X62W万能铣床电气控制线路的PLC改造毕业设计

1、2010届毕业设计任务书一、课题名称X62W 万能铣床电气控制线路的 PLC 改造二、指导老师张朝霞三、设计内容与要求62W 万能铣床是一种通用的多用途机床,它可以进行平面、斜面、螺旋面及成型表 面的加工,它采用继电接触器电路实现电气控制。可编程控制器(以下简称 PLC 专为 工业环境应用而设计,其显著的特点之一就是可靠性高,抗干扰能力强。将 X62W 万能 铣床电气控制线路改造为 PLC 控制, 可以提高整个电气控制系统的工作性能, 减少维护、 维修的工作量。(1绘制 X62W 万能铣床电气控制原理图(2进行 PLC 选型及 I/O分配(3 PLC 控制程序的编写(4按要求撰写毕业设计说明书

2、(5绘制设计图样1 X62W 万能铣床系统电气原理图2 PLC 的 I/O接线图3电气控制系统的 PLC 控制梯形图4控制程序清单及注释四、设计参考书1 通过毕业设计培养学生综合运用所学的基础理论、基础知识、基本技能进行分 析和解决实际问题的能力(2 使学生受到 PLC 系统开发的综合训练,达到能够进行 PLC 系统设计和实施的 目的(3 掌握典型 X62W 铣床的工作原理和设计思路五、设计说明书要求1、杨士元 李美莺 栾永恒 葛孚明著 可编程序控制器编程、应用和维修 清华大学出版社2、李景学 金广业编 可编程序控制器应用系统设计方法电子工业出版社3、钟肇新 彭侃编译 三菱超小型可编程控制器

3、MELSEC-FX2系列使用手册4、李振安 主编 工厂电气控制技术 重庆大学出版社5、李茂林低压电器及配电电控设备选用手册辽宁科学技术出版社6、刘祖润 、 胡俊达主编 毕业设计指导机械工业出版社7、有关其它电气控制、 PLC 教材或设计手册六、毕业设计答辩及说明书要求1、封面2、目录3、内容摘要(200-400字左右,中英文4、引言5、正文(设计方案比较与选择,设计方案原理、计算、分析、论证、设计结果的 说明及特点6、结束语7、附录(参考文献、图纸、材料清单等七、毕业设计答辩及论文要求1、毕业设计答辩要求答辩前三天,每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料 交指导教师审阅,

4、由指导教师写出审阅意见。学生答辩时,自述部分内容包括课题的任务、目的和意义,所采用的原始资料或参 考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。答辩小组质询课题的关键问题, 质询与课题密切相关的基本理论、 知识、 设计方法、 实验方法、测试方法,鉴别学生独立工作能力、创新能力。2、毕业设计论文要求文字要求 :说明书要求打印 (除图纸外 ,不能手写。文字通顺,语言流畅,排版合 理,无错别字,不允许抄袭。图纸要求 :按工程制图标准制图,图面整洁,布局合理,线条粗细均匀,圆弧连接 光滑,尺寸标注规范,文字注释必须使用工程字书写。曲线图表要求:所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画

5、,必 须按国家规定的标准或工程要求绘制。摘 要该毕业设计首先介绍了可编程控制器 (PLC 概念及优点。 PLC 是面向用户的专用工 业控制计算机, 它具有可靠性高, 抗干扰能力强, 编程直观简单, 适应性好, 功能完善, 接口功能强等一系列优点并广泛的用于工业控制中,而传统的继电器控制,因其接触器 触点受机械运动的影响,触点寿命受到限制,故障率高,可靠性不及 PLC 控制,为此, 提出用 PLC 对我们工业加工应用中广泛应用的 X62W 万能铣床的控制系统进行改造,该 设计详细地对以上两种机床的控制线路进行分析, 并系统的介绍了利用 PLC 对这种机床 进行改造方法和方案。其中重点讲述了 PL

6、C 设计的方法和系统完成后的调试,对 PLC 的 选型和 PLC 的特性及使用环境也做了简单的介绍。 最后通过模拟仿真实验验证了该设计 方案具有一定可行性和可操作性。关健字 :X62W 万能铣床 PLCABSTRACTGraduated from the Design introduced the first Programmable Logic Controller (PLC and the merits of the concept. PLC is a dedicated user-orientedindustrialcontrol computer, it has a high reli

7、ability, strong anti-interference ability, simple and intuitive programming, adaptability, and improve the function, interface and a series of strong features and advantages for a wide range of industrial control, The traditional relay control, because of their contacts by mechanical contact,contact

