X6132铣床电气控制电路的PLC改造.pdf

X6132 铣床电气控制电路的 PLC 改造 摘要 可编程控制器 PLC 是近年来发展迅速应用广泛的控制装 置 是一种工业环境应用而设计的数字电子控制系统 本次设计的主要内容是利用 PLC 对 X6132 铣床的电器部分进行 改造 先对本设计进行总体的思考 使自己有一个大致的总体概念 然后仔细分析 X6132 铣床 该床除主运动和较复杂的进给运动外 还有其他辅助运动 如圆工作台的旋转 圆工作台是为了扩大机床的 生产能力而安装的附件 另外该床运动较多 电气控制较复杂 为安 全可靠工作 还设置完善的连锁与保护 了解铣床基本结构和电气控 制后 根据电气原理图 编译 PLC 梯形图 编译通过后 利用 PLC 实验台进行实验仿真 因此铣床在完成原有功能特点外 还具有安装 简便 稳定性好 易于维修 扩展能力强等特点 关键词 可编程控制器 X6132 铣床 电气控制 改造 目录 第一章 引言 6 1 1 研究背景及意义 6 第二章 铣床与 PLC 概述 7 2 1 铣床简介及主要特点 7 2 2 X6132 铣床 8 第三章 机床的 PLC 控制系统设计 11 3 1 机床 PLC 控制系统设计的基本原则 11 3 2 机床 PLC 控制系统设计的基本内容 12 3 3 机床 PLC 控制系统设计的一般步骤 13 3 4 X6132 铣床进行 PLC 改造需解决的问题 13 3 5 X6132 铣床进行 PLC 改造方法及步骤 15 第四章 设计要求 16 4 1 工艺要求 16 4 2 机床的电力拖动特点和控制要求 16 4 3 原机床的控制过程 18 第五章 控制系统的 PLC 设计 28 5 1 硬件设计 27 5 2 软件设计 28 第一章 引言 一 研究背景及意义 生产中广泛采用各种机床设备 不过传统的机床电气控制系统 一般采用继电器接触器控制方式 这种控制方式由于控制方法简单 成本低等特点 在传统机械设备中应用广泛 但是由继电器构成的电 气控制系统有着体积大 耗电多 可靠性差 寿命短等明显缺点 尤 其是对生产工艺多变的系统适应性更差 如果生产任务和工艺发生变 化 就必须重新设计并改变硬件结构 造成时间和资金的严重浪费 随着科学技术的发展 PLC 技术被逐渐引入到各种生产机械 设 备中 与传统继电器控制相比 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特点 特别适合应用于机床 控制系统的开发和应用 通过使用PLC设计机床控制系统 可以减少 强电元器件数目 提高电气控制系统的稳定性和可靠性 从而提高产 品的品质和生产效率 目前 国内许多厂家的自动控制系统及加工机 床都采用PLC代替继电器控制 可编程逻辑控制器 PLC 是计算机技术与继电器常规控制技术 相结合的产物 是近年来发展最迅速 应用最广泛的工业自动控制装 置之一 目前 PLC 技术很成熟 所以基于 PLC 的机床电气控制系统 设计具有良好的可行性 在我国 PLC 的应用比例还不足 10 有广 阔的市场前景 因此该课题的研究具有一定的应用价值 第二章 铣床概述 第三章 2 1 铣床简介及主要特点 铣床作为机械加工的通用设备在内燃机配件的生产中一直起着 不可替代的作用 铣床具有工作平稳可靠 操作维护方便 已成为现 代生产中的主要设备 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 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 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 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 位居第二 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 进给运动可以按以下几种方式分类 速度 方式方向 2 2 X6132 铣床 本设计以 X6132 型铣床为研究对象 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 X6132 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 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 X6132 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 X6132 型铣床的继电器接触式控制系统进行技术 从而保证了 电控系统的快速性 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 X6132 型铣床主要技术参数 表 2 1X6132 型铣床主要技术参数 工作进给 简称工进 快速进给 简称快进 左右 上下 前后 圆工作台进给 矩形工作台进给 主要技术参数 