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                                                                                                          铣床毕业设计论文

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高职毕业生毕业设计（论文） 08 级高职毕业生毕业设计（论文）
课题名称
普通铣床的数控化改造
专业
机电一体化
班级
08 高职机电六班
学号
20082340618
姓名
陈关利
指导教师
范兴隆
2010 年 12 月 23 日
毕业设计（论文）任务书

毕业设计（论文）题目： 毕业设计（论文）题目：普通铣床的数控化改造 专业： 专业： 机电一体化 姓名： 姓名： 陈关利
毕业设计（论文）工作起止时间：2010.10——2010.12 毕业设计（论文）工作起止时间：2010.10——2010.12 ——
毕业设计（论文）的内容要求： 毕业设计（论文） 的内容要求：
1.首先阐明了普通铣床的数控化改造意义 1.首先阐明了普通铣床的数控化改造意义. 首先阐明了普通铣床的数控化改造意
2.说明了普通铣床的数控化改造系统构成. 2.说明了普通铣床的数控化改造系统构成. 说明了普通铣床的数控化改造系统构成
3.对普通铣床的数控化改造的原理进行了分析， 3.对普通铣床的数控化改造的原理进行了分析， 对普通铣床的数控化改造的原理进行了分析 分析 CNC 控制器和步进电机
运行控制
指导教师（签名） ： 指导教师（签名）
系主任： 系主任：
年
月
日
毕业设计开题报告

一、课题设计（论文）目的及意义

1．充分了解铣床的组成，各系统之间的联系。 2．通过这次的毕业设计，使我对数控机铣床相关专业课程方面的知识 更加巩固了，同时也对 CNC 系统有了一个系统的认识。 3．本次设计使我体会到机电一体化技术的重要性。为以后从事铣床维 修工作奠定了坚实的基础
二、课题设计（论文）提纲

1. 2. 普通铣床的数控化改造产生的背景及意义。 普通铣床的数控化改造的理论分析
1）铣床数控化改造的意义 2）普通铣床数控化的优点 3）铣床数控化改造的内容 4）铣床数控化改造的必要性 3. 铣床数控改造的构思与方案
1）改造的任务 2）改造方案的论证 3）改造方案的确定
三、课题设计（论文）思路、方法及进度安排

思路方法： 1）在图书馆阅读有关普通铣床和数控机-铣床的书籍，以及搜集此方面 的知识。 2）利用网络了解普通铣床的数控化改造应用 3）到校内实习车间咨询实训老师，实际观察铣床的结构组成，工作原 理。
4）与指导老师及同学及进行交流和探讨，了解很多关于普通铣床数控 化改造的资料，使自己对此课题有更深一步的了解。 进度安排： 第一周：弄清该设计的工作原理，选题方案，对比各种方案，选择合适 的方案。 第二、三周：在网上和书上搜集各种资料。 第四周：写出论文的整体提纲。 第五周：写毕业论文。 第六周：毕业答辩
四．参考文献

[1] 李敬梅.电力拖动控制线路与技能训练.北京： 中国劳动社会保障出版社， 2001. [2] 王国海,沈蓬.可编程序控制器及其应用.北京:中国劳动社会保障出版社,2001. [3] 廖常初， 《设备改造中的 PLC 梯形图设计方法》 ，电工技术杂志 2001.9 [4] 张万忠， 《可编程序控制器应用技术》 ，北京：化学工业出版社 2002 《电机与电气控制》 ，北京：机械工业出版社 2003 .12 [5] 谭维瑜， [6]工厂电器控制技术 清华大学出版社 机械工业出版社 [7]电子技术与应用 [8]PLC 编程及应用 机械工业出版社 [9]流行 PLC 实用程序及设计 西安电子科技大学出版社 高等教育出版社 [10]数控机床电气控制 [11]机电类专业毕业设计指南 机械工业出版社
目录

