XA6132万能铣床电气控制系统PLC改造设计.docx
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XA6132万能铣床电气控制系统PLC改造设计
XA6132万能铣床电气控制系统PLC改造设计
XA6132万能铣床电气操纵系统PLC改造设计
摘要
随着近几年可编程操纵器〔PLC〕的迅速进展，得到广泛应用的操纵装置，是为工业环境应用而设计出来的操纵系统，它不但能完全取代传统的继电器-接触器操纵系统，还能够完成逻辑运算、顺序操纵、定时、计数、数值运算等功能，其能应用于单个机器或者一条生产线，乃至整个工厂的自动化操纵系统，使电器操纵技术进展到了一个全新的时期，目前PLC操纵在工业生产的大部分领域都有了广泛的应用。
本次设计的要紧涉及内容是用PLC对XA6132万能铣床的电气操纵部分进行改造。
分析XA6132铣床，了解该铣床除了主运动和比较复杂的进给运动外，还有其他的辅助运动。
另外该铣床需要的运动方向较多，电气操纵系统比较复杂，为了安全可靠工作，还设置了完善的连锁与爱护系统。
了解铣床的特点后，依照它的电气操纵原理图，编译出PLC梯形图，再利用PLC仿真软件检验程序的可靠性。
因此铣床在完成原有功能特点外，还增加了安装简便，稳固性较好，易于修理，扩展能力较强等特点。
关键字：
电气操纵改造、继电器、欧姆龙PLC、I/O口、梯形图、程序；
XA6132universalmillingmachinetransformationdesignofPLCelectricalcontrolsystem
Abstract:
Programmable controller（PLC） is developing very rapidlyin recent years, widely used in the control device, is designed for industrial environment application control system, it not only can completely replace the traditional relay contractor control system, but also can complete logic operation, sequence control, timing,counting, numerical calculation, and other functions,itcanbe applied to a single machine or a production line, and eventhe whole factory automation control system, electric control technology development to a newstage, at present, the PLC control in most areas of industrial production has a wide rangeofapplications.
The design of the main content is to use PLC for XA6132 electrical control part of the universal millingmachine. Analysis XA6132 miller, know the milling machine in addition to the main motion and feed movementis more complex, there are other auxiliary movement. In addition the the movement direction of the millingmachine needs more, electrical control system is morecomplex, safe and reliable to work, also set up a complete chain and protection system. After understanding the characteristics of the milling machine, according to its electric control schematic diagram and compile the PLC ladder diagram, using the reliability of the PLC simulation software testing procedures. So themilling machine to complete the original functional features, but also increased the installation is simple,good stability, easy maintenance, the strong ability of extension, etc.
