基于PLC的万能铣床电气控制系统改造设计【含8张CAD图、说明书】
压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985摘 要可编程控制器(PLC )作为控制系统的核心装置,功能强大、性能稳定可靠。在现代工业自动化生产中得到了广泛的应用。取得了理想的控制效果。X62W型万能铣床是目前国内生产的结构比较完善,通用性能强,应用比较广泛的一种典型铣床。主要用于加工平面,斜面,沟槽和成形面以及螺旋面的加工。本机床刚性好,生产效率高,工艺范围广。但它的电气控制部分大多数还是采用传统的继电器控制,继电器、接触器是一些电磁开关。由励磁线圈、铁心磁路、触点等部件组成。通过继电器 接触器等其它控制元件的线路连接,可以实现一定的控制逻辑,从而实现设备的各种操作控制。本论文以X62W万能铣床为背景,对其电气控制系统进行PLC改造,理论与实践相结合,详细阐述了可编程控制器PLC技术在X62W万能铣床控制系统中的应用。论在程序设计之前,首先对现有铣床控制系统进行电路分析,了解其基本控制原理。而后对控制方案的论证与设计;本文利用三菱公司生产的FX2N系列PLC对其控制系统进行改造,最后利用其编程软件GX WORKS2软件进行程序的编写。关键词:可编程控制器,万能铣床,电气控制AbstractProgrammable 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 controlVII目 录摘 要IAbstractII1 绪论- 1 -1.1 课题目的及意义- 1 -1.2 可编程控制器国内外的发展1- 1 -1.2.1 国外PLC的发展- 1 -1.2.2国内PLC的发展- 2 -1.3 PLC的发展趋势- 3 -1.4 本文的设计任务- 3 -2 X62W万能铣床结构原理和硬件设计- 4 -2.1 X62W万能铣床结构组成及控制系统要求- 4 -2.1.1 X62W万能铣床的结构组成- 4 -2.1.2 X62W万能铣床控制系统的要求- 5 -2.2 X62W万能铣床系统硬件设计- 6 -2.3 本章小结- 8 -3 X62W万能铣床传统继电器控制系统设计- 9 -3.1 主电路设计- 9 -3.2.1 主电路分析- 9 -3.2 控制电路设计- 10 -3.2.1 主轴电机M1的控制- 10 -3.2.2 进给电动机M2的控制- 12 -3.2.3 冷却泵电动机及照明电路的控制- 15 -3.3 本章小结- 15 -4 X62W万能铣床PLC控制系统的硬件设计- 16 -4.1 PLC控制系统结构组成- 16 -4.2 PLC和I/O扩展模块的选型- 16 -4.3 PLC I/0的分配- 16 -4.4 系统电气控制接线图设计- 17 -4.5 本章小结- 19 -5 系统软件设计- 20 -5.1 三菱GX WORKS2 编程软件简介- 20 -5.2 X62W万能铣床PLC程序设计- 21 -5.3 本章小结- 25 -6 X62W万能铣床主轴零件的三维建模- 26 -6.1 Solidworks软件简介- 26 -6.2零件建模- 28 -6.3本章小结- 30 -总结- 31 -致 谢- 32 -参考文献- 33 -VIII1 绪论 1.1 课题目的及意义铣床作为机械加工的通用设备在内燃机配件的生产中一直起着不可替代的作用。铣床具有工作平稳可靠,操作维护方便,已成为现代生产中的主要设备。铣床主要是用于加工零件的平面、斜面、沟槽、成型面的加工机床。可以配置分度头、圆工作台、镗刀架、传动箱、铣夹头、平口钳等附件。其用途广泛,在机械行业的机床设备中占有相当大的比重。在传统控制方式中,铣床的电气控制系统普遍采用接触器和继电器控制形式,由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制,致使控制系统存在许多缺点,如控制系统的体积增大,耗电多,控制精度达不到要求,效率不高且易出故障,不能保证正常的工业生产等。近年来随着计算机控制技术的发展,并且各企业重视节源效益,铣床生产自动化控制水平也相应提高和不断深入。传统继电器控制技术逐渐被基于计算机技术而产生的PLC控制技术所取代。而PLC本身优异的性能使基于PLC控制的控制系统变的经济、高效、稳定且维护方便。这种控制系统对改造传统的继电器控制系统有普遍性意义。因此设计基于PLC控制技术的铣床控制系统有其巨大的经济价值、环保意义及实践意义。而通过本次毕业设计的我们可以更加深入的了解铣床的工作原理,了解解决X62W万能铣床控制系统所使用的方法;最主要的是学习了PLC在实际项目中的编程方法。1.2 可编程控制器国内外的发展11.2.1 国外PLC的发展 在上个世纪60年代,PLC开始初步进入市场,但是那时候的PLC的功能很简单,一般就逻辑和定时及技术等普遍性功能,由于使用PLC集成电路的硬件并没有进入规模比较大的那种生产,它的CPU依旧是由分立元件组成的。