課程設(shè)計報告X62W萬能銑床改造

1、第一章 x62w萬能銑床的構(gòu)成及控制要求第一節(jié) x62w萬能銑床的構(gòu)成 萬能銑床是種通用的多用途機床，它能對各種零件進行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，還可以加裝萬能銑頭和圓工作臺來擴大加工范圍。1x62w型萬能銑床的型號及含義2x62w型萬能銑床的結(jié)構(gòu)x62w萬能銑床主要由床身、主軸、刀桿、橫梁、刀桿掛腳、工作臺、回轉(zhuǎn)盤、橫滑板、升降臺和底座等幾部分組成，它的外型如圖1所示。圖1：銑床的結(jié)構(gòu) 箱型的床身固定在底座上，在床身內(nèi)裝有主軸的傳動機構(gòu)和變速操縱機構(gòu)。在床身的頂部有對平導(dǎo)軌，上面裝著帶有一個或兩個刀桿支架的懸梁。刀桿支架用來撐銑刀心軸的一端，心軸另一端則固定在主軸上，由主軸電動機通

2、過彈性聯(lián)軸器驅(qū)動主軸，帶動銑刀切削。工作臺面的移動是由進給電動機驅(qū)動。它通過機械機構(gòu)使工作臺能三種形式六個方向移動，即：工作臺面能直接在溜板上部可轉(zhuǎn)動部分的導(dǎo)軌上作左右移動；工作臺面借助橫溜板作前后移動；工作臺面還能借助升降臺作上下移動。工作臺上有t型槽來固定工件。這樣安裝在工作臺上的工件就可以在3個坐標(biāo)軸的6個方向上調(diào)整位置或進給。 此外，由于回轉(zhuǎn)盤可以繞中心轉(zhuǎn)過一個角度（通常是45），因此工作臺在水平面上除了能在平行或主軸線方向進給外，還能在傾斜方向進給，可以加工螺旋槽，故稱萬能銑床。 第二節(jié) x62w萬能銑床的控制要求 1.控制要求: (1)洗削有順銑和逆銑兩種加工方式，所以要求主軸電動

3、機能正反轉(zhuǎn)，但由于正反轉(zhuǎn)操的操作并不是很頻繁，大多數(shù)情況下是用一種方向銑削，并不需要經(jīng)常改變電動機轉(zhuǎn)向。因此，可以用萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)主軸電機的正反轉(zhuǎn)。 （2）銑刀是一種不連續(xù)的切削，在工作的時候，容易使機械傳動系統(tǒng)發(fā)生某些振動，為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，在主軸系統(tǒng)中裝有慣性輪，為了解決停車費時間的問題所以在高速切削時故采用電磁離合器制動以實現(xiàn)準(zhǔn)確停車。 （3）工作臺要求有前后、左右、上下六個方向的進給運動和快速移動，所以要求進給電動機能正反轉(zhuǎn)，并通過操縱手柄和機械離合器相配合來實現(xiàn)。為了擴大加工能力，在工作臺上可以加裝圓形工作臺，圓形工作臺的回轉(zhuǎn)運動是由進給電動機經(jīng)傳動機構(gòu)驅(qū)動。 2.電氣聯(lián)鎖措施

4、 （1）為了防止機械的損壞，要求只有主軸旋轉(zhuǎn)后，才允許有進給運動和進給方向的快速移動。 （2）為了提高加工表面的光滑度，只有進給停止后主軸才能停止。本機床在電氣上采用了主軸和進給同時停止的方式，但由于主軸運動的慣性很大，實際上就保證了進給運動先停止，主軸運動后停止的要求。 （3）六個方向的進給運動中只能有一種運動產(chǎn)生，本機床采用了機械操縱手柄和位置開關(guān)相配合的方式來實現(xiàn)六個方向的聯(lián)鎖。 （4）主軸和進給運動采用變速盤來進行速度選擇，為了保證變速齒輪進入良好嚙合狀態(tài)，兩種運動都要求變速后作瞬時沖動。 （5）主軸電動機或冷卻泵電動機過載時，進給運動必須立即停止，以免損壞工具。 （6）要求有冷卻系統(tǒng)

