1329-基于PLC的XA6132萬(wàn)能銑床電氣控制,基于,plc,xa6132,萬(wàn)能,銑床,電氣控制 1摘 要本論文是研究可編程控制器（plc）在 XA6132 萬(wàn)能銑床數(shù)控化改造中的技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題,利用 plc 的自身特性解決傳統(tǒng)繼電器—接觸器電氣控制系統(tǒng)存在的線路復(fù)雜、可靠性穩(wěn)定性差、故障診斷和排除困難等難題。由于 PLC電氣控制系統(tǒng)與繼電器—接觸器電氣控制系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，編程方便，調(diào)試周期短，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，故障率低，對(duì)工作環(huán)境要求低等一系列優(yōu)點(diǎn)。因此，本論文對(duì) XA6132 萬(wàn)能銑床的數(shù)控改造，將把 PLC 控制技術(shù)應(yīng)用到改造方案中去，從而大大提高銑床的工作性能。論文分析了銑床的控制原理，制定了可編程控制器改造 XA6132 萬(wàn)能銑床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，完成了電氣控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)，其中包括 PLC 機(jī)型的選擇、I/O 端口的分配、I/O 硬件接線圖的繪制、PLC 梯形圖程序的設(shè)計(jì)。對(duì)PLC 控制銑床的工作過(guò)程作了詳細(xì)闡述，論述了采用 PLC 取代傳統(tǒng)繼電器—接觸器電氣控制系統(tǒng)從而提高機(jī)床工作性能的方法，給出了相應(yīng)的控制原理圖。關(guān)鍵詞：可編程控制器，銑床，數(shù)控改造，電氣控制系統(tǒng)2Abstract :This paper is to examine programmable controller (plc) XA6132 Universal Milling Machine transformation of technology should be with problems, plc's own characteristics resolve traditional relay - contactor electrical control system of complex circuits, Stability poor reliability, fault diagnosis and rule out other problems difficult. As the PLC control system and electrical relay - contactor electrical control systems, is simple in structure, programming convenience, Debugging a short cycle, high reliability and anti-jamming capability and a low failure rate, the work environment requires a series of low strengths. Thus, the thesis of the XA6132 Universal Milling Machine CNC transformation, PLC control technology will be applied to the transformation of the program, and thus greatly enhance the performance of Miller. Analysis of the paper machine control theory, developed a programmable controller XA6132 Universal Milling Machine electrical control system design, completed the electrical control system hardware and software design, including the choice of PLC Systems, I/O port allocation, I/O hardware wiring the drawing, PLC ladder logic program design. PLC control of the milling process were discussed in detail, This paper discusses the PLC to replace traditional relay - contactor electrical control system so as to enhance the performance of the machine, the corresponding control diagram. Keywords : PLC, milling, NC transformation, electrical control system 3目 錄1 緒論..........................................................1.1 機(jī)床數(shù)控化改造是工藝設(shè)備更新的途徑..........................1.2 機(jī)床數(shù)控化改造的條件.........................................1.3 國(guó)內(nèi)外舊機(jī)床數(shù)控改造的實(shí)例..................................1.4 plc（可編程控制器）技術(shù)應(yīng)用發(fā)展歷程..........................2.XA6132型臥式萬(wàn)能銑床的基本結(jié)構(gòu)和控制要求........................3.數(shù)控化改造的一般途徑...........................................3.1 主傳動(dòng)的數(shù)控化改造..........................................3.2 進(jìn)給傳動(dòng)的數(shù)控化改造........................................4.基于 PLC 的 XA6132 萬(wàn)能銑床電氣控制系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)............4.1 PLC 型號(hào)的選擇..............................................4.2 PLC 的 I/O 端口分配表..........................................4.3 PLC 的 I/O 電氣接線圖的設(shè)計(jì)....................................5. XA6132 萬(wàn)能銑床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)........................5.1 系統(tǒng)電源開(kāi)啟控制............................................5.2 主軸變頻器調(diào)速控制...........................................5.3 冷卻泵程序控制設(shè)計(jì)..........................................5.4 潤(rùn)滑油泵程序控制設(shè)計(jì)........................................5.5 刀架松緊設(shè)計(jì)................................................5.6 工件松緊設(shè)計(jì)................................................5.7 PLC 外部緊急停車(chē)控制設(shè)計(jì)......................................6.FX 系列 PLC 外部接線問(wèn)題...........................................7.PLC 在控制柜中的接線問(wèn)題.........................................8.