立式双柱坐标镗床PLC改造说明书毕业设计.docx
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立式双柱坐标镗床PLC改造说明书毕业设计
摘要
本论文是研究机械加工中常用的T4240B立式双柱坐标镗床传统电气控制系统的改造问题，旨在解决传统继电器——接触器电气控制系统存在的线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除困难等难题。
由于PLC电气控制系统与继电器——接触器电气控制系统相比，具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点。
因此，本论文对T4240B立式双柱坐标镗床电气控制系统的改造，将把PLC控制技术应用到改造方案中去，从而大大提高立式双柱坐标镗床的工作性能。
论文分析了立式双柱坐标镗床的控制原理，制定了可编程控制器改造T4240B立式双柱坐标镗床电气控制系统的设计方案，完成了电气控制系统硬件和软件的设计，其中包括PLC机型的选择、I/O端口的分配、I/O硬件接线图的绘制、PLC梯形图程序的设计。
对PLC控制立式双柱坐标镗床的工作过程作了详细阐述，论述了采用PLC取代传统继电器——接触器电气控制系统从而提高机床工作性能的方法，给出了相应的控制原理图。
关键词：
可编程控制器，立式双柱坐标镗床，梯形图，电气控制系统
Abstract:
ThispaperistostudiesthemachineprocessincommonuseT4240Bininsideverticaldoublecolumnjigboringmachineelectriccontrolsystemimprovesproblem.Theaimissolvingdevicecomplexity,inferiorreliabilityandstability,malfunctionanalysisandtroubleobviationofthetraditionalrelayelectriccontrolsystem.BecauseofelectriccontrolsystemPLCtherearelotsofadvantageswhichincludedesign,install,connectthelineandadjusttotryworkloadsmall,theperiodofresearchandmanufactureisshort,reliabilityishigh,theabilityofAnti-interferenceisverystrong,therateofbreakdownislow,thedemandofworkenvironmentislow,maintenanceconvenienceaseriesofadvantageetc.Therefore,aworkfortotheT4240Bverticaldoublecolumnjigboringmachineelectriccontrolsystemreforming,willreformingPLCcontroltechniqueapplicationintheproject,thenincreasingverticaldoublecolumnjigboringmachine’sworkfunction.Thepaperintroducestothecontrolprincipleoftheverticaldoublecolumnjigboringmachine,EstablishedtheprogrammablecontrollerimprovethedesignprojectofelectriccontrolsystemofT4240Bverticaldoublecolumnjigboringmachine.Completedthedesignofthesoftwareandhardwareoftheelectriccontrolsystem,AmongthemincludethemodelofPLCchoice、PLCtrapeziumdiagram’sdesign,ItexplainsthatPLCcontroltheworkprocessofverticaldoublecolumnjigboringmachine,DiscussingtheadoptionPLCreplacesthetraditionalelectriccontrolsystem’smethodandincreasestheworkfunctionofverticaldoublecolumnjigboringmachine,giveahomologouscontrolprinciplediagram.
