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专业综合设计x52k铣床论文

目录1

一．概述2

1．改造原因2

2．系统工作原理3

二．电气原理图7

三．改造方案8

3.1X52k工艺要求8

3.2Plc设计方案的确定8

四．控制系统设计11

4.1软件设计11

4.1.1软件设计流程图11

4.1.2I/O分配表12

4.2.硬件设计15

4.2.1硬件分配表15

4.2.2PLC硬件连接图16

五、调试与仿真17

1.主轴电机启动17

2.主轴电机停止17

3.主轴变速冲动开关17

4.向右移动工作台18

5.向前方、下方移动工作台18

6.向后方、上方移动工作台18

7.进给变速冲动开关18

8.快速移动工作台19

9.照明灯19

六、存在的问题及改进意见20

参考文献21

附录22

一．概述

1．改造原因

传统x52立式铣床由于采用的是继电器控制，继电器控制存在许多缺点，如电路接线复杂，触点多，噪声大，可靠性差，故障诊断与排除等。

绝大多数控制继电器的触点容易产生电弧，甚至会在融在一起产生误操作，引起严重后果。

而且继电器控制系统不惜是手工接线，安装，如果有简单改动，也需要话费大量的时间及人力和物力去改制，安装和调试。

若用plc控制就避免了这些问题，通过以plc为控制核心，采用，传感器等技术对x52k机床控制部分进行电气改造。

因为plc的优点有：

（1）plc系统的维修简单，维修时间短。

Plc采用了一系列可靠性设计的方法进行设计。

（2）plc有较高的易操作性。

它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不容易发生误操作。

（3）plc是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。

采用了精简化的编程语言。

变成出错率很低。

（4）对plc的操作包括程序输入和程序更改的操作。

程序的输入可直接显示，更改程序的操作也可以直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或程序的寻找，然后进行更改。

（5）Plc采用的编程语言有梯形图，布尔助记符，功能表图，功能模块和语句描述编程语言。

保存方法的多样性使保持简单。

2．系统工作原理

1.铣床介绍

x52立式铣床是立式升降铣床，其主轴轴线垂直于工作台，外形如图1-2所示，主要由床身、主轴、工作台、升降台、底座组成。

（1）床身——固定和支撑铣床各部件；

（2）立铣头——支撑主轴，可以左右倾斜一定角度；

（3）主轴——为空心轴，前端为精密锥孔，用于安装铣刀并带动铣刀旋转；

（4）工作台——承载、装夹工件，可纵向和横向移动，还可以水平移动；

（5）升降台——通过升降丝杠支撑工作台，可以使工作台垂直移动；

（6）变速机构——主轴变速机构在床身内，使主轴有18种速度。

（7）底座——支撑床身和升降台，底部可以储存切削液。

2.铣床的特点

本机床是一种强力金属切削机床，机床的主轴传动系统由功率7.5kw的电动机驱动，能承受重负荷切削。

主轴锥孔可直接或通过附件安装各种圆柱铣刀，圆片铣刀，成型铣刀，端面铣刀等刀具，适于加工各种零件的平面，斜面，沟槽，孔等，是机械制造，模具，仪器，仪表，汽车，摩托车等行业的理想加工设备。

3.铣床控制原理

3.1工作台横向，升降进给运动控制

（1）工作台向左运动

将十字手柄扳向“前”位置，横向进给离合器接上进给传动链，并压合行程开关SQ3，其两个触头一个为“1”，一个为“0”，KM2线圈控制逻辑，KM2得电动作，进给电动机正向转动，工作台向前运动。

（2）工作台向右运动

将十字手柄扳向“后”位置，横向进给离合器接上进给传动链，并压合行程开关SQ4，其两个触头一个为“1”，一个为“0”，KM3线圈控制逻辑，KM3得电动作，进给电动机反向转动，工作台向后运动。

（3）工作台向上运动

将十字手柄扳向“上”位置，垂直进给离合器接上进给传动链，并压合行程开关SQ4，其两个触头一个为“1”，一个为“0”，KM3线圈控制逻辑，M2电机反转，工作台向上运动。

