基于X68W万能铣床的PLC改造25042.doc

铣床课题来源及简介随着科学技术的不断发展，生产工艺的不断发展改进，特别是计算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断 改变着电气控制技术的面貌。在控制方法上，从手动控制发展到自 动控制;在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在操作上， 从策重发展到信息化处理；在控制原理上，从单一的有触头硬接线 继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微型计算机为中心的网络 化自动控制系统。所以我将 X62W 万能铣床电气控制线路改造为可编 程控制器控制，来提高整个电气控制系统的工作性能，减少维护、 维修的工作量。 毕业设计（论文）任务的内容及要求 （包括原始数据、技术要求、工作要求）该铣床共用 3 台异步电动机拖动，它们分别是主轴电动机 M1、进给 电动机 M2 和冷却泵电动机 M3。主轴电动机 M1 拖动主轴带动铣刀进 行铣削加工，通过组合开关 SA3 来实现正反转；进给电动机 M2 通过 操纵手柄和机械离合器的配合拖动工作台前后、左右、上下 6 个方 向的进给运动和快速移动，其正反转由接触器 KM3、KM4 来实现；冷 却泵电动机 M3 供应切削液，且当 M1 启动后，用手动开关 QS2 控制； 3 台电动机共用熔断器 FU1 作短路保护，3 台电动机分别用热继电器 FR1、FR2、FR3 作过载保护。目 录一摘要41.1 铣床国内外研究状况和发展趋势4 1.2 铣床简单介绍6 1.2.1 铣床的选型6 二 X62W 万能铣床硬件设计62.1 X62W 万能铣床的主要结构及运动形式6 2.2 X62W 能铣床电力拖动的特点及控制要求8 三 3.1 3.2 3.3 3.4 四 4.1 4.2 4.3 五 电气控制原理 9 电气原理图9 主电路分析 9 控制电路分析9 X62W 元件选型13 X62W 万能铣床软件设计14 PLC 的基本定义和 PLC 的主要特点14 X62W 万能铣床电气控制线路的 PLC 设计17 PLC 梯形图设计18 小结20谢辞21 参考文献22一摘要本设计讲述了 X62W 万能铣床电气控制线路的工作原理，说明了用 PLC 改造的具体方法，从而可以提高整个电气控制系统的工作性能，铣 床是用铣刀工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮 齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在 机械制造和修理部门得到广泛应用。最早的铣床是美国人惠特尼于 1818 年创制的卧式铣床：为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人布朗于 1826 年创造了第一台万能铣床，这是升降台铣床的雏形；1884 年前后 出现了龙门铣床；二十世纪 20 年代出现了半自动铣床，工作台利用挡 块可完成“进给-快速”或“快速-进给”的自动转换。1950 年以后， 铣床在控制系统方面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自 动化程度。尤其是 70 年代以后，微处理的数字控制系统和自动换刀系 统在铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效 率。 关键词万能铣床；电气控制系统；PLC；梯形图 关键词 1.1 铣床国内外研究状况和发展趋势 从上世纪 80 年代起铣床制造业的发展虽有起伏但对自动控制技 术和自动铣床床一直给予较大的关注。经过九五自动车床和加工中心 包括自动铣床的产业化生产基地的形成，所生产的中档普及型自动铣 床的功能性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。但在中高档自 动铣床方面与国外一些先进产品相比仍存在较大差距。这是由于欧美 日等先进工业国家于 80 年代先后完成了自动机床产业进程，其中一些 著名机床公司致力于科技创新和新产品的研发引导着数控机床技术发展，如美国英格索尔公司和德国惠勒喜乐公司对用于汽车工业和航空 工业高速数控铣床的发展日本牧野公司对高效精密加工中心所作的贡 献，德国瓦德里希公司在重型龙门五面加工铣床方面的开发以及日本 马扎克公司研发的车铣中心对高效复合加工的推进等等。相比之下， 我国大部分数近代机床产品在技术处于跟踪阶段。 随着科学技术的不断发展，生产工艺的不断发展改进，特别是计 算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的 面貌。在控制方法上，从手动控制发展到自动控制;在控制功能上，从 简单控制发展到智能化控制；在操作上，从策重发展到信息化处理； 在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以 微处理器或微型计算机为中心的网络化自动控制系统。