5、、照明設(shè)備及各種保護措施。第三節(jié) x62w萬能銑床的硬件1.lw5系類萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān) 萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)主要作為控制線路的轉(zhuǎn)換、電氣測量儀表的轉(zhuǎn)換，以及配電設(shè)備的遠距離控制，也可以作為小容量電動機的啟動、制動、換向及變速控制。由于開關(guān)的觸頭檔數(shù)多，換接線路多、用途又廣泛，所以叫他萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)。圖2 萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)由很多層觸頭底座疊裝而成，每層觸頭底座裝有一副或三副觸頭和一個裝在轉(zhuǎn)軸上的凸輪，操作時，手柄帶動轉(zhuǎn)軸和凸輪一塊旋轉(zhuǎn)，凸輪就可以接通或分斷觸頭。萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的電氣圖形及文字符號如圖3，圖示“”代表一路觸頭，橫的虛線表示手柄的位置，“0”、“1” 、“2”表示手柄的檔位。在每一個位置上哪

6、一路接通，就在下面用黑點表示。 x62w萬能銑床有順銑和逆銑兩種加工方式，要求電機正反轉(zhuǎn)，選用萬能數(shù)字轉(zhuǎn)換開關(guān)，是因為使用不是很頻繁 圖2 圖3 2.電磁離合器 dlmx-5濕式多片電磁離合器主要是用于機械傳動部分，可在主動進行運轉(zhuǎn)的情況下，使從動部分與主動部分結(jié)合或分離。工作原理：當(dāng)線圈通電時，磁力線穿過摩擦片將銜鐵吸住，銜鐵將摩擦片壓緊，內(nèi)外摩擦片通過聯(lián)結(jié)及花鍵套進行扭矩傳遞。圖4第二章 x62w萬能銑床的工作原理第一節(jié) 主電路的工作原理 x62w萬能銑床電氣控制線路圖 1.主電路中共有三臺電動機，m1是主電機，拖動主軸帶動銑刀進行銑削加工；m2是冷卻泵電動機，供應(yīng)冷卻液；m3是工作臺進給

7、電動機，拖動升降臺及工作臺進給。三臺電動機共用一組熔斷器fu1做短路保護。過載保護是主電動機和進給電動機設(shè)有熱繼電器的作用。只有主電動機啟動后冷卻泵電動機才可開動。其中sq2是由手動開關(guān)控制。進給電動機是用接觸器km3和km4進行換向來實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的。 第二節(jié) 控制電路的工作原理 1.主軸電動機的控制 sb1和sb2是控制線路中的啟動按鈕、sb5和sb6是停止按鈕是兩地控制按鈕，分別裝在機床兩處，方便操作。km1是主電動機m1的啟動接觸器，yc1是主軸制動用的電磁離合器，sq1是主軸變速沖動的行程開關(guān)。主軸電動機是經(jīng)過彈性聯(lián)軸器和變速機構(gòu)的齒輪傳動鏈來實現(xiàn)傳動的，可使主軸獲得十八級不同的轉(zhuǎn)速。

8、（1）主軸電動機的啟動 啟動前先合上電源開關(guān)qs1，然后按啟動按鈕sb1，接觸器km1線圈得電吸合，主觸頭閉合，主軸電動機m1連續(xù)運轉(zhuǎn)。 （2）主軸電動機的停車制動 當(dāng)銑削完畢，需要主軸電動機m1停車時，按停止按鈕sb5，接觸器km1線圈斷電釋放，主軸電動機m1失電，同時由于sb5-2或sb6-2接通電磁離合器yc1，對主軸電機進行制動。當(dāng)主軸停車后方可松開停止按鈕。 （3）主軸變速的沖動控制 主軸變速時的沖動控制，是利用變速手柄與沖動行程開關(guān)sq1通過機械上的聯(lián)動機構(gòu)進行控制的。 將變速手柄拉開，嚙合好的齒輪脫離，可以用變速盤調(diào)整所需要的轉(zhuǎn)速（實質(zhì)是改變齒輪傳動比），然后將變速手柄推回原位，