控制柜與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間電纜接線問(wèn)題................................9.XA6132 銑床控制梯形圖設(shè)計(jì)........................................10.結(jié)論...........................................................10.1 研究成果.....................................................10.2 不足之處.....................................................設(shè)計(jì)感想..........................................................4參考文獻(xiàn)......................................................... 1 緒論1.1 機(jī)床數(shù)控化改造是工藝設(shè)備更新的途徑一個(gè)企業(yè)要想在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得生存、得到發(fā)展，它必須是能在最短的時(shí)間里以優(yōu)異的質(zhì)量、低廉的成本，制造出符合市場(chǎng)需要的、性能合適的產(chǎn)品。判斷市場(chǎng)上產(chǎn)品的變化，決定近期或較長(zhǎng)期的生產(chǎn)安排，主動(dòng)調(diào)整產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)適銷(xiāo)對(duì)路和技術(shù)附加值高的產(chǎn)品，主要取決于決策者的敏銳觀察和果斷決心；要使產(chǎn)品性能完美，設(shè)計(jì)出技術(shù)參數(shù)合理、性能優(yōu)良、操作方便的產(chǎn)品，主要取決于設(shè)計(jì)師的素質(zhì)和能力；產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣、制造周期的長(zhǎng)短、生產(chǎn)成本的高低，又往往受工廠現(xiàn)有加工設(shè)備的直接影響?，F(xiàn)代化的加工設(shè)備能高效率、高質(zhì)量、低成本地加工出所需要的零件。當(dāng)今科學(xué)技術(shù)飛速前進(jìn)，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)和為電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)和電相互融合、滲透，促使機(jī)電一體化產(chǎn)品相繼涌現(xiàn)。在機(jī)床行業(yè)中，數(shù)控機(jī)床的誕生、迅速地發(fā)展、不斷地完善、廣泛地應(yīng)用就是其例證。當(dāng)前，機(jī)床的數(shù)控化率以成為衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)床工業(yè)水平的重要標(biāo)志。我國(guó)的機(jī)械制造水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距很大。目前，我國(guó)平均單機(jī)的生產(chǎn)效率只有美、日等國(guó)的 1/10，全員勞動(dòng)生產(chǎn)率約為它們的 1/25，設(shè)備役齡長(zhǎng)、技術(shù)水平落后是其原因之一。為改變此落后現(xiàn)狀，采用先進(jìn)的工藝設(shè)備，包括采用數(shù)控機(jī)床，逐步增加數(shù)控機(jī)床所占的比重，以成為我國(guó)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)。由于零件的類型、形狀、尺寸和用途差異很大，零件的加工批量相差懸殊，零件的質(zhì)量和精度要求也有顯著的不同，因此機(jī)械制造業(yè)需要不同類型的數(shù)控機(jī)床和高、中、低擋不同層次的數(shù)控機(jī)床。購(gòu)買(mǎi)新的5數(shù)控機(jī)床是提高數(shù)控化率的主要途徑；改造舊機(jī)床、配置數(shù)控系統(tǒng)，把普通的舊機(jī)床改造成數(shù)控機(jī)床也是提高數(shù)控化率的途徑。我國(guó)現(xiàn)有機(jī)床 330 多萬(wàn)臺(tái)，機(jī)床的役齡、尤其是大型和重型機(jī)床的役齡都很長(zhǎng)，這些機(jī)床的結(jié)構(gòu)一般陳舊，操作部分復(fù)雜，測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)陋，控制系統(tǒng)非常落后，把這些性能落后，生產(chǎn)率低的舊機(jī)床全部閑置或淘汰，用新的機(jī)床去取代，是不現(xiàn)實(shí)的。重型機(jī)床，特別是現(xiàn)代化的數(shù)控重型機(jī)床價(jià)格都非常昂貴。我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中的國(guó)家，國(guó)家財(cái)力薄弱，資金短缺，不可能花費(fèi)大量的資金添置全新的數(shù)控機(jī)床，把普通機(jī)床改裝成數(shù)控機(jī)床就顯裝成數(shù)控機(jī)床就顯得更加重要。發(fā)達(dá)的西方工業(yè)大國(guó)，在大量制造數(shù)控機(jī)床的同時(shí)，也在組建維修改造公司，專門(mén)從事舊機(jī)床的維修和數(shù)控化改造。把役齡長(zhǎng)的大型機(jī)床改裝成數(shù)控機(jī)床是可能的。分析各種大型機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)，普通機(jī)床與數(shù)控機(jī)床相比，形狀復(fù)雜的、噸位重的基礎(chǔ)零件。如底座、工作臺(tái)、床身、立柱、橫梁、頂梁和滑枕等都是比不可少的。它們的材料都是鑄件或焊接鋼件，這些零件占用的原材料多，加工周期長(zhǎng)，耗費(fèi)資金多。將舊機(jī)床進(jìn)行改造，重復(fù)使用這些基礎(chǔ)零件，必然縮短了制造周期并降低了生產(chǎn)成本。機(jī)床的役齡長(zhǎng)，相應(yīng)的這些基礎(chǔ)件的自然時(shí)效也長(zhǎng)，內(nèi)應(yīng)力的消除使得機(jī)床主要基礎(chǔ)零件的精度穩(wěn)定性好。大型機(jī)床的占地面積大，混凝土基礎(chǔ)深，澆灌混凝土的費(fèi)用也多，改造舊機(jī)床還可節(jié)省大量的基礎(chǔ)費(fèi)用。用戶使用機(jī)床，是為加工本廠特有的零件，機(jī)床的專用性強(qiáng)，當(dāng)機(jī)床按具體的零件要求進(jìn)行數(shù)控化改造后，生產(chǎn)率必然比通用的機(jī)床高。被改造的機(jī)床由于曾長(zhǎng)期的使用，其存在的故障和隱患都很清楚，機(jī)床在數(shù)控化改造的同時(shí)，也順理成章地根除了這些故障，使得改造后的數(shù)控機(jī)床更適合用戶的使6用。顯然，普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造是提高技術(shù)水平、更新工藝設(shè)備的有效途徑。1.2 機(jī)床數(shù)控化改造的條件舊機(jī)床能改裝成數(shù)控機(jī)床，但并不是所用的舊機(jī)床都適合改裝數(shù)控機(jī)床，衡量是否適合改裝的主要標(biāo)準(zhǔn)是機(jī)床基礎(chǔ)件的剛性和改裝的經(jīng)濟(jì)性。（1） 機(jī)床基礎(chǔ)件必須具有足夠的剛性 數(shù)控機(jī)床屬于高精度的機(jī)床，工件移動(dòng)或刀具移動(dòng)的位置精度要求很高，一般在0.001~0.01mm，高的定位精度和運(yùn)動(dòng)精度要求機(jī)床基礎(chǔ)件具有很高的靜剛度和動(dòng)剛度?；A(chǔ)件不穩(wěn)定，受力后容易變形的舊機(jī)床都不適合改裝成數(shù)控機(jī)床。（2） 機(jī)床數(shù)控改造的費(fèi)用合適，經(jīng)濟(jì)性好 機(jī)床數(shù)控改裝分兩部分進(jìn)行：一是維修機(jī)械部分，更換或修理磨損了的零件，調(diào)試大型基礎(chǔ)零件，增加新的功能裝置，恢復(fù)或提高機(jī)床的精度和性能；另一方面是舍棄原操作系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，促進(jìn)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)不斷的更新?lián)Q代，機(jī)床原有的控制系統(tǒng)必須舍棄，用新的數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的裝置來(lái)代替。