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1、 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 1 引言 1.1研究背景及意義 生產(chǎn)中廣泛采用各種機床設(shè)備，不過傳統(tǒng)的機床電氣控制系統(tǒng)一般采用繼電器接觸器控制方式。這種控制方式由于控制方法簡單、成本低等特點，在傳統(tǒng)機械設(shè)備中應(yīng)用廣泛。但是由繼電器構(gòu)成的電氣控制系統(tǒng)有著體積大、耗電多、可靠性差、壽命短等明顯缺點。尤其是對生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性更差，如果生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化，就必須重新

2、設(shè)計并改變硬件結(jié)構(gòu)，造成時間和資金的嚴重浪費。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC 技術(shù)被逐漸引入到各種生產(chǎn)機械 設(shè)備中。與傳統(tǒng)繼電器控制相比，可編程控制器具有可靠性高、柔性好、編程靈活、開發(fā)周期短以及故障自診斷等特點，特別適合應(yīng)用于機床控制系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，通過使用PLC設(shè)計機床控制系統(tǒng)，可以減少強電元器件數(shù)目，提高電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而提高產(chǎn)品的品質(zhì)和生產(chǎn)效率。目前，國內(nèi)許多廠家的自動控制系統(tǒng)及加工機床都采用PLC代替繼電器控制。 可編程邏輯控制器(PLC)，是計算機技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是近年來發(fā)展最迅速，應(yīng)用最廣泛的工業(yè)自動控制裝置之一。目前PLC 技術(shù)很成熟

3、，所以基于PLC 的機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計具有良好的可行性。在我國PLC 的應(yīng)用比例還不足10％，有廣闊的市場前景。因此該課題的研究具有一定的應(yīng)用價值。 2 銑床概述 2.1 銑床簡介及主要特點 銑床作為機械加工的通用設(shè)備在內(nèi)燃機配件的生產(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、成型面的加工機床?？梢耘渲梅侄阮^、圓工作臺、鏜刀架、傳動箱、銑夾頭、平口鉗等附件。其用途廣泛，在機械行業(yè)的機床設(shè)備中占有相當(dāng)大的比重。 銑床主要特點 (1）工作臺沿床鞍

4、移動實現(xiàn)縱向運動、床鞍沿升降臺移動實現(xiàn)橫向運動、其垂向運動由升降臺沿床身導(dǎo)軌移動實現(xiàn)。 (2）機床具有基礎(chǔ)鑄件鋼性好，能承受重負荷切削。(3）主軸傳動和進給傳動均采用18級齒輪變速，具有較寬的變速范圍和很寬的加工范圍。 (4）機床電氣控制貫徹了國家GB5226.1-2002標(biāo)準(zhǔn)，提高了安全性和可靠性。 (5）機床通用性強、互換性好，可以配置分度頭、圓工作臺、鏜刀架、銑夾頭等附件，進一步擴大機床加工范圍。 (6）容易磨損的部分都有消除間隙的調(diào)整裝置。保證機床的精度和工作平穩(wěn)。 銑床的作用及其結(jié)構(gòu)運動 (1）作用：銑床是用于成形面加工的機床，如加工平面、鍵槽、斜面、球面等。常見的銑床

5、有平面銑床、立式銑床、仿形銑床、專用銑床等。在機床中，銑床使用量除車床外，位居第二。 (2）結(jié)構(gòu)：銑床的主要組成部件有：底座、工作臺、銑刀架、主軸變速箱、進給變速箱等。 (3）運動：主運動：銑刀的旋轉(zhuǎn)運動 輔運動：進給運動和冷卻泵旋轉(zhuǎn)運動 進給運動可以按以下幾種方式分類：工作進給，簡稱工進 快速進給，簡稱快進 速 度 左右 上下 前后 圓工作臺進給 矩形工作臺進給 方式方向 2.2 XA6132銑床 本設(shè)計以XA6132型萬能銑床為研究對象，保持原銑床的工藝和操作方法,讓整個設(shè)備具有更好的協(xié)調(diào)性。最終實現(xiàn)銑床通用性、實用性、可靠性及有效速率得到有

6、效的應(yīng)用。 XA6132型銑床是一種高效率的加工機械，在機械加工和機械修理中得到廣泛的應(yīng)用。萬能銑床的操作，是通過手柄同時操作電氣與機械，是機械與電氣結(jié)構(gòu)聯(lián)合動作的典型控制。XA6132型銑床的電氣控制系統(tǒng),在線路、故障率、維護工作上操作簡單，成本低廉等特點。本文提出了XA6132型銑床的繼電器接觸式控制系統(tǒng)進行技術(shù),從而保證了電控系統(tǒng)的快速性、準(zhǔn)確性、合理性,更好地滿足了實際生產(chǎn)的需要,提高了經(jīng)濟效益。 表2-1XA6132型萬能銑床主要技術(shù)參數(shù) 主要技術(shù)參數(shù) 單位 X6132 工作臺尺寸 mm 1320320 三向行程(X/Y/Z) 680240300(機動mechan