8、islimitedlifexpectancy, the high failure rate, less than the reliability of PLC control, to that end, the authors propose to use PLC in our industrial processing applications, widely used the model of machine tools X62W universal milling machine , the detailed design of the machine tool to control t

9、he line analysis system and introduced the use of PLC for the kind of machine tools and methods to carry out reform programs . Which focus on the design of the PLC after the completion of the system and method of debugging, the PLC and PLC selection and use of the characteristics of the environment

10、have also done a brief introduction. Finally, through simulation experiments to verify the feasibility of a certain design and operationalKey words:X62W universal milling machine PLC 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书目 录第 1章 绪 论 . 1 1.1 概述 . . 1 1.2 可编程控制器简介 . 2 1.3 可编程控制器与继电器控制的比较与选型 . 5第 2章 X62W万能铣床概述 . 7 1.1 铣床概述

11、 . . 7 1.2 X62W万能铣床的主要结构及运动形式 . 8 1.3 X62W万能铣床的控制要求及电气控制线路分析 . 9第 3章 X62W万能铣床的 PLC 改造 . . 14 3.1 改造方案的确定 . 14 3.2 X62W万能铣床电气控制线路的 PLC 改造措施 . 14 3.3 X62W型万能铣床 PLC 控制 . 14 第 4章 调试过程 . 21 4.1 PLC的检查 . 21 4.2 模拟调试 . . 22 4.3 主轴电动机控制电路调试 . 22 4.4 进给拖动制电路调试(主轴起动后 . 23 第 5章 心得体会 . 25 参考文献 . . 26 附录 . 27第 1

12、章 绪 论1.1 概述本毕业设计论文以 PLC 在机床中的应用进行设计与论述, 机床是以各类电动 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, 是电气系 统其中的主干部分,在国民经济各行业中的许多部门得到广泛应用, 机床作为 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 。 自动机床 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。自动机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,机床控制的设计方案也越来越先进,越来越趋于完美, 各种参考文献也数不胜数 。 在我国 7080年代大多数机床中 ,

13、 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 , 给机床的安全和经济运行带来了不利影响 , 用 PLC 对机 床的继电器式控制系统进行改造已是大势所趋。 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

14、。可编程序逻辑控制器 (Programmable Logic Controller通常称为可编程控制器,英文缩写为 PLC, 是以微处理器为 基础, 综合计算机技术、 自动控制技术和通信而发展起来的一种通用的工业自动 控制装置,作为通用工业控制计算机,它具有体积小、功能强、程序设计简单、 灵活通用、 维护方便等优点, 特别是它的高可靠性和较强的恶劣工业环境适应能 力更是得到用户的好评, 它将传统的电器控制技术和现代计算机信息处理技术的 优点集合起来,成为工业自动化领域中最重要,应用最多的控制设备。 目前已广 泛应用于冶金、能源、化工、交通、电力等行业,并已跃居现代工业控制三大支 柱 (PLC、

15、机器人和 CAD/CAM的首位。机床是一种典型的机械、液压、电气一体 化协同控制的通用加工机床。其液压、电气配合时间的控制部分,且故障率高 ; 故障现象多变,不易排除。 本设计则是将 PLC 灵活应用与机床电气控制中, 取代 了传统的机床电气控制中以继电器、 接触器为主体的控制装备。 充分利用 PLC 的 可靠性和时间控制的精确性对其进行改造,可以获得较好的效果。设计中选取了 : X62W万能铣床。 X62W 万能铣床是一种通用的多用途机床, 它可以进行平面、斜面、 螺旋面及成型表面的加工, 它采用继电接触器电路实现 电气控制。 PLC 专为工业环境应用而设计,其显著的特点之一就是可靠性高,抗

16、干扰能力强。将 X62W 万能铣床电气控制线路改造为可编程控制器控制,可以提 高整个电气控制系统的工作性能,减少维护、维修的工作量。1.2 可编程控制器简介可编程控制器是 60年代末在美国首先出现,当时叫可编程逻辑控制器 PLC (Programmable Logic Controller , 目的是用来取代继电器, 以执行逻辑判断、 计时、计数等顺序控制功能。 PLC 的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、 通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、 操作方便、 价格便宜等优点结合起来, 控制器的硬件是标准的、通用的,根据实际应用对象, 将控制内容编成软件写入 控制器的用户程序存储器内。控制器

17、和被控对象连接方便。随着半导体技术, 尤 其是微处理器和微型计算机技术的发展,到 70年代中期以后, PLC 已广泛地使 用微处理器作为中央处理器, 输入输出模块和外围电路也都采用了中、 大规模甚 至超大规模的集成电路, 这时的 PLC 已不再是逻辑判断功能, 还同时具有数据处 理、 PID 调节和数据通信功能。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、计算和算术运算等操作的指令,并通过数字式 和模拟式的输入输出,控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 是微机技术与传统 的继电接触控制技