（4）工作台向下运动

将十字手柄扳向“下”位置，垂直进给离合器接上进给传动链，并压合行程开关SQ3，其两个触头一个为“1”，一个为“0”，KM2线圈控制逻辑，M2电机正转，工作台向下运动。

3.2工作台快速移动，进给变速瞬间点动控制

工作台六个方向的快速移动，是用两个操纵手柄和快速移动按钮SB5的配合操作来实现的。

为了在进给变速时滑移齿轮易于咬合，本机床进给变速舍友点动控制线路，当变速手柄拉出时，压合行程开关SQ6，其两个触头一个为“1”，一个为“0”，使KM2得电动作，M2电动机正向瞬时点动。

当变速手柄推向原位时，触点一个为“1”，一个为“0”，KM2断电，M2停止运动。

3.3工作台纵向进给运动控制

（1）工作台向右运动

将工作台纵向手柄扳向右，则纵向进给离合器接上进给传动链，并压合行程开关SQ1，去两个触头一个为“1”，一个为“0”，KM2线圈的控制逻辑，KM2得电动作，进给电动机正向转动，工作台向右运动。

（2）工作台向左运动

将工作台纵向手柄扳向左，则纵向进给离合器接上进给传动链，并压合行程开关SQ2，去两个触头一个为“1”，一个为“0”，KM3线圈的控制逻辑，KM3得电动作，进给电动机反向转动，工作台向左运动。

二．电气原理图

三．改造方案

3.1X52k工艺要求

（1）顺序动作：

只有主轴旋转后才能进给和快速移动。

（防止刀具和机床损坏）

（2）进给停止后才能主轴停止或同时停止，保证表面粗糙度的要求。

（3）各方向运动互锁：

六个方向同时只能有一个方向运动产生，由手柄和机械离合器选择进给方向。

（4）主轴和进给运动变速时采用瞬时点动，保证咬合良好。

（5）安全保护（主电机或冷却电机过载时进给必须停止，防止刀具和机床损坏）

3.2Plc设计方案的确定

（1）不改变原控制系统电器操作方法。

（2）不改变原电气系统控制元件（包括按钮，行程开关，接触器，中间继电器，作用均与原电气线路相同）。

（3）原控制线路中热继电器仍用硬件控制（因过载使用几率较少）。

（4）主轴和进给起动，制动，低速，高速和变速冲动的操作方法不变。

（5）原铣床的工艺加工方法不变。

（6）只是将原继电器控制中的硬件接线改为用软件编程来替代。

3.3元器件选择

（1）主轴电机的选择。

根据功率7kw,转速1450r/min可知，选择电机型号为J-52-5.

（2）进给电机选择。

根据功率1.5kw,转速1410r/’minz可知，选择电机型号为J02-22-4.

（3）冷却泵电机选择。

功率0.125kw,转速2790r/min,选择电机型号为J02-22-0.

（4）熔断器选择。

根据主轴电机功率7kw,电压为380v，可知I=P/V=18.42A,A再加上其他要素的影响，取电流为25A,选择熔断器为RL1-40-20.作为主线路电路保护。

（5）接触器选择。

根据使用电压为380V，选用CJ40-9/03、CJ40-16/03型。

（6）根据输入点数和输出点数之和20，选用FX2N-32MR型PLC.

（7）按钮选择。

同时考虑电压、电流、安全等因素，选择的按钮有各自的颜色要求，停止用红色，启动和其他按钮用绿色，总共选择6组按钮。

选用LA18-22型。

（8）行程开关选用LX1-11K型。

（9）热继电器选用JR16-20/3型。

（10）电磁离合器DLMX-5K型。

（11）照明灯选择CY-CD03型。

（12）PLC选型

为实现控制要求，并本着性价比最大化的原则，根据输入点数14，输出点数7，选择三菱FX2N—24MRPLC,该型号有14个输入点，10个输出点，它的结构为输入输出一体化的组件性结构，安装和调试都比较方便，具有较快的响应速度，并可以进行I/O扩展。

