中北大学-万能升降台铣床设计

1、毕业设计说明书 万能升降台铣床的设计班 级： 学 号：姓 名： 学 院： 软件学院 专 业： 软件工程 指导教师： 王庆明 郑智贞 2014年 6 月万能升降台铣床的设计摘 要万能升降台铣床是一种应用广泛的普通机床，通过对其控制电路进行分析，指出了继电器-接触器控制存在的不足之处，并在不改变原设计控制要求的基础上实现PLC的改造及其监控系统的设计。具体详细地说明了PLC改造的过程及实现PLC控制的方法与步骤，用MCGS组态软件设计实现其远程控制的实施过程。 另外，介绍了万能升降台铣床的进给箱的传动原理的分析。1950年以后，铣床在控制系统方面发展很快，尤其是70年代以后，自动换到系统再洗穿上得

2、到了应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。关键词：万能升降式铣床，进给箱，加工范围，结构分析，继电器接触器控制，PLC控制Design of universal lifting platform milling machineAbstractUniversal lifting platform milling machine is a kind of machines in using widely.Through analyzing its circuitry,we point out the shortage of relay-contact control,and reali

3、ze the alteration of PLC,the design of monitor system on the basic of original control demand.The paper illuminates the process of the alteration of PLC,the method and steps of realizing PLC control,and the process of putting its remote control in practice in detail.Analysis of transmission principl

4、e of X6132 universal horizontal lifting platformmilling machine feed box.After 1950,the milling machine is developing very fast in control systems,especially after 70 time,automatically switch to thesystem and then wash and wear has been applied,to expand the scope of the processing machine,improve

5、the machining accuracy and efficiency.Keywords:Universal lifting platform milling machine,Relay-contact control,PLC control,Feed box,Processing range,Structure analysis中北大学2014届毕业设计说明书目 录1 绪论12 了解国内外万能升降台铣床现状22.1 进口大幅度增加，出口日趋减少22.2 技术低于世界水平22.3 数控化率低但增长快22.4 国家扶持的支点偏离33 了解国内外万能升降台铣床发展趋势43.1 高速化发展43.

6、2 高精度化发展43.3 智能化发展44 详细论述万能升降台铣床的构成64.1 铣床的结构64.2 运动形式64.3 铣床的组成部分65 详细论述万能升降台铣床的工作原理、工作方式85.1 主轴控制电路工作原理：85.2 进给移动控制工作原理85.3 辅助控制工作原理145.3.1 主轴的变速冲动145.3.2 进给变速冲动155.3.3 主轴换刀控制165.3.4 工作台快速进给的操作165.4 铣床的传动系统分析165.4.1 进给运动165.4.2 孔盘变速机构的工作原理165.4.3 工作台进给操纵机构175.4.4 横向及垂直进给操纵机构185.5 电力拖动和控制要求195.6 继电

7、器接触器控制205.7 主轴控制分析205.7.1 起动控制205.7.2 换刀制动控制205.7.3 主轴变速冲动205.8 工作台进给控制分析215.8.1 快速移动控制215.8.2 水平工作台纵向进给运动控制215.8.3 水平工作台的横向和升降进给运动控制225.8.4 圆工作台运动控制225.8.5 水平工作台变速时的瞬时点动控制235.9 改造方案的确定235.9.1 改造要求235.9.2 改造原则235.9.3 改造步骤245.10 PLC控制设计245.11 PLC选型255.11.1 选型时注意的问题255.11.2 选型分析265.11.3 选择型号265.12 PLC

8、输入、输出接线265.13 PLC程序设计275.13.1 编程软件选择275.13.2 主轴控制设计275.13.3 工作台进给控制设计295.13.4 X62W铣床的控制程序315.14 远程控制设计335.14.1 设计步骤335.14.2 远程控制界面345.14.3 显示表示345.14.4 动作表示345.14.5 远程控制接线35参考文献36致 谢37第 III 页 共 III 页1 绪论铣床是一种用途广泛的机床，在铣床上可以加工平面（水平面、垂直面）、沟槽（键槽、T形槽、燕尾槽等）、分齿零件（齿轮、花键轴、链轮、螺旋形表面（螺纹、螺旋槽）及各种曲面。此外，还可用于对回转体表面、

9、内孔加工及进行切断工作等。铣床在工作时，工件装在工作台上或分度头等附件上，铣刀旋转为主运动，辅以工作台或铣头的进给运动，工件即可获得所需的加工表面。由于是多刀断续切削，因而铣床的生产率较高。简单来说，铣床就是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。在工业生产自动化领域，可编程控制器作为自动控制的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。成为大多数自动化系统的设备基础。由于综合了计算机和自动化技术，使它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程

