X62W万能铣床电气控制线路PLC改造.docx

资源描述

X62W万能铣床电气控制线路PLC改造.docx

《X62W万能铣床电气控制线路PLC改造.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《X62W万能铣床电气控制线路PLC改造.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

X62W万能铣床电气控制线路PLC改造.docx

X62W万能铣床电气控制线路PLC改造

摘要

铣床可以用来加工平面、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，使用数量仅次于车床。

PLC是以计算机技术为技术核心的通用自动控制装置，在各行各业中得到了广泛的应用。

它是将逻辑运算，顺序控制，时序和计数以及算数运算等控制程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据存储的控制内容，经过模拟，数字等输入输出部件，对生产设备和生产过程进行控制的装置。

在电气控制系统中，故障的查找于排除是非常困难的，特别是在继电器接触式控制系统，由于定期开展线路触点多、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。

而PLC控制系统无论是硬件还是软件，控制稳定可靠，具有极高的可靠性与灵活性，更容易维修，更能适应经常变动的工艺条件。

为了使铣床控制稳定与可靠，具有极高的可靠性和灵活性，更容易检修，更能适应经常变动的工艺条件，取得较好的经济效益，所以对原来的继电器接触模式模拟控制系统进行PLC改造。

Abstract

Themillingmachinecanbeusedtoprocesstheplane,theinclinedplane,thegroove,theupperandthedividingheadcanbemilledandcutstraightteethgearandthehelicalsurface,andcanbearrangedontheroundtable,whichcanalsocutthecamandthearcgroove.Sothemillingmachineinthemetalcuttingmachinetoolhasalargeproportion,theuseofthenumberofsecondlathe.PLCisageneralautomaticcontroldevice,whichisthecoreofthetechnology,andhasbeenwidelyusedinallwalksoflife.Itisacontrolprogram,whichisalogicoperation,sequencecontrol,timingandcountingandarithmeticoperations.Itisstoredinthememoryinaseriesofinstructions.

Intheelectricalcontrolsystem,thefaultfindingisverydifficult,especiallyintherelaycontactcontrolsystem.Becauseoftheregulardevelopmentofthelinecontact,complexline,highfailurerate,maintenancecycle,toproduceandmaintainalotofinconvenience,seriousimpactonproduction.ThePLCcontrolsystem,bothhardwareandsoftware,isstableandreliable,withhighreliabilityandflexibility.Itiseasiertomaintainandadapttothechangingconditions.

Inordertocontrolthestabilityandreliabilityofthemillingmachine,ithashighreliabilityandflexibility.Itiseasiertorepair,andcanadapttothechangingconditions,andgetbettereconomicbenefits,sotheoriginalrelaycontactmodelsimulationcontrolsystemforPLCtransformation.

关键词：

铣床，电气控制，工作台，可编程控制器，硬件设计

第一章铣床特点及电气控制线路分析

1.1铣床简介

铣削是一种高效率的加工方式，铣刀的旋转是主运动，工作台的上下、左右、前后运动都是进给运动，其他的运动，如工作台的旋转运动则是辅助运动。

铣床的种类很多，按照结构型式和加工性能的不同，可分为立式铣床、卧式铣床、仿形铣床、龙门铣床和专用铣床等。

万能铣床是一种通用的多用途机床，它可以用圆柱铣刀、圆片铣刀、成型铣刀及端面铣刀等工具对各种零件进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，还可以加装万能铣头和圆工作台来扩大加工范围。

目前，万能铣床常用的有两种，一种是卧式万能铣床，铣头水平放置，型号为X62W；另一种是立式万能铣床，铣头垂直放置，型号为X52K。

这两种铣床结构大体相似，差别在于铣头的放置方向上，而工作台进给方式，主轴变速等都一样，电气控制线路经过系列化以后，也是一样的，只不过容量不同。

型号意义

图1.1

1.2X62W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，是一种较为精密的加工设备，它采用继电接触器电路实现电气控制。