7、ic) mm 700255320(手動 主軸中心線至工作臺距離 mm 30-350 主軸中心至床身垂直導(dǎo)軌的距離 mm 215-470 主軸轉(zhuǎn)速范圍 r.p.m 18(級steps)30-1500 工作臺進給范圍(X/Y/Z) mm/min 18(級 工作臺快速移動速度(X/Y/Z) mm/min 2300/2300/770 外型尺寸 mm 229417701665 電動機功率 kw 7.5 凈重/毛重 kg 2650/2950 XA6132型銑床的控制要求，具體有以下幾點： (1)主軸電動機正反轉(zhuǎn)運行，以實現(xiàn)順銑

8、、逆銑； (2)主軸具有停車制動； (3)主軸變速箱在變速時具有變速沖動，即短時點動； (4)進給電動機雙向運行； (5)主軸電動機與進給電動機具有聯(lián)鎖，以防在主軸沒有運轉(zhuǎn)時，工作臺進給損壞刀具或工件； (6)圓工作臺進給與矩形工作臺進給具有互鎖，以防損壞刀具或工件； (7)矩形工作臺各進給方向具有互鎖，以防損壞工作臺進給機構(gòu)； (8)工作臺進給變速箱在變速時同樣具有變速沖動； (9)主軸制動、工作臺的工進和快進由相應(yīng)的電磁離合器接通對應(yīng)的機械傳動鏈實現(xiàn)； (10)具有完善的電氣保護。 表2-2銑床的電機參數(shù)參照表 符號 名稱 型號 規(guī)格 件數(shù) 作用 M1

9、主軸電動機 Y132M—4—B3 7．5KW，380V，1450r/min 1 主軸傳動 M2 進給電動機 Y90L—4 1．5KW,380V,1400r/min 1 進給傳動 M3 冷卻泵電動機 JCB—22 0．125KW,380V,2790r/min 1 冷卻泵傳動 表2-3銑床的基本元件一覽表 符號 名稱 型號 規(guī)格 件數(shù) 作用 KM1 接觸器 CJO—20 10A,110V 1 主軸正傳 KM2 接觸器 CJO—10 10A,110V 1 主軸反轉(zhuǎn) KM3 接觸器 CJO—10 10A,110V 1 進

10、給正轉(zhuǎn) KM4 接觸器 CJO—10 10A,110V 1 進給反轉(zhuǎn) KA1 中間繼電器 JZ7-44 10A,110V 1 主電動機起停控制 KA2 中間繼電器 JZ7-44 10A,110V 1 工步進給與快速進給轉(zhuǎn)換控制 KA3 中間繼電器 JZ7-44 10A,110V 1 冷卻泵電動機控制 SB1、2 按鈕 LA2 綠色 2 M1啟動按鈕 SB3、4 按鈕 LA2 黑色 2 快速進給按鈕 SB5、6 按鈕 LA2 紅色 2 M1停止按鈕 SA1 轉(zhuǎn)換開關(guān) HZ1—10/E16 三極 １ M

11、1換向開關(guān) SA2 轉(zhuǎn)換開關(guān) HZ1—10/E16 三極 1 換刀開關(guān) SA3 轉(zhuǎn)換開關(guān) HZ1—10/E16 三極 １ 冷卻泵開關(guān) SQ1 限位開關(guān) LX1—11K 開啟式 1 向右進給 SQ2 限位開關(guān) LX1—11K 開啟式 1 向左進給 SQ3 限位開關(guān) LX2—131 單輪，自動復(fù)位 1 向后、向上進給 SQ4 限位開關(guān) LX2—131 單輪，自動復(fù)位 1 向前、向下進給 FR1 熱繼電器 JR10—10 3A、5A 1 M3過載保護 FR2 熱繼電器 JRQ—40 11A、3A 1 M1

12、過載保護 FR3 熱繼電器 JR10—10 0.415A 1 M2過載保護 FU1 熔斷器 RL1 30A 3 總電源短路保護 FU2 熔斷器 RL1 10A 3 進給短路保護 FU3 熔斷器 RL1 6A 2 控制電路短路保護 FU4、FU5 熔斷器 RL1 4A 2 照明電源短路保護 QF 低壓斷路器 —— —— 1 低壓斷路保護 VC 整流器 ZCZX4 5A，50V 1 整流作用 TC1 變壓器 BK—150 380/127V 1 控制電路變壓器 TC2 變壓器 BK—50 380/

13、36V 1 照明變壓器 YC1 電磁離合器 B1DL—III —— 1 工步進給控制電磁鐵線圈 YB 電磁離合器 —— —— 1 主軸制動控制電磁鐵線圈 EL 照明燈 JC6-Z —— 1 工作照明 XA6132主電路分析 主軸電動機M1由正、反接觸器KM1、KM2實現(xiàn)正反向運行直接啟動，由熱繼電器FR2實現(xiàn)長期過載保護。 進給電動機M2由接觸器KM3、KM4實現(xiàn)正反運行直接啟動，由熱繼電器FR3實現(xiàn)長期過載保護。 冷卻泵電動機M3由繼電器KA3實現(xiàn)直接起動，由熱繼電器FR1實現(xiàn)長期過載保護。 3 機床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 3.