18、术相结合的产物, 它克服了继电接触控制系统中机械触点的接 线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用微处理器的优 点。 可编程控制器对用户来说,是一种无触点设备,改变程序即可改变生产工 艺,因此可在初步设计阶段选用可编程控制器, 在实施阶段再确定工艺过程; 另 一方面, 从制造生产可编程控制器的厂商角度看, 在制造阶段不需要根据用户的 订货要求专门设计控制器,适合批量生产。 由于这些特点, 可编程控制器问世以 后很快受到工业控制界的欢迎,并得到迅速的发展。目前, 可编程控制器已成为 工厂自动化的强有力工具,得到了广泛的应用。1.2.1 PLC的结构及各部分的作用可编程控制器的结

19、构多种多样, 但其组成的一般原理基本相同, 都是以微处 理器为核心的结构。通常由中央处理单元(CPU 、存储器(RAM 、 ROM 、输入输 出单元(I/O 、电源和编程器等几个部分组成。1.中央处理单元(CPU CPU作为整个 PLC 的核心,起着总指挥的作用。 CPU 一般由控制电路、运算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成 电路的芯片上。 CPU 通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出 接口电路连接。 CPU 的功能有以下一些:从存储器中读取指令,执行指令,取下 一条指令,处理中断。2.存储器(RAM 、 ROM 存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工 作数据。

20、存放系统软件的存储器称为系统程序存储器 ; 存放应用软件的存储器称 为用户程序存储器;存放工作数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有 RAM 、 EPROM 和 EEPROM 。 RAM 是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序, 生成用户数据区,存放在 RAM 中的用户程序可方便地修改。 RAM 存储器是一种高 密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器,可用锂电池做备用电源。掉电时,可 有效地保持存储的信息。 EPROM 、 EEPROM 都是只读存储器。用这些类型存储器固 化系统管理程序和应用程序。3.输入输出单元(I/O单元 I/O单元实际上是 PLC 与被控对象间传递 输入输出信号

21、的接口部件。 I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。接到 PLC 输入 接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。 PLC 的各输出控制器件往往是电 磁阀、接触器、继电器,而继电器有交流和直流型,高电压型和低电压型,电压 型和电流型。4.电源 PLC电源单元包括系统的电源及备用电池,电源单元的作用是把 外部电源转换成内部工作电压。 PLC 内有一个稳压电源用于对 PLC 的 CPU 单元和 I/O单元供电。5.编程器 编程器是 PLC 的最重要外围设备。利用编程器将用户程序送 入 PLC 的存储器,还可以用编程器检查程序,修改程序,监视 PLC 的工作状态。 除此以外, 在个人计算机上添加适当的

22、硬件接口和软件包, 即可用个人计算机对 PLC 编程。利用微机作为编程器,可以直接编制并显示梯形图。1.2.2 PLC的工作原理PLC 采用循环扫描的工作方式,在 PLC 中用户程序按先后顺序存放, CPU 从 第一条指令开始执行程序, 直到遇到结束符后又返回第一条, 如此周而复始不断 循环。 PLC 的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程 序输出几个阶段。 全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。 当 PLC 处于停状态 时,只进行内部处理和通信操作服务等内容。 在 PLC 处于运行状态时, 从内部处 理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出,一直循环扫描工作。1. 输

23、入处理 输入处理也叫输入采样。在此阶段, 顺序读入所有输入端 子的通端状态, 并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。 在此输入映象 寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段。 在程序执行时, 输入映象寄存器与外界 隔离,即使输入信号发生变化, 其映象寄存器的内容也不会发生变化, 只有在下 一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。2. 程序执行 根据 PLC 梯形图程序扫描原则, 按先左后右先上后下的步序, 逐句扫描,执行程序。 遇到程序跳转指令, 根据跳转条件是否满足来决定程序的 跳转地址。从用户程序涉及到输入输出状态时, PLC 从输入映象寄存器中读出上 一阶段采入的对应输入端子状态, 从

24、输出映象寄存器读出对应映象寄存器, 根据 用户程序进行逻辑运算,存入有关器件寄存器中。对每个器件来说, 器件映象寄 存器中所寄存的内容,会随着程序执行过程而变化。3. 输出处理 程序执行完毕后,将输出映象寄存器, 即器件映象寄存器中 的 Y 寄存器的状态, 在输出处理阶段转存到输出锁存器,通过隔离电路,驱动功 率放大电路,使输出端子向外界输出控制信号,驱动外部负载。2. PLC 编程语言梯形图沿袭了继电器控制电路的形式, 它是在电器控制系统中常用的继电器、 接触器逻辑控制基础上简化了符号演变来的,形象、直观、实用。梯形图的设计应注意以下三点:(1 梯形图按从左到右、从上到下的顺序排列。每一逻辑