其操作是通过手柄同时操作电气与机械，以达到机电紧密配合完成预定的操作，是机械与电气结构联合动作的典型控制，是自动化程度较高的组合机床。

X62W型万能铣床的结构主要由床身、主轴、刀杆、悬梁、刀杆支架、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，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时主运动；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；铣床的其他运动，如工作台的讯转运动则属于辅助运动。

此外，由于回转盘可绕中心转过一个角度（通常是±45°），因此工作台在水平面上除了能在平行于或垂直于主轴轴线方向进给，还能在倾斜方向进给，可以加工螺旋槽，故称万能铣床。

X62W万能铣床特点：

（1）能完成很多普通机床难以加工或者根本不能加工的复杂型面的加工。

（2）采用X62W铣床可以提高零件的加工精度，稳定产品的质量。

（3）采用X62W可以比普通机床提高2～3倍生产率，对复杂零件的加工，生产率可以提高十几倍甚至几十倍。

（4）大大的减轻了工人的劳动强度。

X62万能铣床外形结构图

1、2—纵向工作台进给手动手轮和操纵手柄。

3、15—主轴停止按钮。

4、17—主轴启动按钮。

5、14—工作台快速移动按钮。

6—工作台横向进给手动手轮。

7—工作台升降进给手动摇把。

8—自动进给变速手柄。

9—工作台升降、横向进给手柄。

10—油泵开关。

11—电源开关。

12—主轴瞬时冲动手柄。

13—照明开关。

16—主轴调速转盘。

1.3电器元件设备

X62W万能铣床电器元件明细表

代号

元件名称

型号

规格

件数

用途

QS1

QS2

SA1

SA2

SA3

FU1

FU2

FU3

FU4

FU5

FR1

FR2

FR3

KM1

KM2

KM3

KM4

SB1、SB2

SB3、SB4

SB5、SB6

YC1

YC2

YC3

SQ1

代号

电动机

开关

熔断器

热继电器

变压器

整流器

接触器

按钮

电磁离合器

位置开关

元件名称

JO2-51-4

JO2-22-4

JCB-22

HZ1-60/3J

HZ1-10/3J

HZ3-133

RL1-60

RL1-15

JR0-60/3

JR0-20/3

BK-100

BK-150

BK-50

4X2ZC

CJ0-20

CJ0-10

LA2

定做

LX3-11K

型号

7.5kw1450r/min

1.5kw1410r/min

0.125kw2790r/min

60A500V

10A500V

60A500V

60A

16A

0.5A

1.5A

380/36V

380/100V

380/24V

20A110V

10A110V

规格

件数

驱动主轴

驱动进给

驱动冷却泵

总开关

冷却泵开关

换刀开关

圆工作台开关

M1换相开关

电源总保险

整流电源保险

直流电路保险

控制回路保险

照明保险

M1过载保护

M3过载保护

M2过载保护

整流电源

控制回路电源

照明电源

整流器

主轴驱动

快速进给

M2正转

M2反转

M1启动

快速进给点动

停止、制动

主轴制动

正常进给

快速进给

主轴冲动开关

用途

SQ2

SQ3

SQ4

SQ5

SQ6

位置开关

LX3-11K

LX2-131

进给冲动开关

M2正、反转及联锁

、、、

1.4电力拖动特点及控制要求

1、主轴电动机需要正反转，但方向的改变并不频繁。

根据加工工艺的要求，有的工件需要顺铣（电动机正转），有的工件需要逆铣（电动机反转）。

大多情况下是一批或多批工件只用一种方向铣削，并不需要经常改变电动机的转向。