14、1機床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 設(shè)計任何一個機床PLC控制系統(tǒng)，如同設(shè)計任何一種機床電氣控制系統(tǒng)一樣，其目的都是通過控制被控對象機床來實現(xiàn)其機械加工的生產(chǎn)工藝要求，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則: (1)機床PLC控制系統(tǒng)應(yīng)能控制機床設(shè)備最大限度地滿足機床的生產(chǎn)工藝要求 。 (2）在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下，力求使PLC系統(tǒng)越簡單、越經(jīng)濟，操作使用及維護維修越方便越好。 (3）要充分保證PLC控制系統(tǒng)的安全和可靠性。 (4）考慮到今后加工生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展和機床工藝的不斷改進，在配置PLC硬件設(shè)備時應(yīng)適當(dāng)留有一定的擴展余量。 3.2

15、 機床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容 機床PLC控制系統(tǒng)是由PLC與機床輸入、輸出設(shè)備連接而成的。因此，機床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容應(yīng)包括以下主要內(nèi)容： (1)選擇XA6132型機床輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對（電動機、電磁閥等）。這些設(shè)備屬于一般的電氣元件。 (2)PLC的選擇。PLC是PLC系統(tǒng)的核心部件。正確選擇PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性能指標(biāo)將起著重要的決定性作用。選擇PLC，主要包括機型、容量的選擇以及I/O模塊、電源模塊等的選擇。 (3)分配I/O點，繪制PLC的實際接線

16、圖。 (4)控制程序設(shè)計，包括控制系統(tǒng)流程圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、梯形圖、語句表等的設(shè)計?？刂瞥绦蚴强刂普麄€機床系統(tǒng)工作的軟件，是保證機床系統(tǒng)工作正常、安全、可靠的關(guān)鍵。因此，設(shè)計的機床控制程序必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足機床生產(chǎn)工藝要求為止。 (5)必要時還要設(shè)計機床控制臺等。 (6)編制機床PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。 3.3 機床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟 (1)根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求，了解需要完成的動作、操作方式。 (2)根據(jù)控制要求確定所需要的輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定PLC的I/O接點數(shù)。 (3)選擇PLC機型及容量。 (4)定義輸入、輸出點名稱，分配PLC的

17、I/O點，設(shè)計PLC的實際接線圖。 (5)根據(jù)PLC所要完成的任務(wù)及應(yīng)具備的功能進行PLC程序設(shè)計，同時可進行控制臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工。 3.4 XA6132銑床進行PLC改造需解決的問題 采用PLC對XA6132萬能銑床進行電氣控制系統(tǒng)改造，需要解決兩個主要的問題，一是基于PLC的銑床電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計，二是基于PLC的銑床電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計。 3.4.1基于PLC的銑床電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 (1)分析被控制對象 將被控對象按功能進行相互獨立的分解，這樣便于確定PLC的資源分配，屬于化整為零的設(shè)計思路。通過PLC來實現(xiàn)銑床電氣控制系統(tǒng)的各項功能，需要將各種控制和檢測信號

18、通過按鈕和檢測元件輸入PLC，再通過PLC內(nèi)部程序的運算將結(jié)果輸出到各種執(zhí)行設(shè)備，完成電氣控制系統(tǒng)對于銑床的控制。每個功能的輸入信號，都可以通過控制面板上的按鈕進行操作，輸出則可以通過接觸器、電磁閥等執(zhí)行機構(gòu)完成。 (2)根據(jù)控制對象確定I／O點 分解后的各個功能項，對PLC所需的輸入輸出點數(shù)量進行確定。 (3) PLC的選型 XA6132萬能銑床所需的I／O點總數(shù)在256以下，屬于小型機的范圍。控制系統(tǒng)只需要邏輯運算等簡單功能。主要用來實現(xiàn)條件控制和順序控制，可選擇小型機系列，它的價格低，體積小，非常適用于單機自動化控制系統(tǒng)。 3.4.2 基于PLC的銑床電氣控制系統(tǒng)程序設(shè)計 (

19、1)程序要求分析 PLC控制系統(tǒng)其優(yōu)點在于根據(jù)加工工藝要求的不同相應(yīng)的修改程序就可以實現(xiàn)。因此系統(tǒng)的自動控制程度很高。銑床電氣控制系統(tǒng)屬于廣泛的應(yīng)用系統(tǒng)，不針對特殊的加工工藝，因此PLC內(nèi)部的程序只需要相對每個控制按鈕發(fā)出的信號，做出相應(yīng)的動作即可。 (2)基于PLC的銑床電氣控制系統(tǒng)程序 PLC的程序可以采用梯形圖、語句表、程序塊等形式表示。為了與繼電器一接觸器系統(tǒng)相承接，采用梯形圖形式對銑床電氣控制系統(tǒng)進行編程。 3.5 XA6132銑床進行PLC改造方法及步驟 根據(jù)XA6132 萬能銑床的具體控制要求和電氣原理圖，確定輸入輸出點數(shù)，編寫控制流程圖，設(shè)計出PLC 控制程序，并

20、調(diào)試運行。具體為以下幾個步驟： (1)分析XA6132 萬能銑床的電氣控制要求和電氣控制原理圖； (2)根據(jù)XA6132 萬能銑床控制要求，確定輸入輸出信號； (3)利用PLC 梯形圖與電氣原理圖之間的對應(yīng)關(guān)系，對機床進行PLC 改造，具體包括程序編制，調(diào)試運行等內(nèi)容。 4. 設(shè)計要求 4.1工藝要求 不變動原機床的控制操作，保留各原有按鈕交流接觸器，行程開關(guān)，熱繼電器等機械動作。為保證人身財產(chǎn)的安全起見熱繼電器不接入PLC的輸入端，而直接接在PLC的輸出端。 4.2 機床的電力拖動特點和控制要求 (1