9、使變了傳動比的齒輪組重新嚙合。由于齒與齒之間的位置不能剛好對上，因而造成嚙合困難。若嚙合時齒輪系統(tǒng)能沖動一下，嚙合將十分方便。當(dāng)手柄推進時，手柄上裝的凸輪將彈簧桿推動一下位置開關(guān)sq1，sq1的常閉觸頭sq1-2先斷開，然后常開觸頭sq1-1閉合使接觸器km1通電吸合，電動機m1啟動，但緊接著凸輪放開彈簧桿，sq1復(fù)位，常開觸頭sq1-1先斷開，常閉觸頭sq1-2閉合，電動機m1斷電。此時并未采取制動措施，故電動機m1沖動使齒輪系統(tǒng)抖動，保證了齒輪的順利嚙合。 2.工作臺進給電動機的控制 （1）圓形工作臺的控制 為了擴大機床的加工能力，可在機床上安裝附件圓形工作臺，這樣可以進行圓弧或凸輪的銑削

10、加工。當(dāng)需要圓工作臺運動時，將轉(zhuǎn)換開關(guān)sa2扳倒接通位置，則觸頭sa2-1和sa2-3斷開，sa2-2閉合。接觸器km3通電吸合，電動機m2連續(xù)正傳。 在圓工作臺開動時，其余進給一律不準(zhǔn)運動，若有誤操作，撥動了進給手柄中的任意一個，則必然會使位置開關(guān)sq3sq6中的某一個被壓動，則其常閉觸頭將斷開，使電動機停轉(zhuǎn)，從而避免了機床事故。 按下主軸停止按鈕sb5或sb6，主軸停轉(zhuǎn)，圓工作臺也停轉(zhuǎn)。 當(dāng)不需要圓工作臺旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)換開關(guān)sa2扳到斷開位置，此時觸頭sa2-1和sa2-3閉合，sa2-2斷開，以保證工作臺6個方向的進給運動，可見圓工作臺的旋轉(zhuǎn)運動和6個方向的進給運動也是聯(lián)鎖的。 （2）工作臺

11、左右進給運動 工作臺的左右運動是由左右進給操縱手柄來控制，操作手柄與位置開關(guān)sq5和sq6聯(lián)動，有左、中、右三個位置。 手柄扳向左或右位置時，手柄壓下位置開關(guān)sq5，使常閉觸頭sq5-2或sq6-2分斷，常開觸頭sq5-1或sq6-1閉合，接觸器km3或km4通電吸合，電動機m3連續(xù)正轉(zhuǎn)或連續(xù)反轉(zhuǎn)，拖動工作臺向左或右運動。 （3）工作臺上下和前后進給 操縱工作臺上下和前后運動是用一個手柄控制的。該手柄與位置開關(guān)sq3和sq4聯(lián)動，有上、下、前、后、中5個位置。 當(dāng)手柄扳至下或前位置時，手柄壓下位置開關(guān)sq4，使常閉觸頭sq4-2分斷，常開觸頭sq4-1閉合，接觸器km4通電吸合，電動機m3連續(xù)

12、反轉(zhuǎn)，拖動工作臺向下或向前運動。 當(dāng)手柄扳至上或后位置時，手柄壓下位置開關(guān)sq3，使常閉觸頭sq3-2分斷，常開觸頭sq3-1閉合，接觸器km3通電吸合，電動機m3連續(xù)正轉(zhuǎn)；拖動工作臺向上或向后運動。 當(dāng)手柄扳到中間位置時，位置開關(guān)sq3和位置開關(guān)sq4均未被壓合，工作臺無任何進給運動。 （4）左右進給手柄與上下前后進給手柄的聯(lián)鎖控制 在兩個手柄中，只能進行其中以個進給方向上的操作，這是因為在控制電路中對兩者實現(xiàn)了聯(lián)鎖保護。如當(dāng)把左右進給手柄扳向左時，若又將另一個手柄扳到向下進給方向，則位置開關(guān)sq5和sq4均被壓下，觸頭sq5-2和sq4-2均分斷，斷開了接觸器km3和km4的通路，電動機m