PLC最多可更换200300个继电器控制系统,与目前的PLC相比,它可以看作是一个怪物。全球第一个PLC是全球第一个可编程控制器PDP-14,由DEC在1969年开发。PLC在初形时主要的组成部分是分立元器件和中小集成电路,1971年,日本引进了美国的技术,并很快研制出了第一台可编程控制器DSC-18。1973年,西欧国家进入研发首部产品。中国发展这个是在1974年。进入20世纪70年代,电子技术慢慢发展起来了,通信的微型处理器运用PLC技术,不会像原来那样局限于逻辑运算。在1980年代,技术的迅猛发展,16位和32位的微处理器使得PLC的功能性越来越强。它的速度快同时体积与成本都减低,对于故障的一些检测更加灵活,所以使得它的可靠性提高了不少。当微处理器在出现不久之时就被迅速地引入PLC并使其在操作和处理等功能上提升了不少,同时完成了具有计算机功能的实际工业控制装置。可编程控制器的主要编程语言是梯形图,微机术与传统继电器完美契合的产物。在20世纪后期,PLC技术趋向于工业化,无论是控制规模还是控制能力上,它的应用都是属于比较简单的,已经广泛应用于各机械加工类或轻工类等。1.2.2国内PLC的发展中国应用PLC模式与国外并不一样,它在全球的发展是由开发、生产到应用,而在中国,成套设备的引进、可编程控制器的引进和应用、消化和移植、合资生产等广泛应用。中国改革开放,随着时代与经济文化的发展,外国制造商开始放眼中国市场,在中国设立办事处,甚至在中国设立亚太总部。国内的一些大中企业开始与国外企业展开合作,这样促进了一批技术引进,这也同时带动了可编程技术的发展。90年代的可编程的主流发展,虽然在数量上不占据优势,但是质量却大大提升了,代表了南京嘉等产品。中国的JH200, I/O是12到120点,具有高速计数器和模拟功能;杭州新箭公司D20P,则是12/8点,D100 的可以从40点扩大到120点;完全确定的RD100和RD200,前I/O为9/4点,2点模式为,后者为点,扩展函数有代码磁盘速度测量,热电偶温度计。模拟I/O,可连接32 RD200,实时与PC机进行通信。同时,中尺度可编程控制器也开始在中国出现。交通部上海航运研究所的STI2000, I/O为256点,当多个网络连接时却达到4096点。由北京和利力公司开发的Hollias-PLC可编程控制器,其典型产品是1024点的数字I/O,仿真。I/O的数量为256点,构建了TCP/IP通信接口。通过PROFIBUS-DP现场总线的主站,从站和远程I/O连接到管理网络,并与合作伙伴一起介绍InterControl G3小型可编程控制器系统。通过这些逐渐与国外技术比拼可以看出国内的可编程控制器已经进入了一个崭新的阶段。1.3 PLC的发展趋势全球都比较关注PLC的应用,对于它的需求逐年扩大。其技术不断升级,结构也在不断完善和调整。通过这些变化,控制产品的功能变得越来越强,价格比率也逐渐得到确认。(1)两极发展趋势的产品规模。一方面,对于型的微小的PLC目前在技术上也同样取得了进一步发展。另一方面,大容量的PLC也逐渐满足需求迎合市场。对于那些复杂且难于操作的技术或产品将逐渐淘汰,信息时代要求的是信息量大,储存量够并且一定要越快越好。(2)通信网络的发展。在这领域PLC的趋势发展应用网络控制系统。多PLC和上位机之间的网络通信应用越来越普遍。PLC的制造商现在正在研究他们自己的通信模块和通信软件,旨在提高PLC的网络能力。当然,一些制造商也在讨论一些通信标准,这使得构建网络系统成为可能。(3)模块化、智能化的开发。近年来,许多新的设备和模块已经占领市场,它们多以PLC控制系统为主技术,比如智能模块(I/O)、温度控制模块和检测身体外部故障的特殊模块。基本功能存在并依附于这些,并且系统的可靠性会更强。(4)编程工具和语言的多样化和标准化。制造商生产的硬件和编程工具经常发生变化、丰富和改进,使其基本组成部分,如I/O模块、编程语言和编程工具、通信协议和其他更加标准化和标准化的技术。1.4 本文的设计任务(1)阐述铣床的PLC控制系统设计目前研究的意义,同时简单介绍可编程控制器国内外的发展,确定其在X62W万能铣床控制系统中的可行性。(2)现有X62W万能铣床控制电路的研究。了解铣床的工作过程。确认其控制方案。(3)PLC程序的设计,包括控制方案的选取与设计、I/0接口信号的确定、模块的选择,控制程序的设计。- 34 -2 X62W万能铣床结构原理和硬件设计2.1 X62W万能铣床结构组成及控制系统要求2.1.1 X62W万能铣床的结构组成X62W万能卧式铣床主要构造由床身,悬梁及刀杆支架,工作台,溜板和升降台等几部分组成,其外形图如图2-1所示图2-1 X62W万能铣床结构图箱形的床身13固定在底座1上,在床身内装有主轴传动机构及主轴变速操纵机构.