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摘 要
可編程控制器(PLC )作為控制系統(tǒng)的核心裝置，功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定可靠。在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。取得了理想的控制效果。
X62W型萬(wàn)能銑床是目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)比較完善，通用性能強(qiáng)，應(yīng)用比較廣泛的一種典型銑床。主要用于加工平面，斜面，溝槽和成形面以及螺旋面的加工。本機(jī)床剛性好，生產(chǎn)效率高，工藝范圍廣。但它的電氣控制部分大多數(shù)還是采用傳統(tǒng)的繼電器控制，繼電器、接觸器是一些電磁開(kāi)關(guān)。由勵(lì)磁線(xiàn)圈、鐵心磁路、觸點(diǎn)等部件組成。通過(guò)繼電器 接觸器等其它控制元件的線(xiàn)路連接，可以實(shí)現(xiàn)一定的控制邏輯，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的各種操作控制。
本論文以X62W萬(wàn)能銑床為背景，對(duì)其電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行PLC改造，理論與實(shí)踐相結(jié)合，詳細(xì)闡述了可編程控制器PLC技術(shù)在X62W萬(wàn)能銑床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。論在程序設(shè)計(jì)之前，首先對(duì)現(xiàn)有銑床控制系統(tǒng)進(jìn)行電路分析，了解其基本控制原理。而后對(duì)控制方案的論證與設(shè)計(jì)；本文利用三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列PLC對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，最后利用其編程軟件GX WORKS2軟件進(jìn)行程序的編寫(xiě)。
關(guān)鍵詞：可編程控制器，萬(wàn)能銑床，電氣控制
Abstract
Programmable logic controller (PLC), as the core device of the control system, is powerful, stable and reliable. It has been widely applied in modern industrial automation production. The ideal control effect has been obtained.
X62W universal milling machine is a typical milling machine with perfect structure, strong versatility and wide application. It is mainly used for machining plane, inclined surface, groove and forming surface and spiral surface. This machine tool has good rigidity, high production efficiency and wide technological scope. But most of its electrical control part is controlled by traditional relay, and relay and contactor are some electromagnetic switches. It is composed of excitation coil, core magnetic circuit, contact and other components. By connecting the circuit of relay contactor and other control elements, a certain control logic can be realized, so that all kinds of operation control of the equipment can be realized.
In this paper, the X62W milling machine is taken as the background, the electrical control system is modified by PLC, and the application of PLC technology in the X62W milling machine control system is expounded in detail. Before programming, we analyze the existing milling machine control system and understand its basic control principle. Then the control scheme is demonstrated and designed. In this paper, the FX2N series PLC produced by Mitsubishi Co is used to remould its control system. Finally, the programming software GX WORKS2 software is used to write the program.
Key words: programmable controller, universal milling machine, electrical control
VII
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 - 1 -
1.1 課題目的及意義 - 1 -
1.2 可編程控制器國(guó)內(nèi)外的發(fā)展[1] - 1 -
1.2.1 國(guó)外PLC的發(fā)展 - 1 -
1.2.2國(guó)內(nèi)PLC的發(fā)展 - 2 -
1.3 PLC的發(fā)展趨勢(shì) - 3 -
1.4 本文的設(shè)計(jì)任務(wù) - 3 -
2 X62W萬(wàn)能銑床結(jié)構(gòu)原理和硬件設(shè)計(jì) - 4 -
2.1 X62W萬(wàn)能銑床結(jié)構(gòu)組成及控制系統(tǒng)要求 - 4 -
2.1.1 X62W萬(wàn)能銑床的結(jié)構(gòu)組成 - 4 -
2.1.2 X62W萬(wàn)能銑床控制系統(tǒng)的要求 - 5 -
2.2 X62W萬(wàn)能銑床系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) - 6 -
2.3 本章小結(jié) - 8 -
3 X62W萬(wàn)能銑床傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) - 9 -
3.1 主電路設(shè)計(jì) - 9 -
3.2.1 主電路分析 - 9 -
3.2 控制電路設(shè)計(jì) - 10 -
3.2.1 主軸電機(jī)M1的控制 - 10 -
3.2.2 進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2的控制 - 12 -
3.2.3 冷卻泵電動(dòng)機(jī)及照明電路的控制 - 15 -
3.3 本章小結(jié) - 15 -
4 X62W萬(wàn)能銑床PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) - 16 -
4.1 PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 - 16 -
4.2 PLC和I/O擴(kuò)展模塊的選型 - 16 -
4.3 PLC I/0的分配 - 16 -
4.4 系統(tǒng)電氣控制接線(xiàn)圖設(shè)計(jì) - 17 -
4.5 本章小結(jié) - 19 -
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) - 20 -
5.1 三菱GX WORKS2 編程軟件簡(jiǎn)介 - 20 -
5.2 X62W萬(wàn)能銑床PLC程序設(shè)計(jì) - 21 -
5.3 本章小結(jié) - 25 -
6 X62W萬(wàn)能銑床主軸零件的三維建模 - 26 -
6.1 Solidworks軟件簡(jiǎn)介 - 26 -
6.2零件建模 - 28 -
6.3本章小結(jié) - 30 -
總結(jié) - 31 -
致 謝 - 32 -
參考文獻(xiàn) - 33 -
VIII
1 緒論
1.1 課題目的及意義
銑床作為機(jī)械加工的通用設(shè)備在內(nèi)燃機(jī)配件的生產(chǎn)中一直起著不可替代的作用。銑床具有工作平穩(wěn)可靠，操作維護(hù)方便，已成為現(xiàn)代生產(chǎn)中的主要設(shè)備。銑床主要是用于加工零件的平面、斜面、溝槽、成型面的加工機(jī)床?？梢耘渲梅侄阮^、圓工作臺(tái)、鏜刀架、傳動(dòng)箱、銑夾頭、平口鉗等附件。其用途廣泛，在機(jī)械行業(yè)的機(jī)床設(shè)備中占有相當(dāng)大的比重。