因此，可用电源相序转换开关实现主轴电动机的正反转，节省一个反向转动接触器。

2、铣刀的铣削是一种不连续的切削，容易使机械传动系统发生振动，为了避免这种现象，在主轴传动系统中装有惯性轮但在高速切削后，停车很费时间，故采用电磁离合器制动。

3、工作台既可以做六个方向上的进给，又可以在六个方向上快速移动。

4、为了防止刀具和机床的损坏，要求只有主轴旋转后，才允许有进给运动。

为了减小加工工件表面的粗糙度，只有进给停止后主轴才能停止或同时停止。

本机床在电气上采用了主轴和进给同时停止的方式，但由于主轴运动的惯性很大，实际上就保证了进给运动先停止，主轴运动后停止的要求。

5、主轴运动和进给运动采用变速盘来进行速度选择，为保证变速齿轮进入良好啮合状态，两种运动都要求变速后作瞬时点动。

1.5电气控制线路

X62W万能铣床的电气控制线路。

分为主电路，控制电路和照明电路三部分。

1.6电气控制线路分析

主电路分析

主电路中共有三台电动机，M1是主电动机，拖动主轴带动铣刀进行铣削加工；M2是工作台进给电动机，拖动升降台及工作台进给；M3是冷却泵电动机，供应冷却液。

每台电动机均有热继电器作过载保护。

控制电路分析

控制线路中的启动按钮SB1和SB2是异地控制按钮，分别装在机床两处，方便操作。

SB5和SB6是停止按钮。

KM1是主轴电动机M1的启动接触器，YC1则是主轴制动用的电磁离合器，SQ1是主轴变速冲动的行程开关。

主轴电动机是经过弹性联轴器和变速机构的齿轮传动链来实现传动的，可使主轴获得十八级不同的转速。

正转

停止

反转

SA3-1

SA3-2

SA3-3

SA3-4

－

＋

－

＋

－

＋

表1.1主轴转换开关位置表

（1）主轴电动机的启动：

启动前先合上电源开关QS1，再把主轴转换开关SA3扳到所需要的旋转方向，然后按启动按钮SB1（或SB2），接触器KM1获电动作，其主触头闭合，主轴电动机M1启动。

SA3的功能见表1.1所示：

正转时SA3-2，SA3-3两开关触点分别接通，反转时SA3-1，SA3-4分别接通，停止时都不接通。

（2）主轴电动机的停车制动：

当铣削完毕，需要主轴电动机M1停车时，按停止按钮SB5（或SB6），接触器KM1线圈断电释放，电动机M1停电，同时由于SB5-2或SB6-2接通电磁离合器YC1，对主轴电机进行制动。

当主轴停车后方可松开停止按钮。

（3）主轴换铣刀控制：

主轴更换铣刀时，为避免主轴转动，造成更换困难，应将主轴制动。

方法是将转换开关SA1扳到换刀位置，常开触头SA1-1闭合，电磁离合器YC1获电，将电动机轴抱住；同时常闭触头SA1-2断开，切断控制电路，机床无法运行，保证了人身安全。

（4）主轴变速时的冲动控制：

主轴变速时的冲动控制，是利用变速手柄与冲动行程开关SQ1通过机械上的联动机构进行控制的。

将变速手柄拉开，啮合好的齿轮脱离，可以用变速盘调整所需要的转速（实质是改变齿轮的传动比），然后将变速手柄推回原位，使变了传动比的齿轮组重新啮合。

由于齿与齿之间的位置不能刚好对上，因而造成啮合困难。

若在啮合时齿轮系统冲动一下，啮合将十分方便。

当手柄推进时，手柄上装的凸轮将弹簧杆推动一下又返回，而弹簧杆又推动一下位置开关SQ1，SQ1的常闭触头SQ1-2先断开，而后常开触头SQ1-1闭合，使接触器KM1通电吸合，电动机M1启动，但紧接着凸轮放开弹簧杆，SQ1复位，常开触头SQ1-1先断开，常闭触头SQ1-2后闭合，电动机M1断电。

此时并未采取制动措施，故电动机M1产生一个冲动齿轮系统的力，足以使齿轮系统抖动，保证了齿轮的顺利啮合。

工作台进给电动机的控制

转换开关SA2是控制圆工作台的，在不需要圆工作台运动时，转换开关SA2扳到“断开”位置，此时SA2-1闭合，SA2-2断开，SA2-3闭合；当需要圆工作台运动时，将转换开关SA2扳到“接通”位置，则SA2-1断开，SA2-2闭合，SA2-3断开。

