數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)改造課件

1、齊齊哈爾工程學(xué)院論 文題目：數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)改造 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 號： 2013030233 學(xué) 生： 王鑫 指導(dǎo)教師： 陳龍 起止日期： 2016.11.21-12.30 目錄目 錄摘 要3引 言4一、概述 51.1 選題的目的和意義5 1.2 關(guān)于課題的一些介紹和討論51.3 電氣控制技術(shù)的發(fā)展61.4 PLC的發(fā)展史及特點4二、 鏜床的概況 9 2.1 T6113臥式鏜床主要結(jié)構(gòu)及機械運動92.2 電氣控制10 2.2.1 臥式鏜床電力拖動及控制要求102.2.2 T6113臥式鏜床的電氣控制10三、 鏜床電力拖動電動機的選擇 133.1 概述 133.2 鏜床

2、用電動機容量的選擇 133.2.1 鏜床主運動電動機容量的選擇 133.2.2 快速移動電動機容量的選擇 133.2.3 后立柱電機容量的選擇 133.2.4 主軸箱和工作臺油泵電動機容量的選擇 13四 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計144.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容和步驟144.1.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容 144.1.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟 144.2 PLC控制系統(tǒng)的硬件配置144.2.1選擇PLC機型144.2.2開關(guān)量I/O模塊的選擇144.2.3 PLC的接線電路分析14五、 PLC在T113臥式鏜床中的應(yīng)用 165.1 T6113臥式鏜床的PLC控制方案 165.2 T6113

3、控制系統(tǒng)設(shè)計165.2.1 機型的選擇及I/O接口的分配 165.2.2 程序編制 16結(jié)論20參考文獻21摘要隨著機械工業(yè)的發(fā)展，作為工作母機的各類機床得到了廣泛的應(yīng)用，而這些機床的自動化和精密程度卻有很大差異。在歐美、日本等國家里，他們的機床數(shù)控化程度都相對比較高，但在我國國內(nèi)的機床大約有90%多還處于老式的繼電器控制下。由于繼電器控制的機床有耗材、耗能、故障率高的缺陷，從而浪費了很多的人力、物力和財力。如果說把這些機床全部都更新?lián)Q代，那樣會需要很大一筆資金，就目前情況上來說是不現(xiàn)實的，所以就有人開始嘗試從控制部分的改造方面來下手，將它們的性能提升一個檔次，更可以解決它的一些弊端?；谝陨?/p>

4、情況，我選擇了用PLC來完成T6113臥式鏜床的電氣控制部分這個題目，目的是使機床能快速響應(yīng)動作，靈活可靠的完成生產(chǎn)任務(wù)，而故障率要相應(yīng)降低。PLC以內(nèi)部的邏輯觸點代替了繼電器的機械觸點，來控制機床的動作，邏輯觸點與機械觸點相比動作時間大大縮短，連接快而可靠，還有就是它的壽命比機械觸點有很大幅度的增長，可達到幾百萬次到千萬次。經(jīng)過設(shè)計并作了實物的演示，結(jié)果證明了設(shè)計的成功。關(guān)鍵詞：繼電器 故障率 邏輯觸點引言 數(shù)控車床改造，主要是對原有機床的結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)造性的設(shè)計，最終使機床達到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車床是機電一體化的典型代表，其機械結(jié)構(gòu)同普通的機床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機床不是簡單地將

5、傳統(tǒng)機床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機床的基礎(chǔ)上，僅對局部加以改進而成（那些受資金等條件限制，而將傳統(tǒng)機床改裝成建議數(shù)控機床的另當(dāng)別論）。傳統(tǒng)機床存在著一些弱點，如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機床對加工精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率以及使用壽命等要求。現(xiàn)代的數(shù)控技術(shù)，特別是加工中心，無論是其支承部件、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結(jié)構(gòu)，還是整體布局、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成了數(shù)控機床的獨特機械結(jié)構(gòu)。因此，我們在對普通機床進行數(shù)控改造的過程中，應(yīng)在考慮各種情況下，使普通機床的各項性能指標(biāo)盡可能地與數(shù)控機床相

6、接近。第1章 緒論1.1選題的目的和意義由于現(xiàn)代加工技術(shù)的日益提高，對加工機床特別是工作母機的要求也越來越高，由此人們也將注意力集中到機床上來，數(shù)控技術(shù)是計算機技術(shù)、信息技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)等發(fā)展的產(chǎn)物，他的出現(xiàn)極大的推動了制造業(yè)的進步。機床的控制系統(tǒng)的優(yōu)劣與機床的加工精度息息相關(guān)，特別是PLC廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域后，已經(jīng)顯現(xiàn)出它的優(yōu)越性?？删幊炭刂破鱌LC已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的自動控制。在機械加工領(lǐng)域，機床的控制上更顯示出其優(yōu)點。由于鏜床的運動很多、控制邏輯復(fù)雜、相互連鎖繁多，采用傳統(tǒng)的繼電器控制時，需要的繼電器多、接線復(fù)雜，因此故障多維修困難，費工費時，不僅加大了維修成本，而且影響設(shè)備的功效。

