C5225立式车床控制设计说明书 .doc

C5225立式车床控制设计说明书 C5225立式车床隐藏 前 言 随着电子技术的发展，特别是大规模集成电的产生，给人们的生活带来 了根本性的变化，目前，PLC 在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛的应 用。PLC 控制系统在现代工业设计、工程建设及日常生活中的应用越来越广 泛。 在日常人们的生活中， PLC 控制系统的应用和作用也体现到了各个方面， 随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到 PLC 控制的影 子，PLC 控制将更好的服务于社会。生产力的发展和科学技术的进步，人们 对所用控制设备不断的提出新的要求。在实际生产中，由于大量存在一些以 开关量控制的程序控制过程，而生产工艺及流程经常变化，因而应用前述的 继电-接触器控制电路，就不能满足这种需要。于是由集成电路组成的顺序控 制器应运而生，它具有程序变更容易、程序储存量大、通用性强等优点。 在现代冶金、石 油 、化工及电力 生产过 程中，温度是 极为重 要而又普 遍的热工参数之一。在环境恶劣或温度较高的场合下，为了保证是生产过程 正常安全的进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度、节约 能源。无论哪种控制，我们都希望水温控制系统有较高的精确度（起码是在 我们要求的范围内） ，帮助我们实现我们想要的控制，解决身边的问题。 由 于 可 编 程 序 控 制 器 具 有 可 靠 性 高 、通 用 性 强 、程 序 设 计 简 单 及 便 于 安装调试等优点，它在工业控制的各个领域发挥着越来越重要的作用。社 会对可编程序控制器技术人员的需长也越来越迫切。 目 前 可 编 程 控 制 器 PLC 主 要 是 朝 着 小 型 化 、廉 价 化 、标 准 化 、高 速 化 、 智能化、大容量化、网络化的方向发展，与计算机技术结合，形成工业控 制 机 系 统 、 分 布 式 控 制 系 统 、 现 场 总 线 控 制 系 统 ， 这 将 是 PLC 功 能 更 强 ， 可靠性更高，使用更方便，适用面更广。 可 编 程 控 制 器 的 机 型 较 多 ，但 其 基 本 结 构 和 工 作 原 理 相 同 ，基 本 指 令、 控 制 功 能 和 编 程 方 法 类 似 。本 设 计 书 以 是 用 最 广 泛 的 德 国 西 门 子 可 编 程 控 制 器 为 核 心 ，主 要 介 绍 了 可 编 程 控 制 器 的 基 础 知 识 、指 令 系 统 、程 序 设 计 、 控 制 系 统 以 及 可 编 程 序 控 制 器 在 c5225 型 立 式 车 床 控 制 系 统 中 的 应 用 等 知 识。本设计书结合了大量的图形，使设计一目了然。并给出了程序调试， 最后给出了主要的原理图、流程图、梯形图、详细注释及助记符语言等。 1 洛阳理工学院毕业设计（论文） 第 1 章 PLC 概述 1.1 背景及发展在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序 动作， 并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制， 及大量离散量的数据采集。 传统上， 这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。 1968 年美国 GM （通 用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制 出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电 气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable Controller（PC）。 个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制 器的功能特点， 可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller （PLC） ， 现在，仍常常将 PLC 简称 PC。 PLC 的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对 PLC 的定义是：可编 程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。 它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定 时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控 制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于 与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直 保持为 3040%。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机 接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些 应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。 PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、 程序简单等特点。PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预 见的将来，是无法取代的。 2 洛阳理工学院毕业设计（论文） 1.2 可编程控制器系统组成 1.2.1 中央处理单元（CPU）的构成 与一般微处理器的概念相同，PLC 的核心部件是 CPU，负责完成逻辑运 算、数字运算及协调系统内各部分的工作。它按 PLC 的系统程序赋予的功能 接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态 或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状 态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取 指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控 制电路。 CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制 及状态总线构成，CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主 要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析 CPU 的内部电路，但对各部分的工作 机制还是应有足够的理解。CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、 解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或 逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果， 它也是在控制器指挥下工作。 CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们决定着 PLC 的工作速度， IO 数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 1.2.2 输入输出单元 PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O 模块 集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出 锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相 反。I/O 分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI）， 模拟量输出（AO）等模块。 开关量是指只有开和关（或 1 和 0）两种状态的信号，模拟量是指连续 变化的量。常用的 I/O 分类如下： 3 洛阳理工学院毕业设计（论文） 开关量：按电压水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分， 有继电器隔离和晶体管隔离。 模 拟 量 ： 按 信 号 类 型 分 ， 有 电 流 型 （ 4-20mA,0-20mA ） 、 电 压 型 （0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 IO 外，还有特殊 IO 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模 块。 按 I/O 点数确定模块规格及数量， 模块可多可少， I/O 但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制 1.2.3 电源单元 电源单元将外界提供的电源转换成 PLC 的工作电源后，提供给 PLC。电 源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提 供 24V 的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC 或 110VAC）， 直流电源（常用的为 24VAC）。 1.2.4 外部设备 PLC 的外部设备种类很多，总体来说可以概括为 4 大类：编程设备、 监控设备、存储设备、输入/输出设备。大多数模块式 PLC 使用底板或机架， 其作用是： 电气上， 实现各模块间的联系， CPU 能访问底板上的所有模块， 使 机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。 1.3 可编程控制器的工作原理 1.3.1 采用“顺序扫描” “不断循环”的工作方式 （1）每次扫描过程，集中对输入信号进行采样，集中对输出信号刷新。 （2）输入刷新过程 ，当输入端口关 闭时 ，程序进行执行 阶段 ，输入端 有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才能被 读入图中当 PLC 方式开关置于 RUN（运行）时，执行所有阶段；当方式开 4 洛阳理工学院毕业设计（论文） 关置于 STOP（停止）时，不执行后 3 个阶段，此时可进行通信处理，如对 PLC 联机或离线编程。开 始 内部处理 通信处理 否 RUN 方式 ？ 是 输入扫描 执行用户程序 输出处理 图 1-1 PLC 的工作过程 一个扫描周期分为输入采样、程序执行、输出刷新 PLC 程序执行原理图 如下图：按钮 按钮 输 入 映 象 寄 存 器 程序执行 输 出 映 象 寄 存 器 接触器 输 出 电 路 输 入 电 路 （） 输入采样 用户程序执行 输出刷新 图 1-2 PLC 程序执行原理图 1.3.2 PLC 的 技 术 原 理 PLC 利 用 1.6M 到 30M 频 带 范 围 传 输 信 号 。 