電路
圖7-2 控制電路
7.6．電器元件的選擇
7.6.1．電器元件的可靠性
隨著科學技術和工業(yè)生產的發(fā)展，自動化控制系統(tǒng)的規(guī)模越來越大。一個大型的自動控制系統(tǒng)常需要幾萬個元件。因此，整個系統(tǒng)的可靠性與其所用元件的可靠性有著密切的關系。若某一個串聯(lián)系統(tǒng)，其中只要有一個元件失效，就會使整個系統(tǒng)發(fā)生故障，其整個設備停工所造成的損失要遠遠超過該元件本身的價格。因此，如何正確選用好元件，對控制系統(tǒng)電路的設計是很重要的。
7.6.2．電器元件選擇的基本原則
一、根據對控制元件功能的要求，確定電器元件類型。以繼電接觸器控制系統(tǒng)為例，當元件用于通、斷功率較大的主電路時，應選用交流接觸器；若元件用于切換較小的電路（如控制電路）時，則應選擇中間繼電器；若還伴有延時要求時，則應選用時間繼電器。
二、確定元器件承載能力的