任伟民 普通车床的电器控制系统.docx

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任伟民普通车床的电器控制系统

郑州科技学院

专科毕业设计（论文）

题目普通车床的电器控制系统

学生姓名任伟民

专业班级机电

（2）班

学号200729097

所在系电子工程系

指导教师吕刚磊

完成时间2010年2月14日

普通车床电器控制系统

摘要

本文阐述了X62W万能铣床电气控制线路的工作原理，详细说明了用PLC进行电气控制系统改造的具体方法，从而可以提高整个电气控制系统的工作性能。

X62W型卧式普通铣床是一种高效率的加工机械，具有主轴转速高、调速范围宽、操作方便、工作台能自动循环加工等特点。

主要由底座、床身、悬梁、刀杆支架、工作台、溜板和升降台等组成。

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，在机械加工和机械修理中得到广泛的应用。

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。

本文阐述了X62W型万能卧式铣床电气控制线路的工作原理，详细说明了用PLC进行电气控制系统改造的具体方法，从而可以提高整个电气控制系统的工作性能。

关键词：

PLC；改造；普通车床；梯形图； M电动机；QS开关；SA开关；FU熔断器；FR热继电器；TC变压器；VC整流器；KM接触器；SB按钮；YC电磁离合器；SQ行程开关；X62W；X铣床；6卧式；2号工作台；W万能

Theelectricalcontrolsystem

ofordinarylathe

Abstract

Inthispaper,electricalcontrolcircuitX62Wuniversalmillingmachineworks,detaileddescriptionoftheelectricalcontrolsystemwithPLCreconstructionofthespecificmethods,whichcanimprovetheoverallperformanceoftheworkofelectricalcontrolsystem

X62WHorizontalPlainMillingMachineisahighefficiencyofprocessingmachinery,withahighspindlespeed,speedrangeiswide,easytooperate,tablecanautomaticallycycleofprocessingandsoon.Mainlybythebase,bed,cantilever,arborbracket,table,slideplatesandliftingplatformsoon.Canbeusedtoprocessflat,bevel,groove,dividingheadcanbefittedwithmillingQiezhitoothgearsandspiralsurface,fittedwitharoundtablecanalsobemilledandarc-shapedcamslot.Therefore,inmetal-cuttingmachinetoolsmillingmachineaccountforalargeproportionofthemachiningandmechanicalrepairsbeenwidelyused.Butintheelectriccontrolsystem,

Tofindfaultwiththeruleisverydifficult,especiallyintherelaycontactcontrolsystem,electricalcontrolcircuitduetocontactandmorecomplexcircuits,highfailurerate,repaircycleislong,totheproductionandmaintenanceofinconvenience,whichseriouslyaffectproduction.Inthispaper,X62WTypeUniversalMillingMachineelectriccontrolcircuitworks,detaileddescriptionoftheelectricalcontrolsystemwithPLCreconstructionofthespecificmethods,whichcanimprovetheworkoftheelectricalcontrolsystemperformance.

Keywords:

PLC;transformation;ordinarylathe;Ladder；MMotor；QSSwitch；SASwitch；FUFuse；FRthermalrelay；TCtransformer；VCRectifier；KMcontactor；SBButton；YCelectromagneticclutch；SQlimitswitch；X62WXHorizontalMillingMachineNo.2Table6；WUniversal