在 发 送 时 ， 利 用 GMSK 或 OFDM 调 制 技 术 将 用 户 数 据 进 行 调 制 ，然 后 在 电 力 线 上 进 行 传 输 ，在 接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可得到原通信 5 洛阳理工学院毕业设计（论文） 信 号 。目 前 可 达 到 的 通 信 速 率 依 具 体 设 备 不 同 在 4.5M45M 之 间 。 PLC 设 备 分 局 端 和 调 制 解 调 器 ，局 端 负 责 与 内 部 PLC 调 制 解 调 器 的 通 信 和 与 外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后， 通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外 部 的 Internet。 1.4 PLC 的主要技术性能 1.4.1 I/O(输入/输出)点数 如前所述，输入/输出点数是 PLC 组成控制系统时所能接入的输入/输出 信号的最大数量，表示 PLC 组成系统时可能的最大规模。这里有个问题要注 意，在总的点数中，输入点与输出点总是按一定比例设置的，往往是输入点 数大于输出点数，且输入和输出点数不相互代替。 1.4.2 应用程序的存储容量 应用程序的存储容量是存放用户程序的存储趋的容量。通常用 K 字 （KW） ，K 字节（KB）或 K 位（Kb）来表示，1K=1024。也有的 PLC 直接 用所能存放的程序量表示。 1.4.3 扫描速度 扫描速度一般以执行 1000 条基本指令所需的时间来衡量，单位为毫秒/ 千步，也有以执行一步指令时间的，如微妙/步。以下是扫描速度参考值：由 目前 PLC 采用的 CPU 主频考虑，扫描速度比较慢的为 2.2ms/K 逻辑运算程 序和 60ms/K 数字运算程序； 较快的为 1ms/K 逻辑运算程序和 10ms/K 数字运 算程序；更快的能够达到 0.75ms/K 逻辑运算程序。 另外，可编程控 制器 的可扩展性、可 靠性 、易操作性及经 济性 等 指标 也是用户关心的问题。 6 洛阳理工学院毕业设计（论文） 1.5 指令系统 PLC 编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于 高级语言,也不同于一般的汇编语言。它既 满足易于编写,又要满足易于调 试的要求。目前，还没有一种对各成家产品都能兼容的汇编语言，如三菱 公司的产品有他自己的编程语言， OMRON 公司的产品也有它自己的语言。 但不管什么型号的 PLC,其编程语言都具有以下特点： 1.5.1 图形式指令结构 程序有图形方式表达，指令有不同的图形符号组成，易于理解和记忆。 系统的软件开发者以把工业控制中所需的独立运算功能编制成象征性图形， 用户根据自己的需要把这些图形进行结合，并填入适当的参数。在逻辑运算 部分， 几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图， 很容易接受。 如西门子公司还采用控制系统流程图来表示，它沿用二进制逻辑与案件图形 符号来表示控制关系，很直观易懂。较复杂的算术运算，定时计数等。一般 也参照梯形图或逻辑元件图给与表示，虽然象征性不如逻辑运算部分，也受 用户欢迎。 1.5.2 明确的变量常数 图形符相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填入，如 K400,T120 等,PLC 中的变量和常数以及其取值范围有明确规定，由产品型号 决定，可查阅产品目录手册。 1.5.3 简化的程序结构 PLC 的程序结构通常简单， 典型的为块式结构， 不同块完成不同的功能， 是程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。 7 洛阳理工学院毕业设计（论文） 1.5.4 简化应用软件生成过程 使用汇编语言和高级语言编写程序， 要完成编辑、 编译和连接三个过程， 而实用编程语言，只需要编辑一个过程，其余由系统软件自动完成。整个编 辑过程都在人机对话下进行的。不要求用户有高深的软件设计能力。 1.5.5 强化调试手段 无论是汇编程序还是高级语言程序调试，都是令编辑人员头疼的事，而 PLC 的程序调试提供了完备的条件，使用编程器，利用 PLC 和编程器上的按 键,显示和内部编辑、调试、监控等，并在软件支持下，诊断和调试操作都很 简单。 总之 PLC 的编程语言是面向用户的，对使用者不要求具备高深的知识。 不需要长时间的专门训练。 1.5.6 编程语言的形式 最常用的两种编程语言，一是梯形图，二是助记符语言表，采用梯形图 编程，因为他直观易懂，但需要一台个人计算机及相应的编程软件；采用助 记符形式便于实验，因为它只需要一台简易编程器，而不需要昂贵的图形编 程器或计算机来编程。 (1)编程指令：指令是 PLC 被告知要做什么，以及怎样去做的代码或符 号。从本质上讲，指令只是一些二进制代码，这点 PLC 与普通的计算机是完 全相同的。同时 PLC 也有编译系统，它可以把一些文字符号或图形符号编译 成机器码，所以用户看到的 PLC 指令一般不是机器代码而是文字代码，或图 形符号。常用的助记符语句用英文文字（可用多国文字）的缩写及数字代表 各相应指令。常用的图形符号即梯形图，它类似于电气原理图是符号，易为 电器工作人员所接受。 （2） 指令系统： 一个 PLC 所具有的指令的全体称为该 PLC 的指令系统。 