改造總費(fèi)用也是由機(jī)械維修和增加數(shù)控系統(tǒng)兩部分組成，機(jī)械改造的費(fèi)用與舊機(jī)床原有零件利用的多少密切相關(guān)，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格隊(duì)新、舊機(jī)床都一樣。若機(jī)床數(shù)控改造的總費(fèi)用僅為董雷規(guī)格設(shè)備價(jià)格的 50%~60%時(shí)，該機(jī)床數(shù)控改造在經(jīng)濟(jì)上才合算。由于數(shù)控系統(tǒng)本身價(jià)格較高，從經(jīng)濟(jì)效果考慮，大、中型機(jī)床，尤其是重型機(jī)床，最適合數(shù)控改造。1.3 國(guó)內(nèi)外舊機(jī)床數(shù)控改造的實(shí)例德國(guó)的 Schiess 公司在 1981 年把一臺(tái)加工直徑為 19m 的超重型立式車(chē)床改裝成數(shù)孔車(chē)床。該機(jī)床是 1929 年出產(chǎn)的，當(dāng)時(shí)曾是世界上最大的機(jī)床，其改造的內(nèi)容有：工作臺(tái)導(dǎo)軌改裝為靜壓導(dǎo)軌，承載能力增加了 50%;主傳動(dòng)系統(tǒng)采用半導(dǎo)體可控硅控制，取代老式的機(jī)組傳動(dòng)；刀架的滑動(dòng)導(dǎo)軌改為滾動(dòng)導(dǎo)軌；增加測(cè)量顯示裝置，配置數(shù)控系統(tǒng)等。該機(jī)床的全部改造費(fèi)用僅為當(dāng)時(shí)同類規(guī)格新機(jī)床價(jià)格 1200 萬(wàn)馬克的 28.9%，其中大修費(fèi)用占 7.9%，數(shù)7控改造費(fèi)用占 20.8%。該公司還改造了一臺(tái)最大加工直徑為 14m 的超重型立式車(chē)床，全部改造費(fèi)用為當(dāng)時(shí)同類規(guī)格新機(jī)床價(jià)格 9000 萬(wàn)馬克的 19.1%。以上兩例標(biāo)志著當(dāng)今世界設(shè)備改造業(yè)的重大進(jìn)展和高超水平。我國(guó)某重型機(jī)械廠在 1987 年曾把一臺(tái) 24-10FP450 型數(shù)顯龍門(mén)銑床改裝成數(shù)控龍門(mén)銑床，該機(jī)床是由德國(guó) Waldrich Coburg 公司制造的，工作臺(tái)上加工零件面積為 5m×15m，加工零件的最大質(zhì)量為 525t。該機(jī)床的機(jī)械部分僅更換了蝸輪蝸桿傳動(dòng)副，控制部分配置了 SIEMENS 8MC 數(shù)控系統(tǒng)。改造后的該機(jī)床可控制 4 坐標(biāo)（x 軸工作臺(tái)移動(dòng)、y 軸滑座移動(dòng)、z 軸滑枕移動(dòng)、w軸橫梁移動(dòng)）運(yùn)動(dòng)，其中任意 3 坐標(biāo)直線插補(bǔ)，任意兩軸半坐標(biāo)曲線插補(bǔ)。該廠認(rèn)為。改造后的數(shù)控機(jī)床，特別適宜加工形狀復(fù)雜的單件生產(chǎn)的重型零件，因?yàn)楦鞣N復(fù)雜零件形狀的改變，只要改變控制程序，通過(guò)數(shù)控機(jī)床幾個(gè)坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，就可以加工出形狀復(fù)雜的零件，并且加工精度較高，加工質(zhì)量穩(wěn)定，加工效率為普通機(jī)床的 2~3 倍。該機(jī)床的改造費(fèi)用為原機(jī)床進(jìn)口值的15%。除了大型普通機(jī)床的數(shù)控化改造外，許多中、小型機(jī)床，特別是普通臥式車(chē)床、機(jī)床的機(jī)械部分僅做較小改動(dòng)，再配以簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)，就能加工出各種錐面和旋轉(zhuǎn)曲面。這種較廉價(jià)的數(shù)控改造具有很大的實(shí)用價(jià)值，目前在我國(guó)得到了迅速地推廣和應(yīng)用。1.4 plc（可編程控制器）技術(shù)應(yīng)用發(fā)展歷程可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱 PLC，是從早期的繼電器邏輯電氣控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，它不斷吸收微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，使之功能不斷增強(qiáng)，逐漸適合復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)。PLC 之所以有較強(qiáng)的生8命力，在于它更加適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和市場(chǎng)要求?？煽啃愿?，抗干擾能力強(qiáng)、編程方便、價(jià)格低、壽命長(zhǎng)。與單片機(jī)相比，它的輸入/輸出端更接近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，不需添加太多的中間部件，這樣可以大大節(jié)省用戶的開(kāi)發(fā)時(shí)間與生產(chǎn)成本?，F(xiàn)在應(yīng)用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域的 PLC 種類繁多，規(guī)模大小和功能強(qiáng)弱千差萬(wàn)別，但他們具有以下一些共同的特點(diǎn)。可靠性高?？煽啃允怯脩舻氖走x要求，目前各廠家生產(chǎn)的 PLC，平均無(wú)故障時(shí)間都大大超過(guò) IEC 規(guī)定的 10 萬(wàn)小時(shí)，例如：西門(mén)子、ABB、松下、三菱等微小型 PLC，而且都有完善的自診斷功能，判斷故障迅速。 靈活組態(tài)?？删幊炭刂破魇窍盗谢a(chǎn)品，通常采用模塊化結(jié)構(gòu)來(lái)完成不同的任務(wù)組合。輸入輸出端口選擇靈活，有多種機(jī)型，組合方便。功能強(qiáng)大，除基本的邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算功能外，配合特殊功能模塊還可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制、PTO 運(yùn)算、過(guò)程運(yùn)算、數(shù)字控制等功能，為方便工廠管理又可以與上位機(jī)通信，通過(guò)遠(yuǎn)程模塊可以控制遠(yuǎn)程設(shè)備。因此，PLC 幾乎是全能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。編程方便，易于使用。PLC 的編程可采用與繼電器極為相似的梯形圖語(yǔ)言，直觀易懂，深受現(xiàn)場(chǎng)電氣人員的歡迎。近年來(lái)又發(fā)展了面向?qū)ο蟮捻樋亓鞒虉D語(yǔ)言（Sequential Function Chart） ，使編程更加簡(jiǎn)單方便。運(yùn)行速度快。傳統(tǒng)的機(jī)電接觸電氣控制系統(tǒng)通過(guò)大量觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作進(jìn)行控制，速度很慢，而且系統(tǒng)愈大速度愈慢。PLC 的控制速度則由 CPU 工作速度和掃描速度決定。因此更適合處理高速?gòu)?fù)雜的控制任務(wù)，它與微型計(jì)算機(jī)之間的差別越來(lái)越小 [2]。9同時(shí)，PLC 還具備了網(wǎng)絡(luò)功能，能進(jìn)行多臺(tái) PLC 或 PLC 與 PC 機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通訊，使用 PLC 可以很方便的構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式電氣控制系統(tǒng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線的 PLC 通訊網(wǎng)絡(luò)，可使工廠的各種資源共享，就更適合于工廠自動(dòng)化的需要，為工廠自動(dòng)化提供了技術(shù)保證 [3]。2.XA6132型臥式萬(wàn)能銑床的基本結(jié)構(gòu)和控制要求XA6132型臥式萬(wàn)能銑床由床身、懸梁、刀桿支架、升降臺(tái)等部分組成。