在傳統(tǒng)控制方式中，銑床的電氣控制系統(tǒng)普遍采用接觸器和繼電器控制形式，由于采用固定接線(xiàn)的硬件實(shí)現(xiàn)邏輯控制，致使控制系統(tǒng)存在許多缺點(diǎn)，如控制系統(tǒng)的體積增大，耗電多，控制精度達(dá)不到要求，效率不高且易出故障，不能保證正常的工業(yè)生產(chǎn)等。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，并且各企業(yè)重視節(jié)源效益，銑床生產(chǎn)自動(dòng)化控制水平也相應(yīng)提高和不斷深入。傳統(tǒng)繼電器控制技術(shù)逐漸被基于計(jì)算機(jī)技術(shù)而產(chǎn)生的PLC控制技術(shù)所取代。而PLC本身優(yōu)異的性能使基于PLC控制的控制系統(tǒng)變的經(jīng)濟(jì)、高效、穩(wěn)定且維護(hù)方便。這種控制系統(tǒng)對(duì)改造傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)有普遍性意義。
因此設(shè)計(jì)基于PLC控制技術(shù)的銑床控制系統(tǒng)有其巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、環(huán)保意義及實(shí)踐意義。而通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的我們可以更加深入的了解銑床的工作原理，了解解決X62W萬(wàn)能銑床控制系統(tǒng)所使用的方法；最主要的是學(xué)習(xí)了PLC在實(shí)際項(xiàng)目中的編程方法。
1.2 可編程控制器國(guó)內(nèi)外的發(fā)展[1]
1.2.1 國(guó)外PLC的發(fā)展
在上個(gè)世紀(jì)60年代，PLC開(kāi)始初步進(jìn)入市場(chǎng)，但是那時(shí)候的PLC的功能很簡(jiǎn)單，一般就邏輯和定時(shí)及技術(shù)等普遍性功能，由于使用PLC集成電路的硬件并沒(méi)有進(jìn)入規(guī)模比較大的那種生產(chǎn)，它的CPU依舊是由分立元件組成的。PLC最多可更換200~300個(gè)繼電器控制系統(tǒng)，與目前的PLC相比，它可以看作是一個(gè)怪物。
全球第一個(gè)PLC是全球第一個(gè)可編程控制器PDP-14，由DEC在1969年開(kāi)發(fā)。PLC在初形時(shí)主要的組成部分是分立元器件和中小集成電路，1971年，日本引進(jìn)了美國(guó)的技術(shù)，并很快研制出了第一臺(tái)可編程控制器DSC-18。1973年，西歐國(guó)家進(jìn)入研發(fā)首部產(chǎn)品。中國(guó)發(fā)展這個(gè)是在1974年。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，電子技術(shù)慢慢發(fā)展起來(lái)了，通信的微型處理器運(yùn)用PLC技術(shù)，不會(huì)像原來(lái)那樣局限于邏輯運(yùn)算。在1980年代，技術(shù)的迅猛發(fā)展，16位和32位的微處理器使得PLC的功能性越來(lái)越強(qiáng)。它的速度快同時(shí)體積與成本都減低，對(duì)于故障的一些檢測(cè)更加靈活，所以使得它的可靠性提高了不少。
當(dāng)微處理器在出現(xiàn)不久之時(shí)就被迅速地引入PLC并使其在操作和處理等功能上提升了不少，同時(shí)完成了具有計(jì)算機(jī)功能的實(shí)際工業(yè)控制裝置?？删幊炭刂破鞯闹饕幊陶Z(yǔ)言是梯形圖，微機(jī)術(shù)與傳統(tǒng)繼電器完美契合的產(chǎn)物。在20世紀(jì)后期，PLC技術(shù)趨向于工業(yè)化，無(wú)論是控制規(guī)模還是控制能力上，它的應(yīng)用都是屬于比較簡(jiǎn)單的，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各機(jī)械加工類(lèi)或輕工類(lèi)等。
1.2.2國(guó)內(nèi)PLC的發(fā)展
中國(guó)應(yīng)用PLC模式與國(guó)外并不一樣，它在全球的發(fā)展是由開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)到應(yīng)用，而在中國(guó)，成套設(shè)備的引進(jìn)、可編程控制器的引進(jìn)和應(yīng)用、消化和移植、合資生產(chǎn)等廣泛應(yīng)用。
中國(guó)改革開(kāi)放，隨著時(shí)代與經(jīng)濟(jì)文化的發(fā)展，外國(guó)制造商開(kāi)始放眼中國(guó)市場(chǎng)，在中國(guó)設(shè)立辦事處，甚至在中國(guó)設(shè)立亞太總部。國(guó)內(nèi)的一些大中企業(yè)開(kāi)始與國(guó)外企業(yè)展開(kāi)合作，這樣促進(jìn)了一批技術(shù)引進(jìn)，這也同時(shí)帶動(dòng)了可編程技術(shù)的發(fā)展。90年代的可編程的主流發(fā)展，雖然在數(shù)量上不占據(jù)優(yōu)勢(shì)，但是質(zhì)量卻大大提升了，代表了南京嘉等產(chǎn)品。中國(guó)的JH200, I/O是12到120點(diǎn)，具有高速計(jì)數(shù)器和模擬功能;杭州新箭公司D20P，則是12/8點(diǎn)，D100 的可以從40點(diǎn)擴(kuò)大到120點(diǎn);完全確定的RD100和RD200，前I/O為9/4點(diǎn)，2點(diǎn)模式為，后者為點(diǎn)，擴(kuò)展函數(shù)有代碼磁盤(pán)速度測(cè)量，熱電偶溫度計(jì)。模擬I/O，可連接32 RD200，實(shí)時(shí)與PC機(jī)進(jìn)行通信。同時(shí)，中尺度可編程控制器也開(kāi)始在中國(guó)出現(xiàn)。交通部上海航運(yùn)研究所的STI2000, I/O為256點(diǎn)，當(dāng)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)卻達(dá)到4096點(diǎn)。由北京和利力公司開(kāi)發(fā)的Hollias-PLC可編程控制器，其典型產(chǎn)品是1024點(diǎn)的數(shù)字I/O，仿真。I/O的數(shù)量為256點(diǎn)，構(gòu)建了TCP/IP通信接口。通過(guò)PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的主站，從站和遠(yuǎn)程I/O連接到管理網(wǎng)絡(luò)，并與合作伙伴一起介紹InterControl G3小型可編程控制器系統(tǒng)。通過(guò)這些逐漸與國(guó)外技術(shù)比拼可以看出國(guó)內(nèi)的可編程控制器已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。
1.3 PLC的發(fā)展趨勢(shì)
全球都比較關(guān)注PLC的應(yīng)用，對(duì)于它的需求逐年擴(kuò)大。其技術(shù)不斷升級(jí)，結(jié)構(gòu)也在不斷完善和調(diào)整。通過(guò)這些變化，控制產(chǎn)品的功能變得越來(lái)越強(qiáng)，價(jià)格比率也逐漸得到確認(rèn)。
(1)兩極發(fā)展趨勢(shì)的產(chǎn)品規(guī)模。一方面，對(duì)于型的微小的PLC目前在技術(shù)上也同樣取得了進(jìn)一步發(fā)展。另一方面，大容量的PLC也逐漸滿(mǎn)足需求迎合市場(chǎng)。對(duì)于那些復(fù)雜且難于操作的技術(shù)或產(chǎn)品將逐漸淘汰，信息時(shí)代要求的是信息量大，儲(chǔ)存量夠并且一定要越快越好。
(2)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。
在這領(lǐng)域PLC的趨勢(shì)發(fā)展應(yīng)用——網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。多PLC和上位機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用越來(lái)越普遍。PLC的制造商現(xiàn)在正在研究他們自己的通信模塊和通信軟件，旨在提高PLC的網(wǎng)絡(luò)能力。當(dāng)然，一些制造商也在討論一些通信標(biāo)準(zhǔn)，這使得構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)成為可能。
(3)模塊化、智能化的開(kāi)發(fā)。
近年來(lái)，許多新的設(shè)備和模塊已經(jīng)占領(lǐng)市場(chǎng)，它們多以PLC控制系統(tǒng)為主技術(shù)，比如智能模塊（I/O）、溫度控制模塊和檢測(cè)身體外部故障的特殊模塊?；竟δ艽嬖诓⒁栏接谶@些，并且系統(tǒng)的可靠性會(huì)更強(qiáng)。
(4)編程工具和語(yǔ)言的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化。
制造商生產(chǎn)的硬件和編程工具經(jīng)常發(fā)生變化、豐富和改進(jìn)，使其基本組成部分，如I/O模塊、編程語(yǔ)言和編程工具、通信協(xié)議和其他更加標(biāo)準(zhǔn)化和標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)。
1.4 本文的設(shè)計(jì)任務(wù)
（1）闡述銑床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前研究的意義，同時(shí)簡(jiǎn)單介紹可編程控制器國(guó)內(nèi)外的發(fā)展，確定其在X62W萬(wàn)能銑床控制系統(tǒng)中的可行性。
（2）現(xiàn)有X62W萬(wàn)能銑床控制電路的研究。了解銑床的工作過(guò)程。確認(rèn)其控制方案。