25、行起始于左母线, 然后是触点的串、并联接,最后是线圈与右母线相联。2梯形图中每个梯级流过的不是物理电流,而是“概念电流”,从左流向 右, 其两端没有电源。 这个“概念电流”只是形象地描述用户程序执行中应满足 线圈接通的条件。3 输入继电器用于接收外部输入信号, 而不能由 PLC 内部其它继电器的触 点来驱动。因此,梯形图中只出现输入继电器的触点,而不出现其线圈。输出继 电器输出程序执行结果给外部输出设备,当梯形图中的输出继电器线圈得电时, 就有信号输出,但不是直接驱动输出设备, 而要通过输出接口的继电器、 晶体管 或晶闸管才能实现。输出继电器的触点可供内部编程使用。2. 语句表编程语言指令语句

26、表示一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式, 但比汇编语 言易懂易学。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。 3. 控制系统流程图编程图控制系统流程图是一种较新的编程方法。 它是用像控制系统流程图一样的功 能图表达一个控制过程,目前国际电工协会 (IEC正在实施发展这种新式的编程 标准。1.3 可编程控制器与继电器控制的比较与选型1. 继电器存在的缺点 绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件 下进行的,容易损坏。 而且继电器的触点容易产生电弧, 甚至会熔在一起产生误 操作,引起严重的后果。再者,对一个具体使用的装有上百个继电器的设备,其 控制箱将是庞大而笨重的, 在全

27、负荷运载的情况下, 大的继电器将产生大量的热 及噪声, 同时也消耗了大量的电能。 并且继电器控制系统必须是手工接线、 安装, 如果有简单的改动,也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。 2. 程序控制器的优势、特点及功能 可编程控制器以体积小功能强大所著 称,它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、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,从而实现生产过程的自动控制。特别是现在,由于信息、网络 时代的到来,扩展了 PLC 的功能,使它具有很强的联网通讯能力, 从而更广泛地 应用于众多行业。(1 控制 顺序控

28、制是 PLC 最基本、 应用最广泛的领域。 所谓的顺序控制, 就是按照工艺流程的顺序, 在控制信号的作用下, 使得生产过程的各个执行机构 自动地按照顺序动作。 由于它还具有编程设计灵活、 速度快、 可靠性高、 成本低、 便于维护等优点,所以在实现单机控制、 多机群控制、 生产流程控制中可以完全 取代传统的继电器接触器控制系统。 它主要是根据操作按扭、 限位开关及其它现 场给来的指令信号和传感器信号, 控制机械运动部件进行相应的操作, 从而达到 了自动化生产线控制。 比较典型应用在自动电梯的控制、 管道上电磁伐的自动开 启和关闭、皮带运输机的顺序启动等。例如我分厂的原料混料系统就是利用了 PLC

29、 的顺序控制功能。2 程控制 以往对于过程控制的模拟量均采用硬件电路构成的 PID 模拟调 节器来实现开、闭环控制。 而现在完全可以采用 PLC 控制系统, 选用模拟量控制 模块,其功能由软件完成,系统的精度由位数决定,不受元件影响,因而可靠性 更高, 容易实现复杂的控制和先进的控制方法, 可以同时控制多个控制回路和多 个控制参数。例如生产过程中的温度、流量、压力、速度等。3 运动位置控制 PLC可以支持数控机床的控制和管理,在机械加工行业, 可编程控制器与计算机数控(CNC 集成在一起,用以完成机床的运动位置控制, 它的功能是接受输入装置输入的加工信息, 经处理与计算, 发出相应的脉冲给驱

30、动装置, 通过步进电机或伺服电机, 使机床按预定的轨道运动, 以完成多轴伺服 电机的自控。目前以用于控制无心磨削、冲压、复杂零件分段冲裁、滚削摸削等 应用中。4 生产过程的监控和管理 PLC可以通过通迅接口与显示终端和打印机等 外设相连。显示器作为人机界面(HMI 是一种内含微处理芯片的智能化设备, 它与 PLC 相结合可取代电控柜上众多的控制按钮、选择开关、信号指示灯,及生 产流程模拟屏和电控柜内大量的中间继电器和端子排。 所有操作都可以在显示屏 上的操作元件上进行。 PLC 可以方便、快捷地对生产过程中的数据进行采集、处 理,并可对要显示的参数以二进制、十进制、十六进制、 ASCII 字符

