X62W型卧式万能铣床电气控制系统的设计

目录

1 概述

1.1铣床国内外研究状况和发展趋势……………………………… 1.2铣床简单介绍…………………………………………………… 1.2.1 铣床的选型…………………………………………………… 1.2.2 X62W机床特点……………………………………………… 2 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………………………… 3 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…………………………………………………… 4 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…………………………………… 5 总结……………………………………………………………… 致谢 参考文献

1铣床的简介

X62W 型卧式万能铣床是一种通用的多用途机床，它可以进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，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，其显著的特点之一就是可靠性高，抗干扰能力强。将X62W 型卧式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。X62W 型卧式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，X62W 型卧式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。

然而，在本次设计中主要针对X62W 型卧式万能铣床控制系统PLC 进行改造，阐述了X62W 型卧式万能铣床的电气控制线路的工作原理，PLC 控制系统软、硬件的设计，而我所做的工作主要有以下几点： 1．X62W 型卧式万能铣床的简介。 2．X62W 型卧式万能铣床的实图。 3．X62W 型卧式万能铣床的电路分析。 4．X62W 型卧式万能铣床的必要性分析。

5．X62W 型卧式万能铣床PLC 梯形图的设计和调试。

2.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

表2-2铣床的基本元件一览表

2.3 X62W万能铣床的主要结构及运动形式

X62W 型万能铣床的外形结构如图2-1所示，它主要由床身、主轴、刀杆、悬梁、工作台、回转盘、横溜板、升降台、底座等几部分组成。在床身的前面有垂直导轨，升降台可沿着它上下移动。在升降台上面的水平导轨上，装有可在平行主轴轴线方向移动（前后移动）的溜板。溜板上部有可转动的回转盘，工作台就在溜板上部回转盘上的导轨上作垂直于主轴轴线方向移动（左右移动）。工作台上有T 形槽用来固定工件。这样，安装在工作台上的工件就可以在三个坐标上的六个方向调整位置或进给。

铣床主轴带动铣刀的旋转运动是主运动；铣床工作台的前后（横向）、左右（纵向）和上下（垂直）6个方向的运动是进给运动；铣床其他的运动，如工作台的旋转运动、在各个方向的快速移动则属于辅助运动。

1— 床身（立柱） 2—主轴 3—刀杆 4—悬梁 5—支架 6—工作台

7—回转盘8—横溜板 9—升降台 10—底座

图2-1铣床外部结构图

2.4 控制要求

（1）主轴电动机M1有三种控制：正反转起动，反接制动和变速冲动。

（2）工作台进给电动机M2有三种控制：进给、快速移动和变速冲动。 （3）M3拖动冷却泵提供冷却液，只需单向运行。

（4）为了能及时实现控制，机床设置了两套操纵系统，再机床正面及侧 都安装了相同的按钮、手轮和手柄，操作方面，以实现两地控制。

（5）为了保证安全，防止事故，机床有顺序的动作，采用了联锁。 （6）三台电动机都设有过载保护，控制线路设有短路保护，工作台的六个方向，都设有终端保护。

电气控制原理

3.1

电气原理图

图3-1 X62W卧式铣床电气原理图

图3-2 铣床电器元件符号及功能说明

3.2 主电路分析

由电气原理图可知，主电路共有三台电动机。其中M1为主轴电动机，M2为进给电动机，M3为冷却泵电动机。X62W 万能铣床的电路如图3-1所示，该线路分为主电路、控制电路和照明电路三部分。

3.2 主电路分析

主轴电动机M1拖动主轴带动铣刀进行铣削加工，通过组合开关SA3来实现

正反转；进给电动机M2通过操纵手柄和机械离合器的配合拖动工作台前后、左右、上下6个方向的进给运动和快速移动，其正反转由接触器KM3、KM4来实现；冷却泵电动机M3供应切削液，且当M1启动后，用手动开关QS2控制；3台电动机共用熔断器FU1作短路保护，3台电动机分别用热继电器FR1、FR2、FR3作过载保护。

3.3控制电路分析

控制电路的电源由控制变压器TC 输出110V 电压供电。 ⑴主轴电动机M1的控制

主轴电动机M1采用两地控制方式，SB1和SB2是两组启动按钮，SB5和SB6是两组停止按钮。KM1是主轴电动机M1的启动接触器，YC1是主轴制动用的电磁离合器，SQ1是主轴变速时瞬时点动的位置开关。

1）主轴电动机M1启动前，应首先选择好主轴的转速，然后合上电源开

关QS1，再把主轴换向开关SA3扳到所需要的转向。按下启动按钮SB1（或SB2），接触器KM1线圈得电，KM1主触头和自锁触头闭合，主轴电动机M1启动运转，KM1常开辅助触头（9-10）闭合，为工作台进给电路提供了电源。按下停止按钮SB5（或SB6），SB5-1（或SB6-1）常闭触头分断，接触器KM1线圈失电，KM1触头复位，电动机M1断电惯性运转，SB5-2（或SB6-2）常开触头闭合，接通电磁离合器YC1，主轴电动机M1制动停转。

2) 主轴换铣刀时将转换开关SA1扳向换刀位置，这时常开触头SA1-1闭合，电磁离合器YC1线圈得电，主轴处于制动状态以便换刀；同时常闭触头SA1-2断开，切断了控制电路，保证了人身安全。

3) 主轴变速时，利用变速手柄与冲动位置开关SQ1，通过M1点动，使齿轮系统产生一次抖动，以便于齿轮顺利啮合，且变速前应先停车。

⑵进给电动机M2的控制

工作台的进给运动在主轴启动后方可进行。工作台的进给可在3个坐标的6个方向运动，进给运动是通过两个操作手柄和机械联动机构控制相应的位置开关使进给电动机M2正转或反转来实现的，并且6个方向的运动是联锁的，不能同时接通。