（3）PLC程序的設(shè)計(jì)，包括控制方案的選取與設(shè)計(jì)、I/0接口信號(hào)的確定、模塊的選擇，控制程序的設(shè)計(jì)。
- 34 -
2 X62W萬(wàn)能銑床結(jié)構(gòu)原理和硬件設(shè)計(jì)
2.1 X62W萬(wàn)能銑床結(jié)構(gòu)組成及控制系統(tǒng)要求
2.1.1 X62W萬(wàn)能銑床的結(jié)構(gòu)組成
X62W萬(wàn)能臥式銑床主要構(gòu)造由床身，懸梁及刀桿支架，工作臺(tái)，溜板和升降臺(tái)等幾部分組成，其外形圖如圖2-1所示
圖2-1 X62W萬(wàn)能銑床結(jié)構(gòu)圖
箱形的床身13固定在底座1上，在床身內(nèi)裝有主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及主軸變速操縱機(jī)構(gòu).在床身的頂部有水平導(dǎo)軌，其上裝有帶著一個(gè)或兩個(gè)刀桿支架的懸梁.刀桿支架用來(lái)支承安裝銑刀心軸的一端，而心軸的另一端則固定在主軸上.在床身的前方有垂直導(dǎo)軌，一端懸持的升降臺(tái)可沿之作上下移動(dòng).在升降臺(tái)上面的水平導(dǎo)軌上，裝有可平行于主軸軸線(xiàn)方向移動(dòng)(橫向移動(dòng))的溜板5.工作臺(tái)7可沿溜板上部轉(zhuǎn)動(dòng)部分6的導(dǎo)軌在垂直與主軸軸線(xiàn)的方向移動(dòng)(縱向移動(dòng)).這樣，安裝在工作臺(tái)上的工件可以在三個(gè)方向調(diào)整位置或完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng).此外，由于轉(zhuǎn)動(dòng)部分對(duì)溜板5可繞垂直軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度(通常為±450)，這樣，工作臺(tái)于水平面上除能平行或垂直于主軸軸線(xiàn)方向進(jìn)給外，還能在傾斜方向進(jìn)給，從而完成銑螺旋槽的加工。其傳動(dòng)框圖如圖2-2所示
圖2-2 X62W萬(wàn)能銑床傳動(dòng)框圖
2.1.2 X62W萬(wàn)能銑床控制系統(tǒng)的要求
（1） XA6132萬(wàn)能臥式銑床，主軸傳動(dòng)系統(tǒng)在床身內(nèi)部，進(jìn)給系統(tǒng)在升降臺(tái)內(nèi)，而且主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間沒(méi)有速度比例協(xié)調(diào)的要求。故采用單獨(dú)傳動(dòng)，即主軸和工作臺(tái)分別由主軸電動(dòng)機(jī)，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。而工作臺(tái)進(jìn)給與快速移動(dòng)由進(jìn)給電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)；經(jīng)電磁離合器傳動(dòng)來(lái)獲得。
（2）主軸電動(dòng)機(jī)處于空載下起動(dòng)，為能進(jìn)行順銑和逆銑加工，要求主軸能稱(chēng)實(shí)現(xiàn)正、反軌但旋轉(zhuǎn)方向不需經(jīng)常改變。僅在加工前預(yù)選轉(zhuǎn)動(dòng)方向而在加工過(guò)程中不交換。
（3）銑削加工是多刀多刃不連續(xù)切削，負(fù)載波動(dòng)。為減輕負(fù)載波加動(dòng)的影響，往往在主軸傳動(dòng)系統(tǒng)中加入飛輪，使轉(zhuǎn)動(dòng)慣量加大，但為實(shí)現(xiàn)主軸快速停車(chē)，主軸電動(dòng)機(jī)應(yīng)設(shè)有停車(chē)制動(dòng)。同時(shí)，主軸在上刀時(shí)，也應(yīng)使主軸制動(dòng)，為此本銑床采用電磁離合器控制主軸停車(chē)制動(dòng)和主軸上刀制動(dòng)。
（4）工作臺(tái)的垂直，橫向和縱向三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，而三個(gè)方向的選擇是由操縱手柄改變傳動(dòng)鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)方向又有正反向的運(yùn)動(dòng)，這就要求進(jìn)給電動(dòng)機(jī)能正、反轉(zhuǎn)。而且，同一時(shí)間只允許工作臺(tái)只有一個(gè)方向的移動(dòng)，故應(yīng)有聯(lián)鎖保護(hù)。
（5）使用圓工作臺(tái)時(shí)，工作臺(tái)不得移動(dòng)，即圓工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與工作臺(tái)上下，左右，前后六個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)之間有聯(lián)鎖控制。
（6）為適應(yīng)銑削加工需要，主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度應(yīng)有較寬的調(diào)節(jié)范圍。XA6132萬(wàn)能銑床采用機(jī)械變速，改變變速箱的傳動(dòng)比來(lái)實(shí)現(xiàn)，為保證變速時(shí)齒輪易于嚙合，減少齒輪端面的沖擊，要求變速時(shí)電動(dòng)機(jī)有沖動(dòng)控制。
（7）根據(jù)工藝要求。主軸旋轉(zhuǎn)和工作臺(tái)進(jìn)給應(yīng)有先后順序控制，即進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要在銑刀旋轉(zhuǎn)之后進(jìn)行，加工結(jié)束后必須在銑刀停轉(zhuǎn)前停止進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
（8）為供給銑削加工時(shí)冷卻液，應(yīng)有冷卻泵電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)冷卻泵，供給冷卻液。
（9）為適應(yīng)銑削加工時(shí)操作者的正面與側(cè)面操作要求，機(jī)床應(yīng)對(duì)主軸電動(dòng)機(jī)的走動(dòng)與停止及工作臺(tái)的快速移動(dòng)控制，具有兩地操作的性能。
（10）工作臺(tái)上下、左右、前后六個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)應(yīng)具有限位保護(hù)。
(11）應(yīng)有局部照明電路
2.2 X62W萬(wàn)能銑床系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
機(jī)床要求有三臺(tái)電動(dòng)機(jī)，分別稱(chēng)為主軸電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給電動(dòng)機(jī)和冷卻泵電動(dòng)機(jī)。各個(gè)電機(jī)的性能參數(shù)如下表2-1所示：
表2-1 銑床電機(jī)參數(shù)參照表
符號(hào)
名稱(chēng)
型號(hào)
規(guī)格
件數(shù)
作用
M1
主軸電動(dòng)機(jī)
Y132-M-4-B3
7.5KW,380V,1450r/min
1
主軸傳動(dòng)
M2
進(jìn)給電動(dòng)機(jī)
Y90L-4
1.5kw,380v,1400r/min
1
進(jìn)給傳動(dòng)
M3
冷卻泵電動(dòng)機(jī)
JCB-22
0.125kw,380v,2790r/min
1
冷卻泵傳動(dòng)
所需電氣元件類(lèi)型及規(guī)格如下表2-2所示
表2-2 銑床元件型號(hào)
符號(hào)
名稱(chēng)
型號(hào)
規(guī)格
件數(shù)
作用
KM1
接觸器
CJ0-20
20A,220V
1
主軸啟動(dòng)
KM2
接觸器
CJ0-10
10A,220V
1
反接制動(dòng)
KM3
接觸器
CJ0-10
10A,220V
1
M2正傳
KM4
接觸器
CJ0-10
10A,220V
1
M2反轉(zhuǎn)
KM5
接觸器
CJ0-10
10A,220V
1
M2快速進(jìn)給
KM6
接觸器
CJ0-10
10A,220V
1
油泵電機(jī)啟動(dòng)
KV
速度繼電器
JY1
2A
1
反接制動(dòng)
SB1,2
按鈕
LA2
綠色
2
M1啟動(dòng)按鈕
SB3,4
按鈕
LA2
黑色
2
M1停止按鈕
SB5,6
按鈕
LA2
紅色
2
快速進(jìn)給按鈕
SA1
轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)
HZ1-10/E16
三極
1
圓工作臺(tái)轉(zhuǎn)換
SA2
轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)
HZ1-10/E16
三極
1
照明燈開(kāi)關(guān)
SA4
轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)
HZ1-10/E16
三極
1
M1轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)
SQ1
限位開(kāi)關(guān)
LX1-11K
開(kāi)啟式
1
向右進(jìn)給
SQ2
限位開(kāi)關(guān)
LX1-11K
開(kāi)啟式
1
向左進(jìn)給
SQ3
限位開(kāi)關(guān)
LX2-131
單輪，自動(dòng)復(fù)位
1
向前、向下進(jìn)給
SQ4
限位開(kāi)關(guān)