銑床的主要運(yùn)動(dòng)形式有主軸（帶刀具）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和工作臺(tái)（固定工件）的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，兩種運(yùn)動(dòng)分別用2臺(tái)電動(dòng)機(jī)（M2、M3）拖動(dòng)。主軸所帶銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)有順銑和逆銑兩種工作方式，升降臺(tái)分為矩形和圓形兩層結(jié)構(gòu)，矩形工作臺(tái)可實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)縱向、橫向和垂直三種直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)左右、前后、上下、6個(gè)移動(dòng)方向。裝有圓工作臺(tái)的萬(wàn)能銑床還有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)能銑床的矩形，圓形工作臺(tái)共有4種運(yùn)動(dòng)形式。工作臺(tái)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M3經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)鏈傳動(dòng)， 由電磁離合器選擇工作臺(tái)的工進(jìn)和快速進(jìn)給，并由機(jī)械離合器接通相應(yīng)方向的機(jī)械傳動(dòng)鏈，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)各方向的移動(dòng)進(jìn)給。XA6132 型臥式萬(wàn)能銑床的控制要求如下：（1）主軸電動(dòng)機(jī)M2（7.5KW）空載時(shí)直接起動(dòng)，要求實(shí)現(xiàn)兩地控制的正反轉(zhuǎn)（順逆銑）運(yùn)動(dòng)及電磁離合器的停車(chē)制動(dòng)（采用電磁離合器），為安全和操作方便，換刀時(shí)，使主軸處于制動(dòng)狀態(tài)。由于主軸的正、反轉(zhuǎn)不需要經(jīng)常變換，通常在加工前設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)方向。（2）工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3（1.5KW）要求能夠?qū)崿F(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，并要求兩個(gè)工作臺(tái)（矩形、圓形）各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)互鎖，矩形工作臺(tái)的6個(gè)運(yùn)動(dòng)方向和圓工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)要求互鎖，任何時(shí)刻，只允許存在一種運(yùn)10動(dòng)形式的一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。（3）主軸旋轉(zhuǎn)與工作臺(tái)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均采用機(jī)械齒輪變速箱調(diào)速，要求主軸電動(dòng)機(jī)和工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)在主軸和進(jìn)給變速時(shí)能夠瞬時(shí)沖動(dòng)，保證變速時(shí)齒輪的正確嚙合和設(shè)備的安全。（4）為避免打刀，要求主軸驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M2起動(dòng)后，工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3方能起動(dòng)。3.數(shù)控化改造的一般途徑3.1 主傳動(dòng)的數(shù)控化改造機(jī)床主傳動(dòng)的作用是把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩通過(guò)變速箱傳遞給主軸，使工件或刀具以各種不同的速度運(yùn)動(dòng)。主傳動(dòng)性能的好壞，直接影響零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機(jī)床的主傳動(dòng)一般采用普通交流電動(dòng)機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)兩種方式。1. 主傳動(dòng)電氣部分的數(shù)控改造XA6132 銑床主傳動(dòng)采用普通交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，如此類中、小型機(jī)床，其本身價(jià)格較低，改造費(fèi)用過(guò)高，改造周期過(guò)長(zhǎng)都將降低這類機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。所以在一般情況下，對(duì)機(jī)床的主傳動(dòng)均采取保留原電器系統(tǒng)的方案。在本次設(shè)計(jì)中仍然保留主軸電機(jī)，拆除原有的滑動(dòng)齒輪變速裝置以及正反轉(zhuǎn)控制電路。采用變頻器來(lái)控制主軸交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速等功能。2.主傳動(dòng)機(jī)械部分的改造由于主軸采用變頻器實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，因此主傳動(dòng)系統(tǒng)采用同步的齒型帶來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)。對(duì)于主軸本身其剛性和旋轉(zhuǎn)精度以及支承的剛性都將直接影響11零件的加工精度。因此主軸部分的改造，首先應(yīng)保證本身的剛性以及修復(fù)和提高本身的旋轉(zhuǎn)精度。XA6132 銑床主軸支撐采用滑動(dòng)軸承，本次改造中為了提高承載能力，增大主軸轉(zhuǎn)速，保持旋轉(zhuǎn)精度，改用靜壓軸承來(lái)代替原軸承。3.2 進(jìn)給傳動(dòng)的數(shù)控化改造在數(shù)控機(jī)床中，進(jìn)給傳動(dòng)的作用是接受數(shù)控系統(tǒng)的指令，經(jīng)放大后使刀具作精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如直線、斜線、圓弧等，加工出符合要求的零部件。對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)的要求為：高精度，即高的定位精度和重復(fù)定位精度以及加工零件的綜合精度；高品質(zhì)，即頻帶寬，響應(yīng)快，動(dòng)、靜態(tài)速降小，調(diào)速范圍寬；高速度，即能快速定位，以提高效率；大功率，即能輸出大的力矩和功率，以滿足加工的需要。1. 進(jìn)給傳動(dòng)電氣部分的數(shù)控改造（1） 確定控制方式 數(shù)控系統(tǒng)的控制方式基本上分為開(kāi)環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)三種。普通機(jī)床數(shù)控化改造選擇那種控制方式，需根據(jù)具體情況確定。一般小型采用開(kāi)環(huán)控制，中、重型采用半閉環(huán)控制，由于閉環(huán)控制需直接測(cè)出移動(dòng)部件的實(shí)際位置，要在機(jī)床的相應(yīng)部位安裝直線測(cè)量元件，工作量大，費(fèi)時(shí)多，而且閉環(huán)控制的調(diào)試相當(dāng)麻煩，它的穩(wěn)定性與機(jī)械部分的各種非線性因素有很大關(guān)系，在機(jī)床數(shù)控改造中一般不采用閉環(huán)控制方式。對(duì) XA6132 的改造中為其配置日本 FANUC 公司的 POWER MATEO 數(shù)控系統(tǒng)。（2） 選擇伺服系統(tǒng) 目前，使用的比較廣泛的伺服系統(tǒng)有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、可控硅直流伺服系統(tǒng)以及大功率晶體管直流脈寬調(diào)制（PWM）伺12服系統(tǒng)。改造中采用直流伺服系統(tǒng)。(3) 選擇位置測(cè)量元件 位置測(cè)量元件是數(shù)控伺服系統(tǒng)中的一部分，用來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)部件按指令移動(dòng)的位移量，并將其位移量反饋給數(shù)控系統(tǒng)。