10、的自动控制。而X62W型万能铣床，可用于平面，斜面和沟槽等的加工，安装分度头后，能铣切直齿轮，螺旋面，使用圆工作台可以铣切凸轮和弧形槽，是一种常见的通用机床。但它的控制系统有体积大，可靠性低，排除故障困难，接线复杂，对生产工艺变化适应性差等缺点。因此我们用PLC对其控制系统进行改造解决其控制中的问题，提高其自动化水平。2 了解国内外万能升降台铣床现状2.1 进口大幅度增加，出口日趋减少随国民经济的持续发展，国内生产的各种铣床，尤其是数控铣床已经满足不了各界用户的需求，需要大量进口。根据中国机床工具工业协会市场部提供的资料表明，1998年到2001年，各种铣床进口量由4622台增加到6471台，

11、增幅达40%,其中数控铣床进口量由563台增加到2290台，增幅高达258%。与进口的快速增长形成鲜明对照的是铣床的出口增长缓慢，特别是其中数控铣床出口，2001年比1998年在数量上下降了56%，在金额上下降了14%。2.2 技术低于世界水平中国铣床发展起步晚，1949年中华人民共和国成立以后，中国的机械工业才逐步从修配性质发展成为一个门类比较齐全、具有一定规模、技术水平和成套水平不断提高的工业部门。与西方上百年的发展有不小的差距。尽管我国铣床发展迅速，一些产品产量居世界第一位，然而，我国的制造业在全球产业链中总体上处于下游和低端位置。什么原因呢？关键问题在于我们的核心零部件受到外国限制，具

12、有自主知识产权的产品比重小，缺乏国际竞争力。只有在核心零部件的技术创新研发方面加大马力，才能突破外国的封锁，提高技术。业内认识认为，我国机械行业存在一个巨大的技术“黑洞”，最突出的表现是对外技术依存度高。曾几何时，企业的进口机械成了宣传的噱头。以至于不重视自己的自己的创新，然人潜移默化中接受：只有外国进口的生产线和生产设备是可靠的，是产品的保证。2.3 数控化率低但增长快由于数控机床的增长速度明显快于普通机床的，数控机床在金属加工机床总量中的比重逐年上升，我过机床的数控化逐年提高。机床的产量数控化率从2001年的9.12%上升为2009年的30%左右。虽然增长很快，但是基数大，数控化的普及率还

13、是不高，与发达国家60%70%的水平存在很大差距。专业人士支出，在中国机床行业整体高速增长的背后，仍然隐忧。从产品结构来看，国产铣床行业的增长主要依靠低端普通机床的带动，高中档铣床所占比例不断减少，重型铣床市场走势趋缓，因而目前行业的发展道路并不健康。2.4 国家扶持的支点偏离业内人士普遍认为，技术黑洞的形成与国家的重视程度、投入密切相关。国家在过失的二十多年来忽视了发展机械行业，在政策、资金等方面都出现了偏差。产权激励制度是创新和研发产品的重要保障。国有企业对创新人才的产权激励基本上没有实行。一方面创新成果的知识产权没有得到有效的保护，另一方面，创新着的贡献没有得到产权确认。企业研发的技术和

14、产品，要么被国家无偿拿走，要么被其他的企业无偿抄袭。3 了解国内外万能升降台铣床发展趋势3.1 高速化发展主要包括主轴转速高速化、进给系统高速化和辅助动作高速化。通过这些高速化发展，可以有效提高产量。主轴高速化主要是为了进给高速化打下结实基础，为了实现高速化，除了考虑主轴结构形式和冷却方式以外，更主要的是选用轴承和其润滑方式。进给系统的高速化是指高切削进给和快速进给速度。切削进给速度一般提高不多，因为它主要决定于可能的切削规范要求，而切削规范又由刀具、被切材料、加工精度及表面粗糙度的要求等因素决定。快速进给大幅度提高的原因主要是为了缩短非加工时间。辅助动作主要是指换刀动作和托盘交换动作。换刀动

15、作的高速化主要是改变传统的一个动作由一个执行元件带动，各个动作按顺序进行，而采用一种凸轮控制的机械手，凸轮上的槽控制机械手运动，只要凸轮槽形状相互配合好，就可以使一些动作重叠在一起同时进行。高速化的最终目的是高效化，应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时间，从而实现加工制造的高质量和高效率。3.2 高精度化发展通过机床结构设计优化、机床零部件的超精加工和精密装配、采用高精度的全闭环控制及温度、震动等动态误差补偿技术，从而提高机床加工的几何精度、运动精度，减少形位误差、表面粗糙度。从精密加工发展的超精密加工，其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级，更是世界各国各工业强国致力发展的方向。精密化是为

16、了适应高新技术发展的需要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性，减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。3.3 智能化发展智能化就是由各种测量元件对切削前后和切削中各种参数进行监测，并通过CNC判断自动对异常现象加以补偿和调整，保证加工顺利进行和确保零件质量，减少停机时间，提高生产率。数控机床智能化技术只要有：1、自动抑制振动的功能。在高速加工过程中，机床容易出现振动，刀具也易于磨损。该机能自动抑制振动，大大提高了加工精度。2、自动测量和自动补偿功能。减少高速主轴、立柱、床身热变形的影响，试

