Y3150E型滚齿机的PLC改造

1、需说明书、图纸等完整设计请加叩叩22158911512XXXX毕业设计说明书题 目：Y3150E型滚齿机的PLC改造 学 院： XXXX 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： XXXX 姓 名： XXXX 指导教师： XXXX 完成日期： 2012年5月27号 XXXX毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目： Y3150E型滚齿机PLC系统改造 学号： XXXX 姓名： XXXX 专业： 机械设计制造设计及其自动化 指导教师： XXXX 系主任： 周友行 一、主要内容及基本要求 本课程设计完成对Y3150E型滚齿机控制系统的PLC改造。主要完成改造系统的PLC硬件设计和软件设计，并对滚齿

2、机进行改造后的试切验证。需编写相应的设计说明书，并用二维软件绘制电气原理图、I/O端口电路接线图、PLC梯形图。最后还需翻译一篇外文文献。 二、重点研究的问题 滚齿机控制系统改造的总体方案设计以及其硬件设计和软件设计。 三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1熟悉课题及基础资料第一周2调研及收集资料第二周3方案设计与讨论第三四周4滚齿机PLC控制系统的设计第五八周5滚齿机的电气原理图和梯形图设计第九周6I/O端口电路接线图设计第十周7撰写说明书第十一十三周8英文文献翻译，答辩第十四周四、应收集的资料及主要参考文献 1 王永华.现代电气控制及PLC应用技术M.北京航空航天大学出版社. 2 朱朝

3、宽，张勇.典型机床电气控制解析与PLC改造实例M.机械工业出版社. 3 李响初,向凌云，余雄辉.实用机床电器控制线路200例M.中国电力出版社. 4 马应用，王阿根.电气可编程控制原理M.清华大学出版社. 5 张建民.机电一体化系统设计M.高等教育出版社. 6 濮良贵，纪名刚.机械设计M.高等教育出版社. 7 海心，赵华.机电传动控制M.高等教育出版社. 8 张海根.机电传动控制M.高等教育出版社. 9 张万奎.机床电气控制技术M.中国林业出版社. 10 马应用，王阿根.电气可编程控制原理M.清华大学出版社. 11 漆汉宏.PLC电气控制技术M.机械工业出版社. 12 李国厚.PLC原理与应用

4、设计M.化学工业出版社. 13 台达PLC编程手册. XXXX 毕业论文（设计）鉴定意见 学号： XXXX 姓名： 刘 志 木 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 50 页 图 表 3 张论文（设计）题目： Y3150E型滚齿机的PLC改造 内容提要： 本课题是利用PLC对原有Y3150E型滚齿机进行改造，主要是对其控制系统的改造。由于市场的竞争日趋激烈；产品的更新换代也越来越快；对机床的要求也越来越高。因此通过对机械设备的硬件改造，用多台伺服电机对各运动部件直接进行控制，利用PLC实现各轴的联动。利用PLC软件的特点，根据加工工件的参数不同，输入工件关键的参数后系统能够自

5、动实现各轴之间的速度调节，无需操作人员进行挂轮操作。而且还可以利用传感器对运动部件的位置进行跟踪和检测，采用触摸屏作为人机交换界面，有利于参数额的输入和加工过程的检测。该改造的主要任务是对加工任精度的提高和操作效率的提高。此外还需利用CAD画出该改造过程中所用PLC的I/O端口电路接线图、电气原理图、梯形图等。指导教师评语指导教师： 年 月 日答辩简要情况及评语答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见答辩委员会主任： 年 月 日目录摘要1 Reconstruction of Y3150E Precision Gear Hobbing Machine by PLC2一. 绪论31.1 课题的依据

6、31.2 课题的研究意义41.3 课题的现状分析41.4 PLC简介5二.PLC系统总体设计方案概述112.1传统滚齿机控制系统的功能与技术指标112.2 PLC控制系统设计方案14三.硬件系统的设计17 3.1 PLC173.2 伺服系统193.3 触摸屏20 3. 4 传感器21 3. 5 电源电路21 3. 6 硬件连接23四.软件系统的设计与调试284.1 数控化改造的电气要求294.2 I/O点的分配30 4. 3 PLC梯形图设计32五.期望与总结34致谢36参考文献37附录1 Y3150E滚齿机相关技术参数38附录2 外国文献翻译39 Y3150E型滚齿机PLC控制系统的改造摘

