老式继电器铣床的PLC改造

1、第1章 绪论11 铣床PLC改造的目的及意义可编程控制器（PLC）是以计算机技术为技术核心的通用自动控制装置，在各行各业中得到了广泛的应用。铣床可以用来加工平面、斜面、沟槽，装上分度头可以铣切直齿齿轮和螺旋面，装上圆工作台还可以铣切凸轮和弧形槽。所以铣床在金属切削机床中占有很大的比重，使用数量仅次于车床。铣床的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分的代替人工操作，它能大大的改善工人的劳动条件，显著提高的提高生产劳动效率，加快实现工业的机械化和自动化的步伐。因而，受到各工业国家的重视，并投入大量的人力、物力加以研究和应用。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受

2、到各工业部门的重视。铣床是以各类电动机为动力的传动装置与系统的对象以实现生产过程自动化的技术装置。电气系统是其中的主干部分，在国民经济各行业中的许多部门得到广泛应用。随着电子技术的发展，可编程序控制器日益广泛的应用于机械、电子加工与设备电气改造中。 全和经济运行带来了不利影响,用PLC对铣床的继电器式控制系统进行改造已是大势所趋。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。自动铣床具有工作平稳可靠，操作维护方便，运转费用低的特点，已成为现代生产中的主要设备。自动铣床控制系统的设计是一个很传统的课题，现在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，铣床控制的设计方案也越来越先

3、进，越来越趋于完美，各种参考文献也数不胜数。在我国7080年代大多数铣床中,大多数的开关量控制系统都是采用继电器控制,也有相当一部分辅机系统是采用继电控制。因此,继电器本身固有的缺陷,给铣床的安自动铣床的发展及现状：从上世纪80 年代起铣床制造业的发展虽有起伏但对自动控制技术和自动铣床床一直给予较大的关注。经过九五自动车床和加工中心包括自动铣床的产业化生产基地的形成，所生产的中档普及型自动铣床的功能性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。但在中高档自动铣床方面与国外一些先进产品相比仍存在较大差距。这是由于欧美日等先进工业国家于80 年代先后完成了自动机床产业进程，其中一些著名机床公司致力于科技

4、创新和新产品的研发引导着数控机床技术发展，如美国英格索尔公司和德国惠勒喜乐公司对用于汽车工业和航空工业高速数控铣床的发展日本牧野公司对高效精密加工中心所作的贡献，德国瓦德里希公司在重型龙门五面加工铣床方面的开发以及日本马扎克公司研发的车铣中心对高效复合加工的推进等等。相比之下，我国大部分数近代机床产品在技术处于跟踪阶段。表1以中挡铣床为例列出国内外先进产品主要技术指标，由此可以看到效率精度和可靠性等方面均有明显差。随着科学技术的不断发展，生产工艺的不断发展改进，特别是计算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。在控制方法上，从手动控制发展到自动控制;在控制功能上，从简单

5、控制发展到智能化控制；在操作上，从策重发展到信息化处理；在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微型计算机为中心的网络化自动控制系统。X62W铣床综合了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技术、通信技术、网络技术等先进的科学技术成果。工业、农业、科学和国防现代化建设要求机械产业不断地提供各种先进的设备。如电力机床、内燃机车、工程机械等设备。利用刀具对金属毛坯进行切削，从而加工出机械零件的工作机械称为金属切削机床，简称机床。机床是现代机械制造业中最重要的加工设备，在一般机械制造厂中，机床所担负的加工工作量约占机械制造总工作量的40%60%。机床的性能

6、直接影响机械产品的性能、质量和经济性。因此，它是国民经济中具有战略意义的基础工业，机床的拥有量及其先进程度将直接影响到国民经济各部门生产发展和技术进步的能力。X62W铣床是由普通机床发展而来。它集于机械、液压、气动、伺服驱动、精密测量、电气自动控制、现代控制理论、计算机控制等技术于一体，是一种高效率、高精度能保证加工质量、解决工艺难题，而且又具有一定柔性的生产设备。万能铣床的广泛应用，给机械制造业的生产方式、产品机构和产业机构带来了深刻的变化，其技术水平高低和拥有量多少，是衡量一个国家和企业现代化水平的重要标志。1.2 继电器-接触器电路的发展 1.2.1 接触器的简介接触器是指工业电中利用线

