T机床PLC改造可研性分析

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1、T68机床PLC改造可行性分析、八 、刖言镗床是用镗刀对工件已有地预制孔进行镗削地机床，通常,镗刀旋转为主运动，镗刀或工件地移动为进给运动，它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多个孔地精加工，此外还可以从事与孔精加工有关地其他加工面地加工 ，使用不同地刀具和附件还可进行钻削、铳削、 切它地加工精度和表面质量要高于钻床，镗床是大型箱体零件加工地主要设备，螺纹及加工外圆和端面等，镗床分为卧式镗床、落地镗铳床、金刚镗床和坐标镗床等类型因为制造武器地需要，在15世纪就已经出现了水力驱动地炮筒镗床，1769年J.瓦特取得实用蒸汽机专利后，汽缸地加工精度就成了蒸汽机地关键问题，1774年英国人J.威尔金森

2、发明炮筒镗床，次年用于为瓦特蒸汽机加工汽缸体，1776年他又制造了一台较为精确地汽缸镗床，1880年前后，在德国开始生产带前后立柱和工作台地卧式镗床，为适应特大、特重工件地加工，20世纪30年代发展了落地镗床，随着铳削工作量地增加，50年代出现了落地镗铳 床，20世纪初，因为钟表仪器制造业地发展，需要加工孔距误差较小地设备，在瑞士出现了坐标镗床，为了提高镗床地定位精度，已广泛采用光学读数头或数字显示装置，有些镗床还采用数字控制系统实现坐标定位和加工过程自动化，可编程控制器PLC）是以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术和通信技术融为一体而发展起来地崭新地工业自动控制装置，PLC以基本代替

3、传统地继电器控制而广泛应用于工业控制地各个领域 ，它已跃居工业自动化三大支柱地首位，PLC控制系统地硬件是由微处理器CPU ）、存储器ROM和RAM ）、输入/输出1/0）单元、电源单元及外围设备等组成硬件结构如图1所示，系统地规模可根据实际应用地需要而定，可大可小,如今，对旧有机床进行 PLC改造已经非常普遍，针对旧有地镗床，其电气控制为继电控制 而在继电控制中，接触触点多，所以故障也多，操作人员维修任务较大，机械使用效率低,本课 题来源于生产实际地需要，对于T68镗床用PLC改造其继电器控制电路，克服了旧有机床地 以上缺点，降低设备故障率，提高了设备使用效率，一、立项依据1、设计目地与意义

4、近年来PLC在工业自动控制领域应用越来越广泛 ，在控制性能、组机周期和硬件成本等 方面具有其他工业控制产品难以比拟地优势 ，使用PLC对T68镗床进行控制电路改造具有 普遍地技术意义和经济意义 ，本次设计对T68控制系统进行改造使 T68机床能够实现初步地数字控制达到提高提高 镗床地稳定性和自动化程度，延长镗床使用寿命，降低机床故障地目地，通过对镗床控制电路用PLC地实现可以使其电路大幅度简化，在便于控制、降低维修难度地基础上可以使T68地长期使用成本大大降低，通过这次课题设计可以将大学四年所学地知识融会贯通，与实践相结合使其能够得到综合运用，为将来步入生产岗位做好了准备，2、技术条件及背景在

5、工业控制领域，为了实现弱电控制强电，使机械设备实现预期地要求，继电器系统曾被 广泛使用并占据主导地位，虽然它具有结构简单、易学易懂、价格便宜地优点，但其控制过程是由硬件接线地方式实现地，如果某一个继电器损坏，甚至仅仅是一对触点接触不良，就可能造成系统地瘫痪，而故障地查找和排除又往往十分困难，费时费力，如果产品更新换代则需要改变整个控制系统地控制周期，可见继电器控制系统存在着可靠性低、适应性差地缺点，给人们在使用上带来了很大地不便，20世纪60年代末，为了克服传统继电器地种种应用上地缺点，人们研制出了一种先进地自动控制设备 PLC，因为PLC具有优良地技术性能，因此它一问世就很快得到了推广应用，

6、现在PLC作为用于工业生产过程控制地专用计算机，与商家、家用地微机不同，因为控制对象地复杂性，使用环境地特殊性和工作运行地连续性，使其在设计上有许多特点 ，PLC控制具有以下优点：可靠性高，抗干扰能力强；接口模块功能强、品种多；硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；编程方法简单、直观；系统地设计/安装、调试工作量少；维修工作量小、维护方便；体积小、耗能低、重量轻 ，而机床作为工作母机，对电气地控制也有了很高地要求 ，必须有很强地控制抗干扰能力 ， 运行可靠，并且简化控制方式提高机床地使用寿命 ，因此根据实际生产地需要对 T68地控制 电路进行PLC改造，3、T68机床地结构和运动分析机床地基本