7、要作为机电一体化重要技术的可编程序控制器(PLC)产品的集成度越来越高,工作速度越来越快,功能越来越强,使用越来越方便,特别是远程通信功能的实现,易于实现柔性加工和制造系统,使得PLC如虎添翼。本文简要的介绍了Y3150E型精密滚齿机的控制原理，并利用PLC对滚齿机进行改造，设计PLC控制系统，使滚齿机的控制更加方便。关键词：滚齿机，控制系统，机电一体化，PLCReconstruction of Y3150E Precision Gear Hobbing Machine by PLCAbstractIn recent years, as an important technology in M

8、echatronics, Programmable Logic Controller (PLC) products are more integrated, working faster and faster, more powerful in function, more and more convenient to use, especially in telecommunications function implementation, it is easy to implement flexible processing and manufacturing systems, makes

9、 the PLC even more powerful. This article briefly describes Y3150E Precision hobbing machine control principle, and to use PLC to reform of the hobbing machine, PLC control system designed to enable gear hobbing machine control more convenient.Keyword：Hobbing Machine,Control System, Mechatronics, PL

10、C第1章 绪论1.1 课题的依据本课题依据于PLC对Y3150E型精密滚齿机控制系统的数控改造。原Y3150E型精密滚齿机采用纯机械的传动链，传动精度低、调整复杂,无法满足大批量、多品种、高精度齿轮的加工要求,且机床电气故障比较突出,有些机床甚至无法使用,如果淘汰了重新购置则投资太大.由于润滑充分,这些机床的导轨、丝杠、丝母、滑台及工作台的涡轮蜗杆等磨损不大,机床机械精度保持较好,具备进行改造的基本条件,且改造投资少、见效快。而PLC控制具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点，并采用交流伺服电机对其主轴进行控制，原设备中的一些机械设备都予以保留，使一些设备得到

11、了充分利用，节省了许多资金，属于改造的基本原则。同时设备的操作灵敏度，控制要求都达到厂家的要求，使设备能够很好的为厂家发挥很大的作用。因此对其进行PLC的数控改造具有非常高的经济价值。 图1.1 传统的机械传动式滚齿机 1.2课题的研究意义课题的意义是设备更新，购置新型数控滚齿机、提高企业对产的加工能力，增强产品市场的竞争能力是企业提高市场竞争能力的首选。但新机床购置费用高，且旧机床的闲置必然造成很大的资源浪费。因此对原有机床的PLC改造显得尤为重要。利用旧机床进行改造具有一下几点优势： 1）投资额小、开发成本低数控化机床改造的低成本投入是推动数控改造市场迅速发展的关键因素.与购置新机床相比较

12、,一般可以节省60%-70%的费用，改造费用低。特别是大型特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只需花费新机床购置费用的三分之一，即使将原机床的结构进行彻底改造升级，也只需要花费购置新机床50%的资金。并且企业可以充分利用现有地基，不必像购入新设备那样重新构筑地基。 2）了解设备、便于操与维修，减少后期的培训、维修成本； 3）使用灵活、性能更稳定； 4）可充分利用现有的条件使企业更快地投入生产； 5）可有效的扩大加工范围，提高加工精度； 6）提高机床的自动化程度及生产效率； 7）缩短生产和生产准备周期； 8）减轻工人劳动强度，改善劳动条件。同时经过PLC数控改造的滚齿机直接采用伺服电机驱动内联传

13、动链两端件，取消中间传动齿轮，通过PLC控制装置控制各电机的转速实现远程控制，向最终实现齿轮加工的集成化迈进。1.3课题现状分析国内外的基本研究情况是滚齿机从制造技术和核心技术来看，其发展历程可分为两大阶段：20世纪80年代之前，以传统的机械式滚齿机为主导。传统的机械滚齿机以手动操作为主，以一台主轴电机的运行利用齿轮挂箱实现各运动部件的转速控制和转速联动，劳动量大且传动链长难以保证加工精度；20世纪80年代数控滚齿机问世，数控滚齿机按其机床结构和工作特点及制造技术可分为三代:第一代数控滚齿机为工件轴和滚刀轴的切削线速度，第二代滚齿机应运而生。其工件轴和滚刀轴采用齿轮副传动，速度有了很大提高。但