7、圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。接触器由电磁系统（铁心，静铁心，电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触头）和灭弧装置组成。其原理是当接触器的电磁线圈通电后，会产生很强的磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常闭触头闭合；常开触头断开在工业电气中，接触器的型号很多，电流在5A-1000A的不等，其用处相当广泛。在电工学上。接触器是一种用来接通或断开带负载的交直流主电路或大容量控制电路的自动化切换器，主要控制对象是电动机，此外也用于其他电力负载，如电热器，

8、电焊机，照明设备，接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用/。接触器控制容量大。适用于频繁操作和远距离控制。是自动控制系统中的重要元件之一。通用接触器可大致分以下两类。 1.交流接触器。主要有电磁机构。触头系统。灭弧装置等组成。常用的是CJ10。CJ12。CJ12B等系列。 2.直流接触器，一般用于控制直流电器设备，线圈中通以直流电，直流接触器的动作原理和结构基本上与交流接触器是相同的。因为可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流控制(某些型别可达800安培)电路的装置，所以经常运用于电动机做为控制对象也可用作控制工厂设备电热器工作母机和各样电力机组等电力负载，并作为远

9、距离控制装置。1.2.2 功能说明交流接触器利用主接点来开闭电路，用辅助接点来导通控制回路。主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。交流接触器的动作动力来源于交流电磁铁，电磁铁由两个山字形的幼硅钢片叠成，其中一个固定，在上面套上线圈，工作电压有多种供选择。为了使磁力稳定，铁芯的吸合面，加上短路环。交流接触器在失电後，依靠弹簧复位。另一半是活动铁芯，构造和固定铁芯一样，用以带动主接点和辅助接点的开关。20安培以上的接触器加有灭弧罩，利用断开电路时产生的电磁

10、力，快速拉断电弧，以保护接点。接触器具有可高频率的做电源开启与切断控制最高操作频率甚至可达每小时1200次也没问题。而接触器的使用寿命很高机械寿命通常为数百万次至一千万次电寿命一般则为数十万次至数百万次。1.2.3 电磁接触器电磁接触器(英文:Magnetic Contactor)主要由接点系统，电磁操动系统，支架，辅助接点和外壳(或底架)组成。因为交流电磁接触器的线圈一般采用交流电源供电，在接触器激磁之後，通常会有一声高分贝的咯的噪音，这也成为电磁式接触器的特色。虽然80年代后，各国有发展交流接触器电磁铁的无声和节电，基本的可行方案之一是将交流电源用变压器降压后再经内部整流器转变成直流电源後

11、供电，但此复杂控制方式并不多见。1.2.4 接触器与继电器的区别 首先说明交流接触器一般有主触点和辅助触点之分，主触点是用来接通和断开低压电气设备主电源回路中的，相对来说触点容量较大。而辅助触点则是用在控制回路中，有常开和常闭之分，由于控制回路中的电流相对要小，因此相对于主触点来说其容量要小许多（相当为继电器的常开，常闭接点）。而继电器则只应用在控制回路和保护回路中，但可以在回路中实现用小电流、低电压来控制大电流、高电压设备的功能，在接点容量和数量不足时还能起到扩容的作用。根据继电器功能不同，在控制回路中可以起到不同的作用，如：时间继电器、电流继电器、电压继电器、中间继电器、信号继电器等等。继

12、电器的线圈有电压、电流、直流、交流等之分，根据回路的要求分别用于不同的回路中，由于这些回路的电流一般都比较小，继电器的接点容量也都相对较小，因此不能直接用于主电源回路中。接触器与继电器，一个是为直接控制电气设备，强调大电流短通可靠性，触点不烧结，一个是为了控制电器或其它辅助设备（灯光阀体之类），强调功能性，原理是一样的，但是设计理念不一样。继电器一般触点容量为5A（当然也有特殊的），这样触头可以增加数量和其它功能（时间、电流、电压等），使得联锁控制要求能够达到。继电器由于容量小，接触器线圈容量也小，处于主令控制元件和接触器之间便于使用。接触器主要用于主回路控制使用设备，所以电流从几安培至数千安

