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1、基于 PLC 对 ZH1X 系列铣削组合机床的电气改造第 1 页 共 25 页第第一一章章 Z ZH H1 1X X 系系列列铣铣削削组组合合机机床床概概述述1、 组合机床在现实中的发展及应用组合机床在现实中的发展及应用在我国，组合机床发展已有 28 年的历史，组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业，是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业
2、。在大批量生产中，为了提高平面的加工效率，越来越广泛采用铣削组合机床加工大面，这种组合机床是通过铣削头和比其大一规格的机械滑台或液压滑台配套，或与其他铣削进给工作台配套，加工床身等其他部件组成的，用以完成对铸铁、钢及有色金属的平面铣削，增加某些辅具也可以完成铣槽等工序。二二、ZH1X 系系列列铣铣削削组组合合机机床床简简介介图 1-1 ZH1X 系列铣削组合机床外观结构图上图为铣削组合机床外部结构图，铣削组合机床由底座、床身、基于 PLC 对 ZH1X 系列铣削组合机床的电气改造第 2 页 共 25 页动力滑台、铣削动力头、变速箱、夹具等通用部件以及有关的专用部件组成。加工时，工件随夹具安装在
3、动力滑台上，当发出加工指令后，工作台快速进给，工件接近动力头处时，工作台改为工作进给速度进给，同时，铣削头动力头启动加工，当进给到一定位置时，右铣削动力头也启动，两面同时加工，到终点时工作进给停止，两铣削动力头停转，经终点挡铁停留后，动力滑台快速退回至原位并停止，一次加工的工作循环结束。该机床的主要特点是刚性好、精度高、效率高，配以适当的铣刀盘每分钟走刀量可达 800mm。最大切削深度 8-10mm，实现高效切削加工，可用于对铸件、钢件及有色金属件的大平面铣削，一般用于柴油机、拖拉机等行业箱体类零件的生产线，不仅能铣削端面，配以适当钻头还可进行钻孔打孔等加工，本系列机床分为三个精度等级：G 级
4、（高精度级 0.03/600，Ra1.6-3.2um） 、M 级和 P 级（普通级、用于粗铣） 。高精度级机床可实现以铣代磨工艺，已被列为替代进口产品。三、三、 ZH1X 系列铣削组合机床的电路分析系列铣削组合机床的电路分析（1） 主电路分析基于 PLC 对 ZH1X 系列铣削组合机床的电气改造第 3 页 共 25 页图 1-2 机床主电路 M1 为冷却泵电机，当行程开关 SQ2 压下，冷却泵启动，供应冷却液。M2、M3 为动力头电动机，控制铣刀动作。M4 为滑台进给电机，拖动滑台六个方向的进给。进给电动机的正反转频繁，用接触器 KM4 和 KM5 进行转换。(2)继电器控制电路：基于 PLC
5、 对 ZH1X 系列铣削组合机床的电气改造第 4 页 共 25 页图 1-3 ZH1X 系列铣削组合机床的电气控制线路图上图为组合机床继电器控制电路，转换开关 SA3 控制照明灯，机床工作照明灯即开启。SBI 为急停按钮，SQ2 压下，KM5 线圈得电，冷却泵电机启动，转换开关 SA1 为滑台启动开关，转换开关 SA2 控制滑台六个方向的进给运动，滑台右进给时，电流路径从 SQ2-2、SQ3-2、SQ4-2、SA2-3 到 SQ5-1，KM4 得电。滑台左进给时，电流路径从 SQ2-2、SQ3-2、SQ4-2、SA2-3 到 SQ6-1,KM5 得电。滑台后、上进给时，电流路径从 SA2-1、
6、SQ5-2、SQ6-2、SA2-3 到 SQ4-1，KM5 得电。滑台前、下进给时，电流路径从 SA2-1、SQ5-2、SQ6-2、SA2-3 到 SQ3-1，KM5 得电。当滑台进给到 SQ2 处时，左动力头得电工作，三秒后 KT 出头闭合，右动力头得电工作，滑台工进结束后即加工完成，动力头停止工作，同时滑台停止运动，一次加工流程结束。（3）照明电路通过控制变压器 T 输出电路 24V 电压，给机床照明灯 HL 供电，照明灯由开关 SA3 控制。（4）保护与调整环节基于 PLC 对 ZH1X 系列铣削组合机床的电气改造第 5 页 共 25 页熔断器 FU1 用于对照明电路进行短路保护和变压器