7、采用PLC控制可使接線大為簡化，不但安裝十分方便而且工作可靠、降低了故障率、減小了維修量、提高了功效。1.2 關(guān)于課題的一些介紹和討論1.2.1 設(shè)計目標(biāo)、研究內(nèi)容和擬定解決的關(guān)鍵問題完成對T6113機床的整個控制系統(tǒng)的設(shè)計改造，控制核心是PLC，并使其加工精度進一步提高，加工范圍擴大，控制更可靠。研究內(nèi)容：（1） T6113的電氣系統(tǒng)（PLC）硬件電路設(shè)計和在機床上的布局。（2） PLC程序的編制。解決的關(guān)鍵問題：PLC對機床各個工作部分的可靠控制 電氣電路的安全問題的解決1.2.2題目的可行性分析雖然目前數(shù)控機床以其良好的加工性能得到了人們的肯定，但是其昂貴的價格是一般用戶望塵莫及的，所以

8、改造現(xiàn)有的機床以達到使用要求是比較現(xiàn)實的，也是必須的。經(jīng)過實踐證明這樣的改造是可以滿足大多數(shù)情況下的精度和其他加工要求，并且在實踐中已取得的相當(dāng)好的效益。1.2.3本項目的創(chuàng)新之處利用PLC作為控制核心，替代傳統(tǒng)機床的繼電器控制，使得機床的控制更加靈活可靠，減少了很多中間的機械故障的可能。利用PLC的可編程功能使得變換和改進控制系統(tǒng)成為可能。1.2.4設(shè)計產(chǎn)品的用途和應(yīng)用領(lǐng)域鏜床是一種主要用鏜床刀在工件上加工孔的機床。通常用于加工尺寸較大、精度要求較高的孔。特別是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求較高的孔，如各種箱體，汽車發(fā)電機缸體等零件的孔。一般鏜刀的旋轉(zhuǎn)為主運動，鏜刀或工件的移動為進給運

9、動。在鏜床上除鏜孔外，還可以進行銑削、鉆孔、擴孔、鉸孔、锪平面等工件。因此鏜床的工作范圍較廣。它可以應(yīng)用于機械加工的各個領(lǐng)域，但因其價格比一般機床貴好多，所以在比較大的加工車間才可見到。1.3 電氣控制技術(shù)的發(fā)展電氣控制技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求而迅速發(fā)展的，從最早的手動控制到自動控制，從簡單的控制設(shè)備到復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從有觸點的硬接線控制系統(tǒng)到以計算機為中心的存儲系統(tǒng)?，F(xiàn)代電氣控制技術(shù)綜合應(yīng)用了計算機、自動控制、電子技術(shù)、精密測量等許多先進的科學(xué)技術(shù)成果。作為生產(chǎn)機械的電機拖動，已由最早的采用成組拖動方式，發(fā)展到今天無論是自動化功能還是生產(chǎn)安全性方面都相當(dāng)完善的電

10、氣自動化系統(tǒng)。 繼電接觸式控制系統(tǒng)主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)等組成，其控制方式是斷續(xù)的，所以又稱為斷續(xù)控制系統(tǒng)。由于這種系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、維護容易、抗干擾能力強等優(yōu)點，至今仍是機床和其他許多機械設(shè)備廣泛采用的基本電氣控制形式，也是學(xué)習(xí)先進電氣控制的基礎(chǔ)。這種控制系統(tǒng)的缺點是采用固定的接線方式，靈活性差，工作頻率低，觸點易損壞，可靠性差。 從20世紀(jì)30年代開始，生產(chǎn)企業(yè)為了提高生產(chǎn)率，采用機械化流水作業(yè)的生產(chǎn)方式，對不同類型的產(chǎn)品分別組成生產(chǎn)線。隨著產(chǎn)品類型的更新?lián)Q代，生產(chǎn)線承擔(dān)的加工對象也隨之改變，這就需要改變控制程序，使生產(chǎn)線的機械設(shè)備按新的工藝過程運行，而繼電接觸器控

11、制系統(tǒng)采取固定接線方式，很難適應(yīng)這個要求。大型生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)使用的繼電器的數(shù)量很多，這種有觸點的電器工作頻率很低，在頻繁動作的情況下壽命較短，從而造成系統(tǒng)故障，使生產(chǎn)線的運行可靠性降低。為了解決這個問題，20世紀(jì)60年代初期利用電子技術(shù)研制出矩陣式順序控制器和晶體管邏輯控制系統(tǒng)來代替繼電接觸式控制系統(tǒng)。對復(fù)雜的自動控制系統(tǒng)則采用計算機控制，由于這些控制裝置本身存在不足，因此均未能獲得廣泛應(yīng)用。1968年美國最大的汽車制造商通用汽車（GM）公司，為適應(yīng)汽車型號不斷更新，提出把計算機的完備功能以及靈活性、通用性好等優(yōu)點和繼電接觸器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格低等優(yōu)點結(jié)合起來，做成一種能適應(yīng)

