XA6132万能铣床电气控制系统PLC改造设计.doc

目录摘要IIAbstract:III第一章 绪论11.1 研究背景及意义11.2 用数控技术改造机床的适应性和特点11.3 PLC的优点与作用3第二章 XA6132铣床控制电路分析52.1 XA6132铣床简介52.2 XA6132铣床主要特点52.3 XA6132铣床技术参数62.4 XA6132铣床的控制要求72.5 XA6132铣床元件选型82.6 XA6132铣床电路分析102.6.2 进给拖动控制电路122.6.3 圆工作台的控制142.6.4 冷却泵和机床照明的控制152.6.5 控制电路的联锁与保护15第三章 XA6132铣床PLC控制的硬件设计173.1 电动机选择173.2 PLC的选型及其功能简介173.3 统计I/O点数及其系统元器件的选择183.3.1 I/O口的分配183.3.2 系统元器件的选择193.4 PLC外部接线图的设计22第四章 XA6132改造后PLC的软件设计244.1 梯形图设计与分析244.2 程序语句25第五章 CX-ONE调试30总结32致谢33参考文献34XA6132万能铣床电气控制系统PLC改造设计摘要随着近几年可编程控制器（PLC）的迅速发展，得到广泛应用的控制装置，是为工业环境应用而设计出来的控制系统，它不但能完全取代传统的继电器-接触器控制系统，还可以完成逻辑运算、顺序控制、定时、计数、数值计算等功能，其能应用于单个机器或者一条生产线，乃至整个工厂的自动化控制系统，使电器控制技术发展到了一个全新的阶段，目前PLC控制在工业生产的大部分领域都有了广泛的应用。 本次设计的主要涉及内容是用PLC对XA6132万能铣床的电气控制部分进行改造。分析XA6132铣床，了解该铣床除了主运动和比较复杂的进给运动外，还有其他的辅助运动。另外该铣床需要的运动方向较多，电气控制系统比较复杂，为了安全可靠工作，还设置了完善的连锁与保护系统。了解铣床的特点后，根据它的电气控制原理图，编译出PLC梯形图，再利用PLC仿真软件检验程序的可靠性。因此铣床在完成原有功能特点外，还增加了安装简便，稳定性较好，易于维修，扩展能力较强等特点。关键字：电气控制改造、继电器、欧姆龙PLC、I/O口、梯形图、程序；XA6132 universal milling machine transformation design of PLC electrical control systemAbstract:Programmablecontroller(PLC)isdevelopingveryrapidly inrecentyears,widelyusedinthecontroldevice,isdesignedforindustrialenvironmentapplicationcontrolsystem,itnotonlycancompletelyreplacethetraditionalrelaycontractorcontrolsystem,butalsocancompletelogicoperation,sequencecontrol,timing,counting,numericalcalculation,andotherfunctions,it can beappliedtoasinglemachineoraproductionline,andeven thewholefactoryautomationcontrolsystem,electriccontroltechnologydevelopmenttoanew stage,atpresent,thePLCcontrolinmostareasofindustrialproductionhasawiderange of applications. ThedesignofthemaincontentistousePLCforXA6132electricalcontrolpartof theuniversalmilling machine.AnalysisXA6132miller,knowthemillingmachineinadditiontothemainmotionandfeedmovement ismorecomplex,thereareotherauxiliarymovement.Inadditionthethemovementdirectionofthemilling machineneedsmore,electricalcontrolsystemismore