它包括着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着 PLC 的功能和性能。一 般讲，功能强、性能好的 PLC，其指令系统必然丰富，所能干的事也就越多。 我们在编程之前必须弄清 PLC 的指令系统。 （3） 梯形图： 梯形图是通过连线把 PLC 指令的梯形图符号连接在一 8 洛阳理工学院毕业设计（论文） 起的连通图，用以表达所使用的 PLC 指令及其前后顺序，它与电气原理图很 相似。它的连线有两种:一种是母线，另一种是内部横竖线。内部横竖线把一 个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载指令开始 的，必要时在继以若干个输入指令（含 LD 指令） ，以建立逻辑条件。最后为 输出类指令，实现输出控制，或位数据控制、流程控制、通讯处理、监控工 作等指令，以进行相应的工作。母线是用来连接指令组的。下图是三菱公司 的 FX2N 系列产品的最简单的梯形图例 它有两组，第一组用以实现启动，停止控制。第二组仅一个 END 指令， 用以结束程序。1 梯形图与助记符的对应关系；助记符指令与梯形图有严格 的对应关系而梯形图的连接又可把指令的顺序予以体现。一般讲，先输入， 后输出（含其他处理 ） ；先上，后下；先 左后右，有了梯形图 就可将其翻译 成助记符程序。上图的助记符程序为： 地址 0000 0001 0002 0003 0004 指令 LD OR AND OUT END 变量 X000 X010 NOT Y000 X001 9 洛阳理工学院毕业设计（论文） 第2章 2.1 C5225 车床简介 C5225 型立式车床概述 C5225立式车床是一种双车床，包括旋转工作台装置、两根立柱、沿立 柱导轨上下往复运动的横梁和沿横梁导轨往复运动的立刀架，所述的立柱的 旁侧设置一横梁液压平衡缸装置，该横梁液压平衡缸装置包括分别位于所述 的两根立柱中部的横梁液压平衡缸，所述的每个横梁液压平衡缸包括固定于 地面的平衡缸底座、缸套和缸套内的活塞，缸套的上端与横粱通过固定件固 接。本实用新型双柱立式车床采用这样的结构，减小了横梁在上升、下降过 程中负荷反差，从而使机床性能更加稳定，延长机床使用寿命，减少维修费 用；降低了加工成本，工作台具有良好的运动精度及更大的抗载能力。C5225 立式车床是一种万能双柱立式车床，机床具有两个刀架。是一种用途广泛的 金属车削设备,适用于各行业的机械加工,可用于内外圆柱面、圆锥面、端面、 内孔、切槽、切断等。精车削加工. 工作台采用静压导轨,主轴径向采用高精 度NN30型(D级)双列圆柱滚子轴承,因而工作台承载能力大,回转精度高。 垂直 刀架装有五角刀台,采用鼠齿盘定位,侧刀架采用四方刀台,两刀架均采用液压 平衡(单柱系列) 机床电气采用名牌产品,高水准配线工艺,可单靠性高。 图 2-1 立式车床 10 洛阳理工学院毕业设计（论文） 2.2 车床发展历程古代的车床是靠手拉或脚踏，通过绳索使工件旋转，并手持刀具而 进行切削的。 图 2-2 脚 踏 车 床 1797 年 ， 英 国 机 械 发 明 家 莫 兹 利 创 制 了 用 丝 杠 传 动 刀 架 的 现 代 车 床 ， 并 于 1800 年 采 用 交 换 齿 轮 ， 可 改 变 进 给 速 度 和 被 加 工 螺 纹 的 螺 距 。 1817 年 ，另 一 位 英 国 人 罗 伯 茨 采 用 了 四 级 带 轮 和 背 轮 机 构 来 改 变 主 轴 转 速 。 为 了 提 高 机 械 化 自 动 化 程 度 ， 1845 年 ， 美 国 的 菲 奇 发 明 转 塔 车 床 。 1848 年 ， 美 国 又 出 现 回 轮 车 床 1873 年 ， 美 国 的 斯 潘 塞 制 成 一 台 单 轴 自 动 车 床 ， 不 久 他 又 制 成 三 轴 自 动 车 床 20 世 纪 初 出 现 了 由 单 独 电 机 驱 动 的带有齿轮变速箱的车床。 第一次世界大战后，由于军火、汽车和其他机械工业的需要，各种 高效自动车床和专门化车床迅速发展。为了提高小批量工件的生产率， 40 年 代 末 ，带 液 压 仿 形 装 置 的 车 床 得 到 推 广 ，与 此 同 时 ，多 刀 车 床 也 得 到 发 展 。50 年 代 中 ，发 展 了 带 穿 孔 卡 、插 销 板 和 拨 码 盘 等 的 程 序 控 制 车 床 。 数 控 技 术 于 60 年 代 开 始 用 于 车 床 ， 70 年 代 后 得 到 迅 速 发 展 。 普 通 车床 主 要 组 成 部 件 有 ：主 轴 箱 、交 换 齿 轮 箱 、进 给 箱 、溜 板 箱 、刀 架 、 主轴箱：又称床头箱， 尾架、光杠、丝杠、床身、床脚和冷却装置。 它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴 得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动 传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的 平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的 11 洛阳理工学院毕业设计（论文） 使用价值就会降低。 进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的 变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或 丝杠将运动传至刀架以进行切削。 丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜 板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运 动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车 削时，只用光杠，不用丝杠。同学们要结合溜板箱的内容区分光杠与丝 杠的区别。 溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠 的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进 给 运 动 、横 向 进 给 运 动 和 快 速 移 动 ，通 过 丝 杠 带 动 刀 架 作 纵 向 直 线 运 动 ， 以 便 车 削 螺 纹 。 刀 架 ： 有 两 层 滑 板 (中 、 小 滑 板 )、 床 鞍 与 刀 架 体 共 同 组 成。用于安装车刀并带动车刀作纵向、横向或斜向运动。尾架：安装在 床身导轨上，并沿此导轨纵向移动，以调整其工作位置。尾架主要用来 安装后顶尖，以支撑较长工件，也可安装钻头、铰刀等进行孔加工。床 身 ： 是 车 床 京 都 要 求 很 高 的 带 有 导 轨 (山 形 导 轨 和 平 导 轨 )的 一 个 大 型 基 础部件。用于支撑和连接车床的各个部件，并保证各部件在工作时有准 确的相对位置。冷却装置：冷却装置主要通过冷却水泵将水箱中的切削 液加压后喷射到切削区域，降低切削温度，冲走切屑，润滑加工表面， 以提高刀具使用寿命和工件的表面加工质量。 2.3 车床类型按用途和结构的不同，车床主要分为卧式车床和落地车床、立式车 床 、转 塔 车 床 、单 轴 自 动 车 床 、多 轴 自 动 和 半 自 动 车 床 、仿 形 车 床 及 多 刀车床和各种专门化车床，如凸轮轴车床、曲轴车床、车轮车床、铲齿 车床。在所有车床中，以卧式车床应用最为广泛。卧式车床加工尺寸公 差 等 级 可 达 IT8 IT7， 表 面 粗 糙 度 Ra 值 可 达 1.6?m。 近 年 来 ， 计 算 机 技术被广泛运用到机床制造业，随之出现了数控车床、车削加工中心等 机电一体化的产品。 12 洛阳理工学院毕业设计（论文） 2.4 安 全 操 作 简 介车床技术安全操作规程 （ 1） 工 作 前 按 规 定 润 滑 机 床 ， 检 查 各 手 柄 是 否 到 位 ， 并 开 慢 车 试 运转五分钟，确认一切正常方能操作。 （ 2） 卡 盘 夹 头 要 上 牢 ， 开 机 时 扳 手 不 能 留 在 卡 盘 或 夹 头 上 。 （ 3） 工 件 和 刀 具 装 夹 要 牢 固 ， 刀 杆 不 应 伸 出 过 长 （ 镗 孔 除 外 ） 转 ； 动小刀架要停车，防止刀具碰撞卡盘、工件或划破手。 （ 4）工 件 运 转 时 ，操 作 者 不 能 正 对 工 件 站 立 ，身 不 靠 车 床 ，脚 不 踏 油盘。 （ 5） 高 速 切 削 时 ， 应 使 用 断 屑 器 和 挡 护 屏 。 （ 6） 禁 止 高 速 反 刹 车 ， 退 车 和 停 车 要 平 稳 。 （ 7） 清 除 铁 屑 ， 应 用 刷 子 或 专 用 钩 。 （ 8）用 锉 刀 打 光 工 件 ，必 须 右 手 在 前 ，左 手 在 后 ；用 砂 布 打 光 工 件 ， 要 用 “手 夹 ”等 工 具 ， 以 防 绞 伤 。 （ 9）一 切 在 用 工 、量 、刃 具 应 放 于 附 近 的 安 全 位 置 ，做 到 整 齐 有 序 。 （ 10） 车 床 未 停 稳 ， 禁 止 在 车 头 上 取 工 件 或 测 量 工 件 。 （ 11） 车 床 工 作 时 ， 禁 止 打 开 或 卸 下 防 护 装 置 。 （ 12） 临 近 下 班 ，应 清 扫 和 擦 试 车 床 ，并 将 尾 座 和 溜 板 箱 退 到 床 身 最右端。 13 洛阳理工学院毕业设计（论文） 第 3 章 PLC 在 C5225 型立式车床控制系统的硬件设计 3.1 C5225 立式车床实现的动作功能 C5225 型立式车床为大型立式加工车床，主要用于加工径向尺寸而 轴向尺寸相对于小的中性及大型工件（见附录 2） 。 3.2 C5225 型立式车床的电气控制要求及工作原理 C5225 型立式车床电气控制电路原理图如图 3-1 所示。 从图 3-1（a）可知，C5225 型立式车床由 7 台电动机拖动：主轴电动 机 M1、油泵电动机 M2、横梁升降电动机 M3、右立刀架快速移动电动机 M4、右立刀架进给电动机 M5、左立刀架快速移动电动机 M6、左立刀架 进给电动机 M7。 从图 3-1(b)、(c)可知，只有在油泵电动机 M2 启动运行、机床润滑状 态良好的情况下，其它电动机才能启动。 (1) 油泵电动机 M2 控制 按下按钮 SB4，接触器 KM4 通电闭合，油泵电动机 M2 启动运转，同 时 14 区接触器 KM4 的常开触点闭合， 接通了其它电动机控制电路的电源， 为其它电动机的启动运行作好了准备。 (2)主拖动电动机 Ml 控制 主拖动电动机 M1 可采用 Y厶降压启动控制，也可采用正、反转点 动控制，还可采用停车制动控制由主拖动电动机 M1 拖动的工作台还可 以通过电磁阀的控制来达到变速的目的。 (3)主拖动电动机 MI 的 Y厶降压启动控制。按下按钮 SB4(15 区)， 中间继电器 KI 闭合并自锁，接触器 KMl 线圈(17 区)通电闭合，继而接触 器 KMY 线圈(24 区)通电闭合， 同时时间继电器 KTl 线圈(21 区)通电闭合， 主拖动电动机 M1 开始 Y-A 降压启动。