17、机床加工精度大大提高。3、自动防止刀具和工件碰撞的功能。大大减少突发事故，提高机床工作的可靠性。4、自动补充润滑油和抑制噪音的功能。大大改善工作条件。5、数控系统具有特殊的人机对话功能。在编程时能在监测画面上显示出刀具轨迹等，进一步提高了切削效率。6、机床故障能进行远距离诊断。智能化技术提升了数控机床的功能和品质，数控机床智能化的发展前景非常广阔。它是世界制造技术进一步提高效率、自动化、智能化、网络化、集成化的努力目标。也是在今天数字控制机床技术基础上向更高阶段发展的努力方向。4 详细论述万能升降台铣床的构成4.1 铣床的结构1、床身：用来固定和支承铣床各部件顶面上有供横梁移动用的水平导轨。前

18、壁有燕尾形的垂直导轨供升降台上下移动。内部装有主电动机主轴变速机构、主轴、电器设备及润滑油泵等部件。2横梁：一端装有吊架用以支承刀杆以减少刀杆的弯曲与振动。横梁可沿床身的水平导轨移动其伸出长度由刀杆长度来进行调整。3主轴：是用来安装刀杆并带动铣刀旋转的主轴是一空心轴前端有7:24的精密锥孔其作用是安装铣刀刀杆锥柄。4纵向工作台：由纵向丝杠带动在转台的导轨上作纵向移动以带动台面上的工件作纵向进给台面上的T形槽用以安装夹具或工件。5横向工作台：位于升降台上面的水平导轨上可带动纵向工作台一起作横向进给。6转台：可将纵向工作台在水平面内扳转一定的角度，以便铣削螺旋槽等。7升降台：可以带动整个工作台沿床

19、身的垂直导轨上下移动以调整工件与铣刀的距离和垂直进给。8底座：用以支承床身和升降台内盛切削液。4.2 运动形式铣床的运动可大体分为两种：主运动和进给运动。1).主运动由主轴电动机带动实现主轴的顺铣、逆铣 、换刀制动、停止制动、主轴变速冲动等操作。2).进给运动由进给电动机带动实现水平工作台纵向、横向、垂直进给运动，水平工作台快速移动，圆工作台旋转运动，水平工作台的变速冲动等操作。 4.3 铣床的组成部分一、主传动部分：主传动部分由主传动变速箱及主轴部件组成。通过轴、轴的两个三联滑移齿轮及轴上的一个双联滑移齿轮，使主轴得到18种转速。二、机床进给变速部分：由进给变速箱与变速操纵机构组成，由独立的

20、电动机驱动。运动由电动机轴输出，工作进给时，经过变速箱逐级变速可得18种进给速度，通过钢球保险离合器实现过载保护，快速进给时，通过电磁离合器直接传动实现快进。变速操纵机构采用孔盘集中操作，孔盘的移动由一套螺纹差动机构实现。三、升降台部分：升降台与床身以矩形导轨、压板的结构相互联接，提高了导轨的刚性，便于维修。在升降台内部，装有完成升降台上下移动、滑鞍横向进给及工作台纵向进给的传动机构，各方向的进给运动由一套鼓轮机构及台面操纵机构集中操纵。四、工作台及滑鞍：X6132A万能升降台铣床在工作台与滑鞍之间增加了一个回转盘。工作台进给丝杠的轴向定位依靠右边轴架上的一对推力轴承，另一端是可以自由伸缩的。

21、工作台的横向进给螺母座固定在滑鞍的中部，与中央锥齿轮装于同一托架上便于维修、调整。工作台进给丝杆的螺母分左右两半，中间留有空行程，左右两螺母的间隙可分别调整。5 详细论述万能升降台铣床的工作原理、工作方式以下了解的万能升降台铣床的工作原理包括主轴控制电路的控制原理，工作台进给工作原理，PLC改造设计的原理。5.1 主轴控制电路工作原理：（1）起动：在起动前先按照顺铣或逆铣的工艺要求，用倒顺开关SA3选择M1的转向。按下SB1或SB2KM1线圈通电并自锁主触头闭合、接通三相电源、M1起动运行,同时KM1-2动合辅助触点（79）闭合，为进给接触器KM3、KM4线圈支路接通做好准备。（2）停车与制动

22、：停转时，应按住SB5或SB6直至主轴停转才能松开，一般主轴的制动时间不超过0.5 s。按下SB5或SB6按钮SB5-1（13）或SB6-1（35）常闭触点断开SB5-2或SB6-2（V2134）常开触点闭合KM1线圈断电，M1停车制动电磁离合器YC1线圈通电，主轴制动图5.1 停车与制动过程制动电磁离合器YCl装在主轴传动系统与M1转轴相连的第一根传动轴上，当YCl通电吸合时，将摩擦片压紧，对主轴进行制动。5.2 进给移动控制工作原理为了保证安全，防止事故，机床有顺序的动作，采用了进给上下、左右、前后六方向联锁。是X62铣床控制电路的主要特点和检修难点。其中掌握圆工作台开关SA2的结构和工作

