课程设计报告-X62W万能铣床改造.doc

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1、X62W万能铣床改造第一章 X62W万能铣床的构成及控制要求第一节 X62W万能铣床的构成 万能铣床是种通用的多用途机床，它能对各种零件进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，还可以加装万能铣头和圆工作台来扩大加工范围。1X62W型万能铣床的型号及含义2X62W型万能铣床的结构X62W万能铣床主要由床身、主轴、刀杆、横梁、刀杆挂脚、工作台、回转盘、横滑板、升降台和底座等几部分组成，它的外型如图1所示。图1：铣床的结构 箱型的床身固定在底座上，在床身内装有主轴的传动机构和变速操纵机构。在床身的顶部有对平导轨，上面装着带有一个或两个刀杆支架的悬梁。刀杆支架用来撑铣刀心轴的一端，心轴另一端则固定在主

2、轴上，由主轴电动机通过弹性联轴器驱动主轴，带动铣刀切削。工作台面的移动是由进给电动机驱动。它通过机械机构使工作台能三种形式六个方向移动，即：工作台面能直接在溜板上部可转动部分的导轨上作左右移动；工作台面借助横溜板作前后移动；工作台面还能借助升降台作上下移动。工作台上有T型槽来固定工件。这样安装在工作台上的工件就可以在3个坐标轴的6个方向上调整位置或进给。 此外，由于回转盘可以绕中心转过一个角度（通常是45），因此工作台在水平面上除了能在平行或主轴线方向进给外，还能在倾斜方向进给，可以加工螺旋槽，故称万能铣床。 第二节 X62W万能铣床的控制要求 1.控制要求: (1)洗削有顺铣和逆铣两种加工方

3、式，所以要求主轴电动机能正反转，但由于正反转操的操作并不是很频繁，大多数情况下是用一种方向铣削，并不需要经常改变电动机转向。因此，可以用万能转换开关实现主轴电机的正反转。 （2）铣刀是一种不连续的切削，在工作的时候，容易使机械传动系统发生某些振动，为了避免发生这种现象，在主轴系统中装有惯性轮，为了解决停车费时间的问题所以在高速切削时故采用电磁离合器制动以实现准确停车。 （3）工作台要求有前后、左右、上下六个方向的进给运动和快速移动，所以要求进给电动机能正反转，并通过操纵手柄和机械离合器相配合来实现。为了扩大加工能力，在工作台上可以加装圆形工作台，圆形工作台的回转运动是由进给电动机经传动机构驱动

4、。 2.电气联锁措施 （1）为了防止机械的损坏，要求只有主轴旋转后，才允许有进给运动和进给方向的快速移动。 （2）为了提高加工表面的光滑度，只有进给停止后主轴才能停止。本机床在电气上采用了主轴和进给同时停止的方式，但由于主轴运动的惯性很大，实际上就保证了进给运动先停止，主轴运动后停止的要求。 （3）六个方向的进给运动中只能有一种运动产生，本机床采用了机械操纵手柄和位置开关相配合的方式来实现六个方向的联锁。 （4）主轴和进给运动采用变速盘来进行速度选择，为了保证变速齿轮进入良好啮合状态，两种运动都要求变速后作瞬时冲动。 （5）主轴电动机或冷却泵电动机过载时，进给运动必须立即停止，以免损坏工具。

5、（6）要求有冷却系统、照明设备及各种保护措施。第三节 X62W万能铣床的硬件1.LW5系类万能转换开关万能转换开关 万能转换开关主要作为控制线路的转换、电气测量仪表的转换，以及配电设备的远距离控制，也可以作为小容量电动机的启动、制动、换向及变速控制。由于开关的触头档数多，换接线路多、用途又广泛，所以叫他万能转换开关。图2 万能转换开关由很多层触头底座叠装而成，每层触头底座装有一副或三副触头和一个装在转轴上的凸轮，操作时，手柄带动转轴和凸轮一块旋转，凸轮就可以接通或分断触头。万能转换开关的电气图形及文字符号如图3，图示“”代表一路触头，横的虚线表示手柄的位置，“0”、“1” 、“2”表示手柄的档