12、工作環(huán)境的通用控制裝置，并把編程方法輸入方法簡化。美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）于1969年率先研制出第一臺可編程控制器（簡稱PLC），并在通用汽車公司的自動裝配線上試用獲得成功。從此以后，許多國家的著名廠商竟相研制，各自成為系列，而且品種更新很快，功能不斷增強，從最初的邏輯控制為主發(fā)展到能進行模擬量控制，具有數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)等多種功能。PLC另一個突出的優(yōu)點是可靠性很高，平均無故障運行可達10萬小時以上，可以大大減少設(shè)備維修費用和停產(chǎn)造成的經(jīng)濟損失。當(dāng)前PLC已經(jīng)成為電氣自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的核心控制裝置。 電氣控制技術(shù)的發(fā)展始終是伴隨著社會生產(chǎn)規(guī)模的擴大，生產(chǎn)水平的提高而前進

13、的。電氣控制技術(shù)的進步反過來又促進了社會生產(chǎn)力的進一步提高。同時，電氣控制技術(shù)又是與微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、機械制造技術(shù)等緊密聯(lián)系在一起的。21世紀(jì)電氣控制技術(shù)必將給人類帶來更加繁榮的明天。1.4 PLC的發(fā)展史、優(yōu)勢及特點1.4.1 發(fā)展史 可編程控制器PLC誕生之前，工業(yè)電氣控制主要使用低壓電器構(gòu)成的繼電接觸器電路，它是以接線邏輯實現(xiàn)控制功能的。這樣的控制設(shè)備一經(jīng)生產(chǎn)出來，功能就固定了，若要改變就必須改變控制器內(nèi)部的硬件接線，使用起來不靈活，也很麻煩。1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM）為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要尋找一種比繼電器更可靠，功能更齊全，響

14、應(yīng)速度更快的新型工業(yè)控制器，并從用戶角度提出了新一代控制器應(yīng)具備的十大條件，立即引起了開發(fā)熱潮。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了第一臺可編程控制器PDP14，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上適用成功，并取得了滿意的效果，可編程控制器由此誕生?？删幊炭刂破髯詥柺酪詠恚l(fā)展極為迅速。1971年，日本開始生產(chǎn)可編程控制器，1973年，歐洲開始生產(chǎn)可編程控制器，到現(xiàn)在，世界各國的一些著名的電器工廠幾乎都在生產(chǎn)可編程控制器?？删幊炭刂破饕炎鳛橐粋€獨立的工業(yè)設(shè)備被列入生產(chǎn)中，成為當(dāng)代電控裝置的主導(dǎo)。早期的可編程控制器主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，它采用了一些計算機技術(shù)，但簡化了計算機的內(nèi)

15、部電路，對工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性較好，指令系統(tǒng)簡單，一般只具有邏輯計算的功能。隨著微電子技術(shù)和集成電路的發(fā)展，特別是微處理器和微計算機的迅速發(fā)展，在20世紀(jì)70年代中期，美、日、德等國的一些廠家在可編程控制器中開始更多地引入微機技術(shù)，微處理器及其他大規(guī)模集成電路芯片成為其核心部件，使可編程控制器具有了自診斷功能，可靠性有了大幅提高，性能價格比產(chǎn)生了新的突破。到20世紀(jì)80年代，可編程控制器都采用了微處理器（CPU）、只讀存儲器（ROM）、隨機存儲器（RAM）或是單片機作為其核心，處理速度大大提高，不僅增加了多種特殊功能，體積還進一步縮小。20世紀(jì)90年代末，PLC幾乎完全計算機化，其速度更快，各種

16、智能模塊不斷被開發(fā)出來，使其不斷地擴展著它在各類工業(yè)控制中的作用?，F(xiàn)在，PLC不僅能進行邏輯控制，在模擬量閉環(huán)控制、數(shù)字量的智能控制、數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、通信聯(lián)網(wǎng)及集散控制系統(tǒng)等各方面都得到了廣泛應(yīng)用。如今，大、中型，甚至小型PLC都配有A/D、D/A轉(zhuǎn)換及算術(shù)運算功能，有的還具有PID功能。這些功能使PLC在模擬量閉環(huán)控制、運動控制、速度控制等方面具有了硬件基礎(chǔ)；許多PLC具有輸出和接收高速脈沖的功能，配合相應(yīng)的傳感器及伺服設(shè)備，PLC可實現(xiàn)數(shù)字量的智能控制；PLC配合可編程終端設(shè)備，可實時顯示采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，為系統(tǒng)分析、研究工作提供依據(jù)，利用PLC的自檢信號還可以實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控；PL