7、 T 一次侧进行短路保护，FU2 用于对电动机进行短路保护。电动机的过载保护分别由 FR 热继电器实现，为了保护刀具与工件安全，当其中一台电动机过载时，要求其余两台电动机均应停止工作。因此，热继电器的常闭触点均应接在控制电路的总电路中。（5）继电器控制方式的缺陷这种使用继电器方式控制的机床存在着一些缺陷，使用继电器控制，继电器的动作有寿命限制，一个元件故障可能造成整个系统崩溃，会将故障扩大化，成本最低，也最容易被伪劣产品冒充。齿轮传动系统中，齿轮制造精度要求高，不适于远距离输送动力，且需手动调整调换齿轮，无法实现自动控制。第二章第二章 机床的电气系统硬件改造机床的电气系统硬件改造 一一、ZH1
8、X 系系列列铣铣削削组组合合机机床床的的改改造造方方案案原 ZH1X 系列铣削组合机床采用继电器控制方式，继电器控制是利用各电器件机械触点的串、并联组合成逻辑控制。采用硬线连接, 连线多而复杂, 对今后的逻辑修改、增加功能很困难；依靠机械触基于 PLC 对 ZH1X 系列铣削组合机床的电气改造第 6 页 共 25 页点的吸合动作来完成控制的继电器控制系统, 工作频率低, 工作速度慢；继电器控制是利用时间继电器的滞后动作来完成时间上的顺序控制。时间继电器内部的机械结构易受环境温度和湿度变化的影响, 造成定时的精度不高；继电器系统安装后, 受电器设备触点数目的有限性和连线复杂等原因的影响, 系统在
9、今后的灵活性、扩展性很差；因此选用 PLC 控制方式，PLC 中逻辑控制是以程序的方式存储在内存当中, 改变程序, 便可改变逻辑。连线少、体积小、方便可靠；采用程序指令控制半导体电路来实现控制, 稳定、可靠, 运行速度大大提高了；在 PLC 内部 是由半导体电路组成的定时器以及由晶体振荡器产生的时钟脉冲计时, 定时精度高，使用者根据需要, 定时值在程序中便可设置, 灵活性大, 定时时间不受环境影响；PLC 内部有特定的计数器, 可实现对生产设备的步进控制；采用微电子技术, 内部的开关动作均由无触点的半导体电路来完成，体积小, 寿命长, 可靠性高, 为现场调试和维护提供便利。ZH1X 系列铣削组
10、合机床采用滚珠丝杠传动，利用不同大小的齿轮啮合控制系统实现运行过程的快进、工进以及快退，这种方式对速度调节比较粗糙，只能对要求速度进行大概的调节，无法做到精确，且齿轮啮合需要人工调整，因此这种调速方式在现代工业生产中还比较落后，本论文针对这一调速方式进行了改进，利用变频器进行调速， 变频器可实现电机软启动、补偿功率因素、通过改变设备输入电压频率达到节能调速的目的，而且能给设备提供过流、过压、过载等保护功能，所以采用变频器对系统工作进行改进。机床中的夹具是靠人工螺旋夹紧的，很是耗费人力，所以论文中对夹具进行了自动改进，采用按钮控制气动夹紧。传感器因其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性
11、和对恶劣环境的适用能力，是一般机械式行程开关所不能相比的。因此决定采用 PLC 与变频器加入传感器对本组合机床进行技术改进。2、机床夹具的改进机床夹具的改进基于 PLC 对 ZH1X 系列铣削组合机床的电气改造第 7 页 共 25 页原铣削组合机床采用螺母手动旋紧夹紧，需要专人看管操作，浪费时间和人力，现代工业逐渐走向全自动化，开始实现远程控制，自动夹紧装置已被越来越多的工厂采用，论文中对夹具进行了改进，采用电气控制电磁阀，控制自动夹紧，铣削工作完成后，电磁阀断电，夹具失电复位。图 2-1 夹具气动图三、滑台调速的改进三、滑台调速的改进（1）改进方案ZH1X 系列铣削组合机床采用齿轮啮合控制系