Keywords:
electrical control transformation, relay, OMRON PLC, I/O port, ladder diagram, program;
第一章绪论
1.1研究背景及意义
生产中广泛采纳各种各样的机床设备，只是传统的机床电气控系统大多数都采纳继电器接触器操纵方式。
这种操纵方式因为操纵方法简单、成本低等特点，在传统机械设备中应用比较广泛。
然而，也有专门多缺点，由继电器构成的电气操纵系统有的缺点有体积大、耗电多、可靠性差、寿命短等。
专门是对加工工艺多变的系统适应性表现更差，假如生产任务和工艺技术发生变化，就必须重新设计并变更硬件结构，造成时刻和资金的双重白费。
随着科学技术的变革和进展，PLC技术被逐步的引入到各种各样的生产机械设备中。
与传统的继电器操纵相比，PLC可编程操纵器具有可靠性高、柔性好、编程灵活、开发周期短以及故障自诊断等许多特点，专门适合应用到机床操纵系统的开发和应用中，通过使用PLC操纵设计机床操纵系统，能够减少强电元器件的数目，大大提高电气操纵系统的稳固性和可靠性，从而提高生产出来的产品的品质和生产效率。
目前，国内许多设备和生产厂家的自动操纵系统及加工机床都采纳PLC操纵代替继电器操纵。
可编程逻辑操纵器（PLC），是运算机技术和继电器常规操纵技术相结合的混合产物，是近几年来进展速度最快，应用最广泛的工业生产自动操纵装置之一。
目前PLC技术差不多专门成熟，因此基于PLC设计的机床电气操纵系统设计具有十分良好的可行性。
在我国PLC操纵的应用比例还不足10％，有十分宽敞的市场前景。
同时那个设计有专门好的应用前景。
1.2用数控技术改造机床的适应性和特点
（1）减少投资、交货期短
同购置新相比，一样能够节约60%-80%的费用，改造费用低。
专门是大型、专门机床专门明显。
一样大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。
但有些专门情形，如高速主轴、刀具自动交换装置、托盘自动交换装置的制作与安装等过于费工、费钱，往往使改造成本提高2-3倍，与购置新机床相比，只能节约投资50%左右。
（2）机械性能稳固可靠，但结构受限
由于机床本身的特点，它与汽车等类机电产品不同，机床所利用的床身、立柱等基础件差不多上重而牢固的铸铁构件，而不是焊接构件。
而铸铁件年代愈久，自然时效愈充分，内应力的排除使得精度比新铸件更稳固。
从另一方面来说，这些铸铁件的重复使用，即节约了社会资源，又减少了铸铁件生产时对环保的阻碍.但旧机床的改造，由于受到原机床机械结构的限制，不宜做突破性的改进。
（3）熟悉了解设备结构性能，便于操作修理
购新设备时，事先不能全面了解机床结构性能，以致专门难估量是否能完全适合其加工要求。
改造那么不然，由于旧设备已多年使用，机床操作者和修理人员已对其机械性能和结构了解透彻，对机床的加工能力能较准确地估算。
机床数控改造时，可依照企业自身的技术力量和有关条件，采纳自己改造或托付专业改造公司，并派原设备修理技术人员参加相结合的方法进行。
如此，既可在数控改造过程中，培养提高相关人员的数控技术水平和有关专业知识，又便于合理选择更换原机床设备中的部份元器件，更要紧的通过改造，大大提高了企业自身对数控机床修理的技术力量，同时也大大缩短了对数控机床在操作使用和修理方面的培训时刻，机床一旦改造调试完毕，就可专门快投入正常全负荷运转，见效甚快。
（4）可充分利用现有的条件
能够充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基，同时工夹具、样板及外围设备也能再利用。
以加工中心为例子，工艺装备的费用一样要占整个机床售价的10%以上。
（5）可更好地因地制宜，合理删选功能
购买现成的通用数控机床，往往对一个具体的生产加工有一些余外的功能，而又可能缺少某一专用的专门功能。
如向机床制造厂提出专门订货，增加某些专用功能，往往费用大、交货期长。
而采纳改造的方案，就可灵活选取所要的功能，并可依照生产加工要求，采纳组合的方法，增加某些部件，设计改造成专用数控机床。
（6）可及时采纳最新技术、充分利用社会资源
由于技术进步和我国机床功能部件专业化生产的进展，目前已有众多的社会资源来支持机械方面的改造。
如可随意采购各种尺寸的滚珠丝杠副，而且交货期短:
采纳贴塑导轨新技术，不仅可使传统的滑动导轨的摩擦系数降低五至十几倍来防止爬行，还使得刮研极为容易。
这种塑料导轨带和粘结剂，国内己有多家厂生产，可放开供应。
此外，国产数控系统还具有导轨精度自动补偿的功能，最终能够获得高于导轨实际具有精度。
1.3PLC的优点与作用
PLC通常称为可编程操纵器，是近几年进展迅速的工业操纵装置，已广泛应用于工业、企业的各个领域。
PLC是以微处理器为基础，综合为了现代运算机技术、自动操纵技术和通信技术进展起来的一种新型的通用工业自动操纵装置。
因此，PLC技术是宽敞电气技术人员及电工必须把握的一门技术。
PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。
它把所有的输入都当成开关量来处理，16位为一个模拟量。
大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。
把运算结果送给PLC的操纵器。
相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些。
PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件差不多上通用的，因此爱护成本比DCS要低专门多。
一个PLC的操纵器，能够接收几千个I/O点。
假如被控对象要紧是设备连锁、回路专门少，采纳PLC较为合适。
PLC由于采纳通用监控软件，在设计企业的治理信息系统方面，要容易一些。
PLC操纵与继电器操纵的区别：
：
组成器件的不同，机电操纵器中的继电器是真实的而PLC的是
虚拟的
：
触点情形的不同，
：
工作电流的不同
：
接线方式的不同
：
工作方式的不同
PLC的要紧优点：
：
编程简单
：
可靠性高
：
通用性好
：
功能强
：
易于远程监控
：
设计、施工和调试周期短
第二章XA6132铣床操纵电路分析
2.1XA6132铣床简介
铣床作为机械加工的通用设备，在生产中一直起着不可替代的作用。
铣床具有工作平稳可靠，操作爱护方便的特点，已成为现代生产中的要紧加工设备。
铣床要紧是用于加工零件的平面、斜面、沟槽、成型面的加工机床。
能够配置分度头、圆工作台、镗刀架、传动箱、铣夹头、平口钳等附件。
其用途广泛，在机械行业的机床设备中占有相当大的比重。
2.2XA6132铣床要紧特点
1〕工作台沿床鞍移动实现纵向运动、床鞍沿升降台移动实现横向运动、其垂向运动由升降台沿床身导轨移动实现。
2〕机床具有基础铸件钢性好，能承担重负荷切削。
3〕主轴传动和进给传动均采纳18级齿轮变速，具有较宽的变速范畴和专门宽的加工范畴。
4〕机床电气操纵贯彻了国家GB5226.1-2002标准，提高了安全性和可靠性。
5〕机床通用性强、互换性好，能够配置分度头、圆工作台、镗刀架、铣夹头等附件，进一步扩大机床加工范畴。
6〕容易磨损的部分都有排除间隙的调整装置。
保证机床的精度和工作平稳。
2.1.2、铣床的作用及其结构运动
1、作用：
铣床是用于成形面加工的机床，如加工平面、键槽、斜面、球面等等。
常见的铣床有平面铣床、立式铣床、仿形铣床、专用铣床等。
在机床中，铣床使用量除车床外，使用量最多的加工设备。
2、结构：
铣床的要紧组成部件有：
底座、工作台、铣刀架、主轴变速箱、进给变速箱等。
3、运动：
主运动：
铣刀的旋转运动
辅运动：
进给运动和冷却泵旋转运动
进给运动能够按以下几种方式分类：
速度
方式方向
2.3XA6132铣床技术参数
本设计以XA6132型万能铣床为研究对象，保持原铣床的工艺和操作方法,让整个设备具有更好的和谐性。
最终实现铣床通用性、有用性、可靠性及有效速率得到有效的应用。
XA6132型铣床是一种高效率的加工机械，在机械加工和机械修理中得到广泛的应用。
万能铣床的操作，是通过手柄同时操作电气与机械，是机械与电气结构联合动作的典型操纵。
XA6132型铣床的电气操纵系统,在线路、故障率、爱护工作上操作简单，成本低廉等特点。
本文提出了XA6132型铣床的继电器接触式操纵系统进行操纵,从而保证电气操纵系统的快速性、准确性、合理性,更好地满足了实际生产的需要,提高了经济效益。
表2-1铣床的技术参数
要紧技术参数
单位
XA6132
工作台尺寸
mm
1320×320
三向行程（X/Y/Z）
mm
700×255×320（手动manual）
680×240×300（机动mechanic）
主轴中心线至工作台距离
mm
30-350
主轴中心至床身垂直导轨的距离
mm
215-470
主轴转速范畴
r.p.m
18（级steps）30-1500
工作台的进给范畴（X/Y/Z）
mm/min
18（steps）23.5-1180/23.5-1180/8-394
工作台快速移动速度（X/Y/Z）
mm/min
2300/2300/770
外型尺寸
mm
2294×1770×1665
电动机功率
kw
7.5
净重/毛重
kg
2650/2950
2.4XA6132铣床的操纵要求
主轴电动机能够正反转运行，以实现顺铣、逆铣；
主轴具有停车制动能力；
主轴变速箱在变速时具有变速冲动，即短时点动；
进给电动机双向运行；
主轴电动机与进给电动机具有联锁功能，以防止在主轴没有运转
时，工作台进
给损坏刀具或工件；
圆工作台进给与矩形工作台进给具有互锁功能，以防损坏刀具或
工件；
矩形工作台各进给方向具有互锁功能，以防损坏工作台进给机构；
工作台进给变速箱在变速时同样具有变速冲动；
主轴制动、工作台的工进和快进由相应的电磁离合器接通对应的
机械传动链实现；
具有比较完善的电气爱护。
2.5XA6132铣床元件选型
表2-2铣床的电机参数参照表
符号
名称