X62W 铣床综合 了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技术、 通信技术、网络技术等先进的科学技术成果。 利用刀具对金属毛坯进行切削，从而加工出机械零件的工作机械 称为金属切削机床，简称机床。机床是现代机械制造业中最重要的加 工设备，在一般机械制造厂中，机床所担负的加工工作量约占机械制 造总工作量的 40%60%。 机床的性能直接影响机械产品的性能、质量和经济性。因此，它 是国民经济中具有战略意义的基础工业，机床的拥有量及其先进程度 将直接影响到国民经济各部门生产发展和技术进步的能力。 X62W 铣床是由普通机床发展而来。它集于机械、液压、气动、伺 服驱动、精密测量、电气自动控制、现代控制理论、计算机控制等技 术于一体，是一种高效率、高精度能保证加工质量、解决工艺难题，而且又具有一定柔性的生产设备。万能铣床的广泛应用，给机械制造 业的生产方式、产品机构和产业机构带来了深刻的变化，其技术水平 高低和拥有量多少，是衡量一个国家和企业现代化水平的重要标志。 1.2 铣床的简单介绍 X62W 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、角度铣刀、成型铣刀及端面铣刀等刀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、分度头和圆 工作台等机床附件来扩大加工范围。PLC 专为工业环境应用而设计，其 显著的特点之一就是可靠性高，抗干扰能力强。将 X62W 万能铣床电气 控制线路改造为可编程控制器控制，可以提高整个电气控制系统的工 作性能，减少维护、维修的工作量。 1.2.1 铣床的选型 常用的万能铣床有两种，一种是 X62W 型卧式万能铣床，铣头水平 方向放置；另一种是 X52K 型立式万能铣床，铣头垂直方向放置。这两 种铣床在结构上大体相似，差别在于铣头的放置方向不同，而工作台 的进给方式、主轴变速的工作原理等都一样，电气控制线路经过系列化以后也基本X62万能铣床硬件设计2.12X62W 万能铣床的主要结构及运动形式 X62W 型万能铣床的外形结构如图 1 所示，它主要由床身、主轴、 刀杆、悬梁、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。 溜板上部有可转动的回转盘，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。图 1 X62W 万能铣床外形结构图 1床身 床身 2主轴 主轴 3铣刀心轴 4悬梁 铣刀心轴 悬梁 5刀杆支架 刀杆支架6纵向工作台 7横向工作台 8-溜板 9升降台 10-底座 纵向工作台 横向工作台 溜板 升降台 10此外， 由于回转盘相对于溜板可绕中心轴线左右转过一个角度 （通 常铣削是一种高效率的加工方式。铣床主轴带动铣刀的旋转运动是主运动；铣床工作台的前后（横向）、左右（纵向）和上下（垂直）6 个方向的运动是进给运动；铣床其他的运动，如工作台的旋转运动则 属于辅助运动。 2.2 X62W 万能铣床电力拖动的特点及控制要求 1、铣削加工有顺铣和逆铣两种加工方式，要求主轴电动机能正反 转，因正反操作并不频繁，所以由床身下侧电器箱上的组合开光来改 变电源相序实现。 2、由于主轴传动系统中装有避免震荡的惯性轮，故主轴电动机采 用电磁离合器制动以实现准确停车。 3、铣床的工作台要求有前后、左右、上下 6 个方向的 进给运动 和快速移动，所以也要求进给电动机能正反转，并通过操作手柄和机 械离合器相配合来实现。进给的快速移动通过电磁铁和机械挂挡来完 成。圆形工作台的回转运动是由进给电动机经传动机构驱动的。 4、根据加工工艺的要求，该铣床应具有以下的电气联锁措施：为 了防止刀具和铣床的损坏，只有主轴旋转后才允许有进给运动和进给 方向的快速运动。为了减小加工表面的粗糙度，只有进给停止后主轴 才能停止或同时停止。该铣床采用机械操纵手柄和位置开关相配合的 方式实现进给运动 6 个方向的连锁。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的啮合状态，两种运动都 要求变速后顺时点动。当主轴电动机或冷却泵过载时，进给运动必须 立即停止，以免损坏刀具和铣床。 5、要求有冷却系统、照明设备及各种保护措施。三电气控制原理3.1 电气原理图 该铣床共用 3 台异步电动机拖动，它们分别是主轴电动机 M1、进 给电动机 M2 和冷却泵电动机 M3。X62W 万能铣床的电路如附图 1 所示， 该线路分为主电路、控制电路和照明电路三部分。 3.2 主电路分析 主轴电动机 M1 拖动主轴带动铣刀进行铣削加工，通过组合开关 SA3 来实现正反转；进给电动机 M2 通过操纵手柄和机械离合器的配合 拖动工作台前后、左右、上下 6 个方向的进给运动和快速移动，其正 反转由接触器 KM3、KM4 来实现；冷却泵电动机 M3 供应切削液，且当 M1 启动后，用手动开关 QS2 控制；3 台电动机共用熔断器 FU1 作短路 保护，3 台电动机分别用热继电器 FR1、FR2、FR3 作过载保护。 3.3 控制电路分析 控制电路的电源由控制变压器 TC 输出 110V 电压供电。 