13、培电流。增加了灭弧装置，并且根据使用情况有交流接触器和直流接触器。使用灭弧罩是灭弧装置的一种方法，接触器每组触点独有一个腔体，对灭弧有很大的好处，独立的腔体也是一种灭弧装置，而继电器一般是多组触点共用一个腔体，所以灭弧性能不好，在交流电路中不能承受大电流。“低压接触器”对灭弧装置而言没有任何意义，AC24V/20A的交流接触器和AC380/20A的交流接触器，灭弧装置是一样的，即使是AC24V/5A的中间继电器也是有灭弧装置的，因为它每组触点拥有一个独立的腔体。接蟹器有灭弧装置可以分断较大的电流.一般指10A以上。1.2.5 技术发展交流接触器制作为一个整体，外形和性能也在不断提高，但是功能始

14、终不变。无论技术的发展到什麼程度，普通的交流接触器还是有其重要的地位。1.3 PLC的定义、特点及应用 1.3.1 可编程控制器可编程控制器简称PC（英文全称：Programmable Controller），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：Programmable Logic Controller）和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了

15、如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”可编程控制器是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程控制器更多地具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制，还具有了数据处理、通信、网络等功能

16、。其已广泛应用于工业控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。1.3 .2 PLC的特点1.3.2.1 可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/101/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余C

17、PU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。1.3.2.2 硬件配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便

18、地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。1.3.2.3 易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受

19、。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。1.3.2.4系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很

20、适合多品种、小批量的生产场合。1.3.2.5 体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/21/10。它的重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。第2章 概述2.1 设备简介2.1.1. 铣床的型号及意义X62W中X代表铣床，6代表卧式，2号工作台， W代表万能2.1.2. X62W万能铣床的主要结构X62W万能铣床的外形图如下：1-床身 2-主轴 3-刀杆 4-悬梁 5-刀架6-工作台 7-回转盘 8-床鞍 9-升降台 10-底座2.1.3.X

21、62W万能铣床的特点X62W机床特点：2.1.3.1 能完成很多普通机床难以加工或者根本不能加工的复杂型面的加工。2.1.3.2 采用X62W铣床可以提高零件的加工精度，稳定产品的质量。2.1.3.3 采用X62W可以比普通机床提高23倍生产率，对复杂零件的加工，生产率可以提高十几倍甚至几十倍。2.1.3.4 此机床具有柔性，只需更换程序，就可以适应不同品种及尺寸规格零件的自动加工。2.1.3.5 大大的减轻了工人的劳动强度。万能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,以达到机电紧密配合完成预定的操作,是机械与电气结构联合动

22、作的典型控制,是自动化程度较高的组合机床。但是在电气控制系统中,故障的查找与排除是非常困难的,特别是在继电器接触式控制系统，由于电气控制线路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长,给生产与维护带来诸多不便,严重地影响生产。本文所述方案是对原来的继电器接触式模拟控制系统进行PLC改造而成,经实际运行证明该PLC控制系统无论是硬件还是软件,控制稳定可靠, 具有极高的可靠性与灵活性, 更容易维修,更能适应经常变动的工艺条件，取得了较好的经济效益。2.2 X62W万能铣床的运动形式铣床的主运动是由主轴带动铣刀的旋转运动。铣床的进给运动是由工作台的前后（横向）、左右（纵向）和上下（垂直）6个方向的运动。

23、铣床的辅助运动是铣床其它的运动。如工作台的旋转运动等。2.3 X62W万能铣床电力拖动的特点及控制要求2.3.1 铣削加工有顺铣和逆铣两种加工方式，要求主轴电动机能正反转，因正反操作并不频繁，所以由床身下侧电器箱上的组合开光来改变电源相序实现。2.3.2 由于主轴传动系统中装有避免震荡的惯性轮，故主轴电动机采用电磁离合器制动以实现准确停车。2.3.3 铣床的工作台要求有前后、左右、上下6个方向的 进给运动和快速移动，所以也要求进给电动机能正反转，并通过操作手柄和机械离合器相配合来实现。进给的快速移动通过电磁铁和机械挂挡来完成。圆形工作台的回转运动是由进给电动机经传动机构驱动的。2.3.4 根据