13、3只能停轉(zhuǎn)，保證操作安全。 （5）進給變速沖動的控制 和主軸變速一樣，為使齒輪進入良好的嚙合狀態(tài)，也要做變速后的瞬時電動，在進給變速時，必須先把進給操縱手柄放在中間位置，然后將變速盤往外拉，使進給齒輪松開，待轉(zhuǎn)動變速盤選擇好以后，將變速盤向里面推。在推進時，擋塊壓動位置開關(guān)sq2，是常閉觸頭sq2-2斷開，常開觸頭sq2-1閉合，接觸器km3通電吸合，電動機m2啟動。但隨著變速盤復(fù)位，位置開關(guān)sq2復(fù)位，接觸器km3失電，電動機失電停轉(zhuǎn)。這樣以來，使電動機接通一下電源，齒輪系統(tǒng)產(chǎn)生一次抖動，使齒輪嚙合順利進行。 （6）工作臺的快速移動 6個進給方向的快速移動是通過兩個進給操作手柄和快速移動按鈕

14、配合實現(xiàn)的。安裝好工件后，按下按鈕sb3或sb4接觸器km2通電吸合，常閉觸頭分斷，切斷電磁離合器yc2，兩對常開觸頭同時閉合，接通電磁離合器yc3和接通進給控制電路。離合器yc2使齒輪傳動鏈與進給絲杠分離，離合器yc3使電動機m3與進給絲杠直接搭合。進給的方向，由進給操作手柄來決定。當(dāng)快速移動到預(yù)定位置時，松開sb3或sb4，接觸器km2斷電釋放，yc3斷開,yc2吸合，工作臺的快速移動停止，仍按原來方向做進給運動。第三章 plc的控制技術(shù)第一節(jié) plc的構(gòu)成雖然plc的制造廠家很多，其系列型號琳瑯滿目，但一般而言，plc的基本組成可用圖5表示，由中央處理器單元（cpu板）、輸入接口部件、輸

15、出接口部件、輸出接口部件和電源部件等四部分組成。 圖5：plc基本組成cpu板是控制器的核心，許多廠家的plc的都采用單片機作為cpu板，其內(nèi)部一般包括cpu單元、儲存起去、內(nèi)部i/o通道等。為了減少對機內(nèi)單片機內(nèi)存容量要求的壓力，許多plc的cpu內(nèi)部除數(shù)據(jù)存儲器外，其程序儲存器通常僅儲存plc系統(tǒng)管理程序，而用戶程序則采用單片機片外擴展的方法來解決。輸入輸出（i/o）部件是連接現(xiàn)場設(shè)備與cpu板之間的接口電路。由于plc要滿足工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場惡劣環(huán)境的要求，i/o部件通常需要針對工業(yè)環(huán)境等實際情況來采取必要的措施進行設(shè)計，以滿足抗干擾方面的要求。電源部件為plc內(nèi)部其他各部件提供合適的電壓穩(wěn)定

16、的電源。從結(jié)構(gòu)形式上看，plc可分為整體形式結(jié)喉和模塊形式結(jié)構(gòu)。對于整體形式結(jié)構(gòu)，四個基本部件部分安裝在同一機殼內(nèi)；對于模塊式結(jié)構(gòu)，四個基本部件各自獨立封裝，成為獨立的模塊，各模塊之間通過機架和總線連接。小型plc一般為整體式結(jié)構(gòu)，大、中型plc則多為模塊式結(jié)構(gòu)。不管是整體式或模塊式plc，由于總線都是可對外開放的，其i/o在總點數(shù)不超過選定機型規(guī)定的條件下，都可根據(jù)用戶的需要進行組合和擴展。第二節(jié) plc的分類及特點1.分類（1）從組成結(jié)構(gòu)形式分可分為一體化整體式plc和模塊式結(jié)構(gòu)化plc（2）按i/o點數(shù)及內(nèi)存容量分：1）超小型plc 2）小型plc 3）中型plc 4）大型plc 5）超