LX2-131
單輪，自動(dòng)復(fù)位
1
向后、向上進(jìn)給
SA3
轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)
HZ1-10/E16
三極
1
冷卻泵開(kāi)關(guān)
SQ6
限位開(kāi)關(guān)
LX3-11K
開(kāi)啟式
1
進(jìn)給變速?zèng)_動(dòng)
SQ7
限位開(kāi)關(guān)
LX3-11K
開(kāi)啟式
1
主軸變速?zèng)_動(dòng)
QS
轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)
HZ1-60/E26
三極
1
電源總開(kāi)關(guān)
FR1
熱繼電器
JRQ-40
11A,3A
1
M1過(guò)載保護(hù)
FR2
熱繼電器
JR10-10
3A,5A
1
M2過(guò)載保護(hù)
FR3
熱繼電器
JR10-10
0.415A
1
M3過(guò)載保護(hù)
FU1
熔斷器
RL1
30A
3
總電源短路保護(hù)
FU2
熔斷器
RL1
10A
3
進(jìn)給短路保護(hù)
FU3
熔斷器
RL1
6A
2
控制電路短路保護(hù)
FU4
熔斷器
RL1
4A
2
照明電源短路保護(hù)
TC1
變壓器
BK-50
380/36V
1
控制電路變壓器
TC2
變壓器
BK-150
380/127V
1
照明變壓器
YA
電磁離合器
B1DL-III
1
快速進(jìn)給
R
電阻
ZB2
1.45W,15.4A
2
限制制動(dòng)電阻
2.3 本章小結(jié)
本章主要對(duì)X62W萬(wàn)能銑床結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并且根據(jù)其技術(shù)參數(shù)完成基本電氣元件的選型。
3 X62W萬(wàn)能銑床傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 主電路設(shè)計(jì)
該銑床共用3臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，它們分別是主軸電動(dòng)機(jī)M1、進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2和冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3。
X62W萬(wàn)能銑床的電氣原理圖主電路圖如圖3-1所示。
圖3-1 X62W萬(wàn)能銑床的電氣原理圖主電路圖
3.2.1 主電路分析
主軸電動(dòng)機(jī)M1要求能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，但旋轉(zhuǎn)方向變換不頻繁。通過(guò)換向開(kāi)關(guān)SA4在加工前預(yù)先選擇，與接觸器KM1配合，能進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制；與接觸器KM2、制動(dòng)電阻R及速度繼電器KV的配合，實(shí)現(xiàn)主軸電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)控制，并通過(guò)機(jī)械裝置進(jìn)行變速。
進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2要求能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，通過(guò)接觸器KM3、KM4與行程開(kāi)關(guān)、接觸器KM5和牽引電磁鐵YA配合，實(shí)現(xiàn)三種形式六個(gè)方向的常速進(jìn)給和快速進(jìn)給控制。
冷卻泵電動(dòng)機(jī)只要求單向旋轉(zhuǎn)。
電路中熔斷器FU1既作為銑床總的短路保護(hù)，又作為主軸電動(dòng)機(jī)M1的短路保護(hù)；FU2作為進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2、冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3及控制變壓器、照明變壓器一次側(cè)的短路保護(hù)；熱繼電器FR1、FR2和FR3分別作為M1、M2和M3的過(guò)載保護(hù)。
3.2 控制電路設(shè)計(jì)
X62W萬(wàn)能銑床的電氣原理圖控制電路圖如圖3-2所示。
圖3-2 X62W萬(wàn)能銑床的電氣原理圖控制電路圖
3.2.1 主軸電機(jī)M1的控制
將圖3-2的主軸電動(dòng)機(jī)的控制線(xiàn)路另畫(huà)于圖3-3中。圖中SB1、SB2、SB3和SB4是分別裝在工作臺(tái)的前面和床身側(cè)面的啟動(dòng)和停止按鈕，可在兩地控制，方便操作。
圖3-3 主軸電機(jī)控制線(xiàn)路
KM1是主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)接觸器，需要啟動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)時(shí)，先將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA4扳到主軸電動(dòng)機(jī)所需的旋轉(zhuǎn)方向；然后按下啟動(dòng)按鈕SB1或SB2，接觸器KM1得電且自鎖，電動(dòng)機(jī)M1拖動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)；速度繼電器KV動(dòng)作，KV-1或KV-2中的一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，為主軸電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)作好準(zhǔn)備。主軸電動(dòng)機(jī)M1得電通路：T1→SQ7常閉觸點(diǎn)→SB4→SB3→SB1或SB2→KM2常閉觸點(diǎn)→KM1線(xiàn)圈→T1。
KM2是反接制動(dòng)和主軸變速?zèng)_動(dòng)接觸器。停車(chē)時(shí)，按下停止按鈕SB3或SB4，接觸器KM1失電，主軸電動(dòng)機(jī)M1慣性轉(zhuǎn)動(dòng)；停止按鈕按到底，KM2得電且自鎖，改變了主軸電動(dòng)機(jī)M1的電源相序，串入電阻反接制動(dòng)；當(dāng)M1的轉(zhuǎn)速降至約100r/min時(shí)，速度繼電器KV-1或KV-2的常開(kāi)觸點(diǎn)恢復(fù)斷開(kāi)，KM2失電，M1迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)，反接制動(dòng)結(jié)束。反接制動(dòng)接觸器KM2得電通路：T1→SQ7常閉觸點(diǎn)→SB4或SB3常開(kāi)觸點(diǎn)（已閉合）→KV-1或KV-2常開(kāi)觸點(diǎn)（已閉合）→KM1常閉觸點(diǎn)→KM2線(xiàn)圈→T1。
SQ7是與主軸變速手柄聯(lián)動(dòng)的瞬時(shí)動(dòng)作行程開(kāi)關(guān)。主軸變速時(shí)，先將變速手柄壓下拉到前面，轉(zhuǎn)動(dòng)變速盤(pán)選擇需要的轉(zhuǎn)速，然后將變速手柄推回原位。在將變速手柄拉到前面和推回原位的過(guò)程中，與變速手柄相聯(lián)的凸輪都會(huì)把行程開(kāi)關(guān)SQ7壓下，SQ7的常開(kāi)觸點(diǎn)瞬時(shí)閉合一下，KM2得電，主軸電動(dòng)M1反向轉(zhuǎn)動(dòng)一下，使變速后的齒輪易于嚙合，這就是主軸的變速?zèng)_動(dòng)。
主軸變速可在主軸不轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行，也可在主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行。如果是在主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行變速，無(wú)需先按停止按鈕再變速，可直接進(jìn)行變速操作。行程開(kāi)關(guān)SQ7在變速手柄拉出時(shí)，在凸輪的作用下常閉觸點(diǎn)先斷開(kāi)，切斷接觸器KM1的線(xiàn)圈電路，主軸電動(dòng)機(jī)M1斷電；SQ7的常開(kāi)觸點(diǎn)后閉合，KM2得電，對(duì)主軸電動(dòng)機(jī)M1進(jìn)行反接制動(dòng)，M1的轉(zhuǎn)速迅速下降；將變速手柄推回時(shí)，SQ7再次動(dòng)作一下，實(shí)現(xiàn)主軸的變速?zèng)_動(dòng)。變速完成后，主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，需再次啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，主軸將在新的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)。
3.2.2 進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2的控制