17、C具有較強有利的通信功能，可以與計算機或其他智能裝置進行通訊及聯(lián)網(wǎng)，從而能方便地實現(xiàn)集散控制。功能完備的PLC不僅能滿足控制要求，還能滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)管理的需要。近年來，可編程控制器的發(fā)展更為迅速。展望未來，可編程控制器在規(guī)模和功能上將向兩大方向發(fā)展：一是大型可編程控制器向高速、大容量和高性能方向發(fā)展；二是發(fā)展簡易經(jīng)濟的超小型可編程控制器，以適應(yīng)單機控制及小型自動化設(shè)備的需要。另外，不斷增強PLC工業(yè)過程控制的功能（模擬量控制能力），研制采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，使同一工業(yè)控制系統(tǒng)中能連接不同的控制設(shè)備，增強可編程控制器的聯(lián)網(wǎng)通信功能，便于分散系統(tǒng)與集中控制的實現(xiàn)，大力開發(fā)智能I/O模塊、增強可編程控

18、制器的功能等也具有重要意義。1.4.2 PLC的優(yōu)勢和特點1.可靠性高，抗干擾能力強。高可靠性往往是用戶選擇控制裝置的首要條件。在繼電器接觸器控制系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點的抖動以及觸點電弧等現(xiàn)象大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而在PLC系統(tǒng)中，大量的開關(guān)動作是由無觸點的半導(dǎo)體電路來完成的，加上PLC充分考慮了工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境電磁、粉塵、溫度等各種干擾，在硬件和軟件上采取了一系列抗干擾措施，PLC有極高的可靠性。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，目前個生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC，其平均無故障時間都大大超過了IEC規(guī)定的10萬小時，有的甚至達到了幾十萬小時。2.適應(yīng)性強，應(yīng)用靈活 由于PLC產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，品種齊全，

19、多數(shù)采用模塊式的硬件結(jié)構(gòu)，組合和擴展方便，用戶可根據(jù)自己的需要靈活選用，以滿足系統(tǒng)大小不同及功能繁簡各異的控制要求。更重要的是，PLC系統(tǒng)相對繼電器接觸器控制系統(tǒng)，接線很少。3.編程方便，容易使用PLC的編程可采用與繼電器電路極為相似的梯形圖語言，直觀易懂。4.功能強，擴展能力強PLC中含有數(shù)量巨大的可用于開關(guān)量處理的繼電器類軟元件，可輕松的實現(xiàn)大規(guī)模的開關(guān)量邏輯控制，這是一般的繼電器系統(tǒng)所不能實現(xiàn)的。5.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試方便PLC中相當(dāng)于繼電器接觸器系統(tǒng)中的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等“軟元件”數(shù)量巨大，又用程序（軟接線）代替硬接線，安裝接線工作量小，設(shè)計人員只要具有PLC

20、就可進行控制系統(tǒng)設(shè)計并可在實驗室進行模擬調(diào)試。而繼電器接觸器系統(tǒng)的調(diào)試是靠在現(xiàn)場改變接線進行的，十分煩瑣。6.維修方便，維修工作量小PLC有完善的自診斷，履歷情報存儲及監(jiān)視功能。對于其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和I/O點的狀態(tài)均有顯示。工作人員可以通過它查出故障原因，便于迅速處理。7.PLC體積小，重量輕，易于實現(xiàn)機電一體化第2章 鏜床的概況2.1 T6113臥式鏜床主要結(jié)構(gòu)及機械運動2.1.1T6113臥式鏜床主要結(jié)構(gòu)鏜床是一種精密加工機床，主要用于加工精密圓柱孔，這些孔的軸線往往要求嚴(yán)格地平行或垂直。相互間的距離也要求很準(zhǔn)確，鏜床本身剛性好，其可動部分在導(dǎo)軌上活動間隙很小，而且有附加

21、支撐。臥式鏜床用于加工各種復(fù)雜大型工件，如箱體零件、機床等，是一種功能很大的機床。除了鏜孔外，還可以進行鉆、擴、絞孔以及車削內(nèi)外螺紋，用絲錐攻螺紋，車外圓柱面和端面。臥式鏜床外形結(jié)構(gòu)如圖中所示：1.床身 2.前立柱 3.主軸箱 4.尾筒工作臺 5.下滑座 6.上滑座 7. 工作臺 8.后立柱 9.懸掛按鈕站 10.固定按鈕站臥式鏜床的床身是由整體的鑄件制成，床身的一端有固定不動的前立柱，在前立柱的垂直導(dǎo)軌上裝有鏜頭架，它可以上下移動，鏜頭架上集中了主軸部件、變速箱、進給箱與操縱機構(gòu)等部件。切削刀具安裝在鏜軸前端的錐孔里，或裝在平盤的刀具溜板上，在工作過程 ，鏜軸一面旋轉(zhuǎn)，一面沿軸向做進給運動，

