T68機床PLC改造可行性分析

1、T68機床PLC改造可行性分析前言鏜床是用鏜刀對工件已有的預制孔進行鏜削的機床。通常，鏜刀旋轉為主運動，鏜刀或工件的移動為進給運動。它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多個孔的精加工，此外還可以從事與孔精加工有關的其他加工面的加工。使用不同的刀具和附件還可進行鉆削、銑削、切它的加工精度和表面質量要高于鉆床。鏜床是大型箱體零件加工的主要設備。螺紋及加工外圓和端面等。鏜床分為臥式鏜床、落地鏜銑床、金剛鏜床和坐標鏜床等類型由于制造武器的需要，在15世紀就已經出現了水力驅動的炮筒鏜床。1769年J.瓦特取得實用蒸汽機專利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽機的關鍵問題。1774年英國人J.威爾金森發(fā)明炮筒鏜床

2、，次年用于為瓦特蒸汽機加工汽缸體。1776年他又制造了一臺較為精確的汽缸鏜床。1880年前后，在德國開始生產帶前后立柱和工作臺的臥式鏜床。為適應特大、特重工件的加工，20世紀30年代發(fā)展了落地鏜床。隨著銑削工作量的增加，50年代出現了落地鏜銑床。20世紀初，由于鐘表儀器制造業(yè)的發(fā)展，需要加工孔距誤差較小的設備，在瑞士出現了坐標鏜床。為了提高鏜床的定位精度，已廣泛采用光學讀數頭或數字顯示裝置。有些鏜床還采用數字控制系統(tǒng)實現坐標定位和加工過程自動化。可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心，將自動控制技術、計算機技術和通信技術融為一體而發(fā)展起來的嶄新的工業(yè)自動控制裝置。PLC以基本代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器

3、控制而廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域，它已躍居工業(yè)自動化三大支柱的首位。PLC控制系統(tǒng)的硬件是由微處理器（CPU）、存儲器（ROM和RAM）、輸入/輸出（I/O）單元、電源單元及外圍設備等組成硬件結構如圖1所示。系統(tǒng)的規(guī)?？筛鶕嶋H應用的需要而定，可大可小。如今，對舊有機床進行PLC改造已經非常普遍，針對舊有的鏜床，其電氣控制為繼電控制，而在繼電控制中，接觸觸點多，所以故障也多，操作人員維修任務較大，機械使用效率低。本課題來源于生產實際的需要，對于T68鏜床用PLC改造其繼電器控制電路，克服了舊有機床的以上缺點，降低設備故障率，提高了設備使用效率。一、 立項依據1、 設計目的與意義近年來PLC在

4、工業(yè)自動控制領域應用越來越廣泛，在控制性能、組機周期和硬件成本等方面具有其他工業(yè)控制產品難以比擬的優(yōu)勢。使用PLC對T68鏜床進行控制電路改造具有普遍的技術意義和經濟意義。本次設計對T68控制系統(tǒng)進行改造使T68機床能夠實現初步的數字控制達到提高提高鏜床的穩(wěn)定性和自動化程度，延長鏜床使用壽命，降低機床故障的目的。通過對鏜床控制電路用PLC的實現可以使其電路大幅度簡化，在便于控制、降低維修難度的基礎上可以使T68的長期使用成本大大降低。通過這次課題設計可以將大學四年所學的知識融會貫通，與實踐相結合使其能夠得到綜合運用。為將來步入生產崗位做好了準備。2、 技術條件及背景在工業(yè)控制領域，為了實現弱電

5、控制強電，使機械設備實現預期的要求，繼電器系統(tǒng)曾被廣泛使用并占據主導地位。雖然它具有結構簡單、易學易懂、價格便宜的優(yōu)點，但其控制過程是由硬件接線的方式實現的。如果某一個繼電器損壞，甚至僅僅是一對觸點接觸不良，就可能造成系統(tǒng)的癱瘓，而故障的查找和排除又往往十分困難，費時費力。如果產品更新換代則需要改變整個控制系統(tǒng)的控制周期。可見繼電器控制系統(tǒng)存在著可靠性低、適應性差的缺點。給人們在使用上帶來了很大的不便。20世紀60年代末，為了克服傳統(tǒng)繼電器的種種應用上的缺點，人們研制出了一種先進的自動控制設備PLC，由于PLC具有優(yōu)良的技術性能，因此它一問世就很快得到了推廣應用?，F在PLC作為用于工業(yè)生產過程

