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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 X6132銑床電氣PLC改造 學(xué) 院 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 提交日期 2014年XX月XX日 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)華南理工大學(xué)廣州學(xué)院可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 保密□，在 年解密后適用本授權(quán)書。 本學(xué)位論文屬于 不保密√。 （請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“√”） 學(xué)位論文作者簽名： 日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 年 月 日 I 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。 X6132型萬能銑床是目前國內(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關(guān)。由勵(lì)磁線圈、鐵心磁路、觸點(diǎn)等部件組成。通過繼電器 接觸器等其它控制元件的線路連接，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X6132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X6132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 Developer軟件進(jìn)行程序的編寫。 關(guān)鍵詞：可編程控制器，銑床，電氣控制 Abstract Programmable logic controller (PLC) as the core device of the control system， powerful， stable and reliable performance. Has been widely used in modern industrial automation production. Has the ideal control effect. X6132 type universal milling machine is the current domestic production of more perfect， strong universal property， a typical machine widely used. Mainly used for processing plane， inclined plane， groove and forming surface and the processing of the spiral surface. This machine has good rigidity， high production efficiency， wide processing range. But the electrical control part of it most still use the traditional relay control， relay， contactor as electromagnetic switch. Composed of the excitation coil， magnetic circuit， contacts and other components. Connected by a relay contactor control circuit and other components， can achieve a certain control logic， so as to realize the various operation control equipment. This paper is based on the X6132 milling machine， PLC transformation of the electrical control system， the combination of theory and practice， elaborated on the programmable controller of PLC technology in the control system of X6132 milling machine. In the program design， the existing milling machine control system of circuit analysis， to understand the basic control principle. Then the demonstration and design of control scheme; the FX2N series PLC produced by Mitsubishi Co， a transformation of its control system， prepare the final program using the programming software GX Developer software. Keywords： programmable controller， milling machine， electric control 1 目 錄 摘 要 1 Abstract 2 1 緒論 5 1.1 課題目的及意義 5 1.2 