14、该机床传动链长，加工精度不易保证。同时，加工不同工件时需要进行必要的挂轮操作，劳动强度大，效率低。1997年，美国格里森收购了发明世界上第一台滚齿机的德国普发特公司，联手研发了第三代数控滚齿机。第三代滚齿机的主要特点是在滚刀主轴和工件主轴上采用电动主轴的直接驱动技术，缩短了传动链从而保证了高速度、大转矩和高精度的滚齿加工。近十年间，格里森公司又开发出第四代滚齿机GENESISTM 130H，它比普通数控滚齿机的性能有了很大的提升（见表11），这也是当今世界上唯一的第四代数控滚齿机。机床采用西门子840D数控系统，具有7个数控轴（X轴式径向轴，Y轴式切向轴，Z轴式轴向轴，A是刀架旋转轴，B是滚刀

15、主轴，C是工件轴，Z2是尾架轴），其中4个是联动轴（X、Z、B和C）；采用干切技术，高速钢滚刀切削，转速达955r/min，线速度达180m/min，完成单件全部过程仅需19s；精度高于DIN Class7；用于高精密加工时可达到DIN Class5甚至更高，真正达到高精度、高速度。 表1.1 GENESISTM130H数控滚齿机与普通数控滚齿机的切削情况比较 工件 切削参数项目GENESISTM130H普通数控滚齿机齿数34 刀具转速955r/min300r/min模数1.3589mm表面切削速度180m/min71r/min压力角14.267°进给速度2mm/r1.75mm/r螺

16、旋角19.401°切削时间15s54.9s全齿深3.2mm装夹时间4s12s外径53.12mm每件总时间19s66.9s齿宽28.346mm件数/h189.5Pcs53.8Pcs 注:以上数据根据各机床能力选用的刀具等有所不同目前，国内的齿轮加工企业却面临很大的窘境。我国机械加工业与发达国家相比总体水平较低，而且大部分中、小型企业的齿轮加工设备仍使用传统的手动机械机床，而传统的齿轮加工机床已越来越难以适应现代化生产的要求。使用传统的机械滚齿机加工齿轮，产品精度得不到保证，并且加工劳动强度大、效率低，这样导致企业生产成本高，企业竞争力差。分析齿轮加工过程，导致产品精度误差的来源很多，但

17、其中大部分误差是由机床自身的问题引起的。另外齿轮加工在国民经济发展中也占有重要位置，据统计：十五期间，中国齿轮行业总产值由250亿元增长到500亿元，平均增长速度接近20%，五年间上升了一倍，排名世界第四，销售规模上亿元企业超50家，行业集中度明显提高。2006年中国齿轮行业的年产值是590亿。但是，传统的机械滚出机床结构非常复杂，一台主电机不仅要驱动展成分度传动链，还要驱动差动和进给传动链，个传动链中的每一个传动元件本身的加工误差都会影响被加工齿轮的加工精度，同时为加工不同齿轮，还需要更换各种挂轮调整起来复杂费时，大大降低了劳动生存率。而现在我国大约有五万台已陈旧滚齿机，加工不出GB1009

18、5-88标准的7级齿轮。因此，改造机床、减少机床误差是提高产品精度、增强企业市场竞争力的有效途径。分析齿轮加工过程，导致产品精度误差的来源很多，但其中大部分误差是由机床自身的问题引起的，因此，改造机床减少机床误差是提高产品精度，增强企业市场竞争能力的有效途径。传统机械滚齿机加工误差分析见下表1.2： 表1.2 普通机床各误差源对加工精度的影响程度 机床误差（%） 几何误差（%） 2030 热误差（%） 2535 机床总误差（%） 4565加工过程误差（%） 刀具误差（%） 1015 夹具误差（%） 工件热误差（%） 操作误差（%）加工过程总误差（%）5检测误差（%） 安装误差（%） 25 不确