在床身的顶部有水平导轨,其上装有带着一个或两个刀杆支架的悬梁.刀杆支架用来支承安装铣刀心轴的一端,而心轴的另一端则固定在主轴上.在床身的前方有垂直导轨,一端悬持的升降台可沿之作上下移动.在升降台上面的水平导轨上,装有可平行于主轴轴线方向移动(横向移动)的溜板5.工作台7可沿溜板上部转动部分6的导轨在垂直与主轴轴线的方向移动(纵向移动).这样,安装在工作台上的工件可以在三个方向调整位置或完成进给运动.此外,由于转动部分对溜板5可绕垂直轴线转动一个角度(通常为450),这样,工作台于水平面上除能平行或垂直于主轴轴线方向进给外,还能在倾斜方向进给,从而完成铣螺旋槽的加工。其传动框图如图2-2所示图2-2 X62W万能铣床传动框图2.1.2 X62W万能铣床控制系统的要求(1) XA6132万能卧式铣床,主轴传动系统在床身内部,进给系统在升降台内,而且主运动与进给运动之间没有速度比例协调的要求。故采用单独传动,即主轴和工作台分别由主轴电动机,进给电动机拖动。而工作台进给与快速移动由进给电动机拖动;经电磁离合器传动来获得。(2)主轴电动机处于空载下起动,为能进行顺铣和逆铣加工,要求主轴能称实现正、反轨但旋转方向不需经常改变。仅在加工前预选转动方向而在加工过程中不交换。(3)铣削加工是多刀多刃不连续切削,负载波动。为减轻负载波加动的影响,往往在主轴传动系统中加入飞轮,使转动惯量加大,但为实现主轴快速停车,主轴电动机应设有停车制动。同时,主轴在上刀时,也应使主轴制动,为此本铣床采用电磁离合器控制主轴停车制动和主轴上刀制动。(4)工作台的垂直,横向和纵向三个方向的运动由一台进给电动机拖动,而三个方向的选择是由操纵手柄改变传动链来实现的。每个方向又有正反向的运动,这就要求进给电动机能正、反转。而且,同一时间只允许工作台只有一个方向的移动,故应有联锁保护。(5)使用圆工作台时,工作台不得移动,即圆工作台的旋转运动与工作台上下,左右,前后六个方向的运动之间有联锁控制。(6)为适应铣削加工需要,主轴转速与进给速度应有较宽的调节范围。XA6132万能铣床采用机械变速,改变变速箱的传动比来实现,为保证变速时齿轮易于啮合,减少齿轮端面的冲击,要求变速时电动机有冲动控制。(7)根据工艺要求。主轴旋转和工作台进给应有先后顺序控制,即进给运动要在铣刀旋转之后进行,加工结束后必须在铣刀停转前停止进给运动。(8)为供给铣削加工时冷却液,应有冷却泵电动机拖动冷却泵,供给冷却液。(9)为适应铣削加工时操作者的正面与侧面操作要求,机床应对主轴电动机的走动与停止及工作台的快速移动控制,具有两地操作的性能。(10)工作台上下、左右、前后六个方向的运动应具有限位保护。 (11)应有局部照明电路2.2 X62W万能铣床系统硬件设计机床要求有三台电动机,分别称为主轴电动机、进给电动机和冷却泵电动机。各个电机的性能参数如下表2-1所示:表2-1 铣床电机参数参照表符号名称型号规格件数作用M1主轴电动机Y132-M-4-B37.5KW,380V,1450r/min1主轴传动M2进给电动机Y90L-41.5kw,380v,1400r/min1进给传动M3冷却泵电动机JCB-220.125kw,380v,2790r/min1冷却泵传动所需电气元件类型及规格如下表2-2所示表2-2 铣床元件型号符号名称型号规格件数作用KM1接触器CJ0-2020A,220V1主轴启动KM2接触器CJ0-1010A,220V1反接制动KM3接触器CJ0-1010A,220V1M2正传KM4接触器CJ0-1010A,220V1M2反转KM5接触器CJ0-1010A,220V1M2快速进给KM6接触器CJ0-1010A,220V1油泵电机启动KV速度继电器JY12A1反接制动SB1,2按钮LA2绿色2M1启动按钮SB3,4按钮LA2黑色2M1停止按钮SB5,6按钮LA2红色2快速进给按钮SA1转换开关HZ1-10/E16三极1圆工作台转换SA2转换开关HZ1-10/E16三极1照明灯开关SA4转换开关HZ1-10/E16三极1M1转向开关SQ1限位开关LX1-11K开启式1向右进给SQ2限位开关LX1-11K开启式1向左进给SQ3限位开关LX2-131单轮,自动复位1向前、向下进给SQ4限位开关LX2-131单轮,自动复位1向后、向上进给SA3转换开关HZ1-10/E16三极1冷却泵开关SQ6限位开关LX3-11K开启式1进给变速冲动SQ7限位开关LX3-11K开启式1主轴变速冲动QS转换开关HZ1-60/E26三极1电源总开关FR1热继电器JRQ-4011A,3A1M1过载保护FR2热继电器JR10-103A,5A1M2过载保护FR3热继电器JR10-100.415A1M3过载保护FU1熔断器RL130A3总电源短路保护FU2熔断器RL110A3进给短路保护FU3熔断器RL16A2控制电路短路保护FU4熔断器RL14A2照明电源短路保护TC1变压器BK-50380/36V1控制电路变压器TC2变压器BK-150380/127V1照明变压器YA电磁离合器B1DL-III1快速进给R电阻ZB21.45W,15.4A2限制制动电阻2.3 本章小结本章主要对X62W万能铣床结构进行分析,并且根据其技术参数完成基本电气元件的选型。