1、主轴电动机 M1 的控制 主轴电动机 M1 采用两地控制方式，SB1 和 SB2 是两组启动按钮， SB5 和 SB6 是两组停止按钮。KM1 是主轴电动机 M1 的启动接触器，YC1 是主轴制动用的电磁离合器，SQ1 是主轴变速时瞬时点动的位置开关。 （1）主轴电动机 M1 启动前，应首先选择好主轴的转速，然后合上 电源开关 QS1，再把主轴换向开关 SA3 扳到所需要的转向。按下启动按 钮 SB1（或 SB2），接触器 KM1 线圈得电，KM1 主触头和自锁触头闭合， 主轴电动机 M1 启动运转，KM1 常开辅助触头（9-10）闭合，为工作台进给电路提供了电源。按下停止按钮 SB5（或 SB6），SB5-1（或 SB6-1） 常闭触头分断，接触器 KM1 线圈失电，KM1 触头复位，电动机 M1 断电 惯性运转，SB5-2（或 SB6-2）常开触头闭合，接通电磁离合器 YC1， 主轴电动机 M1 制动停转。 （2）主轴换铣刀时将转换开关 SA1 扳向换刀位置，这时常开触头 SA1-1 闭合，电磁离合器 YC1 线圈得电，主轴处于制动状态以便换刀； 同时常闭触头 SA1-2 断开，切断了控制电路，保证了人身安全。 （3）主轴变速时，利用变速手柄与冲动位置开关 SQ1，通过 M1 点 动，使齿轮系统产生一次抖动，以便于齿轮顺利啮合，且变速前应先 停车。 2、进给电动机 M2 的控制 工作台的进给运动在主轴启动后方可进行。工作台的进给可在 3 个坐标的 6 个方向运动，进给运动是通过两个操作手柄和机械联动机 构控制相应的位置开关使进给电动机 M2 正转或反转来实现的，并且 6 个方向的运动是联锁的，不能同时接通。 （1）当需要圆形工作台旋转时，将开关 SA2 扳到接通位置，这时 触 头 SA2-1 和 SA2-3 断 开 ， 触 头 SA2-2 闭 合 ， 电 流 经 1013141520191718 路径，使接触器 KM3 得电，电动机 M2 启动，通过一根专 运动。转换开关 SA2 扳到断开位置，这时触头 SA2-1 和 SA2-3 闭合，触头 SA2-2 断开，以 保证工作台在 6 个方向的进给运动，因为圆形工作台的旋转运动和 6 个方向的进给运动也是联锁的。（2）工作台的左右进给运动由左右进给操作手柄控制。操作手柄 与位置开关 SQ5 和 SQ6 联动，有左、中、右三个位置，其控制关系见 表 1。当手柄扳向中间位置时，位置开关 SQ5 和 SQ6 均未被压合，进给 控制电路处于断开状态；当手柄扳向左或右位置时，手柄压下位置开 关 SQ5 或 SQ6，使常闭触头 SQ5-2 或 SQ6-2 分断，常开触头 SQ5-1 或 SQ6-1 闭合，接触器 KM3 或 KM4 得电动作，电动机 M2 正转或反转。由 于在 SQ5 或 SQ6 被压合的同时，通过机械机构已将电动机 M2 的传动链 与工作台下面的左右进给丝杠相搭合，所以电动机 M2 的正转或反转就 拖动工作台向左或向右运动。 表1手 柄位置 左 中 右 位 置 开 关动作 SQ5 SQ6工作台左右进给手柄位置及其控制关系接触器 动作 K K 电动机 M2 转向 正转 杠 停止 反转 杠 左右进给丝 向右 停止 传动链搭合 丝杠 左右进给丝 向左 工作台运 动方向工作台的上下和前后进给运动是由一个手柄控制的。该手柄与位 置开关 SQ3 和 SQ4 联动，有上、下、前、后、中 5 个位置，其控制关 系见表 2。当手柄扳至中间位置时，位置开关 SQ3 和 SQ4 均未被压合， 工作台无任何进给运动；当手柄扳至下或前位置时，手柄压下位置开 关 SQ3 使常闭触头 SQ3-2 分断，常开触头 SQ3-1 闭合，接触器 KM3 得 电动作，电动机 M2 正转，带动着工作台向下或向前运动；当手柄扳向 上或后时，手柄压下位置开关 SQ4，使常闭触头 SQ4-2 分断，常开触头SQ4-1 闭合，接触器 KM4 得电动作，电动机 M2 反转，带动着工作台向 上或向后运动。 当两个操作手柄被置定于某一进给方向后，只能压下四个位置开 关 SQ3、SQ4、SQ5、SQ6 中的一个开关，接通电动机 M2 正转或反转电 路，同时通过机械机构将电动机的传动链与三根丝杠（左右丝杠、上 下丝杠、前后丝杠）中的一根（只能是一根）丝杠相搭合，拖动工作 台沿选定的进给方向运动，而不会沿其他方向运动。 手 柄 位置 上 下 中 前 后工作台上、 工作台上、下、中、前、后进给手柄位置及其控制关系位置开关 接 触 器 动作 KM4 KM3 KM3 KM4 向 反转 正转 停止 正转 反转 电动机 M2 转 传动链搭合 丝杠 上下进给丝杠 上下进给丝杠 前后进给丝杠 前后进给丝杠 工作台运动 方向 向上 向下 停止 向前 向后动作 SQ4 SQ3 SQ3 SQ4左 与上下前后手柄实行了联锁控制，如当把左右进给 手柄扳向左时，若又将另一个进给手柄扳到向下进给方向，则位置开 关 SQ5 和 SQ3 均被压下，触头 SQ5-2 和 SQ3-2 均分断，断开了接触器 KM3 和 KM4 的通路，电动机 M2 只能停转，保证了操作安全。 （3）个进给方向的快速移动是通过两个进给操作手柄和快速移 动按钮配合实现的。