19、定误差（%） 810 检测总误差（%） 1015 由表1.2可以看出，齿轮加工的误差来源较多，而机床误差就达到误差总额的45%65%。因此，更新设备，减少机床自身的误差比对其他误差的纠正更有意义和价值。 图1.2 GENESISTM130H数控滚齿机 图1.3 GENESISTM130H的7个数控轴 1.4 PLC简介现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电

20、气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。PLC作为机电一体化的一个重要的进程，在机械电气化的过程中起着很大的作用，现在还是这样，随着PLC本身的发展，它的应用范围越来越广，功能越来越强大。可编程序控制器（programmable Logic Controller）是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、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的外围设备，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。 PLC的国内外

21、的状况在工业生产过程中，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，美国数字设备公司（DEC）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 ,是世界上公认的第一台PLC.限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了

22、微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。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）。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使

23、其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。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

24、制领域处于统治地位的DCS系统。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应

25、用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。 PLC的组成及特点从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、

26、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。这里主要介绍一下它的CPU，CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，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

27、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。 PLC的用途PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置,使其应用受到限制。但近年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降,使PLC的成本下降,同时又由于PLC的功

28、能大大增强,使PLC 的应用越来越广泛,广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业。PLC的应用通常可分为五种类型：（1）顺序控制  这是PLC应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。PLC可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。（2）运动控制  PLC制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模版。在多数情况下，PLC把扫描目标位置的数据送给模版块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。每个轴移动时，位置控制模

29、块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（CNC）装置体积更小，价格更低，速度更快，操作方便。（3）闭环过程控制  PLC能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模块的提供使PLC具有闭环控制功能,即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当过程控制中某一个变量出现偏差时,PID控制算法会计算出正确的输出,把变量保持在设定值上。（4）数据处理  在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。著名的日本FA

30、NUC公司推出的Systen10、11、12系列，已将CNC控制功能作为PLC的一部分。为了实现PLC和CNC设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。通过窗口软件，用户可以独自编程，由PLC送至CNC设备使用。美国GE公司的CNC设备新机种也同样使用了具有数据处理的PLC。预计今后几年CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。（5）通信和联网  为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）及集散控制系统（DCS）等发展的需要，必须发展PLC之间，PLC和上级计算机之间的通信功能。作为实时控制系统，不仅PLC数据通信速率要求高，而且要考虑出现停

31、电故障时的对策。 PLC常用语言可编程控制器中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单控制功能，例如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，扩展或增强指令集，它们也能执行其它基本操作。功能表图语言和语句描述语言是高级程序设计语言，它可需要去执行更有效操作，例如，模拟量控制，数据操纵，报表报印和其他基本程序设计语言无法完成功能。功能模块图语言采用功能模块图形式，软连接方式完成所要求控制功能，它可编程序控制器中到了广泛应用

32、，集散控制系统编程和组态时也常常被采用，它具有连接方便、操作简单、易于掌握等特点，为广大工程设计和应用人员所喜爱。 可编程器应用范围，程序设计语言可以组合使用，常用程序设计语言是：  梯形图程序设计语言； 布尔助记符程序设计语言（语句表）； 功能表图程序设计语言； 功能模块图程序设计语言 ； 结构化语句描述程序设计语言；  梯形图与结构化语句描述程序设计语言 ； 布尔助记符与功能表图程序设计语言；   布尔助记符与结构化语句描述程序设计语言。 第二章 PLC系统总体设计方案概述完成一个改造设计的前提是对需改造对象性能的全面掌握，了解改

33、造前设备存在的问题从而确定改造中需要解决的问题，确定改造目标后再进行系统的设计。2.1传统滚齿机控制系统的功能与技术指标传统滚齿机的类型较多，控制电路各不相同，但都存在相同的问题，即利用齿轮挂箱实现各运动部件的转速控制和联动。过长的传动链是导致产品加工精度低的主要原因。这里先对先对Y3150E型滚齿机做简单电路分析，以明确滚齿机的基本工作原理。Y3150E型滚齿机电气电路分析Y3150E型滚齿机的电气控制线路图如下图2.1所示： 图2.1 Y3150E型滚齿机的电气控制线路图 1. 主电路 主电路共有四台电动机，其中M2是主轴电动机，利用KM2与KM3实现正反转控制。KM2吸合电机M1正传时实