6、位。在每一个位置上哪一路接通，就在下面用黑点表示。 X62W万能铣床有顺铣和逆铣两种加工方式，要求电机正反转，选用万能数字转换开关，是因为使用不是很频繁 图2 图3 2.电磁离合器 DLMX-5湿式多片电磁离合器主要是用于机械传动部分，可在主动进行运转的情况下，使从动部分与主动部分结合或分离。工作原理：当线圈通电时，磁力线穿过摩擦片将衔铁吸住，衔铁将摩擦片压紧，内外摩擦片通过联结及花键套进行扭矩传递。图4第二章 X62W万能铣床的工作原理第一节 主电路的工作原理 X62W万能铣床电气控制线路图 1.主电路中共有三台电动机，M1是主电机，拖动主轴带动铣刀进行铣削加工；M2是冷却泵电动机，供应冷却

7、液；M3是工作台进给电动机，拖动升降台及工作台进给。三台电动机共用一组熔断器FU1做短路保护。过载保护是主电动机和进给电动机设有热继电器的作用。只有主电动机启动后冷却泵电动机才可开动。其中SQ2是由手动开关控制。进给电动机是用接触器KM3和KM4进行换向来实现正反转的。 第二节 控制电路的工作原理 1.主轴电动机的控制 SB1和SB2是控制线路中的启动按钮、SB5和SB6是停止按钮是两地控制按钮，分别装在机床两处，方便操作。KM1是主电动机M1的启动接触器，YC1是主轴制动用的电磁离合器，SQ1是主轴变速冲动的行程开关。主轴电动机是经过弹性联轴器和变速机构的齿轮传动链来实现传动的，可使主轴获得

8、十八级不同的转速。 （1）主轴电动机的启动 启动前先合上电源开关QS1，然后按启动按钮SB1，接触器KM1线圈得电吸合，主触头闭合，主轴电动机M1连续运转。 （2）主轴电动机的停车制动 当铣削完毕，需要主轴电动机M1停车时，按停止按钮SB5，接触器KM1线圈断电释放，主轴电动机M1失电，同时由于SB5-2或SB6-2接通电磁离合器YC1，对主轴电机进行制动。当主轴停车后方可松开停止按钮。 （3）主轴变速的冲动控制 主轴变速时的冲动控制，是利用变速手柄与冲动行程开关SQ1通过机械上的联动机构进行控制的。 将变速手柄拉开，啮合好的齿轮脱离，可以用变速盘调整所需要的转速（实质是改变齿轮传动比），然后

9、将变速手柄推回原位，使变了传动比的齿轮组重新啮合。由于齿与齿之间的位置不能刚好对上，因而造成啮合困难。若啮合时齿轮系统能冲动一下，啮合将十分方便。当手柄推进时，手柄上装的凸轮将弹簧杆推动一下位置开关SQ1，SQ1的常闭触头SQ1-2先断开，然后常开触头SQ1-1闭合使接触器KM1通电吸合，电动机M1启动，但紧接着凸轮放开弹簧杆，SQ1复位，常开触头SQ1-1先断开，常闭触头SQ1-2闭合，电动机M1断电。此时并未采取制动措施，故电动机M1冲动使齿轮系统抖动，保证了齿轮的顺利啮合。 2.工作台进给电动机的控制 （1）圆形工作台的控制 为了扩大机床的加工能力，可在机床上安装附件圆形工作台，这样可以

10、进行圆弧或凸轮的铣削加工。当需要圆工作台运动时，将转换开关SA2扳倒接通位置，则触头SA2-1和SA2-3断开，SA2-2闭合。接触器KM3通电吸合，电动机M2连续正传。 在圆工作台开动时，其余进给一律不准运动，若有误操作，拨动了进给手柄中的任意一个，则必然会使位置开关SQ3SQ6中的某一个被压动，则其常闭触头将断开，使电动机停转，从而避免了机床事故。 按下主轴停止按钮SB5或SB6，主轴停转，圆工作台也停转。 当不需要圆工作台旋转时，转换开关SA2扳到断开位置，此时触头SA2-1和SA2-3闭合，SA2-2断开，以保证工作台6个方向的进给运动，可见圆工作台的旋转运动和6个方向的进给运动也是联

11、锁的。 （2）工作台左右进给运动 工作台的左右运动是由左右进给操纵手柄来控制，操作手柄与位置开关SQ5和SQ6联动，有左、中、右三个位置。 手柄扳向左或右位置时，手柄压下位置开关SQ5，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通电吸合，电动机M3连续正转或连续反转，拖动工作台向左或右运动。 （3）工作台上下和前后进给 操纵工作台上下和前后运动是用一个手柄控制的。该手柄与位置开关SQ3和SQ4联动，有上、下、前、后、中5个位置。 当手柄扳至下或前位置时，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通电