機(jī)床控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 5 1.2 可編程控制器國內(nèi)外的發(fā)展[1] 6 1.2.1 國外可編程控制器的發(fā)展 6 1.2.2 國內(nèi)可編程控制器的發(fā)展 7 1.3 PLC技術(shù)的發(fā)展及趨勢(shì) 8 1.4 本文的設(shè)計(jì)任務(wù) 9 2 X6132結(jié)構(gòu)原理和硬件設(shè)計(jì) 10 2.1 X6132銑床結(jié)構(gòu)組成及控制系統(tǒng)要求 10 2.1.1 X6132銑床的結(jié)構(gòu)組成 10 2.1.2 X6132銑床控制系統(tǒng)的要求 11 2.2 X6132銑床系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 12 2.3 本章小結(jié) 14 3 X6132銑床傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 3.1 主電路設(shè)計(jì) 15 3.2.1 主電路分析 15 3.2 控制電路設(shè)計(jì) 16 3.2.1 主軸電機(jī)M1的控制 17 3.2.2 進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2的控制 18 3.2.3 冷卻泵電動(dòng)機(jī)及照明電路的控制 21 3.3 本章小結(jié) 21 4 X6132銑床PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 22 4.1 控制方案比較與選擇 22 4.1.1 繼電器控制 22 4.1.2 單片機(jī)控制[9] 22 4.1.3 PLC控制[3] 23 4.1.4 PLC與其它控制裝置的比較 [3] 24 4.2PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 25 4.3 PLC和I/O擴(kuò)展模塊的選型 25 4.4 PLC I/0的分配 26 4.5 系統(tǒng)電氣控制接線圖設(shè)計(jì) 27 4.6 本章小結(jié) 29 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 30 5.1 三菱GX Developer 編程軟件簡(jiǎn)介 30 5.2 X6132銑床PLC程序設(shè)計(jì) 31 5.3 X6132銑床指令表 35 5.3 本章小結(jié) 41 6 總結(jié)與展望 42 6.1 總結(jié) 42 6.2 展望 42 致 謝 43 參考文獻(xiàn) 44 44 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。可以配置分度頭、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X6132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 機(jī)床控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 傳統(tǒng)機(jī)床電氣控制是繼電器接觸式控制系統(tǒng)，由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)等組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的啟動(dòng)、停車、有極調(diào)速等控制。繼電器接觸式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、抗干擾強(qiáng)、價(jià)格低，因此廣泛應(yīng)用于各類機(jī)床和機(jī)械設(shè)備。目前，在我國繼電器接觸式控制仍然是機(jī)床和其他機(jī)械設(shè)備最基本的電氣控制形式之一。 在實(shí)際生產(chǎn)中，由于大量存在一些用開關(guān)量控制的簡(jiǎn)單的程序控制過程，而實(shí)際生產(chǎn)工藝和流程又是經(jīng)常變化的，因而傳統(tǒng)的繼電器接觸式控制系統(tǒng)常不能滿足這種要求，因此曾出現(xiàn)了繼電器接觸控制和電子技術(shù)相結(jié)合的控制裝置，叫做順序控制器。它能根據(jù)生產(chǎn)需要改變控制程序，而又遠(yuǎn)比電子計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，它是通過組合邏輯元件插接或編程來實(shí)現(xiàn)繼電器接觸控制的。但它的裝置體積大，功能也受到一定限制。隨著大規(guī)模集成電路和微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，上述控制技術(shù)也發(fā)生了根本性的變化，在上世紀(jì)70年代出現(xiàn)了將計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)技術(shù)引入順序控制器，產(chǎn)生了新型工業(yè)控制器——可編程序控制器(PLC)，它兼?zhèn)淞擞?jì)算機(jī)控制和繼電器控制系統(tǒng)兩方面的優(yōu)點(diǎn)，故目前在世界各國已作為一種標(biāo)準(zhǔn)化通用裝置普遍應(yīng)用于工業(yè)控制。 為解決占機(jī)械總加工量80％左右的單件和小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化難題，50年代出現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床。