SA2的功能如表1.2所示:

（1）工作台纵向进给：

工作台的左右（纵向）运动是由“工作台纵向操作手柄”来控制。

手柄有三个位置：

向左、向右、零位（停止），其控制关系见表1.3。

当手柄扳到向左或向右位置时，手柄有两个功能，一是压下位置开关SQ5或SQ6，二是通过机械机构将电动机的传动链拨向工作台下面的丝杠上，使电动机的动力唯一的地传到该丝杠上，工作台在丝杠的带动下作左右进给。

在工作台两端各设置一块挡铁，当工作台纵向移动到极限位置时，挡铁撞动纵向操作手柄，使它回到中间位置，工作台停止运动，从而实现纵向运动的终端保护。

接通

断开

SA2-1

SA2-2

SA2-3

—

左

停

右

SQ5-1

SQ5-2

SQ6-1

SQ6-2

－

—

表1.2圆工作台开关位置表1.3工作台纵向进给开关位置

1）工作台向右运动

主轴电动机M1启动后，将操纵手柄向右扳，其联动机构压到位置开关SQ5，常开触头SQ5-1闭合，常闭触头SQ5-2断开，接触器KM3通电吸合;电动机M2正转启动，带动工作台向右进给。

2）工作台向左进给控制过程与向右相似，只是将操作手柄拨向左，这时位置开关SQ6被压着，SQ6-1被压着闭合，SQ6-2断开，接触器KM4通电吸合，电动机反转，工作台向左进给。

（2）工作台升降和横向（前后）进给操纵工作台上下和前后运动时用同一手柄完成的。

该手柄有五个位置，即上、下、前、后和中间位置。

当手柄扳向向上或向下时，机械上接通了垂直进给离合器；当手柄扳向前或后时，机械上接通了横向进给离合器；手柄在中间位置时，横向和垂直进给离合器均不接通。

在手柄扳到向下或向前位置时，手柄通过机械联动机构使位置开关SQ3被压动，接触器KM3通电吸合，电动机正转；在手柄扳到向上或向后时，位置开关SQ4被压动，接触器KM4通电吸合，电动机反转。

对应操纵手柄的五个位置，可列出与之对应的运动状态，见表1.4

手柄位置

工作台运动方向

离合器接通的丝杠

行程开关动作

接触器动作

电动机运转

向上

向下

向前

向后

中间

向上进给或快速向上

向下进给或快速向下

向前进给或快速向前

向后进给或快速向后

升降或横向停止

垂直丝杠

横向丝杠

SQ4

SQ3

SQ4

—

KM4

KM3

KM4

－

M2反转

M2正转

M2反转

－

表1.4工作台横向与垂直操纵手柄功能

此五个位置是联锁的，各个方向的进给不能同时接通，所以不可能同时传动紊乱的现象。

1）工作台向上（下）运动：

在主轴电机启动后，将操纵手柄扳到中间位置，把横向和升降操作手柄扳到向上（下）位置，其联动机构一方面接通垂直传动丝杠的离合器；令一方面它使位置开关SQ4（SQ3）动作，KM4（KM3）获电，电动机M2反（正）转，工作台向上（下）运动。

将手柄扳回中间位置，工作台停止运动。

2）工作台向前（后）运动：

手柄扳到向前（后）位置，机械装置将横向传动丝杠的离合器接通；同时压动位置开关SQ3（SQ4），KM3（KM4）获电，电动机M2正（反）转，工作台向前（后）运动。

3）联锁问题单独对垂直和横向操作手柄而言，上下前后四个方向只能选择其一，绝不会出现两个方向的可能性。

但在操作这个手柄时，又将控制纵向的手柄拨动了，这时有两个方向进给，将造成机床重大事故，所以必须联锁保护。

从图1.1可以看出，若纵向手柄扳到任一方向，SQ5-2或SQ6-2两个位置开关中的一个被压开，接触器KM3或KM4立刻失电，电动机M2停转，从而得到保护。

同理，当纵向操作手柄扳到某一方向而选择了向左或向右进给时，SQ5或SQ6被压着，它们的常闭触头SQ5-2或SQ6-2是断开的，接触器KM3或KM4都由SQ3-2和SQ4-2接通。

