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1、摘 要 数控铣床是当今制造业中实现机电一体化的代表性先进设备。本文在叙述了数控技术的历史、现状和发展的基础上，通过对国内PLC系统的比较，遵从性价比高、综合成本低的原则，最后确定采用松下FP1-C40系统。针对松下FP1-C40系统的特点和旧机床的要求，进行了电气系统改造设计。电气部分分别对强电和弱电进行了改造，将继电接触器控制改由PLC控制，实现宽的调速范围，进给部分增加步进驱动器及步进驱动电机，本课题利用松下FP1-C40型PLC对X5032立式铣床电气部分进行改造，由系统的继电接触器控制转换为可编程控制器控制。使铣床抗干扰能力强，工作更可靠。机床改造后，显示了机床强大的工作能力和高度的可
2、靠性，加工精度和生产率有较大提高，是提高企业数控化率的一条切实可行的途径。关键词：数控机床，步进电机，电气系统目 录摘 要1目 录I引 言21 X5032立式铣床的介绍51.1定义51.2立式铣床的结构51.3 X5032立式铣床主要结构特点71.4 应用范围71.5 主要技术参数71.6 应用行业81.7 X5032铣床常见电气故障分析与检修方法82 松下PLC102.1 松下PLC基本特点102.2 概况102.3 FP1-C40的I/O分配及内部继电器112.4 FP1的特殊功能133 电气控制系统的设计16结论23致 谢25参考文献26引 言由于运用普通机床加工出来的产品大多存在着质量
3、差、品种少、供货期长等原因，所以立式机床的电气部分改造相当有意义。首先，提高了生产效率。原机床经过电气部分改造后，就可以实现加工自动化，工作效率可以明显提高。其次，性能更稳定安全可靠。因为经改造的数控机床的各基础件经过长期工作，几乎不会产生因力变形而影响精度。再次，可以为生产厂家节省资金。普通机床的数控化改造和购买新的普通机床相比可以节省至少一半的资金，从大型和特殊设备上更能看出。最后对于复杂的零件而言，难度越高，功效提高的越高。且可不用或者少用工装不但费用节约了，而且还可以缩短生产的准备时间。机床电气部分改造后可以提高零件的加工精度和生产效率。数控机床不但设计精度较高，而且加工精度还可以靠闭
4、环控制系统的反馈来校正和补偿。因此，可以获得较高的加工精度。机床数控化改造后可以实现加工的柔性自动化，效率可比传统机床提高37倍。传统机床靠凸轮或挡块等可实现刚性自动化，且只有进行大批量生产时才经济合算；而数控机床只要更换一个程序就可以实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批量生产得以自动化，故称之为“柔性自动化”。可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬动，降低工件的定位误差。这是自动化带来的效果，如加工中心在工件装夹好后，可实现钻、铣、攻螺纹、扩孔等多工序的加工。这些工序是在同一基面、同一次装夹下实现的，提高了相关的加工精度。拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自检功能，更好地调节
5、了机床加工状态。还可以提示操作者机床故障或编程错误等机床运行中出现的问题。数控加工降低了工人的劳动强度，节省了劳动力，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，并对市场需求做出快速反应。我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代， 中国于1958年研制出第一台数控机床，发展过程大致可分为两大阶段。在19581979年间为第一阶段，从1979年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、终因表现欠佳，无法用于生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙先后
6、引进数控系统技术，从日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奥、韩国、台湾省共11国(地区)引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。但是国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控,系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之问
7、的差距。 在20余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进元部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处于从仿制走向自行开发阶段，与日本数控机床的水平差距很大。存在的主要问题包括：缺乏像日本“机电法”、“机信法”那样的指引；严重缺乏各方面专家人才和熟练
8、技术工人；缺少深入系统的科研工作；元部件和数控系统不配套；企业和专业间缺乏合作，基本上孤军作战，虽然厂多人众，但形成不了合力。 我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，19982004年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3%和34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004年中国机床主机消费高达94.6亿美元，国内数控机床制造企业在中高档与大型数控