型号
规格
数量
作用
M1
主轴电动机
Y132M—4—B3
7．5KW，380V，1450r/min
1
主轴传动
M2
进给电动机
Y90L—4
1．5KW,380V,1400r/min
1
进给传动
M3
冷却泵电动机
JCB—22
0．125KW,380V,2790r/min
1
冷却泵传动
表2-3铣床的差不多元件一览表
符号
名称
型号
规格
件数
作用
KM1
接触器
CJO—20
10A,110V
1
主轴正传
KM2
接触器
CJO—10
10A,110V
1
主轴反转
KM3
接触器
CJO—10
10A,110V
1
进给正转
KM4
接触器
CJO—10
10A,110V
1
进给反转
KA1
中间继电器
JZ7-44
10A,110V
1
主电动机起停操纵
KA2
中间继电器
JZ7-44
10A,110V
1
工步进给与快速进给转换操纵
KA3
中间继电器
JZ7-44
10A,110V
1
冷却泵电动机操纵
SB1、2
按钮
LA2
绿色
2
M1启动按钮
SB3、4
按钮
LA2
黑色
2
快速进给按钮
SB5、6
按钮
LA2
红色
2
M1停止按钮
SA1
转换开关
HZ1—10/E16
三极
１
M1换向开关
SA2
转换开关
HZ1—10/E16
三极
1
换刀开关
SA3
转换开关
HZ1—10/E16
三极
１
冷却泵开关
SQ1
限位开关
LX1—11K
开启式
1
向右进给
SQ2
限位开关
LX1—11K
开启式
1
向左进给
SQ3
限位开关
LX2—131
单轮，自动复位
1
向后、向上进给
SQ4
限位开关
LX2—131
单轮，自动复位
1
向前、向下进给
FR1
热继电器
JR10—10
3A、5A
1
M3过载爱护
FR2
热继电器
JRQ—40
11A、3A
1
M1过载爱护
FR3
热继电器
JR10—10
0.415A
1
M2过载爱护
FU1
熔断器
RL1
30A
3
总电源短路爱护
FU2
熔断器
RL1
10A
3
进给短路爱护
FU3
熔断器
RL1
6A
2
操纵电路短路爱护
FU4、FU5
熔断器
RL1
4A
2
照明电源短路爱护
QF
低压断路器
——
——
1
低压断路爱护
VC
整流器
ZCZX4
5A，50V
1
整流作用
TC1
变压器
BK—150
380/110V
1
操纵电路变压器
TC2
变压器
BK—50
380/28V
1
操纵电路变压器
TC3
变压器
BK—150
380/24V
1
照明变压器
YC1
电磁离合器
——
——
1
操纵电磁铁线圈
YC2
电磁离合器
——
——
1
操纵电磁铁线圈
YC3
电磁离合器
——
——
1
操纵电磁铁线圈
EL1
照明灯
JC6-Z
——
1
工作照明
2.6XA6132铣床电路分析
图2.1XA6132万能铣床电气原理图
如图2.1所示主轴电动机M1由正、反接触器KM1、KM2实现正反向运行直截了当启动，由热继电器FR2实现长期过载爱护。
进给电动机M2由接触器KM3、KM4实现正反运行直截了当启动，由热继电器FR3实现长期过载爱护。
冷却泵电动机M3由继电器KA3实现直截了当起动，由热继电器FR1实现长期过载爱护。
2.6.1主拖动操纵电路
M1为操纵系统的主轴电机，M2为工作台的进给电机，M3为冷却泵的电动机。
该电路的其中一个特点是采纳电磁离合器操纵，另一个特点是机械操作和电气操作专门紧密的配合进行。
因此，在分析电气操纵原理图时，应对机械操作手柄和相应的电器开关动作关系有十分清晰的了解，对各开关的作用及指令开关状态弄到清清晰楚，不能有任何失误。
1）主轴电动机的起动操纵：
主轴电动机M1由正接触器KM1和反转接触器KM2来实现正、反转的全压起动，再由主轴换向开关SA4，来对电机的正反转做出预先选择。
由停止按钮SB1或者SB2，起动按钮SB3或SB4和KM1、KM2构成主轴电动机正反转操纵的两地操作操纵电路。
起动时，应将电源引入开关QF1，然后闭合，再把用于换向的开关SA4选择为主轴所需的旋转方向，然后按下起动按钮SB3或者SB4，中间继电器KA1线圈通电并实现自锁，触头KA1闭合，使KM1或者KM2线圈通电吸合，其主触头接通到主轴电动机，M1实现全压起动。
而KM1或者KM2的一对辅助触头KM1或KM2断开，主轴电动机的制动电磁摩擦离合器线圈YC1电路断开。
继电器的另一触头KA1闭合，为工作台的进给与快速移的动作做好预备。
2）主轴电动机的制动操纵：
由主轴停止按钮SB1或者SB2，正转接触器KM1或者反转接触器KM2及主轴制动电磁摩托离合器YC1构成主轴的制动停车操纵环节。
电磁离合器YC1安装在主轴传动链与主轴电动机相联的第一根传动轴上，主轴停车时，按下SB1或者SB2按钮，KM1或者KM2线圈断电开释，主轴电动机M1断开三相交流电源；与此同时YC1线圈通电，产生磁场，在电磁吸力的作用下将摩擦片压紧产生制动，使主轴十分迅速的得到制动。
当松开SB1或者SB2按钮时，YC线圈断电，摩擦片将会松开，制动终止。
这种制动方式迅速、平稳，制动时刻可不能超过0.5s.