它綜合應(yīng)用了電子、計(jì)算機(jī)、檢測(cè)、自動(dòng)控制和機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，它是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床經(jīng)過40年來的發(fā)展，品種日益增多，性能不斷完善，其中以輪廓控制的數(shù)控機(jī)床和帶有自動(dòng)換刀裝置和工作臺(tái)能自動(dòng)轉(zhuǎn)位的數(shù)控加工中心發(fā)展更為迅速。數(shù)控機(jī)床由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體等部分組成，其中伺服系統(tǒng)的性能是決定數(shù)控機(jī)床加工精度和生產(chǎn)率的主要因素之一。 1.2 可編程控制器國內(nèi)外的發(fā)展[1] 1.2.1 國外可編程控制器的發(fā)展 PLC問世于 20 世紀(jì) 60 年代，當(dāng)時(shí)的PLC功能都很簡(jiǎn)單，只有邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能；硬件方面用于PLC的集成電路還沒有投入大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)， CPU 以分立元件組成；存儲(chǔ)器為磁心存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)容量有限；用戶指令一般只有二三十條，還沒有成型的編程語言；機(jī)型單一，沒有形成系列。一臺(tái)PLC最多只能替代200~300個(gè)繼電器組成的控制系統(tǒng)，在體積方面，與現(xiàn)在的PLC相比，可以說是龐然大物[1]。 世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制的世界第一臺(tái)可編程序控制器PDP-14。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能[1]。 　　1971年日本從美國引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，很快研制出第一臺(tái)可編程序控制器DSC-18。1973年西歐國家也研制出他們的第一臺(tái)可編程控制器。我國從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)推廣應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是PLC采用通訊微處理器之后，這種控制器就不在不局限于當(dāng)初的邏輯運(yùn)算了，功能得到更進(jìn)一步增強(qiáng)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和少數(shù)32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化PLC，使PLC的功能增強(qiáng)，工作速度快，體積減小，可靠性提高，成本下降，編程和故障檢測(cè)更為靈活，方便[1]。 　　20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。 　　20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī);從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合;從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。[1] 1.2.2 國內(nèi)可編程控制器的發(fā)展 在我國的可編程序控制器的發(fā)展與國際上的發(fā)展是有所不同，國際上的可編程序控制器的發(fā)展是從研制再到開發(fā)，從開發(fā)再到生產(chǎn)最后到應(yīng)用，而我國的可編程序控制器的發(fā)展則是從成套設(shè)備引進(jìn)、可編程序控制器引進(jìn)應(yīng)用、消化移植、合資生產(chǎn)到廣泛應(yīng)用。 大致可劃分為下述三個(gè)階段： (1) 可編程序控制器的初級(jí)認(rèn)識(shí)階段 (2) 可編程序控制器的引進(jìn)應(yīng)用和消化移植階段 (3) 可編程序控制器的廣泛發(fā)展階段 隨著我國改革開放的不斷深入，國外廠商紛紛看好中國的市場(chǎng)，在中國建立他們的辦事處，甚至將他們的亞太總部設(shè)在中國。國內(nèi)企業(yè)紛紛引進(jìn)國外技術(shù)，從而促進(jìn)了一批技術(shù)引進(jìn)企業(yè)、合資企業(yè)的建立，帶動(dòng)了我國可編程序控制器行業(yè)的技術(shù)發(fā)展?？上驳氖菑?0年代初期開始，由于可編程序控制器應(yīng)用的不斷深入，國內(nèi)又掀起了自主研制開發(fā)可編程序控制器的高潮，雖然多為小型可編程序控制器，批量亦不大，但其功能、質(zhì)量和可靠性已有明顯的提高，代表產(chǎn)品如南京嘉華的JH200，I/O為12到120點(diǎn)，有高速計(jì)數(shù)器和模擬量功能；杭州新箭公司的D20P，其I/O為12/8點(diǎn)，D100的I/O可從40點(diǎn)擴(kuò)展到120點(diǎn)；蘭州全志的RD100、RD200，前者I/O為9/4點(diǎn)，2點(diǎn)模入，后者I/O為20~40點(diǎn)，擴(kuò)展的功能有編碼盤測(cè)速，熱電偶測(cè)溫和模擬量I/O，能聯(lián)網(wǎng)32臺(tái)RD200以及與PC機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。