卧式车床控制系统PLC造(三菱FX2N).doc

目录1绪论12车床的结构介绍22.1车床的组成和功能22.2车床的电气控制要求分析33车床的控制系统改造4 3.1控制要求 4 3.2主电路图4 3.3 I/O口分配表5 3.4 PLC外部接线6 3.5 PLC梯形图7 3.6梯形图说明 7 3.7指令表 8 4小结 8参考文献9致谢10卧式车床控制系统PLC改造(三菱FX2N)邵建凯【摘 要】本文阐述了卧式车床电气控制线路的工作原理，并且对其结构和功能进行了介绍，然后分析原机床电气控制要求。根据车床的工作要求选择合理的改造器件，然后编写相应的程序语句并绘制梯形图，再根据输入输出点数选择PLC型号，最后对程序进行分析。【关键词】PLC 卧式车床 改造 1 绪论车床是机床中应用最广泛的一种，它可以用于切削各种工件的外圆、内孔、端面及螺纹。车床在加工工件时，随着工件材料和材质的不同，应选择合适的主轴转速及进给速度。但目前中小型车床多采用不变速的异步电动机拖动，它的变速是靠齿轮箱的有级调速来实现的，所以它的控制电路比较简单。为满足加工的需要，主轴的旋转运动有时需要正转或反转，这个要求一般是通过改变主轴电动机的转向或采用离合器来实现的。进给运动多半是把主轴运动分出一部分动力，通过挂轮箱传给进给箱来实现刀具的进给。有的为了提高效率，刀架的快速运动由一台进给电动机单独拖动。车床一般都设有交流电动机拖动的冷却泵，来实现刀具切削时冷却。有的还专设一台润滑泵对系统进行润滑。卧式车床传统的控制方式是利用继电器接触器原理控制。由于继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触电的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、系统构成后想在改变或增加功一旦能都很困难。另外，继电器触点数目有限，每只有48对触点灵活性和扩展性差。继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低。触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级，机械触点还会出现抖动问题。除此之外，继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多，触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，可靠性和可维护性差。又因可编程控制器采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序的方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序，其接线少，体积小，控制速度极快，一般一条用户指令执行时间在微妙数量级，能实现计数功能。系统设计完成后，现场施工和控制逻辑的设计可以同时进行，周期短，调试和维护方便。这样既可以提高生产效率，也可以增加机床的使用寿命故本次设计要利用PLC对车床进行控制。2 车床的结构介绍2.1车床的组成和功能主要组成部件有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身 。主轴箱：又称床头箱，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。 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。 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。刀架、尾架和床身。 2.2车床的电气控制要求分析对车床的电气控制要求是，车床加工工件时，首先由主轴上的夹头夹紧工件，然后由主电动机驱动旋转，待冷却液喷流到加工位置后，再进刀进行切削加工。加工完毕，将刀具退回原位，关闭冷却液，待主轴停转后，取下工件，完成加工工艺。由此可见，车床的运动主要有两种：主运动和进给运动。主运动由主电动机M1 完成。KM1 控制主电动机正转，KM2 控制主电动机反转。M2 拖动冷却泵，在加工时提供冷却液采用直接启动及停止方式，KM3 控制冷却泵电动机。进给运动有步进电机M3 拖动刀架快速移动，根据卧式车床运动情况及加工需要,本研究采用3台三相鼠笼型异步电动机拖动，即:主轴与进给电动机M1、冷却泵电动机M2和溜板箱快速移动电动机M3。从车削加工工艺出发,对各台电动机的控制要求如下： (1)主轴与进给电动机M1,功率为30 kW,允许在空载下直接起动。其要求能实现正、反转,从而经主轴变速箱实现主轴的正、反转,或通过挂轮箱传给溜板箱来拖动刀架以实现刀架的横向左、右移动。为便于进行车削加工前的对刀,则要求主轴拖动工件作调整点动,所以要求主轴与进给电动机能实现单方向旋转的低速点动控制。主电动机停车时,由于加工工件转动惯量较大,需采用反接制动。