Keywords:
PLC,Verticaldoublecolumnjigboringmachine,Trapeziumdiagram,ElectricControlSystem
1.绪论3
1.1T4240B立式双柱坐标镗床PLC改造的背景和意义3
1.2国内外研究概况5
1.绪论
1.1T4240B立式双柱坐标镗床PLC改造的背景和意义
我国工业企业的自动化程度普遍较低，PLC产品有很大的应用空间，如机械行业80%以上的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制。
因此，PLC在我国的应用潜力远没有得到充分发挥。
我国大中型企业普遍采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制，但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制。
PLC具有可编程、可靠性高、柔性强、投资成本低、体积小等优点，是目前工业上应用比较广泛的一种程序逻辑控制系统。
随着竞争的日益加剧，越来越多的小型企业将采用经济、实用的自动化产品对生产过程进行控制，以提高企业的经济效益和竞争实力。
例如,用现代电气技术改造机床的电气控制问题、变频技术在中央空调系统的应用问题及电梯的技术改造和维修技术问题等。
目前采用继电器控制的旧式普通机床设备仍在企业中广泛使用，特别是在一些工业欠发达地区，这些设备的使用率还比较高，在企业中仍然起着较大的作用。
PLC已广泛应用于传统应用技术和工业新产品的设计中，由于这些设备使用多年后故障率高、维修量大、可靠性差；其精度、效率、自动化程度都已不能满足当前生产需要等原因,严重影响了正常的生产。
用可编程序控制器（PLC）改造机床电控系统，具有投资省、见效快的特点，是非常现实的技术改造方案。
特别是一些加工工艺较特殊的机床设备，采用PLC实现机床电气系统的控制更有优势。
由于科学技术的发展，工厂的电气设备也在不断地更新，这些设备采用了一些新的器件和新的控制技术,PLC是现代工业控制的主流方向和应用前景的主体,具有控制能力强、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、易于扩展及可在线修改等优点。
现代工业技术的发展,可编程控制器（PLC）技术的应用越来越普遍,经过PLC改造后,运行良好,故障率大大降低。
而且改装后的组合机床控制系统具有很好的柔性,能适应产品的变化,当工艺程序变更时,只需修改程序,就可满足新的加工要求。
我的课题T4240B立式双柱坐标镗床PLC改造,坐标镗床过去主要用于工具车间作单件生产，坐标镗床是一种专用于加工夹具、量具等工艺装备上孔的高精度通用机床近年来也逐渐应用到生产车间，成批地加工要求精密孔距的零件，如飞机、汽车、拖拉机、内燃机和机床等行业中加工某些箱体类零件的轴承孔。
镗床主要是用镗刀在工件上镗孔德机床，通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。
镗床的类型主要有：
卧式铣镗床、坐标镗床、精镗床、立式铣镗床、深孔镗床等。
镗床是冷加工中使用比较普遍的设备,它主要用于加工精度、光洁度要求较高的孔以及各孔间的距离要求较为精确的零件（如一些箱体零件）,属于精密机床,它的加工精度和表面质量要高于钻床。
镗床是一种精密加工机床，主要用于加工工件上的精密圆柱孔。
镗床是大型箱体零件加工的主要设备，下图为典型的立式双柱坐标镗床。
立式双柱坐标镗床t4240b
中国加入WTO后越来越多的国际公司把其制造基地转移到中国。
同时，中国的国有企业和民营企业也在利用难得的历史机遇大力发展制造业。
中国正在努力成为世界新的制造业基地。
制造业的控制主要以离散控制为主，把PLC应用到机床是一种趋势，PLC是该领域控制系统的首选。
制造企业为提高劳动生产率和产品质量，必然会大量采用PLC，从而为PLC的应用提供广阔的应用前景。
自2001年以来，作为基础工业之一的机械工业成为我国工业发展新的增长点，年均增长率超过20%。
与流程工业对模拟量的反馈调节不同，机械工业需对开关量进行连锁及顺序控制，因此PLC成为其控制产品的首选。
机械行业的高速增长和自动化现状为PLC应用提供了巨大的市场空间。
我国的工业发展及自动化应用水平与工业发达国家相比有几十年的滞后，按目前的经济形势分析，我国将迎来一个PLC市场高速增长的时期。
基于上述原因和中国经济高速增长的现状，今后若干年内中国PLC市场将保持持续高速增长。