3）主轴上刀换刀时的制动操纵：
在主轴上刀或者更换铣刀时，主轴电动机不能旋转，否那么将会发生严峻人身事故。
为此，电路设有主轴上刀的制动环节，它是由主轴上刀制动开关SA2来操纵。
在主轴上刀换刀前，将SA2扳到〝接通〞的位置。
触头SA2断开，使主轴起动操纵电路断电，主轴电动机不能够起动旋转；而另一触头SA2闭合，接通主轴制动电磁离合器YC1线圈，使主轴处于制动状态。
上刀换刀终止后，再将SA2扳至〝断开〞的位置，触头SA2断开，解除主轴制动状态，同时，触头SA2闭合，为主电动机起动做好预备。
4〕主轴变速冲动操纵：
主轴变速操纵箱装在铣床床身左侧的窗口上，变速应在主轴旋转方向预选之后再进行。
变换主轴转速的操作顺序如下：
①将主轴变速手柄压下，使手柄的榫块自槽中滑出，然后拉动手柄使榫块落
到第二道槽内为止。
②转动变速刻度盘，把所需转速对准指针。
③把手柄推回原先位置，使榫块落进槽内。
在将变速手柄推回到原位置时，瞬时压下主轴变速行程开关SQ5，使触头闭合，触头SQ5断开。
因此KM1或者KM2线圈瞬时通电吸合。
其主触头瞬时接通主轴电动机瞬时点动，利于齿轮啮合，当变速手柄榫块落入槽内时，SQ5不再受压，触头SQ5断开，切断主轴电动机瞬时点动电路，主轴变速冲动终止。
主轴变速行程开关SQ5的触头SQ5是为主轴旋转时进行变速而设定的，现在无需按下主轴的停止按钮，只需将主轴变速手柄拉出来，压下SQ5，使其断开，因此断开了主轴电动机的正反转或者反转接触器线圈电路，电动机自然停止运行，然后再进行主轴变速操作，电动机进行变速冲动，完成变速动作。
变速完成后尚需再次起动电动机，主轴将会在新选择的转速下起动旋转。
电气操纵图中YC1、2、3和SQ1、2、3、4的作用
YC1主轴左右转制动YC2进给制动YC3正反向进给制动
SQ1工作台向右进给行程开关、SQ2是工作台向左进给行程开关、SQ3是工作台前、向上进给行程开关、SQ4是工作台向后、向下进给行程开关。
2.6.2进给拖动操纵电路
工作台进给运动方向的左右的纵向运动，前后的横向运动与上下的垂直运动，全差不多上由进给电动机M2的正反转来实现的。
而正转接触器KM3和反转接触器KM4是由行程开关SQ1、SQ3和SQ2、SQ4来操纵的，行程开关又是由两个机械操作手柄操作操纵的。
这两个机械操作手柄，一个是用于纵向的机械操作手柄，另一个是用于垂直和横向的操作手柄。
扳动机械操作手柄，在完成相应的机械挂档的同时，压合相对应的行程开关，从而接通相应的接触器，起动进给电动机M2，拖动工作台按预定的方向运动。
在工作进行时，由于快速移动继电器KM2线圈处于断电的状态，而进给移动电磁离合器YC2线圈通电，从而工作台的运动是工作进给
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