complex,safeandreliabletowork,alsosetupacompletechainandprotectionsystem.Afterunderstandingthecharacteristicsofthemillingmachine,accordingtoitselectriccontrolschematicdiagramandcompilethePLCladderdiagram,usingthereliabilityofthePLCsimulationsoftwaretestingprocedures.Sothe millingmachinetocompletetheoriginalfunctionalfeatures,butalsoincreasedtheinstallationissimple,goodstability,easymaintenance,thestrongabilityofextension,etc.Keywords:electricalcontroltransformation,relay,OMRONPLC,I/Oport,ladderdiagram,program;第一章 绪论1.1 研究背景及意义生产中广泛采用各种各样的机床设备，不过传统的机床电气控系统大多数都采用继电器接触器控制方式。这种控制方式因为控制方法简单、成本低等特点，在传统机械设备中应用比较广泛。但是，也有很多缺点，由继电器构成的电气控制系统有的缺点有体积大、耗电多、可靠性差、寿命短等。尤其是对加工工艺多变的系统适应性表现更差，如果生产任务和工艺技术发生变化，就必须重新设计并变更硬件结构，造成时间和资金的双重浪费。 随着科学技术的变革和发展，PLC 技术被逐渐的引入到各种各样的生产机械设备中。与传统的继电器控制相比，PLC可编程控制器具有可靠性高、柔性好、编程灵活、开发周期短以及故障自诊断等许多特点，特别适合应用到机床控制系统的开发和应用中，通过使用PLC控制设计机床控制系统，可以减少强电元器件的数目，大大提高电气控制系统的稳定性和可靠性，从而提高生产出来的产品的品质和生产效率。目前，国内许多设备和生产厂家的自动控制系统及加工机床都采用PLC控制代替继电器控制。 可编程逻辑控制器(PLC)，是计算机技术和继电器常规控制技术相结合的混合产物，是近几年来发展速度最快，应用最广泛的工业生产自动控制装置之一。目前PLC 技术已经很成熟，所以基于PLC设计 的机床电气控制系统设计具有十分良好的可行性。在我国PLC 控制的应用比例还不足10，有十分广阔的市场前景。同时这个设计有很好的应用前景。1.2 用数控技术改造机床的适应性和特点(1) 减少投资、交货期短同购置新相比，一般可以节省60%-80%的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。但有些特殊情况，如高速主轴、刀具自动交换装置、托盘自动交换装置的制作与安装等过于费工、费钱，往往使改造成本提高2-3倍，与购置新机床相比，只能节省投资50%左右。(2) 机械性能稳定可靠，但结构受限由于机床本身的特点，它与汽车等类机电产品不同，机床所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸铁构件，而不是焊接构件。而铸铁件年代愈久，自然时效愈充分，内应力的消除使得精度比新铸件更稳定。从另一方面来说，这些铸铁件的重复使用，即节约了社会资源，又减少了铸铁件生产时对环保的影响.但旧机床的改造，由于受到原机床机械结构的限制，不宜做突破性的改进。(3) 熟悉了解设备结构性能，便于操作维修购新设备时，事先不能全面了解机床结构性能，以致很难预计是否能完全适合其加工要求。改造则不然，由于旧设备已多年使用，机床操作者和维修人员已对其机械性能和结构了解透彻，对机床的加工能力能较准确地估算。机床数控改造时，可根据企业自身的技术力量和有关条件，采用自己改造或委托专业改造公司，并派原设备维修技术人员参加相结合的方法进行。这样，既可在数控改造过程中，培养提高相关人员的数控技术水平和有关专业知识，又便于合理选择更换原机床设备中的部份元器件，更主要的通过改造，大大提高了企业自身对数控机床维修的技术力量，并且也大大缩短了对数控机床在操作使用和维修方面的培训时间，机床一旦改造调试完毕，就可很快投入正常全负荷运转，见效甚快。(4) 可充分利用现有的条件可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基，同时工夹具、样板及外围设备也能再利用。以加工中心为例子，工艺装备的费用一般要占整个机床售价的10%以上。(5) 可更好地因地制宜，合理删选功能购买现成的通用数控机床，往往对一个具体的生产加工有一些多余的功能，而又可能缺少某一专用的特殊功能。如向机床制造厂提出特殊订货，增加某些专用功能，往往费用大、交货期长。