基于PLC的X62W万能铣床改造

四 川工程职业技术学院毕业设计论文基于 PLC 的 X62W 万能铣床改造姓 名： 班 级：学 号： 指导老师： 日 期： X62W 万能铣床系统改造2 页摘要随着国民经济的飞速发展，传统的机械制造业已向自动化方向发展。我国作为世界第二大经济体，其要从制造大国迈向创新。因此，制造业的转型、降级、技术进步也是势在必行。PLC 控制是机械制造业向自动化生产方向发展的重要基础硬件，但目前我国机床摆脱传统的人工操作的覆级率约为 3040% 。工业化要求已达 90%以上，为此改造现有的传统机床实现自动化加工是适应我国国情，投资少、见效快的一条捷径。 本论文针对现有的普通铣床故障率高、设备年久，自动化程度低等问题，通过对 X62W 旧机床的分析，参考生产实际要求，对现有的 X62W 铣床进行改造，其方案按照“PLC+现场设备 ”模式进行，硬件以西门子 S7 系列 PLC 为控制核心，联合选用相关组件来搭建普通万用铣床控制系统。软件以 Win CC V6.0 和 Step7 V4.0 为开发环境，实现铣床的操作面板和用户程序设计,同时运用以太网和 PROFIBUS 现场总线实现铣床的功能控制和故障诊断。本论文用 PLC 控制系统提出了系统的解决方案，具有柔性化较好，操作简便，易于维护，改造成本较低等特点，具有一定的推广应用价值。关键词：X62W 铣床；PLC 改造；X62W 万能铣床系统改造3 页AbstractWith the rapid development of national economy, the traditional mechanical manufacturing has to develop in the direction of automation. As the worlds second largest economy in China, and its manufacturing power towards innovation. Therefore, the transformation of manufacturing industry, demotion, technological progress is imperative. PLC control is the important foundation of mechanical manufacturing industry to develop in the direction of automated production hardware, but at present our country machine tool to get rid of the traditional manual operation level of about 30 40%. Requirements of industrialization has reached more than 90%, to transform the existing traditional machine tool automation processing is to adapt to Chinas national conditions, less investment and quick result a shortcut. This paper in view of the existing ordinary milling machine failure rate is high, the device in long, low degree of automation, through the analysis of X62W old machine tool, refer to the actual production requirement, the modification of existing X62W milling machine, the plan shall be carried out in accordance with the “PLC + field devices“ mode, hardware with Siemens S7 series PLC as the control core, jointly choose related components to build the common universal milling machine control system. Software to Win CC V6.0 and Step7 V4.0 for development environment, to realize the operation panel of milling machine and the user program design, at the same time using Ethernet and PROFIBUS field bus to realize the function of the milling machine control and fault diagnosis. This paper puts forward the solution of the system with PLC control system, has good flexibility, easy operation, easy maintenance, transformation cost is low, have certain application value.Key words: X62W milling machine; PLC modification;X62W 万能铣床系统改造4 页目 录6结束语 .35致谢 .37参考文献 .38X62W 万能铣床系统改造5 页1绪论1.1 铣床研究的国内外现状及水平用于加工平面、键槽凸台型腔的非回转体类零件的铣床是机械加工的重要设备之一。