22、平旋盤只能旋轉(zhuǎn)裝在它的上面刀具溜板可在垂直于主軸軸線方向的徑向進給運動。平旋盤主軸是空心軸，鏜軸穿過其中空心部分，通過各自的傳動鏈運動，因此可獨立轉(zhuǎn)動。在大部分工作情況下使用鏜軸加工，只有在用車刀切削端面時才使用平旋盤。臥式鏜床后立柱上安裝在尾架，用來夾持裝夾在鏜軸上的鏜桿的末端。它可隨鏜頭架同時升降，并且某軸心線與鏜頭架軸心線保持在同一直線上，后立柱可在床身導(dǎo)軌上沿鏜軸軸線方向上做調(diào)整、移動。加工時，工件放在床身中部的工作臺上，工作臺在上滑座上面，上滑座下面是下滑座，下滑座安裝在床身導(dǎo)軌上，并可沿床身導(dǎo)軌運動，上滑座又可沿下滑座上的導(dǎo)軌運動，工作臺就可在床身上作前后左右任一方向運動，并可作回

23、轉(zhuǎn)運動，再配合鏜頭架的垂直運動，就可以加工工件上一系列與軸線相平行或垂直的孔。加工時，刀具裝在主軸箱的鏜軸或平旋盤上，由主軸箱可獲得各種轉(zhuǎn)速和進給量，主軸箱可沿前立柱的導(dǎo)軌上下移動，工件安在工作臺，可與工作臺一起隨上滑座或下滑座作橫向或縱向移動，此外，工作臺還可以繞上滑座的圓導(dǎo)軌在水平面內(nèi)移動一定的角度，以便加工互成一定角度的孔或平面，裝在鏜軸上的鏜刀還可以隨鏜軸軸向運動，以實現(xiàn)軸向進給或調(diào)整刀具的軸位置。當(dāng)鏜軸及刀桿伸出較長時，可用后立柱來支撐左端，以增加鏜軸和刀桿的剛度。當(dāng)?shù)毒哐b在平旋盤的徑向刀架時，徑向刀架可帶著刀具作徑向進給，以車削端面。2.1.2機械運動 鏜桿的旋轉(zhuǎn)運動；主軸箱垂直進

24、給運動；工作臺縱向進給運動；工作臺橫向進給運動；鏜桿的軸向運動；平旋盤的旋轉(zhuǎn)運動；平旋盤徑向刀架進給運動；輔助運動：主軸箱、工作臺在進給方向的快速調(diào)位運動，后立柱縱向調(diào)位運動，后支架的垂直調(diào)位運動，工作臺的轉(zhuǎn)位運動。這些輔助運動可以手動，也可以由快速電動機轉(zhuǎn)動。2.2電氣控制2.2.1臥式鏜床電力拖動及控制要求1.主軸應(yīng)有較大調(diào)速范圍，要求恒功率調(diào)速，采用機電聯(lián)合調(diào)速；2.變速時，為使滑移齒輪能順利進行嚙合位置，應(yīng)有低速或斷續(xù)變速沖動；3.主軸能作正反轉(zhuǎn)低速點動調(diào)整，要求對主軸電動機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)及點動控制；4.為使主軸迅速準(zhǔn)確停車，主軸電動機應(yīng)有機械制動；5.主運動與進給運動由一臺主軸電動機拖動

25、由各自傳動鏈運動，主軸和工作臺除工作進給外，還應(yīng)有快速移動由另一臺快速移動電動機拖動；6.鏜床運動部件多，設(shè)置必要的聯(lián)鎖和保護。2.2.2 T613臥式鏜床的電氣控制機床的電氣系統(tǒng)是按三相交流電源設(shè)計的，其電源電壓與頻率為380V 50Hz.機床采用可編程控制器（PC）控制，可編程控制器的電源為220V；接觸器的電壓交流110V；電磁閥，電磁離合器為DC24V；信號指示燈為交流6V；手把燈（最大100W）電為24V；均由變壓器供電。機床照明燈電壓為24V。機床上裝有五臺交流電動機；主電機（M1），快速移動電機（M2），后立柱快速移動電機（M3），下滑座液壓油泵電機（M4），主軸箱液壓油泵電機（

26、M5）?？删幊炭刂破鳎≒LC）安裝在配電盤下部，配電盤安裝在立柱后面的電器柜內(nèi)。機床上裝有懸掛按鈕站對機床進行集中操作。各部分簡要說明：（1） 可編程控制器（PLC）本機床采用SIEMENS S7-200系列可編程控制器對機床實行控制，它能夠控制各種設(shè)備以滿足自動化控制需求。S7-200的用戶程序中包括了位邏輯、計數(shù)器、定時器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運算以及與其它智能模塊通訊等指令內(nèi)容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達到控制的目的。緊湊的結(jié)構(gòu)，靈活的配置和強大的指令集使S7-200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。本系統(tǒng)采用的可編程控制器為S7-200系列，CPU 224，外形尺寸為120.5806