3 X62W万能铣床传统继电器控制系统设计3.1 主电路设计该铣床共用3台异步电动机拖动,它们分别是主轴电动机M1、进给电动机M2和冷却泵电动机M3。X62W万能铣床的电气原理图主电路图如图3-1所示。图3-1 X62W万能铣床的电气原理图主电路图3.2.1 主电路分析主轴电动机M1要求能够实现正反转,但旋转方向变换不频繁。通过换向开关SA4在加工前预先选择,与接触器KM1配合,能进行正反转控制;与接触器KM2、制动电阻R及速度继电器KV的配合,实现主轴电动机的正反转反接制动控制,并通过机械装置进行变速。 进给电动机M2要求能够实现正反转,通过接触器KM3、KM4与行程开关、接触器KM5和牵引电磁铁YA配合,实现三种形式六个方向的常速进给和快速进给控制。 冷却泵电动机只要求单向旋转。电路中熔断器FU1既作为铣床总的短路保护,又作为主轴电动机M1的短路保护;FU2作为进给电动机M2、冷却泵电动机M3及控制变压器、照明变压器一次侧的短路保护;热继电器FR1、FR2和FR3分别作为M1、M2和M3的过载保护。3.2 控制电路设计X62W万能铣床的电气原理图控制电路图如图3-2所示。图3-2 X62W万能铣床的电气原理图控制电路图3.2.1 主轴电机M1的控制将图3-2的主轴电动机的控制线路另画于图3-3中。图中SB1、SB2、SB3和SB4是分别装在工作台的前面和床身侧面的启动和停止按钮,可在两地控制,方便操作。图3-3 主轴电机控制线路KM1是主轴电动机启动接触器,需要启动主轴电动机时,先将转换开关SA4扳到主轴电动机所需的旋转方向;然后按下启动按钮SB1或SB2,接触器KM1得电且自锁,电动机M1拖动主轴旋转;速度继电器KV动作,KV-1或KV-2中的一对常开触点闭合,为主轴电动机的反接制动作好准备。主轴电动机M1得电通路:T1SQ7常闭触点SB4SB3SB1或SB2KM2常闭触点KM1线圈T1。KM2是反接制动和主轴变速冲动接触器。停车时,按下停止按钮SB3或SB4,接触器KM1失电,主轴电动机M1惯性转动;停止按钮按到底,KM2得电且自锁,改变了主轴电动机M1的电源相序,串入电阻反接制动;当M1的转速降至约100r/min时,速度继电器KV-1或KV-2的常开触点恢复断开,KM2失电,M1迅速停止转动,反接制动结束。反接制动接触器KM2得电通路:T1SQ7常闭触点SB4或SB3常开触点(已闭合)KV-1或KV-2常开触点(已闭合)KM1常闭触点KM2线圈T1。SQ7是与主轴变速手柄联动的瞬时动作行程开关。主轴变速时,先将变速手柄压下拉到前面,转动变速盘选择需要的转速,然后将变速手柄推回原位。在将变速手柄拉到前面和推回原位的过程中,与变速手柄相联的凸轮都会把行程开关SQ7压下,SQ7的常开触点瞬时闭合一下,KM2得电,主轴电动M1反向转动一下,使变速后的齿轮易于啮合,这就是主轴的变速冲动。主轴变速可在主轴不转时进行,也可在主轴转动时进行。如果是在主轴转动时进行变速,无需先按停止按钮再变速,可直接进行变速操作。行程开关SQ7在变速手柄拉出时,在凸轮的作用下常闭触点先断开,切断接触器KM1的线圈电路,主轴电动机M1断电;SQ7的常开触点后闭合,KM2得电,对主轴电动机M1进行反接制动,M1的转速迅速下降;将变速手柄推回时,SQ7再次动作一下,实现主轴的变速冲动。变速完成后,主轴停止转动,需再次启动电动机,主轴将在新的转速下旋转。3.2.2 进给电动机M2的控制进给运动的所有操作都是在主轴电动机M1启动、接触器KM1常开触点闭合后进行的;所有的进给运动都是由进给电动机M2拖动的。转换开关SA1是工作台的选择开关,当置于“断开”位置时,SA1-1、SA1-3闭合,SA1-2断开,可以进行工作台的进给操作;当置于“闭合”位置时,SA1-1、SA1-3断开,SA1-2闭合,此时不能进行工作台的操作,只能对圆工作台的进给运动进行控制。 工作台的进给运动分为左右的纵向运动、前后的横向运动和上下的垂直运动。当转换开关SA1置于“断开”位置时,将图3-2中工作台进给运动的控制线路另画于图3-4中。接触器KM3、KM4使进给电动机实现正反转控制,用来改变工作台进给运动的方向。进给运动的操作是由两个机械操作手柄与对应的行程开关和机械传动机构相互配合实现的。SQ1、SQ2是与纵向进给机械操作手柄相联动的行程开关,SQ3、SQ4是与横向进给及垂直进给机械操作手柄相联动的行程开关。