而采用改造的方案，就可灵活选取所要的功能，并可根据生产加工要求，采用组合的方法，增添某些部件，设计改造成专用数控机床。(6) 可及时采用最新技术、充分利用社会资源由于技术进步和我国机床功能部件专业化生产的发展，目前已有众多的社会资源来支持机械方面的改造。如可随意采购各种尺寸的滚珠丝杠副，而且交货期短:采用贴塑导轨新技术，不仅可使传统的滑动导轨的摩擦系数降低五至十几倍来防止爬行，还使得刮研极为容易。这种塑料导轨带和粘结剂，国内己有多家厂生产，可敞开供应。此外，国产数控系统还具有导轨精度自动补偿的功能，最终可以获得高于导轨实际具有精度。1.3 PLC的优点与作用PLC通常称为可编程控制器，是近几年发展迅速的工业控制装置，已广泛应用于工业、企业的各个领域。PLC是以微处理器为基础，综合为了现代计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型的通用工业自动控制装置。因此，PLC技术是广大电气技术人员及电工必须掌握的一门技术。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。PLC控制与继电器控制的区别：组成器件的不同，机电控制器中的继电器是真实的而PLC的是 虚拟的：触点情况的不同，：工作电流的不同：接线方式的不同：工作方式的不同PLC的主要优点：编程简单：可靠性高：通用性好：功能强：易于远程监控：设计、施工和调试周期短第二章 XA6132铣床控制电路分析2.1 XA6132铣床简介铣床作为机械加工的通用设备，在生产中一直起着不可替代的作用。铣床具有工作平稳可靠，操作维护方便的特点，已成为现代生产中的主要加工设备。铣床主要是用于加工零件的平面、斜面、沟槽、成型面的加工机床。可以配置分度头、圆工作台、镗刀架、传动箱、铣夹头、平口钳等附件。其用途广泛，在机械行业的机床设备中占有相当大的比重。2.2 XA6132铣床主要特点 1）工作台沿床鞍移动实现纵向运动、床鞍沿升降台移动实现横向运动、其垂向运动由升降台沿床身导轨移动实现。 2）机床具有基础铸件钢性好，能承受重负荷切削。 3）主轴传动和进给传动均采用18级齿轮变速，具有较宽的变速范围和很宽的加工范围。 4）机床电气控制贯彻了国家GB5226.1-2002标准，提高了安全性和可靠性。 5）机床通用性强、互换性好，可以配置分度头、圆工作台、镗刀架、铣夹头等附件，进一步扩大机床加工范围。 6）容易磨损的部分都有消除间隙的调整装置。保证机床的精度和工作平稳。2.1.2、铣床的作用及其结构运动 1、作用：铣床是用于成形面加工的机床，如加工平面、键槽、斜面、球面等等。常见的铣床有平面铣床、立式铣床、仿形铣床、专用铣床等。在机床中，铣床使用量除车床外，使用量最多的加工设备。 2、结构：铣床的主要组成部件有：底座、工作台、铣刀架、主轴变速箱、进给变速箱等。 3、运动：主运动：铣刀的旋转运动辅运动：进给运动和冷却泵旋转运动工作进给，简称工进快速进给，简称快进进给运动可以按以下几种方式分类：速度左右上下前后圆工作台进给矩形工作台进给方式方向2.3 XA6132铣床技术参数本设计以XA6132型万能铣床为研究对象，保持原铣床的工艺和操作方法,让整个设备具有更好的协调性。最终实现铣床通用性、实用性、可靠性及有效速率得到有效的应用。XA6132型铣床是一种高效率的加工机械，在机械加工和机械修理中得到广泛的应用。万能铣床的操作，是通过手柄同时操作电气与机械，是机械与电气结构联合动作的典型控制。XA6132型铣床的电气控制系统,在线路、故障率、维护工作上操作简单，成本低廉等特点。本文提出了XA6132型铣床的继电器接触式控制系统进行控制, 从而保证电气控制系统的快速性、准确性、合理性, 更好地满足了实际生产的需要, 提高了经济效益。表2-1铣床的技术参数主要技术参数单位XA6132工作台尺寸mm1320320三向行程(X/Y/Z)mm700255320(手动manual)680240300(机动mechanic)主轴中心线至工作台距离mm30-350主轴中心至床身垂直导轨的距离mm215-470主轴转速范围r.p.m18(级steps)30-1500工作台的进给范围(X/Y/Z)mm/min18(steps)23.5-1180/23.5-1180/8-394工作台快速移动速度(X/Y/Z)mm/min2300/2300/770外型尺寸mm229417701665电动机功率kw7.5净重/毛重kg2650/29502.4 XA6132铣床的控制要求主轴电动机可以正反转运行，以实现顺铣、逆铣；主轴具有停车制动能力；主轴变速箱在变速时具有变速冲动，即短时点动；进给电动机双向运行；主轴电动机与进给电动机具有联锁功能，以防止在主轴没有运转时，工作台进 给损坏刀具或工件；圆工作台进给与矩形工作台进给具有互锁功能，以防损坏刀具或工件；矩形工作台各进给方向具有互锁功能，以防损坏工作台进给机构；工作台进给变速箱在变速时同样具有变速冲动；主轴制动、工作台的工进和快进由相应的电磁离合器接通对应的机械传动链实现；具有比较完善的电气保护。