目录

中文摘要…………………………………………………………………I

英文摘要…………………………………………………………………II

1绪论……………………………………………………………………1

1.1自动铣床的发展及现状…………………………………………1

2X62W万能铣床的基本组成……………………………………………2

2.1面板1……………………………………………………………2

2.2面板2……………………………………………………………2

2.3电动机……………………………………………………………2

2.4故障………………………………………………………………3

3原理图…………………………………………………………………3

4机床分析………………………………………………………………4

4.1机床的主要结构及运动形式……………………………………4

4.2机床对电气线路的主要要求……………………………………4

4.3电气控制线路分析………………………………………………4

4.1.1主电路……………………………………………………5

4.1.2控制电路…………………………………………………5

5各电器设备的控制方式及控制要求…………………………………9

5.1万能铣床的应用…………………………………………………9

5.2铣床型号意义……………………………………………………9

5.3X62W万能铣床的运动形式………………………………………10

5.4X62W万能铣床电力拖动的特点及控制要求…………………10

6电器原件设备的选择…………………………………………………11

7系统的硬、软件设计………………………………………………12

7.1X62W铣床电气控制原理…………………………………………12

7.2主轴电动机M1的控制…………………………………………12

7.3进给运动的控制…………………………………………………13

7.4圆工作台的控制…………………………………………………15

7.5冷却泵电动机的控制与工作照明……………………………15

7.6 控制电路的联锁与保护………………………………………15

7.7X62W型万能铣床PLC控制………………………………………16

8X62W万能铣床模拟装置的安装与试运行操作……………………20

8.1准备工作………………………………………………………20

8.2操作试运行……………………………………………………20

9X62W万能铣床电气线路的故障与维修………………………………22

结束语……………………………………………………………………27

致谢………………………………………………………………………28

参考文献………………………………………………………………29

1绪论

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。

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进，越来越趋于完美，各种参考文献也数不胜数。

在我国70～80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。

1.1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。

[1]

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。

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。

[2]

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。

2X62W万能铣床的基本组成

2.1面板1

面板上安装有机床的所有主令电器及动作指示灯、机床的所有操作都在这块面板上进行，指示灯可以指示机床的相应动作。

2.2面板2

面板上装有断路器、熔断器、接触器、热继电器、变压器等元器件，这些元器件直接安装在面板表面，可以很直观的看它们的动作情况。

2.3电动机

三个380V三相鼠笼异步电动机，分别用作主轴电动机、进给电动机和冷却泵电动机。

2.4故障

开关箱设有32个开关，其中K1到K29用于故障设置；K30到K31四个开关保留；K32用作指示灯开关，可以用来设置机床动作指示与不指示。

3原理图

四机床分析

4.1机床的主要结构及运动形式

（1）主要结构由床身、主轴、刀杆、

横梁、工作台、回转盘、横溜板和升降台等

几部分组成，如右图所示。

（2）运动形式

1）主轴转动是由主轴电动机通过弹性联

轴器来驱动传动机构，当机构中的一个双联

滑动齿轮块啮合时，主轴即可旋转。

工作台面的移动是由进给电动机驱动，它

通过机械机构使工作台能进行三种形式六个方向的移动，即：

工作台面能直接在溜板上部可转动部分的导轨上作纵向（左、右）移动；工作台面借助横溜板作横向（前、后）移动；工作台面还能借助升降台作垂直（上、下）移动。

4.2机床对电气线路的主要要求

（1）机床要求有三台电动机，分别称为主轴电动机、进给电动机和冷却泵电动机。

（2）由于加工时有顺铣和逆铣两种，所以要求主轴电动机能正反转及在变速时能瞬时冲动一下，以利于齿轮的啮合，并要求还能制动停车和实现两地控制。

（3）工作台的三种运动形式、六个方向的移动是依靠机械的方法来达到的，对进给电动机要求能正反转，且要求纵向、横向、垂直三种运动形式相互间应有联锁，以确保操作安全。

同时要求工作台进给变速时，电动机也能瞬间冲动、快速进给及两地控制等要求。

（4）冷却泵电动机只要求正转。

（5）进给电动机与主轴电动机需实现两台电动的联锁控制，即主轴工作后才能进行进给。

4.3电气控制线路分析

机床电气控制线路见图。

电气原理图是由主电路、控制电路和照明电路三部分组成。

[3]

4.1.1主电路

有三台电动机。

M1是主轴电动机；M2是进给电动机；M3是冷却泵电动机。

1）主轴电动机M1通过换相开关SA5与接触器KM1配合，能进行正反转控制，而与接触器KM2﹑制动电阻器R及速度继电器的配合,能实现串电阻瞬时冲动和正反转反接制动控制,并能通过机械进行变速。

2）进给电动机M2能进行正反转控制，通过接触器KM3、KM4与行程开关及KM5、牵引电磁铁YA配合，能实现进给变速时的瞬时冲动、六个方向的常速进给和快速进给控制。

3）冷却泵电动机M3只能正转。

4）熔断器FU1作机床总短路保护，也兼作M1的短路保护；FU2作为M2、M3及控制变压器TC、照明灯EL的短路保护；热继电器FR1、FR2、FR3分别作为M1、M2、M3的过载保护。