同時(shí)，中大規(guī)模的可編程序控制器在國內(nèi)也開始出現(xiàn)，交通部上海船舶運(yùn)輸研究所的STI2000，I/O為256點(diǎn)，多臺(tái)聯(lián)網(wǎng)時(shí)I/O可達(dá)4096點(diǎn)；北京和利時(shí)公司研制生產(chǎn)的Hollias-PLC 可編程序控制器，其中典型的產(chǎn)品為數(shù)字量I/O達(dá)1024點(diǎn)，模擬量I/O達(dá)256點(diǎn)，內(nèi)置TCP/IP通信接口，很容易接入管理網(wǎng)，配有PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的主站，從站和遠(yuǎn)程I/O，并與合作伙伴一起推出了 InterControl G3小型可編程序控制器系統(tǒng)。在國外產(chǎn)品強(qiáng)手如林的情況下，這些產(chǎn)品已具有和國外同類產(chǎn)品進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的能力，充分說明國產(chǎn)可編程序控制器發(fā)展已進(jìn)入了一個(gè)新的階段。 1.3 PLC技術(shù)的發(fā)展及趨勢(shì) 世界范圍內(nèi)PLC應(yīng)用領(lǐng)域很廣，并逐年擴(kuò)大，它的技術(shù)不斷升級(jí)，結(jié)構(gòu)也在改進(jìn)和作相應(yīng)的調(diào)整，通過這些變化，現(xiàn)在的控制產(chǎn)品功能越來越強(qiáng)，性價(jià)比也慢慢得到人們肯定。 （1）、產(chǎn)品規(guī)模呈現(xiàn)出朝著兩極發(fā)展的趨勢(shì)。一方面小型和超小型PLC得到了重要發(fā)展，追求速度更快、性價(jià)比更高的產(chǎn)品。另一方面，另一方面，朝著高速，大容量，大型PLC的方向邁進(jìn)。隨著復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)，控制微處理器和計(jì)算機(jī)技術(shù)改進(jìn)，所要求的信息處理速度越來越快，同時(shí)也需要較大的存儲(chǔ)容量。 （2）、向通信網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展 PLC中該領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)是——網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。多臺(tái)PLC之間、與上位計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通信的應(yīng)用變得很普遍。PLC生產(chǎn)商現(xiàn)在都在研究自家特有的通信模塊和通信軟件，目得是加強(qiáng)PLC的聯(lián)網(wǎng)的能力。當(dāng)然相關(guān)廠家之間也在商定某些互通的通信標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建變得更大成為了可能。 （3）、向模塊化、智能化發(fā)展 適應(yīng)各種工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的種種需求，最近幾年，PLC生產(chǎn)企業(yè)先后開發(fā)了很多新的器件和模塊，例如智能I/O模塊、溫度控制模塊和用于檢測(cè)本體外部故障的專用模塊等，它們的開發(fā)和應(yīng)用不但增強(qiáng)了基本功能，同時(shí)還增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。 （4）、編程所需工具和語言多樣化與標(biāo)準(zhǔn)化 生產(chǎn)商制造的硬件和編程工具更換頻繁，豐富多彩，同時(shí)改善功能，這使得它的基本部件，如I/O模塊、編程語言和編程工具、通信協(xié)議等的技術(shù)更為規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。 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內(nèi)外的發(fā)展，確定其在X6132銑床控制系統(tǒng)中的可行性。 （2）現(xiàn)有X6132銑床控制電路的研究。了解銑床的工作過程。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)。 2 X6132結(jié)構(gòu)原理和硬件設(shè)計(jì) 2.1 X6132銑床結(jié)構(gòu)組成及控制系統(tǒng)要求 2.1.1 X6132銑床的結(jié)構(gòu)組成 X6132萬能臥式銑床主要構(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 X6132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 X6132銑床傳動(dòng)框圖 2.1.2 X6132銑床控制系統(tǒng)的要求 （1） XA6132萬能臥式銑床，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，主軸電動(dòng)機(jī)應(yīng)設(shè)有停車制動(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。