12、吸合，电动机M3连续反转，拖动工作台向下或向前运动。 当手柄扳至上或后位置时，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通电吸合，电动机M3连续正转；拖动工作台向上或向后运动。 当手柄扳到中间位置时，位置开关SQ3和位置开关SQ4均未被压合，工作台无任何进给运动。 （4）左右进给手柄与上下前后进给手柄的联锁控制 在两个手柄中，只能进行其中以个进给方向上的操作，这是因为在控制电路中对两者实现了联锁保护。如当把左右进给手柄扳向左时，若又将另一个手柄扳到向下进给方向，则位置开关SQ5和SQ4均被压下，触头SQ5-2和SQ4-2均分断，断开了接触器KM3和K

13、M4的通路，电动机M3只能停转，保证操作安全。 （5）进给变速冲动的控制 和主轴变速一样，为使齿轮进入良好的啮合状态，也要做变速后的瞬时电动，在进给变速时，必须先把进给操纵手柄放在中间位置，然后将变速盘往外拉，使进给齿轮松开，待转动变速盘选择好以后，将变速盘向里面推。在推进时，挡块压动位置开关SQ2，是常闭触头SQ2-2断开，常开触头SQ2-1闭合，接触器KM3通电吸合，电动机M2启动。但随着变速盘复位，位置开关SQ2复位，接触器KM3失电，电动机失电停转。这样以来，使电动机接通一下电源，齿轮系统产生一次抖动，使齿轮啮合顺利进行。 （6）工作台的快速移动 6个进给方向的快速移动是通过两个进给操

14、作手柄和快速移动按钮配合实现的。安装好工件后，按下按钮SB3或SB4接触器KM2通电吸合，常闭触头分断，切断电磁离合器YC2，两对常开触头同时闭合，接通电磁离合器YC3和接通进给控制电路。离合器YC2使齿轮传动链与进给丝杠分离，离合器YC3使电动机M3与进给丝杠直接搭合。进给的方向，由进给操作手柄来决定。当快速移动到预定位置时，松开SB3或SB4，接触器KM2断电释放，YC3断开,YC2吸合，工作台的快速移动停止，仍按原来方向做进给运动。第三章 PLC的控制技术第一节 PLC的构成虽然PLC的制造厂家很多，其系列型号琳琅满目，但一般而言，PLC的基本组成可用图5表示，由中央处理器单元（CPU板

15、）、输入接口部件、输出接口部件、输出接口部件和电源部件等四部分组成。 图5：PLC基本组成CPU板是控制器的核心，许多厂家的PLC的都采用单片机作为CPU板，其内部一般包括CPU单元、储存起去、内部I/O通道等。为了减少对机内单片机内存容量要求的压力，许多PLC的CPU内部除数据存储器外，其程序储存器通常仅储存PLC系统管理程序，而用户程序则采用单片机片外扩展的方法来解决。输入输出（I/O）部件是连接现场设备与CPU板之间的接口电路。由于PLC要满足工业生产现场恶劣环境的要求，I/O部件通常需要针对工业环境等实际情况来采取必要的措施进行设计，以满足抗干扰方面的要求。电源部件为PLC内部其他各部

16、件提供合适的电压稳定的电源。从结构形式上看，PLC可分为整体形式结喉和模块形式结构。对于整体形式结构，四个基本部件部分安装在同一机壳内；对于模块式结构，四个基本部件各自独立封装，成为独立的模块，各模块之间通过机架和总线连接。小型PLC一般为整体式结构，大、中型PLC则多为模块式结构。不管是整体式或模块式PLC，由于总线都是可对外开放的，其I/O在总点数不超过选定机型规定的条件下，都可根据用户的需要进行组合和扩展。第二节 PLC的分类及特点1.分类（1）从组成结构形式分可分为一体化整体式PLC和模块式结构化PLC（2）按I/O点数及内存容量分：1）超小型PLC 2）小型PLC 3）中型PLC 4

17、）大型PLC 5）超大型PLC（3）按输出形式分1）继电器输出为有触点输出方式，适用于低频大功率直流或交流负载图6：继电器输出型2)晶体管输出为无触点输出方式，适用于高频小功率直流负载图7：晶体管输出型（NPN集电极开路）3)晶闸管输出为无触点输出方式，适用于高速大功率交流负载图8：晶体管输出型（PNP集电极开路）2.特点（1）可靠性高、抗干扰能力强（2）编程简单、使用方便（3）设计、安装容易，维护工作量少（4）功能完善、通用性好，可实现三电一体化 PLC将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体。（5）体积小、能耗低（6）性能价格比高第三节 输入输出接口PLC输入输

