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1、课 程 设 计专 季：2011 秋机械专业本科课程设计题目:机电控制与可编程序控制器学生姓名: 范立学 号: 1134001252183电 大: 合肥电大指导教师:1 前言在保证质量的前提下考虑如何提高生产效率，是企业提高竞争生存能力的条件之一。在机械加工企业中，有许多老式普通机床,为了能使这些老式机床适应目前复杂零件批量、多品种的加工，充分挖掘利用普通机床潜力，就需要对普通机床进行机电一体化改造。数控技术是先进制造技术的基础，它综合应用了计算机、控制技术、电气传动、传感检测、液压气动、网络通信、光电技术、自动化、柔性化、集成化为基础的精密机械制造和管理信息等发展起来的高新技术。作为数控加工的
2、主体设备，数控机床是典型的机电一体化产品，数控机床的高精度、高效率及高柔性决定了大力推广使用数控机床是提高制造能力和水平，适应市场需求和提高竞争能力的主要物质基础条件之一。近几年随着微电子技术、计算机技术、集成技术以及自动控制技术的发展，PLC 的功能越来越强大，功能模块越来越多，可以在小型 PLC 机上实现大型机的功能。本文提出了利用PLC 控制步进电动机和机床主轴来实现机床的数控化改造。2 车床改造前后的对比金属切削加工是改变零件形状的方法之一，从毛坯到成品，使零件加工成符合生产需要的形状和尺寸。数控机床是以编程控制器（PLC）微处理器为核心的一种新型工业控制装置，具有体积小、功能强、编程
3、简单、可靠性强等优点，将加工信号传递到机床的数控系统，通过伺服系统按程序自动进行加工，检测设置是由传感器和传动电机组成，根据闭锁系统反馈的信号来控制、修正运动部件的偏移量，保证了零件加工的精确度。由于数控机床是根据控制器输出的信号自动按工艺完成所需的加工工作，减少了由操作人员接在普通机床加工时为保证零件按图标定的诸如直径的上下偏差、长度公差、形位公差、吃刀距、超出距所造成的重复开停机、调整、测试等一系列浪费时间的工作，并且保证产品质量。以普通车床为例，将一根直径 40、长 500 毫米的坯料加工至直径=36，精度要求不柱度为 0.05 毫米的轴。普通车床车削时所需的机动时间 T 应该为：由 n
4、=1000vD=10001003.1440=796 转/分式中：车床主轴速度 D工件坯料直径因： L=l+y+=500+2+2=504 毫米式中：L车刀所移动的距离 y吃刀距（毫米） l工件待加工长度 超出距（毫米）T=Lh/snt=5042/0.87962=0.79 分钟式中：T机动时间 h切削厚度s走刀量 n工件每分钟转数t切削深度 除以上能以轴、转速及走刀量等有据可依能算出的走刀时间外，其余的如为保证尺寸精度必须小心谨慎地给定进给量前的刀尖与工件表面的对刀，然后以拖板的刻度为参考小心进刀，试车一定长度后，停机检测（最多为两次），确信与图纸的要求相符后才进行车削，其中所需的时间只能按实际操
5、作加上人为制定给出该项工作所耗费的工时，设定此所需的时间为 0.5 分钟时，则普通车床的实际用时 T应为：T=T +0.5=0.79+ 0.5=1.29（分钟）改装（PLC ）后的车床，转由编程控制器（PLC ）发出的信号完成所须的加工工序，由于车床的横向进给实现了自动化，程序应为：以车刀刀尖为基准点，控制车刀刀尖按指令给定的以主轴中心轴线为基准进到所需加工的轴的半径距离时，横向进给自锁，依照信号进行纵向切削工作，省去了由人工操作加工中所需的反复开停车及检测用时，因此，从以上的加工一根简单的 40500（毫米）的轴可以得出：如果改装后数控车床的转速、切削用量等和普通车床相同，则数控机床所需的实
6、际用时为T=0.79(分钟)。普通车床与改装（PLC）可编程控制器后的车床的实际时间差为：TT=1.290.79=0.5(分钟)由此可见改装（PLC）控制后车床的机动时比普通车床的用时省却了 0.5 分钟，工效将近提高了一倍，对于批量生产的产品，不仅节省了大量的时间，还提高了控制系统的可靠性和准确性，为企业提供了更可靠的自动化生产保障，提高了经济效益。3 以 CW6140 型普通车床为例，把继电控制改造为 PLC 控制3.1 改造分析1）根据机床电气控制原理图（图 1）的控制状态，选择合适的 PLC 机型；2）列出 PLC 输入、输出 I/O 分配表（表 1、表 2）；3）画出 PLC 控制电