目录 ................................................................................................................................... - 5 关键词 ............................................................................................................................... - 6 第 1 章 概述 ..................................................................................................................... - 8 1.1 铣床国内外研究状况和发展趋势 ........................................................................ - 8 1.2 铣床简单介绍 ...................................................................................................... - 10 1.2.1 铣床的选型 ....................................................................................................... - 10 第 2 章 X62W 万能铣床硬件设计 ................................................................................ - 11 2.1 X62W 万能铣床电力拖动的特点......................................................................... - 11 2.2 X62W 万能铣床元件选型 .................................................................................... - 11 2.3 X62W 万能铣床的主要结构及运动形式............................................................. - 13 2.4 控制要求 .............................................................................................................. - 13 第三章 电气控制原理 ................................................................................................... - 15 3.1 电气原理图 .......................................................................................................... - 15 3.2 主电路分析 .......................................................................................................... - 17 3.3 控制电路分析 ....................................................................................................... - 17 第四章 X62W 万能铣床软件设计 ................................................................................ - 19 4.1 PLC 的基本定义 .................................................................................................... - 19 4.2 X62W 万能铣床电气控制线路的 PLC 设计 ......................................................... - 20 4.3 现场信号与 PLC 软继电器对照表 ...................................................................... - 23 4.4 PLC 梯形图 ............................................................................................................ - 24 第五章 总结 ................................................................................................................... - 26 参考文献 ......................................................................................................................... - 27 -
摘要 本设计讲述了 X62W 万能铣床电气控制线路的工作原理，说明了用 PLC 改 造的具体方法，从而可以提高整个电气控制系统的工作性能。铣床是用铣刀对工 件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还 能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。 第一章主要介绍铣床国内外研究状况和发展趋势和铣床简单介绍， 包括铣床的选 型和特点。第二章 X62W 万能铣床硬件设计主要包括 X62W 万能铣床电力拖动 的特点及控制要求和 X62W 万能铣床元件选型还有 X62W 万能铣床的主要结构 及运动形式， 第三章主要分析电路的工作原理。 第四章是介绍软件部分及其 PLC 的基本知识。
关键词

X62W 万能铣床 电气控制系统 PLC 梯形图
绪论

随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高。产 品的更新换代也不断加快。因此对铣床不仅要求具有较高的精度和生产率，而且 应能迅速地适应产品零件的变换，生产的需要促使了数控铣床的产生。 数控铣床是指铣床的操作命令以数值数字的形式描述工作过程按规定的程 序自动进行的铣床。随着微电子技术，特别是计算机技术的发展，数控铣床迅速 地发展起来。 尽管数控铣床可以较好地解决形状复杂、精密、小批量多品种零件的加工问 题，能够稳定加工质量和提高生产率。但是目前我国在役铣床总量约 380 万台， 其中数控铣床总数只有 11 万多台，数控铣床占有率不足 3％，而一些工业发达 国家早已达到 20％以上。我国是制造大国，但不是制造强国。机械制造业水平 与发达国家相比相对落后，设备陈旧，技术水平差距大，国际竞争力弱，影响了 生产力的发展。逐步提高数控铣床的占有率已经成为我国制造技术发展的总趋 势。提高铣床数控率有两个途径：一是增加新的数控铣床，价格昂贵，一次性投 资大，目前各企业均有大量的普通铣床，完全用数控铣床替代是根本不可能的； 二是对旧铣床进行数控化改造。我国是一个机床拥有量极大的国家，但大部分铣 床服役龄较长，采取对旧铣床进行改造来提高设备的先进性和数控化率，是一个 极其有效和实用的途径，是企业必走之路。 制造技术和自动化水平的高低己成为一个国家或地区经济发展水平的重要 标志，而其中最具代表性的就是数控铣床。我国现正处于从以劳动密集型产业为 主向以技术密集型产业为主的发展阶段，对自动化设备的需求会越来越大、越来 越积极。利用现有普通铣床，通过数控化改造，使其成为一台高效、多功能的数 控铣床， 是一种盘活资金的有效途径， 也是低成本实现自动化的行之有效的方法。 因为一方面我国普通铣床保有量大，要将普通铣床淘汰掉是不经济、也不现实的 做法；另一方面，从我国目前生产状况来看，仍然以生产普通铣床为主，普通铣 床的数控化改造将会长期存在，并会不断的发展。
第 1 章 概述

1.1 铣床国内外研究状况和发展趋势

自从 1969 年第一台可编程控制器在美国问世以来，在工业控制中得到广泛 的应用。近年来，我国在石油、化工、机械、轻工、发电、电子、橡胶、塑料加 工等行业工艺设备的电气控制中，越来越多地采用 PLC 机控制，并取得了显著 的效果，深受各行业的欢迎。铣床是以各类电动机为动力的传动装置与系统的对 象以实现生产过程自动化的技术装置。随着电子技术的发展，可编程序控制器日 益广泛的应用于机械、电子加工与设备电气改造中。 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。自动铣床具有工作平稳可靠，操作维护方便，运转费用低的特点，已成为 现代生产中的主要设备。自动铣床控制系统的设计是一个很传统的课题，现在随 着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，铣床控制的设计方案也越来越先进，越 来越趋于完美。在我国 70～80 年代大多数铣床中，大多数的开关量控制系统都 是采用继电器控制，也有相当一部分辅机系统是采用继电控制。因此，继电器本 身固有的缺陷,给铣床的安全和经济运行带来了不利影响,用 PLC 对铣床的继电器 式控制系统进行改造已是大势所趋。
自动铣床的发展及现状：