18、出接口的主要功能是与外部设备联系。I/O接口技术对PLC能否在恶劣的工作环境中可靠工作起着关键的作用。PLC的I/O接口可分为开关I/O和模拟I/O两类。1.开关量输入输出接口开关量I/O又称为数字量I/O或离散量I/O。PLC以开关量顺序控制见长。任何一个生产设备或过程的控制与管理，几乎都是按步骤顺序进行的，工业控制中80%以上的工作都可以有开关量控制完成。2.模拟量输入输出接口模拟量I/O接口模板的主要功能是数据转换。输入数据有多路选择开关选定，经过A/D转换成为数字量，再经过光电隔离后送到输入锁存器供PLC调用。PLC处理的数字量由输出锁存器经光电隔离、D/A转换变成模拟量信号，再经过放

19、大驱动输出到外接设备，其原理如图所示。 模拟量输入模块的信号范围通常是：电压信号1-5V，+10V，0-10V；电信号0-20Ma。模拟量输入模块的分辨力多为12位，有的可达13位，其点密度常见的有2、4、8和16点。使用模拟量输入输出接口摸班时都应注意所选PLC的特殊限制，如模板总数限制、I/O总点数限制等，模块式PLC还应注意模板安装位置的限制。3.功能模板和智能模板功能模板通常指构成系统特殊功能所需的模板，主要有：人机对话、远程I/O、串行通讯、与上位机联网、高级语言、热备模板等。智能模板则是带自己独立的CPU芯片或相应控制的专用模板，有些智能模板还能在脱离PLC后正常工作，这类模板有：

20、温度传感器输入、高速计算器、PID调节、凸轮模拟器、阀位控制、位置控制、电动机轴定位控制等。第四节 可编程控制器的工作过程 CPU不能同时处理多个操作任务，而只能按分时操作原理，每一时刻执行一个操作，一个操作完成后再接着执行下一个操作。这种分时操作过程称为CPU对程序的扫描过程。PLC的工作过程就是CPU扫描程序的过程，典型的PLC工作过程如图9所示。接通电源经过复位和初始化程序后，PLC开始进入正常的循环扫描工作。首先，PLC进行自诊断查错，检查系统硬件和用户程序存储器。若发现错误，PLC将切断一切输入，停止运行用户程序，并通过指示灯发出警报；如果属于一般性错误，则只要发出警报，等待处理，但

21、不停机。当检查未发现错误时，PLC将输入接口采样的输入信号从输入缓冲器读入，存放在映像存储器备用。接着，PLC从第一条指令开始，逐条执行用户程序，直到最后一条（通常是END指令，是PLC判断用户程序是否执行完的标志）。执行完用户程序后，再次复位WDT。设置WDT的目的是确保系统正常工作，如果在设定的时间内，WDT不能复位，则发出错误信号。然后，将存放在输出映像存储器的数据 送到输出锁存器锁存（由输出驱动电路通过输出端子输出给外设）。刷新I/O数据后，复位监控定时WDT（Watchdog Timer）。最后，PLC进入服务外设命令的操作。设置外设服务是为了方便操作人员的介入，有利于系统的控制和管

22、理，但并不影响系统的正常工作。若没有外设命令或外设命令处理完毕后，PLC自动再次进入自诊断操作，自动循环扫描运行。第 12 页 共 21 页第五节 输入输出（I/O）分配表根据X62W万能铣床的电气控制要求，定义PLC的I/O分配，如下表所示。编号功能输入继电器SB1主轴电机启动按钮X001SB5主轴电机停止及制动按钮X000SB3快速进给按钮X002FR1主轴电机过载保护X003FR2进给电机过载保护X004SA2-1正常进给转换开关X013SA2-2园工作台进给转换开关X014SA2-3正常进给转换开关X015SQ1主轴变速冲动X005SQ2进给变速冲动X006SQ3工作台向下、前进给X0