34、施进给加工，KM3吸合M1反转时进行退刀。轴向快速运动电机由接触器KM5、KM6实现正、反转控制。液压泵电机由接触器KM1控制。主轴的运转利用齿轮挂箱可带得刀具高速旋转和刀具的横向进给，加工不同工件时应按要求选择不同的齿轮挂箱，利用齿轮传动实现各主轴转速调节和转速联动；M3是冷却泵电动机，只要求单向旋转；冷却泵电机M3由KM4控制，即KM4吸合则M3工作。但要注意的是M2必须在M1电动机工作后才能启动，为顺序控制。M1/M2要进行长时间工作，所以都装有过载保护。整个线路由一组总熔断器做短路保护。 控制电路 液压泵控制总开关SA1闭合，为控制电路接通做好准备，同时接通接触器KM1线圈电路，KM1

35、得电；液压泵电动机M1主电路闭合工作，为液压系统提供压力油，为传动元件提供润滑油，保证旋转元件在工作之前得到充分的润滑。 主电动机控制 滚齿过程中的主要运动都是由电动机M2提供，先将转换开关SA3转换到KM2线圈电路，此时按下按钮SB1，接触器KM2线圈电路接通，利用其常开触点使KM2自锁，主触点闭合，电动机M2正转，主电路接通，电动机M2通过外联系传动链带动滚刀正转（逆铣），由滚刀轴通过内联系或者外联系传动链带动刀架、工作台运动，当刀架运动到上方或者下方的极限位置时，由行程开关SQ2和SQ4进行极限位置保护，压下行程开关，接触器KM2线圈断电，电动机M2停止转动。当SA3转换到KM3线圈回路

36、位置，按下按钮SB1时，接触器KM3将得电并自锁，电动机M2反转，带动刀具作顺铣加工。当按下按钮SB3时，其常开触点闭合，接通接触器KM2或KM3电路。但由于SB3的常闭触点切断了KM2或KM3线圈的自锁回路，接触器线圈回路不能自锁，电动机M2只能点动旋转，为机床点动调整控制状态，有利于调整各个运动部件之间的相对位置。 冷却泵电动机控制在主电动机的工作工作状态，即KM2或KM3线圈得电的情况下，将转换开关SA5置于闭合状态，接触器KM4线圈电路闭合，线圈得电，主触点接通电动机M3主电路，冷却泵工作，为切削过程提供切削液。 轴向快速移动点动控制刀具在加工完毕，轴向返回初始位置或作刀架的轴向调整时

37、，刀架需要作快速移动。为了减少传动元件和缩短辅助时间，利用快速电动机带动刀架作轴向运动。在作快速移动之前，将刀架轴向工作进给的传动链切换到由快速电动机带动的传动链。扳动手柄接通快速运动机械离合器，断开工作进给传动链，压下行程开关SQ3，然后按下按钮SB4，接触器KM6线圈电路接通，其主触点闭合，快速移动电动机M4正转，电动机带动刀架快速从底端向上运动，由于KM6线圈回路没有自锁，电动机只能点动工作，松开按钮Sb4，则运动停止。当按下按钮SB5时，接触器KM5得电，接通电动机M4的反转电路，轴向快速移动电动机M4反转，带动刀架作由上向下的快速移动。接触器KM5的常开触点闭合，接通电磁阀电磁铁YA

38、2电路，平衡液压缸工作，使得快速向下移动平稳。 径向运动控制为了能够调整刀具与工件的径向位置和加工蜗轮的需要，工作台能够作径向运动，其运动由液压系统提供动力，当转换开关SA4闭合后，电磁铁YA1得电，液压缸推动工作台作径向运动。 其他控制内容照明电路采用24V电源，当将转换开关SA2闭合时，照明电路接通，灯HL亮。指示灯电路主要有电源指示灯HL1、润滑油指示灯HL2、主电动机过载指示灯HL3，在合上电源总开关（低压断路器）QF1时，指示灯HL1亮，标志电源接通；当润滑油减少到一定程度时，安装在液压缸中的浮子继电器KF触点闭合，指示灯HL2亮，提醒操作者及时添加润滑油，以监控润滑油；当主电动机过