21、) XA6132萬能臥式銑床，主軸傳動系統(tǒng)在床身內(nèi)部，進給系統(tǒng)在升降臺內(nèi)，而且主運動與進給運動之間沒有速度比例協(xié)調(diào)的要求。故采用單獨傳動，即主軸和工作臺分別由主軸電動機，進給電動機拖動。而工作臺進給與快速移動由進給電動機拖動；經(jīng)電磁離合器傳動來獲得。 (2) 主軸電動機處于空載下起動，為能進行順銑和逆銑加工，要求主軸能稱實現(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)動方向而在加工過程中不交換。 (3) 銑削加工是多刀多刃不連續(xù)切削，負載波動。為減輕負載波加動的影響，往在主軸傳動系統(tǒng)中加入飛輪，使轉(zhuǎn)動慣量加大，但為實現(xiàn)主軸快速停車，主軸電動機應(yīng)設(shè)有停車制動。同時，主軸在上刀時，也應(yīng)使主

22、軸制動，為此本銑床采用電磁離合器控制主軸停車制動和主軸上刀制動。 (4) 工作臺的垂直，橫向和縱向三個方向的運動由一臺進給電動機拖動，而三個方向的選擇是由操縱手柄改變傳動鏈來實現(xiàn)的。每個方向又有正反向的運動，這就要求進給電動機能正、反轉(zhuǎn)。而且，同一時間只允許工作臺只有一個方向的移動，故應(yīng)有聯(lián)鎖保護。 (5) 使用圓工作臺時，工作臺不得移動，即圓工作臺的旋轉(zhuǎn)運動與工作臺上下，左右，前后六個方向的運動之間有聯(lián)鎖控制。 (6) 為適應(yīng)銑削加工需要，主軸轉(zhuǎn)速與進給速度應(yīng)有較寬的調(diào)節(jié)范圍。XA6132萬能銑床采用機械變速，改變變速箱的傳動比來實現(xiàn)，為保證變速時齒輪易于嚙合，減少齒輪端面的沖擊，要求

23、變速時電動機有沖動控制。 (7) 根據(jù)工藝要求。主軸旋轉(zhuǎn)和工作臺進給應(yīng)有先后順序控制，即進給運動要在銑刀旋轉(zhuǎn)之后進行，加工結(jié)束后必須在銑刀停轉(zhuǎn)前停止進給運動。 (8) 為供給銑削加工時冷卻液，應(yīng)有冷卻泵電動機拖動冷卻泵，供給冷卻液。 (9) 為適應(yīng)銑削加工時操作者的正面與側(cè)面操作要求，機床應(yīng)對主軸電動機的走動與停止及工作臺的快速移動控制，具有兩地操作的性能。 (10) 工作臺上下、左右、前后六個方向的運動應(yīng)具有限位保護。 (11) 應(yīng)有局部照明電路。 4.3原機床的控制過程 圖4-1 XA6132臥式萬能銑床電氣控制原理圖 圖4-1是XA6132臥式萬能銑床

24、的電氣控制原理圖。圖中M1為主軸電機，M2為工作臺進給電機，M3為冷卻泵電動機。該電路的一個特點是采用電磁離合器控制，另一個特點是機械操作和電氣操作密切配合進行。因此，在分析電氣原理圖時，應(yīng)對機械操作手柄與相應(yīng)電器開關(guān)動作關(guān)系，對各開關(guān)的作用及指令開關(guān)狀態(tài)弄清楚。 4.3.1主拖動電氣原理圖 （1） 主軸電動機的起動控制 主軸電動機M1由正反轉(zhuǎn)接觸器KM1、KM2來實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)全壓起動，而由主軸換向開關(guān)SA4來預(yù)選電動機的正反轉(zhuǎn)。由停止按鈕SB1或SB2，起動按鈕SB3或SB4與KM1、KM2構(gòu)成主軸電動機正反轉(zhuǎn)兩地操作控制電路。起動時，應(yīng)將電源引入開關(guān)QF1閉合，再把

25、換向開關(guān)SA4扳到主軸所需的旋轉(zhuǎn)方向，然后按下起動按鈕SB3或SB4，中間繼電器KA1線圈通電并自鎖，觸頭KA1閉合，使KM1或KM2線圈通電吸合，其主觸頭接通主軸電動機，M1實現(xiàn)全壓起動。而KM1或KM2的一對輔助觸頭KM1或KM2斷開，主軸電動機制動電磁摩擦離合器線圈YC1電路斷開。繼電器的另一觸頭KA1閉合，為工作臺的進給與快速移動作好準(zhǔn)備。 圖4-2 XA6132臥式萬能銑床外形圖 （2）主軸電動機的制動控制 由主軸停止按鈕SB1或SB2，正轉(zhuǎn)接觸器KM1或反轉(zhuǎn)接觸器KM2以及主軸制動電磁摩托離合器YC1構(gòu)成主軸制動停車控制環(huán)節(jié)。電磁離合器YC1安裝在主軸傳動鏈中與主