安装好工件后，扳动进给操作手柄选定进给方向， 按下快速移动按钮 SB3 或 SB4（两地控制），接触器 KM2 得电，KM2 常 闭触头分断，电磁离合器 YC2 失电，将齿轮传动链与进给丝杠分离； KM2 两对常开触头闭合，一对使电磁离合器 YC3 得电，将电动机 M2 与 进给丝杠直接搭合；另一对使接触器 KM3 或 KM4 得电动作，电动机 M2得电正转或反转，带动工作台沿选定的方向快速移动。由于工作台的 快速移动采用的是点动控制，故松开 SB3 或 SB4，快速移动停止。 （4）进给变速时与主轴变速时相同，利用变速盘与冲动位置开关 SQ2 使 M1 产生瞬时点动，齿轮系统顺利啮合。 3.4 X62W 元件选型X62W 万能铣床电器元件明细表 代号 名称 型号 规格 数 量 M1 主轴电动机 Y132M-4-B3 7.5kw 、 380v 、 1 驱动主轴 用途1450r/min M2 进给电动机 Y90L-4 1.5kw 、 380v 、 1 驱动进给1400r/min M3 冷却泵电动 机 QS1 QS2 SA1 SA2 SA3 FU1 FU2 FU3、 FU6 开关 开关 开关 开关 开关 熔断器 熔断器 熔断器 HZ10-60/3J HZ10-10/3J LS2-3A HZ10-10/3J HZ3-133 RL1-60 RL1-15 RL1-15 10A、 380V 10A、 500V 60A、 熔体 50A 15A、熔体 10A 15A、熔体 4A 60A、 380V 10A 、380A 1 1 1 1 1 3 3 2 电源总开关 冷却泵开关 换刀开关 圆工作台开关 M1 换向开关 电源短路保护 进给短路保护 整流 控制电路短路 保护 FU4、 FU5 熔断器 RL1-15 15A、熔体 2A 2 直流 照明电路短路 保护 FR1 FR2 FR3 热继电器 热继电器 热继电器 JR0-40 JR10-10 JR10-10 整定电流 16A 整定电流 0.43A 整定电流 3.4A 1 1 1 M1 过载保护 M3 过载保护 M2 过载保护 JCB-22 125w、 380v、 2790r/min 1 驱动冷却泵X62W 万能铣床的 PLC 改造 T2 TC T1 VC KM1 KM2 KM3 KM4 SB1、 SB2 SB3、 SB4 SB5、 SB6 YC1 YC2 YC3 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 变压器 变压器 照明变压器 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 位置开关 位置开关 位置开关 位置开关 位置开关 位置开关 BK-100 BK-150 BK-50 2CZ4 CJ0-20 CJ0-10 CJ0-10 CJ0-10 LA2 LA2 LA2 B1DL- B1DL- B1DL- LX3-11K LX3-11K LX3-131 LX3-131 LX3-11K LX3-11K 开启式 开启式 单轮自动复位 单轮自动复位 开启式 开启式 380/36V 380/110V 50VA 380/24V 5A 50V 20A 、线圈电压 110V 10A、线圈电压 110V 10A、线圈电压 110V 10A、线圈电压 110V 绿色 黑色 红色 1 1 1 1 1 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 M2 正 反转及联锁 1 1 整流电源 控制电路电源 照明电源 整流用 主轴启动 快速进给 M2 正转 M2 反转 启动 M1 快速进给点动 停止 制动 主轴制动 正常进给 快速进给 主轴冲动开关 进给冲动开关四X62W 万能铣床软件设计4.1 PLC 的基本定义和 PLC 的主要特点 PLC 是在继电器控制技术、计算机技术和现代通信技术的基础上 逐步发展起来的一项先进的控制技术。在现代工业发展中 PLC 技术、 CAD/CAM 技术和机器人技术并称为现代工业自动化的三大支柱。它主 要以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算X62W 万能铣床的 PLC 改造术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出(I/O)来控制各种生产 过程。 PLC 的主要特点： 1、高可靠性 （1）所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路 与 PLC 内部电路之间电气上隔离。 （2）各 输入端均采 用 R-C 滤波器，其 滤波时间常数一 般为 10-20ms。 （3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 （4）采用性能优良的开关电源。 （5）对采用的器件进行严格的筛选。 （6） 良好的自诊断功能， 一旦电源或其他软， 硬件发生异常情况， CPU 立即采用有效措施，以防止故障扩大。 （7）大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成 表决系统,使可靠性更进一步提高。 2、丰富的 I/O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号，如：交 流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电 等。