2.5 XA6132铣床元件选型表2-2铣床的电机参数参照表符号名称型号规格数量作用M1主轴电动机Y132M4B375KW，380V，1450r/min1主轴传动M2进给电动机Y90L415KW,380V,1400r/min1进给传动M3冷却泵电动机JCB220125KW,380V,2790r/min1冷却泵传动表2-3铣床的基本元件一览表符号名称型号规格件数作用KM1接触器CJO2010A,110V1主轴正传KM2接触器CJO1010A,110V1主轴反转KM3接触器CJO1010A,110V1进给正转KM4接触器CJO1010A,110V1进给反转KA1中间继电器JZ7-4410A,110V1主电动机起停控制KA2中间继电器JZ7-4410A,110V1工步进给与快速进给转换控制KA3中间继电器JZ7-4410A,110V1冷却泵电动机控制SB1、2按钮LA2绿色2M1启动按钮SB3、4按钮LA2黑色2快速进给按钮SB5、6按钮LA2红色2M1停止按钮SA1转换开关HZ110/E16三极M1换向开关SA2转换开关HZ110/E16三极1换刀开关SA3转换开关HZ110/E16三极冷却泵开关SQ1限位开关LX111K开启式1向右进给SQ2限位开关LX111K开启式1向左进给SQ3限位开关LX2131单轮，自动复位1向后、向上进给SQ4限位开关LX2131单轮，自动复位1向前、向下进给FR1热继电器JR10103A、5A1M3过载保护FR2热继电器JRQ4011A、3A1M1过载保护FR3热继电器JR10100.415A1M2过载保护FU1熔断器RL130A3总电源短路保护FU2熔断器RL110A3进给短路保护FU3熔断器RL16A2控制电路短路保护FU4、FU5熔断器RL14A2照明电源短路保护QF低压断路器1低压断路保护VC整流器ZCZX45A，50V1整流作用TC1变压器BK150380/110V1控制电路变压器TC2变压器BK50380/28V1控制电路变压器TC3变压器BK150380/24V1照明变压器YC1电磁离合器1控制电磁铁线圈YC2电磁离合器1控制电磁铁线圈YC3电磁离合器1控制电磁铁线圈EL1照明灯JC6-Z1工作照明2.6 XA6132铣床电路分析图2.1XA6132万能铣床电气原理图 如图2.1所示主轴电动机M1由正、反接触器KM1、KM2实现正反向运行直接启动，由热继电器FR2实现长期过载保护。 进给电动机M2由接触器KM3、KM4实现正反运行直接启动，由热继电器FR3实现长期过载保护。 冷却泵电动机M3由继电器KA3实现直接起动，由热继电器FR1实现长期过载保护。2.6.1 主拖动控制电路 M1为控制系统的主轴电机，M2为工作台的进给电机，M3为冷却泵的电动机。该电路的其中一个特点是采用电磁离合器控制，另一个特点是机械操作和电气操作非常密切的配合进行。因此，在分析电气控制原理图时，应对机械操作手柄和相应的电器开关动作关系有十分清楚的了解，对各开关的作用及指令开关状态弄到清清楚楚，不能有任何失误。 1) 主轴电动机的起动控制：主轴电动机M1由正接触器KM1和反转接触器KM2来实现正、反转的全压起动，再由主轴换向开关SA4，来对电机的正反转做出预先选择。由停止按钮SB1或者SB2，起动按钮SB3或SB4和KM1、KM2构成主轴电动机正反转控制的两地操作控制电路。起动时，应将电源引入开关QF1，然后闭合，再把用于换向的开关SA4选择为主轴所需的旋转方向，然后按下起动按钮SB3或者SB4，中间继电器KA1线圈通电并实现自锁，触头KA1闭合，使KM1或者KM2线圈通电吸合，其主触头接通到主轴电动机，M1实现全压起动。而KM1或者KM2的一对辅助触头KM1或KM2断开，主轴电动机的制动电磁摩擦离合器线圈YC1电路断开。继电器的另一触头KA1闭合，为工作台的进给与快速移的动作做好准备。 2) 主轴电动机的制动控制：由主轴停止按钮SB1或者SB2，正转接触器KM1或者反转接触器KM2及主轴制动电磁摩托离合器YC1构成主轴的制动停车控制环节。电磁离合器YC1安装在主轴传动链与主轴电动机相联的第一根传动轴上，主轴停车时，按下SB1或者SB2按钮，KM1或者KM2线圈断电释放，主轴电动机M1断开三相交流电源；与此同时YC1线圈通电，产生磁场，在电磁吸力的作用下将摩擦片压紧产生制动，使主轴十分迅速的得到制动。