若发生误操作，使操作和横向操作手柄扳离了自己位置，而选择上、下、前、后某一方向的进给就一定使SQ3-2或SQ4-2断开，使KM3或KM4断电释放，电动机M2停转运转，避免了机床事故。

（3）进给变速冲动：

和主轴变速一样，进给变速时，为使齿轮进入良好的啮合状态，也要做变速后的瞬时点动。

在进给变速时，只需将变速盘（在升降台前面）往外拉，使进给齿轮松开，待转动变速盘以后，将变速盘向里推。

在推进时，挡块压动位置开关SQ2，首先使常闭触头SQ2-2断开，然后常开触头SQ2-1闭合，接触器KM3通电吸合，电动机M2启动。

但它并未运转起来，位置开关SQ2已复位，首先断开SQ2-1，而后闭合SQ2-2。

接触器KM3失电，电动机失电停转。

这样以来，使电动机接通一下电源，齿轮系统产生一次抖动，使齿轮啮合顺利进行。

（4）工作台的快速移动：

为了提高劳动生产率，减少生产辅助时间，X62W万能铣床在加工过程中，不做铣削加工时，要求工作台快速移动，当进入铣削区时，要求工作台以原进给速度移动。

安装好工件后，按下按钮SB3或SB4（两地控制），接触器KM2通电吸合，它的一个常开触头接通进给控制电路，另一个常开触头接通电磁离合器YC3，常闭触头切断电磁离合器YC2。

离合器YC2吸合将使齿轮系统和变速进给系统相联，而离合器YC3则是快速进给变换用的，它的吸合，使进给传动系统跳过齿轮变速链，电动机可直接拖动丝杠套，让工作台快速进给。

进给的方向，仍由进给操作手柄来决定。

当快速移动到预订网站时，松开按钮SB3或SB4，接触器KM2断电释放，YC3断开，YC2吸合，工作台的快速移动停止，仍按原来方向做进给运动。

1）圆工作台的控制

为了扩大机床的加工能力，可在机床上安装附件圆形工作台，这样可以进行圆弧或凸轮的铣削加工。

在拖动时，所有进给系统均停止工作（手柄放置在零位上），只让圆工作台绕轴心回转。

当工件在圆工作台安装好后，用快速移动方法，将铣刀和工件之间位置调整好，把圆工作台控制开关拨到“接通”位置。

这个开关就是SA2，此时SA2-1和SA2-3断开，SA2-2闭合。

当主电动机启动后，圆工作台即开始工作，其控制电路是：

电源→SQ2-2→SQ3-2→SQ4-2→SQ6-2→SQ5-2→SA2-2→KM4（常闭）→KM3线圈→电源。

接触器KM3通电吸合，电动机M2正转。

该电机带动一根专用轴，使圆工作台绕轴心回转，铣刀铣出圆弧。

在圆工作台开动时，其余进给一律不准运动，若有误操作，拨动了两个进给手柄中的任一个，则必然会使位置开关SQ3—SQ6中的某一个被压动，则其常闭触头将断开，使电动机停转，从而避免了机床事故。

圆工作台在运转过程中不要求调速，也不要求反转。

按下主轴停按钮SB5或SB6，主轴停转，圆工作台也停转。

2）冷却和照明控制

冷却泵只有在主电动机启动后才能启动，所以主电路中将M3接在主接触器KM1触头后面，另外又可以用开关QS2控制。

机床照明由变压器T1供给24V安全电压。

第二章可编程控制器的概述

2.1PLC的发展历史

1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。

1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器PDP—14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。

20世纪70年代初出现了微处理器。

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。

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。

个人计算机发展起来后，为了方便和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）。

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。

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。

20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增

展开阅读全文