進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的所有操作都是在主軸電動(dòng)機(jī)M1啟動(dòng)、接觸器KM1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合后進(jìn)行的；所有的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都是由進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2拖動(dòng)的。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1是工作臺(tái)的選擇開(kāi)關(guān)，當(dāng)置于“斷開(kāi)”位置時(shí)，SA1-1、SA1-3閉合，SA1-2斷開(kāi)，可以進(jìn)行工作臺(tái)的進(jìn)給操作；當(dāng)置于“閉合”位置時(shí)，SA1-1、SA1-3斷開(kāi)，SA1-2閉合，此時(shí)不能進(jìn)行工作臺(tái)的操作，只能對(duì)圓工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。
工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分為左右的縱向運(yùn)動(dòng)、前后的橫向運(yùn)動(dòng)和上下的垂直運(yùn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1置于“斷開(kāi)”位置時(shí)，將圖3-2中工作臺(tái)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制線(xiàn)路另畫(huà)于圖3-4中。
接觸器KM3、KM4使進(jìn)給電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，用來(lái)改變工作臺(tái)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的操作是由兩個(gè)機(jī)械操作手柄與對(duì)應(yīng)的行程開(kāi)關(guān)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相互配合實(shí)現(xiàn)的。
SQ1、SQ2是與縱向進(jìn)給機(jī)械操作手柄相聯(lián)動(dòng)的行程開(kāi)關(guān)，SQ3、SQ4是與橫向進(jìn)給及垂直進(jìn)給機(jī)械操作手柄相聯(lián)動(dòng)的行程開(kāi)關(guān)。六個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)相互聯(lián)鎖，同一時(shí)刻只允許有一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)兩個(gè)操作手柄處在中間位置時(shí)，SQ1～SQ4各行程開(kāi)關(guān)都處在未受壓的原始狀態(tài)。
圖3-4 工作臺(tái)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)控制線(xiàn)路
1. 工作臺(tái)縱向（左、右）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制
工作臺(tái)的縱向進(jìn)給由縱向操作手柄控制，該手柄有三個(gè)位置：向左、向右和中間。當(dāng)將操作手柄扳向右（或向左）時(shí)，一方面通過(guò)機(jī)械機(jī)構(gòu)將工作臺(tái)與縱向移動(dòng)的傳動(dòng)裝置相聯(lián)接，另一方面壓下向右（或向左）進(jìn)給行程開(kāi)關(guān)SQ1（或SQ2），SQ1-1（或SQ2-1）常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接觸器KM3（或KM4）得電，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2通電轉(zhuǎn)動(dòng)（或反向轉(zhuǎn)動(dòng)），拖動(dòng)工作臺(tái)向右（或向左）移動(dòng)。
當(dāng)將縱向操作手柄扳回到中間位置時(shí)，一方面工作臺(tái)脫離縱向移動(dòng)的傳動(dòng)裝置，另一方面行程開(kāi)關(guān)SQ1（或SQ2）復(fù)位，接觸器KM2（或KM3）失電，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2斷電，工作臺(tái)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。由于進(jìn)給速度低，M2未采取制動(dòng)措施。
為避免工作臺(tái)左、右移動(dòng)越過(guò)極限進(jìn)給位置發(fā)生事故，在工作臺(tái)的左、右兩端各有一塊擋鐵，當(dāng)工作臺(tái)移動(dòng)到極限位置時(shí)，擋鐵撞向縱向操作手柄，使手柄回到中間位置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車(chē)。左、右移動(dòng)的極限位置，可以通過(guò)改變左、右兩端的擋鐵位置進(jìn)行調(diào)整。
2. 工作臺(tái)橫向（前、后）及垂直（上、下）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制
工作臺(tái)橫向及垂直進(jìn)給由十字手柄控制，該手柄也有兩個(gè)，分別裝在工作臺(tái)左側(cè)的前、后方。十字手柄有：前、后、左、右和中間五個(gè)位置。與縱向進(jìn)給操作一樣，在扳動(dòng)十字手柄壓下行程開(kāi)關(guān)SQ3、SQ4的同時(shí)，將工作臺(tái)與橫向運(yùn)動(dòng)或垂直運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)裝置相聯(lián)接。SQ3控制工作臺(tái)向下或向前運(yùn)動(dòng)，SQ4控制工作臺(tái)向上或向后運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)將十字手柄扳向下或向前時(shí)，壓下行程開(kāi)關(guān)SQ3，SQ3-1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接觸器KM3得電，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2通電轉(zhuǎn)動(dòng)，拖動(dòng)工作臺(tái)向下或向前移動(dòng)。若將十字手柄扳回到中間位置，工作臺(tái)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)脫離，同時(shí)行程開(kāi)關(guān)SQ3復(fù)位，接觸器KM3失電，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2斷電，工作臺(tái)停止進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)將十字手柄扳向上或向后時(shí)，壓下行程開(kāi)關(guān)SQ4，SQ4-1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接觸器KM4得電，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2通電反轉(zhuǎn)，拖動(dòng)工作臺(tái)向上或向后運(yùn)動(dòng)。
3. 工作臺(tái)的快速移動(dòng)
為提高工作效率，在銑刀未作銑切加工時(shí)，工作臺(tái)可以快速移動(dòng)，操作過(guò)程如下：工作臺(tái)在進(jìn)給移動(dòng)時(shí)，按下快速移動(dòng)按鈕SB5或SB6（兩地控制），接觸器KM5得電，快速移動(dòng)電磁鐵YA通電動(dòng)作，工作臺(tái)按原進(jìn)給方向快速移動(dòng)，當(dāng)工作臺(tái)移動(dòng)到預(yù)期位置，松開(kāi)探險(xiǎn)鈕SB5或SB6，KM5失電，YA斷電，快速進(jìn)給結(jié)束，工作臺(tái)按原速度、原方向繼續(xù)移動(dòng)。
4. 進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的變速?zèng)_動(dòng)
為使齒輪易于嚙合，與主軸變速一樣，進(jìn)給變速也設(shè)有變速?zèng)_動(dòng)裝置。
SQ6是進(jìn)給變速?zèng)_動(dòng)行程開(kāi)關(guān)，在操作進(jìn)給變速盤(pán)變速時(shí)，其連桿機(jī)構(gòu)會(huì)瞬時(shí)壓下行程開(kāi)關(guān)SQ6，使SQ6-2常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)、SQ6-1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接觸器KM3短時(shí)得電，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)一下，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)給變速的沖動(dòng)。
從進(jìn)給控制電路可以看出，進(jìn)給變速?zèng)_動(dòng)是在行程開(kāi)關(guān)SQ1～SQ4不受壓、其常閉觸點(diǎn)閉合時(shí)完成的。所以進(jìn)給變速時(shí)，需將操作手柄都置在中間位置，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2不轉(zhuǎn)的情況下，才能實(shí)現(xiàn)進(jìn)給的變速?zèng)_動(dòng)，這一點(diǎn)與主軸的變速?zèng)_動(dòng)不同。
5. 圓工作臺(tái)的控制