7、路接线图（图 2）；4）画出 PLC 梯形图（图 3），并编制程序；图 1 CW6140 型普通车床电气控制线路原理图3.2 电气控制线路分析CW6140 型普通车床电气控制线路原理图如图 1 所示。图中分主电路、控制电路和照明、信号电路。3.2.1 电路分析主电路中有两台电机，M 1 为主轴电机，带动主轴旋转和刀架作进给运动；M 2 为冷却泵。三相交流电源通过转换开关 QS1 引入，主轴电机 M1 由接触器控制启动，热继电器 FR1为主轴电机 M1 的过载保护。冷却泵电机 M2 由组合开关 QS2 控制启动和停止，热继电器 FR2 为它的过载保护。3.2.2 控制电路分析（1）主轴电机的控制
8、。当按 SB2 时，接触器 KM1 的线圈获得电动作，同时 KM1 的常开触点闭合，KM 3 和 KT 得电，KM 1 和 KM3 主触点闭合时电机 M1 星形正转降压启动，当 KT延时约 35S 时， KT 延时常闭触点断开使 KM3 失电，其星形接法主触点断开；KT 延时常开触点闭合使 KM2 得电，其主触点闭合，电机 M1 从星形转换为三角形运行。同理，按 SB1 时，电机 M1 反转（星形三角形启动）。（2）冷却泵电机的控制。旋合组合开关 QS2 使冷却泵电机 M2 启动运行。（3）照明电路分析。控制变压器 TC 的二次侧输出 36V 电压，作为机床低压照灯电源，EL 为机床的低压照明
9、灯，由开关 SA2 控制。3.3 PLC 及其程序设计3.3.1 PLC 选型和 I/O 端口分配根据以上机床主电路继电控制要求分析，系统共需开关量输入点 5 个，开关量输出点 4 个，考虑系统的经济性和技术指标，拟选用三菱公司的微型机 FX2n16MR 机型，该机基本单元有 8 点输入，8 点输出，完全能满足控制要求。输入/输出信号地址分配如表 1 和表2。 表 1 输入信号地址分配表表 2 输出信号地址分配表名称 外接器件 地址正转（ 启动） SB2 X000反转 SB1 X001过载保护 FR1 X002过程保护 FR2 X003停止 SB X004名称 外接器件 地址继电器 KM1 Y
10、000继电器 KM2 Y0013.3.2 PLC 控制电路接线图为了保证安全,系统外部设置了急停控制电路， SB6 为电源供给按钮，当系统出现故障时，按下 SB5，KM 线圈失电，KM 常开启点断开，PLC 失去电源，机床停止工作。PLC 控制电路接线如图 2 所示。图 2 PLC 控制电路接线图3.3.3 PLC 程序设计： 当按 SB2 时， X000 的常开触点闭合，Y 000、 Y003 和 T0 得电，接触器 KM1 的线圈获得电动作，同时 KM1 和 KM4 主触点闭合时电机 M1 星形正转降压启动，当 T0 延时约 35S 时，T0 延时常闭触点断开使 KM4 失电，其星形接法主
11、触点断开；T 0 延时常开触点闭合使 KM3继电器 KM3 Y002继电器 KM4 Y003得电，其主触点闭合，电机 M1 从星形转换为三角形运行。同理，按 SB1 时，X 001 的常开触点闭合, 接触器 KM2 的线圈获得电动作,电机 M1 反转（星形三角形启动）。根据以上要求编制 PLC 控制梯形图（图 3）及由梯形图写出 PLC 控制指令程序。 图 3 PLC 梯形图编程如下:LD X000OR Y000ANI Y001AND X002AND X003AND X004OUT Y000LD X001OR Y001ANI Y000AND X002AND X003AND X004OUT Y0
12、01LD Y000OR Y001MPSANI Y002OUT TOK30MROLD TOOR Y002ANBANI Y003OUT Y002MPPANI TOANI Y002OUT Y003END采用简易编程器或设置有三菱 PLC 开发软件的电脑，把编制的程序输入固化到可编程控制器的存储器内，并进行调试运行，直到完全达到要求的控制功能为止。4 结束语课程设计通过自己实际设计修改，在老师的指导下学到不少东西，最主要的是通过课程设计提高了自我对成体设计过程的了解和掌握，锻炼了我们思想上考虑问题的周密性。让我掌握了不少知识。这次课程设计让我了解到 PLC 具有很高的可靠性,所以 PLC 控制系统的大部分故障主要来自于 PLC 外部元件, 用可编程序控制器 (PLC)将普通机床改造为经济性数控机床,简单易行,可靠性高,抗干扰能力强。经实践证明，普通车床数控化改造后都能取得良好的效果，它尺寸精度非常稳定，加工效率大大提高，具有一定的经济性、实用性和稳定性。