单位 X6132 工作台尺寸 mm 1320 320 三向行程 X Y Z mm 700 255 320 手动 manual 680 240 300 机动 mechanic 主轴中心线至工作台距离 mm 30 350 主轴中心至床身垂直导轨的距离 mm 215 470 主轴转速范围 r p m 18 级 steps 30 1500 工作台进给范围 X Y Z mm min 18 级 steps 23 5 1180 23 5 1180 8 394 工作台快速移动速度 X Y Z mm min 2300 2300 770 外型尺寸 mm 2294 1770 1665 电动机功率 kw 7 5 净重 毛重 kg 2650 2950 X6132 型铣床的控制要求 具体有以下几点 a 主轴电动机正反转运行 以实现顺铣 逆铣 b 主轴具有停车制动 c 主轴变速箱在变速时具有变速冲动 即短时点动 d 进给电动机双向运行 e 主轴电动机与进给电动机具有联锁 以防在主轴没有运转时 工作台进给损坏刀具或工件 f 圆工作台进给与矩形工作台进给具有互锁 以防损坏刀具或工 件 g 矩形工作台各进给方向具有互锁 以防损坏工作台进给机构 h 工作台进给变速箱在变速时同样具有变速冲动 i 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 j 具有完善的电气保护 X6132 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 件数 作用 M1 主轴电动机 Y132M 4 B3 7 5KW 380V 1450r min 1 主轴传动 M2 进给电动机 Y90L 4 1 5KW 380V 1400r min 1 进给传动 M3 冷却泵电动机 JCB 22 0 125KW 380V 2790r min 1 冷却泵传动 表 2 3 8 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 CJO 20 10A 110V 1 主轴正传 KM2 接触器 CJO 10 10A 110V 1 主轴反转 KM3 接触器 CJO 10 10A 110V 1 进给正转 KM4 接触器 CJO 10 10A 110V 1 进给反转 KA1 中间继电器 JZ7 44 10A 110V 1 主电动机起停控制 KA2 中间继电器 JZ7 44 10A 110V 1 工步进给与快速进给转换 控制 KA3 中间继电器 JZ7 44 10A 110V 1 冷却泵电动机控制 SB1 2 按钮 LA2 绿色 2 M1 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 2 M1 停止按钮 SA1 转换开关 HZ1 10 E16 三极 M1 换向开关 SA2 转换开关 HZ1 10 E16 三极 1 换刀开关 SA3 转换开关 HZ1 10 E16 三极 冷却泵开关 SQ1 限位开关 LX1 11K 开启式 1 向右进给 SQ2 限位开关 LX1 11K 开启式 1 向左进给 SQ3 限位开关 LX2 131 单轮 自动 复位 1 向后 向上进给 SQ4 限位开关 LX2 131 单轮 自动 复位 1 向前 向下进给 FR1 热继电器 JR10 10 3A 5A 1 M3 过载保护 FR2 热继电器 JRQ 40 11A 3A 1 M1 过载保护 FR3 热继电器 JR10 10 0 415A 1 M2 过载保护 FU1 熔断器 RL1 30A 3 总电源短路保护 FU2 熔断器 RL1 10A 3 进给短路保护 FU3 熔断器 RL1 6A 2 控制电路短路保护 FU4 FU5 熔断器 RL1 4A 2 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 ZCZX4 5A 50V 1 整流作用 TC1 变压器 BK 150 380 127V 1 控制电路变压器 TC2 变压器 BK 50 380 36V 1 照明变压器 YC1 电磁离合器 B1DL III 1 工步进给控制电磁铁线圈 YB 电磁离合器 1 主轴制动控制电磁铁线圈 EL 照明灯 JC6 Z 1 工作照明 X6132 主电路分析 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 第三章 机床的 PLC 控制系统设计 3 1 机床 PLC 控制系统设计的基本原则 设计任何一个机床 PLC 控制系统 如同设计任何一种机床电气 控制系统一样 其目的都是通过控制被控对象机床来实现其机械加工 的生产工艺要求 提高生产效率和产品质量 因此 在设计 PLC 控制 系统时 应遵循以下基本原则 1 机床 PLC 控制系统应能控制机床设备最大限度地满足机床 的生产工艺要求 2 在满足生产工艺要求的前提下 力求使 PLC 系统越简单 越经济 操作使用及维护维修越方便越好 3 要充分保证 PLC 控制系统的安全和可靠性 4 