有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开 关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另 外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工 业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。 3、采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的 小型 PLC 以外，绝大多数 PLC 均采用模块化结构。PLC 的各个部件，包括 CPU，电源，I/O 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接 起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。 4、编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯 形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容 易被一般工程技术人员所理解和掌握。 5、安装简单，维修方便 PLC 不需要专门的机房，可以在各种工业 环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端 相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于 用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化 系统迅速恢复运行。 PLC 的功能： 1、逻辑控制 2、定时控制 3、计数控制 4、步进(顺序)控制 5、PID 控制 6、数据控制：PLC 具有数据处理能力。 7、通信和联网 8、 其它： 还有许多特殊功能模块， PLC 适用于各种特殊控制的要求， 如：定位控制模块，CRT 模块 。4.2 X62W 万能铣床电气控制线路的 PLC 改造 1、 改造方法X62W 万能铣床的 PLC 改造 进行电气控制线路改造时， X62W 万能铣床电气控制线路中的电源电路、 主电路保持不变； 在控制电路中，变压器 TC1 的输出、整流器 VC 的输出及变压器 TC3 的输出部分去掉，用可 编程控制器实现；为了保证各种联锁功能，将位置开关 SQ1SQ6、按钮 SB1SB6、照明开 关 S、冷却泵启动开关 SA3、换刀开关 SA4 和圆形工作台转换开关 SA5 分别接入 PLC 的输入 端；输出器件分三个电压等级，一个是接触器、继电器使用的 110V 交流电压，另一个是电磁 离合器使用的 24V 直流电，还有一个是照明使用的 36V 交流电压，这样也将 PLC 的输出口分 为三组连接点。2、 PLC 硬件设计经过对 X62W 万能铣床的控制系统进行详细的分析可知，该系统需要输入点数 为 16 点，输出点数为 9 点，根据输入输出口的数量，可选择三菱 FX1N40MR 型 PLC。所有的电器元件均可采用改造前的型号，电器元件的安装位置也不变。重点 提示：输出端由于采用三个不同电压等级负载，所以特别注意输出公共端的分配， 否则易引起短路。表3输入继电 器 X0 X1 SB1、SB2 SB3、SB4 输入元件 作用地址分配表 万能铣床 PLC I/O 地址分配表输出继电 器 输出元 件 EL KM1 照明 主轴电动 机 M1 启动 作用主轴启动 快速进给Y0 Y1X2 X3SB5-1,SB6-1 SB5-2,SB6-2主轴停止 主轴制动Y2 Y3KM2 KM3快速进给控制 进给电动 机 M2 正转X4SA1主轴换刀Y4KM4进给电动 机 M2 反转X5 X6 X7 X10 X11SA2 SA4 SQ1 SQ2 SQ3-1,SQ5-1圆工作台工作开关 照明开关 主轴冲动行程开关 进给冲动行程开关 向前、向下、向左进给行 程开关Y5 Y6 Y7YC1 YC2 YC3主轴制动、换刀 进给常速 快速进给X12 X13 X14 X15 X16 X17SQ4-1,SQ6-1 SQ3-2,SQ4-2 SQ5-2,SQ6-2 FR1 FR2 FR3X62W 万能铣床的 PLC 改造 向后、向上、向右进给行 程开关 联锁 联锁 M1 过载保护 M3 过载保护 M2 过载保护万能铣床的 I/O 接线图请参照附图 2。 4.3 PLC 梯形图设计 根据 X62W 万能铣床的控制要求，设计该电气控制系统的 PLC 控 制梯形图请参照附图 3 该程序共有十条支路，反映了原继电接触器控制电路中的各种逻 辑关系。 第一条支路反映的是主轴电动机的启动、停止及变速冲动控制。 第二条支 给。 第三条支路实现主轴制动及更换铣刀功能。 第四条支路反映的是一系列的联锁以及主轴的自锁和快速进给 的自锁。 第五条支路反映的是铣床工作台的前后（横向）、左右（纵向） 和上下（垂直）6 个方向的运动是进给运动。 第六条支路是工作台快速进给启动控制。 