27、2（單位），程序存儲區(qū)4096字節(jié)，數(shù)據(jù)存儲區(qū)2560字節(jié)，掉電保持時間190小時，I/O數(shù)量14入/10出，本機擴展模塊7個，脈沖輸出（DC）為2路20KHz，模擬電位器，實時時鐘為內(nèi)置，通訊口1RS-485。擴展模塊選用的是四塊EM223（8I/8Q）（223-1PH22-0XAO）。2. 輸入信號機床所使用的按鈕、旋鈕開關(guān)、無觸點開關(guān)、各部的行程開關(guān)及各部的限位開關(guān)、速度繼電器等均作為輸入信號。3. 輸出信號可編程控制器輸出信號分別接通交流接觸器，液壓電磁閥，電磁離合器和信號燈。4. 機床的程序編制利用STEP7-Micro/WIN軟件來編制，采用梯形圖方式來實現(xiàn)。詳細情況見系統(tǒng)程序編制

28、部分。（2）. 限位、線路保護說明1. 進給和快速移動的限位 SQ14、SQ15 主軸箱升降終點限位開關(guān) SQ16、SQ17 上滑座移動終點限位開關(guān) SQ18、SQ19 下滑座移動終點限位開關(guān)當(dāng)某一移動部件達到極限位置時，相應(yīng)的限位開關(guān)壓開關(guān)動作，切斷進給和快速移動電路或使換向離合器脫開，可以按相反方向的快速移動按鈕，使其復(fù)位。2. 線路保護和互鎖裝置短路保護和過載保護 三極自動空氣開關(guān)QF1、QF2、QF3、QF4和熱繼電器FR1、FR2、FR3分別對應(yīng)電動機進行過載或短路保護，電機自動開關(guān)QF5、QF6、QF7、QF8、QF9、QF10、QF11、QF12分別對相應(yīng)的控制電路進行短路和過載

29、保護。主軸保護 工作臺處于“松開”狀態(tài)，即分配工作臺后指示燈時，主軸不能旋轉(zhuǎn)。機動進給和快速移動的互鎖 機動進給時，快速移動不能進行；同樣快速移動時，機床不能機動進給。主軸箱前面大手輪狀態(tài)大手輪扳到“微動”位置，行程開關(guān)SQ4被壓動作，切斷快速移動和機動進給；大手輪扳到“手大動”位置，SQ5被壓動作，使按鈕SB23分配到主軸無效，主軸只能手動移動。保護接地電氣柜底部設(shè)有總的接地銅排，機床各部件之間為滑動面者，均接有跨接地線，金屬外殼的電器件如電動機等也接有保護地線，并為樹叉式接法，這些地線均接在銅排上。3. 導(dǎo)軌潤滑說明機車已放置很長時間在使用，機床通電后先按導(dǎo)軌潤滑按鈕SB19，多按幾次（間

30、隔10秒鐘）。每按一次，導(dǎo)軌潤滑泵來一次潤滑導(dǎo)軌，以后導(dǎo)軌自動潤滑。（三）. 主電機制動說明：主電機采用電子制動器制動，主軸停車快而平穩(wěn)，主電機的制動電流及制動時間均可調(diào)，主軸旋轉(zhuǎn)時，制動器的“允許”燈亮，表示制動器可以工作了，按下停止按鈕，制動器“電源”燈亮、“制動”燈亮，兩秒鐘后，“制動”和“電源”燈滅，制動結(jié)束。主軸沒有剎車，即制動器不工作，制動器報警燈亮。 第3章 電氣控制電路中的保護環(huán)節(jié)3.1概述 電氣控制系統(tǒng)除了能滿足生產(chǎn)機械的加工工藝要求外，要想長期的正常的無故障的運行，還必須有各種保護措施。保護環(huán)節(jié)是所有機床電氣控制系統(tǒng)不可缺少的組成部分，利用它來保護電動機、電氣控制設(shè)備以及人

31、身安全等。電氣控制系統(tǒng)中常用的保護環(huán)節(jié)有過載保護、短電流保護、零電壓和欠電壓保護以及弱磁保護等。T6113A臥式鏜床的電氣控制部分同樣需要具備一些保護環(huán)節(jié)。3.2短路保護電動機繞組的絕緣、導(dǎo)線的絕緣損壞或線路發(fā)生故障時，造成短路現(xiàn)象，產(chǎn)生短路電流并引起電氣設(shè)備絕緣損壞和產(chǎn)生強大的電動力使電氣設(shè)備損壞。因此在產(chǎn)生短路現(xiàn)象時，必須迅速的將電源切斷。常用的短路保護元件有熔斷器和自動開關(guān)，在T6113A臥式鏜床的電氣控制系統(tǒng)中用到的是熔斷器的保護。熔斷器的熔體串聯(lián)在電氣控制系統(tǒng)中的主電路部分，在控制電路部分有一個單相的熔斷器對其進行保護，當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時，熔體自動熔斷，從而切斷電路，達到保護

