X62W万能铣床电气控制的PLC改造

扬州市职业大学毕业设计（论文）设计题目：X62W 卧式万能铣床电气控制的PLC 改造系 别: 机械工程学院专 业: 机 械 制 造 与 自 动 化班 级: 08 机械（4）班姓 名: 王 星学 号: 0801010427指导老师: 张兆东完成时间: 2011 年 4 月毕业设计说明书X62W 卧式万能铣床的 PLC 改造第 2 页 共 29 页摘要铣床可以用来加工平面、斜面、沟槽，装上分度头可以铣切直齿齿轮和螺旋面，装上圆工作台还可以铣切凸轮和弧形槽。所以铣床在金属切削机床中占有很大的比重，使用数量仅次于车床。PLC 是以计算机技术为技术核心的通用自动控制装置，在各行各业中得到了广泛的应用。它是将逻辑运算，顺序控制，时序和计数以及算数运算等控制程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据存储的控制内容，经过模拟，数字等输入输出部件，对生产设备和生产过程进行控制的装置。在电气控制系统中，故障的查找于排除是非常困难的，特别是在继电器接触式控制系统，由于定期开展线路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长，给生产与维护带来诸多不便，严重地影响生产。而 PLC 控制系统无论是硬件还是软件，控制稳定可靠，具有极高的可靠性与灵活性，更容易维修，更能适应经常变动的工艺条件。为了使铣床控制稳定与可靠，具有极高的可靠性和灵活性，更容易检修，更能适应经常变动的工艺条件，取得较好的经济效益，所以对原来的继电器接触模式模拟控制系统进行 PLC 改造。关键词：X62W；电气控制；PLC-可编程控制器；梯形图毕业设计说明书X62W 卧式万能铣床的 PLC 改造第 3 页 共 29 页目 录摘要.2第一章 铣床特点及电气控制线路分析.51.1 铣床简介.51.2 X62W 万能铣床.51.3 电器元件设备.71.4 电力拖动特点及控制要求.81.5 电气控制线路.8 1.6 电气控制线路分析.10 主电路分析.10 控制电路分析.10 冷却和照明控制.13第二章 可编程控制器的概述.142.1 PLC 的发展历史.142.2 PLC 的构成.142.3 PLC 的基本特点.152.4 PLC 的功能.152.5 PLC 的应用领域.152.6 PLC 的分类.162.7 PLC 的国内外状况.182.8 PLC 的未来展望.18第三章 X62W 万能铣床电气控制线路 PLC 的硬件改造.193.1 X62W 铣床 PLC 控制系统的分析.193.2 PLC 的选型及校验. .193.3 PLC 的 I/O 端口的分配.193.4 系统控制的安装设计.20第四章 X62W 万能铣床电气控制线路 PLC 的软件改造.224.1 梯形图控制分析.22主轴控制电路分析.23进给控制电路分析.234.2 PLC 控制指令语句表. .24毕业设计说明书X62W 卧式万能铣床的 PLC 改造第 4 页 共 29 页第五章 X62W 万能铣床 PLC 改造的测试实验.265.1 PLC 的模拟实验.265.2 改进后的 X62W 万能铣床空载实验.265.3 改进后的 X62W 万能铣床负载实验.26第六章 PLC 控制与电气控制的区别.27第七章 致谢.28参考文献.29毕业设计说明书X62W 卧式万能铣床的 PLC 改造第 5 页 共 29 页第一章 铣床特点及电气控制线路分析1.1 铣床简介铣削是一种高效率的加工方式，铣刀的旋转是主运动，工作台的上下、左右、前后运动都是进给运动，其他的运动，如工作台的旋转运动则是辅助运动。铣床的种类很多，按照结构型式和加工性能的不同，可分为立式铣床、卧式铣床、仿形铣床、龙门铣床和专用铣床等。万能铣床是一种通用的多用途机床，它可以用圆柱铣刀、圆片铣刀、成型铣刀及端面铣刀等工具对各种零件进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，还可以加装万能铣头和圆工作台来扩大加工范围。目前，万能铣床常用的有两种，一种是卧式万能铣床，铣头水平放置，型号为 X62W；另一种是立式万能铣床，铣头垂直放置，型号为 X52K。这两种铣床结构大体相似，差别在于铣头的放置方向上，而工作台进给方式，主轴变速等都一样，电气控制线路经过系列化以后，也是一样的，只不过容量不同。