六个方向的进给运动相互联锁,同一时刻只允许有一个方向的运动,当两个操作手柄处在中间位置时,SQ1SQ4各行程开关都处在未受压的原始状态。图3-4 工作台进给运动控制线路1. 工作台纵向(左、右)进给运动的控制工作台的纵向进给由纵向操作手柄控制,该手柄有三个位置:向左、向右和中间。当将操作手柄扳向右(或向左)时,一方面通过机械机构将工作台与纵向移动的传动装置相联接,另一方面压下向右(或向左)进给行程开关SQ1(或SQ2),SQ1-1(或SQ2-1)常开触点闭合,接触器KM3(或KM4)得电,进给电动机M2通电转动(或反向转动),拖动工作台向右(或向左)移动。当将纵向操作手柄扳回到中间位置时,一方面工作台脱离纵向移动的传动装置,另一方面行程开关SQ1(或SQ2)复位,接触器KM2(或KM3)失电,进给电动机M2断电,工作台停止转动。由于进给速度低,M2未采取制动措施。为避免工作台左、右移动越过极限进给位置发生事故,在工作台的左、右两端各有一块挡铁,当工作台移动到极限位置时,挡铁撞向纵向操作手柄,使手柄回到中间位置,实现自动停车。左、右移动的极限位置,可以通过改变左、右两端的挡铁位置进行调整。2. 工作台横向(前、后)及垂直(上、下)进给运动的控制工作台横向及垂直进给由十字手柄控制,该手柄也有两个,分别装在工作台左侧的前、后方。十字手柄有:前、后、左、右和中间五个位置。与纵向进给操作一样,在扳动十字手柄压下行程开关SQ3、SQ4的同时,将工作台与横向运动或垂直运动的机械传动装置相联接。SQ3控制工作台向下或向前运动,SQ4控制工作台向上或向后运动。当将十字手柄扳向下或向前时,压下行程开关SQ3,SQ3-1常开触点闭合,接触器KM3得电,进给电动机M2通电转动,拖动工作台向下或向前移动。若将十字手柄扳回到中间位置,工作台与传动机构脱离,同时行程开关SQ3复位,接触器KM3失电,进给电动机M2断电,工作台停止进给运动。当将十字手柄扳向上或向后时,压下行程开关SQ4,SQ4-1常开触点闭合,接触器KM4得电,进给电动机M2通电反转,拖动工作台向上或向后运动。3. 工作台的快速移动为提高工作效率,在铣刀未作铣切加工时,工作台可以快速移动,操作过程如下:工作台在进给移动时,按下快速移动按钮SB5或SB6(两地控制),接触器KM5得电,快速移动电磁铁YA通电动作,工作台按原进给方向快速移动,当工作台移动到预期位置,松开探险钮SB5或SB6,KM5失电,YA断电,快速进给结束,工作台按原速度、原方向继续移动。4. 进给电动机的变速冲动为使齿轮易于啮合,与主轴变速一样,进给变速也设有变速冲动装置。SQ6是进给变速冲动行程开关,在操作进给变速盘变速时,其连杆机构会瞬时压下行程开关SQ6,使SQ6-2常闭触点断开、SQ6-1常开触点闭合,接触器KM3短时得电,进给电动机M2瞬时转动一下,实现对进给变速的冲动。从进给控制电路可以看出,进给变速冲动是在行程开关SQ1SQ4不受压、其常闭触点闭合时完成的。所以进给变速时,需将操作手柄都置在中间位置,进给电动机M2不转的情况下,才能实现进给的变速冲动,这一点与主轴的变速冲动不同。5. 圆工作台的控制图3-5 圆工作台进给控制电路圆工作台的控制电路如图3-5所示,此时工作台的进给操作手柄都应处在中间位置,SQ1SQ4的常闭触点处于闭合的原始位置,按下主轴启动按钮SB1或SB2,接触器KM1、KM3先后得电,主轴转动的同时,进给电动机M2通过传动机构拖动圆工作台单向转动。若要使圆工作台停止运动,只要按下主轴停止按钮SB3或SB4,主轴与圆工作台便同时停止工作。6. 进给控制的联锁在铣床加工中,为安全起见,在多种运动间设置了相互的联锁。它们包括:主轴运动与进给运动间先主轴后进给的顺序联锁;工作台六个运动方向间不能同时进行的联锁;进给变速冲动应在进给运动停止时进行的联锁;圆工作台与工作台的进给不能同时进行的联锁。3.2.3 冷却泵电动机及照明电路的控制为防止铣切加工时过热,在铣床工作时,可以启动冷却泵电动机M3,提供冷却液。由于冷却泵电动机M3容量小,直接用转换开关SA3控制。工作台的照明电源是由照明变压器T2将380V交流电压降至36V安全电压提供的,照明电路由转换开关SA2控制。3.3 本章小结本章主要对X62W万能铣床传统继电器控制电路进行设计分析,通过本章设计,了解铣床控制系统的基本原理,为下章PLC改造左基础。4 X62W万能铣床PLC控制系统的硬件设计4.1 PLC控制系统结构组成本设计的X62W万能铣床控制系统硬件主要由PLC、电磁离合器、继电器、接触器、三相异步电机,运行指示灯,报警指示灯等组成。4.2 PLC和I/O扩展模块的选型 选择能满足本铣床控制要求的适当型号的PLC是应用设计中至关重要的一步,合理选择PLC,对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要作用。