32、的目的。使用低壓斷路器來實現(xiàn)短路保護比熔斷器好，因為當(dāng)三相電路短路時，很可能只有一相的熔斷器熔斷，造成單相運行。對于低壓斷路器來說，只要造成短路都會使開關(guān)跳閘，將三相同時切斷。但它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作頻率低，價格高，因此適用于要求較高的場合。3.3鏜床的聯(lián)鎖保護3.3.1手動與機動聯(lián)鎖采用手動進給，是將手動手輪放在“微動”位置，不允許“快速”或機動進給。當(dāng)手輪在微動位置，壓動行程開關(guān)SQ6，SQ6的常閉觸頭斷開，KM5、KM6不能得電，因而不能快速移動，若手柄放在機動位置，由于壓動了行程開關(guān)SQ24，SQ24的常閉觸頭斷開，主電動機M1控制電路斷開，不能機動進給。3.3.2限速保護平旋盤工作時，轉(zhuǎn)速

33、應(yīng)被限制在以下。主軸、主軸箱、上滑座、下滑座的正反向快速運動都有限位保護，采用限位開關(guān)SQ9SQ16，可防止快速移動機構(gòu)超過極限位置。3.3.3正反轉(zhuǎn)電氣聯(lián)鎖為防止正反轉(zhuǎn)接觸器的觸點在可逆轉(zhuǎn)換時同時閉合而造成電源短路，應(yīng)有使兩個吸引線圈不能同時通電的電氣聯(lián)鎖，或同時輔以不許正反轉(zhuǎn)接觸器同時吸合的機械聯(lián)鎖，而這一點通過PLC的編程來實現(xiàn)。第4章PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計4.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容和步驟4.1.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容1.分析控制對象，明確設(shè)計任務(wù)和要求，這是實現(xiàn)本次研究的依據(jù)2.選定PLC的型號及所需要的輸入/輸出模塊，對控制系統(tǒng)的硬件進行配置3.編制PLC的輸入/輸出分配表

34、，并繪制機床采用PLC控制的原理圖4.根據(jù)控制要求對其運動過程進行編程5.選擇所需的電器元件4.1.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟（1）分析控制對象 在確定采用PLC控制后，應(yīng)對被控對象特點和工藝要求作深入的了解，使PLC控制系統(tǒng)最大限度地滿足被控制對象的工藝要求。分析控制過程中輸入和輸出設(shè)備之間的關(guān)系。（2）PLC控制系統(tǒng)的硬件配置 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括PLC機型的選擇，輸入輸出模塊的選擇（3）軟件設(shè)計 軟件設(shè)計就是在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，分配輸入輸出元件地址號，同時編制程序。根據(jù)控制要求設(shè)計出梯形圖，這是本次研究的核心工作。4.2 PLC控制系統(tǒng)的硬件配置4.2.1選擇PLC機型選擇合適

35、的機型是PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計的關(guān)鍵問題，在滿足控制要求的前提下，選型時應(yīng)選擇最佳的性能價格比，。對I/O點數(shù)的估算。合理的選擇I/O點數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求，又可使系統(tǒng)總投資最低。PLC的輸入/輸出總點數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控制對象所需控制的模擬量開關(guān)量來確定，一般一個輸入/輸出元件要占用一個輸入/輸出點?？紤]到今后的調(diào)整和擴充，一般應(yīng)在估計的總點數(shù)上再加20%30%的備用量4.2.2開關(guān)量I/O模塊的選擇為了適應(yīng)各種各樣的控制信號，PLC有多種模塊供選擇。開關(guān)量輸入模塊選擇PLC內(nèi)部所提供的DC24V電源，用做集電極開路傳感器的電源。開關(guān)量輸出模塊的輸出方式采用繼電器的方式輸出，其使用電壓范圍

36、廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，且具有隔離作用。4.2.3 PLC的接線電路 如下圖所示圖4-1 CPU224圖4-2 EM223第5章PLC在T619A臥式鏜床中的應(yīng)用5.1 T6113臥式鏜床的PLC控制方案既然是改造，那么一般情況下盡量沿用原機床的結(jié)構(gòu)，少做改動，控制部分則完全屏棄繼電器控制的原始控制思路，用PLC控制替代它。根據(jù)T6113鏜床有關(guān)資料及機床電氣改造方面的經(jīng)驗，確定方案如下圖所示：圖5-1 控制系統(tǒng)方案5.2 T6113控制系統(tǒng)設(shè)計5.2.1機型的選擇及I/O接口的分配采用可編程控制器的T619A臥式鏜床的操作及功能應(yīng)與采用繼電接觸器電路時完全一致。機床

37、原配的按鈕、限位開關(guān)、變壓器、指示燈、熱繼電器等電器均需保留。作為主要操作器件的按鈕及限位開關(guān)要接入PLC的輸入口，每個（組）觸點占用一個輸入口。作為主要執(zhí)行器件的接觸器幾電磁閥要接入PLC的輸出口，每個（組）線圈也要占一個口。 清點T619A臥式鏜床需接入PLC的輸入輸出器件后，確定需輸入口39個及輸入口40個輸出口，根據(jù)第6章中關(guān)于PLC選擇的要求及此鏜床本身的工作狀態(tài)，選用西門子S7200系列CPU224，AC/DC/RELAY，它是模塊化的，比較方便和靈活，具有14個輸入口及10個輸出口，輸出口為繼電器型，它的主要性能完全滿足鏜床的工作需要。但是考慮到鏜床的運動比較多，CPU224的輸