第七条支路是圆工作台的旋转运动的控制。 第八条支路是进给冲动。 第九条支路是进给常数，只有快速时才断开。 第十条支路是照明控制。该程序及 PLC 的硬件接线不仅保证了原电路的工作逻辑关系，而 且具有各种联锁措施，确保了整机的安全性能；另电气改造投资少、 工作量较小，而且改造后的 PLC 控制系统无论是硬件还是软件都非常 简单,且能适应经常变动的工艺条件，加之，PLC 工作稳定可靠,抗干扰 能力强，可大大减轻控制系统故障，提高整机效率。小结经过两个多月的设计和开发，成功得通过了模拟调试和联机调 试，X62W 铣床模型基本设计完毕，其功能基本达到要求，而且只要修 改控制程序，就可以让 X62W 铣床做出不同的动作，控制的柔性很好。 系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程，更是进一步学习 和探索的过程。在这个过程中我对利用可编程控制器进行控制系统的 设计与开发有了深刻的认识，对机械的工作原理有了进一步的掌握， 对控制系统的分析与设计有了切身的认识与体会，并在学习和实践过 程中增长了知识。丰富了经验。控制系统的开发设计是一项复杂的系 统工程，必须严格按照系统分析，系统设计，系统实施，系统运行与 调试的过程来进行。系统的分析与设计是一项很辛苦的工作，同时也 是一个充满乐趣的过程。在设计过程中，要边学习边实践，遇到新的 问题就不断探索和努力，即可使问题得到解决。 在设计中体会到理论必须和实践相结合。虽然收集了大量的资 料，但在实际应用中却有很多的差异，出现了很多意想不到的问题。 许多问题在书本上是这样，而在实际运用中却很不一样，在经过多次 分析修改后，才设计出达到控制要求的系统X62W 万能铣床的 PLC 改造谢辞很感慨，我的毕业设计终于完成了。虽然中间有着不完美，但却 是我自己不断地查阅资料、思考和动手的结果.经过一段时间的忙碌和 工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个大专生的毕业设计，由 于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促 指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想 的。 在这里首先要感谢我的导师邓老师。在这里我非常敬佩邓老师的 专业水平、治学严谨和科学研究的精神.这将是我终身学习的榜样，做 人的准则。并将积极影响我今后的学习和工作。 其次要感谢其他的每一位任科老师的指导和建议，在我们的本次 设计中，你们勤奋工作，为我们克服了许多我们曾经碰到的困难来帮 助我们完成此次毕业设计，给了我很大的帮助。如果没有你们的帮助， 这次设计的完成将变得更加困难。 最后，要感谢我的父亲母亲。他们一直是我的坚强后盾，无论何 时何地，都有亲切的鼓励与温暖的关心，让我在任何时候都不放弃希 望，坚强前行！X62W 万能铣床的 PLC 改造参考文献： 参考文献： 1 PLC 应用技术（三菱） 瞿彩萍主编 中国劳动社会保障出版社 2 电力拖动控制线路与技能训练（第三版） 李敬梅主编 中国劳 动社会保障出版社 3 工厂电气控制技术（第二版） 方承远主编 机械工业出版社 4 可编程控制器教程 王兆义主编 机械工业出版社 5 现代电气及可编程控制技术 王永华主编 北京航空航天大学 出版社X62W 万能铣床电控系统的 PLC 改造摘要 摘要本文阐述了 X62W 万能铣床电气控制线路的工作原理， 详细说明了用 PLC 改造的具体方法， 从而 摘要 可以提高整个电气控制系统的工作性能。 关键词 关键词X62W 万能铣床；电气控制系统；PLC；梯形图 关键词 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。PLC 专为工业 环境应用而设计，其显著的特点之一就是可靠性高，抗干扰能力强。将 X62W 万能铣床电气控制线路改造为 可编程控制器控制，可以提高整个电气控制系统的工作性能，减少维护、维修的工作量。一、X62W 万能铣床的主要结构及运动形式X62W 型万能铣床的外形结构如图1所示，它主要由床身、主轴、刀杆、悬梁、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。溜板上部有可转动的回转盘，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是主运动；铣床工作台的前后（横向） 、左右（纵向）和上下（垂直）6个 方向的运动是进给运动；铣床其他的运动，如工作台的旋转运动则属于辅助运动。 二、X62W 万能铣床的控制要求及电气控制线路分析 该铣床共用3台异步电动机拖动， 它们分别是主轴电动机 M1、 进给电动机 M2和冷却泵电动机 M3。 X62W 万能铣床的电路如图2所示， 该线路分为主电路、 控制电路和照明电路三部分。 电气控制线路的工作原理如下：1主电路分析 主轴电动机 M1拖动主轴带动铣刀进行铣削加工，通过组合开关 SA3来实现正反转；进给电动机 M2通过 操纵手柄和机械离合器的配合拖动工作台前后、左右、上下6个方向的进给运动和快速移动，其正反转由接触 器 KM3、KM4来实现；冷却泵电动机 M3供应切削液，且当 M1启动后，用手动开关 QS2控制；3台电动机 共用熔断器 FU1作短路保护，3台电动机分别用热继电器 FR1、FR2、FR3作过载保护。 