為之測(cè)量元件可分為旋轉(zhuǎn)型測(cè)量元件和直線性測(cè)量元件兩類。旋轉(zhuǎn)型測(cè)量元件又分為旋轉(zhuǎn)變壓器和光電脈沖編碼器，這兩種測(cè)量元件均可用于數(shù)控系統(tǒng)的半閉環(huán)控制中，用來(lái)測(cè)量伺服電機(jī)的角位移量；直線性測(cè)量元件有感應(yīng)同步器和光柵，這兩種測(cè)量元件多用在閉環(huán)控制方式的數(shù)控系統(tǒng)中，在機(jī)床的數(shù)控改造中一般不用。設(shè)計(jì)中選取光電編碼器作為位置測(cè)量元件。2. 進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)械部分的數(shù)控改造(1) 導(dǎo)軌副 原銑床的導(dǎo)軌采用滑動(dòng)導(dǎo)軌，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，承載面積大，接觸剛度好、抗震性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)。但滑動(dòng)導(dǎo)軌的靜摩擦系數(shù)隨速度變化而變化，摩擦損失大，在低速是易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，直接影響運(yùn)動(dòng)部件的定位精度。改造中在原移動(dòng)部件的導(dǎo)軌上粘接聚四氟乙烯軟帶，該軟帶摩擦系數(shù)小，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差別小，部件運(yùn)行平穩(wěn)、無(wú)爬行，定位精度高。沒(méi)有震動(dòng)，提高了工件表面加工質(zhì)量，延長(zhǎng)了刀具使用壽命。軟帶耐磨損，且嵌入性能好，與其配合的金屬導(dǎo)軌面不會(huì)拉傷，軟帶有自潤(rùn)滑性，當(dāng)機(jī)械潤(rùn)滑系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，導(dǎo)軌不會(huì)拉傷。（2） 進(jìn)給箱 原銑床為齒輪結(jié)構(gòu)，改造中取消原進(jìn)給箱，依靠數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)控制工作臺(tái)的進(jìn)給，提高其定位精度，達(dá)到伺服控制目的。（3） 移動(dòng)元件 在機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)鏈中，需將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換成直線運(yùn)動(dòng)。13原銑床采用普通絲杠副實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)運(yùn)動(dòng)。普通絲杠副的導(dǎo)程小，降速比大，故牽引力大。普通絲杠副有自鎖能力，在垂向進(jìn)給機(jī)構(gòu)中不用附加制動(dòng)裝置。其缺點(diǎn)是摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差大，在低速時(shí)容易出現(xiàn)爬行。數(shù)控機(jī)床要求進(jìn)給部分的移動(dòng)元件靈敏度好、精度好、反應(yīng)快、無(wú)爬行。采用滾珠絲杠副可滿足數(shù)控機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的要求。在機(jī)床數(shù)控化改造時(shí)，由于滾珠絲杠副的徑向尺寸較大，許多相關(guān)的部位都需要修改，往往仍用原絲杠副，但為消除過(guò)大的絲杠與螺母間隙，應(yīng)將原單螺母改為可調(diào)整間隙的雙螺母副。4.基于 PLC 的 XA6132 萬(wàn)能銑床電氣控制系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)在銑床的改造中我們將其運(yùn)動(dòng)控制部分改造為 CNC 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，將其輔助機(jī)械動(dòng)作控制（繼電器、接觸器）部分改造為 PLC 可編程控制。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 可編程控制器 CN計(jì) 算機(jī) 控制 系統(tǒng) 光電隔離電路 驅(qū)動(dòng)單元 軸 伺 服 電 機(jī)軸 伺 服 電 機(jī)軸 伺 服 電 機(jī) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 工作臺(tái)開(kāi)關(guān)量圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本系統(tǒng)由 CNC 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和強(qiáng)電柜兩部分組成。CNC 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是一專用的數(shù)控裝置，由 CNC 系統(tǒng)、輸入/輸出接口、驅(qū)動(dòng)單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組14成，是控制系統(tǒng)輪廓加工的核心，強(qiáng)電柜有動(dòng)力電路、控制電路和可編程控制器組成。以下將著重介紹 PLC 的控制設(shè)計(jì)問(wèn)題。4.1 PLC 型號(hào)的選擇選擇基于 PLC 的銑床電氣控制系統(tǒng)的 PLC 機(jī)型，應(yīng)從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮：4.1.1 根據(jù) PLC 的物理結(jié)構(gòu)根據(jù)物理結(jié)構(gòu)的不同，PLC 分為整體式、模塊式和疊裝式。整體式的每一 I/O 點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式便宜，小型電氣控制系統(tǒng)一般使用整體式可編程控制器。此次所設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)屬于小型開(kāi)關(guān)量電氣控制系統(tǒng)沒(méi)有特殊的控制任務(wù)，整體式 PLC 完全可以滿足控制要求，且在性能相同的情況下，整體式 PLC 較模塊式和疊裝式 PLC 價(jià)格便宜，因此，XA6132 銑床電氣控制系統(tǒng)的 PLC 選用整體式結(jié)構(gòu)的 PLC[5]。4.1.2 根據(jù) PLC 的指令功能 考慮到任何一種 PLC 都可以滿足開(kāi)關(guān)量電氣控制系統(tǒng)的要求，據(jù)此本課題將盡量采用價(jià)格便宜的 PLC。 4.1.3 根據(jù) PLC 的輸入輸出點(diǎn)數(shù)如表 3.1 和表 3.2 所示，銑床的電氣控制系統(tǒng)需要 24 個(gè)輸入口 16 個(gè)輸出口，PLC 的實(shí)際輸入點(diǎn)數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸入點(diǎn)數(shù) 24，PLC 的實(shí)際輸出點(diǎn)數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸出點(diǎn)數(shù) 16，在條件許可的情況下盡可能留有 10%-20%的裕量。4.1.4 根據(jù) PLC 的存儲(chǔ)容量PLC 存儲(chǔ)器容量的估算方法：對(duì)于僅有開(kāi)關(guān)量輸入/輸出信號(hào)的電氣控制15系統(tǒng)，將所需的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)乘以 8，就是所需 PLC 存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量（單位為 bit）即（24+16）×8=320bit4.1.5 根據(jù)輸入模塊的類型輸入模塊的輸入電壓一般為 DC24V 和 AC110V 或 AC220V。直流輸入電路的延遲時(shí)間較短，可以直接與接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等電子輸入裝置連接。