23、状态极其重要。表5.1 圆工作台开关档位SA2-1SA2-2SA2-3进给移动闭合断开闭合圆工作台回转断开闭合断开（1） 工作台的垂直与横向进给移动： 工作台垂直与横向进给由一个十字形手柄操纵，十字形手柄有上、下、前、后和中间五个位置，将手柄扳至向“下”或“向上”位置时，分别压动行程开关SQ3或SQ4，控制M2正转或反转，并通过机械传动机构使工作台分别向下和向上运动；而当手柄扳至“向前”或“向后”位置时，不会同样压动行程开关SQ3和SQ4，此时机械传动机构则使工作台分别向前和向后运动。当手柄在中间位置时，SQ3和SQ4均不动作。图5.2 工作台垂直与横向移动十字形手柄扳至“向后或者上”位置，常

24、闭触点SQ4-2（13-15）先断开，常开触点SQ4-1（17-22）后闭合， KM4线圈经9SA3-119SQ5-221SQ6-215SA3-317 SQ4-1常开点闭合22 KM3互锁点20KM4线圈12通电，主触头接通M2三相电源，反转，工作台向后或者上移动。（2）工作台的纵向进给移动：纵向进给操作手柄扳向左侧，压动行程开关SQ5，常闭触点SQ5-2（19-21）先断开，常开触点SQ5-1（17-18）后闭合，KM3线圈接触器吸合，主触头接通M2正转，实现工作台向左移动。图5.3 纵向进给移动纵向进给操作手柄扳向右侧，压动行程开关SQ6，常闭触点SQ6-2（15-21）先断开，常开触点S

25、Q5-1（17-22）后闭合，KM4线圈接触器吸合，主触头接通M2反转，实现工作台向右移动。（3）圆工作台的回转控制：SA2为圆工作台控制开关，此时应处于“断开”位置，其三组触点状态为：SA21、SA23接通，SA22断开。图5.4 圆工作台回转控制SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6行程开关的常闭触电对圆盘回转，起到互锁作用。当发生误操作，压着上下前后、左右任意手柄，KM3或KM4断电释放，电动机M2停止运转，以确保安全。5.3 辅助控制工作原理5.3.1 主轴的变速冲动主轴的变速是通过改变齿轮的传动比实现的。在需要变速时，将变速手柄拉出，转动变速盘至所需的转速，然后再将变速手柄复位。在手

26、柄复位的过程中，在瞬间压动了行程开关SQl，手柄复位后，SQl也随之复位。在SQl动作的瞬间，SQl的常开触点（57）先断开其他支路，然后常闭触点（110）闭合，接触器KMl接通M1产生瞬间的冲动，利于齿轮的啮合；如果点动一次齿轮还不能啮合，可重复进行上述动作。5.3.2 进给变速冲动只有在进给操作手柄均处于零位（即SQ3一SQ6均不动作）时，才能进行进给变速冲动。进给变速冲动由行程开关SQ2控制，在操纵进给变速手柄和变速盘时，瞬间压动了行程开关SQ2，在SQ2通电的瞬间，其常闭触点SQ2-2（9-11）先断开，常开触点SQ2-1（1118）后闭合，使KM3线圈通电， M2正向点动。使齿轮易于

27、啮合。图5.5 进给变速冲动5.3.3 主轴换刀控制在上刀或换刀时，主轴应处于制动状态，以避免发生事故。只要将换刀制动开关SAl拨至“接通”位置，其常闭触点SAl2（24）断开控制电路，保证在换刀时机床没有任何动作；其动合触点SAl1（V2124）接通YCl，使主轴处于制动状态。换刀结束后， SAl扳回“断开”位置。5.3.4 工作台快速进给的操作要使工作台在六个方向上快速进给，在按常速进给的操作方法操纵进给控制手柄的同时，还要按下快速进给按钮开关SB3或SB4（两地控制），使KM2线圈通电，其常闭触点（V21-26）先切断变速进给电磁铁YC2线圈支路，常开触点（V21-28）后接通快速进给电

28、磁铁YC3线圈支路，使机械传动机构改变传动比，实现快速进给。由于与KMl的常开触点（7-9）并联了KM2的一个动合触点，所以在M1不起动的情况下，也可以进行快速进给。5.4 铣床的传动系统分析5.4.1 进给运动该机床的工作台可以作纵向、横向和垂直三个方向的进给运动以及快速移动。由于轴间的两组三联滑移齿轮变速组的3×39种传动比中，有三种是相等的。所以，轴间的两个变速组只有7种不同的传动比，因而轴X上的 z=49滑移齿轮只有7×321种实际转速。由此可知，X6132型铣床的纵、横、垂直三个方向的进给量均为21级，其中纵向及横向的进给量范围为101000mm/min，垂直进给

29、量范围3.3333mm/min。5.4.2 孔盘变速机构的工作原理如图5.6所示，通过孔盘5的变速操纵，在轴上的三联滑移齿轮有三个工作位置，可分别与轴1上的三个固定齿轮相啮合，以变换主轴转速。图5.6 孔盘变速机构的工作原理5.4.3 工作台进给操纵机构纵向进给操纵机构,工作原理可通过图5.7加以说明图5.7 工作台纵向进给操纵机构1摆块 2凸块 3纵进丝杠轴 4牙嵌离合器M5左半块 5拨叉 6拨叉轴 7弹簧 8调节螺母 9、13叉子 10、12销子 11摆动轴 14垂直轴 15微动开关(SQ1) 16压块 17微动开关(SQ2) 18手柄5.4.4 横向及垂直进给操纵机构工作原理可通过图5.