24、加工工艺的要求，该铣床应具有以下的电气联锁措施：为了防止刀具和铣床的损坏，只有主轴旋转后才允许有进给运动和进给方向的快速运动。为了减小加工表面的粗糙度，只有进给停止后主轴才能停止或同时停止。该铣床采用机械操纵手柄和位置开关相配合的方式实现进给运动6个方向的连锁。主轴运动和进给运动采用变速盘来进行速度选择，为保证变速齿轮进入良好的啮合状态，两种运动都要求变速后顺时点动。当主轴电动机或冷却泵过载时，进给运动必须立即停止，以免损坏刀具和铣床。2.3.5 要求有冷却系统、照明设备及各种保护措施。2.4 电器元件设备的选择 符号名称型号规格用途数量M1电动机J02-51-4 75kw 1450r/min

25、驱动主轴1M2电动机J02-22-4 1.5kw 1450r/min驱动进给1M3电动机J02-22-0 0.125kw 2790kw驱动冷却泵1Qs1开关HZ1-60/3J 60A 500V电源总开关1Qs2开关HZ1-10/3J 10A 500V冷却泵开关1SA1开关HZ1-10/3J 10A 500V换刀制动1SA2开关HZ1-10/3J 10A 500V圆工作台开关1SA3开关HZ3-10/3J 60A 500V照明开关1FU1熔断器RL1-60 60A电源总保险1FU2熔断器RL1-15 5A整流电源保险1FU3熔断器RL1-15 5A直流电路保险1FU4熔断器RL1-15 5A控制

26、回路保险1FU5熔断器RL1-15 1A照明保险1FR1热继电器JR0-20/3 10AM1过载保护1FR2热继电器JR0-20/3 0.5AM3过载保护1FR3热继电器JR0-20/3 1.5AM2过载保护1TC1变压器BK-150 380/110V控制回路电源1TC2变压器BK-50 380/24V照明电源1TC3变压器BK-100 380/36V整流电源保险1KM1接触器CJ0-20 20A 110V主轴启动1KM2接触器CJ0-10 10A 110V快速进给1KM3接触器CJ0-10 10A 110VM2正转1KM4接触器CJ0-10 10A 110VM2反转1SB1 SB2按钮LA2

27、M1启动2SB3 SB4按钮LA2快速进给2SB5 SB6按钮LA2停止制动2YC1电磁离合器定做主轴制动1YC2电磁离合器定做正常进给1YC3电磁离合器定做快速进给1SQ1行程开关LX1-11K主轴冲动开关1SQ2行程开关LX3-11K主轴冲动开关1SQ3 SQ4 SQ5 SQ6行程开关LX2-13LM2正反转及连锁4第3章X62W铣床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。电气控制线路的工作原理如下：3.1 主电路分析主轴电动机M1拖动主轴带动铣刀

28、进行铣削加工，通过组合开关SA3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KM3、KM4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。3.2 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。3.2.1 主轴电动机M1的控制3.2.1.1 主轴电动机的启动本机床采用两地控制方式，启动按钮SB1和停止按钮SB5-1为一组；启动按钮SB2和停止按钮SB6-1为一组。分别安装在

29、工作台和机床床身上，以方便操作。 启动前，先选择好主轴转速，并将主轴换向的转换开关SA3扳到所需转向上。然后，按下启动按钮SB1或SB2，接触器KM1通电吸合并自锁，主电动机M1启动。KM1的辅助常开触点（7-13）闭合，接通控制电路的进给线路电源，保证了只有先启动主轴电动机，才可启动进给电动机，避免损毁工件或刀具。3.2.1.2 主轴电动机的制动为了使主轴停车准确，且减少电能损耗，主轴采用电磁离合器制动。该电磁离合器安装在主轴传动链中与电动机轴相连的第一根传动轴上。当按下停车按钮SB5或SB6时，接触器KM1断电释放，电动机M1失电。与此同时，停止按钮的常开触点SB5-2或SB6-2接通电磁

30、离合器YC1，离合器吸合，将摩擦片压紧，对主轴电动机进行制动。直到主轴停止转动，才可松开停止按钮。主轴制动时间不超过0.5s。3.2.1.3 主轴变速冲动主轴变速是通过改变齿轮的传动比进行的。当改变了传动比的齿轮组重新啮合时，因齿之间的位置不能刚好对上，若直接启动，有可能使齿轮打牙。为此，本机床设置了主轴变速瞬时电动控制线路。变速时，先将变速手柄拉出，再转动蘑菇形变速手轮，调到所需转速上，然后，将变速手柄复位。就在手柄复位的过程中，压动了行程开关SQ1，SQ1的常闭触点(5-7)先断开，常开触点(1-9)后闭合，接触器KM1线圈瞬时通电，主轴电动机作瞬时点动，使齿轮系统抖动一下，达到良好啮合。