XA6132萬能銑床采用機(jī)械變速，改變變速箱的傳動(dòng)比來實(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 X6132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 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 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)換開關(guān) HZ1-10/E16 三極 1 圓工作臺(tái)轉(zhuǎn)換 SA2 轉(zhuǎn)換開關(guān) HZ1-10/E16 三極 1 照明燈開關(guān) SA4 轉(zhuǎn)換開關(guān) HZ1-10/E16 三極 1 M1轉(zhuǎn)向開關(guān) SQ1 限位開關(guān) LX1-11K 開啟式 1 向右進(jìn)給 SQ2 限位開關(guān) LX1-11K 開啟式 1 向左進(jìn)給 SQ3 限位開關(guān) LX2-131 單輪，自動(dòng)復(fù)位 1 向前、向下進(jìn)給 SQ4 限位開關(guān) LX2-131 單輪，自動(dòng)復(fù)位 1 向后、向上進(jìn)給 SA3 轉(zhuǎn)換開關(guān) HZ1-10/E16 三極 1 冷卻泵開關(guān) SQ6 限位開關(guān) LX3-11K 開啟式 1 進(jìn)給變速?zèng)_動(dòng) SQ7 限位開關(guān) LX3-11K 開啟式 1 主軸變速?zèng)_動(dòng) QS 轉(zhuǎn)換開關(guān) HZ1-60/E26 三極 1 電源總開關(guān) FR1 熱繼電器 JRQ-40 11A,3A 1 M1過載保護(hù) FR2 熱繼電器 JR10-10 3A,5A 1 M2過載保護(hù) FR3 熱繼電器 JR10-10 0.415A 1 M3過載保護(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)X6132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 X6132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。 X6132萬能銑床的電氣原理圖主電路圖如圖3-1所示。 圖3-1 X6132萬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。通過換向開關(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)，通過接觸器KM3、KM4與行程開關(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的過載保護(hù)。 3.2 控制電路設(shè)計(jì) X6132萬能銑床的電氣原理圖控制電路圖如圖3-2所示。 圖3-2 X6132萬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)的控制線路另畫于圖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線圈→T1。 KM2是反接制動(dòng)和主軸變速?zèng)_動(dòng)接觸器。停車時(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的常開觸點(diǎn)恢復(fù)斷開，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常開觸點(diǎn)（已閉合）→KV-1或KV-2常開觸點(diǎn)（已閉合）→KM1常閉觸點(diǎn)→KM2線圈→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程中，與變速手柄相聯(lián)的凸輪都會(huì)把行程開關(guān)SQ7壓下，SQ7的常開觸點(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，無需先按停止按鈕再變速，可直接進(jìn)行變速操作。行程開關(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，切斷接觸器KM1的線圈電路，主軸電動(dòng)機(jī)M1斷電；SQ7的常開觸點(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)換開關(guān)SA1是工作臺(tái)的選擇開關(guān)，當(dāng)置于“斷開”位置時(shí)，SA1-1、SA1-3閉合，SA1-2斷開，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，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)換開關(guān)SA1置于“斷開”位置時(shí)，將圖3-2中工作臺(tái)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制線路另畫于圖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)給行程開關(guān)SQ1（或SQ2），SQ1-1（或SQ2-1）常開觸點(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。