26、軸電動機相聯(lián)的第一根傳動軸上，主軸停車時，按下SB1或SB2，KM1或KM2線圈斷電釋放，主軸電動機M1斷開三相交流電源；同時YC1線圈通電，產(chǎn)生磁場，在電磁吸力作用下將摩擦片壓緊產(chǎn)生制動，使主軸迅速制動。當(dāng)松開SB1或SB2時，YC線圈斷電，摩擦片松開，制動結(jié)束。這種制動方式迅速、平衡，制動時間不超過0.5s. （3）主軸上刀換刀時的制動控制 在主軸上刀或更換銑刀時，主軸電動機不得旋轉(zhuǎn)，否則將發(fā)生嚴重人身事故。為此，電路設(shè)有主軸上刀制動環(huán)節(jié)，它是由主軸上刀制動開關(guān)SA2控制。在主軸上刀換刀前，將SA2扳到“接通”位置。觸頭SA2斷開，使主軸起動控制電路斷電，主軸電動機不能起動旋轉(zhuǎn)；而另一

27、觸頭SA2閉合，接通主軸制動電磁離合器YC1線圈，使主軸處于制動狀態(tài)。上刀換刀結(jié)束后，再將SA2扳至“斷開”位置，觸頭SA2斷開，解除主軸制動狀態(tài)，同時，觸頭SA2閉合，為主電動機起動作準(zhǔn)備。 （4）主軸變速沖動控制 主軸變速操縱箱裝在床身左側(cè)窗口上，變速應(yīng)在主軸旋轉(zhuǎn)方向預(yù)選之后進行。變換主軸轉(zhuǎn)速的操作順序如（圖5-1）下： ① 將主軸變速手柄壓下，使手柄的榫塊自槽中滑出，然后拉動手柄使榫塊落到第二道槽內(nèi)為止。 ② 轉(zhuǎn)動變速刻度盤，把所需轉(zhuǎn)速對準(zhǔn)指針。 ③ 把手柄推回原來位置，使榫塊落進槽內(nèi)。 在將變速手柄推回原位置時，將瞬間壓下主軸變速行程開關(guān)SQ5，使觸頭閉合，觸頭SQ5斷開。

28、于是KM1或KM2線圈瞬間通電吸合。其主觸頭瞬間接通主軸電動機瞬時點動，利于齒輪嚙合，當(dāng)變速手柄榫塊落入槽內(nèi)時SQ5不再受壓，觸頭SQ5斷開，切斷主軸電動機瞬時點動電路，主軸變速沖動結(jié)束。 主軸變速行程開關(guān)SQ5的觸頭SQ5是為主軸旋轉(zhuǎn)時進行變速而設(shè)的，此時無需按下主軸停止按鈕，只需將主軸變速手柄拉出，壓下SQ5斷開，于是斷開了主軸電動機的正反轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)接觸器線圈電路，電動機自然停車，爾后再進行主軸變速操作，電動機進行變速沖動，完成變速。變速完成后尚需再次起動電動機，主軸將在新選擇的轉(zhuǎn)速下起動旋轉(zhuǎn)。 4.3.2 進給拖動控制電路 工作臺進給方向的左右縱向運動，前后的橫向運動和上下的垂直

29、運動，都是由進給電動機M2的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的。而正、反轉(zhuǎn)接觸器KM3、KM4是由行程開關(guān)SQ1、SQ3、與SQ2、SQ4來控制的，行程開關(guān)又是由兩個機械操作手柄控制的。這兩個機械操作手柄，一個是縱向機械操作手柄，另一個是垂直與橫向操作手柄。扳動機械操作手柄，在完成相應(yīng)的機械掛檔同時，壓合相應(yīng)的行程開關(guān)，從而接通接觸器，起動進給電動機，拖動工作臺按預(yù)定方向運動。在工作進人時，由于快速移動繼電器KM2線圈處于斷電狀態(tài)，而進給移動電磁離合器YC2線圈通電，工作臺的運動是工作進給。 縱向機械操作手柄有左、中、右三個位置，垂直與橫向機械操作手柄有上、下、前、后、中五個位置。SQ1、SQ2為縱向機械操作手

30、柄有機械聯(lián)系的行程開關(guān)；SQ3、SQ4為與垂直、橫向操作手柄有機械聯(lián)系的行程開關(guān)。當(dāng)這兩個機械操作手柄處于中間位置時，SQ1－SQ4都處在未被壓下的原始狀態(tài)，當(dāng)扳動機械操作手柄時，將壓下相應(yīng)的行程開關(guān)。 SA3為圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)，其有“接通”與“斷開”兩個位置，三對觸頭。當(dāng)不需要圓工作臺時，SA3置于“斷開” 位置，此時觸頭SA3，SA3閉合，SA3斷開。當(dāng)使用圓工作臺時，SA3置于“接通”位置，此時SA3，SA3斷開，SA3閉合。 在起動進給電動機之前，應(yīng)先起動主軸電動機，即合上電源開關(guān)QF1，按下主軸起動按鈕SB3或SB4，中間繼電器KA1線圈通電并自鎖，其觸頭KM1閉合，為起動進給電