型号意义图 1.11.2 X62W 万能铣床X62W 万能铣床是一种通用的多用途机床，它可以进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，是一种较为精密的加工设备，它采用继电接触器电路实现电气控制。其操作是通过手柄同时操作电气与机械，以达到机电紧密配合完成预定的操作，是机械与电气结构联合动作的典型控制，是自动化程度较高的组合机床。X62W 型万能铣床的结构主要由床身、主轴、刀杆、悬梁、刀杆支架、工作台、回转盘、横溜板、升降台、底座等几部分组成。在床身的前面有垂直导轨，升降台可沿着它上下移动。在升降台上面的水平导轨上，装有可在平行主轴轴线方向移动（前后移动）的溜板。溜板上部有可移动的回转盘，工作台就在溜板上部回转盘上的导轨上作垂直于主轴轴线方向移动（左右移动） 。 工作台上有 T 形槽用来固定工件。这样，安装在工作台上的工件就可以在三个坐标上的六个方向调整位置或进给。铣床主轴带动铣刀的旋转运动时主运动；铣床工作台的前后（横向） 、左右（纵向）和上下（垂直）6 个方向的运毕业设计说明书X62W 卧式万能铣床的 PLC 改造第 6 页 共 29 页动是进给运动；铣床的其他运动，如工作台的讯转运动则属于辅助运动。此外，由于回转盘可绕中心转过一个角度（通常是45） ，因此工作台在水平面上除了能在平行于或垂直于主轴轴线方向进给，还能在倾斜方向进给，可以加工螺旋槽，故称万能铣床。X62W 万能铣床特点：(1) 能完成很多普通机床难以加工或者根本不能加工的复杂型面的加工。(2) 采用 X62W 铣床可以提高零件的加工精度，稳定产品的质量。(3) 采用 X62W 可以比普通机床提高 2 3 倍生产率，对复杂零件的加工，生产率可以提高十几倍甚至几十倍。(4) 大大的减轻了工人的劳动强度。X62 万能铣床外形结构图毕业设计说明书X62W 卧式万能铣床的 PLC 改造第 7 页 共 29 页1、2纵向工作台进给手动手轮和操纵手柄。 3、15主轴停止按钮。 4、17主轴启动按钮。 5、14工作台快速移动按钮。 6工作台横向进给手动手轮。 7工作台升降进给手动摇把。 8自动进给变速手柄。 9工作台升降、横向进给手柄。 10油泵开关。 11电源开关。 12主轴瞬时冲动手柄。 13照明开关。 16主轴调速转盘。1.3 电器元件设备X62W 万能铣床电器元件明细表代号 元件名称 型号 规格 件数 用途M1M2M3QS1QS2SA1SA2SA3FU1FU2FU3FU4FU5FR1FR2FR3T2TCT1VCKM1KM2KM3KM4SB1、SB2SB3、SB4SB5、SB6电动机电动机电动机开关开关开关开关开关熔断器熔断器熔断器熔断器熔断器热继电器热继电器热继电器变压器变压器变压器整流器接触器接触器接触器接触器按钮按钮按钮电磁离合器电磁离合器电磁离合器JO2-51-4JO2-22-4JCB-22HZ1-60/3JHZ1-10/3JHZ1-10/3JHZ1-10/3JHZ3-133RL1-60RL1-15RL1-15RL1-15RL1-15JR0-60/3JR0-20/3JR0-20/3BK-100BK-150BK-504X2ZCCJ0-20CJ0-10CJ0-10CJ0-10LA2LA2LA2定做定做定做7.5kw 1450r/min1.5kw 1410r/min0.125kw 2790r/min60A 500V10A 500V10A 500V10A 500V60A 500V60A5A5A5A1A16A0.5A1.5A380/36V380/100V380/24V20A 110V10A 110V10A 110V111111113111111111111111222111驱动主轴驱动进给驱动冷却泵总开关冷却泵开关换刀开关圆工作台开关M1 换相开关电源总保险整流电源保险直流电路保险控制回路保险照明保险M1 过载保护M3 过载保护M2 过载保护整流电源控制回路电源照明电源整流器主轴驱动快速进给M2 正转M2 反转M1 启动快速进给点动停止、制动主轴制动正常进给快速进给毕业设计说明书X62W 卧式万能铣床的 PLC 改造第 8 页 共 29 页YC1YC2YC3SQ1代号位置开关元件名称LX3-11K型号 规格1件数主轴冲动开关用途SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6位置开关位置开关位置开关位置开关位置开关LX3-11KLX2-131LX2-131LX2-131LX2-13111111进给冲动开关M2 正、反转及联锁、 、 、 、 、1.4 电力拖动特点及控制要求1、主轴电动机需要正反转，但方向的改变并不频繁。