2控制电路分析 控制电路的电源由控制变压器 TC 输出110V 电压供电。 主轴电动机 M1的控制 主轴电动机 M1采用两地控制方式，SB1和 SB2是两组启动按钮，SB5和 SB6是两组停止按钮。KM1是 主轴电动机 M1的启动接触器，YC1是主轴制动用的电磁离合器，SQ1是主 速时瞬时点动的位置开关。 1）主轴电动机 M1启动前，应首先选择好主轴的转速，然后合上电源开关 QS1，再把主轴换向开关 SA3 扳到所需要的转向。按下启动按钮 SB1（或 SB2） ，接触器 KM1线圈得电，KM1主触头和自锁触头闭合，主 轴电动机 M1启动运转， KM1常开辅助触头 （9-10） 闭合， 为工作台进给电路提供了电源。 按下停止按钮 SB5 （或 SB6） ，SB5-1（或 SB6-1）常闭触头分断，接触器 KM1线圈失电，KM1触头复位，电动机 M1断电惯 性运转，SB5-2（或 SB6-2）常开触头闭合，接通电磁离合器 YC1，主轴电动机 M1制动停转。 2)主轴换铣刀时将转换开关 SA1扳向换刀位置，这时常开触头 SA1-1闭合，电磁离合器 YC1线圈得电，主轴处于制动状态以便换刀；同时常闭触头 SA1-2断开，切断了控制电路，保证了人身安全。 3)主轴变速时，利用变速手柄与冲动位置开关 SQ1，通过 M1点动，使齿轮系统产生一次抖动，以便于 齿轮顺利啮合，且变速前应先停车。 进给电动机 M2的控制 工作台的进给运动在主轴启动后方可进行。工作台的进给可在3个坐标的6个方向运动，进给运动是通过 两个操作手柄和机械联动机构控制相应的位置开关使进给电动机 M2正转或反转来实现的，并且6个方向的运 动是联锁的，不能同时接通。 1）当需要圆形工作台旋转时，将开关 SA2扳到接通位置，这时触头 SA2-1和 SA2-3断开，触头 SA2-2 闭合，电流经1013141520191718路径，使接触器 KM3得电，电动机 M2启动，通过一根 专用轴带动圆形工作台作旋转运动。 转换开关 SA2扳到断开位置， 这时触头 SA2-1和 SA2-3闭合， 触头 SA2-2 断开，以保证工作台在6个方向的进给运动，因为圆形工作台的旋转运动和6个方向的进给运动也是联锁的。 2）工作台的左右进给运动由左右进给操作手柄控制。操作手柄与位置开关 SQ5和 SQ6联动，有左、中、 右三个位置，其控制关系见表1。当手柄扳向中间位置时，位置开关 SQ5和 SQ6均未被压合，进给控制电路 处于断开状态；当手柄扳向左或右位置时，手柄压下位置开关 SQ5或 SQ6，使常闭触头 SQ5-2或 SQ6-2分 断，常开触头 SQ5-1或 SQ6-1闭合，接触器 KM3或 KM4得电动作，电动机 M2正转或反转。由于在 SQ5 或 SQ6被压合的同时，通过机械机构已将电动机 M2的传动链与工作台下面的左右进给丝杠相搭合，所以电 动机 M2的正转或反转就拖动工作台向左或向右运动。表1手柄位 置 左 中 右 作 SQ5 SQ6工作台左右进给手柄位置及其控制关系位置开关动 接触器动作 K K 电动机 M2转向 正转 停止 反转 传动链搭合丝杠 左右进给丝杠 左右进给丝杠 工作台运动方 向 向左 右工作台的上下和前后进给运动是由一个手柄控制的。该手柄与位置开关 SQ3和 SQ4联动，有上、下、 前、后、中5个位置，其控制关系见表2。当手柄扳至中间位置时，位置开关 SQ3和 SQ4均未被压合，工作台 无任何进给运动； 当手柄扳至下或前位置时， 手柄压下位置开关 SQ3使常闭触头 SQ3-2分断， 常开触头 SQ3-1 闭合，接触器 KM3得电动作，电动机 M2正转，带动着工作台向下或向前运动；当手柄扳向上或后时，手柄 压下位置开关 SQ4，使常闭触头 SQ4-2分断，常开触头 SQ4-1闭合，接触器 KM4得电动作，电动机 M2反 转，带动着工作台向上或向后运动。 当两个操作手柄被置定于某一进给方向后，只能压下四个位置开关 SQ3、SQ4、SQ5、SQ6中的一个开 关，接通电动机 M2正转或反转电路，同时通过机械机构将电动机的传动链与三根丝杠（左右丝杠、上下丝杠、 前后丝杠）中的一根（只能是一根）丝杠相搭合，拖动工作台沿选定的进给方向运动，而不会沿其他方向运动。表2手柄位置 上 下 中 前 后 作 SQ4 SQ3 SQ3 SQ4工作台上、下、中、前、后进给手柄位置及其控制关系位置开关动 接触器动作 KM4 KM3 KM3 KM4 电动机 M2转向 反转 正转 停止 正转 反转 传动链搭合丝 杠 上下进给丝杠 上下进给丝杠 前后进给丝杠 前后进给丝杠 工作台运动方 向 向上 向下 停止 向前 向后左右进给手柄与上下前后手柄实行了联锁控制，如当把左右进给手柄扳向左时，若又将另一个进给手柄 扳到向下进给方向，则位置开关 SQ5和 SQ3均被压下，触头 SQ5-2和 SQ3-2均分断，断开了接触器 KM3 和 KM4的通路，电动机 M2只能停转，保证了操作安全。 3）个进给方向的快速移动是通过两个进给操作手柄和快速移动按钮配合实现的。