1）当需要圆形工作台旋转时，将开关SA2扳到接通位置，这时触头SA2-1和SA2-3断开，触头SA2-2闭合，电流经10—13—14—15—20—19—17—18路径，使接触器KM3得电，电动机M2启动，通过一根专用轴带动圆形工作台作旋转运动。转换开关SA2扳到断开位置，这时触头SA2-1和SA2-3闭合，触头SA2-2断开，以保证工作台在6个方向的进给运动，因为圆形工作台的旋转运动和6个方向的进给运动也是联锁的。

2）工作台的左右进给运动由左右进给操作手柄控制。操作手柄与位置开关SQ5和SQ6联动，有左、中、右三个位置，其控制关系见表1。当手柄扳向中间位置时，位置开关SQ5和SQ6均未被压合，进给控制电路处于断开状态；当手柄扳向左或右位置时，手柄压下位置开关SQ5或SQ6，使常闭触头SQ5-2或SQ6-2分断，常开触头SQ5-1或SQ6-1闭合，接触器KM3或KM4得电动作，电动机M2正转或反转。由于在SQ5或SQ6被压合的同时，通过机械机构已将电动机M2的传动链与工作台下面的左右进给丝杠相搭合，所以电动机M2的正转或反转就拖动工作台向左或向右运动。

表3—1工作台左右进给手柄位置及其控制关系

工作台的上下和前后进给运动是由一个手柄控制的。该手柄与位置开关SQ3和SQ4联动，有上、下、前、后、中5个位置，其控制关系见表2。当手柄扳至中间位置时，位置开关SQ3和SQ4均未被压合，工作台无任何进给运动；当手柄扳至下或前位置时，手柄压下位置开关SQ3使常闭触头SQ3-2分断，常开触头SQ3-1闭合，接触器KM3得电动作，电动机M2正转，带动着工作台向下或向前运动；当手柄扳向上或后时，手柄压下位置开关SQ4，使常闭触头SQ4-2分断，常开触头SQ4-1闭合，接触器KM4得电动作，电动机M2反转，带动着工作台向上或向后运动。

当两个操作手柄被置定于某一进给方向后，只能压下四个位置开关SQ3、SQ4、SQ5、SQ6中的一个开关，接通电动机M2正转或反转电路，同时通过机械机构将电动机的传动链与三根丝杠（左右丝杠、上下丝杠、前后丝杠）中的一根（只能是一根）丝杠相搭合，拖动工作台沿选定的进给方向运动，而不会沿其他方向运动。

表3—2工作台上、下、中、前、后进给手柄位置及其控制关系

左右进给手柄与上下前后手柄实行了联锁控制，如当把左右进给手柄扳

向左时，若又将另一个进给手柄扳到向下进给方向，则位置开关SQ5和SQ3均被压下，触头SQ5-2和SQ3-2均分断，断开了接触器KM3和KM4的通路，电动机M2只能停转，保证了操作安全。

3）6个进给方向的快速移动是通过两个进给操作手柄和快速移动按钮配合实现的。安装好工件后，扳动进给操作手柄选定进给方向，按下快速移动按钮SB3或SB4（两地控制），接触器KM2得电，KM2常闭触头分断，电磁离合器YC2失电，将齿轮传动链与进给丝杠分离；KM2两对常开触头闭合，一对使电磁

离合器YC3得电，将电动机M2与进给丝杠直接搭合；另一对使接触器KM3或KM4得电动作，电动机M2得电正转或反转，带动工作台沿选定的方向快速移动。由于工作台的快速移动采用的是点动控制，故松开SB3或SB4，快速移动停止。

4）进给变速时与主轴变速时相同，利用变速盘与冲动位置开关SQ2使M1产生瞬时点动，齿轮系统顺利啮合。

4.X62W 万能铣床软件设计

4.1 PlC的基本定义

可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller) ，简称PLC ，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC 。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer) 的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC 。

PLC 的主要特点：

1、高可靠性

（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC 内部电路之间电气上隔离。

（2）各输入端均采用R-C 滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms.

（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。

（4）采用性能优良的开关电源。

（5）对采用的器件进行严格的筛选。

（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU 立即采用有效措施，以防止故障扩大。

（7）大型PLC 还可以采用由双CPU 构成冗余系统或有三CPU 构成表决系统, 使可靠性更进一步提高。

2、丰富的I/O接口模块

PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。

3、采用模块化结构

为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC 以外，绝大多数PLC 均采用模块化结构。PLC 的各个部件，包括CPU ，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

4、编程简单易学

PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

5、安装简单，维修方便

PLC 不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC 相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。

4.2 X62W万能铣床电气控制线路的PLC 设计

X62W 万能铣床电气控制线路中的电源电路、主电路及照明电路保持不变，在控制电路中，变压器TC 的输出及整流器VC 的输出部分去掉。用可编程控制器改造后的PLC 硬接线如图4-2所示，为了保证各种联锁功能，将SQ1～SQ6,SB1～SB6按图示分别接入PLC 的输入端，换刀开关SA1和圆

形工作台转换开关SA2分别用其一对常开和常闭触头接入PLC 的输入端子。输出器件分两个电压等级，一个是接触器使用的110V 电压，另一个是电磁离合器使用的36V 直流电，这样也将PLC 的输出口分为两组连接点。根据输入输出口的数量，可选择三菱FX2N —32MR 型PLC 。X62W 型万能铣床电器位置图如图4-1所示，所有的电器元件均可采用改造前的型号。

根据X62W 万能铣床的控制要求，设计该电气控制系统的PLC 控制梯形图，