综合相关资料提供的数据，并分析目前中国PLC市场主要厂商的经营数据，初步估计目前在我国本土销售的PLC总量为30~40亿元人民币（不含随进口主设备配套的PLC），年增长率为15~20%。
巨大的市场需求为发展PLC业务提供了难得的历史机遇，国内有实力的自动化公司应充分利用在市场、技术、行业影响和品牌等方面的积累，大力拓展PLC业务，使国产PLC早日成为中国PLC市场的主要参与者之一。
1.2国内外研究概况
目前中国PLC市场主要厂商为Siemens、Mitsubishi、Omron、Rockwell、Schneider、GE-Fanuc等国际大公司，欧美公司在大、中型PLC领域占有绝对优势，日本公司在小型PLC领域占据十分重要的位置，韩国和中国台湾的公司在小型PLC领域也有一定市场份额，中国大陆PLC厂商的市场份额几乎可以忽略。
大型PLC的目标用户在选用PLC时一般不会把价格作为首要考虑因素，而是更关注产品性能、质量和品牌，对价格不是十分敏感，故日本产品很难进入该领域。
韩国和中国台湾的产品从一开始就是模仿日本产品，基本沿袭日本产品的技术路线，其在中国的市场策略、行业影响基本是步日本厂商的后尘，只不过比日本产品滞后一段时间。
PLC本身的发展,使其硬件性能极大提高,软件日益丰富。
对中、小型PLC的目标用户而言，市场上主要厂商的PLC产品均能满足其要求，所以在产品选型时价格是十分重要的因素。
因此，日本产品在该领域占有绝对优势。
Siemens在推出新一代小型PLC产品S7200后其价格与日本产品相差不大，最近几年其小型PLC的市场增长迅速，已经与日本主要产品（Mitsubishi和Omron）在小型PLC领域取得了类似的市场地位。
近年来，由于具有明显的价格优势，中国台湾的部分PLC厂商在小型PLC领域发展势头十分强劲，抢占了原来日本产品的一部分低端市场。
2.T4240B立式双柱镗床电气控制解析
2.1T4240B的工艺特点与控制要求
1.工艺特点
坐标镗床是一种高精度机床。
它具有测量坐标位置的精密测量装置，而且这种机床的主要零部件的制造和装配精度很高，并有良好的刚性和抗振性，所以它主要用来镗削精密的孔（IT级或更高）和位置精度要求很高的孔隙（定位精度要求达到0.002-0.01mm），如钻模、镗模等的精密孔。
坐标镗床的工艺范围很广，除镗孔、钻孔、扩孔、铰孔、精铣平面和沟槽外，还可以进行精密刻线和划线，以及孔距和直线尺寸的精密测量等工作。
坐标镗床过去主要用于工具车间作单件生产，近年来也逐渐应用到生产车间，成批地加工要求精密孔距的零件，如飞机、汽车、拖拉机、内燃机和机床等行业中加工某些箱体类零件的轴承孔。
坐标镗床按其布局和形式的不同，可分为立式单柱式坐标镗床、立式双柱式坐标镗床和卧式坐标镗床等主要类型。
（1）坐标测量装置
坐标镗床可以获得准确的定位精度和高精度和高的表面加工质量，除了主要零部件制造精度较高、结构上采取防止爬行（采用滚动导轨）、足够高的刚度、减少变形等措施以外，精密的测量装置对保证机床的加工机床的加工精度起了重大的作用。
常见的坐标测量有三种：
带校正尺的机密丝杠坐标测量装置、光屏—金属刻线尺光学坐标测量装置及光栅坐标测量装置。
T4240B所用的坐标测量装置是光屏—金属刻线尺光学坐标测量，其原理是精密线纹尺固定在工作台上，并作为滑板和工作台上移动的长度基准，通过一系列光学系统装置，将线纹尺的线纹间距放大，并成像在光屏上，当移动工作台时，被放大的线纹尺上的刻线也在光屏中移动，这样在光屏中的分划板上
即可精确地测定工作台移动的距离。
（2）机床的运动
表面成形运动。
镗孔时，需要两个成形运动，一个是主轴套筒中的主轴作旋转运动，使镗刀进行切削，称为主运动；另一个是主轴套筒带动主轴作轴向移动，称为轴向进给运动。
铣削加工时，除了主轴旋转（主运动外），还有两个方向的进给运动，一个是纵向进给运动，由工作台沿床身导轨作纵向移动来完成；另一个是横向进给运动，由主轴箱沿横梁横向运动来完成。
这两个进给运动也用来实现两个坐标的精确定位。
辅助运动，为了使主轴箱的位置适应不同高度工件加工的需要，装有主轴箱的横梁可沿导轨作垂直方向的调整运动。
（3））机床的传动系统
按机床的运动分为以下几条传动链：
1）主运动传动链：
由主轴电动机到主轴。
2）主轴轴向进给传动链：
由主轴到齿轮轮条。
3）工作台纵向仅给传动链：
由纵向进给电动机到工作台丝杠。
4）主轴箱横向进给传动链：
有横向进给电动机到主轴箱丝杠。
5）横梁升降传动链：
：
由电动机到横梁丝杠。
2.电力拖动及控制要求分析
T4240B立式双柱坐标镗床上配置五台三相笼型异步电动机，各电动机的控制要求如下：