传统的万能铣床多以继电器、行程开关等作为主要的控制系统零部件，随着计算机技术的飞速发展，利用可编程序控制器及工控计算机控制铣削机床已是不可逆转的发展趋势。1.1.1 铣床的发展现状自十九世纪末期 1818 年研制出世界上第一台卧式铣床，继而美国的布朗在 1862 年开发出功能较为齐全的万能铣床后，由于控制技术和数字控制电路的出现加之其它成套技术的发展，使得铣削机床向更高自动化程度的方向不断发展，形状较为复杂的非回转零件可以在一台机床上实现全面的全自动加工，对难加工材料如不锈钢、钛合金等，在机床主运动速度不断提高情况下也可顺利进行加工，其主运动采用磁浮主轴，转速可达 200000 转/ 分。采用光栅尺、磁栅尺等高精度位移控制系统，其加工精度也可毫不困难的达到微米级（0.0001um)。我国的铣床制造厂，如北京第一机床厂，尽管自上世纪八十年代以来一直在不断更新改进，但其所生产的铣床和数控镗铣机床与工业化国家相比较仍有一定差距。在此领域德国、美国、日本的机床制造业与我国相比较仍处于领先地位。如德国的 DMG（Decke 、Macho 、Giederweister) 公司，Weruenkorb 公司等生产的镗铣机床在世界上居于领先地位，日本的三菱、牧野等公司所生产的数控镗铣机床，也有一定的优势，为此赶超德国等工业化国家机床制造业，尤其是数控镗铣机床仍是我国机床行业广大工程技术人员和研发人员努力奋斗的目标。当然我国通过近年来的努力已有所突破，如大连机床工业公司已能生产出位移“五轴”的数控机床。随着国内生产的不断发展，相信我国的机床工业在 510 年内定能赶超工业化国家的制造水平，为我国制造出高精度、高自动化程度的数控镗铣机床。1.1.2 铣床的发展趋势随着制造业对非回转体类零件的要求不断提升，铣削加工机床的发展趋势大体向以下方向发展：（1）高速化X62W 万能铣床系统改造6 页高速化可以提高生产效率，减少机动时间，提高被加工表面加工质量，尤其是对耐热合金、不锈钢、钛合金等韧性极好的难加工材料，高速切削加工是唯一可行的加工方案，为此研发了磁浮主轴，其主轴转速可达 200000 转/ 分，这样可保证高速切削加工的顺利进行。（2）高精度化通过滚珠丝杠、螺母传动，将旋转运动转变为直线运动，利用感应同步器、光栅尺、磁栅尺等位移精度监控装置，使得铣床的导轨或主轴直线和回转位移精度可毫不困难地达到微米级（即0.0001m ），从而实现铣床的加工精度达到 m 级以上。（3）智能化在加工过程中能够实现机床、刀具和工件的实时监控，为此铣削加工机床，应具有以下功能：自动抑制振动（自适应控制）功能。自动测量和补偿功能。自动防止刀具和工件碰撞的功能。自动抑制和减少噪音功能。机床故障诊断功能。自动润滑功能。人机对话功能等。以使其满足自动化加工时的各种需求。（4）高度自动化通过计算机控制技术使得铣床的加工过程实现全面自动化无需人工操作或干预，为自动化工厂和 4G 制造创造良好的条件。1.2 本项目的意义现今还有大部分企业所用铣床仍是旧机床，控制部分采用继电器控制，而继电器接触器控制方式存在着控制失效、控制不良、动作速度较慢等缺陷。为了利用大量闲置旧机床，该项目以X62W 万能铣床为改造对象，采用组态软件技术、 PLC 技术和远程通信技术，重构该铣床的控制系统。整个控制系统由电机、PLC 系统、上位机、现场总线、电气控制系统及相关上、下位控制和管理软件组成。通过对现有 X62W 铣床进行改造，达到投资少、见效快的目的。X62W 万能铣床系统改造7 页1.3 本项目的主要研究内容综上所述，本研究课题除具有可充分利用现有传统机床，投资少、见效快的特点外，还可大大提高铣床的加工精度及控制能力。因此是一个具有一定应用价值的研究课题。本课题主要进行了以下四个方面内容的研究工作：（1）根据铣床工作时对其各方向进给功能及运动的要求，提出机床的控制系统改造的总体方案。（2）设计 PLC 控制万能铣床电气线路图和控制系统的软件程序；（3）基于 PLC 的万能铣床控制系统硬件集成；（4）设计开发万能铣床的工作界面；1.4 小结本章主要论述铣床的国内外发展现状水平，通过对传统 X62W 铣床的 PLC 改造,可收到投资少、见效快、精度提高，充分利用现在设备等特点，从而说明本研究课题除具有一定理论水平外还具有较大的应用价值。X62W 万能铣床系统改造8 页2X62W 铣床改造前控制过程分析图为 X62W 万能铣床，其控制过程分析具体如下：2.1.主电路分析由电气控制原理图可知，主电路中共有三台电机。其中 M1 为主轴电动机，M2 为工作台进给电动机，M3 为冷却泵电动机。这三台电动机均为直接启动连续运行，QS 为电源隔离开关。各电动机的控制过程分析如下：2.1.1 主轴电动机 M1主轴电动机 M1 由接触器 KM1 控制它的启动和停止。它可以进行两地操纵，一处在升降台上，另一处设在床身上。其旋转方向由主令开关 SA4 预先设置。接触器 KM2 的主触头串接两相电阻 R，与速度继电器 KS 配合实现主轴电动机 M1 的反接制动停车。完整的论文、CAD、PLC 程序、答辩 ppt联系 1362169519X62W 万能铣床系统改造9 页2.1.2 进给电动机 M22.1.3 冷却泵电动机 M32.2 控制电路分析2.2.1 主轴电动机 M12.3 电路保护2.3.1 短路保护FU1、FU2 作为主电路的短路保护2.3.2 过载保护1）FR1 作为主轴电动机的过载保护X62W 万能铣床系统改造