当松开SB1或者SB2按钮时，YC线圈断电，摩擦片将会松开，制动结束。这种制动方式迅速、平衡，制动时间不会超过0.5s.3) 主轴上刀换刀时的制动控制：在主轴上刀或者更换铣刀时，主轴电动机不能旋转，否则将会发生严重人身事故。为此，电路设有主轴上刀的制动环节，它是由主轴上刀制动开关SA2来控制。在主轴上刀换刀前，将SA2扳到“接通”的位置。触头SA2断开，使主轴起动控制电路断电，主轴电动机不能够起动旋转；而另一触头SA2闭合，接通主轴制动电磁离合器YC1线圈，使主轴处于制动状态。上刀换刀结束后，再将SA2扳至“断开”的位置，触头SA2断开，解除主轴制动状态，同时，触头SA2闭合，为主电动机起动做好准备。4）主轴变速冲动控制：主轴变速操纵箱装在铣床床身左侧的窗口上，变速应在主轴旋转方向预选之后再进行。变换主轴转速的操作顺序如下： 将主轴变速手柄压下，使手柄的榫块自槽中滑出，然后拉动手柄使榫块落 到第二道槽内为止。 转动变速刻度盘，把所需转速对准指针。 把手柄推回原来位置，使榫块落进槽内。 在将变速手柄推回到原位置时，瞬间压下主轴变速行程开关SQ5，使触头闭合，触头SQ5断开。于是KM1或者KM2线圈瞬间通电吸合。其主触头瞬间接通主轴电动机瞬时点动，利于齿轮啮合，当变速手柄榫块落入槽内时，SQ5不再受压，触头SQ5断开，切断主轴电动机瞬时点动电路，主轴变速冲动结束。 主轴变速行程开关SQ5的触头SQ5是为主轴旋转时进行变速而设定的，此时无需按下主轴的停止按钮，只需将主轴变速手柄拉出来，压下SQ5，使其断开，于是断开了主轴电动机的正反转或者反转接触器线圈电路，电动机自然停止运行，然后再进行主轴变速操作，电动机进行变速冲动，完成变速动作。变速完成后尚需再次起动电动机，主轴将会在新选择的转速下起动旋转。 电气控制图中 YC1、2、3 和SQ1、2、3、4的作用YC1主轴左右转制动 YC2进给制动 YC3正反向进给制动SQ1工作台向右进给行程开关、SQ2是工作台向左进给行程开关、SQ3是工作台前、向上进给行程开关、SQ4是工作台向后、向下进给行程开关。2.6.2 进给拖动控制电路 工作台进给运动方向的左右的纵向运动，前后的横向运动与上下的垂直运动，全都是由进给电动机M2的正反转来实现的。而正转接触器KM3和反转接触器KM4是由行程开关SQ1、SQ3和SQ2、SQ4来控制的，行程开关又是由两个机械操作手柄操作控制的。这两个机械操作手柄，一个是用于纵向的机械操作手柄，另一个是用于垂直和横向的操作手柄。扳动机械操作手柄，在完成相应的机械挂档的同时，压合相对应的行程开关，从而接通相应的接触器，起动进给电动机M2，拖动工作台按预定的方向运动。在工作进行时，由于快速移动继电器KM2线圈处于断电的状态，而进给移动电磁离合器YC2线圈通电，从而工作台的运动是工作进给运动。 纵向机械操作手柄共有左、中、右三个位置，垂直与横向机械操作手柄一共有上、下、前、后、中五个位置。SQ1、SQ2为纵向机械操作手柄有机械联系的行程控制开关；SQ3、SQ4为与垂直、横向操作手柄有机械联系的行程控制开关。当这两个机械操作手柄处于中间位置时，SQ1至SQ4一共四个行程开关都处在未被压下的原始状态，当扳动机械操作手柄时，将压下相应的行程开关。 SA3为圆工作台的转换开关，其有“接通”与“断开”两个位置和三对触头。当不需要圆工作台时，SA3置于“断开” 位置，此时触头SA1和SA2闭合，SA3断开。当使用圆工作台时，SA3置于“接通”位置，此时SA1和SA2断开，SA3闭合。在起动进给电动机之前，要先起动主轴电动机，即合上电源开关，按下主轴起动按钮SB3或者SB4，然后中间继电器KA1线圈通电并自锁，其触头KM1闭合，为起动进给电动机做好准备。 1）工作台纵向进给运动的控制:若需工作台向右进给工作，将给向进给操作的手柄扳向右侧，在机械上通过联动机构接通到纵向进给离合器，压下行程开关SQ1，触头SQ1闭合，SQ1断开，后者切断通往KM3、KM4的另一条通路，前者使进给电动机M2的接触器KM3线圈通电吸合，M2正向起动旋转，拖动工作台向右工作进给。向右工作进给结束，将纵向进给操作手柄由右位扳回到中间位置，行程开关SQ1不再受压，触头SQ1断开，KM3线圈断电释放，M2停止转动，工作台向右进给停止。工作台向左工作进给的电路与向右工作进给时相仿。此时是将纵向进给操作手柄扳向左侧，在机械挂档的同时，压下的行程开关SQ2，反转接触器KM4线圈通电，进给电动机反转，拖动工作台向左工作进给，当将纵向操作手柄由左侧扳向进给操作手柄扳回中间位置时，向左工作进给结束。 2）工作台向前与向下进给运动的控制：将垂直与横向进给操作手柄扳到“向前”的位置，在机械上接通了横向进给离合器，压下行程开关SQ3，触头SQ3闭合，SQ3断开，正转接触器KM3线圈通电吸合，进给电动机M2正向转动，拖动工作台向前进给。