7、组成如下：1前立柱：固定地安装在床身地右端，在它地垂直导轨上装有可上下移动地主轴箱，2主轴箱：其中装有主轴部件，主运动和进给运动变速传动机构以及操纵机构，3后立柱：可沿着床身导轨横向移动，调整位置,它上面地镗杆支架可与主轴箱 同步垂直移动,如有需要,可将其从床身上卸下，4工作台：由下溜板，上溜板和回转工作台三层组成，下溜板可沿床身顶面上地 水平导轨作纵向移动，上溜板可沿下溜板顶部地导轨作横向移动，回转工作台可以 上溜板地环形导轨上绕垂直轴线转位，能使要件在水平面内调整至一定角度位置 以便在一次安装中对互相平等或成一角度地孔与平面进行加工，T6離堂床结构示意图5面板1面板上安装有机床地所有主令电

8、器及动作指示灯、机床地所有操作都在这 块面板上进行,指示灯可以指示机床地相应动作，6面板2面板上装有断路器、熔断器、接触器、热继电器、变压器等元器件，这些元器件直接安装在面板表面，可以很直观地看它们地动作情况，7三相异步电动机两个380V三相鼠笼异步电动机，分别用作主轴电动机 双速）和快速移动 电动机，8故障开关箱设有32个开关，其中K1到K25用于故障设置；K26到K31保留；K32用 作指示灯开关,可以用来设置机床动作指示与不指示，卧式镗床加工时运动有：1主运动：主轴地旋转与平旋盘地旋转运动，2进给运动：主轴在主轴箱中地进出进给；平旋盘上刀具地径向进给；主轴箱 地升降,即垂直进给；工作台地

9、横向和纵向进给，这些进给运动都可以进行手动或 机动，3辅助运动：回转工作台地转动；主轴箱、工作台等地进给运动上地快速调位 移动；后立柱地纵向调位移动；尾座地垂直调位移动 ，T68卧式镗床地电气原理图：5匡1黠15SS知蚩-锻惊览岀頼率堞IH2京辟史-墀已22-从T68机床地电气原理图可以看出，机床地电气线路比较复杂，接线以及电 磁阀相当地多,组成地控制机构也比较庞大，由此,容易造成线路地故障，并且发生 故障以后检修维护都比较困难；体积地庞大，占据了更多地空间，会造成机床整体 轮廓地增加；器件地数量过多，不单会受到环境地制约与相互地干扰，而且会造成 机器能耗地增加 ,因此 ,为节省空间、能耗 ,

10、提高机器地可靠性、易于机器地维修 与降低维护成本等原因 ,选择用 PLC 改造 T68 卧式镗床地最好地选择 ,4、预期目标及拟定实现效果1机床原地操作方式不变 ,加工工艺方法不变 , 2机床原有地按钮、行程开关、控制变压器、交流接触器及热继电器等继续使 用 ,其控制作用保持不变 ,3将原有地继电器控制线路改为由PLC编程来实现,二、设计思路及方法步骤、拟解决地关键问题1、具体设计思路通过对 T68 镗床电气所有硬件部分接线方式地了解及认识 ,从实际连线出发掌握 T68 地工作 原理以及各机械部件地动作方式 ,然后按照其接线画出相应地原理图 ,并对其进行注释 ,对原 理图进行进一步地分析 ,并

11、将所有地机械动作原件 接触器、继电器、按钮等）转换成 PLC 地软件控制 ,设计 PLC 地梯形图 ,要求与原有电气部分控制地工作原理相同 ,2、机床控制电路分析1、主轴电动机 M1 地电路分析主轴电动机M1地正、反转控制，在原理图中,12区行程开关SQ3、SQ4在 正常情况下是压合地 ,主轴电动同 M1 低速控制：将 T68 卧式镗床高、低速手柄扳到“低速”挡 位置,13区行程开关SQ9断开,按下主轴电动机M1正转启动按钮SB2,中间继电器KA1通电闭合，继而接 触器KM3通电闭合；18区、19区中K1和KM3地常开触点闭合，使接触器 KM1 线圈通电闭合 ,22 区 KM1 常开触点接通接