安装好工件后，扳动 进给操作手柄选定进给方向，按下快速移动按钮 SB3或 SB4（两地控制） ，接触器 KM2得电，KM2常闭触头 分断， 电磁离合器 YC2失电， 将齿轮传动链与进给丝杠分离； KM2两对常开触头闭合， 一对使电磁离合器 YC3 得电，将电动机 M2与进给丝杠直接搭合；另一对使接触器 KM3或 KM4得电动作，电动机 M2得电正转或反 转，带动工作台沿选定的方向快速移动。由于工作台的快速移动采用的是点动控制，故松开 SB3或 SB4，快 速移动停止。 4）进给变速时与主轴变速时相同，利用变速盘与冲动位置开关 SQ2使 M1产生瞬时点动，齿轮系统顺利 啮合。 三、X62W 万能铣床电气控制线路的 PLC 改造措施 X62W 万能铣床电气控制线路中的电源电路、主电路及照明电路保持不变，在控制电路中，变压器 TC 的输出及整流器 VC 的输出部分去掉。用可编程控制器改 造后的 PLC 硬接线如图3所示， 为了保证各种联锁功 能，将 SQ1SQ6,SB1SB6按图示分别接入 PLC 的输入端，换刀开关 SA1和圆 形工作台转换开关 SA2分别用其一对常开和常闭触头接入 PLC 的输入端子。输出器件分两个电压等级， 一个是接触器使用的110V 电压，另一个是电磁离合器使用的36V 直流电，这样也将 PLC 的输出口分为两组 连接点。根据输入输出口的数量，可选择三菱 FX2N32MR 型 PLC。X62W 型万能铣床电器位置图如图4 所示，所有的电器元件均可采用改造前的型号。 根据 X62W 万能铣床的控制要求，设计该电气控制系统的 PLC 控制梯形图，如图5所示。该程序共有8 条支路，反映了原继电器电路中的各种逻辑内容。在第1支路中，因 SQ1和 SB5、SB6都采用常闭触头分别 接至输入端子 X13、X2，则 X13、X2的常开触点闭合，按下启动按钮 SB1或 SB2时，X0常开触点闭合， Y0、M0线圈得电并自锁，第3支路中 Y0常开触点闭合，辅助继电器 M1线圈得电，其常开触点闭合，为第4 支路以下程序执行做好准备，保证了只有主轴旋转后才有进给运动。Y0的输出信号使主轴电动机 M1启动运转。当按停止按钮 SB5或 SB6时，X2常开触点复位，Y0线圈失电，主轴惯性运转，同时 X3常开触点闭合，Y4线圈得电接通电 磁离合器 YC1，主轴制动停转。 第2支路表达了 KM2及 YC3的工作逻辑，当按下快速移动按钮 SB3或 SB4 时，X1常开触点闭合，则 Y1及 Y5线圈得电，KM2常闭触头断开，电磁离合器 YC2失电，YC3得电，工作台 沿选定方向快速移动；松开 SB3或 SB4则 YC2得电，YC3失电，快速移动停止。第4、5、6、8支路表达了工作台六个方向的进给、进给冲动及圆工作台的工作逻辑关系。当圆形工作台转换开关 SA2动作，4、5支路 中 X5的常开触点分断，第6支路中 X5常闭触头复位，M4及 Y2线圈得电，使 KM3得电，电动机 M2启动，圆 形工作台旋转；当 SA2复位时，M4、Y2线圈失电，圆形工作台停止旋转。左右进给时，SQ5或 SQ6被压合， X6常开触点复位，第5、6支路被分断，而 X10或 X11常开触点闭合，M2（其常开触点使 Y2线圈得电）或 Y3线圈得电，电动机 M2正转或反转，拖动工作台向左或向右运动。同样，工作台上下、前后进给时，SQ3 或 SQ4被压合，X7常开触点复位，第5、6支路被分断，M2或 Y3线圈得电，电动机 M2正转或反转，拖动工 作台按选定的方向（上、下、前、后中某一方向）作进给运动。该程序及 PLC 的硬接线不仅保证了原电路的 工作逻辑关系，而且具有各种联锁措施，电气改造的投资少、工作量较小。 X62W 万能铣床的控制改造一、与本课题有关的国内外研究情况、课题研究的主要内容、目的和意义： PLC 是一种可编程控制器， 在国内外应用非常广泛。 它是专为工业环境而设计的。 X62W 而 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。研究的内容是对原来的继电器接触 式模拟控制系统进行 PLC 改造而成,经实际运行证明该 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，取得了较好 的经济效益。该课题很好的将 plc 与模拟控制器两个模块进行结合，这充分显示了 plc 对工业以 及其他行业起到了巨大的作用。Plc 相当于工业上的计算机。这时的 PLC 已不仅具有逻辑判断功 能，还同时具有数据处理、PID 调节和数据通信功能。目前受到很多工厂的欢迎。在此同时我们 学习 plc 为我们提高的就业的机会和方向.摘要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。PLC 专为工业环境应用而 设计，其显著的特点之一就是可靠性高，抗干扰能力强。将 X62W 万能铣床电气控制线路改造为可编程控制器控制， 可以提高整个 电气控制系统的工作性能，减少维护、维修的工作量。 本文通过对 X62W 万能铣床的 PLC 控制改造过程的介绍，阐 述了 X62W 万能铣床电气控制线路的工作原理， 详细说明了用 PLC 进行电气控制系统 体方法， 从而可以提高整个电气控制 系统的工作性能。 关键词 X62W 万能铣床；电气控制系统；PLC；I/O