6、控制的專用計算機，與商家、家用的微機不同，由于控制對象的復雜性，使用環(huán)境的特殊性和工作運行的連續(xù)性，使其在設計上有許多特點。PLC控制具有以下優(yōu)點：可靠性高，抗干擾能力強；接口模塊功能強、品種多；硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強；編程方法簡單、直觀；系統(tǒng)的設計/安裝、調試工作量少；維修工作量小、維護方便；體積小、耗能低、重量輕。而機床作為工作母機，對電氣的控制也有了很高的要求，必須有很強的控制抗干擾能力，運行可靠，并且簡化控制方式提高機床的使用壽命。因此根據實際生產的需要對T68的控制電路進行PLC改造。3、T68機床的結構和運動分析機床的基本組成如下：1) 前立柱：固定地安裝在床身的右端

7、，在它的垂直導軌上裝有可上下移動的主軸箱。2) 主軸箱：其中裝有主軸部件，主運動和進給運動變速傳動機構以及操縱機構。3) 后立柱：可沿著床身導軌橫向移動，調整位置，它上面的鏜桿支架可與主軸箱同步垂直移動。如有需要，可將其從床身上卸下。4) 工作臺：由下溜板，上溜板和回轉工作臺三層組成。下溜板可沿床身頂面上的水平導軌作縱向移動，上溜板可沿下溜板頂部的導軌作橫向移動，回轉工作臺可以上溜板的環(huán)形導軌上繞垂直軸線轉位，能使要件在水平面內調整至一定角度位置，以便在一次安裝中對互相平等或成一角度的孔與平面進行加工。5)面板1面板上安裝有機床的所有主令電器及動作指示燈、機床的所有操作都在這塊面板上進行，指示

8、燈可以指示機床的相應動作。6)面板2面板上裝有斷路器、熔斷器、接觸器、熱繼電器、變壓器等元器件，這些元器件直接安裝在面板表面，可以很直觀的看它們的動作情況。7)三相異步電動機兩個380V三相鼠籠異步電動機，分別用作主軸電動機（雙速）和快速移動電動機。8)故障開關箱設有32個開關，其中K1到K25用于故障設置；K26到K31保留；K32用作指示燈開關，可以用來設置機床動作指示與不指示。 臥式鏜床加工時運動有：1) 主運動：主軸的旋轉與平旋盤的旋轉運動。2) 進給運動：主軸在主軸箱中的進出進給；平旋盤上刀具的徑向進給；主軸箱的升降，即垂直進給；工作臺的橫向和縱向進給。這些進給運動都可以進行手動或機

9、動。3) 輔助運動：回轉工作臺的轉動；主軸箱、工作臺等的進給運動上的快速調位移動；后立柱的縱向調位移動；尾座的垂直調位移動。T68臥式鏜床的電氣原理圖：從T68機床的電氣原理圖可以看出，機床的電氣線路比較復雜，接線以及電磁閥相當的多，組成的控制機構也比較龐大。由此，容易造成線路的故障，并且發(fā)生故障以后檢修維護都比較困難；體積的龐大，占據了更多的空間，會造成機床整體輪廓的增加；器件的數量過多，不單會受到環(huán)境的制約與相互的干擾，而且會造成機器能耗的增加。因此，為節(jié)省空間、能耗，提高機器的可靠性、易于機器的維修與降低維護成本等原因，選擇用PLC改造T68臥式鏜床的最好的選擇。4、預期目標及擬定實現效

10、果1)機床原的操作方式不變，加工工藝方法不變。2)機床原有的按鈕、行程開關、控制變壓器、交流接觸器及熱繼電器等繼續(xù)使用，其控制作用保持不變。 3)將原有的繼電器控制線路改為由PLC編程來實現。二、 設計思路及方法步驟、擬解決的關鍵問題1、 具體設計思路通過對T68鏜床電氣所有硬件部分接線方式的了解及認識，從實際連線出發(fā)掌握T68的工作原理以及各機械部件的動作方式。然后按照其接線畫出相應的原理圖，并對其進行注釋。對原理圖進行進一步的分析，并將所有的機械動作原件（接觸器、繼電器、按鈕等）轉換成PLC的軟件控制。設計PLC的梯形圖，要求與原有電氣部分控制的工作原理相同。2、 機床控制電路分析1、主軸