左、右移動(dòng)的極限位置，可以通過改變左、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)，壓下行程開關(guān)SQ3，SQ3-1常開觸點(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)，壓下行程開關(guān)SQ4，SQ4-1常開觸點(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)行程開關(guān)，在操作進(jìn)給變速盤變速時(shí)，其連桿機(jī)構(gòu)會(huì)瞬時(shí)壓下行程開關(guān)SQ6，使SQ6-2常閉觸點(diǎn)斷開、SQ6-1常開觸點(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，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)換開關(guān)SA2控制。 3.3 本章小結(jié) 本章主要對(duì)X6132銑床傳統(tǒng)繼電器控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，通過本章設(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 X6132銑床PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 4.1 控制方案比較與選擇 通?？刂葡到y(tǒng)中采用得比較多的方法有以下三種：繼電器、單片機(jī)、PLC。而它們各有特點(diǎn)，并且自各適用范圍也不一樣。 4.1.1 繼電器控制 繼電氣狹義上的說就是我們通常指的開關(guān)，它在滿足條件的情形下實(shí)現(xiàn)開啟和關(guān)閉。 采用繼電器的控制系統(tǒng)具有幾大優(yōu)點(diǎn)，如設(shè)計(jì)電路較為直觀明了、結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單而且價(jià)格偏低。在實(shí)際工業(yè)中，只依靠它的觸點(diǎn)通斷來實(shí)現(xiàn)控制在實(shí)際應(yīng)用中難免存在某些方面缺點(diǎn)與不足:如在觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)影響響應(yīng)的速度，進(jìn)而使得控制精度降低;開與閉的切換頻率在時(shí)，容易使觸點(diǎn)產(chǎn)生電火花甚至產(chǎn)生電弧，這樣耗電量增加，并且使用壽命降低;繼電器是不具有通用性的，在設(shè)計(jì)復(fù)雜邏輯關(guān)系時(shí)，要求難以實(shí)現(xiàn)；該系統(tǒng)必須手工接線和安裝［6］。 當(dāng)需要改動(dòng)時(shí)，哪怕很簡(jiǎn)單，調(diào)整這些過程會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間去完成。 4.1.2 單片機(jī)控制[9] 一．單片機(jī)控制系統(tǒng)的概述及其特點(diǎn) 單片機(jī)的別名叫微控制器，它均含有一個(gè)中央外理器（CPU），RAM，ROM，I/O接口電路，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等，系統(tǒng)時(shí)鐘和系統(tǒng)總線，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并能實(shí)現(xiàn)計(jì)算控制。單片機(jī)系統(tǒng)的使用是成本減低，但效率并沒有減低。 二．單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法［9］ 單片機(jī)的硬件是由處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口和外部物理設(shè)備的有效結(jié)合，軟件則是對(duì)應(yīng)監(jiān)控程序的總合。設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)必須考慮硬軟件要相適應(yīng)，不能光開發(fā)其中一方面，這樣才可以開發(fā)出性能好的控制系統(tǒng)。它的開發(fā)分為幾個(gè)步驟，過程不能獨(dú)立進(jìn)行，要求交叉配合。下面分別簡(jiǎn)要予以討論。[9] 1.總體設(shè)計(jì)[9] 開始進(jìn)行設(shè)計(jì)之初，必須綜合考慮系統(tǒng)的功能要求和其使用條件來確認(rèn)出合理的各項(xiàng)指標(biāo)，做到與標(biāo)準(zhǔn)相符合。接下來依照市面上不同產(chǎn)品情況和對(duì)應(yīng)主機(jī)的性能和所需開發(fā)設(shè)計(jì)工具等條件來選擇合理的具體設(shè)計(jì)型號(hào)。再次還要選擇能使系統(tǒng)精度、可靠性滿足要求為前提下的傳感器、模擬輸入/輸出接口、存儲(chǔ)器、打印機(jī)以及顯示器等設(shè)備。 2.硬件設(shè)計(jì)[9] 根據(jù)系統(tǒng)提出的總體要求來確定硬件部分的設(shè)計(jì)，該部分總體思路上設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的電路原理圖，做一些不可缺少的部件測(cè)試和結(jié)構(gòu)的加工?？偩€的負(fù)載能力大小、它的擴(kuò)展的片選方式是不可忽略的。 3.軟件設(shè)計(jì)[9] 監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)雖然是最基礎(chǔ)的，但是其工作量依然不少。與我們通常熟悉的在計(jì)算機(jī)上的軟件設(shè)計(jì)不一樣的是它的軟件設(shè)計(jì)部分是在沒有操作系統(tǒng)的情況下完成的，在不同應(yīng)用系統(tǒng)中軟件設(shè)計(jì)通常要注意以下三個(gè)問題。 （1）合理的軟件結(jié)構(gòu) （2）程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （3）程序設(shè)計(jì)順序 上一步結(jié)束以后，運(yùn)用對(duì)應(yīng)匯編軟件進(jìn)行的匯編，得到所需要的機(jī)器碼。 4.1.3 PLC控制[3] 一．PLC控制系統(tǒng)概述及其特點(diǎn)[3] PLC控制的特點(diǎn)是通用性強(qiáng)，使用便捷，應(yīng)用面大，具有強(qiáng)大的抗干擾能力和程序易學(xué)易編等優(yōu)點(diǎn)。只要計(jì)劃的輸入和輸出信號(hào)，然后根據(jù)控制要求，PLC指令調(diào)度的PLC控制程序。它不僅可以輕松實(shí)現(xiàn)唯一的時(shí)序邏輯，運(yùn)動(dòng)控制，定時(shí)控制，計(jì)數(shù)控制，數(shù)字計(jì)算，數(shù)據(jù)處理等常用功能，還能建立數(shù)字和模擬接觸I/0接口，控制各位機(jī)械，使自動(dòng)控制過程達(dá)到生產(chǎn)目的。 （1）順序控制。通常順序控制過程中，由控制信號(hào)發(fā)出的指令，讓各個(gè)驅(qū)動(dòng)器在生產(chǎn)過程中，根據(jù)動(dòng)作自動(dòng)運(yùn)行。因?yàn)檫@樣的程序的設(shè)計(jì)具有靈活性，它的響應(yīng)速度也很快，高度可靠，生和和使用成本低廉，同時(shí)管理修理方便，可以說它完全可以取代單一控制。 （2）閉環(huán)過程控制。當(dāng)前功能的全部是采用PLC，因?yàn)檐浖軐?shí)現(xiàn)模擬量模塊的選取，所以它更為可靠，較為復(fù)雜的系統(tǒng)也能容易地達(dá)到要求，它所使用的方法也非常成熟和科學(xué)。 （3）控制運(yùn)動(dòng)位置。PLC與數(shù)控系統(tǒng)相互集成后，可以精確控制CNC的位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)信息輸入裝置接受處理和計(jì)算后，發(fā)出一系列的脈沖，來控制步進(jìn)電機(jī)工作，這樣數(shù)控設(shè)備就能實(shí)現(xiàn)多軸步進(jìn)電機(jī)控制的目的。 （4）監(jiān)控和管理。通信接口，可以顯示終端。顯示器較為智能，它可以通過人機(jī)界面更好的實(shí)現(xiàn)互動(dòng)與信息的傳遞。操作所需要的功能都能夠在顯示器上顯示并簡(jiǎn)單觸摸就能完成。 （5）獨(dú)有的網(wǎng)絡(luò)性。它能夠和多臺(tái)電腦之間現(xiàn)建立信息互聯(lián)。成為具有分布式特性的控制系統(tǒng)，形成一個(gè)企業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。它能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，讓企業(yè)技術(shù)工人依靠專有線路去實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的控制[3]。 4.1.4 PLC與其它控制裝置的比較 [3] 1. 強(qiáng)大的抗干擾能力，可靠性好 企業(yè)生產(chǎn)需求對(duì)PLC的性能提升要求日益迫切，其使用了以下措施： （1）濾波器與光電耦合隔離的加入，使得了不同類別的干擾信號(hào)不能進(jìn)入。 （2）器件里面含有電磁屏蔽。 （3）為了不讓電源線產(chǎn)生不良干擾，它使用質(zhì)量非常好的開關(guān)電源。 （4）自診斷能對(duì)內(nèi)部檢測(cè)。 （5）如果電源斷電或運(yùn)行被迫中斷，為了防止重要信息丟失，它能夠用電池供電使數(shù)據(jù)及時(shí)備份。 （6）冗余技術(shù)提高了PLC的使用可靠性。 一般PLC可以幾萬小時(shí)不會(huì)出現(xiàn)故障，可見它的可靠性很高。無數(shù)實(shí)踐表明，如果PLC系統(tǒng)在生產(chǎn)使用時(shí)出現(xiàn)了故障，多數(shù)原因是控制核心之外的開關(guān)、執(zhí)行元件等造成的，并非PLC核心的問題。 2. 通用能力強(qiáng)，使用簡(jiǎn)便 如今PLC設(shè)備批量化生產(chǎn)，產(chǎn)品均已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，用戶可以選取各種輸入/輸出模塊和配套部件，能便捷搭建成所需的控制系統(tǒng)，使用者只需簡(jiǎn)單的程序設(shè)計(jì)。 3. 簡(jiǎn)便與易理解的編程過程 PLC是企業(yè)控制的重要核心，它所面向的對(duì)相是企業(yè)中的專業(yè)人才。技術(shù)人員一般不用使用計(jì)算機(jī)編程語言，而且PLC編程和繼電器梯形圖語言有著很強(qiáng)的相通性，使得容易上手，所編出來的程序簡(jiǎn)單和容易理解。 4. 科學(xué)成熟的結(jié)構(gòu)模塊化，系統(tǒng)組合方便靈活 可編程控制器它的每個(gè)組成部分是采用模塊化設(shè)計(jì)的，通過機(jī)架和電纜把各模塊連接起來。系統(tǒng)的功能和尺寸可以根據(jù)自己的實(shí)際需要相結(jié)合的，讓用戶可以在一個(gè)合理的成本條件下滿足性能要求。 5．設(shè)計(jì)所花時(shí)間短 它急速縮短了整個(gè)設(shè)計(jì)所用時(shí)間，推進(jìn)了設(shè)計(jì)的步伐。 6．安裝、調(diào)試便捷 PLC通常是不用配制專用的房間，它可以直接運(yùn)行在各種企業(yè)生產(chǎn)條件中。