根据加工工艺的要求，有的工件需要顺铣（电动机正转） ，有的工件需要逆铣（电动机反转） 。大多情况下是一批或多批工件只用一种方向铣削，并不需要经常改变电动机的转向。因此，可用电源相序转换开关实现主轴电动机的正反转，节省一个反向转动接触器。2、铣刀的铣削是一种不连续的切削，容易使机械传动系统发生振动，为了避免这种现象，在主轴传动系统中装有惯性轮但在高速切削后，停车很费时间，故采用电磁离合器制动。3、工作台既可以做六个方向上的进给，又可以在六个方向上快速移动。4、为了防止刀具和机床的损坏，要求只有主轴旋转后，才允许有进给运动。为了减小加工工件表面的粗糙度，只有进给停止后主轴才能停止或同时停止。本机床在电气上采用了主轴和进给同时停止的方式，但由于主轴运动的惯性很大，实际上就保证了进给运动先停止，主轴运动后停止的要求。5、主轴运动和进给运动采用变速盘来进行速度选择，为保证变速齿轮进入良好啮合状态，两种运动都要求变速后作瞬时点动。1.5 电气控制线路X62W 万能铣床的电气控制线路。分为主电路，控制电路和照明电路三部分。毕业设计说明书X62W 卧式万能铣床的 PLC 改造第 9 页 共 29 页SA2-1制图 ： 王星2 0 1 1 . 3 . 3设备界限L2L3QS1FU1QS2KM1KM4KM3M13 M33 M23 KM2KM2YC1YC2YC3SB6-2SB5-2SA1-1VCT2FU2PEFR1FR2FR3FU3SA3主轴电动机7.5KW1450转/分冷却电动机1.5KW1410转/分进给电动机0.125KW2790转/分SB6-1SB5-1SQ1SA1-1SB1SB2KM1SB3SB4KM2KM1FR1FR2FR3KM1KM2KM3KM4SQ2-1SQ2-2SQ3-2SQ4-2SA2-3SQ5-1SQ3-1SQ6-1SQ4-1KM3KM4SQ5-2SQ6-2TCFU4T1FU5ELSA2-2L1SA3-1SA3-2SA3-3SA3-4X62W 万能铣床电气控制电路图毕业设计说明书X62W 卧式万能铣床的 PLC 改造第 10 页 共 29 页1.6 电气控制线路分析 主电路分析主电路中共有三台电动机，M1 是主电动机，拖动主轴带动铣刀进行铣削加工；M2 是工作台进给电动机，拖动升降台及工作台进给；M3 是冷却泵电动机，供应冷却液。每台电动机均有热继电器作过载保护。 控制电路分析1、 主轴电动机的控制控制线路中的启动按钮 SB1 和 SB2 是异地控制按钮，分别装在机床两处，方便操作。SB5 和 SB6 是停止按钮。KM1 是主轴电动机 M1 的启动接触器，YC1 则是主轴制动用的电磁离合器，SQ1 是主轴变速冲动的行程开关。主轴电动机是经过弹性联轴器和变速机构的齿轮传动链来实现传动的，可使主轴获得十八级不同的转速。（1）主轴电动机的启动 启动前先合上电源开关 QS1，再把主轴转换开关 SA3 扳到所需要的旋转方向，然后按启动按钮 SB1(或 SB2)，接触器 KM1 获电动作，其主触头闭合，主轴电动机 M1 启动。SA3 的功能见表 1.1 所示：正转时 SA3-2，SA3-3 两开关触点分别接通，反转时 SA3-1，SA3-4 分别接通，停止时都不接通。表 1.1 主轴转换开关位置表（2）主轴电动机的停车制动 当铣削完毕，需要主轴电动机 M1 停车时，按停止按钮 SB5(或 SB6)，接触器 KM1 线圈断电释放，电动机 M1 停电，同时由于 SB5-2 或 SB6-2 接通电磁离合器 YC1，对主轴电机进行制动。当主轴停车后方可松开停止按钮。（3）主轴换铣刀控制 主轴更换铣刀时，为避免主轴转动，造成更换困难，应将主轴制动。方法是将转换开关 SA1 扳到换刀位置，常开触头 SA1-1 闭合，电磁离合器 YC1 获电，将电动机轴抱住；同时常闭触头 SA1-2 断开，切断控制电路，机床无法运行，保证了人身安全。（4）主轴变速时的冲动控制 主轴