（1）主电动机的控制要求
主电动机M1完成主轴运动的拖动。
主轴运动要求电动机能够直接起动，为加工、调整方便，需要具有点动功能。
制动方式为机械制动。
（2）冷却泵电动机的控制要求
冷却泵电动机M2在加工时带动冷却泵工作提供切削液，采用直接起动，并为连续工作状态。
冷却电动机必须在主电动机起动后才能起动。
（3）横梁电动机的控制要求
横梁电动机M3用于拖动横梁上、下运动，采用直接起动，并能实现正、反转。
（4）工作台电动机的控制要求
工作台电动机M4用于拖动工作台的前后运动，采用直接起动，并能实现正、反转。
（5）溜板电动机的控制要求快速移动电动机M5用于拖动溜板箱带动刀架左右移动，采用直接起动，并能实现正、反转。
2.3.2T4240B电路控制分析说明
T4240B立式双柱坐标镗床的电气控制系统电路图4-4所示，图示所用的电气元件符号与功能说明见表4-3.下面分析其工作过程。
1.电气控制线路的特点
1）用行程开关SQ1、SQ4、SQ7分别作为工作台、横梁、溜板的卡紧联锁装置，只有当各部分放松后，其相应的行程开关闭合，才能通过电气控制移动。
2）用行程开关SQ2、SQ3作为横梁上升与下降的极限位置保护开关。
用SQ5、SQ6作为工作台向前与与向后的极限位置保护开关。
用SQ8、SQ9作为溜板向左与向右的极限位置保护开关。
3）过载保护利用了热继电器FR1～FR5,它们分别作为主轴电动机、冷却电动机、横梁电动机、工作台电动机、溜板电动机的过载保护
4）短路保护利用了熔断器FU1～ＦU4，它们分别作为主电路和控制电路的电源短路保护。
T4240B的电气原理图如图2-3所示，低压电气元件见表4-3：
图T4240B电气原理图
图T4240B电气原理图（续）
符号
名称及作用
符号
名称及作用
M1
主轴电动机
SB4、SB5
横梁电动机控制按钮
M2
冷却电动机
SB6～SB8
工作台电动机控制按钮
M3
横梁电动机
SB9～SB11
溜班电动机控制按钮
M4
工作台电动机
SB12、SB13
纵、横向光屏控制按钮
M5
溜板电动机
SQ1
横梁电动机控制按钮
FR1～FR5
热续电器
SQ2、SQ3
横梁电动机上、下行程开光
FU1～FU4
主电路熔断器
SQ4
工作台电动机微动开关
TC
控制变压器
SQ5、SQ6
工作台电动机前、后行程开关
KT1,KT2
通电延时时间继电器
SQ7
溜班电动机微动开关
EL
照明灯
SQ8、SQ9
溜板电动机左右行程开关
SA3
照明开关
KM1
主轴、冷却电动机接触器
KA1、KA2
中间续电器
KM2、KM3
横梁电动机正、反转接触器
SA2
冷却电动机开关
KM4、KM5
工作台电动机正反转接触器
HL1～HL10
指示灯
KM6、KM7
溜班电动机正、反转接触器
SB1～SB3
主动电机控制按钮
2.电路分析说明
（1）主轴控制
按下按钮SB3，其常开触点闭合，常闭触点断开，切断KM1线圈的自锁回路，KM1线圈得电，主轴电动机M1转动，同时KM1的辅助常开触点闭合，指示灯HL1亮。
松开开关按钮SB3，KM1线圈失电，电动机停止转动，主轴停止，从而实现主轴的点动，主轴电动机只需要实现正传，主轴电动机的电动控制，主要满足对刀、调整的需要。
按下按钮SB2，KM1线圈得电吸合并自锁，KM1常开触点闭合，主轴电动机主电路接通，M1转动，通过传动系统使主轴回转。
在电动机M1工作时，按下按钮SB1，其常开触点断开，KM1线圈断电，KM1常开触点断开，电动机M1停止，主轴也停止转动，指示灯HL1熄灭。
（2）冷却电动机的转动
只有当主轴电动机启动后，接触器KM1主触点闭合，冷却电动机M2才能启动，主轴电动机停止，冷却电动机也停止。
主轴电动机起动后，将转换开光SA2调到开启位置，冷却电动机主电路接通，为切削加工提供切削液。
（3）横梁的移动
先放松锁紧位置，行程开关SQ1复位，常闭触点闭合，这时按下按钮SB4，线圈KM2得电吸合，横梁电动机M3正转，通过传动系统实现横梁的上升运动，同时指示灯HL2亮。
当横梁运动至行程开关SQ2，使电路断开，横梁电动机停止转动，实现极限形成保护。
KM2常闭触点断开，与KM3实现互锁保护。
当按下按钮SB5，线圈KM3得电吸合，横梁电动机反转，通过传动系统实现横梁的下降运动，指示灯HL3亮。
当横梁运动至行程开关SQ3处时，压下SQ3，使KM3线圈电路断电，横梁电动机停止转动，实现下行极限形成保护。
（4）工作台的移动
先放松锁紧装置，行程开关SQ4复位，其常开触点闭合。
这时，按下按钮SB6，接触器KM4线圈得电吸合并自锁，工作台电动机M4正转，通过传动系统实现工作台的向后运动，同时指示灯HL4亮。