31、等方式进行 显示。在显示画面上, 通过图标的颜色变化反应现场设备的运行状态, 如阀门的 开与关,电机的启动与停止,位置开关的状态等。 PID 回路控制用数据、棒图等 综合方法反映生产过程中量的变化, 操作人员通过参数设定可进行参数调整, 通 过数据查询可查找任一时刻的数据记录, 通过打印可保存相关的生产数据, 为今 后的生产管理和工艺参数的分析带来便利。第 2章 X62W万能铣床概述1.1 铣床概述1. 概述铣床(milling machine系指主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。 通常铣刀旋转运动为主运动, 工件 (和 铣刀的移动为进给运动。 它可以加工平面、 沟槽,也可以加工各种曲面、

32、齿轮等。铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、 轮齿、螺纹和花键轴外,还能加工比较复杂的型面,效率较刨床高,在机 械制造和修理部门得到广泛应用。2. 铣床的历史最早的铣床是美国人惠特尼于 1818年创制的卧式铣床;为了铣削麻花 钻头的螺旋槽,美国人布朗于 1862年创制了第一台万能铣床,这是升降台 铣床的雏形; 1884年前后又出现了龙门铣床;二十世纪 20年代出现了半自 动铣床,工作台利用挡块可完成“进给 -决速”或“决速 -进给”的自动转 换。1950年以后,铣床在控制系统方面发展很快,数字控制的应用大大提 高了铣床的自动化程度。尤其是 70年代以后,微处理机的数字

33、控制系统和 自动换刀系统在铣床上得到应用,扩大了铣床的加工范围,提高了加工精 度与效率。3. 铣床的种类(1按其结构分:1台式铣床:小型的用于铣削仪器、仪表等小型零件的铣床。2 悬臂式铣床:铣头装在悬臂上的铣床,床身水平布置,悬臂通常可 沿床身一侧立柱导轨作垂直移动,铣头沿悬臂导轨移动。3 滑枕式铣床:主轴装在滑枕上的铣床,床身水平布置,滑枕可沿滑 鞍导轨作横向移动,滑鞍可沿立柱导轨作垂直移动。4 龙门式铣床:床身水平布置,其两侧的立柱和连接梁构成门架的铣 床。铣头装在横梁和立柱上,可沿其导轨移动。通常横梁可沿立柱导轨垂 向移动,工作台可沿床身导轨纵向移动。用于大件加工。5 平面铣床:用于铣削

34、平面和成型面的铣床,床身水平布置,通常工 作台沿床身导轨纵向移动,主轴可轴向移动。它结构简单,生产效率高。 6 仿形铣床:对工件进行仿形加工的铣床。一般用于加工复杂形状工 件。7 升降台铣床:具有可沿床身导轨垂直移动的升降台的铣床,通常安 装在升降台上的工作台和滑鞍可分别作纵向、横向移动。8 摇臂铣床:摇臂装在床身顶部,铣头装在摇臂一端,摇臂可在水平 面内回转和移动,铣头能在摇臂的端面上回转一定角度的铣床。9 床身式铣床:工作台不能升降,可沿床身导轨作纵向移动,铣头或 立柱可作垂直移动的铣床。10 专用铣床:例如工具铣床:用于铣削工具模具的铣床,加工精度高, 加工形状复杂。(2 按布局形式和适

35、用范围分,主要的有升降台铣床、龙门铣床、单 柱铣床和单臂铣床、仪表铣床、工具铣床等。升降台铣床有万能式、卧式和立式几种,主要用于加工中小型零件, 应用最广;龙门铣床包括龙门铣镗床、龙门铣刨床和双柱铣床,均用于加 工大型零件;单柱铣床的水平铣头可沿立柱导轨移动,工作台作纵向进给; 单臂铣床的立铣头可沿悬臂导轨水平移动,悬臂也可沿立柱导轨调整高度。 单柱铣床和单臂铣床均用于加工大型零件。仪表铣床是一种小型的升降台铣床, 用于加工仪器仪表和其他小型零件; 工 具铣床主要用于模具和工具制造, 配有立铣头、 万能角度工作台和插头等多种附 件,还可进行钻削、镗削和插削等加工。其他铣床还有键槽铣床、凸轮铣床

