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1、淮南职业技术学院机电专业毕业设计-1 -X62W 万能铣床电控系统的 PLC 设计摘要本设计讲述了 X62W 万能铣床电气控制线路的工作原理，说明了用 PLC改造的具体方法，从而可以提高整个电气控制系统的工作性能。铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。 最早的铣床是美国人惠特尼于 1818 年创制的卧式铣床；为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人布朗于 1862 年创制了第一台万能铣床，这是升降台铣床的雏形；1884 年前后又出现了龙门铣床；二十世纪 20 年代出现了半自动铣床，工作
2、台利用挡块可完成“进给-决速”或“决速-进给”的自动转换。 1950 年以后，铣床在控制系统方面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。尤其是 70 年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。 第一章主要介绍铣床国内外研究状况和发展趋势和铣床简单介绍，包括铣床的选型和特点。第二章 X62W 万能铣床硬件设计主要包括 X62W 万能铣床电力拖动的特点及控制要求和 X62W 万能铣床元件选型还有 X62W 万能铣床的主要结构及运动形式，第三章主要分析电路的工作原理。第四章是介绍软件部分及其 PLC 的基本知识。关键词X6
3、2W万能铣床；电气控制系统；PLC；梯形图 淮南职业技术学院机电专业毕业设计-2 -目录第一章 概述1.1 铣床国内外研究状况和发展趋势41.2 铣床简单介绍51.2.1 铣床的选型1.2.2 X62W 机床特点第二章 X62W 万能铣床硬件设计2.1 X62W 万能铣床电力拖动的特点及控制要求2.2 X62W 万能铣床元件选型2.3 X62W 万能铣床的主要结构及运动形式淮南职业技术学院机电专业毕业设计-3 -第三章 电气控制原理3.1 电气原理图3.2 主电路分析 3.3 控制电路分析第四章 X62W 万能铣床软件设计4.1 PlC 的基本定义和 PLC 的主要特点4.2 X62W 万能铣
4、床电气控制线路的 PLC 设计4.3 现场信号与 PLC 软继电器对照表4.4 PLC 梯形图和 PLC 指令表第五章 总结致谢参考文献第 1 章 概述1.1 铣床国内外研究状况和发展趋势自从 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、塑料加工等行业工艺设备的电气控制中，越来越多地采用 PLC 机控制，并取得了显著的效果，深受各行业的欢迎。铣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技术装置。随着电子技术的发展，可编程序控制器日益广泛的应用于机械、电子加工与设备电气改造中。 铣床作
5、为机械加工的通用设备在内燃机配件的生产中一直起着不可替代的作用。自动铣床具有工作平稳可靠，操作维护方便，运转费用低的特点，已成为现代生产中的主要设备。自动铣床控制系统的设计是一个很传统的课题，现在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，铣床控制的淮南职业技术学院机电专业毕业设计-4 -设计方案也越来越先进，越来越趋于完美。在我国 7080 年代大多数铣床中,大多数的开关量控制系统都是采用继电器控制,也有相当一部分辅机系统是采用继电控制。因此,继电器本身固有的缺陷,给铣床的安全和经济运行带来了不利影响,用 PLC 对铣床的继电器式控制系统进行改造已是大势所趋。自动铣床的发展及现状：从上世纪 80
6、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
7、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。表 1 以中挡铣床为例列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，从策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
8、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。淮南职业技术学院机电专业毕业设计-5 -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。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。可编程序控制器产生以前，以各种继电器为主要元件的电气控制线路，承
9、担着生产过程自动控制的艰巨任务，可能有成百上千只各种继电器构成复杂的控制系统，需要用成千上万根导线连接起来，安装这些继电器需要大量的继电器控制柜，且占据大量的空间。当这些继电器运行时，又产生大量的噪声，消耗大量的电能。为保证控制系统的正常运行，需要安排大量的电气技术人员进行维护，有时某个继电器损坏，甚至某个继电器触头接触不良，都回影响整个系统的正常运行。如果系统出现故障，要进行检查排除故障又是非常困难的，全靠电气技术人员长期积累经验。尤其是在生产工艺发生变化时，可能需要增加很多的继电器或继电器控制柜，重新接线或改线的工作量很大，甚至需要重新设定控制系统。尽管如此，这种控制系统的功能仅仅局限在能