38、入/輸出口并不能滿足鏜床的需要，所以要對此型號的PLC進行擴展。需4個擴展模塊為EM223，它具有8個輸入口和8個輸出口，完全滿足鏜床運動的需要。PLC輸出輸入點的統(tǒng)計和分配：表51輸入點信號名稱元件代號地址電源起動SBI0.0急停SB7I0.1主軸正轉(zhuǎn)SB1I0.2主軸反轉(zhuǎn)SB2I0.3主軸正點SB3I0.4主軸反點SB4I0.5制動SB5I0.6主軸變速SB6I0.7主軸保護QF2I1.0工作臺運動分配SB18I1.1上滑座運動分配SB21I1.2下滑座運動分配SB22I1.3主軸運動分配SB23I1.4主軸箱運動分配SB24I1.5進給停止SB12I2.0各部正向快速SB8I2.1各部反

39、向快速SB9I2.2正向機動進給SB10I2.3反向機動進給SB11I2.4瞄準(zhǔn)器照明SB15I2.5主軸變速開關(guān)SQ1I2.6平旋盤SQ2I2.7插拔銷開關(guān)SQ3I3.0各部手微動SQ4I3.1手大動SQ5I3.2工作臺夾緊松開開關(guān)SQ6I3.3上滑座夾緊松開開關(guān)SQ7I3.4下滑座夾緊松開開關(guān)SQ8I3.5主軸夾緊松開開關(guān)SQ9I3.6主軸箱夾緊松開開關(guān)SQ10I3.7進給停止SQ11I4.0各部正向限位SQ14、SQ16SQ18、SQ22I4.1各部反向限位SQ15、SQ17SQ19、SQ23I4.2手搖主軸箱切斷快速開關(guān)SQ21I4.3主電機反向測速信號SR（反）I4.4主電機正向測速

40、信號SR（正）I4.5手動潤滑SB19I4.6刀具松開SB17I4.7刀具夾緊SB16I5.0機床照明燈SA2表52輸出點信號名稱元件代號地址瞄準(zhǔn)器照明EL3Q0.1刀具松開指示HL10Q0.2刀具夾緊指示HL11Q0.3工作臺指示燈HL2Q0.4上滑座指示燈HL3Q0.5下滑座指示燈HL4Q0.6主軸指示燈HL5Q0.7主軸箱指示燈HL6Q1.0正向機動進給指示燈HL7Q1.1反向機動進給指示燈HL8Q3.4主軸變速指示燈HL9Q3.5主軸正點KM1Q2.2主軸反點KM2Q2.3各部正向快速KM6Q2.4各部反向快速KM7Q2.5主電機接KM4Q2.6主電機Y接KM3Q3.1主電機制動KM5

41、Q2.7電源接通KMQ3.0工作臺油泵電機KM10Q3.2主軸箱油泵電機KM11Q3.3導(dǎo)軌潤滑電機KM12Q2.0主軸變速YV1Q3.6正向機動進給YV2Q3.7反向機動進給YV3Q4.0工作臺松開YV4Q4.1工作臺夾緊YV5Q4.2上滑座松開YV6Q4.3上滑座夾緊YV7Q4.4下滑座松開YV8Q4.5下滑座夾緊YV9Q4.6主軸松開YV10Q4.7主軸夾緊YV11Q5.0主軸箱松開YV12Q5.1主軸箱夾緊YV13Q5.2裝卸刀YV14Q5.3工作臺結(jié)合YC1Q5.4上滑座結(jié)合YC2Q5.5下滑座結(jié)合YC3Q5.6主軸箱結(jié)合YC4Q5.7電源指示燈HL1 5.1.2 T619A臥式鏜床

42、的PLC程序編制在程序的編制過程中，選用了定時器T37T44，另為編程需要還選了M10.0M10.7和M11.0M11.3十二個輔助繼電器。關(guān)于定時器的選用：定時器指令用來規(guī)定定時器的功能，在編程過程中，基于對T619A臥式鏜床的運動狀態(tài)的考慮，我選用的是接通延時定時器和斷開延時定時器。編制的過程中使用延時定時器是為了使電磁閥有充分的時間夾緊和松開。在使用過程中注意了以下基本要素：1.編號、類型及分辨率。定時器有1、10、100三種分辨率，定時器的編號和類型與辨率有關(guān)。有記憶的定時器均是接通延時型的，無記憶的定時器可通過指令指定為接通延時和關(guān)斷延時型。2.預(yù)置值。也叫設(shè)定值。預(yù)置值即編程時設(shè)定的延時時間的長短。PLC定時器采用時基計數(shù)及與預(yù)置值比較的方式確定延時時間是否到達。時基計數(shù)值稱為當(dāng)前值，存儲在當(dāng)前值寄存器中。預(yù)置值在使用梯形圖編程時，標(biāo)定在定時器功能框的“PT”端。3.工作條件