36、、曲 轴铣床、 轧辊轴颈铣床和方钢锭铣床等, 它们都是为加工相应的工件而制造的专 用铣床。(3按控制方式分,铣床又可分为仿形铣床、程序控制铣床和数控铣床等。 1.2 X62W万能铣床的主要结构及运动形式X62W 型万能铣床的外形结构如图 1所示,它主要由床身、主轴、刀杆、悬 梁、工作台、回转盘、横溜板、升降台、底座等几部分组成。在床身的前面有垂 直导轨, 升降台可沿着它上下移动。 在升降台上面的水平导轨上, 装有可在平行 主轴轴线方向移动(前后移动的溜板。溜板上部有可移动的回转盘,工作台就 在溜板上部回转盘上的导轨上作垂直于主轴轴线方向移动(左右移动。 工作台上有 T 形槽用来固定工件。 这样

37、, 安装在工作台上的工件就可以在三个坐标上的 六个方向调整位置或进给。铣床主轴带动铣刀的旋转运动的主运动;铣床工作台的前后(横向、左 右(纵向和上下(垂直 6个方向的运动是进给运动;铣床其他的运动,如工 作台的旋转运动则属于辅助运动。 图 1 X62W型万能铣床1.3 X62W万能铣床的控制要求及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图 2。1. 主电路分析主轴电动机 M1拖动主轴带动铣刀进行铣削加工,通过

38、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。图 2:X62W 万能铣床控制电路图控制电路的电源由控制变压器 TC 输出 110V 电压供电。(1主轴电动机 M1的控制主轴电动机 M1采用两地控制方式, SB1和 SB2是两组启动按钮, SB5和 SB6是两组停止按钮。 KM1是

39、主轴电动机 M1的启动接触器, YC1是主轴制动用的电磁 离合器, SQ1是主轴变速时瞬时点动的位置开关。1主轴电动机 M1启动前,应首先选择好主轴的转速,然后合上电源开关 QS1,再把主轴换向开关 SA3扳到所需要的转向。按下启动按钮 SB1(或 SB2, 接触器 KM1线圈得电, KM1主触头和自锁触头闭合,主轴电动机 M1启动运转, KM1常开辅助触头(9-10闭合,为工作台进给电路提供了电源。按下停止按钮 SB5(或 SB6, SB5-1(或 SB6-1常闭触头分断,接触器 KM1线圈失电, KM1触头复位,电动机 M1断电惯性运转, SB5-2(或 SB6-2常开触头闭合,接通电 磁

40、离合器 YC1,主轴电动机 M1制动停转。2 主轴换铣刀时将转换开关 SA1扳向换刀位置,这时常开触头 SA1-1闭合, 电磁离合器 YC1线圈得电, 主轴处于制动状态以便换刀; 同时常闭触头 SA1-2断 开,切断了控制电路,保证了人身安全。3 主轴变速时,利用变速手柄与冲动位置开关 SQ1,通过 M1点动,使齿轮 系统产生一次抖动,以便于齿轮顺利啮合,且变速前应先停车。(2 进给电动机 M2的控制工作台的进给运动在主轴启动后方可进行。工作台的进给可在 3个坐标的 6个方向运动, 进给运动是通过两个操作手柄和机械联动机构控制相应的位置开关 使进给电动机 M2正转或反转来实现的,并且 6个方向

41、的运动是联锁的,不能同 时接通。1当需要圆形工作台旋转时,将开关 SA2扳到接通位置,这时触头 SA2-1和 SA2-3断开,触头 SA2-2闭合,电流经 10 13 14 15 20 19 17 18路 径,使接触器 KM3得电,电动机 M2启动,通过一根专用轴带动圆形工作台作旋 转运动。 转换开关 SA2扳到断开位置, 这时触头 SA2-1和 SA2-3闭合, 触头 SA2-2断开, 以保证工作台在 6个方向的进给运动, 因为圆形工作台的旋转运动和 6个 方向的进给运动也是联锁的。2工作台的左右进给运动由左右进给操作手柄控制。操作手柄与位置开关 SQ5和 SQ6联动,有左、中、右三个位置,

42、其控制关系见表 1。当手柄扳向中间位置时, 位置开关 SQ5和 SQ6均未被压合,进给控制电路处于断开状态; 当手柄 扳向左或右位置时,手柄压下位置开关 SQ5或 SQ6,使常闭触头 SQ5-2或 SQ6-2分断,常开触头 SQ5-1或 SQ6-1闭合,接触器 KM3或 KM4得电动作,电动机 M2正转或反转。由于在 SQ5或 SQ6被压合的同时,通过机械机构已将电动机 M2的 传动链与工作台下面的左右进给丝杠相搭合,所以电动机 M2的正转或反转就拖 动工作台向左或向右运动。表 1 工作台左右进给手柄位置及其控制关系 工作台的上下和前后进给运动是由一个手柄控制的。该手柄与位置开关 SQ3和 S