向前工作进给结束，将垂直与横向进给操作手柄扳回中间位置，SQ3不再受压，KM3线圈断电释放，M2停止旋转，工作台向前工作进给停止。工作台向下工作进给电路工作情况与“向前”时完全相同，只是将垂直与横向操作手柄扳到“向下”位置，在机械上接通垂直进给离合器，仍压下行程开关SQ3，KM3线圈通电吸合，M2正转，拖动工作台向下工作进给。 3）工作台向后与向上进给的控制：电路情况与向前或向下进给运动的控制相仿，只是将垂直与横向操作手柄扳到“向右”或“向上”位置，在机械上接通垂直或横向进给离合器，都是压下行程开关SQ4，反向接触器KM4线圈通电吸合，进给电动机M2反向起动旋转，拖动工作台实现向右或向上的进给运动。当操作手柄扳回中间位置时，进给结束。 4）进给变速冲动控制：进给变速冲动只有在主轴起动以后，纵向进给操作手柄，垂直与横向操作手柄置于中间位置时，方才可以进行。 进给变速箱是一个独立部件，装在升降台的左边，进给工作速度的变速是由进给操作箱来控制，进给操作箱位于进给变速箱前方。进给变速的操作顺序是： 将蘑菇形手柄拉出。 转动手柄，把刻度盘上所需的进给速度值对准指针。 把蘑菇形手柄向前拉到极限位置，此时借变速孔盘推压行程开关SQ6. 将蘑菇形手柄推回原位，此时SQ6不再受压。就在蘑菇形手柄向前拉于极限位位置，在反向推回之前，SQ6压下，触头SQ6闭合，SQ6断开。此时，正向接触器KM3线圈瞬时通电吸合，进给电动机瞬时正向旋转，获得变速冲动。如果一次瞬间点动时齿轮仍未进行啮合状态，此时变速手柄不能复原。可再次拉出手柄并再次推回。实现再次瞬间点动，直到齿轮啮合为止。进给方向快速移动的控制：进给方向的快速移动是由电磁离合器改变传动链来获得的。先开动主轴，将进给操作手柄扳到所需移动方向对应位置，则工作台按操作手柄选择的方向以选定的进给速度作工作进给。此时如按下快速移动按键SB5或者SB6，接通快速移动继电器KA2电路，而触头KA2闭合，快速移动电磁离合器YC3线圈通电，工作台按原运动方向作快速移动。松开SB5或者SB6，快速移动立即停止，仍以原进给速度继续进给，所以，快速移动为点动控制。2.6.3 圆工作台的控制 圆工作台的回转运动是由电动机经传动机构驱动的，使用工作台时，首先把圆工作台转换开关SA3扳到“接通”位置。按下主轴起动按键SB3或者SB4，KA1或者KM2线圈通电吸合，主轴电动机起动旋转。接触器KM3线圈经SQ1SQ4行程开关闭触头和SA3触头通电吸合，进给电动机起动旋转，拖动圆工作台单向回转。此时工作台进给两个机械操作手柄均处于中间位置。工作台不动，只拖动圆工作台回转。2.6.4 冷却泵和机床照明的控制 冷却泵电动机M3通常在铣削加工时由冷却泵转换开关SA1控制，当SA1扳到“接通”位置时，冷却泵起动继电器KA3线圈通电吸合，M3起动旋转，并由热继电器FR3作长期过载保护。 铣床工作时，只允许工作台一个方向运动。为此，工作台上下左右前后6个方向之间都有联锁功能。其中工作台纵向操作手柄实现工作台左右运动方向的联锁；垂直与横向操作手柄实现上下前后4个方向的联锁，但关键在于如何实现这两个操作手柄之间的联锁，对此电路设计成：接线之间由SQ3、SQ4常闭触头串联组成，之间由SQ1、SQ2常闭触头串联组成，然后在24号点并接后串于KM3、KM4线圈电路中，以控制进给电动机正反转。这样，当扳动纵向操作手柄机床照明由照明变压器TC3供给24V安全电压，并由控制开关SA5控制照明灯EL。2.6.5 控制电路的联锁与保护 XA6132型万能铣床运动较多，电气控制线路较为复杂，为安全可靠地工作，电路具有完善的联锁与保护。 1）主运动与进给运动的顺序联锁，进给电气控制电路接在中间继电器KA1触头KA1之后，这就保证了只有在起动主轴电动机之后才可起动进给电动机，而当主轴电动机停止时，进给电动机也立即停止。 2）工作台6个运动方向的联锁，SQ1或者SQ2行程开关压下，断开2824支路，但KM3或者KM4仍可经支路供电。若此时再扳动垂直与横向操作手柄，又将SQ3或者SQ4行程开关压下，将支路断开，使KM3或者KM4电路断开，进给电动机无法起动。从而实现了工作台6个方向之间的联锁。 3）长工作台与圆工作的联锁，圆形工作台的运动必须与长工作台6个方向的运动有可靠的联锁，否则将造成刀具与机床的损坏。这里由选择开关SA3来实现其相互间的联锁，当使用圆工作台时，选择开关SA3置于“接通”位置，此时触头SA3、SA3通，若此时又操纵纵向或垂直与横向进给操作手柄，将压下SQ1SQ4行程开关的某一个，于是断开了KM3线圈电路，进给电动机停止，圆工作台也停止。