31、当手柄复位后，SQ1复位，断开主轴瞬时点动线路。若瞬时点动一次没有实现齿轮良好啮合，可重复上述动作。3.2.1.4 主轴换刀控制在主轴上刀或换刀时，为避免人身事故，应将主轴置于制动状态。为此，控制线路中设置了换刀制动开关SA1。只要将SA1拨到“接通”位置，其常开触点SA1-2断开接通电磁离合器YC1，将电动机轴抱住，主轴处于制动状态。同时，常闭触点SA1-2断开，切断控制回路电源。保证了上刀或换刀时，机床没有任何动作。当上刀、换刀结束后，应将SA1扳回“断开”位置。3.2.2 进给运动的控制工作台的进给运动分为工作进给和快速进给。工作进给只有在主轴启动后才可进行，快速进给是点动控制，即使不启

32、动主轴也可进行。工作台的左、右、前、后、上、下6个方向的运动都是通过操纵手柄和机械联动机构带动相应的行程开关使进给电动机M2正转或反转来实现的。行程开关SQ5、SQ6控制工作台的向右和向左运动，SQ3、SQ4控制工作台的向前、向下和向后、向上运动。 进给拖动系统用了两个电磁离合器YC2和YC3，都安装在进给传动链中的第4根轴上。当左边的离合器YC2吸合时，连接上工作台的进给传动链；当右边的离合器YC3吸合时，连接上快速移动传动链。3.2.2.1 工作台的纵向(左、右)进给运动工作台的纵向运动由纵向进给手柄操纵。当手柄扳向右边时，联动机构将电动机的传动链拨向工作台下面的丝杠，使电动机的动力通过该

33、丝杠作用于工作台。同时，压下行程开关SQ5，常开触点SQ5-1闭合，常闭触点SQ5-2断开，接触器KM3线圈通过(13-15-17-19-21-23-25)路径得电吸合，进给电动机M2正转，带动工作台向右运动。当纵向进给手柄扳向左边时，行程开关SQ6受压SQ6-1闭合，SQ6-2断开，接触器KM4通电吸合，进给电动机反转，带动工作台向左运动。SA2为圆工作台控制开关，其状态见表。这时的SA2处于断开位置，SA2-1、SA2-3接通，SA2-2断开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S

34、Q6K反转左右进给丝杠向右3.2.2.2 工作台的垂直(上、下)与横向(前、后)进给运动工作台的垂直与横向进给手柄操纵。该手柄有5个位置；即上、下、前、后、中间。当手柄向上或向下时，机械机构将电动机传动链和升降台上下移动丝杠相连；向前或向后时，机械机构将电动机传动链与溜板下面的丝杠相连；手柄在中间位时，传动链脱开，电动机停转。 以工作台向下(或向前)运动为例，将垂直与横向进给手柄扳倒向下(或向前)位，手柄通过机械联动机构压下行程开关SQ3，常开触点SQ3-1闭合，常闭触点SQ3-2断开，接触器KM3线圈通过(13-27-29-19-21-23-25)路径得电吸合，进给电动机M2正转，带动工作台

35、做向下(或向前)运动。若将手柄扳倒向上(或向后)位，行程开关SQ4被压下， SQ4-1闭合，SQ4-2断开，接触器KM4线圈通过(13-27-29-19-21-31-33)路径得电，进给电动机M2反转，带动工作台做向上(或向后)运动。 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3.2.2.3 进给快速冲动在改变工作台进给速度时，为使齿轮易于啮合，也需要使进给电动机瞬时点动一

36、下。其操作顺序是：先将进给变速的蘑菇形手柄拉出，转动变速盘，选择好速度。然后，将手柄继续向外拉到极限位置，随即推回原位，变速结束。就在手柄拉到极限位置的瞬间，行程开关SQ2被压动，SQ2-1先断开，SQ2-2后接通，接触器(13-27-29-19-17-15-23-25)路径得电，进给电动机瞬时正转。在手柄推回原位时，SQ2复位，进给电动机只瞬动一下。由KM3的得电路径可知，进给变速只有各进给手柄均在零位时才可进行。3.2.2.4 工作台的快速移动工作台6个方向的快速移动也是由进给电动机M2拖动的。当工作台工作进给时，按下快移按钮SB3或SB4(两地控制)，接触器KM2得电吸合，其常闭触点(1