43、Q4联动,有上、下、前、后、中 5个位置,其控制关系见表 2。当手柄扳至 中间位置时,位置开关 SQ3和 SQ4均未被压合,工作台无任何进给运动; 当手柄 扳至下或前位置时,手柄压下位置开关 SQ3使常闭触头 SQ3-2分断,常开触头 SQ3-1闭合,接触器 KM3得电动作,电动机 M2正转,带动着工作台向下或向前 运动;当手柄扳向上或后时,手柄压下位置开关 SQ4,使常闭触头 SQ4-2分断, 常开触头 SQ4-1闭合,接触器 KM4得电动作,电动机 M2反转,带动着工作台向 上或向后运动。当两个操作手柄被置定于某一进给方向后, 只能压下四个位置开关 SQ3、 SQ4、 SQ5、 SQ6中的

44、一个开关,接通电动机 M2正转或反转电路,同时通过机械机构将 电动机的传动链与三根丝杠(左右丝杠、上下丝杠、前后丝杠中的一根(只能 是一根 丝杠相搭合, 拖动工作台沿选定的进给方向运动, 而不会沿其他方向运 动。表 2 工作台上、下、中、前、后进给手柄位置及其控制关系 左右进给手柄与上下前后手柄实行了联锁控制, 如当把左右进给手柄扳向左 时, 若又将另一个进给手柄扳到向下进给方向, 则位置开关 SQ5和 SQ3均被压下, 触头 SQ5-2和 SQ3-2均分断,断开了接触器 KM3和 KM4的通路,电动机 M2只能 停转,保证了操作安全。3 6个进给方向的快速移动是通过两个进给操作手柄和快速移动

45、按钮配合 实现的。安装好工件后,扳动进给操作手柄选定进给方向,按下快速移动按钮 SB3或 SB4(两地控制,接触器 KM2得电, KM2常闭触头分断,电磁离合器 YC2失电,将齿轮传动链与进给丝杠分离; KM2两对常开触头闭合,一对使电磁离合 器 YC3得电,将电动机 M2与进给丝杠直接搭合;另一对使接触器 KM3或 KM4得 电动作,电动机 M2得电正转或反转,带动工作台沿选定的方向快速移动。由于 工作台的快速移动采用的是点动控制,故松开 SB3或 SB4,快速移动停止。 4 进给变速时与主轴变速时相同, 利用变速盘与冲动位置开关 SQ2使 M1产 生瞬时点动,齿轮系统顺利啮合。第 3章 X

46、62W万能铣床的 PLC 改造3.1 改造方案的确定三菱 FX2N 系列 PLC 对 X62W 万能铣床的改造, 阐述了系统改造方案, 同时根 据 X62W 万能铣床的控制要求和特点,确定 PLC 的输入、输出分配,在继电器控 制线路的基础上,设计出梯形图并进行现场调试。X62W 万能铣床是应用最广泛的一种。它原控制电路为继电器控制,接触触 点多,线路复杂,故障多,操作人员维修任务较大。针对这种情况,我们用 PLC 控制改造其继电器控制电路,克服了以上缺点, 降低了设备故障率, 提高了设备 使用效率。2.在保留主电路的原有元件的基础上,不改变原控制系统电气操作方法。3.电气控制系统控制元件(包

47、括按钮、行程开关、热继电器、接触器 ,作 用原电气线路相同。改造原继电器控制中的硬件接线改为 PLC 编程实现。三菱 FX 系列 PLC 指令系统一览表(见附录表 5表 83.2 X62W万能铣床电气控制线路的 PLC 改造措施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 硬接线如图 4所示,为了保证各种联锁功能,将 SQ1SQ6,SB1 SB6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

48、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,这样也 将 PLC 的输出口分为两组连接点。根据输入输出口的数量,可选择 三菱 FX2N 32MR 型 PLC 。 X62W 型万能铣床电器位置图如图 3所示,所有的电器元件 均可采用改造前的型号。3.3 X62W型万能铣床 PLC 控制1. X62W型万能铣床 PLC 控制输入输出分配经过对 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 14点,输出点数为 7点,根据输入输出口的数量,可选择三菱 FX2N 32MR 型 PLC 。所有的电器元件均可采

49、用改造前的型号。万能铣床各个输入 /输出点的 PLC I/O地址分配入下表 3所示:表 3 X62W型万能铣床 PLC 控制输出点分配表输 入 信 号 输 出 信 号名称 代号输入点 编号 名称 代号输出点 编号主轴电动机 M1启动按钮 SB1, SB2 X0 主轴电动机 M1接触器KM1 Y0主轴电动机 M1制动停止按钮SB5,SB6 X1 快速进给接触器 KM2 Y1 快速进给按钮 SB3,SB4 X2 向左,前,下接触器 KM3 Y2 主轴冲动行程开关 SQ1 X3 向右,后,上接触器 KM4 Y3 进给冲动行程开关 SQ2 X4 主轴制动 电磁铁 YC1 Y4“ 向前 ”“ 向下 ”