(2)冷却泵电动机M2,功率为0. 15 kW,用于在车削加工时,供出冷却液,对工件与刀具进行冷却。 （3）刀架快速移动电动机M3，快速移动溜板，可将手柄扳到需要的地方，也可以按下快速移动按钮点动控制。3 车床的控制系统改造 3.1控制要求主要控制电器为三台电机：主电动机、冷却泵电机、快速移动电机。三台电机都要有短路保护措施。主电动机和冷却泵电机采用热继电器进行过载保护。主电动机要求能够正反转控制，并且有点动调整控制和长动控制，采用反接制动。3.2主电路图M1主电动机 M2冷却泵电动机 M3快速移动电动机3.3I/O口分配表功能符号PLC地址功能符号PLC地址主轴电动机正转启动SB1X0指示灯主触头接触器KM5Y0正转停止SB2X1主电动机正转主触头接触器KM1Y1正转点动SB3X2主电动机反转主触头接触器KM2Y2主轴电动机反转启动SB4X3刀架快速移动主触头接触器KM3Y3反转停止SB5X4冷却泵电动机主触头接触器KM4Y4反转点动SB6X5刀架快速移动SB7X6机床端点SQ1X7指示灯SB8X13冷却泵SA1X11正转速度继电器SR1-1X14反转速度继电器SR1-2X153.4PLC外部接线3.5PLC梯形图3.6梯形图说明指示灯工作：合上X13（指示灯SB8）Y0（指示灯主触头接触器KM5）得电自锁，指示灯亮主轴电动机正转：合上XO（主轴电动机正转启动SB1），Y1（主电动机正转主触头接触器KM1）得电自锁，主轴电动机正转。当转速达到设定值时，X14（正速度继电器SR1）常开触头闭合。按下X1（正转停止SB2）时，X1（正转停止SB2）常闭触头断开，常开触头闭合，即Y1（主电动机正转主触头接触器KM1）失电，Y2(主电动机反转主触头接触器KM2)得电自锁开始制动，当转速达到设定值时，X14（速度继电器SR1）断开制动结束。按下X2（正转点动SB3），X2（正转点动SB3）常开触头闭合，常闭触头断开，Y1（主电动机正转主触头接触器KM1）得电但不自锁，实现点动控制。主轴电动机反转：合上X3(主轴电动机反转启动SB4)，Y2(主电动机反转主触头接触器KM2)得电自锁，主轴电动机反转。当转速达到设定值时，X15(反转速度继电器SR2)常开触头闭合。按下X4(反转停止SB5)时，X4(反转停止SB5)常闭触头断开，常开触头闭合，即Y2(主电动机反转主触头接触器KM2)失电，Y1（主电动机正转主触头接触器KM1）得电自锁开始制动，当转速达到设定值时，Y15(反转速度继电器SR2)断开制动结束。按下X5(反转点动SB6)，X5(反转点动SB6)常开触头闭合，常闭触头断开，Y2(主电动机反转主触头接触器KM2)得电但不自锁，实现点动控制。冷却泵电动机：合上X11(冷却泵SA1)，Y4(冷却泵电动机主触头接触器KM4)得电冷却泵电动机开始工作。刀架快速移动电动机：合上X6(刀架快速移动SB7)时，Y3(刀架快速移动主触头接触器KM3)得电不自锁，为点动控制。 3.8指令表 4 小结 本设计采用可编程控制器代替继电器对机床进行控制，因为可编程控制器组成的控制系统在设计、安装、调试和维修等方面，不仅减少了工作量，而且减少了开支，缩减了成本，效益更高。通过使用PLC改造该机床电气系统后，去掉了原机床的中间继电器，时间继电器等等，使线路简化,维修方便。同时，由于PLC的高可靠性，输入输出部分还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，而且还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。设计者可在规格繁多、品种齐全的系列可编程控制产品中，精选所需类型，使PLC具有较高的性能价格比。针对这点本设计尽量节省可编程控制器的端点，从而提高了性价比，节省了不必要的开支。通过本次设计，使我进一步巩固、深化和扩充专业课的基本理论和基本技能。达到了培养我独立思考、分析和解决实际问题的能力。培养了我综合应用专业知识和实际查阅相关实际资料的能力。【参考文献】1 曹辉.可编程序控制器系统原理及应用M.北京：电子工业出版社,20032 机床电路图大全编写组.机床电路图大全（上册）M.北京：机械工业出版社,1993.43 齐占庆.机床电气自动控制M.北京：机械工业出版社，1987.84 黎亚元.机床电气自动控制M.重庆：重庆大学出版社，1994.108 王士兰.PLC技术及运用M.北京：机械工业出版社，2000.89 方宗达.电气控制与PLC运用M.北京：机械工业出版社，1996.1010夏国伟.机床电气与维修M.西安：陕西科学技术出版社，1980.611邓星钟.机电传动控制M.武汉：华中科技大学出版社，2001.3致谢三年的大学生活即将拉上帷幕，这是大学期间最后一次设计，此次设计的主要目的是培养我们运用所学理论知识和专业知识来分析和解决电气控制技术中出现的一系列问题，它不仅体现了我们对设计的思想，更重要的是使我学会