31、動機作準(zhǔn)備。 （1）工作臺縱向進給運動的控制，若需工作臺向右工作進給，將給向進給操作手柄扳向右側(cè)，在機械上通過聯(lián)動機構(gòu)接通縱向進給離合器，在電氣上壓下行程開關(guān)SQ1，觸頭SQ1閉合，SQ1斷開，后者切斷通往KM3、KM4的另一條通路，前者使進給電動機M2的接觸器KM3線圈通電吸合，M2正向起動旋轉(zhuǎn)，拖動工作臺向右工作進給。 向右工作進給結(jié)束，將縱向進給操作手柄由右位扳到中間位置，行程開關(guān)SQ1不再受壓，觸頭SQ1斷開，KM3線圈斷電釋放，M2停轉(zhuǎn)，工作臺向右進給停止。 工作臺向左進給的電路與向右進給時相仿。此時是將縱向進給操作手柄扳向左側(cè)，在機械掛檔的同時，電氣上壓下的行程開關(guān)SQ2，反

32、轉(zhuǎn)接觸器KM4線圈通電，進給電動機反轉(zhuǎn)，拖動工作臺向左進給，當(dāng)將縱向操作手柄由左側(cè)扳向進給操作手柄扳回中間位置時，向左進給結(jié)束。 （2）工作臺向前與向下進給運動的控制 將垂直與橫向進給操作手柄扳到“向前”位置，在機械上接通了橫向進給離合器，在電氣上壓下行程開關(guān)SQ3，觸頭SQ3閉合，SQ3斷開，正轉(zhuǎn)接觸器KM3線圈通電吸合，進給電動機M2正向轉(zhuǎn)動，拖動工作臺向前進給。向前進給結(jié)束，將垂直與橫向進給操作手柄扳回中間位置，SQ3不再受壓，KM3線圈斷電釋放，M2停止旋轉(zhuǎn)，工作臺向前進給停止。 工作臺向下進給電路工作情況與“向前”時完全相同，只是將垂直與橫向操作手柄扳到“向下”位置，在機械上接

33、通垂直進給離合器，電氣上仍壓下行程開關(guān)SQ3，KM3線圈通電吸合，M2正轉(zhuǎn)，拖動工作臺向下進給。 （3）工作臺向后與向上進給的控制，電路情況與向前或向下進給運動的控制相仿，只是將垂直與橫向操作手柄扳到“向右”或“向上”位置，在機械上接通垂直或橫向進給離合器，電氣上都是壓下行程開關(guān)SQ4，反向接觸器KM4線圈通電吸合，進給電動機M2反向起動旋轉(zhuǎn)，拖動工作臺實現(xiàn)向后或向上的進給運動。當(dāng)操作手柄扳回中間位置時，進給結(jié)束。 （4）進給變速沖動控制，進給變速沖動只有在主軸起動后，縱向進給操作手柄，垂直與橫向操作手柄置于中間位置時才可以進行。 進給變速箱是一個獨立部件，裝在升降臺的左邊，進給速度的變

34、速是由進給操作箱來控制，進給操作箱位于進給變速箱前方。進給變速的操作順序是： ① 將蘑菇形手柄拉出。 ② 轉(zhuǎn)動手柄，把刻度盤上所需的進給速度值對準(zhǔn)指針。 ③ 把蘑菇形手柄向前拉到極限位置，此時借變速孔盤推壓行程開關(guān)SQ6. ④ 將蘑菇形手柄推回原位，此時SQ6不再受壓。 就在蘑菇形手柄向前拉于極限位位置，在反向推回之前，SQ6壓下，觸頭SQ6閉合，SQ6斷開。此時，正向接觸器KM3線圈瞬時通電吸合，進給電動機瞬時正向旋轉(zhuǎn)，獲得變速沖動。如果一次瞬間點動時齒輪仍未進行嚙合狀態(tài)，此時變速手柄不能復(fù)原?？稍俅卫鍪直⒃俅瓮苹亍崿F(xiàn)再次瞬間點動，直到齒輪嚙合

35、為止。 （5）進給方向快速移動的控制，進給方向的快速移動是由電磁離合器改變傳動鏈來獲得的。先開動主軸，將進給操作手柄扳到所需移動方向?qū)?yīng)位置，則工作臺按操作手柄選擇的方向以選定的進給速度作工作進給。此時如按下快速移動按鍵SB5或SB6，接通快速移動繼電器KA2電路，而觸頭KA2閉合，快速移動電磁離合器YC3線圈通電，工作臺按原運動方向作快速移動。松開SB5或SB6，快速移動立即停止，仍以原進給速度繼續(xù)進給，所以，快速移動為點動控制。 4.3.3 圓工作臺的控制 圓工作臺的回轉(zhuǎn)運動是由進人電動機經(jīng)傳動機構(gòu)驅(qū)動的，使用工作臺時，首先把圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3扳到“接通”位置。按下主軸起動按

36、鍵SB3或SB4，KA1或KM2線圈通電吸合，主軸電動機起動旋轉(zhuǎn)。接觸器KM3線圈經(jīng)SQ1－SQ4行程開關(guān)閉觸頭和SA3觸頭通電吸合，進給電動機起動旋轉(zhuǎn)，拖動圓工作臺單向回轉(zhuǎn)。此時工作臺進給兩個機械操作手柄均處于中間位置。工作臺不動，只拖動圓工作臺回轉(zhuǎn)。 4.3.4 冷卻泵和機床照明的控制 冷卻泵電動機M3通常在銑削加工時由冷卻泵轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1控制，當(dāng)SA1扳到“接通”位置時，冷卻泵起動繼電器KA3線圈通電吸合，M3起動旋轉(zhuǎn)，并由熱繼電器FR3作長期過載保護。 床工作時，只允許工作臺一個方向運動。為此，工作臺上下左右前后6個方向之間都有聯(lián)鎖。其中工作臺縱向操作手柄實現(xiàn)工作臺左