圖3-5 圓工作臺(tái)進(jìn)給控制電路
圓工作臺(tái)的控制電路如圖3-5所示，此時(shí)工作臺(tái)的進(jìn)給操作手柄都應(yīng)處在中間位置，SQ1～SQ4的常閉觸點(diǎn)處于閉合的原始位置，按下主軸啟動(dòng)按鈕SB1或SB2，接觸器KM1、KM3先后得電，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)拖動(dòng)圓工作臺(tái)單向轉(zhuǎn)動(dòng)。若要使圓工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，只要按下主軸停止按鈕SB3或SB4，主軸與圓工作臺(tái)便同時(shí)停止工作。
6. 進(jìn)給控制的聯(lián)鎖
在銑床加工中，為安全起見(jiàn)，在多種運(yùn)動(dòng)間設(shè)置了相互的聯(lián)鎖。它們包括：主軸運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)間先主軸后進(jìn)給的順序聯(lián)鎖；工作臺(tái)六個(gè)運(yùn)動(dòng)方向間不能同時(shí)進(jìn)行的聯(lián)鎖；進(jìn)給變速?zèng)_動(dòng)應(yīng)在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)停止時(shí)進(jìn)行的聯(lián)鎖；圓工作臺(tái)與工作臺(tái)的進(jìn)給不能同時(shí)進(jìn)行的聯(lián)鎖。
3.2.3 冷卻泵電動(dòng)機(jī)及照明電路的控制
為防止銑切加工時(shí)過(guò)熱，在銑床工作時(shí)，可以啟動(dòng)冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3，提供冷卻液。由于冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3容量小，直接用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA3控制。工作臺(tái)的照明電源是由照明變壓器T2將380V交流電壓降至36V安全電壓提供的，照明電路由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA2控制。
3.3 本章小結(jié)
本章主要對(duì)X62W萬(wàn)能銑床傳統(tǒng)繼電器控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，通過(guò)本章設(shè)計(jì)，了解銑床控制系統(tǒng)的基本原理，為下章PLC改造左基礎(chǔ)。
4 X62W萬(wàn)能銑床PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
4.1 PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
本設(shè)計(jì)的X62W萬(wàn)能銑床控制系統(tǒng)硬件主要由PLC、電磁離合器、繼電器、接觸器、三相異步電機(jī)，運(yùn)行指示燈，報(bào)警指示燈等組成。
4.2 PLC和I/O擴(kuò)展模塊的選型
選擇能滿(mǎn)足本銑床控制要求的適當(dāng)型號(hào)的PLC是應(yīng)用設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一步，合理選擇PLC，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要作用。PLC的選擇包括機(jī)型，容量，I/O模塊的選擇等幾個(gè)方面。
由于本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是整個(gè)控制電路用PLC控制，且圓形工作臺(tái)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1和換刀開(kāi)關(guān)SA2和SA3不能直接接到PLC的輸入端口來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸入，因而需引入接觸器KM7、KM8、KM9。利用接觸器的輔助觸點(diǎn)和常開(kāi)、常閉按鈕（SB7~SB12）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)與圓形工作臺(tái)之間的轉(zhuǎn)換、照明燈通斷以及油泵電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止的控制。
輸入信號(hào)：SB1~SB12，SQ1~SQ4，SQ6~SQ7，KV1~KV2。（精簡(jiǎn)成17個(gè)信號(hào)）
輸出信號(hào)：KM1~KM9。（9個(gè)信號(hào)）
本銑床輸入分配：17個(gè)點(diǎn)，輸出分配：9個(gè)點(diǎn)。本系統(tǒng)選取的是三菱公司生產(chǎn)的小型整體式可編程控制器FX2N-32MR-001系列，輸入端子選擇16點(diǎn)， 輸出端子選擇16點(diǎn)，輸出滿(mǎn)足控制要求，輸入不滿(mǎn)足。因此需要增加擴(kuò)展模塊達(dá)到控制要求，本次設(shè)計(jì)擴(kuò)展模塊選用FX2N-8EX，輸入為8點(diǎn)繼電器式。
三菱FX2N-32MR-001的CPU單元規(guī)格是：輸入16點(diǎn)，輸出16點(diǎn)，輸入、輸出為繼電器型形式，電源AC220V。
4.3 PLC I/0的分配
分配輸入/輸出點(diǎn)信號(hào)，并輸出控制輸出點(diǎn)是一對(duì)一的。分配后，根據(jù)系統(tǒng)的配置和分配給每個(gè)輸入和輸出信號(hào)通道的聯(lián)系電話(huà)，這是號(hào)碼。FX2N PLC輸入/輸出通道數(shù)使用可自由配置，固定信道模式。輸入和輸出繼電器有選擇的自由，并輸入相應(yīng)的輸入繼電器輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出繼電器。 由上述控制要求可得到。X62W萬(wàn)能銑床控制系統(tǒng)輸入輸出接口如表4-1所示。
表4-1 I/O接口分配
I/O地址分配表分類(lèi)
信號(hào)名稱(chēng)
現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)
PLC線(xiàn)圈編號(hào)
輸入信號(hào)
主軸啟動(dòng)開(kāi)關(guān)
常開(kāi)SB1,SB2
X0
主軸反接制動(dòng)
常閉SB3,SB4
X1
主軸反接制動(dòng)
常開(kāi)SB3,SB4
X2
快速進(jìn)給
常開(kāi)SB5,SB6
X3
圓工作臺(tái)啟動(dòng)
SB7
X4
圓工作臺(tái)停止
SB8
X5
照明燈亮
SB9
X6
照明燈滅
SB10
X7
油泵電機(jī)啟動(dòng)
SB11
X10
油泵電機(jī)停止
SB12
X11
向左進(jìn)給
SQ1
X12
向右進(jìn)給
SQ2
X13
向前、上進(jìn)給
SQ3
X14
向后、下進(jìn)給
SQ4
X15
進(jìn)給變速?zèng)_動(dòng)
SQ6
X16
主軸變速?zèng)_動(dòng)
SQ7
X17
速度繼電器輔助常開(kāi)觸點(diǎn)
KV-1，KV-2
X20
輸出信號(hào)
主軸啟動(dòng)接觸器
KM1
Y0
主軸反接制動(dòng)接觸器
KM2
Y1
M2正轉(zhuǎn)接觸器
KM3
Y2
M2反轉(zhuǎn)接觸器
KM4
Y3
快速進(jìn)給接觸器
KM5
Y4
油泵電機(jī)啟動(dòng)接觸器
KM6
Y5
輔助接觸器
KM7
Y6
輔助接觸器
KM8
Y7
輔助接觸器
KM9
Y10
4.4 系統(tǒng)電氣控制接線(xiàn)圖設(shè)計(jì)
系統(tǒng)供電電源采用三相線(xiàn)制供電。供電電源等級(jí)為AC380V±5％，50Hz，系統(tǒng)PLC接線(xiàn)圖，繼電器接線(xiàn)圖和主電路圖如圖4-1到4-3所示。
圖4-1 PLC接線(xiàn)圖
如圖4-1所示，PLC的供電為220V交流電，輸入端開(kāi)關(guān)量信號(hào)一端接PLC的COM端，輸出段COM接開(kāi)關(guān)電源0V段，輔助繼電器一端接開(kāi)關(guān)電源24V+段，一端接PLC輸出端。
圖4-2 主電路
如圖4-2所示，電機(jī)為三相異步電機(jī)，通過(guò)QM1、QM2、QM3熱保護(hù)斷路器保護(hù)。QF1為開(kāi)關(guān)電源和PLC供電。
圖4-3 繼電器輸出電路
如圖4-3所示，繼電器輸出電路的作用是，保護(hù)PLC由于電氣元件損壞而燒毀PLC，一般PLC的輸出端都是接小型繼電器，在小型繼電器的觸點(diǎn)接到外部輸出設(shè)備上。本電路為小型繼電器觸點(diǎn)輸出到外部設(shè)備的電路。
4.5 本章小結(jié)
本章是本文的重點(diǎn)，主要介紹了X62W萬(wàn)能銑床控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分，包括PLC點(diǎn)的分、PLC的選型、接線(xiàn)等。思路清晰，目的明確。
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
5.1 三菱GX WORKS2 編程軟件簡(jiǎn)介
進(jìn)入軟件初始化界面以后，在【文件】下拉菜單當(dāng)中，單擊“新建”，這樣就創(chuàng)建了新文件。然后在【設(shè)備名稱(chēng)】中輸入具體名稱(chēng)，如“X62W萬(wàn)能銑床控制控制電路設(shè)計(jì)”，選取自己所需實(shí)際PLC，下一步再單擊設(shè)定按鈕選取CPU，確定后，就能進(jìn)入編程界面，如圖4-1所示界面。