實(shí)際使用過程中，把PLC的I/0端口與實(shí)際設(shè)備對(duì)應(yīng)連接，系統(tǒng)就能夠啟用，同時(shí)接線的任務(wù)量反而比以前采用的系統(tǒng)少許多。在實(shí)驗(yàn)室里面就可以設(shè)計(jì)與調(diào)試大部分程序，輸入信號(hào)可以用模擬開關(guān)替換，通過觀看二極管的顯示情況就可以知道PLC的輸出狀態(tài)。如果突然出現(xiàn)故障可以參照PLC上發(fā)光二極管以及編程器反映出來的信息，立馬找到出現(xiàn)故障的設(shè)備。假如是自身發(fā)生了問題，這種情況下可以更換模塊的方法去解決故障。它的這些優(yōu)點(diǎn)不僅使維護(hù)效率大為提升，而且又使對(duì)生產(chǎn)的不良影響減少到非常小的水平，同時(shí)又保障了生產(chǎn)。[3] 4.2PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 本設(shè)計(jì)的X6132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。 4.3 PLC和I/O擴(kuò)展模塊的選型 選擇能滿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)換開關(guān)SA1和換刀開關(guān)SA2和SA3不能直接接到PLC的輸入端口來實(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、常閉按鈕（SB7~SB12）來實(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)，輸出滿足控制要求，輸入不滿足。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。 4.4 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，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。X6132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 信號(hào)名稱 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) PLC線圈編號(hào) 輸入信號(hào) 主軸啟動(dòng)開關(guān) 常開SB1,SB2 X0 主軸反接制動(dòng) 常閉SB3,SB4 X1 主軸反接制動(dòng) 常開SB3,SB4 X2 快速進(jìn)給 常開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 4.5 系統(tǒng)電氣控制接線圖設(shè)計(jì) 系統(tǒng)供電電源采用三相線制供電。供電電源等級(jí)為AC380V±5％，50Hz，系統(tǒng)PLC接線圖，繼電器接線圖和主電路圖如圖4-1到4-3所示。 圖4-1 PLC接線圖 如圖4-1所示，PLC的供電為220V交流電，輸入端開關(guān)量信號(hào)一端接PLC的COM端，輸出段COM接開關(guān)電源0V段，輔助繼電器一端接開關(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QM1、QM2、QM3熱保護(hù)斷路器保護(hù)。QF1為開關(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。 4.6 本章小結(jié) 本章是本文的重點(diǎn)，主要介紹了X6132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、接線等。思路清晰，目的明確。 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 5.1 三菱GX Developer 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】中輸入具體名稱，如“X6132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 編寫好梯形圖后，緊接著便能編譯、鏈接和調(diào)試等操作。編譯過程中沒有出現(xiàn)問題，在線運(yùn)行便可以進(jìn)行。當(dāng)出發(fā)現(xiàn)問題而需要調(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，如果沒有出現(xiàn)語法上的問題，可以把程序上傳到PLC中，在線運(yùn)行。 根據(jù)X6132萬能銑床的控制要求，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 X6132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X17、X1，則X17、X1的常開觸點(diǎn)閉合，按下啟動(dòng)按鈕SB1或SB2時(shí)，X0常開觸點(diǎn)閉合，Y0、線圈得電并自鎖，在圖5-5中Y0常開觸點(diǎn)閉合，中間繼電器M2線圈得電，其常開觸點(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常開觸點(diǎn)復(fù)位，Y0線圈失電，主軸慣性運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)X2常開觸點(diǎn)閉合，M0線圈得電接通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常開觸點(diǎn)閉合