《基于PLC的万能铣床电气控制系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的万能铣床电气控制系统设计（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电气控制技术课程设计报告设计课题: 基于PLC的万能铣床电气控制系统设计 姓 名: 学 院: 专 业: 班 级: 学 号: 日 期 2012年12月26日2013年1月6日 指导教师: 马 德 贵 安徽农业大学工学院机电工程系基于PLC的万能铣床电气控制系统设计1.前言我国传统的铣床控制系统都是采用继电器、接触器等硬件逻辑控制电路 , 不但接线复杂 , 而且经常出现故障 , 可靠性比较差。与传统的继电器控制相比 ,PLC控制具有可靠性高、柔性好、开发周期短以及故障自诊断等特点 , 特别适合应用于铣床的控制和故障诊断系统，可以减少强电元件数目，提高电气控制系统的稳定性和可靠性，从而提高产品的品质
2、和生产效率。故在PLC广泛应用的控制时代，本设计系统的思想就是采用PLC控制铣床。以达到预定控制系统的简洁性、经济性，减少了成本，也使得维修变的简单。由于PLC的模块化、易扩展性，可根据控制要求及规模的变化进行方便的系统重组及功能的扩展。以及PLC的通信功能甚至可进行远程控制。2.方案论证2.1机床传统控制方式2.1.1设计题目X62W型万能铣床的PLC控制系统设计。2.1.2机床的主要结构和运动形式X62W型万能铣床的结构简图如图2-1所示，由床身1、悬梁2、刀杆支架3、主轴4、工作台5和升降台6等组成，刀杆支架3上安装与主轴相连的刀杆和铣刀，以进行切削加工，顺铣时刀具为一个转动方向，逆铣时
3、为另一个转动方向；床身前面有垂直导轨，升降台6带动工作台5可沿垂直导轨上下移动，完成垂直方向的进给，升降台6上的水平工作台还可在左右（纵向）方向上移动进给以及在横向移动进给；回转工作台可单向转动。进给运动的传递示意图见图2-2。 图2-1：铣床的结构简图 图2-2：进给运动的传递示意图2.1.3 控制电路分析X62W型万能铣床控制电路如图2-3，电路可划分为主电路、控制电路和信号照明电路三部分。铣床控制电路所用电器元件说明如表2-1所示。（一） 主电路分析铣床是逆铣方式加工，还是顺铣方式加工，开始工作前即已选取定，在加工过程中是不改变的。为简化控制电路，主轴电动机M1正转接线与反转接线是通过组
4、合开关SA5手动转换，控制接触器KM1的主触点只控制电源的接入与切断。 进给电动机M2在工作过程中，频繁变换转动方向，因而仍采用接触器方式构成正转与反转接线。 冷却泵驱动电机M3根据加工需要提供切削液，电路中采用转换开关SA3，在主电路中手动直接接通和断开定子绕组的电源。 图 2-4：控制系统电路图表2-1 电器元件说明表符号名称及用途符号名称及用途符号名称及用途M1主轴电动机SQ6进给变速瞬时点动开关FR1主轴电动机继电器M2进给电动机SQ7主轴变速瞬时点动开关FR2进给电动机热继电器M3冷却泵电动机SA1工作台转换开关FR3冷却泵热继电器KM1主电动起动接触器SA2主轴上刀制动开关FU1-