39、载时，热继电器FR2常开触点闭合，指示灯HL3亮，提示操作者系统有故障，主电动机过载。四台电动机之间的关系为顺序控制。3.运动分析通过对滚齿机进行各种加工操作的运动分析，确定滚齿机运动要求如下： 1.动作要求： 主轴的高速旋转且转速可调：5495rpm 滚刀的高速旋转且转速可调：5004000rpm 滚刀的横向进给且进给速度可调：快速时5000mm/min 上述三种速度可根据相关参数实现联动。滚齿机工作时，要求能够实现这三个转速在很大的范围内连续可调，并保证三速度之间存在一定的函数关系。在传统滚齿机上是利用齿轮挂箱实现三者之间的联动和速度控制的。 2.进给控制要求： 工作台的垂直方向进给； 滚

40、刀的横向进给。 应该注意的是滚刀的垂直进给和滚刀的横向进给应该实现双速运行，位置较远时可高速进给，当达到一定位置时，由传感器发出信号改为低速进给。另外，加工不同工件，应选择不同的转速比，即电机的转速应该可以按要求调节。 3.保护功能： 垂直进给行程开关（上下位置）； 横向进给行程开关（左右极限位置）。 在传统机床电路中，行程开关是常见的位置限制元件，在电气控制中是必不可少的。 4.Y3150E型滚齿机的参数指标 Y3150E型滚齿机的参数指标如表2.1所示： 表2.1 Y3150E型滚齿机参数指标 项目参数数据最大加工直径500mm最大加工模数8mm最大加工宽度250mm工件上最小齿数6刀架最

41、大回转角度240°刀架最大垂直行程（Z轴）300mmZ轴分辨率0.001mm工作台直径510mm工作台到立柱最大距离835mm工作台到立柱最小距离380mm工作台水平移动行程（X轴）310mmX轴分辨率0.001mm允许安装的最大滚刀直径160mm滚刀的转速5004000rpm滚刀横向进给速度（快速）500mm/min滚刀最大的的轴向运动量55mm滚刀轴线到台面的距离最大535mm最小253mm工件轴线到滚刀轴的距离最大330mm最小20mm主轴转速范围40250mm主电动机功率5.5KW机床净重500kg此次改造要求是将机械滚齿机改造为数控滚齿机，由于机床设备自身的一些特点，改造过

42、程中将对上述参数有较大的调整，如各运动部件的行程距离、齿轮加工角度等，但改造最主要的任务是对加工精度的提高和操作效率的提高。 图2.2 Y3150E型滚齿机数控改造后的传动原理图2.2 PLC控制系统设计方案在传统滚齿机中，最大的问题是齿轮挂箱的使用。在传统滚齿机进行滚齿加工操作时，为了保证各运动部件的同步进给，利用了齿轮挂箱的齿轮传动链实现三轴联动并实现速度匹配的，这使得传动链过长，难以保证加工精度；同时加工不同工件时，因加工齿轮齿数、模数等重要参数的不同，需要进行挂轮操作进行换档换速，此类操作使得劳动量大，生产效率低。传统滚齿机的传动示意图如图2.3所示。图中齿轮的传动误差为齿轮加工误差的

43、主要来源。为了克服传统滚齿机中因机械传动复杂而导致加工精度低、劳动强度大的缺点，对滚齿机的硬件进行了改造、减少传动链，并利用软件进行控制，以实现三轴联动并进行调速，以期达到提高加工精度、降低劳动强度的目的。 图2.3 传统滚齿机传动示意图 1 设计思路 通过机械设备的硬件改造，用多台伺服电机对各运动部件进行直接控制，利用PLC实现各轴联动，这样去掉传统滚齿机中的传动齿轮，实现零件传动从而减小齿轮的传动误差，增强了设备的刚性，提高了齿轮加工精度。 利用PLC软件的功能特点，根据加工工件参数的不同，输入工件关键的参数后，系统能自动实现三轴之间的速度调节，无需操作人员进行挂轮操作，降低劳动量，提高加工效率。 利用传感器对运动部件的位置进行跟踪和检测，将检测到的数据传递给PLC，由PLC做出更为及时、更为精确的控制调整，提高加工精度。同时实现控制过程的自动化。