30、8加以说明。图5.8 横向及垂直进给操纵机构1手柄 2平键 3、4、5、6顶销 7鼓轮 8轴 9毂体 5.5 电力拖动和控制要求机床的主轴运动和工作台的进给运动分别由单独的电动机拖动，并有不同的控制要求。1).主轴电动机M1（功率KW），空载时直接起动，为满足顺铣和逆铣工作方式的要求，能够正转和反转。为提高生产率，采用电磁制动器进行制动，同时从安全和操作方便考虑，换刀时主轴也处于停车制动状态。2).工作台进给电动机M2，直接起动，为满足纵向、横向、垂直方向的往返运动，要求电动机能正反转，为提高生产率，要求空行程时可快速成移动。从设备使用安全考虑，各进给运动之间必须联锁，并由手柄操作机械离合器选

31、择进给运动的方向。3).电动机M3拖动冷却泵，在铣削加工时提供切削液。4).主轴与工作台的变速由机械变速系统完成。变速过程中，当选定啮合的齿轮没能进入啮合时，要求电动机能点动至合适位置，保证齿轮能正常啮合。加工零件时，为保证设备安全，要求主轴电动机起动后，工作台电动机方能起动工作。5.6 继电器接触器控制根控制部分可分为主轴控制和工作台进控制两部分。5.7 主轴控制分析5.7.1 起动控制SB1、SB2实现电动机停止的两地操作；SB3、SB4实现电动机起动的两地操作；交流接触器常开触点KM1与SB3、SB4构成自锁实现起动的长动控制；不足之处：KM1动合触点接触不良使电动机运转不连续。5.7.

32、2 换刀制动控制SA2-1断开时切断电路使KM1线圈失电，它的主触点断开，切断M1主轴电动机的电源。12区的辅助常闭触点KM1闭合。同时在SA2-1断开时，SA2-2接通，主轴电磁制动器YB得电使主轴处于制动状态，实现保证上刀换刀工作的顺利进行；不足之处：通过转换开关SA2和交流接触器的动断触点KM1构成互锁实现电动机M1正常工作与制动换刀操作的顺利进行。当接触器的动断触点闭合不完全时，103到107段线路不通，电磁制动线圈YB不能得电就不能完成换刀制动操作。5.7.3 主轴变速冲动主轴变速冲动是由变速手柄与行程开关SQ7组合构成点动控制电路实现。a.变速时瞬时点动的原因变速时，变速手柄被拉出

33、，然后转动变速手轮选择转速，转速选定后将变速手柄复位，因为变速是通过机械变速机构实现的，变速手轮选定进入啮合的齿轮后，齿轮啮合到位即可输出选定转速。但是当齿轮没有进入正常啮合状态时，就无法输出选定的转速，因而则需要主轴有瞬时点动的功能，以调整齿轮位置，使齿轮进入正常啮合。b.实现瞬时点动的方法实现瞬时点动功能是靠变速手柄在复位的过程中压动瞬时点动行程开头SQ7，SQ7的动合触点闭合，使接触器KM1的线圈得电，主轴电动机M1转动，SQ7的动断触点切断KM1线圈电路的自锁，使电路随时可被切断。变速手柄复位后，松开行程开关SQ7，电动机M1停转，完成一次瞬时点动。不足之处：交流接触器动合触点KM1反

34、应不灵敏时，在SQ7动断触点断开时KM1线圈失电，但KM1常开触点不能断开使9至17段电路不能断开，导致M1不能停转，不能实现瞬时点动功能。5.8 工作台进给控制分析工作台的进给控制由顺序控制和工作台各进给运动之间的联锁控制组成的。顺序控制：是用交流接触器KM1的辅助常开触点来实现。当即主轴电动机起动后，其控制起动接触器的KM1辅助动合触点闭合，进给电动机控制接触器KM2与KM3的线圈电路方能通电工作。联锁控制：进给运动之间的联锁控制有水平工作台各运动之间的联锁、水平工作台与圆工作台之间的联锁、变速时的瞬时点动与水平工作台各运动之间的联锁。下面通过介绍各运动控制操作的实现过程分析继电器控制实现