5、8熔断器KM2进给电动机正转接触器SA3冷却泵开关TC变压器KM3进给电动机反转接触器SA4照明灯开关VC整流器KM4快速接触器SA5主轴换向开关YB主轴制动电磁制动器SQ1工作台向右进给行程开关QS电源隔离开关YC1电磁离合器（快速传动链）SQ2工作台向左进给行程开关SB1、SB2主轴停止按钮YC2电磁离合器（工作传动链）SQ3工作台向前、向上进给行程开关SB3、SB4主轴起动按钮SQ4工作台向后向下进给行程开关SB5、SB6工作台快速移动按钮（二） 控制电路分析水平工作台/圆工作台选择控制见表2-2，主轴上刀制动/正常工作控制见表2-3。表2-2 水平工作台/圆工作台选择开关SA1触点接通
6、表水平工作台圆工作台SA1-1SA1-2SA1-3表2-3主轴上刀制动开关SA2触点接通表功能触点正常工作台制动状态SA2-1SA2-21.主轴电动机M1的控制（1）主轴电动机起动的控制 主轴电动机空载直接起动，起动前，由组合开关SA5选定电动机的转向，控制电路中选择开关SA2选定主轴电动机为正常工作方式，即SA2-1触点闭合，SA2-2触点断开，然后通过压动起动按钮SB3或SB4，接通主轴电动机起动控制接触器KM1的线圈电路，其主触点闭合，主轴电动机按给定的方向起动旋转。压动停止按钮SB1与SB2，主轴电动机停转。SB3与SB4、SB1与SB2分别位于两个操作板上，从而实现主轴电动机的两地操
7、作控制。（2）主轴电动机制动及换刀制动 为使主轴能迅速停车，控制电路采用电磁制动器进行主轴的停车制动。按下停车按钮SB1或SB2，其动断触点使接触器KM1的线圈失电，电动机定子绕组脱离电源，同时其动合触点闭合接通电磁制动器YB的线圈电路，对主轴进行停车制动。 当进行换刀和上刀操作时，为了防止主轴意外转动造成事故以及为上刀方便，主轴也需处在断电停车和制动的状态。此时工作状态选择开关SA2由正常工作状态位置扳到上刀制动状态位置，即SA2-1触点闭合，接通电磁制动器YB的线圈电路，使主轴处于制动状态不能转动，保证上刀换刀工作的顺利进行。（3）主轴变速时的瞬时点动 变速时，变速手柄被拉出。然后转动变速
8、手轮选择转速，转速选定后将变速手柄复位，因为变速是通过机械变速机构实现的，变速手轮选定进入啮合的齿轮后，齿轮啮合到位即可输出选定转速，但是当齿轮没有进入正常啮合状态时，则需要主轴有瞬时点动的功能，以调整齿轮的位置，使齿轮进入正常啮合。实现瞬时点动是由变速手柄与行程开关SQ7组合构成点动控制电路。变速手柄在复位的过程中压动瞬时点动行程开关SQ7，SQ7的动和触点闭合，使接触器KM1的线圈得电，主轴电动机M1转动，SQ7的动断触点切断KM1线圈电路的自锁，使电路随时可被切断。变速手柄复位后，松开行程开关SQ7，电动机M1停转。完成一次瞬时点动。手柄复位时要求迅速，连续，一次不到位立即拉出，以免行程
9、开关SQ7没能及时松开，电动机转速上升，在齿轮未啮合好的情况下打坏齿轮。一次瞬时点动不能实现齿轮良好的啮合时，应立即拉出复位手柄，重新进行复位瞬时点动的操作，直到完全复位，齿轮正常啮合工作。2进给电动机M2的控制电路 可分为三部分：第一部分为顺序控制部分，当主轴电动机起动后，其控制起动接触器KM1辅助动合触点闭合，进给电动机控制接触器KM2与KM3的线圈电路方能通电工作；第二部分为工作台各进给运动之间的联锁控制部分，可实现水平工作台各运动之间的联锁，也可实现水平工作台与圆工作台工作之间的联锁；第三部分为进给电动机正反转接触器线圈电路部分。（1）水平工作台纵向进给运动的控制 水平工作台纵向进给运