经过一定的时间，时间继电器 KTl 动作，接触器 KTl 线圈断电释放，接触器 KMY 线圈断电，接触器 KMA 14 洛阳理工学院毕业设计（论文） 线圈(26 区)通电闭合，主拖动电动机 M1 厶接法全压运行。 (4)主拖动电动机 MI 正、反转点动控制。按下正转点动按钮 SB5(17 区)，接触器 KMl 线圈通电闭合，继而接触器 KMY 通电闭合，主拖动电动 机 M1 正向 Y 接法点动启动运转。按下反转点动按钮 SB6(20 区)，接触器 KM2 线圈(20 区)通电闭合继而触器 KMY 通电闭合，主拖动电动机 M1 反 向 Y 接法点动启动运转。 (5)主拖动电动机 M1 停车制动控制。 当主拖动电动机 M1 启动运转时， 速度继电器 KS 的常开触点(22 区)闭合。按下停止按钮 SB3(15 区)，中间 继电器 K1、接触器 KMl、时间继电器 KTl、接触器 KMA 线圈失电释放， 接触器 KM3 线圈通电闭合，主拖动电动机 M1 能耗制动。当速度下降至 100rmin 时，速度继电器的常开触点(22 区)复位断开，主拖动电动机 M1 制动停车完毕。 (4)工作台的变速控制。工作台的变速由手动开关 SA 控制，改变手动 开关 SA 的位置(电路图中 3538 区)， 电磁铁 YAl 一 YA4 有不同的通断组 合，可得到工作台各种不同的转速。表 3-1 列出了 C5225 型立式车床转速 表。表 3-1 C5225 型立式车床转速表 电磁铁 SA 转换开 关触点 2 YA1 YA2 YA3 YA4 SA1 SA2 SA3 SA4 + + + 2.5 + + + + 3.4 + + + 4 + + 6 + + + 6.3 + 8 + + + 10 + 12.5 + + + 16 + + 20 + + 25 + 31.5 + + 40 + 50 + 63 花盘各级转速、电磁铁及 SA 通断情况 说明：表中“+”表示接通状态， “-”表示断开状态 。 将 SA 扳至所需转速位置，按下按钮 SB7(3l 区)，中间继电器 K3、时间 继电器 KT4 线圈通电吸合，继而电磁铁 YA5 线圈通电吸合，接通锁杆油路， 锁杆压合行程开关 STI(28 区)闭合，使中间继电器 K2、时间继电器 KT2 线圈 15 洛阳理工学院毕业设计（论文） 通电吸合，变速指示灯 HL2 亮，相应的变速电磁铁(YAlYA4)线圈通电，工 作台得到相应的转速。 时间继电器 KT2 闭合后，经过一定的时间，KT3 线圈通电闭合，使接触 器 KMl、KMY 通电吸合，主拖动电动机 M1 做短时启动运行，促使变速齿 轮啮合。变速齿轮啮合后，STl 复位，中间继电器 K2、时间继电器KT2、 KT3、电磁铁 YAl 一 YA4 失电释放，完成工作台的变速过程。 (6)横梁升、降控制 1)横梁上升控制。按下横梁上升按钮 SBl5(68 区)，中间继电器 K12 线圈 通电吸合，继而横梁放松电磁铁 YA6(33 区)通电吸合，接通液压系统油路， 横梁夹紧机构放松，然后行程开关 ST7、ST8、ST9、STl0(63 区)复位闭合， 接触器 KM9 线圈(64 区)通电闭合，横梁升降电动机 M3 正向启动运转，带动 横梁上升。松开按钮 SBl5，横梁停止上升。 2)横梁下降控制。按下横梁下降按钮 SBl4(66 区)，时间继电器 KT8(66 区)、KT9(67 区)及中间继电器 K12(68 区)线圈通电吸合，继而横梁放松电磁 铁 YA6(33 区)通电吸合，接通液压压系统油路，横梁夹紧机构放松，然后行 程开关 ST7、ST8、ST9、STl0(63 区)复位闭合，接触器 KMl0 线圈(65 区)通 电闭合，横梁升降电动机 M3 反向启动运转，带动横梁下降。松开按钮 SBl4， 横梁下降停止。 (7)刀架控制 1)右立刀架快速移动控制。将十字手动开关 SAl 扳至“向左”(47 区一 50 区)位置，中间继电器 K4(47 区)通电吸合，继而右立刀架向左快速离合器 电磁铁 YCl 线圈(72 区)通电吸合。然后按下右立刀架快速移动电动机 M4 的 启动按钮 SB8(39 区)， 接触器 KM5 通电吸合， 右立刀架电动机 M4 启动运转， 带动右立刀架快速向左移动。松开按钮 SB8，右立刀架快速移动电动机 M4 停转。 同理，将十字手动开关 SAl 扳至“向右” “向上” “向下”位置，分别 、 、 可使右立刀架各移动方向电磁离合器电磁铁 YC2 一 YC4(74 区一 79 区)线圈 吸合，从而控制)S.立刀架向右、向上、向下快速移动。 与右立刀架快速移动控制的原理相同，左立刀架快速移动通过十字手动 开关 SA2(59 区一 62 区)扳至不同位置来控制电磁离合器电磁铁 YC9 一 YCl2 16 洛阳理工学院毕业设计（论文） 的通断。按下左立刀架快速移动电动机 M6 启动按钮 SBll(51 区)控制左立刀 架快速移动电动机 M6 的启停来实现。 2)右立刀架进给控制。在工作台电动机 M1 肩动的前提下，将手动开关 SA3(43 区)扳至接通位置，按下右立刀架进给电动机 M5 启动按钮 SBl0，接 触器 KM6 通电吸合，右立刀架进给电动机 M5 启动运转，带动右立刀架工作 进给。按下右立刀架进给电动机 M5 的停止按钮 SB9，右立刀架进给电动机 M5 停转。 左立刀架进给电动机 M7 的控制过程相同。 (8)左、右立刀架快速移动和工作进给制动控制。当右立刀架快速移动电 时间继电器 KT6 通电闭合， 动机 M3 或右立刀架进给电动机 M4 启动运转时， 80 区瞬时闭合延时断开触点闭合。当松开右立刀架快速进给移动电动机 M3 的点动按钮 SB8 或按下右立刀架进给电动机 M4 的停止按钮 SB9 时， 接触器 KM5 或 KM6 失电释放，由于 KT6 为断电延时，因而 80 区中的时间继电器 KT6 的瞬时闭合延时断开触点仍然闭合，此时按下右立刀架水平制动离合器 按钮 SBl6(80 区)， 右立刀架水平制动离合器电磁铁 YC5、YC6 线圈通电吸 合， ，使制动离合器动作，对右立刀架的快速进给及工作进给进行制动。 