四．控制系统设计

4.1软件设计

4.1.1软件设计流程图

4.1.2I/O分配表

PLC输入分配表

名称

符号

输入

主轴停止按钮

SB1

主轴停止按钮

SB2

主轴启动按钮

SB3

主轴启动按钮

SB4

工作台快速移动

SB5

工作台快速移动

SB6

照明灯开关

SC2

工作台向右进给行程开关

SQ1

工作台向右进给行程开关

SQ2

X10

工作台向前向下进给行程开关

SQ3

X11

工作台向后向上进给行程开关

SQ4

X12

进给变速冲动开关

SQ6

X13

主轴变速冲动开关

SQ7

X14

PLC输出分配表

名称

符号

输出

主轴电机启动

KM1

主轴制动

KM2

进给电机正转

KM3

进给电机反转

KM4

进给电机快速运动

KM5

快速移动电磁离合器

工作台向前、下运动

照明灯

4.1.3梯形图设计

4.2.硬件设计

4.2.1硬件分配表

X52k立式铣床电气元件表

符号

名称及用途

主电动机

进给电动机

冷却泵电动机

KM1

主电动机起停接触器

KM2，KM3

进给电动机正反转用接触器

KM4

快速移动用接触器

FR1-FR3

热继电器

熔断器

SB1,SB2

停止按钮

SB3,SB4

主电机启动按钮

SB5,SB6

工作台快速移动按钮

YC,

进给及快速电磁离合器

SQ1,SQ2

工作台纵向进给行程开关

SQ3,SQ4

工作台横向及升降寄给行程开关

SQ6

进给变速点移动开关

SQ7

主轴变速点动开关

照明灯

自动开关

4.2.2PLC硬件连接图

五、调试与仿真

1.主轴电机启动

2.主轴电机停止

3.主轴变速冲动开关

4.向右移动工作台

5.向前方、下方移动工作台

6.向后方、上方移动工作台

7.进给变速冲动开关

8.快速移动工作台

9.照明灯

六、存在的问题及改进意见

错误分析：

PLC的“信号流”从常闭触点可直接通过，如上图中，“信号流”从X1、X14中通过，触发M0，使之获得上升沿，从而Y1就在无任何外加条件下直接工作了。

这个错误加深了我对PLC程序运行过程的理解，即常闭点在无外界触发的条件下，可以直接通过，常开点必须要先有上升沿（强制ON）才能导通。

这个程序中，第三行的M1触点应去掉，因为在调速中发现，它会形成自锁，导致按下X007后，工作台会一直向右移动，这样不符合实际加工需要。

而像照明灯控制采用自锁电路则应该。

3.PLC程序本身的逻辑性，可以不考虑一些实际机械运动的细节，比如Y004既可以表示向后、向上进给又可以表示向左进给。

4.在调试的过程中，若在第一次仿真后，发现错误，要修改相关触点，却无法修改，可以在工具栏中的“编辑”中将写入模式点一下，将“读出模式”变为“写入模式”。

5.由于硬件方面的原因，在进给保护方面没有设置相关的元件，我觉得在进给保护和冗余保护程序方面还可以再做一些改进。

参考文献

[1]郁汉琪.电气与可编程控制器应用技术[M].南京：

东南大学出版社,2004

[2]张培志.电器控制与可编程控制器[M].北京：

化学出版社,2007

[3]秦长海，董昭可编程控制器原理与应用技术[M].北京：

北京邮电大学出版社,2006

[4]张万忠.可编程控制器应用技术[M].北京：

化学出版社,2002

[5]王成福.PLC控制系统设计与调试[M].北京：

人民邮电出版社,2005

[6]龚仲华.S7---200PLC应用技术[M].北京：

人民邮电出版社,2000

[7]肖宝兴.西门子S7---200PLC的使用经验与技巧[M].北京：

机械工业出版社,2003

[8]殷洪义.可编程控制器选择设计与维修[M].北京：

机械工业出版社,2001

[9]孟庆涛.例说识读PLC梯形图的方法与技巧[M].北京：

电子工业出版社,2000

[10]曲尔光.机床电气控制与PLC[M].北京：

电子工业出版社,2007

[11]朗文林.西门子S7---200/300PLC入门[M].北京：

电子工业出版社,2009

附录

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