50、行程开关 SQ3 X5 工作台快速移动电磁铁YC2 Y5“ 向后 ”“ 向上 ” 行程开关 SQ4 X6 工作台快速移动电磁铁YC3 Y6“ 向左 ” 行程开关 SQ5 X7“ 向右 ” 行程开关 SQ6 X10换刀制动开关 SA1 X11圆工作台开关 SA2 X12主轴, 冷却泵电动机热继电器 FR1,FR2 X13 图 3 X62W型万能铣床电器位置图2.X62W 型万能铣床 PLC 控制接线图(图 4 图 43. X62W型万能铣床 PLC 控制梯形图(图 5 图 5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 5所示。根据 X62W 万能铣床的控

51、制要求,设计该电气控制系统的 PLC 控制梯形图, 如图 5所示。 该程序的支路,反映了原继电器电路中的各种逻辑内容。 在第 1支 路中, 按下启动按钮, X0线圈得电,常开触点闭合, Y1得电自锁, KM1得电, KM1常开触点闭合,主轴启动,按下主轴冲动按钮 SQ1,Y001瞬间得电,主轴冲 动。在第二条支路中,按下停止按钮 S56、 SB6或换刀按钮 SA1, KM1失电,同时 YC1得电,主轴制动。当主轴启动时,按下圆工作台开关, Y3得电, KM3闭合, 圆工作台开始工作。在第四条支路中,按下快速进给, Y2、 Y6线圈得电,开始快速进给。在第 五条支路中表达了工作台六个方向的进给、

52、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,当主轴启动时, Y1闭合,按下进给方向 控制按钮, Y4或 Y3得电,它们之间有一个联锁,可以保证进给电机只朝一个方 向移动。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。 在最后一条支路中,按下照明开关 SA4, X5线圈得电,那么与之相对应的 Y0得 电, 照明灯开始工作。 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。4. X62W型万能铣床 PLC 控制指令语句表 第 4章 调试过程4.1 PLC的检查1. 查接线、核对地址逐点进行,要确

53、保正确无误。带电查,加上信号后,看电控系统的动作情况 是否符合设计的目的。2. 检查模拟量输入输出看输入输出模块是否正确, 工作是否正常。必要时,还可用标准仪器检查输 入输出的精度。3. 检查与测试指示灯控制面板上如有指示灯, 应先对应指示灯的显示进行检查。一方面,查看灯 坏了没有, 另一方面检查逻辑关系是否正确。 指示灯是反映系统工作的一面镜子, 先调好它,将对进一步调试提供方便。4. 检查手动动作及手动控制逻辑关系完成了以上调试, 继而可进行手动动作及手动控制逻辑关系调试。 要查看各 个手动控制的输出点,是否有相应的输出以及与输出对应的动作,然后再看, 各 个手动控制是否能够实现。如有问题

54、,立即解决。5. 半自动工作如系统可自动工作, 那先调半自动工作能否实现。调试时可一步步推进。直 至完成整个控制周期。 哪个步骤或环节出现问题, 就着手解决哪个步骤或环节的 问题。6. 自动工作在完成半自动调试后, 可进一步调试自动工作。要多观察几个工作循环,以 确保系统能正确无误地连续工作。7. 模拟量调试、参数确定以上调试的都是逻辑控制的项目。 这是系统调试时,首先要调通的。这些调 试基本完成后, 可着手调试模拟量、 脉冲量控制。 最主要的是选定合适控制参数。 一般讲,这个过程是比较长的。要耐心调,参数也要作多种选择,再从中选出最 优者。有的 PLC ,它的 PID 参数可通过自整定获得。但这个自整定过程,也是需 要相当的时间才能完成的。8. 异常条件检查完成上述所有调试, 整个调试基本也就完成了。 但是好再进行一些异常条件 检查。 看看出现异常情况或一些难以避免的非法操作, 是否会停机保护或是报警 提示。4.2 模拟调试将 PLC 及输入、 输出器件按要求连接好, 将设计好的程序输入 PLC 后进行验 证,在计算机上进行用户程序的模拟运行和调试,观察各输入量、 输出量之间的 变化关系及逻辑状态是否满足设计要求,发现问题及时修改。程序的运行。 当 PLC 工作方式开关在 RUN 位时, 操作各种按钮可以对 CPU 工 作方式进行软件设置。按下启动按钮 SB1或