左立刀架快速移动和工作进给制动控制的工作过程相同。 17 洛阳理工学院毕业设计（论文） 第4章 C5225 型立式车床控制系统中的软件设计 4.1 C5225 立式车床 PLC 控制输入/输出地址 表 表 4-1 C5225 型立式车床 PLC 控 I 制 I/O 分配表 输入信号 名称 总 停 止 按 钮 总 起 动 开 关、按钮 电 动 机 M1 停止按钮 SB3 I.0.2 主拖动电动 机 M1 正转接 触器 电 动 机 M1 起动按钮 SB4 I0.3 主拖动电动 机 M1 反转接 触器 电 动 机 M1 正转点动 SB5 I0.4 主拖动电动 机 M1 制动接 触器 电 动 机 M1 反转点动 SB6 I0.5 主拖动电动 机 Y 起动接 触器 工 作 台 变 速按钮 SB7 I0.6 主拖动电动 机起动接 触器 KM Q0.6 KM Q0.5 KM3 Q0.4 KM2 Q0.3 KM1 Q0.2 SB2、QF1、QF2 I0.1 变速指示灯 HL2 Q0.1 代号 SB1 输入点编号 I0.0 名称 润滑指示灯 输出信号 代号 HL1 输出点编号 Q0.0 18 洛阳理工学院毕业设计（论文） 右 力 刀 架 快 速 移 动 按钮 右 力 刀 架 进 给 停 止 按钮 右 力 刀 架 进给起动 SB10、SA13 I1.1 SB9 I1.0 右力刀架快 速移动电机 接触器 右力刀架进 给电机接触 器 左 力 刀 架 快 速 移 动 按钮 左 力 刀 架 进 给 停 止 按钮 左 力 刀 架 进给起动 横 梁 下 降 按钮 横 梁 上 升 按钮 右 力 刀 架 制动按钮 左 力 刀 架 制动按钮 工 作 台 变 速选择 SA-2 I2.2 SA-1 I2.1 SB17 I2.0 SB16 I1.7 SB15 I1.6 SB14 I1.5 SB13、SA4 I1.4 SB12 I1.3 SB11 I1.2 左力刀架快 速移动电机 接触器 左力刀架进 给电机接触 器 横梁上升接 触器 横梁下降接 触器 工作台变速 电磁铁 工作台变速 电磁铁 工作台变速 电磁铁 工作台变速 电磁铁 定位电磁铁 YA5 Q2.2 YA4 Q2.1 YA3 Q2.0 YA2 Q1.7 YA1 Q1.6 KM10 Q1.5 KM9 Q1.4 KM8 Q1.3 KM7 Q1.2 KM6 Q1.1 KM5 Q1.0 SB8 I0.7 油泵电动机 M2 接触器 KM4 Q0.7 19 洛阳理工学院毕业设计（论文） SA-3 I2.3 横梁放松电 磁铁 SA-4 I2.4 右力刀架向 左离合器电 磁铁 右 力 刀 架 向左 SA1-1 I2.5 右力刀架向 右离合器电 磁铁 右 力 刀 架 向右 SA1-2 I2.6 右力刀架向 上离合器电 磁铁 右 力 刀 架 向上 SA1-3 I2.7 右力刀架向 下离合器电 磁铁 右 力 刀 架 向下 SA1-4 I3.0 右力刀架水 平制动离合 器电磁铁 左 力 刀 架 向左 SA2-1 I3.1 右力刀架垂 直制动离合 器电磁铁 左 力 刀 架 向右 SA2-2 I3.2 左力刀架水 平动离合器 电磁铁 左 力 刀 架 向上 SA2-3 I3.3 左力刀架垂 直制动离合 器电磁铁 YC8 Q3.3 YC7 Q3.2 YC6 Q3.1 YC5 Q3.0 YC4 Q2.7 YCQ Q2.6 YC2 Q2.5 YC1 Q2.4 YA6 Q2.3 20 洛阳理工学院毕业设计（论文） 左 力 刀 架 向下 SA2-4 I3.4 左力刀架向 左离合器电 磁铁 速 度 继 电 器 KS I3.5 左力刀架向 右离合器电 磁铁 压 力 继 电 器 KP I3.6 左力刀架向 上离合器电 磁铁 自 动 伺 服 行程开关 SQ1 I3.7 左力刀架向 下离合器电 磁铁 右 力 刀 架 向 左 限 位 开关 右 力 刀 架 向 右 限 位 开关 左 力 刀 架 向 左 限 位 开关 左 力 刀 架 向 右 限 位 开关 横 梁 上 升 下 降 行 程 开关 SQ7、 SQ8、 SQ9、 SQ10 I4.4 SQ6 I4.3 SQ5 I4.2 SQ4 I4.1 SQ3 I4.0 YC12 Q3.7 YC11 Q3.6 YC10 Q3.5 YC8 Q3.4 21 洛阳理工学院毕业设计（论文） 横 梁 上 升 限 位 行 程 开关 横 梁 下 降 限 位 行 程 开关 SQ12 I4.6 SQ11 I4.5 4.2 C5225 型立式车床控制流程 图 4-1 油泵电动机启动制动过程 图 4-2 正向 Y 降压启动 22 洛阳理工学院毕业设计（论文） 图 4-3 工作台变速 23 洛阳理工学院毕业设计（论文） 图 4-4 电动机正向点动 图 4-5 横梁上升 24 洛阳理工学院毕业设计（论文） 图 4-6 横梁下升 25 洛阳理工学院毕业设计（论文） 图 4-7 右立刀架快速移动 图 4-8 右立刀架快速移动 4.3 C5225 型立式车床的常见故障及检修 机床电气常用短接法检查故障。在运用短接法检查故障时，要注意观察 电器的动作程序，然后才能确定需要短接的开关、触点及导线。 (1) 按下 SB4 时主拖动电动机不能起动观察接触器 KMl 是否吸合。 如不 吸合，测量 215 是否有电压。确定电压正常后，按下 SB4，看 KM4 是否 吸合。如不吸合，可短接 28、89、910、1015。当排除 KMl 故障或 看到 KMl 吸合后，可断定故障在 KMl 以外的电路。 