PLC的选择包括机型,容量,I/O模块的选择等几个方面。由于本设计实现的是整个控制电路用PLC控制,且圆形工作台转换开关SA1和换刀开关SA2和SA3不能直接接到PLC的输入端口来实现信号的输入,因而需引入接触器KM7、KM8、KM9。利用接触器的辅助触点和常开、常闭按钮(SB7SB12)来实现对工作台与圆形工作台之间的转换、照明灯通断以及油泵电动机的启动与停止的控制。输入信号:SB1SB12,SQ1SQ4,SQ6SQ7,KV1KV2。(精简成17个信号)输出信号:KM1KM9。(9个信号)本铣床输入分配:17个点,输出分配:9个点。本系统选取的是三菱公司生产的小型整体式可编程控制器FX2N-32MR-001系列,输入端子选择16点, 输出端子选择16点,输出满足控制要求,输入不满足。因此需要增加扩展模块达到控制要求,本次设计扩展模块选用FX2N-8EX,输入为8点继电器式。三菱FX2N-32MR-001的CPU单元规格是:输入16点,输出16点,输入、输出为继电器型形式,电源AC220V。4.3 PLC I/0的分配分配输入/输出点信号,并输出控制输出点是一对一的。分配后,根据系统的配置和分配给每个输入和输出信号通道的联系电话,这是号码。FX2N PLC输入/输出通道数使用可自由配置,固定信道模式。输入和输出继电器有选择的自由,并输入相应的输入继电器输出点对应的输出继电器。 由上述控制要求可得到。X62W万能铣床控制系统输入输出接口如表4-1所示。 表4-1 I/O接口分配I/O地址分配表分类信号名称现场信号PLC线圈编号输入信号主轴启动开关常开SB1,SB2X0主轴反接制动常闭SB3,SB4X1主轴反接制动常开SB3,SB4X2快速进给常开SB5,SB6X3圆工作台启动SB7X4圆工作台停止SB8X5照明灯亮SB9X6照明灯灭SB10X7油泵电机启动SB11X10油泵电机停止SB12X11向左进给SQ1X12向右进给SQ2X13向前、上进给SQ3X14向后、下进给SQ4X15进给变速冲动SQ6X16主轴变速冲动SQ7X17速度继电器辅助常开触点KV-1,KV-2X20输出信号主轴启动接触器KM1Y0主轴反接制动接触器KM2Y1M2正转接触器KM3Y2M2反转接触器KM4Y3快速进给接触器KM5Y4油泵电机启动接触器KM6Y5辅助接触器KM7Y6辅助接触器KM8Y7辅助接触器KM9Y104.4 系统电气控制接线图设计系统供电电源采用三相线制供电。供电电源等级为AC380V5,50Hz,系统PLC接线图,继电器接线图和主电路图如图4-1到4-3所示。图4-1 PLC接线图如图4-1所示,PLC的供电为220V交流电,输入端开关量信号一端接PLC的COM端,输出段COM接开关电源0V段,辅助继电器一端接开关电源24V+段,一端接PLC输出端。图4-2 主电路如图4-2所示,电机为三相异步电机,通过QM1、QM2、QM3热保护断路器保护。QF1为开关电源和PLC供电。图4-3 继电器输出电路如图4-3所示,继电器输出电路的作用是,保护PLC由于电气元件损坏而烧毁PLC,一般PLC的输出端都是接小型继电器,在小型继电器的触点接到外部输出设备上。本电路为小型继电器触点输出到外部设备的电路。4.5 本章小结 本章是本文的重点,主要介绍了X62W万能铣床控制系统的硬件设计部分,包括PLC点的分、PLC的选型、接线等。思路清晰,目的明确。5 系统软件设计5.1 三菱GX WORKS2 编程软件简介进入软件初始化界面以后,在【文件】下拉菜单当中,单击“新建”,这样就创建了新文件。然后在【设备名称】中输入具体名称,如“X62W万能铣床控制控制电路设计”,选取自己所需实际PLC,下一步再单击设定按钮选取CPU,确定后,就能进入编程界面,如图4-1所示界面。图4-1 编程界面编写好梯形图后,紧接着便能编译、链接和调试等操作。编译过程中没有出现问题,在线运行便可以进行。当出发现问题而需要调整,不仅能在梯形图模式下调整,还能在助记符方式下完成修正。编译结束后,如果没有出现语法上的问题,可以把程序上传到PLC中,在线运行。根据X62W万能铣床的控制要求,设计该电气控制系统的PLC控制程序,该程序及PLC的硬接线不仅保证了原电路的工作逻辑关系,而且具有各种联锁措施,电气改造的投资较少、工作量较小。5.2 X62W万能铣床PLC程序设计图5-2 主轴启动程序在图5-2中,因SQ7和SB3、SB4都采用常闭触头分别接至输入端子X17、X1,则X17、X1的常开触点闭合,按下启动按钮SB1或SB2时,X0常开触点闭合,Y0、线圈得电并自锁,在图5-5中Y0常开触点闭合,中间继电器M2线圈得电,其常开触点闭合,为图5-5以下程序执行做好准备,保证了只有主轴旋转后才有进给运动。Y0的输出信号使主轴电动机M1启动运转。