10、实现具有粗略定时、计数功能的顺序逻辑控制。因此，人们迫切需要一种新的工业控制装置来取代传统的继电器控制系统，是电气控制系统工作更可靠，更容易维修，更能适应经常变化的生产工艺要求。可编程控制器(Programmable Controller)简称 PC，在办公自动化和工业自动化中广泛使用的个人计算机（Personal Computer）也简称 PC，为了避免混摇，现在一般将可编程序控制器简称为 PLC(Programmable Logic Controller).随着可编程控制器在国内的运用和推广，人们找到了万能铣床较理想的控制系统，即 PLC 控制系统。由于其具有可靠性高，抗淮南职业技术学院机
11、电专业毕业设计-6 -干扰能力强，维修检测方便等优点，适合于对万能铣床的控制，获得广泛的推广。现在万能铣床已全部采用 PLC 控制，结束了近二十年使用继电控制的历史。本文主要以该厂对 PLC 控制系统的研究，推广介绍可编程控器在万能铣床上的应用。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、塑料加工等行业工艺设备的电气控制中，越来越多地采用 PLC 机控制，并取得了显著的效果，深受各行业的欢迎。1988 年开始将可编程序控制器应用在万能铣床上，至今使用情况一直良好。 国外生产 PLC 的厂家很多，最著名的
12、有美国 A-B 公司和 GE-FANUC 公司，日本的欧姆龙公司和三菱公司，德国 AEG 公司和西门子公司，法国的 TE 公司。它们号称 PC 领域的大雄，代表 PC 的最高水平。它们在中国都有各自的代理商，很容易买到其产品。国产 PLC 以小型为主，多数为仿制产品，I/0 点均在 128 点以下。主要厂家有上海工业自动化仪表研究所，苏州电子计算机厂，北京机械工业自动化研究所，无锡华光电子工业公司中科院自动化研究所究上海香岛机电制造公司。一般只处理开关量，进行逻辑运算，顺序运算 1.2 铣床简单介绍1.2.1 铣床的选型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
13、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。PLC专为工业环境应用而设计，其显著的特点之一淮南职业技术学院机电专业毕业设计-7 -就是可靠性高，抗干扰能力强。将X62W万能铣床电气控制线路改造为可编程控制器控制，可以提高整个电气控制系统的工作性能，减少维护、维修的工作量。1.2.2 X62W机床特点(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 23 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) 此机床具有柔性，只
14、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) 大大的减轻了工人的劳动强度。万能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,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。但是在电气控制系统中,故障的查找与排除是非常困难的,特别是在继电器接触式控制系统，由于电气控制线路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长,给生产与维护带来诸多不便,严重地影响生产。本文所述方案是对原来的继电器接触式模拟控制系统进行 PLC 改造而成,经实际运行证明该 PLC 控制系统无论是硬件还
15、是软件,控制稳定可靠, 具有极高的可靠性与灵活性, 更容易维修,更能适应经常变动的工艺条件，取得了较好的经济效益。淮南职业技术学院机电专业毕业设计-8 -第 2 章 X62W 万能铣床硬件设计2.1 X62W 万能铣床电力拖动的特点（1）铣削加工有顺铣和逆铣两种加工方式，要求主轴电动机能正反转，因正反操作并不频繁，所以由床身下侧电器箱上的组合开光来改变电源相序实现。（2）由于主轴传动系统中装有避免震荡的惯性轮，故主轴电动机采用电磁离合器制动以实现准确停车。（3）铣床的工作台要求有前后、左右、上下 6 个方向的 进给运动和快速移动，所以也要求进给电动机能正反转，并通过操作手柄和机械离合器相配合来
16、实现。进给的快速移动通过电磁铁和机械挂挡来完成。圆形工作台的回转运动是由进给电动机经传动机构驱动的。（4）根据加工工艺的要求，该铣床应具有以下的电气联锁措施：为了防止刀具和铣床的损坏，只有主轴旋转后才允许有进给运动和进给方向的快速运动。为了减小加工表面的粗糙度，只有进给停止后主轴才能停止或同时停止。该铣床采用机械操纵手柄和位置开关相配合的方式实现进给运动 6 个方向的连锁。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的啮合状态，两种运动都要求变速后顺时点动。当主轴电动机或冷却泵过载时，进给运动必须立即停止，以免损坏刀淮南职业技术学院机电专业毕业设计-9 -具和铣床。（5）要求有冷却系统、照明设备及各种保护措施。2.2 X62W 万能铣床元件选型表 2-1 铣床的电机参数参照表符号 名称 型号 规格件数作用M1主轴电动机Y132M4B375KW，380V，1450r/min1 主轴传