交流輸入方式的觸點(diǎn)接觸可靠，適合于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。選用 AC220V 輸入。4.1.6 根據(jù)輸出模塊的類型PLC 輸出模塊有繼電器型、晶體管型和雙向可控硅型三種。繼電器型輸出模塊的觸點(diǎn)工作電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬間過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)，每一點(diǎn)的輸出容量較大（可達(dá) 2A）,在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)導(dǎo)通的輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)沒(méi)有限制，但動(dòng)作速度慢，壽命有一定的限制。晶體管型與雙向可控硅型輸出模塊分別用于直流負(fù)載和交流負(fù)載，它們的可靠性高，反應(yīng)帶寬快，壽命長(zhǎng)，但是過(guò)載能力差，每 1 點(diǎn)的輸出量只有0.5A，4 點(diǎn)同時(shí)輸出的總?cè)萘坎坏贸^(guò) 2A。由于 XA6132 銑床控制對(duì)象對(duì) PLC 輸出點(diǎn)的動(dòng)作表達(dá)速度要求不高，繼電器型輸出模塊的動(dòng)作速度完全能夠滿足要求，且每一點(diǎn)的輸出容量較大，在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)導(dǎo)通的輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)沒(méi)有限制，這將給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)很大的方便。所以本課題選用繼電器輸出模塊，結(jié)合 XA6132 銑床電氣控制系統(tǒng)的實(shí)際情況，需要輸入點(diǎn)數(shù)大于 24 個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)大于 16 個(gè)。16綜上所述，為了使 XA6132 銑床在改造后能夠良好工作，確認(rèn)日本松下公司生產(chǎn)的 FX2-64MR 型 PLC 能夠滿足上述要求，該類型號(hào) PLC 體積小，功能強(qiáng)，其主要技術(shù)性指標(biāo)如下：表 1.FX2 系列 PLC 的一般技術(shù)特性電源 AC100~240V，+10%~－15%，50/60HZ 單相電源，可瞬時(shí)失效 10MS環(huán)境溫度 0~55℃環(huán)境濕度 45%~85%RH（無(wú)霜）防震性能 JIS C 0911 標(biāo)準(zhǔn)，10~55HZ，0.5mm（最大 2G，3 軸向各 2 次）防沖擊性能JIS C 0912 標(biāo)準(zhǔn) （10G，3 軸各 3 次）抗噪聲能力1000V 峰—峰值，1us,30~100HZ（噪聲模擬器）絕緣耐壓 AC1500V，1min（接地端與其他端子間）絕緣電阻 5G，DC500V 接地端與其他端子之間）使用環(huán)境 無(wú)腐蝕性氣體，無(wú)導(dǎo)電粉末、微粒該型 PLC 具有 XA6132 銑床電氣控制系統(tǒng)所需的所有指令功能，其總輸入點(diǎn)數(shù)為 32 點(diǎn)，總輸出點(diǎn)數(shù)為 32 點(diǎn)，用戶存儲(chǔ)器容量 5K 步，輸入模塊電壓為DC24V，輸出模塊為繼電器型。由此可知，F(xiàn)X2-64MR 型 PLC 的技術(shù)性能指標(biāo)完全能滿足上述要求.4.2 PLC 的 I/O 端口分配表根據(jù)所選 PLC 的型號(hào)進(jìn)行 I/O 點(diǎn)的端口分配，如下（表 2 和表 3）所示：表 2. 輸入信號(hào)端口分配表17地址號(hào) 符號(hào)名稱 用途X0 SB0 電源開(kāi)按鈕X1 SB1 電源關(guān)按鈕X2 SB2 急停按鈕X3 SB3 主軸停止按鈕X4 SA1-1 正轉(zhuǎn)速度 1X5 SA1-2 正轉(zhuǎn)速度 2X6 SA1-3 正轉(zhuǎn)速度 3X7 SA1-4 正轉(zhuǎn)速度 4X10 SA1-5 正轉(zhuǎn)速度 5X11 SA1-6 反轉(zhuǎn)速度 1X12 SA1-7 反轉(zhuǎn)速度 2X13 SA1-8 反轉(zhuǎn)速度 3X14 SA1-9 反轉(zhuǎn)速度 4X15 SA1-10 反轉(zhuǎn)速度 5X16 SB4 冷卻泵開(kāi)按鈕X17 SB5 冷卻泵關(guān)按鈕X20 SB6 手動(dòng)冷卻按鈕X21 SB7 潤(rùn)滑電機(jī)開(kāi)按鈕X22 SB8 潤(rùn)滑電機(jī)關(guān)按鈕X23 SB9 手動(dòng)潤(rùn)滑按鈕X24 SB10 刀架夾緊按鈕X25 SB11 刀架松開(kāi)按鈕X26 SB12 工件夾緊按鈕18X27 SB13 工件松開(kāi)按鈕表 3. 輸出信號(hào)端口分配表地址號(hào) 符號(hào)名稱 用途Y0 KM1 總電源接觸器Y1 KM2 冷卻泵電源接觸器Y2 K1 潤(rùn)滑電機(jī)中間繼電器Y3 K2 正轉(zhuǎn)端子中間繼電器Y4 K3 反轉(zhuǎn)端子中間繼電器Y5 K4 速度端子 X001 中間繼電器Y6 K5 速度端子 X002 中間繼電器Y7 K6 速度端子 X003 中間繼電器Y10 K7 停車(chē)制動(dòng)中間繼電器Y11 YD1 刀具松緊電磁閥Y12 YD2 工件松緊電磁閥Y13 HL1 總電源指示燈Y14 HL2 冷卻泵指示燈Y15 HL3 潤(rùn)滑指示燈Y16 HL4 刀具夾緊指示燈Y17 HL5 工件夾緊指示燈194.3 PLC 的 I/O 電氣接線圖的設(shè)計(jì)圖 2 為 PLC 的 I/O 電氣接線圖，可編程控制器一般都使用市電（220V，50HZ） ，電網(wǎng)的沖擊、頻率的波將直接影響實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的精度和可靠性；有時(shí)電網(wǎng)的沖擊也將給整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)毀滅性的破壞。電網(wǎng)的瞬間變化也是經(jīng)常不斷發(fā)生的，由此可產(chǎn)生一定的干擾傳播到可編程控制器系統(tǒng)中。為了提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性能，在可編程控制器供電系統(tǒng)中一般可采取隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器、UPS 電源、晶體管開(kāi)關(guān)電源等措施。圖 3.隔離變壓器示意圖設(shè)計(jì)中采用隔離變壓器作為 PLC 的保護(hù)電器，隔離變壓器的初級(jí)和次級(jí)之間采用隔離屏蔽層，用漆包線或銅等非導(dǎo)磁材料繞成，但電器設(shè)備上不能短路，而后引出一個(gè)接頭接地。初、次級(jí)間的靜電屏蔽層與初次級(jí)間的零點(diǎn)位線相接，在用電容耦合接地，采用了隔離變壓器后可以隔離掉供電電20源中的各種干擾信號(hào)，從而提高系統(tǒng)的抗干擾性能。圖 2 中X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X20、X21、X22、X23、X24、X25、X26、X27 共用一個(gè) COM 端，另一端分別接入相應(yīng)的 PLC 輸入端子上。L、N 引入 220V 交流電源電壓，作為系統(tǒng)的供電電源，在其輸入端還設(shè)有接地端子。Y0、Y1 共用一個(gè) COM 端，接入220v 交流電源電壓，Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y10、Y11、Y12、Y13、Y14、Y15、Y16、Y17 共用一個(gè)COM 端接入 24V 直流電源電壓，為了防止其產(chǎn)生寄生回路，將二極管并聯(lián)接入中間繼電器線圈中。