考虑到今后加工生产的可持续发展和机床工艺的不断改进 在配置 PLC 硬件设备时应适当留有一定的扩展余量 3 2 机床 PLC 控制系统设计的基本内容 机床 PLC 控制系统是由 PLC 与机床输入 输出设备连接而成 的 因此 机床 PLC 控制系统设计的基本内容应包括以下主要内容 1 选择机床输入设备 按钮 操作开关 限位开关 传感器 等 输出设备 继电器 接触器 信号灯等执行元件 以及由输出 设备驱动的控制对象 电动机 电磁阀等 这些设备属于一般的电 气元件 2 PLC 的选择 PLC 是 PLC 系统的核心部件 正确选择 PLC 对于保证整个控制系统的技术经济性能指标将起着重要的决定性作 用 选择 PLC 主要包括机型 容量的选择以及 I O 模块 电源模块 等的选择 3 分配 I O 点 绘制 PLC 的实际接线图 4 控制程序设计 包括控制系统流程图 状态转移图 梯形图 语句表等的设计 控制程序是控制整个机床系统工作的软件 是保证 机床系统工作正常 安全 可靠的关键 因此 设计的机床控制程序 必须经过反复调试 修改 直到满足机床生产工艺要求为止 5 必要时还要设计机床控制台等 6 编制机床 PLC 控制系统的技术文件 3 3 机床 PLC 控制系统设计的一般步骤 主要包括 1 根据生产的工艺过程分析控制要求 了解需要完成的动作 操作方式 2 根据控制要求确定所需要的输入 输出设备 据此确定 PLC 的 I O 接点数 3 选择 PLC 机型及容量 4 定义输入 输出点名称 分配 PLC 的 I O 点 设计 PLC 的实 际接线图 5 根据 PLC 所要完成的任务及应具备的功能进行 PLC 程序设 计 同时可进行控制台的设计和现场施工 3 4 X6132 铣床进行 PLC 改造需解决的问题 采用 PLC 对 X6132 铣床进行电气控制系统改造 需要解决两个 主要的问题 一是基于 PLC 的铣床电气控制系统硬件设计 二是基 于 PLC 的铣床电气控制系统软件设计 1 基于PLC的铣床电气控制系统硬件设计 1 分析被控制对象 将被控对象按功能进行相互独立的分解 这样便于确定PLC的资 源分配 属于化整为零的设计思路 通过PLC来实现铣床电气控制系 统的各项功能 需要将各种控制和检测信号通过按钮和检测元件输入 PLC 再通过PLC内部程序的运算将结果输出到各种执行设备 完成 电气控制系统对于铣床的控制 每个功能的输入信号 都可以通过控 制面板上的按钮进行操作 输出则可以通过接触器 电磁阀等执行机 构完成 2 根据控制对象确定I O点 根据分解后的各个功能项 对 PLC 所需的输入输出点数量进行 确定 3 PLC的选型 X6132铣床所需的I O点总数在256以下 属于小型机的范围 控制系统只需要逻辑运算等简单功能 主要用来实现条件控制和顺序 控制 可选择小型机系列 它的价格低 体积小 非常适用于单机自 动化控制系统 2 基于 PLC 的铣床电气控制系统程序设计 1 程序要求分析 PLC控制系统其优点在于根据加工工艺要求的不同相应的修改 程序就可以实现 因此系统的自动控制程度很高 铣床电气控制系统 属于广泛的应用系统 不针对特殊的加工工艺 因此PLC内部的程序 只需要相对每个控制按钮发出的信号 做出相应的动作即可 2 基于PLC的铣床电气控制系统程序 PLC的程序可以采用梯形图 语句表 程序块等形式表示 为了与继 电器一接触器系统相承接 采用梯形图形式对铣床电气控制系统进行 编程 3 5 X6132铣床进行PLC改造方法及步骤 根据X6132 铣床的具体控制要求和电气原理图 确定输入输出点 数 编写控制流程图 设计出PLC 控制程序 并调试运行 具体为以 下几个步骤 1 分析X6132 铣床的电气控制要求和电气控制原理图 2 根据X6132 铣床控制要求 确定输入输出信号 3 利用PLC 梯形图与电气原理图之间的对应关系 对机床进行PLC 改 造 具体包括程序编制 调试运行等内容 第四章 设计要求 4 1 工艺要求 不变动原机床的控制操作 保留各原有按钮交流接触器 行程开 关 热继电器等机械动作 为保证人身财产的安全起见热继电器不接 入 PLC 的输入端 而直接接在 PLC 的输出端 4 2 机床的电力拖动特点和控制要求 1 X6132 万能卧式铣床 主轴传动系统在床身内部 进给系 统在升降台内 而且主运动与进给运动之间没有速度比例协调的要 求 故采用单独传动 即主轴和工作台分别由主轴电动机 进给电动 机拖动 而工作台进给与快速移动由进给电动机拖动 经电磁离合器 传动来获得 2 主轴电动机处于空载下起动 为能进行顺铣和逆铣加工 要 求主轴能称实现正 反轨但旋转方向不需经常改变 仅在加工前预选 转动方向而在加工过程中不交换 3 铣削加工是多刀多刃不连续切削 负载波动 为减轻负载波 加动的影响 往往在主轴传动系统中加入飞轮 使转动惯量加大 但 为实现主轴快速停车 主轴电动机应设有停车制动 同时 主轴在上 刀时 也应使主轴制动 为此本铣床采用电磁离合器控制主轴停车制 动和主轴上刀制动 4 工作台的垂直 横向和纵向三个方向的运动由一台进给电动 机拖动 