37、05-109)断开电磁离合器YC2，常开触点(105-111)接通电磁离合器YC3。KM2的吸合，使进给传动系统跳过齿轮变速链，电动机直接拖动丝杠套，工作台快速进给，进给方向仍由进给操纵手柄决定。松开SB3或SB4，KM2断电释放，快速进给过程结束，恢复原来的进给传动状态。由于在主轴启动接触器KM1的常开触点(7-13)上并联了KM2的一个常开触点，故在主轴电动机不启动的情况下，也可实现快速进给。3.2.3 圆工作台的控制当需要加工螺旋槽、弧形槽和弧形面时，可在工作台上加装圆工作台。圆工作台的回转运动也是由进给电动机M2拖动的。 使用圆工作台时，先将控制开关SA2(功能见表)扳到“接通”位，这

38、是，SA2-2接通，SA2-1和SA2-3断开。再将工作台的进给操纵手柄全部扳到中间位，按下主轴启动按钮SB1或SB2，主轴电动机M1启动，接触器KM3线圈经(13-15-17-19-29-27-23-25)路径得电吸合，进给电动机M2正转，带动圆工作台做旋转运动。 可见，圆工作台只能沿一个方向做回转运动。由于启动电路途经SQ3-SQ6 4个行程开关的常闭触点，故扳动工作台任一进给手柄，都会使圆工作台停止工作，保证了工作台进给运动与圆工作台工作不可能同时进行。3.2.4. 冷却泵电动机的控制与工作照明由主电路可以看出，只有在主轴电动机启动后，冷却泵电动机M3才有可能启动，M3还受开关QS2的控

39、制。 变压器TC3将380V交流电变为24V的安全电压，供给照明灯，用转换开关SA4控制。3.2.5 控制电路的联锁与保护3.2.5.1 进给运动与主轴运动的联锁进给拖动的控制电路接在主轴启动接触器KM1常开触点(7-13)之后，故只有在主轴启动之后，工作台的进给运动才能进行。 由于KM1常开触点(7-13)上并联了KM2的常开触点,因此，在主轴未启动情况下，也可实现快速进给。3.2.5.2 工作台6个运动方向的联锁电路上有两条支路：一条是与纵向操纵手柄联动的行程开关SQ5和SQ6的两个常闭触点串联支路(27-29-19);另一条是和垂直于横向操纵手柄联动的行程开关SQ3、SQ4的两个常闭触点

40、串联支路(15-17-19)。这两条支路是接触器KM3或KM4线圈通电的必经之路。因此，只要两个操纵手柄同时扳动，进给电路立即切断，实现了工作台各向进给的联锁控制。3.2.5.3 工作台的进给与圆工作台的联锁使用圆工作台时，必须将两个进给操纵手柄都置于“中间”位置。否则，圆工作台就不能运行3.2.5.4 进给运动方向上的极限位置保护采用机械和电气相结合的方式，由挡块确定各进给方向上的极限位置。当工作台运动到极限位置时，挡块碰撞操纵手柄，使其返回中间位置。电气上使得相应进给方向上的行程开关复位，切断了进给电动机的控制电路，进给运动停止。第4章PLC在X62W万能铣床改造中的应用4.1 X62W万

41、能铣床电气控制线路的PLC改造4.1.1 改造方法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硬接线图，为了保证各种联锁功能，将SQ1SQ6,SB1SB6按图示分别接入PLC的输入端，换刀开关SA1和圆形工作台转换开关SA2分别用其一对常开和常闭触头接入PLC的输入端子。输出器件分两个电压等级，一个是接触器使用的110V电压，另一个是电磁离合器使用的36V直流电还有一个是照明使用的24V交流电压，这样也将PLC的输出口分为三组连接点。根据输入输出口的数量，可选择三菱FX2N32MR型P