9、机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控,系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。高速化、高精度化、高可靠性、复合化、智能化、柔性化、集成化和开放性是当今数控机床行业的主要发展方向。数控技术的问世已有40多年的历史，它是由机械学、控制学、电子学、计算机科学四大基础学科发展起来的一门综合性新型学科。论文总体思路:在充分调查研究和技术分析的基础上，利用电气部分改造成功经验和自己在机械、电气、数控技
10、术等方面的理论及实践基础，完成X5032立式铣床的电气部分改造。改造后，该铣床具有数控化功能，较先进的自动化加工能力，加工精度、效率、质量稳定性得以提高和保证。具体是：增加主轴的正/反转、启动/停车控制功能；具有工进、快进、急停、显示行程、控制行程和报警及断电保护功能；实现工作台的X、Y、Z三轴数控，三轴联动开环控制功能。（1）：技术鉴定和了解机床的机械传动部分改前的几何精度、尺寸精度，电气元器件及线路老化状况，对改造工作起参考指导作用。（2）：对电气控制部分的改造所采用的PLC进行分析选用，对步进驱动系统、步进电机、变频器、主轴电机进行选用。（3）：绘制电气控制部分的原理图、编写PLC程序1
11、 X5032立式铣床的介绍1.1定义属于铣床中广泛应用的一种机床，是一种强力金属切削机床，该机床刚性强，进给 X5032立式铣床变速范围广，能承受重负荷切屑，是利用铣刀对各种零件进行平面、斜面及成型表面加工的一种精密机床。1.2立式铣床的结构立式铣床床身是机床的主体，大部分部件都安装在床身上，如主轴、主轴变速机构等装在床身的内部。床身的前壁有燕尾形的垂直导轨，供升降台上下移动用。床身的顶上有燕尾形的水平导轨，供横梁前后移动用。立式铣床在床身的后面装有主电动机，提高安装在床身内部的变速机构，使主轴旋转。主轴转速的变换是由一个手柄和一个刻度盘来实现，它们均装在床身的左上方，在变速时必须停车，在床身
12、的左下方有电器柜。（2）立式铣床横梁位置在床身顶部的燕尾形导轨上, 横梁可以借助齿轮、齿条前后移动，调整其伸出长度，并可由两套偏心螺栓来夹紧。在横梁上安装着支架，用来支承刀杆的悬出端，以增强刀杆的刚性。（3）立式铣床升降台它是工作台的支座，万能铣床在升降台上安装着铣床的纵向工作台、横向工作台和转台。进给电动机和进给变速机构是一个独立部件，安装在升降台的左前侧，使升降台、纵向工作台和横向工作台移动。立式铣床变换进给速度由一个蘑菇形手柄控制，允许在开车的情况下进行变速。升降台可以沿床身的垂直导轨移动,在升降台的下面有一根垂直丝杆，它不仅使升降台升降，并且支撑着升降台。（4）立式铣床纵向工作台立式铣
13、床用来安装工件或夹具，并带着工件作纵向进给运动,纵向工作台的上面有三条T形槽，用来安装压板螺栓（T形螺栓）。立式铣床这三条T形槽中，当中一条精度较高，其余两条精度较低。工作台前侧面有一条小T形槽，用来安装行程挡铁。（5）立式铣床横向工作台位于纵向工作台的下面，用以带动纵向工作台作前后移动，有了纵向工作台、横向工作台和升降台，便可以使工件在三个互相垂直的坐标方向移动，以满足加工要求。万能铣床在纵向工作台和横向工作台之间，还有一层转台，其唯一作用是能将纵向工作台在水平面内回转一个正、反不超过45的角度，以便铣削螺旋槽，滕州江南摇臂铣床也值得购买。（6）立式铣床主轴 立式铣床用于安装或通过刀杆来安装
14、铣刀，并带动铣刀旋转。主轴是一根空心轴，前端是锥度为724的圆锥孔，用于装铣刀或铣刀杆，并用长螺栓穿过主轴通孔从后面将其紧固。（7）立式铣床底座 整个铣床的基础，承受铣床的全部重量，以及盛放切削液,此外，还有：吊架、刀杆等附属装置。1.3 X5032立式铣床主要结构特点1.X5032立式铣床底座、机身、工作台、中滑座、升降滑座、主轴箱等主要构件均采用高强度材料铸造而成，并经人工时效处理，保证机床长期使用的稳定性。2.X5032立式铣床立铣头可在垂直平面内顺、逆回转调整 45，拓展机床的加工范围；主轴轴承为圆锥滚子轴承，承载能力强，且主轴采用能耗制动，制动转矩大，停止迅速、可靠。3.X5032立
15、式铣床工作台X/Y/Z向有手动进给、机动进给和机动快进三种，进给速度能满足不同的加工要求；快速进给可使工件迅速到达加工位置，加工方便、快捷，缩短非加工时间。4.X5032立式铣床X、Y、Z三方向导轨副经超音频淬火、精密磨削及刮研处理，配合强制润滑，提高精度，延长机床的使用寿命。5.X5032立式铣床润滑装置可对纵、横、垂向的丝杠及导轨进行强制润滑，减小机床的磨损，保证机床的高效运转；同时，冷却系统通过调整喷嘴改变冷却液流量的大小，满足不同的加工需求。6.X5032立式铣床设计符合人体工程学原理，操作方便；操作面板均使用形象化符号设计，简单直观。1.4 应用范围X5032立式铣床主轴锥孔可直接或通过附件安装各种圆柱铣刀、圆片铣刀、成型铣刀、端面铣刀等，适于加工各种零件的平面、斜面、沟槽、孔等，是机械制造、 模具、仪器、仪表、汽车、摩托车等行业的理想加工设备。1.5 主要技术参数主轴端面至工作台距离(mm) 45415 主轴中心线到床身垂直导轨的距离(mm) 350 主轴孔锥度 7：24 ISO50 主轴孔径(mm) 29 主轴转速(r.p.m)18级 301500/18级 立铣头最大回转角度 45 主轴轴向移动距离(mm) 85工作台工作面(宽度长度)(mm) 3201325 工作台行程纵向/横向/垂向（手动/机动)(mm) 7