而三个方向的选择是由操纵手柄改变传动链来实现的 每个 方向又有正反向的运动 这就要求进给电动机能正 反转 而且 同 一时间只允许工作台只有一个方向的移动 故应有联锁保护 5 使用圆工作台时 工作台不得移动 即圆工作台的旋转运动 与工作台上下 左右 前后六个方向的运动之间有联锁控制 6 为适应铣削加工需要 主轴转速与进给速度应有较宽的调节 范围 X6132 铣床采用机械变速 改变变速箱的传动比来实现 为保 证变速时齿轮易于啮合 减少齿轮端面的冲击 要求变速时电动机有 冲动控制 7 根据工艺要求 主轴旋转和工作台进给应有先后顺序控制 即进给运动要在铣刀旋转之后进行 加工结束后必须在铣刀停转前停 止进给运动 8 为供给铣削加工时冷却液 应有冷却泵电动机拖动冷却泵 供给冷却液 9 为适应铣削加工时操作者的正面与侧面操作要求 机床应对 主轴电动机的走动与停止及工作台的快速移动控制 具有两地操作的 性能 10 工作台上下 左右 前后六个方向的运动应具有限位保护 11 应有局部照明电路 4 3 原机床的控制过程 4 3 1 主拖动控制电路 图 4 1 X6132 卧式铣床电气控制原理图 图 4 1 是 X6132 卧式铣床的电气控制原理图 图中 M1 为主轴电 机 M2 为工作台进给电机 M3 为冷却泵电动机 该电路的一个特 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密切配 合进行 因此 在分析电气原理图时 应对机械操作手柄与相应电器 开关动作关系 对各开关的作用及指令开关状态弄清楚 1 主轴电动机的起动控制 主轴电动机 M1 由正反转接触器 KM1 KM2 来实现正 反转全压起动 而由主轴换向开关 SA4 来预 选电动机的正反转 由停止按钮 SB1 或 SB2 起动按钮 SB3 或 SB4 与 KM1 KM2 构成主轴电动机正反转两地操作控制电路 起动时 应将电源引入开关 QF1 闭合 再把换向开关 SA4 扳到主轴所需的旋 转方向 然后按下起动按钮 SB3 或 SB4 中间继电器 KA1 线圈通电 并自锁 触头 KA1 闭合 使 KM1 或 KM2 线圈通电吸合 其主触头 接通主轴电动机 M1 实现全压起动 而 KM1 或 KM2 的一对辅助触 头 KM1 或 KM2 断开 主轴电动机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动 图 4 2 X6132 卧式铣床外形图 2 主轴电动机的制动控制 由主轴停止按钮 SB1 或 SB2 正转 接触器 KM1 或反转接触器 KM2 以及主轴制动电磁摩托离合器 YC1 构成主轴制动停车控制环节 电磁离合器 YC1 安装在主轴传动链中 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 SB2 KM1 或 KM2 线圈断电释放 主轴电动机 M1 断开三相交流电源 同 时 YC1 线圈通电 产生磁场 在电磁吸力作用下将摩擦片压紧产生 制动 使主轴迅速制动 当松开 SB1 或 SB2 时 YC 线圈断电 摩擦 片松开 制动结束 这种制动方式迅速 平衡 制动时间不超过 0 5s 3 主轴上刀换刀时的制动控制 在主轴上刀或更换铣刀时 主轴 电动机不得旋转 否则将发生严重人身事故 为此 电路设有主轴上 刀制动环节 它是由主轴上刀制动开关 SA2 控制 在主轴上刀换刀 前 将 SA2 扳到 接通 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 位置 触头 SA2 断开 解除主轴制动状 态 同时 触头 SA2 闭合 为主电动机起动作准备 4 主轴变速冲动控制 主轴变速操纵箱装在床身左侧窗口上 变速应在主轴旋转方向预选之后进行 变换主轴转速的操作顺序如 图 2 2 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 在将变速手柄推回原位置时 将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 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 设的 此时无需按下主轴停止按钮 只需将主轴变速手柄拉出 压下 SQ5 断开 于是断开了主轴电动机的正反转或反转接触器线圈电路 电动机自然停车 尔后再进行主轴变速操作 电动机进行变速冲动 完成变速 变速完成后尚需再次起动电动机 主轴将在新选择的转速 下起动旋转 4 3 2 进给拖动控制电路 工作台进给方向的左右纵向运动 前后的横向运动和上下的垂直 运动 都是由进给电动机 M2 的正反转来实现的 而正 反转接触器 KM3 KM4 是由行程开关 SQ1 SQ3 与 SQ2 SQ4 来控制的 行 程开关又是由两个机械操作手柄控制的 这两个机械操作手柄 一个 是纵向机械操作手柄 另一个是垂直与横向操作手柄 扳动机械操作 手柄 在完成相应的机械挂档同时 压合相应的行程开关 从而接通 接触器 起动进给电动机 拖动工作台按预定方向运动 