若长工作台正在运动，扳动圆工作台选择开关SA3于“接通”位置，此时触头SA3断开，于是断开了KM3或KM4线圈电路，进给电动机也立即停止。 4）工作台进给运动与快速运动的联锁，工作台工作进给与快速移动分别电电磁摩擦离合器YC2与YC3传动，而YC2与YC3是由快速进给继电器KA2控制，利用KA2的常开触头与常闭触头实现工作台工作进给与快速运动的联锁。 5）具有完善的保护，完善的保护有以下五种： 熔断器FU1、FU2、FU3、FU4、FU5实现相应电路的短路保护。 热断电器FR1、FR2、FR3实现相应电动机的长期过载保护。 断路器QF1实现整个电路的过电流，欠电压等保护。 工作台6个运动方向的限位保护采用机械与电气相配合的方法来实现，当工作台左、右运动到预定位置时，安装在工作台前方的挡铁将撞动纵向操作手柄，使其从左位或右位返回到中间位置，使工作台停止，实现工作台左右运动的限位保护。 在铣床床身导轨旁设置了上、下两块挡铁，当升降台上下运动到一定位置时，挡铁撞动垂直与横向操作手柄，使其回到中间位置，实现工作台垂直运动的限位保护。 工作台横向运动的限位保护由安装在工作台左侧底部挡铁来撞动垂直与横向操作手柄，使其回到中间位置，实现工作台垂直运动的限位保护。第三章 XA6132铣床PLC控制的硬件设计3.1 电动机选择本次毕业设计使用PLC与 触摸屏屏控制系统取代传统继电器控制系统的逻辑控制线路部分，其余基本无变化。电动机亦保留原有主轴电机、冷却泵电机、快进电机。详见表3-1。表3-1 主轴电机、快进电机、冷却泵电机参数表参数主轴电机快进电机冷却泵电机型 号Y132M-6-B5Y90L-4-B5JCB额定电压AC 380V 50HzAC 380V 50HzAC 380V 50Hz额定电流59.5A4.8A0.35A额定功率7.5KW1.5KW0.125KW额定转速1400r/min1440r/min2790r/min功率因数0.850.860.8连接方式 Y/YY绝缘等级BEE3.2 PLC的选型及其功能简介根据设计要求可知。PLC我选用欧姆龙CP1H机型；CP1H机型的CPU单元包括X（基本型）/XA（带内置模拟输入/输出端子）/Y（带脉冲输入/输出专用端子）3种类型。 CP1H的CPU单元内置24点输入，16点输出；除普通输出外，还可实现4轴高速计数、4轴脉冲输出；内置模拟4点电压/输入、2点模拟电压/电流输出，分辨率1/6000、1/12000可选；通过扩展CPM1A系列的扩展I/O单元，CP1H整体可以达到最大320点的输出/输入；通过扩展CPM1A系列的扩展单元，也能够进行功能扩展（温度传感器输入等）；通过安装选件板，可进行RS232C通信或RS422A/485通信（PT、条形码阅读器、变频器等的连接用），通过扩展GJ系列高功能单元。可扩展向高位或低位计算机的通信功能等。除此之外，CP1H机型还具有以下功能：1 中断功能；2 高速计数功能；3 脉冲输出功能；4 快速响应输入功能；5 模拟输入/输出功能；6 串行通信功能；7 模拟设定电位器/外部模拟设定输入功能；8 7段LED显示功能；9 无电池运行功能；10 存储盒功能；11 程序保护功能；12 故障诊断功能；13 时钟功能；3.3 统计I/O点数及其系统元器件的选择3.3.1 I/O口的分配根据主电路分析，统计I/O的点数如表3-2所示： 表3-2 I/O点数统计名称代号I/O点编号输入设备主电机停止、制动按钮SBl0.00主电机停止、制动按钮SB20.01主电机起动按钮SB30.02主电机起动按钮SB40.03快速进给启动按钮SB50.04快速进给启动按钮SB60.05冷却泵启、停转换开关SAl 0.06上刀制动转换开关SA20.07圆、矩形工作台选择开关SA30.08主电动机正转选择开关SA40.09主电动机反转选择开关SA40.10照明选择开关SA51.00输入设备纵向右进给位置开关SQl1.01纵向左进给位置开关SQ21.02垂直下横向右位置开关SQ31.03垂直上横向左位置开关SQ41.04主轴变速冲动位置开关SQ51.05进给变速冲动位置开关SQ61.06瞬时通断继电器KA3100.01输出设备主电动机用接触器KM1100.02主电动机用接触器KM2100.03进给电动机用接触器KM3100.04进给电动机用接触器KM4100.05电磁离合器YC1101.00电磁离合器YC2101.01电磁离合器YC3101.023.3.2 系统元器件的选择交流接触器的选择：交流接触器是一种频繁应用于工业电气控制，并用按钮或其他方式来控制其通断的自动切换电器。在功能上除了能自动切换外，还具有刀开关类手动开关所不能实现的远距离操作功能和失压（或欠压）保护功能。其生产方便，价格低廉，应用十分广泛。