42、LC。X62W型万能铣床电器位置图如图所示，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4.2 PLC硬件设计经过对X62W万能铣床的控制系统进行详细的分析可知，该系统需要输入点数为16点，输出点数为7点，根据输入输出口的数量，可选择三菱FX2N32MR型PLC。所有的电器元件均可采用改造前的型号。 4.2.1 X62W万能铣床各I/O地址分配X62W万能铣床各个输入/输出点的PLC I/O地址分配如下表1所示：表1 万能铣床PLC I/O地址分配 序号输入器件输入地址序号输出器件输出地址1SB1、SB2主轴启动X01EL 照明Y02

43、SB3、SB4快速进给X12KM1主轴启动Y13SB5-1、SB6-1 制动X23KM2主轴启动Y24SB5-2、SB6-2 制动X34KM3 M2正转Y35SA1 换刀开关X45KM4 M2反转Y46SA2 圆工作台开关X56YC1 主轴制动Y57SA4 照明开关X67YC3快速进给Y68SQ1 主轴冲动X79SQ2 进给冲动X1010SQ3-1、SQ5-1X1111SQ3-2、SQ4-2X1212SQ4-1、SQ6-1X1313SQ5-2、SQ6-2左右进给X1414FR1 热保护触点X1515FR2 热保护触点X1616FR3 热保护触点X17422 万能铣床的I/O接线图万能铣床的I/

44、O接线图如下图2所示：图2万能铣床的I/O接线4.3 软件设计4.3.1 PLC控制梯形图 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4所示。该程序共有9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X7、X2，则X7、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，Y1、M0线圈得电并自锁，第4支路中Y1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5支路以下程序执行做好准备，保证了只有主轴旋转后才有进给运动。Y1的输出信号使主轴电动机M1启动运转。当按停止按钮S

45、B5或SB6时，X2常开触点复位，Y1线圈失电，主轴惯性运转，同时X3常开触点闭合，Y5线圈得电接通电磁离合器YC1，主轴制动停转。 第2支路表达了KM2及YC3的工作逻辑，当按下快速移动按钮SB3或SB4时，X1常开触点闭合，则Y2及Y6线圈得电，KM2常闭触头断开，电磁离合器YC2失电，YC3得电，工作台沿选定方向快速移动；松开SB3或SB4则YC2得电，YC3失电，快速移动停止。第5、6、7、8支路表达了工作台六个方向的进给、进给冲动及圆工作台的工作逻辑关系。当圆形工作台转换开关SA2动作，5、7支路中X5的常开触点分断，第7支路中X5常闭触头复位，M4及Y3线圈得电，使KM3得电，电动

46、机M2启动，圆形工作台旋转；当SA2复位时，M4、Y3线圈失电，圆形工作台停止旋转。左右进给时，SQ5或SQ6被压合，X14常开触点复位，第6、7支路被分断，而X11或X13常开触点闭合，M2（其常开触点使Y3线圈得电）或Y4线圈得电，电动机M2正转或反转，拖动工作台向左或向右运动。同样，工作台上下、前后进给时，SQ3或SQ4被压合，X12常开触点复位，第6、7支路被分断，M2或Y4线圈得电，电动机M2正转或反转，拖动工作台按选定的方向（上、下、前、后中某一方向）作进给运动。该程序及PLC的硬接线不仅保证了原电路的工作逻辑关系，而且具有各种联锁措施，电气改造的投资少、工作量较小。 其中流程图和

47、PLC控制梯形图如下图3和图4所示。图4 PLC控制梯形图4.3.2 X62W 型万能铣床PLC控制指令语句表330 LD X01 OR Y0 2 ANI X13 ANI X34 ANI X115 AND X146 OR X37 OUT Y08 LD X19 OR X1110 OUT Y411 LD X212 OUT Y113 LD Y014 OR Y115 AND X1516 MPS 17 LDI X418 ANI X519 ANI X620 AND X1321 AND X722 LD X1323 ANI X724 AND X1025 AND X526 ORB 27 LD X13 28 AN

48、D X429 ANI X530 ANI X631 ANI X732 ANI X1033 ORB 34 LDI X435 ANI X536 ANI X637 ANI X738 ANI X1039 AND X1240 ORB 41 ANB 42 ANI Y343 OUT Y244 MRD 45 LDI X446 ANI X547 ANI X648 AND X1349 AND X1050 LD X1351 ANI X752 ANI X1053 AND X654 ORB 55 ANB 56 ANI Y257 OUT Y358 MRD 59 ANI Y160 OUT Y561 MPP 62 ANI Y1