12、统实现运行过程的快进、工进以及快退，这种方式对速度调节比较粗糙，只能对要求速度进行大概的调节，无法做到精确，故而采用变频器对系统工作进行改进。变频器具有过载能力强，控制功能多，参数设置后可长期使用，无须经常性的进行参数设置，维修简单方便，适用于多种场合，内置噪声滤波器，且操作简单，变频器调速中的加减速时间可以任意设置，所以加减速时间比较平缓，起动电流较小，可以进行较高频率的启停。采用变频器实现调速，可以对工作过程中的速度调节进行精准的调节，并且可以实现多种速度的调节。基于 PLC 对 ZH1X 系列铣削组合机床的电气改造第 8 页 共 25 页（2）变频器的选取变频器的功率选择取决于电机功率的
13、大小，在 ZH1X 系列铣削组合机床中电机属于恒功率电机，其采用的功率为 7.5KW，所以选用变频器的容量要大于等于 7.5K，根据实际生产的需要，所以采用吸西门子通用变频器 MM420。如图 8-8 所示：图 2-2 变频器接线图变频器型号注释：图 2-3 变频器型号 （3）基本参数设置。1.恢复出厂设置：P0010=30P0970=1基于 PLC 对 ZH1X 系列铣削组合机床的电气改造第 9 页 共 25 页P1001：设置高速频率为 30HZP1002：设置中速频率为 10HZ P1120：设置加速时间为 2SP1121：设置减速时间为 2S改造后主电路：图 2-4 铣削组合机床改造后
14、主电路四四、传感器在系统中的应用传感器在系统中的应用（1）传感器的选用原则ZH1X 系列铣削组合机床的滑台运行由快进变为工进速度是由行程阀来控制的，行程阀是一种接触型传感器，必须压上才能动作，基于 PLC 对 ZH1X 系列铣削组合机床的电气改造第 10 页 共 25 页且容易产生机械磨损造成行程阀动作不灵敏；电感式接近开关是用于非接触检测金属物体的一种最具性价比的解决方案，其具有优秀的重复精度，可靠性极高，以及其无磨损运行和耐温、噪声、光和水的特性，使用寿命长因此现采用电感式接近开关代替行程阀；小车自动送料系统的启停也由电感式接近开关来控制。（2）传感器的选用根据传感器的选用原则，本论文中选
15、用电感式传感器，其型号为 FN10-M30-NCD1，外观见图 2-5。根据变换原理，电感式传感器可以分为自感式和互感式两大类。常用的自感式传感器有变气隙式和螺线管式。自感式传感器又可分为：变气隙厚度式与变面积式。变气隙厚度式自感传感器只能工作在一段很小的区域，因而只能用于微小位移的测量；变面积式自感传感器灵敏度较前者小，是常数，因而线性较好，量程较大，适用于大位移的测量。本次使用的是变气隙厚度式自感传感器。根据组合机床使用的环境和控制要求，所选择的电感式传感器的相关性能指标如表 2-1 所示。图 2-5 FN10-M30-NCD1 型电感式传感器的外观外形规格M30*50检测距离10mm建议
16、距离0-8mm重复精度5%基于 PLC 对 ZH1X 系列铣削组合机床的电气改造第 11 页 共 25 页电源电压10-30VDC输出显示黄色指示灯工作温度范围-25-70表 2-1 FN10-M30-NCD1 型电感式传感器的性能指标5 5、 PLCPLC 的选型的选型（1）PLC 的选用原则1） 输入输出点的估算。估算时要有适当的余量，点数可以再增加 20%30%的可扩展。2） 存储器容量的估算。3） 控制功能的选择。包括运算功能，控制功能，通信功能，编程功能，诊断功能，处理速度。4) 机型的选择。包括 PLC 的类型，输入输出模块的选择，电源的选择，存储器的选择，冗余功能的选择，经济性的考虑。（2）PLC 的选定在对 PLC 的选用原则进行综合考虑后选用三菱 PLC。三菱 PLC性能相对比较强大，可操作性强，常用于自动化控制系统。在本论文中需要用到 13 个输入和 14 个输出，共 27 个点数。所以选用的是三菱 FX2N-48MR PLC。（3） PLC 的输入输出分配输入输出分配表输入输出元件代号输入继电作用元件代号输出继电