交流接触器由电磁机构，触点系统、灭弧系统、释放弹簧机构、辅助及基座等部分组成。其原理是当接触器的电磁线圈通入交流电时，会产生很强的磁场使装在线圈中心的静衔铁吸动动衔铁，当两组衔铁合拢时，安装在动衔铁上的动触点也随之与静触点闭合，使电气线路接通。当断开电磁线圈中的电流时，磁场消失，接触器在弹簧的作用下恢复到断开的状态 。 在工业电气中，常用交流接触器的型号有CJX8(B系列)CJ12、CJ20、CJT1(CJ10)、CJX1(3TB、3TF系列)、CJ40、SMC等系列产品。在这次控制系统硬件的设计中，采用了CJ20系列的交流接触器，其额定电流应在控制电流的11.4倍之间（或经验公式2PN 选择，PN为电动机功率）, 在此控制主轴电机的KM1、KM2、KM3、KM4，选取交流接触器型号为：CJ2063，线圈电压220V；控制冷却泵电机KM5和控制快进电机的KM6选取交流接触器型号为：CJ2010，线圈电压220V。中间继电器的选择： 中间继电器用于继电保护与自动控制系统中，以增加触点的数量及容量。 它用于在控制电路中传递中间信号。中间继电器的结构和原理与交流接触器基本相同，与接触器的主要区别在于：接触器的主触头可以通过大电流，而中间继电器的触头只能通过小电流。所以，它只能用于控制电路中。它一般是没有主触点的，因为过载能力比较小。所以它用的全部都是辅助触头，数量比较多。新国标对中间继电器的定义是K，老国标是KA。常用的中间继电器型号有JZ7、JZ14等。本次设计选择的中间继电器型号为JZ7-44。保护电器的选择： （1）熔断器 熔断器在电路中主要作短路保护和严重过载保护，用于保护线路。熔断器的熔体串接于被保护的电路中，当通过它的电流小于规定值时，其熔体相当于一根导线，起电气连接作用；当通过它的电流超过规定值（电路发生严重过载或短路时）一定时间后，其熔体自动熔断并切断电路，从而起到保护作用。一般电气控制线路中常用螺旋式熔断器，其常用的产品有RL5、RL6、RL7和RL8系列产品，一般选择熔体熔断电流应为电机额定电流的1.52.5倍。则主轴电机电路熔断器选取型号为:RL1-100/100.冷却泵电机电路、快进电机电路熔断器选取型号分别为：RL1-15/2、RL1-15/6.控制电路选取型号RL1-15/2。（2）热继电器 热继电器是利用电流热效应原理来工作的保护电器，具有与电动机容许过载特性相近的反时限保护特性。主要用于电动机的过载保护、断相及电流不平衡运行保护。也常与接触器配合成电池启动器。三相异步电动机在实际运行中，常会遇到因电气或机械原因等引起的过电流(过载和断相)现象，如果过电流不严重，持续时间短，绕组不超过允许温升，这种过电流是允许；如果过电流情况严重，持续时间较长，则会加快电动机绝缘老化，甚至会烧毁电动机，因此，在电动机回路中应设置热继电器保护。 选型原则：应根据被保护对象的使用条件、工作环境、启动情况、负载性质，电动机的形式以及电动机允许的过载能力等加以考虑。一般原则是使热继电器的安秒特性位于电动机的过载特性之下，并尽可能地接近，以充分发挥电动机的过载能力，同时使电动机在短时过载和启动瞬间(56)Ie不受影响。通常热继电器选取的额定电流应为大于或等于电动机额定电流。整定电流一般为电动机额定电流的1.051.1倍（或按经验公式整定，2 PN 整定，PN为电动机功率）。主轴电机电路热继电器选取型号为：JR36-63,整定电流为：60A；冷却泵电路热继电器选取型号为：JR36-20，整定电流为：0.36A。控制开关电器的选择：（1）转换开关 转换开关又称组合开关，一般用于电气设备中非频繁的通断电路、换接电源和负载、测量三相电压以及直接控制小容量感应电动机的运行状态。转换开关由动触头（动触片）、静触头（静触片）、转轴、手柄、定位机构及外壳等部分组成。其动静触头分别叠装于数层绝缘壳内，当转换手柄时，每层的动触片随方形转轴一起转动。一般选取的原则为允许通过的电流大于或等于电路的额定电流，按此选择转换开关。常用的产品有：HZ5、HZ10和HZ15等系列。本次设计选取HZ10-100/3。（2）按钮开关盒 按钮开关（简称按钮）又称控制按钮，是一种接通或断开小电流电路的手动开关电器，一般不直接去控制主电路的通断，而在控制电路中发出启动或停止“命令”以远距离控制接触器、继电器、电磁启动器等电器线圈电流的接通或断开，再由它们去控制主电路。目前常用的按钮开关盒为LA4系列产品，本次设计选择的按钮开关型号为LA4-3H。速度继电器选择： 速度继电器是当转速达到规定值时触头动作的继电器。主要用于电动机反接制动控制电路中，当反接制动的转速下降到接近零时能自动地及时切断电源。 转子是一块固定在轴上的永久磁铁。浮动的定子与转子同心，而且能独自偏摆，定子由硅钢片叠成，并装有笼型绕组。速度继电器