圖4-1 編程界面
編寫(xiě)好梯形圖后，緊接著便能編譯、鏈接和調(diào)試等操作。編譯過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，在線(xiàn)運(yùn)行便可以進(jìn)行。當(dāng)出發(fā)現(xiàn)問(wèn)題而需要調(diào)整，不僅能在梯形圖模式下調(diào)整，還能在助記符方式下完成修正。編譯結(jié)束后，如果沒(méi)有出現(xiàn)語(yǔ)法上的問(wèn)題，可以把程序上傳到PLC中，在線(xiàn)運(yùn)行。
根據(jù)X62W萬(wàn)能銑床的控制要求，設(shè)計(jì)該電氣控制系統(tǒng)的PLC控制程序，該程序及PLC的硬接線(xiàn)不僅保證了原電路的工作邏輯關(guān)系，而且具有各種聯(lián)鎖措施，電氣改造的投資較少、工作量較小。
5.2 X62W萬(wàn)能銑床PLC程序設(shè)計(jì)
圖5-2 主軸啟動(dòng)程序
在圖5-2中，因SQ7和SB3、SB4都采用常閉觸頭分別接至輸入端子X(jué)17、X1，則X17、X1的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，按下啟動(dòng)按鈕SB1或SB2時(shí)，X0常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，Y0、線(xiàn)圈得電并自鎖，在圖5-5中Y0常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，中間繼電器M2線(xiàn)圈得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，為圖5-5以下程序執(zhí)行做好準(zhǔn)備，保證了只有主軸旋轉(zhuǎn)后才有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。Y0的輸出信號(hào)使主軸電動(dòng)機(jī)M1啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖5-3 主軸反接制動(dòng)
在圖5-3中，當(dāng)按停止按鈕SB3或SB4時(shí)，X1常開(kāi)觸點(diǎn)復(fù)位，Y0線(xiàn)圈失電，主軸慣性運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)X2常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，M0線(xiàn)圈得電接通Y1，主軸反接制動(dòng)停轉(zhuǎn)。
圖5-4 主軸變速?zèng)_動(dòng)
在圖5-4中，SQ7被壓合，X17常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，網(wǎng)絡(luò)1中X17常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，從而Y0失電，繼而圖5-4中的Y0常閉觸點(diǎn)復(fù)位，M1得電接通Y1，主軸制動(dòng)停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)主軸變速?zèng)_動(dòng)。
圖5-5 進(jìn)給左、前、上
圖5-6 進(jìn)給右、后、下
圖5-7 工作臺(tái)快速進(jìn)給
圖5-8 進(jìn)給變速?zèng)_動(dòng)
圖5-9 圓工作臺(tái)控制
在圖5-5、圖5-6、圖5-7、圖5-8、圖5-9中，表達(dá)了工作臺(tái)六個(gè)方向的進(jìn)給、工作臺(tái)的快速進(jìn)給、進(jìn)給沖動(dòng)及圓工作臺(tái)的工作邏輯關(guān)系。
當(dāng)圓形工作臺(tái)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)按鈕SB7按下，X4常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，Y6得電并自鎖，圖5-5、圖5-6、圖5-7、圖5-8中線(xiàn)路被分?jǐn)?，圖5-9中的常閉觸點(diǎn)復(fù)位，M0.4得電接通Y2，電動(dòng)機(jī)M2啟動(dòng)，圓形工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)按下停止按鈕SB8，Y6失電，圓形工作臺(tái)停止旋轉(zhuǎn)。
左右進(jìn)給時(shí)，SQ1和SQ2被壓合，圖5-5、圖5-6中，X12和X13常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，其他觸點(diǎn)均處于復(fù)位狀態(tài)時(shí)，M0.2和Y3得電且M0.2得電接通Y3，電動(dòng)機(jī)M2正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，拖動(dòng)工作臺(tái)向左或向右運(yùn)動(dòng)。
同樣，工作臺(tái)上下、前后進(jìn)給時(shí)，SQ3或SQ4被壓合，圖5-5、圖5-6中，X13和X14常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，其他觸點(diǎn)均處于復(fù)位狀態(tài)時(shí)，M0.2和Y3得電且M0.2得電接通Y3，電動(dòng)機(jī)M2正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，拖動(dòng)工作臺(tái)按選定的方向（上、下、前、后中某一方向）作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
圖5-10 照明和冷卻泵電路
圖5-11 綜合輸出程序
由于在同一個(gè)程序編程中一個(gè)線(xiàn)圈編號(hào)只能給一個(gè)線(xiàn)圈，不能兩個(gè)以上的線(xiàn)圈共用一個(gè)編號(hào)，所以當(dāng)編程中遇到兩處以上用到同一線(xiàn)圈，可以用中間繼電器來(lái)解決。
5.3 本章小結(jié)
本章節(jié)主要介紹了利用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體流程，介紹了編程軟件的簡(jiǎn)單使用、闡述了程序流程圖的設(shè)計(jì)等，并對(duì)主要程序段所表達(dá)的控制功能進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，使之能夠便于更加迅速的理解程序。
6 X62W萬(wàn)能銑床主軸零件的三維建模
6.1 Solidworks軟件簡(jiǎn)介
首先我要對(duì)Solidworks進(jìn)行介紹一下，它是一種先進(jìn)的，智能化的參變量式CAD設(shè)計(jì)軟件，在業(yè)界被稱(chēng)為“3D機(jī)械設(shè)計(jì)方案的領(lǐng)先者”，易學(xué)易用，界面友好，功能強(qiáng)大，在機(jī)械制圖和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，掌握和使用Solidworks已經(jīng)成為最基本的技能之一。
與傳統(tǒng)的2D機(jī)械制圖相比，參變量式CAD設(shè)計(jì)軟件具有許多優(yōu)越性，是當(dāng)代機(jī)械制圖設(shè)計(jì)軟件的主流和發(fā)展方向。傳統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)通常是按照一定的比例關(guān)系，從正視，側(cè)視，俯視等角度，根據(jù)投影，透視效果逐步繪出所需要的各個(gè)單元，然后標(biāo)注相應(yīng)尺寸，這就要求制圖和看圖人員都必須具備良好的繪圖和三維空間想象能力。如果標(biāo)注尺寸發(fā)生變化，幾何圖形的尺寸不會(huì)同步變更；如果改變了幾何圖行，其標(biāo)注尺寸也不會(huì)發(fā)生變化，還要重新繪制，標(biāo)注，因此繪圖工作相當(dāng)繁重。
參變量式CAD設(shè)計(jì)軟件，是參數(shù)式和變量式的統(tǒng)稱(chēng)。在繪制完草圖后，可以加入尺寸等數(shù)值限制條件和其他幾何限制條件，讓草圖進(jìn)入完全定義狀態(tài)，這就是參數(shù)式模式。由于軟件自動(dòng)加入了關(guān)聯(lián)屬性，如果修改了標(biāo)注尺寸，幾何圖形的尺寸就會(huì)同步更新。也可以暫時(shí)不充分的限制條件，讓草圖處于欠定義狀態(tài)，這就是變量式操作模態(tài)。
美國(guó)Solid Works公司是一家專(zhuān)門(mén)從事開(kāi)發(fā)三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的高科技公司，公司宗旨是使每位設(shè)計(jì)工程師都能在自己的微機(jī)上使用功能強(qiáng)大的世界最新CAD/CAE/CAM/PDM系統(tǒng)，公司主導(dǎo)產(chǎn)品是世界領(lǐng)先水平的Solid Works軟件。
90年代初，國(guó)際微機(jī)市場(chǎng)發(fā)生了根本性的變化，微機(jī)性能大幅提高，而價(jià)格一路下滑，微機(jī)卓越的性能足以運(yùn)行三維CAD軟件。為了開(kāi)發(fā)世界空白的基于微機(jī)平臺(tái)的三維CAD系統(tǒng)，1993年P(guān)TC公司的技術(shù)副總裁與CV公司的副總裁成立SolidWorks公司，并于1995年成功推出了SolidWorks軟件，引起世界相關(guān)領(lǐng)域的一片贊嘆。在SolidWorks軟件的促動(dòng)下，1998年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)、外也陸續(xù)推出了相關(guān)軟件；原來(lái)運(yùn)行在UNIX操作系統(tǒng)的工作站CAD軟件，也從1999年開(kāi)始，將其程序移植到Windows操作系統(tǒng)中。