17、大型plc（3）按輸出形式分1）繼電器輸出為有觸點輸出方式，適用于低頻大功率直流或交流負載圖6：繼電器輸出型2)晶體管輸出為無觸點輸出方式，適用于高頻小功率直流負載圖7：晶體管輸出型（npn集電極開路）3)晶閘管輸出為無觸點輸出方式，適用于高速大功率交流負載圖8：晶體管輸出型（pnp集電極開路）2.特點（1）可靠性高、抗干擾能力強（2）編程簡單、使用方便（3）設(shè)計、安裝容易，維護工作量少（4）功能完善、通用性好，可實現(xiàn)三電一體化 plc將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運動控制）這三電集于一體。（5）體積小、能耗低（6）性能價格比高第三節(jié) 輸入輸出接口plc輸入輸出接口的主要功能是與

18、外部設(shè)備聯(lián)系。i/o接口技術(shù)對plc能否在惡劣的工作環(huán)境中可靠工作起著關(guān)鍵的作用。plc的i/o接口可分為開關(guān)i/o和模擬i/o兩類。1.開關(guān)量輸入輸出接口開關(guān)量i/o又稱為數(shù)字量i/o或離散量i/o。plc以開關(guān)量順序控制見長。任何一個生產(chǎn)設(shè)備或過程的控制與管理，幾乎都是按步驟順序進行的，工業(yè)控制中80%以上的工作都可以有開關(guān)量控制完成。2.模擬量輸入輸出接口模擬量i/o接口模板的主要功能是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。輸入數(shù)據(jù)有多路選擇開關(guān)選定，經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量，再經(jīng)過光電隔離后送到輸入鎖存器供plc調(diào)用。plc處理的數(shù)字量由輸出鎖存器經(jīng)光電隔離、d/a轉(zhuǎn)換變成模擬量信號，再經(jīng)過放大驅(qū)動輸出到外接設(shè)備

19、，其原理如圖所示。 模擬量輸入模塊的信號范圍通常是：電壓信號1-5v，+10v，0-10v；電信號0-20ma。模擬量輸入模塊的分辨力多為12位，有的可達13位，其點密度常見的有2、4、8和16點。使用模擬量輸入輸出接口摸班時都應(yīng)注意所選plc的特殊限制，如模板總數(shù)限制、i/o總點數(shù)限制等，模塊式plc還應(yīng)注意模板安裝位置的限制。3.功能模板和智能模板功能模板通常指構(gòu)成系統(tǒng)特殊功能所需的模板，主要有：人機對話、遠程i/o、串行通訊、與上位機聯(lián)網(wǎng)、高級語言、熱備模板等。智能模板則是帶自己獨立的cpu芯片或相應(yīng)控制的專用模板，有些智能模板還能在脫離plc后正常工作，這類模板有：溫度傳感器輸入、高速

20、計算器、pid調(diào)節(jié)、凸輪模擬器、閥位控制、位置控制、電動機軸定位控制等。第四節(jié) 可編程控制器的工作過程 cpu不能同時處理多個操作任務(wù)，而只能按分時操作原理，每一時刻執(zhí)行一個操作，一個操作完成后再接著執(zhí)行下一個操作。這種分時操作過程稱為cpu對程序的掃描過程。plc的工作過程就是cpu掃描程序的過程，典型的plc工作過程如圖9所示。接通電源經(jīng)過復(fù)位和初始化程序后，plc開始進入正常的循環(huán)掃描工作。首先，plc進行自診斷查錯，檢查系統(tǒng)硬件和用戶程序存儲器。若發(fā)現(xiàn)錯誤，plc將切斷一切輸入，停止運行用戶程序，并通過指示燈發(fā)出警報；如果屬于一般性錯誤，則只要發(fā)出警報，等待處理，但不停機。當(dāng)檢查未發(fā)現(xiàn)

21、錯誤時，plc將輸入接口采樣的輸入信號從輸入緩沖器讀入，存放在映像存儲器備用。接著，plc從第一條指令開始，逐條執(zhí)行用戶程序，直到最后一條（通常是end指令，是plc判斷用戶程序是否執(zhí)行完的標(biāo)志）。執(zhí)行完用戶程序后，再次復(fù)位wdt。設(shè)置wdt的目的是確保系統(tǒng)正常工作，如果在設(shè)定的時間內(nèi)，wdt不能復(fù)位，則發(fā)出錯誤信號。然后，將存放在輸出映像存儲器的數(shù)據(jù) 送到輸出鎖存器鎖存（由輸出驅(qū)動電路通過輸出端子輸出給外設(shè)）。刷新i/o數(shù)據(jù)后，復(fù)位監(jiān)控定時wdt（watchdog timer）。最后，plc進入服務(wù)外設(shè)命令的操作。設(shè)置外設(shè)服務(wù)是為了方便操作人員的介入，有利于系統(tǒng)的控制和管理，但并不影響系統(tǒng)的