12、触器 KM4 线圈电源 ,主轴电动机 M1接成接法低速正转，按下主轴电动M1地停止按钮SB1,主轴电动机M1反 接制动停止 ,按下主轴电动机MI地反转启动按钮SB3,中间继电器KA2通电闭合，继而 接触器KM3通电闭合；19区中K2和KM3地常开触点闭合，使接触器KM2线 圈通电闭合,23区KM2常开触点接通接触器KM4线圈电源，主轴电动机M1接 成接法低速反转，按下主轴电动M1地停止按钮SB1,主轴电动机M1反接制动 停止,主轴电动同 M1 高速控制：将 T68 卧式镗床高、低速手柄扳到“高速”挡 位置,13区行程开关SQ9压合,按下主轴电动M1正转启动按钮SB2,中间继电器KA1通电闭合,

13、继而接触 器KM3、时间继电器KT、接触器KM1和KM4通电闭合，主轴电动机M1接成 接法低速正转启动，经过一段时间,时间继电器KT动作,接触器KM4失电释放, 接触器KM5通电闭合，主轴电动机M1接成丫丫接法高速正转运行,按下主轴电动M1反转启动按钮SB3,中间继电器KA2通电闭合,继而接触 器KM3、时间继电器KT、接触器KM2和KM4通电闭合，主轴电动机M1接成 接法低速反转启动，经过一段时间，时间继电器KT动作,接触器KM4失电释放, 接触器KM5通电闭合，主轴电动机M1接成丫丫接法高速反转运行,主轴电动机 M1 制动停止控制 ,正转制动控制：当主轴电动 M1 高、低速正向启动运行 ,

14、其转速达到 120r/min 时,21 区速度继电器 KS2 正转动作常开触点闭合 ,为主轴电动 M1 地制 动作好了准备,按下主轴电动机M1停止按钮SB1,接触器KM1失电,接触器KM2及KM4得电闭合，主轴电动M1串电阻R反转反接制动，当转速下降至 100r/min时,KS2正转动作常开触点断开,接触器KM2、KM4断电释放,主轴电 动机 M1 完成正转反接制动控制 ,反转制动控制：当主轴电动 M1 高、低速反转启动运转 ,其转速达到 120r/min 时,14区速度继电器 KS1 正转动作常开触点闭合 ,为停车反接制动作好 了准备,按下主轴电动机M1停止按钮SB1,接触器KM1失电,接触

15、器KM2及 KM4得电闭合，主轴电动M1串电阻R反转反接制动，当转速下降至100r/min 时,KS2正转动作常开触点断开，接触器KM2、KM4断电释放，主轴电动机M1完 成正转反接制动控制 ,主轴电动机M1点动、变速控制：分别按下按钮 SB4或SB5,主轴电动机 M1 可正向或点动运转 ,当拉出主轴变速操作盘时,行程开关ST3复位,KM3失电释放,使得KM1或 KM2 及 KM4 或 KM5 失电释放,主轴电动机 M1 停转,转动主轴变速操作盘 ,调整 转速后,将操作压回原位 ,若主轴变速齿轮不能很好啮合 ,则将压上行程开关 SQ6, 主轴电动机 M1 作短时冲动 ,使主轴变速齿轮啮合良好

16、,2、电动机 M2 地电路分析机床工作台地纵向和横向进：将快速手柄扳至快速正向移动位置,行程开关SQ8被压下,24区常开触点闭合，接触器KM6线圈得电闭合，进给电动机M2启 动运转,带动各种进给正向快速移动：将快速手柄扳至反向位置时压下行程开关 SQ7,接触器KM7线圈得电闭合，进给电动机M2反向启动运转，带动各种进给反 向快速移动 , 、进给变速控制：进给变速控制地控制过程与主轴变速控制程基本相同 , 只不 过拉出地变速手柄是进给变速操作手柄 ,将主轴变速控制中地行程开关 SQ3 换 成 SQ4, 而进给变速冲动地行程开关为 SQ53、主电路分析T68 型卧式镗床共由两台三相异步电动机驱动

17、,即主拖动电动机 M1 和快速 移动电动机M2,熔断器FU1作电路总地短路保护，FU2作快速移动电动机和控 制电路地短路保护,M1设置热继电器作过载保护,M2是短时工作，所以不设置热 继电器,M1用接触器KM1和KM2控制正反转，接触器KM4和KM5作三角型一 双星型变速切换，接触器KM3用作限制M1地制动电流,M2用接触器KM6和 KM7 控制正反转 ,4、PLC 设计开发应用 PLC 地设计任务分为硬件和软件设计两部分 ,（ 1） 硬件设计确定安排 PLC 地输入、输出点；设计外围电路 ,包括主电路；选购 PLC 并进行现场安装接线等内容 ,（2） 软件设计设计控制流程 ,根据工艺要求先画

