基于PLC的铣床改造

湖南电气职业技术学院毕业设计（论文） 1 该毕业设计首先介绍了可编程控制器（PLC）概念及优点。PLC是面向用户的专用工业控制计算机，它具有可靠性高，抗干扰能力强，编程直观简单，适应性好，功能完善，接口功能强等一系列优点并广泛的用于工业控制中，而传统的继电器控制，因其接触器触点受机械运动的影响，触点寿命受到限制，故障率高，可靠性不及PLC控制，为此，提出用PLC对我们工业加工应用中广泛应用的X62W万能铣床的控制系统进行改造，该设计详细地对以上两种机床的控制线路进行分析，并系统的介绍了利用PLC对这种机床进行改造方法和方案。其中重点讲述了PLC设计的方法和系统完成后的调试，对PLC的选型和PLC的特性及使用环境也做了简单的介绍。最后通过模拟仿真实验验证了该设计方案具有一定可行性和可操作性。 关键词：X62W；电气控制；PLC-可编程控制器；梯形图 湖南电气职业技术学院毕业设计（论文）

2 引言 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。线路复杂，故障多，操作人员维修任务较重。针对这种情况，用PLC改造继电接触控制电路，克服了以上缺点，降低了设备故障率，提高了设备使用率，运行效果非常好。 2 铣床特点及电气控制线路分析

2.1铣床简介 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:

2.2 X62W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湖南电气职业技术学院毕业设计（论文） 3 。 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。

图2-1 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—湖南电气职业技术学院毕业设计（论文） 4 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。 2.3 电器元件设备 表2-1 X62W万能铣床电器元件明细表 代号 名称 型号 规格 数量 用途 M1 主轴电动机 JO2-51-4 7.5kw 380V 1450r/min 1 驱动主轴 M2 进给电动机 JO2-22-4 1.5kw 380V 1410r/min 1 驱动进给 M3 冷却泵电动机 JCB-22 125 W 380V 2790r/min 1 驱动冷却泵 QS1 开关 HZ1-60/3J 60A 500V 1 总开关 QS2 开关 HZ1-10/3J 10A 500V 1 冷却泵开关 SA1 开关 HZ1-10/3J 10A 500V 1 换刀开关 SA2 开关 HZ1-10/3J 10A 500V 1 圆工作台开关 SA3 开关 HZ3-133 60A 500V 1 M1换相开关 FU1 熔断器 RL1-60 60A 3 电源总保险 FU2 熔断器 RL1-15 5A 1 整流电源保险 FU3 熔断器 RL1-15 5A 1 直流电路保险 FU4 熔断器 RL1-15 5A 1 控制回路保险 FU5 熔断器 RL1-15 1A 1 照明保险 FR1 热继电器 JR0-40 16A 1 M1过载保护 FR2 热继电器 JR10-10 0.5A 1 M3过载保护 FR3 热继电器 JR10-10 1.5A 1 M2过载保护 T2 变压器 BK-100 380/36V 1 整流电源 TC 变压器 BK-150 380/100V 1 控制回路电源 T1 变压器 BK-50 380/24V 1 照明电源 VC 整流器 2ZC×4 1 整流器 KM1 接触器 CJ0-20 20A 线圈电压110V 1 主轴驱动 KM2 接触器 CJ0-10 10A 线圈电压110V 1 快速进给 KM3 接触器 CJ0-10 10A 线圈电压110V 1 M2正转 KM4 接触器 CJ0-10 10A 线圈电压110V 1 M2反转 SB1、SB2 按钮 LA2 绿色 2 M1启动 SB3、SB4 按钮 LA2 黑色 2 快速进给点动 SB5、SB6 按钮 LA2 红色 2 停止、制动 YC1 电磁离合器 B1DL—Ⅲ 1 主轴制动 湖南电气职业技术学院毕业设计（论文） 5 电磁离合器 B1DL—Ⅱ 1 正常进给 YC3 电磁离合器 B1DL—Ⅱ 1 快速进给 SQ1 位置开关 LX3-11K 开启式 1 主轴冲动开关 SQ2 位置开关 LX3-11K 开启式 进给冲动开关 SQ3 位置开关 LX3-131 单轮自动复位 M2正、反转及联锁 、、、 、、、

SQ4 位置开关 LX3-131 单轮自动复位 SQ5 位置开关 LX3-11K 开启式 SQ6 位置开关 LX3-11K 开启式 2.4 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。 2.5 电气控制线路

X62w万能铣床的电气控制线路。分为主电路，控制电路和照明的路三部分。 湖南电气职业技术学院毕业设计（论文）

6 图2-2 X62W原理图万能铣床电气控制电路图 湖南电气职业技术学院毕业设计（论文）

7 电气控制线路分析 2.6.1 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。 2.6.2 控制电路分析 (1) 主轴电动机的控制 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。 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2.1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。 表2-2 主轴转换开关位置表 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，