35、的方法并指出其控制中的不足之处。5.8.1 快速移动控制用快速接触器的辅助常开触点控制快速传动链的电磁离合器YC1，常闭触点控制进给传动链的电磁离合器YC2。不足之处：要用一个接触器间接控制。5.8.2 水平工作台纵向进给运动控制(1).分析过程由操作手柄和行程开关SQ1、SQ2组合控制。其操作手柄有左、右两个工作位和一个中间不工作位。纵向手柄扳在右位压下SQ1（SQ1-2断开，SO1-1闭合）KM2线圈得电电动机M2正转，工作台右移压下SQ2（SQ2-2断开，SO2-1闭合）KM3线圈得电电动机M2反转，工作台左移右移：工作电流经SQ6-2SQ4-2SQ3-2SA1-1SQ1-1KM3KM2

36、线圈；左移：工作电流经SQ6-2SQ4-2SQ3-2SA1-1SQ2-1KM2KM3线圈。(2)分析结果a.纵向左移和右移的联锁是由操作手柄来控制实现。b.纵向左移与右移的电路中串联了横向与纵向移动的行程开关SQ3与SQ4的动断触点SQ3-2与SQ4-2构成联锁控制功能。使纵向移动时不能横向和垂直移动。5.8.3 水平工作台的横向和升降进给运动控制(1).分析过程水平工作台横向和升降进给运动的选择和联锁是通过十字复式手柄和行程开关SQ3、SQ4组合控制。其操作手柄有上、下、前、后四个工作位和一个中间不工作位。上升（前移）：工作电流经SA1-3SQ2-2SQ1-2SA1-1SQ3-1KM3KM2

37、线圈；下降（后移）：工作电流经SA1-3SQ2-2SQ1-2SA1-1SQ4-1KM2KM3线圈。(2)分析结果a.工作台的上、下、前、后移动联锁是由十字复式手柄实现的。手柄一次只能扳在一个方向上。b.工作台横向、垂直进给中串联了纵向移动行程开关的动断触点SQ1-2、SQ2-2构成了联锁控制功能。c.接触器KM2和KM3的辅助动断触点分别串联在KM3线圈和KM2线圈的电路中又构成电气联锁，实现双重保护的作用。d.水平工作台的六个方向的运动是联锁的，当同时按下两个操作手柄时20到31和22到35的两条支路断开，工作台停止移动，从而防止了机床运动干涉造成设备事故。5.8.4 圆工作台运动控制工作台

38、选择开关的SA1的SA1-1和SA1-3两触点打开，SA1-2触点闭合，此时水平工作台的工作手柄均扳在中间不工作位。控制电路由主轴电动机控制接触器KM1的辅助动合触点开始，工作电流经SQ6-2SQ4-2SQ3-2SQ1-2SQ2-2SA1-2KM3KM2线圈，KM2主触点闭合，进给电动机M2正转，拖动圆工作台转动，圆工作台只能作单向旋转。分析结果：a.圆工作台的控制电路中串联了水平工作台的行程开关SQ1SQ4的动断触点构成联锁，水平工作台任一操作手柄扳到工作位置都会压下行程开关切断圆工作台的控制电路使其立即停止转动。b.圆工作台串联了水平工作台变速时的瞬时点动开关，点动时会切断圆工作台运动电路

39、。5.8.5 水平工作台变速时的瞬时点动控制水平工作台变速时的瞬时点动控制原理与主轴变速瞬时点动原理相同。变速手柄拉出后选择转速，再将手柄复位，变速手柄在复位的过程中压动瞬时点动开关SQ6，SQ6的动合触点闭合接通接触器KM2的线圈电路，使进给电动机M2转动，动断触点切断KM2线圈电路的自锁。瞬时点动时的工作电流经SA1-3SQ2-2SQ1-2SQ3-2SQ4-2SQ6-1KM3KM2线圈。瞬时点动电路串联了工作台进给运动的行程开关SQ1SQ4的动断触点，和圆工作台的动断触点，所以工作台的操作手柄在任一工作位置时都将切断点动电路。5.9 改造方案的确定根据对X62W铣床的了解及对其控制电路的分

40、析现确定其改造的方案。5.9.1 改造要求1).因X62W铣床的操作方式有利于其灵活加工，所以设计完成后应使PLC控制能实现原有的操作功能。2).X62W铣床的进给运动是要压下机械离合器才能完成，因此我们保留其手柄。在设计时不改变其机械结构，只对其控制电路进行改造。5.9.2 改造原则控制逻辑不变更，从分析原有继电接触式控制系统的控制逻辑着手，根据继电接触式的控制逻辑与PLC的控制逻辑等效的原则进行改造。5.9.3 改造步骤1).按控制要求进行I/O分配，编制“I/O分配表”；2).选择PLC机型；3).画出PLC输入、输出端接线图；4).按X62W铣床操作的实现，分块设计PLC程序，大体分为