37、右運動方向的聯(lián)鎖；垂直與橫向操作手柄實現(xiàn)上下前后4個方向的聯(lián)鎖，但關(guān)鍵在于如何實現(xiàn)這兩個操作手柄之間的聯(lián)鎖，對此電路設(shè)計成：接線之間由SQ3、SQ4常閉觸頭串聯(lián)組成，之間由SQ1、SQ2常閉觸頭串聯(lián)組成，然后在24號點并接后串于KM3、KM4線圈電路中，以控制進給電動機正反轉(zhuǎn)。這樣，當(dāng)扳動縱向操作手柄機床照明由照明變壓器TC3供給24V安全電壓，并由控制開關(guān)SA5控制照明燈EL。 4.3.5控制電路的聯(lián)鎖與保護 XA6132型萬能銑床運動較多，電氣控制線路較為復(fù)雜，為安全可靠地工作，電路具有完善的聯(lián)鎖與保護。 （1）主運動與進給運動的順序聯(lián)鎖，進給電氣控制電路接在中間繼電器KA1觸頭

38、KA1之后，這就保證了只有在起動主軸電動機之后才可起動進給電動機，而當(dāng)主軸電動機停止時，進給電動機也立即停止。 （2）工作臺6個運動方向的聯(lián)鎖，SQ1或SQ2行程開關(guān)壓下，斷開28－24支路，但KM3或KM4仍可經(jīng)支路供電。若此時再扳動垂直與橫向操作手柄，又將SQ3或SQ4行程開關(guān)壓下，將支路斷開，使KM3或KM4電路斷開，進給電動機無法起動。從而實現(xiàn)了工作臺6個方向之間的聯(lián)鎖。 （3）長工作臺與圓工作的聯(lián)鎖，圓形工作臺的運動必須與長工作臺6個方向的運動有可靠的聯(lián)鎖，否則將造成刀具與機床的損壞。這里由選擇開關(guān)SA3來實現(xiàn)其相互間的聯(lián)鎖，當(dāng)使用圓工作臺時，選擇開關(guān)SA3置于“接通”位置，此時

39、觸頭SA3、SA3通，若此時又操縱縱向或垂直與橫向進給操作手柄，將壓下SQ1－SQ4行程開關(guān)的某一個，于是斷開了KM3線圈電路，進給電動機停止，圓工作臺也停止。若長工作臺正在運動，扳動圓工作臺選擇開關(guān)SA3于“接通”位置，此時觸頭SA3斷開，于是斷開了KM3或KM4線圈電路，進給電動機也立即停止。 （4）工作臺進給運動與快速運動的聯(lián)鎖，工作臺工作進給與快速移動分別電電磁摩擦離合器YC2與YC3傳動，而YC2與YC3是由快速進給繼電器KA2控制，利用KA2的常開觸頭與常閉觸頭實現(xiàn)工作臺工作進給與快速運動的聯(lián)鎖。 具有完善的保護，完善的保護有以下五種： ① 熔斷器FU1、FU2、FU3、FU

40、4、FU5實現(xiàn)相應(yīng)電路的短路保護。 ② 熱斷電器FR1、FR2、FR3實現(xiàn)相應(yīng)電動機的長期過載保護。 ③ 斷路器QF1實現(xiàn)整個電路的過電流，欠電壓等保護。 ④ 工作臺6個運動方向的限位保護采用機械與電氣相配合的方法來實現(xiàn)，當(dāng)工作臺左、右運動到預(yù)定位置時，安裝在工作臺前方的擋鐵將撞動縱向操作手柄，使其從左位或右位返回到中間位置，使工作臺停止，實現(xiàn)工作臺左右運動的限位保護。 在銑床床身導(dǎo)軌旁設(shè)置了上、下兩塊擋鐵，當(dāng)升降臺上下運動到一定位置時，擋鐵撞動垂直與橫向操作手柄，使其回到中間位置，實現(xiàn)工作臺垂直運動的限位保護。 工作臺橫向運動的限位保護由安裝在工作臺左側(cè)底部擋鐵來撞動垂直與橫向操作

41、手柄，使其回到中間位置，實現(xiàn)工作臺垂直運動的限位保護。 5 控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計 5.1 硬件設(shè)計 根據(jù)原機床的控制電路圖和結(jié)合PLC的型號，以及PLC的觸點數(shù)和機床的機械動作開關(guān)，列出I/O接口分配表如（表5-1），在根據(jù)I/O接口分配表設(shè)計出輸入輸出口接線圖如圖5-1所示。 表5-1 I/O分配表 分類 信號名稱 現(xiàn)場信號 PC數(shù)據(jù) 輸 入 信 號 主軸電機停止按鈕 SB1 I0.0 主軸電機停止按鈕 SB2 I0.1 主軸電機啟動按鈕 SB3 I0.2 主軸電機啟