4.1.2控制电路

4.1.1.1主轴电动机的控制（电路见图1）

①SB1、SB3与SB2、SB4是分别装在机床两边的停止（制动）和启动按钮，实现两地控制，方便操作。

②KM1是主轴电动机启动接触器，KM2是反接制动和主轴变速冲动接触器。

③SQ7是与主轴变速手柄联动的瞬时动作行程开关。

④主轴电动机需启动时，要先将SA5扳到主轴电动机所需要的旋转方向，然后再按启动按钮SB3或SB4来启动电动机M1。

⑤M1启动后，速度继电器KS的一副常开触点闭合，为主轴电动机的停转制动作好准备。

⑥停车时，按停止按钮SB1或SB2切断KM1电路，接通KM2电路，改变M1的电源相序进行串电阻反接制动。

当M1的转速低于120转/分时，速度继电器KS的一副常开触点恢复断开，切断KM2电路，M1停转，制动结束。

据以上分析可写出主轴电机转动（即按SB3或SB4）时控制线路的通路：

1－2－3－7－8－9－10－KM1线圈－O；主轴停止与反接制动（即按SB1或SB2）时的通路：

1－2－3－4－5－6－KM2线圈－O

⑦主轴电动机变速时的瞬动（冲动）控制，是利用变速手柄与冲动行程开关SQ7通过机械上联动机构进行控制的。

变速时，先下压变速手柄，然后拉到前面，当快要落到第二道槽时，转动变速盘，选择需要的转速。

此时凸轮压下弹簧杆，使冲动行程SQ7的常闭触点先断开，

切断KM1线圈的电路，电动机M1断电；同时SQ7的常开触点后接通，KM2线圈得

电动作，M1被反接制动。

当手柄拉到第二

道槽时，SQ7不受凸轮控制而复位，M1停转。

接着把手柄从第二道槽推回原始位置时，（2主轴变速冲动控制示意图）凸轮又瞬时压动行程开关SQ7，使M1反向瞬时冲动一下，以利于变速后的齿轮啮合。

（图2是主轴变速冲动控制示意图）

但要注意，不论是开车还是停车时，都应以较快的速度把手柄推回原始位置，以免通电时间过长，引起M1转速过高而打坏齿轮。

[4]

2）工作台进给电动机的控制，工作台的纵向、横向和垂直运动都由进给电动机M2驱动，接触器KM3和KM4使M2实现正反转，用以改变进给运动方向。

它的控制电路采用了与纵向运动机械操作手柄联动的行程开关SQ1、SQ2和横向及垂直运动机械操作手柄联动的行程开关SQ3、SQ4、组成复合联锁控制。

即在选择三种运动形式的六个方向移动时，只能进行其中一个方向的移动，以确保操作安全，当这两个机械操作手柄都在中间位置时，各行程开关都处于未压的原始状态，如书中附图所示。

由原理图可知：

M2电机在主轴电机M1起动后才能进行工作。

在机床接通电源后，将控制圆工作台的组合开关SA3-2（21-19）扳到断开状态，使触点SA3-1（17－18）和SA3-3（11－21）闭合，然后按下SB3或SB4，这时接触器KM1吸合，使KM1（8－12）闭合，就可进行工作台的进给控制。

①工作台纵向（左右）运动的控制，工作台的纵向运动是由进给电动机M2驱动，由纵向操纵手柄来控制。

此手柄是复式的，一个安装在工作台底座的顶面中央部位，另一个安装在工作台底座的左下方。

手柄有三个：

向左、向右、零位。

当手柄扳到向右或向左运动方向时，手柄的联动机构压下行程SQ2或SQ1，使接触器KM4或KM3动作，控制进给电动机M2的转向。

工作台左右运动的行程，可通过调整安装在工作台两端的撞铁位置来实现。

当工作台纵向运动到极限位置时，撞铁撞动纵向操纵手柄，使它回到零位，M2停转，工作台停止运动，从而实现了纵向终端保护。

[5]

工作台向左运动：

在M1启动后，将纵向操作手柄扳至向右位置，一方面机械接通纵向离合器，同时在电气上压下SQ2，使SQ2-2断，SQ2-1通，而其他控制进给运动的行程开关都处于原始位置，此时使KM4吸合，M2反转，工作台向右进给运动。

其控制电路的通路为：

11－15－16－17－18－24－25－KM4线圈－O，工作台向右运动：

当纵向操纵手柄扳至向左位置时，机械上仍然接通纵向进给离合器，但却压动了行程开关SQ1，使SQ1-2断，SQ1-1通，使KM3吸合，M2正转，工作台向右进给运动，其通路为：