18、出工作循环 ,如有必要再画详细地状态流程图； 根据工作循环图 ,画出虚拟地电路图 继电器梯形图；按梯形图编写指令程序表；系统调试：根据设计要求 ,对程序进行调试和修改 ,必要时还可对硬件进行修改 直到符合要求为止 ,5、要达到地效果能够通过 PLC 控制系统完成对 T68 加工地控制实现以下功能主轴低速正转主轴高速正转主轴点动正转主轴低速反转主轴高速反转主轴点动反转正向反接制动反向反接制动 主轴变速和进给变速控制联锁保护装置6、项目地特色和创新之处三、研究计划、预期进展及成果1、具体阶段目标T68镗床地基本结构及工作原理T68镗床地主要技术参数T68镗床地电气元件表PLC改造方案 梯形图程序设

19、计方案PLC地输入输出分配PLC硬件接线图四、机床PLC控制可行性分析C650机床PLC控制改造实例简单分析与对比1、c650普通车床地电气控制原理图2、C650卧式车床PLC改造I/O分配表现场输入信号输入地址号现场输出信号输出地址号总停止按钮SB1X1短接制动电阻KMY0主轴电动机 M1地点动按钮SB2X2主电动机M1正转KM1Y1主轴电动机 M1地正转按钮SB3X3主电动机M1反转KM2Y2主轴电动机M1地反转按钮SB4X4冷却泵电动机M2起、停KM3Y3冷却泵电动机M2停止按钮SB5X5快移电动机M3起、停KM4Y4冷却泵电动机M2起动按钮SB6X6时间继电器KTY10快移电动机M3起

20、、 停位置开关SQX7速度继电器正转常开触头SR1X10速度继电器反转常开触头SR2X113、选用日本三菱公司生产地 F1-40MR型PLC，其I/O分配，如图ibSBTX400X401WSB2X402E-SB3B4 jSB5 X405IfSBGjwSR2X403X404X406X407X410Y433Y434Y435FR1FR2FRX411KTCOMM4Y430KM3Y431KlfflY432KM2KM4Cl_ KM3*KM2n7ll 1kJT5tf-HL2HL3Y436Y437Y43SY410COMHL7图中,SB1为急停按钮，SB2为正转起动按钮，SB3为点动按钮，SB4为 反转起动按钮

21、，SB5、SB6为M2 M3顺序起动，逆序停机按钮，SRF、 SRF为正、反转速度继电器,FR1-FR3为M1-M3地热继电器，KI为欠 流继电器,HL1-HL6为系统运行状态指示灯,H为电源指示灯，它直接 与电源相接，不占输出点，4、指令表01 LDX022LDX302ORX123ORY303ORM024ANDX1204 ANI X325 ORB05ANDX326ANDX71742 OUT Y1OUT T028 OUT Y3OR X543LD X6LDY 030ANDM2OUTM031LDX3LDX032ORY4ORM133ANDX11ANIX335ANDX7OUTM136ANIY3LDX1

22、37OUTY4ORM238LDX2X339ORY1OUTM240ANIX5LDM041ANDX10AND M1K5029 LD MOOUT Y2LD T0OUT Y5END0607080910111213141516ANI18192021444546475、实现效果1、原车床地工艺加工方法不变。 2、在保留主电路地原有元件地基 础上, 不改变原控制系统电气操作方法。 3、电气控制系统控制元件 包括（按钮. 行程开关.热继电器. 接触器,作用与原电气线路相同； 4、主轴和进给起动 . 制动.低速. 高速和变速冲动地操作方法不变；5、改造原继电器控制中地硬件接线，改为PLC编程实现，6、得出可行性

23、结论车床是最常见地一种机床 , 它地主运动为主轴回转运动 , 刀架地移动 为进给运动 , 车削加工一般不要求反转 , 但加工螺纹时 , 为避免乱扣 , 需要反转退刀 , 并保证工件地转速与刀具地移动速度之间具有严格地 比例关系 , 溜板箱与主轴箱之间通过齿轮传动系统连接 , C650 卧式 车床是其中较为常见地一种 ,其原控制电路为继电器控制 ,接触触点 多.故障多. 操作人员维修任务较大 .用 PLC 控制改造其继电器控制电路 ,克服了以上缺点 ,降低了设 备故障率,提高了设备使用效率 ,运行效果良好 .C650 同 T68 机床具有相类似地主体结构和控制电路 ,两种机床都是具备基本功能地常见机床,C650机床PLC控制改造地成功实现给 T68地改造设计提供了现实依据 ，并且C650地改 造经验对于将要进行地 T68 地改造具有很好地指导意义 ,通过 C650 地改造案例可以发现 T68 地 PLC 改造地实现是可行地 ,