41、主轴控制程序设计和工作台进给控制程序设计两部分，并对程序进行调试修改完善，完成X62W铣床控制部分的PLC改造设计；5).用MCGS软件设计其远程控制界面，并在PLC机外部设备上联上计算机实现其远程控制。5.10 PLC控制设计I/O分配根据X62W铣床的控制要求分配PLC的输入、输出点。输入信号分配见表5.2；输出信号分配见表5.3。表5.2 输入信号地址分配表名称功能编号名称功能编号SB1停止按钮X0FR2进给电机热继电器X7SB3启动按钮X1SA1工作台转换开关X20SA2制动开关X2SQ6进给变速冲动按钮X21SQ7主轴变速冲动按钮X3SQ1工作台左移开关X22FR1主轴电机热继电器X

42、4SQ2工作台右移开关X23FR3冷却泵电机热继电器X5SQ3工作台前移、上升开关X24SB5快速移动按钮X6SQ4工作台后移、下降开关X25表5.3 输出信号地址分配表名称功能编号名称功能编号KM1主电动机起动接触器Y0YC1电磁离合器（快速传动链）Y20KM2进给电动机正转接触器Y1YC2电磁离合器（工作传动链）Y21KM3进给电动机反转接触器Y2YB主轴制动电磁制动器Y225.11 PLC选型机型选择的基本原则是在功能满足要求的前提下，保证可靠、维护使用方便以及最佳性能价格比。5.11.1 选型时注意的问题选择PLC的型号时，性能上主要应考虑以下的问题：1).控制系统对PLC指令系统的要

43、求。对于小型的仅需开关量控制的单台设备，一般的小型PLC便可以满足要求。如果系统要求PLC完成模拟量与数字量的转换、PID闭环控制、运动控制等工作，PLC则应有算术运算、数据传送等功能。2).估计对存储容量的要求在初步估算时，对于开关量控制系统，将I/O点数乘以8，就是所需的存储器的字数。一般的PLC都能满足这一要求。3).PLC的物理结构的选择按照物理结构，PLC分为整体式和模块式，整体式的PLC每一I/O点的平均价格比模块式PLC的价格要低。但模块式PLC的功能扩大展方便灵活，维修方便。因此对比较复杂的、要求较高的系统一般选用模块式。小型PLC常采用整体式用于工业生产中的单机控制；大、中型

44、PLC一般采用模块式，可根据生产实际的不同要求配置不同的模块。4).对PLC功能的特殊要求对于PID闭环控制、快速响应、高速计数和运动控制等特殊要求，可以选用有相应特殊I/O模块的PLC。5).对PLC通信联网功能的要求如果要求将PLC纳入工厂的自动控制网络，PLC应有通信联网的功能。备有串行通信接口的PLC可以连接打印机、CRT、及其他PLC和上位计算机。5.11.2 选型分析X62W铣床的控制分析情况如下：1).PLC只需控制X62W铣床这一单台设备属于单机控制；2).X62W铣床是由开关量控制的，其控制电路的输入信号均为开关量，所以选型时，主要根据I / O 点数来选型 。其输入信号不少

45、于14个，输出信号不少于6个；3).其总的I / O点数为20个，估算其存储容量大概为20*8=160字节；4).由前面所分析的X62W铣床的控制要求可知，它的控制逻辑是顺序控制，因此一般的PLC都能满足，不需要考虑PLC功能的特殊要求；5).要实现远程控制，其输入模块工作电压选择直流24V；6).由X62W铣床控制输出为直流和低频交流负载电路，选择PLC的输出模块为继电器输出，并且继电器输出价格便宜、使用电压范围广、承受瞬时过电压和过电流的能力强、有隔离作用。综上分析，选择物理机构为整体式，I/O点数在64点以内，程序存储容在1000字节以内的超小型PLC。同时在综合考虑此类PLC产品的控制

46、环境的适应性、通用性、及性能价格比等因素。我们选择通用性较强、结构简单、价格比较低的日本松下电工生产的FP0系列的PLC。5.11.3 选择型号控制单元选取FP0-C16系列，其I/O点数分别为8、8，连接方法选择连接器型，故部件号选择为FP0-C16RM；扩展单元选取FP0-E16系列，其I/O点数分别为8、8，连接方法选择连接器型，故部件号选择为FP0-E16RM。5.12 PLC输入、输出接线PLC的输入、输出接线如下图5.9所示。图5.9 PLC I/O接线图5.13 PLC程序设计5.13.1 编程软件选择日本松下电工公司开发的PLC软件有三种，一种是DOS环境下使用的NPST-GR

47、；另两种是Windows环境下使用的软件：FPWIN-GR和FPSOFT。这三种软件的功能和操作步骤大同小异。均支持所有松下公司生产的PLC产品。根据我校实验室设备情况，我们选用Windows环境下运行的FPWINGR的编程软件来编程设计。该软件能实现以下功能：对PLC程序和注释的输入及编辑；程序检查；运行状态和数据的监控及测试；系统寄存器和PLC各种系统参数的设置；程序清单和监控结果等文档的打印；数据传输及文件管理。5.13.2 主轴控制设计主轴程序设计又可分为主轴起停、换刀制动、变速冲动程序设计。1).起停设计图5.10 起停设计2).主轴变速冲动设计a.设计要求变速冲动实际上是使主轴变速