21X12X34X56X710X12X314X516X720X12X324X526X7COMLNY176Y154Y132Y10Y76Y54Y32Y10COM1COM2 KM12K12K34K56K7YC1220AC4DCHL12HL34HL520VACF2-64MR123455432SB01SB23SB45SB67SB89SB10SB1230圖 2.PLC 的 I/O 接線圖225. XA6132 萬(wàn)能銑床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中利用 PLC 功能需要解決原機(jī)床的輔助機(jī)械動(dòng)作，包括電源的啟停，緊急停車(chē)制動(dòng)，主軸正反轉(zhuǎn)的選擇，主軸速度段的選擇，主軸的停止，冷卻泵的啟停及手動(dòng)，潤(rùn)滑電機(jī)的啟停及手動(dòng)，還包括工件及刀具的夾緊與松開(kāi)其機(jī)床床頭操作面板如圖 4 示主 軸 選 速電 源 指 示 燈 冷 卻 泵 指 示 燈潤(rùn) 滑 指 示 燈工 件 夾 緊 指 示 燈 刀 架 夾 緊 指 示 燈電 源 開(kāi) 冷 卻 開(kāi) 潤(rùn) 滑 開(kāi) 工 件 夾 緊 刀 架 夾 緊 手 動(dòng) 冷 卻手 動(dòng) 冷 卻刀 架 夾 緊工 件 夾 緊潤(rùn) 滑 開(kāi)冷 卻 開(kāi)電 源 開(kāi) 急 停12345432正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn)主 軸 停23圖 4.機(jī)床操作面板5.1 系統(tǒng)電源開(kāi)啟控制電 源 斷 電 、 急 停電 源 通 電X2X1M2X0 Y0SM2RM2圖 5.電源控制梯形圖上圖所示即為系統(tǒng)電源控制梯形圖，按下通電按鈕 SB0，輸入繼電器 X0為 1，則 M2 繼電器置位，輸出繼電器 Y0 置 1，對(duì)應(yīng)外部交流接觸器 KM1 動(dòng)作，系統(tǒng)通電；若按下斷電按鈕 SB1 或急停按鈕 SB2 都會(huì)使電源快速斷電。5.2 主軸變頻器調(diào)速控制設(shè)計(jì)中主軸的速度以及轉(zhuǎn)向由變頻器控制，經(jīng)過(guò)比較選擇選用三菱 FR-A540-CH 型變頻器，圖 6 所示為 PLC 與變頻器的接線圖。2441234512345X012X56X70XX13COMCOMY1076Y543Y0F-4RKM13K456K72KM1QFRSTWVUM1FWDREVX012X03COMK65K43K27ESSBSB正轉(zhuǎn)選速反轉(zhuǎn)選速 FR-A540CH圖 6.PLC 與變頻器接線圖5.2.1 主軸正反轉(zhuǎn)控制設(shè)計(jì)主軸的正轉(zhuǎn)選擇通過(guò) K2 控制，K2 一端與 PLC 相連，另一端與變頻器的 FWD端子相連。當(dāng)按下 X4、X5、X6、X7、X10 中任意按鈕其輸出 Y3 均置 1，K2通電通過(guò)其觸點(diǎn)的閉合使變頻器收到動(dòng)作信號(hào)，則控制電機(jī)做正向轉(zhuǎn)動(dòng)；反轉(zhuǎn)由 K3 控制,當(dāng)按下 X11、X12、X13、X14、X15、X16 中任意按鈕其輸出 Y4均置 1，K3 通電通過(guò)其觸點(diǎn)的閉合使變頻器收到動(dòng)作信號(hào)，則控制電機(jī)做反向轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖 7 所示為主軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制梯形圖。25主 軸 反 轉(zhuǎn)主 軸 正 轉(zhuǎn)Y10Y3Y10Y4X1X12X13X14X15Y4Y3X10X7X6X5X4圖 7.主軸正反轉(zhuǎn)控制梯形圖 5.2.2 主軸調(diào)速設(shè)計(jì)變頻器可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，但實(shí)際中我們并不需要銑床做無(wú)級(jí)調(diào)速，在變頻器眾多功能端子中有 3 給頻率段選擇端子，設(shè)計(jì)中利用著 3 個(gè)端子功能實(shí)現(xiàn)銑床的速度段選擇功能，即對(duì)應(yīng)變頻器上 X001(Y5)、X002(Y6)、X003(Y7)端子通過(guò)變頻器上的這三個(gè)端子的組合可做出 7 個(gè)速度段，實(shí)際中用不到如此多設(shè)計(jì)中選擇其中 5 個(gè)速度段做為銑床的速度，其速度分配如表 4 所示，三個(gè)端子通電順序，時(shí)間不一樣就組合出不同的速度26Y5（X001） Y6（X002） Y7（X003）X4 1 0 0X5 0 1 0X6 0 0 1X7 1 1 0正轉(zhuǎn)選速X10 1 0 1X11 1 0 0X12 0 1 0X13 0 0 1X14 1 1 0反轉(zhuǎn)選速X15 1 0 1表 4.速度分配（0 為斷，1 為通）5.2.3 主軸停車(chē)控制設(shè)計(jì)為了提高工作效率，節(jié)約換刀時(shí)間，系統(tǒng)要求在主軸停車(chē)時(shí)要有制動(dòng)裝置，三菱變頻器 FR-A540-CH 上的制動(dòng)端子 EMS 就具備停車(chē)制動(dòng)的功能，圖 8 為主軸停車(chē)控制梯形圖，當(dāng)按下停車(chē)按鈕 SB3，輸入繼電器 X3 置 1，輸出繼電器 Y10 置 1，主軸停車(chē)制動(dòng)。程序前端的跳程序是為節(jié)省掃描時(shí)間所設(shè)。27主 軸 停 止P0X3 Y10PCJ圖 8. 主軸停車(chē)控制梯形圖5.3 冷卻泵程序控制設(shè)計(jì)在實(shí)際生產(chǎn)中冷卻泵既需要連續(xù)的工作有時(shí)又需要手動(dòng)操作，為滿足這一要求在設(shè)計(jì)中通過(guò)輔助繼電器 M4 實(shí)現(xiàn)冷卻泵的連續(xù)和手動(dòng)功能，當(dāng) X16 置 1時(shí)，M4 置位，其常開(kāi)常閉觸點(diǎn)保持動(dòng)作，當(dāng) X17 置 1 時(shí)，M4 復(fù)位，冷卻泵停止工作；手動(dòng)時(shí) X20 置 1，Y1 點(diǎn)動(dòng)置 1，沒(méi)有自鎖環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)其手動(dòng)功能。 冷 卻 泵 手 動(dòng)冷 卻 泵 停 止冷 卻 泵 啟 動(dòng)Y0X17M4X20 M4RM4SY1628圖 9.冷卻泵控制梯形圖5.4 潤(rùn)滑油泵程序控制設(shè)計(jì)與冷卻泵控制程序相同，潤(rùn)滑油泵亦需實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和連續(xù)功能，圖 10 為其控制梯形圖。 潤(rùn) 滑 停 止?jié)?滑 手 動(dòng)潤(rùn) 滑 啟 動(dòng)Y0X2M3X21 Y2SM3RM3圖 10.潤(rùn)滑油泵控制梯形圖5.5 刀架松緊設(shè)計(jì)刀架松緊是通過(guò)氣壓控制的，在現(xiàn)實(shí)中工廠為每臺(tái)床子同一供氣，通過(guò)電磁閥來(lái)控制氣體的開(kāi)通，設(shè)計(jì)中當(dāng) QS2 閉和，即控制電路通電，這時(shí)按動(dòng)刀架夾緊按鈕 SB10，則 X24 置 1，M1 置位電磁閥開(kāi)啟刀架加緊，如圖示29刀 架 松 開(kāi) 刀 架 夾 緊X25M1 M1RM1SY6X24圖 11.刀架松緊控制梯形圖刀架夾緊后，其指示燈亮；若 X25 置 1，M1 復(fù)位電磁閥關(guān)閉刀架送開(kāi)，指示燈熄滅。5.6 工件松緊設(shè)計(jì)與刀架設(shè)計(jì)相同，工件的松緊亦由氣壓控制，圖 12 為其控制梯形圖 工 件 松 開(kāi)工 件 夾 緊X27M0 Y17SM0RM0X26圖 12.工件松緊控制梯形圖6.FX 系列 PLC 外部接線問(wèn)題FX 系列控制單元輸出端子板為兩頭帶螺釘?shù)目刹鹦栋澹?PLC 與輸出設(shè)備之間的輸出信號(hào)均通過(guò)輸出端子進(jìn)行連接。在進(jìn)行輸出端子接線時(shí)，應(yīng)注30意以下幾點(diǎn)： ① 輸出線盡可能遠(yuǎn)離高壓線和動(dòng)力線等干擾源。 ② 不能將輸出設(shè)備連接到帶“ . ”端子上。 ③ 各“ COM ”端均為獨(dú)立的，故各輸出端既可獨(dú)立輸出，又可采用公共并接輸出。當(dāng)各負(fù)載使用不同電壓時(shí)，采用獨(dú)立輸出方式；而各個(gè)負(fù)載使用相同電壓時(shí)，可采用公共輸出方式。 ④ 當(dāng)多個(gè)負(fù)載連到同一電源上時(shí)，應(yīng)使用型號(hào)為 AFP1803 的短路片將它們的“ COM ”端短接起來(lái)。 ⑤ 若輸出端接感性負(fù)載時(shí)，需根據(jù)負(fù)載的不同情況接入相應(yīng)的保護(hù)電路。在交流感性負(fù)載兩端并接 RC 串聯(lián)電路；在直流感性負(fù)載兩端并接二極管保護(hù)電路；在帶低電流負(fù)載的輸出端并接一個(gè)泄放電阻以避免漏電流的干擾。以上保護(hù)器件應(yīng)安裝在距離負(fù)載 50cm 以內(nèi)。 ⑥ 在 PLC 內(nèi)部輸出電路中沒(méi)有保險(xiǎn)絲，為防止因負(fù)載短路而造成輸出短路，應(yīng)在外部輸出電路中安裝熔斷器或設(shè)計(jì)緊急停車(chē)電路。 