23、07SQ4工作台向后、上进给X010SQ5工作台向右进给X011SQ6工作台向左进给X012三相电源开关SA1作为总电源开关装在控制面板上。YC1为制动电磁铁，YC2为工作台正常速度电磁离合器，YC3为工作台快速电磁离合器。三个YC用通用继电器代替指示。编号功能输出继电器KM1 控制主轴电动机运行交流接触器Y000KM2控制进给电动机快速交流接触器Y001KM3控制进给电动机正转交流接触器Y002KM4控制进给电动机反转交流接触器Y003YC1主轴制动电磁铁Y005YC2工作台正常速度电磁离合器Y006YC3工作台快速电磁离合器Y007图9 PLC接线图第四章 X62W万能铣床的改造第一节 X

24、62W万能铣床继电器控制的缺点传统的X62W万能铣床进给电动机正反转频繁，所以是用接触器控制进给电动机的正反转，因而电气控制部分使用了很多交流接触器，这样就造成了接线复杂这一问题，线路复杂在日常检修中十分的不方便。同时交流接触器在机床日常生产中经常出现一些问题，导致机床出现故障影响生产，它动作速度慢、可靠性差，故障诊断与排除困难，所以会使工厂的生产力大打折扣。PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、设计、安装容易，维护工作量少、性能价格比高。所以本次课题利用可编程控制器控制来对机床进行改造。 第二节 机床的改造与PLC的选型1.机床改造 保留原有电气控制主电路，所有的输入、输出设备不变，将控制电路接

25、入PLC作为可编程控制的输入信号，按照铣床的工作流程进行程序编写。编写程序见附录1 2PLC的选型 这次改造的机床是X62W万能铣床它有12个输入点，加上两个热继电器保护共14个输入点，7个输出点，所以选用了三菱FX2-32MR可编程继电器。第三节 改造后的机床工作原理及优点1. 工作原理 （1）主轴电动机的启动：接通电源，按下X1，M2得电自锁，Y0得电主轴电动机工作。（2）主轴电动机的停止：按下X0，M2控制主轴电动机自锁线圈失电，电机停止。（3）主轴变速冲动控制：按下X5，控制主轴变速冲动的M3得电，M3接通主轴电机开始变速冲动。（4）圆形工作台的控制：按下X14，M11得电用时接通Y2

26、是进给电动机正转。在圆工作台开动时，其余进给一律不准运动，若拨动了进给手柄中的任意一个，则电机停止工作。（5）工作台左右进给运动：当按下X11时，M9得电，同时带动Y2得电实现工作台右进给。当按下X12时，M10得电，同时带动Y3得电实现工作台左进给。（6）工作台上下和前后进给运动：当按下X7时，M7得电，同时带动Y2得电工作台实现下、前进给。当按下X10时，M8得电，同时带动Y3得电实现工作台上、后进给。（7）工作台进给变速冲动：当按下X6时，M6得电，同时带动Y2得电实现工作台进给变速冲动。2. 改造后的优点通过改造X62W万能铣床的工作性能得到了很大的提高，工作稳定，接线简单，检修方便，

27、使生产效率得到了改善。改造后的X62W万能铣床电气控制线路PLC程序注释个人小结时间飞逝，转眼间四年的学习生涯即将结束！不禁惊叹时间飞快，当年进校的那种勃发现在依然可见对即将面对严峻挑战的社会我充满信心，我时刻准备着因为我每时每刻都在磨练。本次论文的设计我主要运用PLC技术对万能铣床进行改造，万能铣床因为使用了很多接触器所以线路复杂，会导致检修不方便，可靠性差等诸多问题，通过使用PLC就能让线路简化，减少接触器的使用，从而使铣床工作性能得到提高，工作稳定，检修方便等优点。当然在论文设计中，肯定还存在不足，还有很多我没解决的问题，但是我相信在以后的工作和学习中，通过不断的自我提高和经验的积累，一定会弥补不足和遗憾。我坚信，热情加信心，专业技能加优异的成绩；在竞争中学会从容，在挫折中学会微笑；做最坏得打算，尽最大的努力，这样的人生就会是胜利的人生。致谢这次课题设计中我遇到了许许多多的困难和挫折，但庆幸的是我的指导老师和我的同学们给了我很大的帮助，尤其是在最初的选题中给我们一个一个的把关，再到论文的撰写，给我们指导和建议。在这里我得要感谢帮助过我的老师和同学们，谢谢你们！参考文献1.常用机床控制线路检修技术施俊杰 常州技师学院2电力拖动控制线路与技能训练 李敬梅中国劳动社会保障出版社3.可编程序控制器及其应用王国海 中国劳动社会保障出版社第 21 页 共 21 页