在工作进人 时 由于快速移动继电器 KM2 线圈处于断电状态 而进给移动电磁 离合器 YC2 线圈通电 工作台的运动是工作进给 纵向机械操作手柄有左 中 右三个位置 垂直与横向机械操作 手柄有上 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开关 SQ3 SQ4 为与垂直 横向操作手柄有机 械联系的行程开关 当这两个机械操作手柄处于中间位置时 SQ1 SQ4 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 为圆工作台转换开关 其有 接通 与 断开 两个位置 三对触头 当不需要圆工作台时 SA3 置于 断开 位置 此时触 头 SA3 SA3 闭合 SA3 断开 当使用圆工作台时 SA3 置于 接通 位置 此时 SA3 SA3 断开 SA3 闭合 在起动进给电动机之前 应先起动主轴电动机 即合上电源开关 QF1 按下主轴起动按钮 SB3 或 SB4 中间继电器 KA1 线圈通电并 自锁 其触头 KM1 闭合 为起动进给电动机作准备 1 工作台纵向进给运动的控制 若需工作台向右工作进给 将 给向进给操作手柄扳向右侧 在机械上通过联动机构接通纵向进给离 合器 在电气上压下行程开关 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 停转 工作台向右进给停止 工作台向左进给的电路与向右进给时相仿 此时是将纵向进给操 作手柄扳向左侧 在机械挂档的同时 电气上压下的行程开关 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 位置 在机械上接通了横向进给离合器 在电气上 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 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 工作台向前进给停止 工作台向下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 电气上仍压下行程开关 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 电气上都是压下行程开 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 拖动工作台实现向后或向上的进给运动 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 5 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 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 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 4 3 3 圆工作台的控制 圆工作台的回转运动是由进人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 SB4 KA1 或 KM2 线圈通电吸合 主轴电动机起 动旋转 接触器 KM3 线圈经 SQ1 SQ4 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 4 3 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 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 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 4 3 5 控制电路的联锁与保护 X6132 型铣床运动较多 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 铣 SQ1 或 SQ2 行程开关压下 断开 28 24 支路 但 KM3 或 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 SQ4 行程开关压下 将支路断开 使 KM3 或 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 SQ1 SQ4 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 第五章 控制系统的 PLC 设计 5 1 硬件设计 根据原机床的控制电路图和结合 PLC 的型号 以及 PLC 的触点 数和机床的机械动作开关 列出 I O 接口分配表如 表 3 1 在根据 I O 接口分配表设计出输入输出口接线图如图 3 1 所示 表 5 1 I O 分配表 分类 信号名称 现场信号 PC 数据 输 入 信 号 主轴电机停止按钮 SB1 I0 0 主轴