图5-3 主轴反接制动在图5-3中,当按停止按钮SB3或SB4时,X1常开触点复位,Y0线圈失电,主轴惯性运转,同时X2常开触点闭合,M0线圈得电接通Y1,主轴反接制动停转。图5-4 主轴变速冲动在图5-4中,SQ7被压合,X17常开触点闭合,网络1中X17常闭触点断开,从而Y0失电,继而图5-4中的Y0常闭触点复位,M1得电接通Y1,主轴制动停转,实现主轴变速冲动。图5-5 进给左、前、上图5-6 进给右、后、下图5-7 工作台快速进给图5-8 进给变速冲动图5-9 圆工作台控制在图5-5、图5-6、图5-7、图5-8、图5-9中,表达了工作台六个方向的进给、工作台的快速进给、进给冲动及圆工作台的工作逻辑关系。当圆形工作台转换启动按钮SB7按下,X4常开触点闭合,Y6得电并自锁,图5-5、图5-6、图5-7、图5-8中线路被分断,图5-9中的常闭触点复位,M0.4得电接通Y2,电动机M2启动,圆形工作台旋转。当按下停止按钮SB8,Y6失电,圆形工作台停止旋转。左右进给时,SQ1和SQ2被压合,图5-5、图5-6中,X12和X13常开触点闭合,常闭触点断开,其他触点均处于复位状态时,M0.2和Y3得电且M0.2得电接通Y3,电动机M2正转或反转,拖动工作台向左或向右运动。同样,工作台上下、前后进给时,SQ3或SQ4被压合,图5-5、图5-6中,X13和X14常开触点闭合,常闭触点断开,其他触点均处于复位状态时,M0.2和Y3得电且M0.2得电接通Y3,电动机M2正转或反转,拖动工作台按选定的方向(上、下、前、后中某一方向)作进给运动。图5-10 照明和冷却泵电路图5-11 综合输出程序由于在同一个程序编程中一个线圈编号只能给一个线圈,不能两个以上的线圈共用一个编号,所以当编程中遇到两处以上用到同一线圈,可以用中间继电器来解决。5.3 本章小结 本章节主要介绍了利用PLC来实现控制系统设计的具体流程,介绍了编程软件的简单使用、阐述了程序流程图的设计等,并对主要程序段所表达的控制功能进行详细的说明,使之能够便于更加迅速的理解程序。6 X62W万能铣床主轴零件的三维建模6.1 Solidworks软件简介首先我要对Solidworks进行介绍一下,它是一种先进的,智能化的参变量式CAD设计软件,在业界被称为“3D机械设计方案的领先者”,易学易用,界面友好,功能强大,在机械制图和结构设计领域,掌握和使用Solidworks已经成为最基本的技能之一。与传统的2D机械制图相比,参变量式CAD设计软件具有许多优越性,是当代机械制图设计软件的主流和发展方向。传统的CAD设计通常是按照一定的比例关系,从正视,侧视,俯视等角度,根据投影,透视效果逐步绘出所需要的各个单元,然后标注相应尺寸,这就要求制图和看图人员都必须具备良好的绘图和三维空间想象能力。如果标注尺寸发生变化,几何图形的尺寸不会同步变更;如果改变了几何图行,其标注尺寸也不会发生变化,还要重新绘制,标注,因此绘图工作相当繁重。参变量式CAD设计软件,是参数式和变量式的统称。在绘制完草图后,可以加入尺寸等数值限制条件和其他几何限制条件,让草图进入完全定义状态,这就是参数式模式。由于软件自动加入了关联属性,如果修改了标注尺寸,几何图形的尺寸就会同步更新。也可以暂时不充分的限制条件,让草图处于欠定义状态,这就是变量式操作模态。美国Solid Works公司是一家专门从事开发三维机械设计软件的高科技公司,公司宗旨是使每位设计工程师都能在自己的微机上使用功能强大的世界最新CAD/CAE/CAM/PDM系统,公司主导产品是世界领先水平的Solid Works软件。90年代初,国际微机市场发生了根本性的变化,微机性能大幅提高,而价格一路下滑,微机卓越的性能足以运行三维CAD软件。为了开发世界空白的基于微机平台的三维CAD系统,1993年PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁成立SolidWorks公司,并于1995年成功推出了SolidWorks软件,引起世界相关领域的一片赞叹。在SolidWorks软件的促动下,1998年开始,国内、外也陆续推出了相关软件;原来运行在UNIX操作系统的工作站CAD软件,也从1999年开始,将其程序移植到Windows操作系统中。由于SolidWorks出色的技术和市场表现,不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星,也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东,以原来一千三百万美元的风险投资,获得了高额的回报,创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作,成为CAD行业一家高素质的专业化公司。