当工作台运动至行程开光SQ5处时，压下行程开光SQ5，KM4线圈电路断开，工作台电动机M4停止转动，实现向后极限行程保护。
KM4常闭触点断开，与触点断开，与接触器KM5实现互锁保护。
按下按钮SB7，接触器KM5线圈得电吸合并自锁，工作台电动机M4反转，通过传动系统实现工作台的向前运动，KM5的常开触点闭合，指示灯HL5亮。
当工作台运动至行程开关SQ6处时，压下SQ6，使KM5线圈电路断开，工作台电动机停止转动，实现前进方向的极限形成保护。
按下按钮SB8，接触器KM4和KM5线圈电路断开，线圈KM4、KM5均失电，工作台电动机M4停止转动。
（5）溜板的移动
先放松锁紧装置，行程开关SQ7复位，常闭触点闭合。
这时按下按钮SB10，KM6线圈得电吸合并自锁，KM6主触点闭合，溜板电动机M5正转，通过传动系统实现溜板的向右运动，KM6的常开触点闭合，指示灯HL6亮。
当工作台运动至行程开光SQ8处时，压下SQ8，使接触器KM6线圈电路断开，溜板电动机停止转动，实现向右极限形成保护。
KM6常闭触点断开，与接触器KM7实现互锁保护。
按下按钮SB11，KM7线圈得电吸合并自锁，溜板电动机M5反转，通过传动系统实现溜板的向左运动，指示灯HL7亮，当工作台运动至行程开光SQ9处时，压下SQ9，使KM7线圈电路断开，电动机M5停止转动，实现向左极限形成保护。
按下按钮SB9，接触器KM6、KM7线圈电路均失电，溜板电动机停止转动。
（6）光屏的控制
1）纵向光屏的控制。
按下按钮SB12，中间继电器KA1线圈得电吸合并自锁，KA1常开触点闭合，纵向光屏灯亮。
同时时间继电器KT1线圈得电吸合，待定时间到，KA1线圈失电，其常开触点断开，纵向光屏灯熄灭。
2）横向光屏的控制。
按下按钮SB13，中间继电器KA2线圈的电吸合并自锁，KA2常开触点闭合，横向光屏灯亮。
同时时间继电器KT2线圈得电吸合，定时完成以后，KA2线圈失电，其常开触点断开，横向光屏灯熄灭。
3）圆转台光屏的控制。
圆转台光屏灯是通过插销座实现的，CX6接电后，圆转台光屏灯亮，断电后熄灭。
（7）照明灯的控制
照明灯的开停是由转换开关SA3控制的。
3.PLC概述
在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。
目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。
为了使各位初学者更方便地了解PLC，本文对PLC的发展、基本结构、配置、应用等基本知识作一简介，以期对各位网友有所帮助。
3.1PLC的发展历程
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，美国数字公司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ProgrammableController（PC）。
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ProgrammableLogicController（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。
PLC的定义有许多种。
国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：
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。
它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、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。
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30~40%。
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制领域处于统治地位的DCS系统。
PLC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。
PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
3.2PLC的构成
从结构上分，PLC分为固定
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