10、动由操作手柄与行程开关SQ1、SQ2组合控制。纵向操作手柄有左右两个工作位和一个中间不工作位。手柄扳到工作位时，带动机械离合器，接通纵向进给运动的机械传动链，同时压动行程开关，行程开关的动合触点闭合使接触器KM2或KM3线圈得电，其主触点闭合，进给电动机正转或反转驱动工作台向左或向右进给，行程开关的动断触点在运动联锁控制电路部分构成联锁控制功能。选择开关SA1选择水平工作台工作或是圆工作台工作。SA1-1与SA1-3触点闭合构成水平工作台运动联锁电路，SA1-2触点断开，切断圆工作台工作电路。水平工作台控制电路与圆工作台控制电路分别见图2-3（A）和（B）。工作台纵向进给的控制过程如表2-4所
11、示。电路由KM1辅助动合触点开始，工作电流经SQ6-2SQ4-2SQ3-2SA1-1SQ1-1KM3到KM2线圈，或者由SA1-1经SQ2-1KM2到KM3线圈。手柄扳到中间位时，纵向机械离合器脱开，行程开关SQ1与SQ2不受压，因此进给电动机不转动。工作台停止移动。工作台的两端安装有限位撞块，当工作台运动达到终点位时，撞块撞击手柄，使其回到中间位置，实现工作台的终点停车。（A） （B）图2-3：工作台控制电路图（A）水平工作台控制电路 （B）圆工作台控制电路表2-4工作台纵向进给过程（2）水平工作台横向和升降进给运动控制 水平工作台横向和升降进给运动的选择和联锁是通过十字复式手柄和行程开关S
12、Q3、SQ4组合控制，操作手柄有上、下、前、后四个工作位置和一个中间不工作位置。扳动手柄到选定运动方向的工作位，即可接通该运动方向的机械传动链，同时压动行程开关SQ3或SQ4，行程开关的动合触点闭合使控制进给电动机转动的接触吕KM2或KM3的线圈得电，电动机M2转动，工作台在相应的方向上移动；行程开关的动断触点如纵向行程开关一样，在联锁电路中，构成运动的联锁控制。工作台横向联合和与垂直方向进给控制过程如表2-5所示。控制电路由主轴电动机控制接触器KM1的辅助动合、触点开始，工作电流经SA1-3SQ2-2SQ1-2SA1-1SQ3-1KM3到KM2线圈，或者由SA1-1KM2到KM3线圈。表2-
13、5：工作台横向与垂直方向进给过程 十字复式操作手柄扳在中间位置时，横向与垂直方向的机械离合器脱开，行程开关SQ3与SQ4均不受压，因此进给电动机停转，工作台停止移动。固定在床身上的挡块在工作台移动到极限位置时，撞击十字手柄，使其回到中间位置，切断电路，使工作台在进给终点停车。（3）水平工作台进给运动的联锁控制 由于操作手柄在工作时，只存在一种运动选择，因此铣床直线进给运动之间的联锁满足两操作手柄之间的联锁即可实现。联锁控制电路如前章联锁电路所述，由两条电路并联组成，纵向手柄控制的行程开关SQ1、SQ2的动断触点串联在一条支路上，十字复式手柄控制的行程开关SQ3、SQ4动断触点串联在另一条支路上
14、、扳动任一操作手柄，只能切断其中一条支路，另一条支路仍能正常通电，使接触器KM2或KM3的线不失电，若同时扳动两个操作手柄。则两条支路均被切断，使接触器KM2或KM3断电，工作台立即停止移动，从而防止机床运动干涉造成设备事故。（4）水平工作台的快速移动 水平工作台选定进给方向后，可通过电磁离合器接通快速机械传动链，实现工作台空行程的快速移动。快速移动为手动控制，按下起动按钮SB5或SB6，接触器KM4的线圈得电，其动断触点断开，使正常进给电磁离合器YC2线圈失电，断开工作进给传动链，KM4的动合触点闭合，使快速电磁离合器YC1线圈得电，接通快速移动传动链，水平工作台沿给定的进给方向快速移动，松开按钮SB5或SB6，KM4线圈失电，恢复水平工作台的工作进给。（5）圆工作台运动控制