11－15－16－17－18－19－20－KM3线圈－O。

②工作台垂直（上下）和横向（前后）运动的控制：

工作台的垂直和横向运动，由垂直和横向进给手柄操纵。

此手柄也是复式的，有两个完全相同的手柄分别装在工作台左侧的前、后方。

手柄的联动机械一方面压下行程开关SQ3或SQ4，同时能接通垂直或横向进给离合器。

操纵手柄有五个位置（上、下、前、后、中间），五个位置是联锁的，工作台的上下和前后的终端保护是利用装在床身导轨旁与工作台座上的撞铁，将操纵十字手柄撞到中间位置，使M2断电停转。

工作台向后（或者向上）运动的控制：

将十字操纵手柄扳至向后（或者向上）位置时，机械上接通横向进给（或者垂直进给）离合器，同时压下SQ3，使SQ3-2断，SQ3-1通，使KM3吸合，M2正转，工作台向后（或者向上）运动。

其通路为：

11－21－22－17－18－19－20－KM3线圈－O；工作台向后（或者向上）运动的控制：

将十字操纵手柄扳至向前（或者向下）位置时，机械上接通横向进给（或者垂直进给）离合器，同时压下SQ4，使SQ4-2断，SQ4-1通，使KM4吸合，M2反转，工作台向前（或者向下）运动。

其通路为：

11－21－22－17－18－24－25－KM4线圈－O。

③进给电动机变速时的瞬动（冲动）控制：

变速时，为使齿轮易于啮合，进给变速与主轴变速一样，设有变速冲动环节。

当需要进行进给变速时，应将转速盘的蘑菇形手轮向外拉出并转动转速盘，把所需进给量的标尺数字对准箭头，然后再把蘑菇形手轮用力向外拉到极限位置并随即推向原位，就在一次操纵手轮的同时，其连杆机构二次瞬时压下行程开关SQ6，使KM3瞬时吸合，M2作正向瞬动。

其通路为：

11－21－22－17－16－15－19－20－KM3线圈O，由于进给变速瞬时冲动的通电回路要经过SQ1-SQ4四个行程开关的常闭触点，因此只有当进给运动的操作手柄都在中间（停止）位置时，才能实现进给变速冲动控制，以保证操作时的安全。

同时，与主轴变速时冲动控制一样，电动机的通电时间不能太长，以防止转速过高，在变速时打坏齿轮。

④工作台的快速进给控制：

为提高劳动生产率，要求铣床在不作铣切加工时，工作台能快速移动。

[6]

工作台快速进给也是由进给电动机M2来驱动，在纵向、横向和垂直三种运动形式六个方向上都可以实现快速进给控制。

主轴电动机启动后，将进给操纵手柄扳到所需位置，工作台按照选定的速度和方向作常速进给移动时，再按下快速进给按钮SB5（或SB6），使接触器KM5通电吸合，接通牵引电磁铁YA，电磁铁通过杠杆使摩擦离合器合上，减少中间传动装置，使工作台按运动方向作快速进给运动。

当松开快速进给按钮时，电磁铁YA断电，摩擦离合器断开，快速进给运动停止，工作台仍按原常速进给时的速度继续运动。

4.1.1.2圆工作台运动的控制

铣床如需铣切螺旋槽、弧形槽等曲线时，可在工作台上安装圆形工作台及其传动机械，圆形工作台的回转运动也是由进给电动机M2传动机构驱动的。

圆工作台工作时，应先将进给操作手柄都扳到中间（停止）位置，然后将圆工作台组合开关SA3扳到圆工作台接通位置。

此时SA3-1断，SA3-3断，SA3-2通。

准备就绪后，按下主轴启动按钮SB3或SB4,则接触器KM1与KM3相继吸合。

主轴电机M1与进给电机M2相继启动并运转，而进给电动机仅以正转方向带动圆工作台作定向回转运动。

其通路为：

11－15－16－17－22－21－19－20－KM3线圈－O，由上可知，圆工作台与工作台进给有互锁，即当圆工作台工作时，不允许工作台在纵向、横向、垂直方向上有任何运动。

若误操作而扳动进给运动操纵手柄（即压下SQ1－SQ4、SQ6中任一个），M2即停转。

5各电器设备的控制方式及控制要求

5.1万能铣床的应用

万能铣床是一种通用的多用途机床，它可以对各种零件进行平面、斜面、螺旋面及成形表面的加工，还可以加装万能铣头、分度头和圆工作台等机床附件来扩大加工范围。

5.2铣床型号意义

X62W中X代表铣床，6代表卧式，2号工作台，W代表万能,3.X62W万能铣床的主要结构