11、電動機M1的電路分析主軸電動機M1的正、反轉控制。在原理圖中，12區(qū)行程開關SQ3、SQ4在正常情況下是壓合的。主軸電動同M1低速控制：將T68臥式鏜床高、低速手柄扳到“低速”擋位置，13區(qū)行程開關SQ9斷開。按下主軸電動機M1正轉啟動按鈕SB2，中間繼電器KA1通電閉合，繼而接觸器KM3通電閉合；18區(qū)、19區(qū)中K1和KM3的常開觸點閉合，使接觸器KM1線圈通電閉合，22區(qū)KM1常開觸點接通接觸器KM4線圈電源，主軸電動機M1接成接法低速正轉。按下主軸電動 M1的停止按鈕SB1，主軸電動機M1反接制動停止。按下主軸電動機MI的反轉啟動按鈕SB3，中間繼電器KA2通電閉合，繼而接觸器KM3通電

12、閉合；19區(qū)中K2和KM3的常開觸點閉合，使接觸器KM2線圈通電閉合，23區(qū)KM2常開觸點接通接觸器KM4線圈電源，主軸電動機M1接成接法低速反轉。按下主軸電動 M1的停止按鈕SB1，主軸電動機M1反接制動停止。主軸電動同M1高速控制：將T68臥式鏜床高、低速手柄扳到“高速”擋位置，13區(qū)行程開關SQ9壓合。按下主軸電動 M1正轉啟動按鈕SB2，中間繼電器KA1通電閉合，繼而接觸器KM3、時間繼電器KT、接觸器KM1和KM4通電閉合，主軸電動機M1接成接法低速正轉啟動。經過一段時間，時間繼電器KT動作，接觸器KM4失電釋放，接觸器KM5通電閉合，主軸電動機M1接成YY接法高速正轉運行。按下主軸

13、電動 M1反轉啟動按鈕SB3，中間繼電器KA2通電閉合，繼而接觸器KM3、時間繼電器KT、接觸器KM2和KM4通電閉合，主軸電動機M1接成接法低速反轉啟動。經過一段時間，時間繼電器KT動作，接觸器KM4失電釋放，接觸器KM5通電閉合，主軸電動機M1接成YY接法高速反轉運行。主軸電動機M1制動停止控制。正轉制動控制：當主軸電動 M1高、低速正向啟動運行，其轉速達到120r/min時，21區(qū)速度繼電器KS2正轉動作常開觸點閉合，為主軸電動M1的制動作好了準備。按下主軸電動機M1停止按鈕SB1，接觸器KM1失電，接觸器KM2及KM4得電閉合，主軸電動 M1串電阻R反轉反接制動。當轉速下降至100r/

14、min時，KS2正轉動作常開觸點斷開，接觸器KM2、KM4斷電釋放，主軸電動機M1完成正轉反接制動控制。反轉制動控制：當主軸電動 M1高、低速反轉啟動運轉，其轉速達到120r/min時，14區(qū)速度繼電器KS1正轉動作常開觸點閉合，為停車反接制動作好了準備。按下主軸電動機M1停止按鈕SB1，接觸器KM1失電，接觸器KM2及KM4得電閉合，主軸電動 M1串電阻R反轉反接制動。當轉速下降至100r/min時，KS2正轉動作常開觸點斷開，接觸器KM2、KM4斷電釋放，主軸電動機M1完成正轉反接制動控制。主軸電動機M1點動、變速控制：分別按下按鈕SB4或SB5，主軸電動機M1可正向或點動運轉。當拉出主軸

15、變速操作盤時，行程開關ST3復位，KM3失電釋放，使得KM1或KM2及KM4或KM5失電釋放，主軸電動機M1停轉。轉動主軸變速操作盤，調整轉速后，將操作壓回原位。若主軸變速齒輪不能很好嚙合，則將壓上行程開關SQ6,主軸電動機M1作短時沖動，使主軸變速齒輪嚙合良好。2、電動機M2的電路分析機床工作臺的縱向和橫向進 ：將快速手柄扳至快速正向移動位置，行程開關SQ8被壓下，24區(qū)常開觸點閉合，接觸器KM6線圈得電閉合，進給電動機M2啟動運轉，帶動各種進給正向快速移動：將快速手柄扳至反向位置時壓下行程開關SQ7，接觸器KM7線圈得電閉合，進給電動機M2反向啟動運轉，帶動各種進給反向快速移動。、進給變速

