铣床的PLC控制系统设计.doc

X62W型万能铣床的PLC控制系统设计本文阐述了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；梯形图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。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SA5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KM4、KM5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采用两种控制方式，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。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KM3线圈得电，KM3主触头和自锁触头闭合，主轴电动机M1启动运转，KM3常开辅助触头闭合，为工作台进给电路提供了电源。按下停止按钮SB5（或SB6），SB3（或SB4）常闭触头分断，接触器KM3线圈失电，KM3触头复位，电动机M1断电惯性运转，KS的触头断开，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，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SQ7，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SA1扳到接通位置，这时触头SA1-1和SA1-3断开，触头SA1-2闭合，使接触器KM4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SA1扳到断开位置，这时触头SA1-1和SA1-3闭合，触头SA1-2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SQ1和SQ2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SQ1和SQ2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SQ1或SQ2，使常闭触头SQ1-2或SQ1-2分断，常开触头SQ1-1或SQ2-1闭合，接触器KM4或KM5得电动作，电动机M2正转或反转。由于在SQ1或SQ2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 工作台左右进给手柄位置及其控制关系手柄位置位置开关动作接触器动作电动机M2转向传动链搭合丝杠工作台运动方向左SQ5K正转左右进给丝杠向左中停止停止右SQ6K反转左右进给丝杠向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KM4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 KM5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SQ1、SQ2、SQ3、SQ4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 工作台上、下、中、前、后进给手柄位置及其控制关系手柄位置位置开关动作接触器动作电动机M2转向传动链搭合丝杠工作台运动方向上下中前后SQ4SQ3SQ3SQ4KM4KM3KM3KM4反转正转停止正转反转上下进给丝杠上下进给丝杠前后进给丝杠前后进给丝杠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SQ1和SQ3均被压下，触头SQ1-2和SQ3-2均分断，断开了接触器KM4和KM5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SB5或SB6（两地控制），接触器KM6得电，KM6常闭触头分断，电磁离合器YA失电，将齿轮传动链与进给丝杠分离；KM6两对常开触头闭合，一对使电磁离合器YA得电，将电动机M2与进给丝杠直接搭合；另一对使接触器KM4或KM5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SB5或SB6，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SQ7使M1产生瞬时点动，齿轮系统顺利啮合。三、X62W万能铣床PLC的控制线路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SQ1SQ7,SB1SB6按图示分别接入PLC的输入端，圆形工作台转换开关SA1用一对常开和常闭触头接入PLC的输入端子。根据输入输出口的数量，可选择226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 程序执行做好系统测试：内容控制对象操作说明主轴控制主轴启动SA5，QS，SA1，SB1（SB2）SA打到接通位置，按下SB1（SB2）Q0.0接通 Q0.1断开主轴制动SA1，SB3（SB4）按下SB3（SB4）Q0.0断开 Q0.1接通主轴冲动SA1，SQ7点触SQ7Q0.0断开 Q0.1瞬时接通工作台控制右进给SA1，SQ1压迫SQ1SQ1-1闭合，SQ1-2断开； Q0.2得电 Q0.3失电左进给SA1，SQ2压迫SQ2SQ2-1闭合，SQ2-2断开； Q0.2 失电，Q0.3得电上