功能描述(1) TopDown(自顶向下)的设计(2) DownTop(自下向上)的设计(3) 配置管理(4) 易用性及对传统数据格式的支持(5) 零部件镜像(6) 装配特征(7) 工程图(8) eDrawingSolidworks模形由零件,装配体和工程图等文件组成,没有生成零件之前的图纸称为草图。由2D,3D草图直接生成3D模形和工程图时,如果修改了草图的标注尺寸,其3D模形和工程图会同步更新;相反,如果修改了工程图的标注尺寸,其3D模形和草图也会同步更新。软件使用起来非常方便,大大减少了设计人员的工作量,提高了工作效率。通常,从打开一个零件文件或建立一个新零件文件开始,绘制草图、生成基体特征、然后在模型上添加更多的特征,生成零件。也可以从其他软件导入曲面或几何实体开始,编辑特征,生成零件和装配体工程图。这是常用的设计方法,也就是自下而上的设计方法。草图绘制从零件文件开始,对于一个新的产品设计,要首先建立零件文件。由于零件、装配体及工程图的相关性,所以当其中一个视图改变时,其他两个视图也会自动改变。Solidworks2014允许自定义功能,选择菜单栏中的“工具”-“选择”命令,可以显示.定义”系统选项”和”文件属性”选项卡.Solidworks2014可以自动保存工作.自动恢复功能可以自动保存零件,装配体或工程图文件的信息,在系统死机时不会丢失数据.如果设定此选项,则选择”工具”_”选项”菜单命令.在”系统选项”选项卡上,单击”备份”选项,选择”每(n)次更改后,自动恢复信息”复选框,然后设定信息自动保存前应发生的变更次数.Solidworks2014具有很强的文件交换功能,可以输入,输出数十种文件格式,可以与AutoCAD,pro/ENGINEER,Solid Edge,CAM等软件很方便地进行文件交换。Solidworks2014在草图绘制模式及工程图中提供显示网格线和捕捉网格线功能。可将网格线与模型边线对齐,还可捕捉到角度。网格线和捕捉功能在Solidworks2014中不太使用,因为SolidWorks是参变量软件,尺寸和几何关系已提供了所需的精度。6.2零件建模1、 首先以左视基准面为草图绘制平面绘制如图6-1所示的矩形图6-1 草图绘制矩形2、 运用旋转凸台指令,如图6-2所示:图6-2 拉伸凸台3、 运用拉伸凸台指令,如图6-3所示:图6-3 拉伸凸台4、 运用拉伸凸台指令,如图6-4所示:图6-4 拉伸凸台5、 重复上诉基本指令步骤,完成主轴建模如图6-5所示:图6-5 主轴模型6.3本章小结本章主要完成主轴模型的三维建模设计。总结本文主要是针对“X62W万能铣床控制系统PLC改造”的研究。首先对传统继电器电路进行设计分析,然后运用PLC完成了I/O的分配,电气原理图的绘制,顺序功能图的绘制,PLC控制程序的编写,最终达到控制X62W万能铣床自的目的。本文所做的主要工作:(1)通过查阅设计资料,了解X62W万能铣床的控制原理及控制流程。(2)PLC编程实现功能。(3)电气原理图的绘制。(4)以SOLIDWORKS为软件为基础的主轴零部件的三维建模。本文是以达到实现X62W万能铣床的实用和可靠性为目的而进行的设计。在本次设计过程中通过对X62W万能铣床的控制要求的分析,并且采用可编程控制器(PLC),来实现对X62W万能铣床控制系统设计,减少了硬件和控制线,并且克服了传统继电器-接触器系统的缺点,系统的安全可靠,而且控制程序可根据需要进行修改。本文虽然只是理论上的设计,不支持在实际生活中应用,但是还需要不断的实践,以确保系统安全可靠的运行,从而达到实际生产中的要求。致 谢本设计能顺利完成与指导老师的关心与帮助是离不开的。X老师的着过硬的专业知识、严谨的学术精神以及丰富的实践经验深刻的影响了我,激发了我,让我一辈子受用。他让我学会了以严谨的科学态度去把理论知识运用到实践中,探索和论证理论的真实性。X老师对待工作严肃认真的态度、和一种求实创新的精神深深地激励并鼓舞着我,此外,在为人处世上踏实、积极、和蔼和谦逊的态度将会影响我一生。在他耐心的指导下,我的专业知识不断地扩充,在编写论文的工作中也得以顺利地完成。在此指导过程中,每一个细节和个个过程都凝聚着X老师的心血和汗水,这让我很感动。让我在今后的人生受益匪浅,在此我对吕钧星老师表示深深的感谢!感谢XXX大学老师以及朝夕相处的同学们,正因为得到你们的帮助,我才能更好好的生活、学习以及顺利的完成毕业设计,再次表示深深的感谢。其次,感谢在此次毕业设计中给我提出宝贵改进意见的老师们,是你们的意见让我的方案更加成熟合理。再次,感谢在这次毕业设计中给我帮助的同学,是你们的默默支持让我能顺利完成毕业设计。谢谢你们的支持和鼓励。参考文献1 汪晓平等. 可编程控制器系统开发实例导航. 北京:人民邮电出版社,2004 2 钟肇新.可编程控制器原理及应用.广州:华南理工大学出版社,20033 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