49、63 OUT Y664 END 第5章PC通信5.1 X62W铣床常见电气故障的诊断与检修和铣床主要磨损件的修复方法5.1.1 工作台方向都不能进给 故障现象造成原因处理方法工作台方向都不能进给 1、电动机M2不能起动，电动机接线脱落或电动机绕组断线2、接触器KM1不吸合3、接触器KM1主触点接触不良或脱落4、经常半动操作手柄，开关受到冲击，行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4位置发生变动或损坏5、变速冲动开关SQ6-2在复位，不能闭合接通或接触不良 1、检查电动机M2是否完好，并予以修复2、检查接触器KM1、控制变压器一、二次绕组，电源电压是否正常，熔断器是否熔断，并予以修复3、检查接触器

50、主触头，并予以修复4、整行程开关的位置或寓意更换5、调整变速冲动开关SQ6-2的位置，检查触点情况，并予以修复或更换5.1.2 工作台能向前、向后，向上、向下进给、但不能左、向右进给 故障现象造成原因处理方法工作台能向前、向后，向上、向下进给、但不能左、向右进给 1、位开关SQ3、SQ4经常被压合，使螺钉松动，开关位移、触点接触不良、开关机构卡住及线路断开2、限位开关SQ3-2或 SQ4-2被压开，使进给接触器KM3、KM4的通电回路均被断开 1、查与调整SQ3或SQ4，并予以修复或更换2、检查SQ3-2或SQ4-2，并予以修复或更换 5.1.3 工作台能向左、向右进给，但不能向前、向后、向上

51、、向下进给 故障现象造成原因处理方法工作台能向左、向右进给，但不能向前、向后、向上、向下进给 1、限位开关SQ1、SQ2经常被压合，使螺钉松动，开关位移、触点接触不良、开关机构卡住及线路断开2、限位开关SQ3-2或 SQ4-2被压开，使进给接触器KM3、KM4的通电回路均被断开1、检查与调整SQ1或SQ2，并予以修复或更换2、检查SQ3-2或SQ4-2，并予以修复或更换 5.1.4 主轴电动机不能起动 故障现象造成原因处理方法主轴电动机不能起动 1、起动按钮损坏、接线松脱、接触不良或线圈断路2、变速冲动开关SQ7的触点（31-1）接触不良，开关位置移动或撞坏1、更换按钮，紧固接线，检查与修复线

52、圈2、检查冲动开关SQ7DE 触点，调整开关位置，并予以修复或更换 5.1.5 主轴电动机不能冲动（瞬时转动） 故障现象造成原因处理方法主轴电动机不能冲动（瞬时转动） 1行程开关SQ7经常受到频繁冲击使开关位置改变，开关底座被撞碎或接触不良 1修理或更换开关，调整开关动作行程 5.1.6 进给电动机不能冲动（瞬时转动） 故障现象造成原因处理方法进给电动机不能冲动（瞬时转动）1行程开关SQ6-1经常受到频繁冲击使开关位置改变，开关底座被撞碎或接触不良1修理或更换开关，调整开关动作行程5.1.7 主轴停车时候没有停车作用或产生短时的反向旋转故障现象造成原因处理方法主轴停车时候没有停车作用或产生短时

53、的反向旋转 1、速度继电器KV的动合触点不能按旋转方向正常闭合，如推动触点的胶木摆竿断裂损坏，轴伸圆锥角扭弯、磨损或弹性连接元件损坏，螺钉、销钉松或打滑2、速度继电器触点弹簧调的过紧，使反向制动电路过早切断，制动效果不明显3、速度继电器永久磁铁转子的磁性消失，制动效果不明显4、当速度继电器弹簧调的过松时，是接触点分断过迟，在反接的惯性作用下，电动机停止后，仍有短时反转现象1、检查速度继电器动合触点，更换胶木摆杆、圆锥销及螺钉、销钉等并予以修复或更换2、调整速度素继电器触点弹簧，直到制动效果明显为止3、检查速度继电器触点弹簧，使故障及时排除 5.1.8 X62W万能铣床主要磨损件及修复方法零件名称易损部位修复方法主轴内锥孔以前、中轴颈为基准修磨内锥孔，当主轴发生弯曲变形或裂痕时，应予更新三联滑移齿轮花键、齿牙损坏率较高，一般换新件传动轴轴颈更新进给丝杠螺母副螺