看 Kl 是否吸合，如不吸合，可能是 K 的动合触点、SB4 触点、SB3 及 STl 动断触点接触不良。检查时，可短接 28、89、910、1011，分别 进行试验。如短接到某两标号后，继电器 K1 吸合，故障就在这两标号之间 所包含的触点或导线。必须注意，在短接 STl(89)时，必须确认工作台变速 已结束， 否则将会把齿轮打坏或出现其他事故。 如对齿轮啮合情况不甚了解， 可改用电压法进行检查。 经以上检查，KMl 仍不吸合，故障可能是 K1 动合触点(1312)、SB6(13 26 洛阳理工学院毕业设计（论文） 14)、KM2 动断触点(t415)、KM3 动断触点(1012)接触不良或线路断路 及接触器 KMl 线圈故障。具体检查方法同上。其他电器不工作都可用短接法 来检查。 （1）工作台变速故障 工作台变速分四步进行：第一步锁杆抬起；第二步变速电磁铁根据 SAl 变速开关接通情况，推动齿轮动作；第三步电动机自动伺服；第四步齿轮啮 合后锁杆复位。检查故障时，可根据这四步的工作情况进行检查。 当按下 SB7 后，锁杆不动作，可按下列步骤检查： 观察电磁铁 YA5 是否吸合。如不动作，看继电器 K3 是否动作。若不动 作，可短接触点 SB7(832)、KM3 动断触点(3233)、KT4(3334)和 K3 触点(836)，这样可以检查出继电器 K3 的故障。如 K3 工作时间太短，可 调整 KT4 的延时时间。 观察锁杆是否在抬起位置，如锁杆不动，可短接 K3 的触点(836)，观 察电磁铁 YA5 的动作。如 YA5 吸合而锁杆不动，故障在液压装置和机械部 分。 经检查或看到锁杆抬起，观察变速电磁铁是否在相应位置动作。如变速 开关 SA 扳到 16 的位置，看电磁铁 YA2 和 YA3 是否吸合，并注意电动机是 否作伺服冲动。经检查以上动作均正常，只是锁杆不能恢复原位，说明液压 和机械方面有故障。 （2）横梁升降故障 检查时间继电器 KT8 是否动作。如不动作，可在按着 SBl4 的情况下， 短接 SBl4(7286)。如 KT8 仍不动作，故障在其本身。如时间继电器 KT8 吸合而 KT9 不吸合，可短接 KT8 的延时触点(7287)，检查 KT9 的故障， 用同样的方法可检查出 K12 不动作的故障点。 对于中间继电器 K12 吸合而横梁不下降故障。因横梁下降接触器 KMl0 的线圈电路中串联的触点较多、其中任一触点接触不良或不闭合，都会导致 KMl0 不吸合，用短接法检查更为方便。 这种故障，检查前应注意检查模梁夹紧装置是否放松。若确认横梁已放 松，可在按住按钮 SBl4 的情况下，逐个短接 K12(7274)、srl7(7374)、 ST8(7475)、ST9(7576)、STl0(7677)、KT8(8384)、KM9(8485)。 27 洛阳理工学院毕业设计（论文） 当短接到某处，接触器 KMl0 吸合，说明故障就在于此。特别强调，ST7 STl0 是夹紧装置控制的位置开关，绝对不能用长短接法短接标号 73 至 77 来 检查故障。这是因为四个位置开关在横粱放松时才闭合，如因某原因有一夹 紧装置没有放松，同时短接四个位置开关，会使升降电动机、丝杠和其他机 构损坏。(4) 利用电气控制柜中的接线端子板检查电路故障 在运用局部短接法时，对所检查的电气开关都要打开护盖进行检查。有 的开关直接装在机床较狭窄的部位，检查很费时间而且很难接触到接线柱。 在这种情况下，可利用电气控制柜和接线盒来检查故障。下面以左立刀架为 例分析故障的检查方法。 当把 SA2 扳向左，按下按钮 SBll 刀架不作快速移动时，观察电动机 M6 是否起动，如不起动，故障在其控制电路中；观察 K8 是否吸合，如不吸合， 可在电气控制柜的接线端子板上、 短接 SBl2(860)、 SA2(6066)、 ST5(66 67)各接线住。 如 KA8 吸合， 看接触器 KM7 是否吸合。 如不吸合， 可短接 SBll(3203)、 KAl4(203205)、KA8(20212)，使可检查出 KM7 不吸合的故障点。 利用电气控制柜内的接线端子板检查电路故障，既可进行局部短接，叉 可进行长短接；不但可短接电器的触点，而且可短接连接导线，检查时方便 省力。 28 洛阳理工学院毕业设计（论文） 结 论本文 将 PLC 控 制技 术应 用到 C5225 立 式机 床 中， 从 而提 高 大大 提 高 C5225 型立式车床的工作性能。论文分析了 C5225 型立式车床的控制原理， 制定了可编程控制器 C5225 型立式车床电气控制系统的设计方案，完成了电 气控制系统硬件和软件的设计。C5225 型立式车床的系统设计，C5225 型立 式车床机床适用于电机、水轮机、航空、军工、矿山、冶金等机械行业，可 对回转零件进行内、外圆柱面、端面、公英制螺纹、切槽、圆锥面的粗、精 加工。以及编程注意的问题，同时介绍了可编程控制器的工作原理，选型设 计，设计了一种基于西门子 S7-200 型 PLC 编程，根据设计要求对 PLC 的输 入输出 I/O 进行了分配，并且编写系统运行的梯形图。 立式车床是一种应用极为广泛的金属切削加工机床，主要用来加工各种 回转表面、螺纹和端面，并可通过尾架进行钻孔、铰孔和攻螺纹等切削加工。 立式车床通常由一台主电机拖动，经由机械传动链，实现切削主运动和刀具 进行给运动的输出，其运动速度由变速齿轮箱通过手柄操作进行切换。刀具 的快速移动、 冷却泵和液压泵等常采用单独的电动机驱动。 由于时间的限制， 在笨设计中并没有完全体现出C5225型机床的优点，通过本车床电气控制电 路的设计使我掌握车床电气控制系统设计的基本思路、方法和步骤。加深对 继电控制技术、知识的理解和增强知识的应用能力，锻炼知识综合应用能力 和产品设计能力。 29 洛阳理工学院毕业设计（论文） 谢