16、控制：進給變速控制的控制過程與主軸變速控制程基本相同，只不過拉出的變速手柄是進給變速操作手柄，將主軸變速控制中的行程開關SQ3換成SQ4，而進給變速沖動的行程開關為SQ53、 主電路分析T68型臥式鏜床共由兩臺三相異步電動機驅動，即主拖動電動機M1和快速移動電動機M2。熔斷器FU1作電路總的短路保護，FU2作快速移動電動機和控制電路的短路保護。M1設置熱繼電器作過載保護，M2是短時工作，所以不設置熱繼電器。M1用接觸器KM1和KM2控制正反轉，接觸器KM4和KM5作三角型一雙星型變速切換，接觸器KM3用作限制M1的制動電流。M2用接觸器KM6和KM7控制正反轉。4、 PLC設計開發(fā)應用PLC的

17、設計任務分為硬件和軟件設計兩部分。（1） 硬件設計確定安排PLC的輸入、輸出點；設計外圍電路，包括主電路；選購PLC并進行現場安裝接線等內容。（2） 軟件設計設計控制流程，根據工藝要求先畫出工作循環(huán)，如有必要再畫詳細的狀態(tài)流程圖；根據工作循環(huán)圖，畫出虛擬的電路圖-繼電器梯形圖；按梯形圖編寫指令程序表；系統(tǒng)調試：根據設計要求，對程序進行調試和修改，必要時還可對硬件進行修改，直到符合要求為止。5、 要達到的效果能夠通過PLC控制系統(tǒng)完成對T68加工的控制實現以下功能主軸低速正轉主軸高速正轉主軸點動正轉主軸低速反轉主軸高速反轉主軸點動反轉正向反接制動反向反接制動主軸變速和進給變速控制聯鎖保護裝置6、

18、 項目的特色和創(chuàng)新之處三、 研究計劃、預期進展及成果1、 具體階段目標T68鏜床的基本結構及工作原理T68鏜床的主要技術參數T68鏜床的電氣元件表PLC改造方案梯形圖程序設計方案PLC的輸入輸出分配PLC硬件接線圖四、 機床PLC控制可行性分析C650機床PLC控制改造實例簡單分析與對比1、c650普通車床的電氣控制原理圖2、C650臥式車床PLC改造I/O分配表現場輸入信號輸入地址號現場輸出信號輸出地址號總停止按鈕SB1X1短接制動電阻KMY0主軸電動機M1的點動按鈕SB2X2主電動機M1正轉KM1Y1主軸電動機M1的正轉按鈕SB3X3主電動機M1反轉KM2Y2主軸電動機M1的反轉按鈕SB4

19、X4冷卻泵電動機M2起、停KM3Y3冷卻泵電動機M2停止按鈕SB5X5快移電動機M3起、停KM4Y4冷卻泵電動機M2起動按鈕SB6X6時間繼電器KTY10快移電動機M3起、停位置開關SQX7速度繼電器正轉常開觸頭SR1X10速度繼電器反轉常開觸頭SR2X113、選用日本三菱公司生產的F1- 40MR型PLC ,其I/O分配，如圖圖中，SB1為急停按鈕，SB2為正轉起動按鈕，SB3為點動按鈕，SB4為反轉起動按鈕，SB5、SB6為M2、M3順序起動，逆序停機按鈕，SRF、SRR為正、反轉速度繼電器，FR1-FR3為M1-M3的熱繼電器，KI為欠流繼電器，HL1-HL6為系統(tǒng)運行狀態(tài)指示燈，H為電

20、源指示燈，它直接與電源相接，不占輸出點。4、指令表01       LD    X0 22 LD      X302  OR    X1 23 OR      Y3 03  OR    M0 24 AND     X1204  A

21、NI   X3 25 ORB 05  AND   X3 26 AND    X7 06    OUT   Y0 27 ANI     Y4 07 OUT   T0 28 OUT    Y308 K50 29 LD      M0 09 LD 

22、0;   Y0 30 AND    M2 10 OUT     M0 31 LD      X3 11 LD      X0 32 OR      Y4 12 OR      M1 33 AND    

23、;X11 13 ANI     X3 35 AND     X7 14 OUT     M1 36 ANI     Y3 15 LD      X1 37 OUT     Y4 16 OR      M2 38 LD      X2 17 ANI     X3 39 OR      Y1 18 OUT     M2 40 ANI     X519 LD      M0 41 AND    X1020