42、動按鈕 SB4 I0.3 工作臺快速進給按鈕 SB5 I0.4 工作臺快速進給按鈕 SB6 I0.5 冷卻泵電機轉(zhuǎn)換開關(guān) SA1 I0.6 主軸制動轉(zhuǎn)換開關(guān) SA2 I0.7 原工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān) SA3 I1.0 主軸正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換開關(guān) SA4 I1.1 工作臺右移行程開關(guān) SQ1 I1.2 工作臺左移行程開關(guān) SQ2 I1.3 工作臺前/下移行程開關(guān) SQ3 I1.4 工作臺后/上移行程開關(guān) SQ4 I1.5 主軸變速沖動行程開關(guān) SQ5 I1.6 工作臺變速沖動行程開關(guān) SQ6 I1.7 輸 出 信 號 主軸電

43、機正轉(zhuǎn)交流接觸器 KM1 Q0.0 主軸電機反轉(zhuǎn)交流接觸器 KM2 Q0.1 工作臺電機正轉(zhuǎn)交流接觸器 KM3 Q0.2 工作臺電機正轉(zhuǎn)交流接觸器 KM4 Q0.3 冷卻泵繼電器 KA3 Q0.4 主軸正反轉(zhuǎn)制動電磁離合器 YC1 QI.0 工作臺進給電磁離合器 YC2 Q1.1 工作臺快速進給電磁離合器 YC3 Q1.2 圖5-1 I/O接線圖 5.2 軟件設(shè)計 使用梯形圖設(shè)計XA6132臥式萬能銑床的PLC程序。設(shè)計的基本原則是“復(fù)述”原繼電器電路所敘述的邏輯內(nèi)容。由于梯形圖總是針對輸出列寫支路的，可以根據(jù)繼電器線路中的輔助繼電

44、器M0.0的邏輯關(guān)系繪出第1個支路，根據(jù)輔助繼電器M0.1的邏輯關(guān)系繪出第2個支路。根據(jù)輔助繼電器M0.2的邏輯關(guān)系繪出第3個支路。根據(jù)繼電器KM1，KM2，KM4繪出第4個支路。根據(jù)連鎖保護和非圓工作臺進給的工作邏輯繪出第5個支路。第6個支路由輔助繼電器M1.0繪出。這樣做，保留了原電路的邏輯關(guān)系，又簡化了梯形圖的結(jié)構(gòu)，是由繼電器電路設(shè)計梯形圖時常用的方法。設(shè)計的梯形圖見圖5-2所示。圖中最后3條支路是針對電磁閥YC1、YC2、YC3的。 圖5-2 XA6132臥式萬能銑床梯形圖 總 結(jié)

45、 系統(tǒng)的分析與設(shè)計過程也是對學(xué)習(xí)的總結(jié)過程，更是進一步學(xué)習(xí)和探索的過程。在這個過程中我對利用可編程控制器進行控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)有了深刻的認識，對機械的工作原理有了進一步的掌握，對控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計有了切身的認識與體會，并在學(xué)習(xí)和實踐過程中增長了知識。豐富了經(jīng)驗。控制系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須嚴格按照系統(tǒng)分析，系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)實施，系統(tǒng)運行與調(diào)試的過程來進行。系統(tǒng)的分析與設(shè)計是一項很辛苦的工作，同時也是一個充滿樂趣的過程。在設(shè)計過程中，要邊學(xué)習(xí)邊實踐，遇到新的問題就不斷探索和努力，即可使問題得到解決。 在設(shè)計中體會到理論必須和實踐相結(jié)合。雖然收集了大量的資料，但在實際應(yīng)用中卻

46、有很多的差異，出現(xiàn)了很多意想不到的問題。許多問題在書本上是這樣，而在實際運用中卻很不一樣，在經(jīng)過多次分析修改后，才設(shè)計出達到控制要求的系統(tǒng)。 通過本次設(shè)計和論文的撰寫，讓我對以前的知識又做了復(fù)習(xí)和鞏固，同時學(xué)習(xí)了以前學(xué)的不好或者沒有學(xué)到的知識?？傊?，本次設(shè)計的過程，對我的整體素質(zhì)有了較大的提高，對我以后的工作和學(xué)習(xí)具有重要意義！ 在完成畢業(yè)設(shè)計過程中，由于專業(yè)知識有限，且缺少實踐經(jīng)驗，使得設(shè)計中難免出現(xiàn)紕漏之處，所以懇請各位指導(dǎo)老師給予批評指正。 致 謝 這不單是一個畢業(yè)設(shè)計課題，同時也是對我們整個大學(xué)四年的學(xué)習(xí)的一個深刻總結(jié)。老師的嚴

47、謹治學(xué)態(tài)度、淵博的知識無私的奉獻精神使我深受啟迪。在這里要感謝指導(dǎo)老師任曉敏老師給我的悉心指導(dǎo)，并且為我提供了設(shè)計的思路和方法，幫我解決了在設(shè)計過程中遇到許多困難，也要感謝在設(shè)計中給予我?guī)椭耐瑢W(xué)。與此同時也衷心感謝三年來教過我的所有老師，在他們辛勤的培養(yǎng)和悉心教育下，不僅使我具備了堅實的專業(yè)知識，還掌握了學(xué)習(xí)的方法。再次向老師和同學(xué)致以最衷心的感謝和深刻的敬意。 參考文獻 [1] 汪曉萍.《可編程控制器系統(tǒng)開發(fā)導(dǎo)航》.人民郵電出版社，2004年7月第1 版 [2] 董錦鳳 .《畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)》.西安電子科技大學(xué)出版

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