7.PLC 在控制柜中的接線問(wèn)題（1）控制柜內(nèi)導(dǎo)線，即可編程控制器模塊端子到控制柜內(nèi)端子之間的連線應(yīng)選擇軟線，以便于柜內(nèi)連接和布線。（2）模擬信號(hào)線與開(kāi)關(guān)量信號(hào)線最好不在同一線槽內(nèi)走線，模擬信號(hào)線采用屏蔽線。（3）信號(hào)線、模擬信號(hào)線不能與交流電壓信號(hào)線在同一線槽內(nèi)走線。31（4）系統(tǒng)供電電源線不能與信號(hào)線在同一線槽內(nèi)走線。（5）控制柜內(nèi)引入或引出的屏蔽電纜必須接地。（6）控制柜內(nèi)端子應(yīng)按開(kāi)關(guān)量信號(hào)線、模擬量信號(hào)線、通訊線和電源線分開(kāi)設(shè)計(jì)。若必須采用一個(gè)接線端子時(shí)，則要用備用點(diǎn)和接地端子將它們相互隔開(kāi)。8.控制柜與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間電纜接線問(wèn)題在控制柜與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間電纜連接因注意以下幾點(diǎn)：（1）電源電纜、動(dòng)力電纜和信號(hào)電纜進(jìn)入控制室后，最好分開(kāi)成對(duì)角線的兩個(gè)通道進(jìn)入控制柜內(nèi)，從而保證兩種電纜保持一點(diǎn)距離，又避免了平行敷設(shè)。（2）直流信號(hào)線、交流信號(hào)線和模擬信號(hào)線不能共用同一根電纜。（3）信號(hào)電纜和電纜電源應(yīng)避免平行敷設(shè)，必須平行敷設(shè)時(shí)，要保持一定距離，最小距離應(yīng)保持 30cm. （4）不同的信號(hào)線電纜不要用一個(gè)插接件轉(zhuǎn)接。如必須用同一個(gè)插接件時(shí)，要用備用端子和地線端子把他們分開(kāi)，以減少相互干擾。（5）電纜屏蔽處理。在傳輸電纜兩端的接線處，屏蔽層應(yīng)盡量多地覆蓋電纜芯線，同時(shí)電纜接地應(yīng)采用單端接地。為了施工方便，可在控制室集中對(duì)電纜屏蔽接地，另一端不接地，把屏蔽層切斷包在電纜頭內(nèi)。9.XA6132 銑床控制梯形圖設(shè)計(jì)32Y17SM0RM0刀 架 松 開(kāi) 工 件 松 開(kāi)電 源 斷 電 、 急 停電 源 通 電刀 架 夾 緊工 件 夾 緊X26X2X1M2X25M1X27M0X0 Y0SM2RM2M1RM1SY6X2433潤(rùn) 滑 停 止?jié)?滑 手 動(dòng)冷 卻 泵 手 動(dòng)冷 卻 泵 停 止主 控潤(rùn) 滑 啟 動(dòng)冷 卻 泵 啟 動(dòng)Y0X2M3M3X2Y0X17M4M4X20M3X21 Y2SM3RM3M4RM4SY1X16 M3CM234主 軸 反 轉(zhuǎn)主 軸 正 轉(zhuǎn)P0CJY10Y3Y10Y4X1X12X13X14X15Y4Y3X10X7X6X5X4X335 END主 軸 停 止P0 M3CRX3 Y10M5X15X10X7X14 M4Y7M5X13X6X5X12M4 Y6Y5M5M4X1X436Y10X3 MCR3P0 主 軸 停 止END10.結(jié)論本課題所研究的基于 PLC 的銑床輔助控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了 XA6132 萬(wàn)能銑床的控制自動(dòng)化，方便了工人在生產(chǎn)中對(duì)機(jī)床的實(shí)際操作。通過(guò)研究，可得出以下結(jié)論：10.1 研究成果可編程控制器是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的新型控制器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾性強(qiáng)，編程方便等特點(diǎn)，本課題采用 PLC 自動(dòng)控制技術(shù)取代了傳統(tǒng)繼電器—接觸器電氣控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì) XA6132 萬(wàn)能銑床的自動(dòng)控制，從而提高了機(jī)床的工作效率、工作穩(wěn)定性和可靠性，而且，還大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了產(chǎn)品的加工質(zhì)量，降低了設(shè)備故障率，提高了生產(chǎn)率。另外，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對(duì) PLC 和電控方面的知識(shí)又有了更加深刻的理解和掌握，為今后走向工作崗位從事相關(guān)工作奠定了很好的基礎(chǔ)。10.2 不足之處由于時(shí)間精力有限，還有許多功能有待擴(kuò)展、完善。PLC 與數(shù)控系統(tǒng)地37聯(lián)系還不夠緊密，功能還沒(méi)有完善，沒(méi)有完全發(fā)揮出 PLC 的強(qiáng)大功能，對(duì)于PLC 的許多高級(jí)指令沒(méi)有應(yīng)用到。由于實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的不足，許多設(shè)計(jì)還不能盡如人意，還有很多環(huán)節(jié)不太合理，還有待進(jìn)一步提高。以上問(wèn)題有待今后進(jìn)一步研究解決。38設(shè)計(jì)感想 經(jīng)過(guò)這些天的努力,畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成。在這一刻心中不只是欣慰，還有很多失意。是呀！設(shè)計(jì)終于做完了，這些天的努力有了成果，自己也總算學(xué)有所用，不管我的設(shè)計(jì)是否能在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用，但我已經(jīng)把自己學(xué)到的東西與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系在一起，而在也不是以前刻在書(shū)本上的文字。這樣我已很高興。然而轉(zhuǎn)眼看看眼前一大堆書(shū)本，復(fù)印來(lái)的資料與累積下來(lái)的手稿與草圖，這才發(fā)覺(jué)自己雖在大學(xué)學(xué)習(xí)了三年，但知識(shí)的框架還很不完整，還需要學(xué)習(xí)，而不是隨著畢業(yè)證的到來(lái)而終止。在現(xiàn)在高速發(fā)展的社會(huì)，自動(dòng)化是社會(huì)發(fā)展的要求也是未來(lái)的發(fā)展方向，這也引導(dǎo)人類的學(xué)習(xí)，人類知識(shí)的提高反過(guò)來(lái)再推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展。雖然自己的專業(yè)是機(jī)械設(shè)備及自動(dòng)化，但過(guò)去總感覺(jué)自己喜歡機(jī)械多于電，通過(guò)這次設(shè)計(jì)，使我對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程和設(shè)計(jì)方法有了深入的體會(huì)和了解，得到教大的提高，發(fā)現(xiàn)只有機(jī)械和自動(dòng)控制系統(tǒng)的完美結(jié)合才是最有價(jià)值的。實(shí)踐是最好的老師。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，一方面發(fā)現(xiàn)了自己的不足，糾正學(xué)習(xí)中的錯(cuò)誤；另一方面積累了豐富的知識(shí)，吸取別人好的方法和經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)了解決綜合問(wèn)題的能力，為自己以后的工作和學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。也希望它能為我的大學(xué)生活畫(huà)上完美的句號(hào)。其實(shí)我能取得這樣的成績(jī)，是與我的指導(dǎo)老師的辛勤勞動(dòng)及耐心細(xì)致的循循善誘分不開(kāi)的，為此我向黨老師致以衷心的感謝。39參考文獻(xiàn)[1]齊占慶主編．機(jī)床電氣控制技術(shù)．第三版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005[2]張桂嶺.淺談現(xiàn)代 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