由于SolidWorks出色的技術(shù)和市場(chǎng)表現(xiàn)，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對(duì)象。終于在1997年由法國(guó)達(dá)索公司以三億一千萬(wàn)的高額市值將SolidWorks全資并購(gòu)。公司原來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)投資商和股東，以原來(lái)一千三百萬(wàn)美元的風(fēng)險(xiǎn)投資，獲得了高額的回報(bào)，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀(jì)錄。并購(gòu)后的SolidWorks以原來(lái)的品牌和管理技術(shù)隊(duì)伍繼續(xù)獨(dú)立運(yùn)作，成為CAD行業(yè)一家高素質(zhì)的專(zhuān)業(yè)化公司。
功能描述
（1） Top?Down(自頂向下)的設(shè)計(jì)
（2） Down?Top?(自下向上)的設(shè)計(jì)
（3） 配置管理
（4） 易用性及對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)格式的支持
（5） 零部件鏡像
（6） 裝配特征
（7） 工程圖
（8） eDrawing
Solidworks模形由零件，裝配體和工程圖等文件組成，沒(méi)有生成零件之前的圖紙稱(chēng)為草圖。由2D，3D草圖直接生成3D模形和工程圖時(shí)，如果修改了草圖的標(biāo)注尺寸，其3D模形和工程圖會(huì)同步更新；相反，如果修改了工程圖的標(biāo)注尺寸，其3D模形和草圖也會(huì)同步更新。軟件使用起來(lái)非常方便，大大減少了設(shè)計(jì)人員的工作量，提高了工作效率。
通常，從打開(kāi)一個(gè)零件文件或建立一個(gè)新零件文件開(kāi)始，繪制草圖、生成基體特征、然后在模型上添加更多的特征，生成零件。也可以從其他軟件導(dǎo)入曲面或幾何實(shí)體開(kāi)始，編輯特征，生成零件和裝配體工程圖。這是常用的設(shè)計(jì)方法，也就是自下而上的設(shè)計(jì)方法。
草圖繪制從零件文件開(kāi)始，對(duì)于一個(gè)新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，要首先建立零件文件。
由于零件、裝配體及工程圖的相關(guān)性，所以當(dāng)其中一個(gè)視圖改變時(shí)，其他兩個(gè)視圖也會(huì)自動(dòng)改變。
Solidworks2014允許自定義功能,選擇菜單欄中的“工具”-“選擇”命令,可以顯示.定義”系統(tǒng)選項(xiàng)”和”文件屬性”選項(xiàng)卡.
Solidworks2014可以自動(dòng)保存工作.自動(dòng)恢復(fù)功能可以自動(dòng)保存零件,裝配體或工程圖文件的信息,在系統(tǒng)死機(jī)時(shí)不會(huì)丟失數(shù)據(jù).如果設(shè)定此選項(xiàng),則選擇”工具”_”選項(xiàng)”菜單命令.在”系統(tǒng)選項(xiàng)”選項(xiàng)卡上,單擊”備份”選項(xiàng),選擇”每(n)次更改后,自動(dòng)恢復(fù)信息”復(fù)選框,然后設(shè)定信息自動(dòng)保存前應(yīng)發(fā)生的變更次數(shù).
Solidworks2014具有很強(qiáng)的文件交換功能,可以輸入,輸出數(shù)十種文件格式,可以與AutoCAD，pro/ENGINEER,Solid Edge,CAM等軟件很方便地進(jìn)行文件交換。
Solidworks2014在草圖繪制模式及工程圖中提供顯示網(wǎng)格線(xiàn)和捕捉網(wǎng)格線(xiàn)功能?？蓪⒕W(wǎng)格線(xiàn)與模型邊線(xiàn)對(duì)齊，還可捕捉到角度。網(wǎng)格線(xiàn)和捕捉功能在Solidworks2014中不太使用，因?yàn)镾olidWorks是參變量軟件，尺寸和幾何關(guān)系已提供了所需的精度。
6.2零件建模
1、 首先以左視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面繪制如圖6-1所示的矩形
圖6-1 草圖繪制矩形
2、 運(yùn)用旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)指令，如圖6-2所示：
圖6-2 拉伸凸臺(tái)
3、 運(yùn)用拉伸凸臺(tái)指令，如圖6-3所示：
圖6-3 拉伸凸臺(tái)
4、 運(yùn)用拉伸凸臺(tái)指令，如圖6-4所示：
圖6-4 拉伸凸臺(tái)
5、 重復(fù)上訴基本指令步驟，完成主軸建模如圖6-5所示：
圖6-5 主軸模型
6.3本章小結(jié)
本章主要完成主軸模型的三維建模設(shè)計(jì)。
總結(jié)
本文主要是針對(duì)“X62W萬(wàn)能銑床控制系統(tǒng)PLC改造”的研究。
首先對(duì)傳統(tǒng)繼電器電路進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，然后運(yùn)用PLC完成了I/O的分配，電氣原理圖的繪制，順序功能圖的繪制，PLC控制程序的編寫(xiě)，最終達(dá)到控制X62W萬(wàn)能銑床自的目的。
本文所做的主要工作：
（1）通過(guò)查閱設(shè)計(jì)資料，了解X62W萬(wàn)能銑床的控制原理及控制流程。
（2）PLC編程實(shí)現(xiàn)功能。
（3）電氣原理圖的繪制。
（4）以SOLIDWORKS為軟件為基礎(chǔ)的主軸零部件的三維建模。
本文是以達(dá)到實(shí)現(xiàn)X62W萬(wàn)能銑床的實(shí)用和可靠性為目的而進(jìn)行的設(shè)計(jì)。在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)對(duì)X62W萬(wàn)能銑床的控制要求的分析，并且采用可編程控制器（PLC），來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)X62W萬(wàn)能銑床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少了硬件和控制線(xiàn)，并且克服了傳統(tǒng)繼電器-接觸器系統(tǒng)的缺點(diǎn)，系統(tǒng)的安全可靠，而且控制程序可根據(jù)需要進(jìn)行修改。本文雖然只是理論上的設(shè)計(jì)，不支持在實(shí)際生活中應(yīng)用，但是還需要不斷的實(shí)踐，以確保系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行，從而達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)中的要求。
致 謝
本設(shè)計(jì)能順利完成與指導(dǎo)老師的關(guān)心與幫助是離不開(kāi)的。X老師的著過(guò)硬的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)精神以及豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)深刻的影響了我，激發(fā)了我，讓我一輩子受用。他讓我學(xué)會(huì)了以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度去把理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，探索和論證理論的真實(shí)性。X老師對(duì)待工作嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度、和一種求實(shí)創(chuàng)新的精神深深地激勵(lì)并鼓舞著我，此外，在為人處世上踏實(shí)、積極、和藹和謙遜的態(tài)度將會(huì)影響我一生。在他耐心的指導(dǎo)下，我的專(zhuān)業(yè)知識(shí)不斷地?cái)U(kuò)充，在編寫(xiě)論文的工作中也得以順利地完成。在此指導(dǎo)過(guò)程中，每一個(gè)細(xì)節(jié)和個(gè)個(gè)過(guò)程都凝聚著X老師的心血和汗水，這讓我很感動(dòng)。讓我在今后的人生受益匪淺，在此我對(duì)呂鈞星老師表示深深的感謝！
感謝XXX大學(xué)老師以及朝夕相處的同學(xué)們，正因?yàn)榈玫侥銈兊膸椭?，我才能更好好的生活、學(xué)習(xí)以及順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，再次表示深深的感謝。
其次，感謝在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給我提出寶貴改進(jìn)意見(jiàn)的老師們，是你們的意見(jiàn)讓我的方案更加成熟合理。
再次，感謝在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給我?guī)椭耐瑢W(xué)，是你們的默默支持讓我能順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。謝謝你們的支持和鼓勵(lì)。
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