22、正常工作。若沒有外設(shè)命令或外設(shè)命令處理完畢后，plc自動再次進入自診斷操作，自動循環(huán)掃描運行。第五節(jié) 輸入輸出（i/o）分配表根據(jù)x62w萬能銑床的電氣控制要求，定義plc的i/o分配，如下表所示。編號功能輸入繼電器sb1主軸電機啟動按鈕x001sb5主軸電機停止及制動按鈕x000sb3快速進給按鈕x002fr1主軸電機過載保護x003fr2進給電機過載保護x004sa2-1正常進給轉(zhuǎn)換開關(guān)x013sa2-2園工作臺進給轉(zhuǎn)換開關(guān)x014sa2-3正常進給轉(zhuǎn)換開關(guān)x015sq1主軸變速沖動x005sq2進給變速沖動x006sq3工作臺向下、前進給x007sq4工作臺向后、上進給x010sq5工作

23、臺向右進給x011sq6工作臺向左進給x012三相電源開關(guān)sa1作為總電源開關(guān)裝在控制面板上。yc1為制動電磁鐵，yc2為工作臺正常速度電磁離合器，yc3為工作臺快速電磁離合器。三個yc用通用繼電器代替指示。編號功能輸出繼電器km1 控制主軸電動機運行交流接觸器y000km2控制進給電動機快速交流接觸器y001km3控制進給電動機正轉(zhuǎn)交流接觸器y002km4控制進給電動機反轉(zhuǎn)交流接觸器y003yc1主軸制動電磁鐵y005yc2工作臺正常速度電磁離合器y006yc3工作臺快速電磁離合器y007圖9 plc接線圖第四章 x62w萬能銑床的改造第一節(jié) x62w萬能銑床繼電器控制的缺點傳統(tǒng)的x62w萬

24、能銑床進給電動機正反轉(zhuǎn)頻繁，所以是用接觸器控制進給電動機的正反轉(zhuǎn)，因而電氣控制部分使用了很多交流接觸器，這樣就造成了接線復(fù)雜這一問題，線路復(fù)雜在日常檢修中十分的不方便。同時交流接觸器在機床日常生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)一些問題，導(dǎo)致機床出現(xiàn)故障影響生產(chǎn)，它動作速度慢、可靠性差，故障診斷與排除困難，所以會使工廠的生產(chǎn)力大打折扣。plc具有可靠性高、抗干擾能力強、設(shè)計、安裝容易，維護工作量少、性能價格比高。所以本次課題利用可編程控制器控制來對機床進行改造。 第二節(jié) 機床的改造與plc的選型1.機床改造 保留原有電氣控制主電路，所有的輸入、輸出設(shè)備不變，將控制電路接入plc作為可編程控制的輸入信號，按照銑床的工

25、作流程進行程序編寫。編寫程序見附錄1 2plc的選型 這次改造的機床是x62w萬能銑床它有12個輸入點，加上兩個熱繼電器保護共14個輸入點，7個輸出點，所以選用了三菱fx2-32mr可編程繼電器。第三節(jié) 改造后的機床工作原理及優(yōu)點1. 工作原理 （1）主軸電動機的啟動：接通電源，按下x1，m2得電自鎖，y0得電主軸電動機工作。（2）主軸電動機的停止：按下x0，m2控制主軸電動機自鎖線圈失電，電機停止。（3）主軸變速沖動控制：按下x5，控制主軸變速沖動的m3得電，m3接通主軸電機開始變速沖動。（4）圓形工作臺的控制：按下x14，m11得電用時接通y2是進給電動機正轉(zhuǎn)。在圓工作臺開動時，其余進給一律不準(zhǔn)運動，若撥動了進給手柄中的任