48、时有瞬时点动的功能。设计时在起停设计的基础上加上点动功能。图5.11 主轴变速冲动设计b.调试分析经演示后发现图5.11所编程序是错误的。它不能实现瞬时点动的功能。在X3从1转变为0的过程中Y0不能从1变为0。主要是X3常开触点闭合，Y0线圈得电，它的辅助常开触点闭合。X3的常闭触点不能切断X1的自锁，使X3常开触点断开时，其常闭触点闭合，电流经Y0辅助触点X0X3X4X5X2Y0线圈构成一条闭合的线路，使电动机M1不能停转造成打坏齿轮。这一程序的设计思路与继电器控制的逻辑相同，显示继电器控制的不足之处：SQ7动合触点断开的过程中，SQ7动断触点已闭合，但交流接触器的线圈KM1的辅助触点未断开

49、，使线圈KM1不能失电，电动机M1仍转动。c.修改完善程序经离线编辑，修改调试后能完成主轴变速冲动的程序如图5.12所示。图5.12 主轴变速冲动设计中间加继电器R1间接控制解决了上述问题。3).主轴电动机制动与换刀制动程序设计停止制动时，复式停止按钮的常开触头X1闭合，使电磁制动器Y22得电实现了停止制动。换刀制动时，制动开关X2接通，断开电动机M1，使电磁制动器线圈Y22得电，主轴处于制动状态不能转动，保证上刀换刀的顺利进行。图5.13 主轴电动机制动与换刀制动程序设计4).主轴控制的设计程序把主轴分段设计的程序连接起来运行调试，演示后能完成主轴各项操作功能的程序如下图5.14所示图5.1

50、4 主轴控制的设计5.13.3 工作台进给控制设计工作台进给程序设计又可分为快速移动设计，水平工作台纵向、横向、垂直进给设计，水平工作台变速时的瞬时点动设计，圆工作台运动设计。1).水平工作台的纵向、横向、垂直进给运动设计水平工作台左、右、前、后、上、下六个方向上的进给运动是相互联锁的。铣床不能同时在几个方向上实现进给，只能在一个方向上实现进给。图5.15 工作台进给控制设计2).水平工作台变速时的瞬时点动设计SQ6实现变速冲动时要求：工作台进给时不能变速，SQ6与SQ1、SQ2圆工作台联锁。其PLC控制程序设计如下：图5.16 瞬时点动设计3).圆工作台的运动控制程序设计a.设计要求圆工作台

51、只能做单方向旋转。因圆工作台的控制电路串联了水平工作台的行程开关SQ1SQ4的动断触点。要求按下水平工作台的任何一行程开关，圆工作台都会停止转动。b.设计分析1).SA1闭合时KM2线圈得电，即X20为1时，Y1为1；2).按下SQ1SQ4的任何一行程开关，圆工作台都停止旋转，即在X20为1时，X22、X23、X24、X25中任何一个值为1，Y1就为0；3).水平工作台与SQ6互锁，即X21为1时，Y1为0。c.调试完成程序图5.17 圆工作台的运动控制程序设计在原有程序的基础添加互锁即可满足控制要求。4).快速移动控制程序设计用PLC一软继电器R3代替继电接触式控制中的快速接触器KM4来实现

52、工作台快速移动。图5.18 快速移动控制程序设计用PLC编程控制使铣床的输出元件省去了一个快速接触器。5).工作台进给程序经修改调试完善后能完成工作台进给运动操作的控制程序如下图5.19所示图5.19 .工作台进给程序5.13.4 X62W铣床的控制程序由X62W铣床的控制电路分析可知其主轴控制和进给控制是通过交流接触器KM1的辅助常开触点KM1顺序控制的。因此在工作台进给控制程序中加开关Y0把主轴控制和工作台进给控制连接起来。经修改完善，调试成功的X62W铣床控制部分的PLC程序设计梯形图如图5.20所示，其助记符如图5.21所示。图5.20 X62W铣床控制部分的PLC程序设计梯形图其助记

53、符如下图5.21 助记符5.14 远程控制设计5.14.1 设计步骤 用MCGS组态软件实现其上位机的远程控制，其设计步骤如下：1).在MCGS组态环境中新建工程X62W铣床远程控制，在工作平台的用户窗口中建立X62W窗口。双击X62W窗口进入动画组态，绘出X62W铣床的结构图2).从工具箱中的插入元件中选取指示灯表示主轴转动、圆工作台旋转和主轴制动等操作；选择控制电路的按钮，在主轴控制板上插入起动、停止、制动按钮；在进给控制板插入工作台转换开关、工作台左移、右移开关，升降台上升、下降开关及工作台与升降停止运动的中位开关。并插入滑动输入器表示工作台与升降台位移和位置。3).在工作台的实时数据库中添加数据对象并对其属性进行设置。为下面的动画连接做准备。4).对组态中的元件设置动画组态