X62W万能铣床PLC改造

1 绪论

1.1 国内外数控机床的发展状况

自从1969年第一台可编程控制器在美国问世以来，在工业控制中得到广泛的应用。近年来，我国在石油，化工，机械，轻工，发电，电子，橡胶，塑料加工等行业工业设备的电气控制中，越来越多的采用PLC机控制，并取得了显著的效果，深受各行业的欢迎。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装置。随着电子技术的发展，可编程控制器日益广泛的应用于机械，电子加工和设备电气改造中。

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一直给予较大的关注。经过95自动车床和加工中心包括自动铣床的产业化的生产基地的形成，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。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，从侧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综合计算机技术，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。[1]

X62W铣床是有普通机床发展而来的，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的一个重要标志。一种新型的控制装置，一项先进的应用技术，总是根据工业生产的实际需要而产生的。可编程控制器简称PC。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC其有可靠性高，抗干扰能力强，维修检测方便等优点，适合于万能铣床的控制，获得广泛的推广，现在铣床全部采用PLC控制，结束了近20年使用继电控制的历史。[2]

1.2 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。挡铣床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。

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，从侧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。

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。

3 2 X62W型卧式铣床原理分析

2.1 X62W型卧式铣床介绍

铣床通常用于加工零件的平面、斜面以及沟槽等，是一种比较精密的加工设备。铣床的种类较多，有立式铣床、卧式铣床、龙门铣床、仿形铣床以及各种专用类型铣床。X62W型卧式万能铣床是人们在生产中用得极为广泛的铣床之一。铣床的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分的代替人工操作，它能大大的改善工人的劳动条件，显著提高的提高生产劳动效率，加快实现工业的机械化和自动化的步伐。因而，受到各工业国家的重视，并投入大量的人力、物力加以研究和应用。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。通过此设计，可以使大家了解到X62W万能铣床的电气控制系统的结构和PLC控制的原理，简单工作原理。X62W型万能铣床的结构明了，是由床身、工作台、悬梁、刀杆支架、底座、横溜板和升降台等几个部分组成的。结构如图所示。（1-床身；2-主轴；3-刀杆；4-悬梁；5-刀杆挂脚；6工作台；7-回转盘；8-横溜板；9升降台；10-床身底座）[3]

图1 铣床结构图

在铣床的顶部带有一个水平的导轨，上面安装了一个或者两个刀杆支架的悬梁。刀杆支架的一端是固定在主轴上面的，由主轴铣床工作，而另一端是用来支撑铣刀轴的一端。刀杆支架可以在悬梁上做水平方向的运动，而悬梁也可以在铣床的顶端的水平导轨上面来回的水平运动，这是为了安装不同的心轴。位于车床的前面是一个垂直导轨，它是给以升降台升降用的。在升降台上面的水平导轨上，装有可以前后（延平行主轴轴线方向）移动的溜板。溜板上面有个按钮可转动的回转盘，工作台就位于溜板上部的回转盘的导轨上做左右（垂直于主轴轴线方向）移动。工件是通过工作台上的T形槽来固定的。这样，安装在工作台方向的工件就可以在三个坐标六个方向调整位置进给。

2.2 X62W型万能铣床机床特点

（1）能够完成很多一般机床难以加工的复杂型面的加工。

（2）通过使用X62W铣床可以提高零件的加工精度。

（3）通过使用X62W可以比普通机床提高2至3倍的生产效率，对复杂零件的加工，生产率可以提高十几倍甚至几十倍的生产效率。

（4）X62W型铣床具有柔性，只需更换程序，就可以适应不同品种及尺寸规格零件的自动加工。

（5）很大的减轻了工人的劳动力。

2.3 X62W型万能铣床控制要求及原理分析

2.3.1 控制要求

铣床一般有顺铣和逆铣两种加工方式，所以铣床的主轴电机（M1）能够进行正转和反转。铣床的负载会影响铣刀的转速，因此铣床上会装有一个飞轮，但是其转速惯性比较大，使得主轴难以停下来，所以铣床主轴电机是通过电磁离合器制动来实现主轴精确停下来。[4]

（1）铣床的工作台分六个方向的运行是通过一台电动机（M2）传动的。六个方向都有正向和反向运动，故电动机（M2）要求能进行正传和反转。在进行铣削的时候，工作台在同一时间内只能进行一个方向的运动，所以各个方向之间应该有互锁保护。

（2）在使用铣床的圆工作台时，圆工作台不能同时与其他方向一同运动，所以圆工作台应该与六个方向之间存在着互锁关系。

（3）X62W型铣床是采用的机械变速的方法，它是通过改变变速箱的传动比来实现速度调节的。因此在变速的时候要求电动机要有冲动（点动控制）控制。

（4）X62W型铣床的主轴旋转和工作台时间的运作是有时间顺序的，这是为了避免打坏刀具或出现安全事故，所以在铣床加工结束前，进给运动必须在铣刀停5 转前停止运动。

（5）冷却泵是又一台独立的电机（M3）拖动。冷却泵是可以单独进行控制的。

图2 W62X铣床电气控制图 2.3.2 原理分析

X62W型万能铣床的电气原理图。线路总共可以分为三部分：主电路、控制电路、照明电路。[5]

表1 W62X型铣床电路中的部分原件及作用

电气符号 名称及功能 电气符号 名称及功能

M1 主轴电动机 SQ2 进给变速冲动行程开关

M2 冷却泵电动机 SQ3 工作台向前、下进给行程开关

M3 进给电动机 SQ4 工作台向后、上进给行程开关

KM1 主轴电动机接触器 SQ5 工作台向左进给行程开关

KM2 快速进给接触器 SQ6 工作台向右进给行程开关

KM3、KM4 进给电动机正反转接触器 T1 照明变压器

QS1 电源开关 T2 整流变压器

QS2 冷却泵开关 TC 控制变压器

SA1 主轴换刀制动开关 YC1 主轴制动电磁离合器

SA2 圆工作台转换开关 YC2、YC3 快慢速进给电磁离合器

SA3 主轴换向开关 FR1 主轴电动机过载保护

SA4 照明灯开关 FR2 冷却泵电动机过载保护

SB1、SB2 主轴启动按钮 FR3 进给电动机过载保护

SB3、SB4 快速进给按钮 FU1~FU6 短路保护

SB5、SB6 主轴停止按钮 VC 整流桥

SQ1 主轴变速冲动行程开关 EL 照明灯

（1）主轴电动机M1的控制

主轴电动机M1由接触器KM1来控制的，主轴的旋转方向一开始通过转换开关SA3来进行选择。通常在机床的两边都会有一个启动、停止按钮，便于操作。按下启动按钮SB1或者SB2时，接触器KM1线圈得点自锁，主轴电动机M1开始运转。 7 按下停止按钮SB5或者SB6，动断出点SB5-1或者SB6-1断开，接触器KM1失电，动合出点SB5-2或者SB6-2闭合，主轴制动电磁离合器YC1得点，主轴电动机停止运转。

为了更换刀片的方便，可旋转转换开关SA1，是的SA1-2闭合，YC1得电，主轴电动机M1受到制动停转。同时SA1-1断开，切断控制回路，以防换刀片的时候启动主动轴发生安全事故。主轴的幻想开关SA3的位置以及动作的说明图如下:

表2 主轴换向开关SA3的位置以及动作

元件 正转 停止 反转

SA3-1 断开 断开 闭合

SA3-2 闭合 断开 断开

SA3-3 闭合 断开 断开

SA3-4 断开 断开 闭合

主轴在变速的时候，应该先将变速手柄，转动变速盘选择所需的转速，然后快速将手柄推回原位。在手柄推拉过程中，凸轮瞬间压下弹簧杆使冲动开关SQ1顺势动作，接触器KM1线圈瞬时得电，以便于变速齿轮啮合。

（2）进给电动机M2的控制

工作台纵向和升降进给控制。工作台的上下和前后进给运动由一个操纵手柄控制的，该操纵手柄有上下前后中间和零位5个位置，并且与SQ3和SQ4联动。进给手柄在上中下前后位置时的控制关系如下图所示。

表3 进给手柄位置工作中在上、下、中、前、后及控制关系

手柄位置 位置开关动作 电动机M2转向 接触器动作 工作台运动方向

上 SQ4 反转 KM4 向上

下 SQ3 正传 KM3 向下