从上世纪 80 年代起铣床制造业的发展虽有起伏但对自动控制技术和自动 铣床床一直给予较大的关注。 经过九五自动车床和加工中心包括自动铣床的产业 化生产基地的形成， 所生产的中档普及型自动铣床的功能性能和可靠性方面已具 有较强的市场竞争力。 但在中高档自动铣床方面与国外一些先进产品相比仍存在 较大差距。这是由于欧美日等先进工业国家于 80 年代先后完成了自动机床产业 进程， 其中一些著名机床公司致力于科技创新和新产品的研发引导着数控机床技 术发展， 如美国英格索尔公司和德国惠勒喜乐公司对用于汽车工业和航空工业高 速数控铣床的发展日本牧野公司对高效精密加工中心所作的贡献， 德国瓦德里希 公司在重型龙门五面加工铣床方面的开发以及日本马扎克公司研发的车铣中心 对高效复合加工的推进等等。相比之下，我国大部分数近代机床产品在技术处于 跟踪阶段。表 1 以中挡铣床为例列出国内外先进产品主要技术指标，由此可以看 到效率精度和可靠性等方面均有明显差。 随着科学技术的不断发展，生产工艺的不断发展改进，特别是计算机技术的 应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。在控制方法上， 从手动控制发展到自动控制;在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在 操作上，从策重发展到信息化处理；在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电 器逻辑控制系统发展到以微处理器或微型计算机为中心的网络化自动控制系统。 X62W 铣床综合了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技 术、通信技术、网络技术等先进的科学技术成果。 X62W 铣床是由普通机床发展而来。它集于机械、液压、气动、伺服驱动、
精密测量、电气自动控制、现代控制理论、计算机控制等技术于一体，是一种高 效率、 高精度能保证加工质量、 解决工艺难题， 而且又具有一定柔性的生产设备。 万能铣床的广泛应用，给机械制造业的生产方式、产品机构和产业机构带来 了深刻的变化，其技术水平高低和拥有量多少，是衡量一个国家和企业现代化水 平的重要标志。一种新型的控制装置，一项先进的应用技术，总是根据工业生产 的实际需要而产生的。 可编程序控制器产生以前，以各种继电器为主要元件的电气控制线路，承担 着生产过程自动控制的艰巨任务， 可能有成百上千只各种继电器构成复杂的控制 系统，需要用成千上万根导线连接起来，安装这些继电器需要大量的继电器控制 柜，且占据大量的空间。当这些继电器运行时，又产生大量的噪声，消耗大量的 电能。为保证控制系统的正常运行，需要安排大量的电气技术人员进行维护，有 时某个继电器损坏，甚至某个继电器触头接触不良，都回影响整个系统的正常运 行。如果系统出现故障，要进行检查排除故障又是非常困难的，全靠电气技术人 员长期积累经验。尤其是在生产工艺发生变化时，可能需要增加很多的继电器或 继电器控制柜，重新接线或改线的工作量很大，甚至需要重新设定控制系统。尽 管如此，这种控制系统的功能仅仅局限在能实现具有粗略定时、计数功能的顺序 逻辑控制。因此，人们迫切需要一种新的工业控制装置来取代传统的继电器控制 系统，是电气控制系统工作更可靠，更容易维修，更能适应经常变化的生产工艺 要求。 可编程控制器(Programmable Controller)简称 PC，在办公自动化和工业自动 化中广泛使用的个人计算机（Personal Computer）也简称 PC，为了避免混摇， 现在一般将可编程序控制器简称为 PLC(Programmable Logic Controller)。随着可 编程控制器在国内的运用和推广，人们找到了万能铣床较理想的控制系统，即 PLC 控制系统。由于其具有可靠性高，抗干扰能力强，维修检测方便等优点，适 合于对万能铣床的控制，获得广泛的推广。现在万能铣床已全部采用 PLC 控制， 结束了近二十年使用继电控制的历史。 本文主要以该厂对 PLC 控制系统的研究， 推广介绍可编程控器在万能铣床上的应用。 自从 1969 年第一台可编程控制器在美国问世以来，在工业控制中得到广泛 的应用。近年来，我国在石油、化工、机械、轻工、发电、电子、橡胶、塑料加 工等行业工艺设备的电气控制中，越来越多地采用 PLC 机控制，并取得了显著 的效果，深受各行业的欢迎。1988 年开始将可编程序控制器应用在万能铣床上， 至今使用情况一直良好。 国外生产 PLC 的厂家很多， 最著名的有美国 A-B 公司 和 GE-FANUC 公司，日本的欧姆龙公司和三菱公司， 德国 AEG 公司和西门子公 司，法国的 TE 公司。它们号称 PC 领域的大雄，代表 PC 的最高水平。它们在 中国都有各自的代理商，很容易买到其产品。国产 PLC 以小型为主，多数为仿 制产品，I/0 点均在 128 点以下。主要厂家有上海工业自动化仪表研究所，苏州 电子计算机厂，北京机械工业自动化研究所，无锡华光电子工业公司，中科院自 动化研究所，上海香岛机电制造公司。一般只处理开关量，进行逻辑运算，顺序 运算。
1.2 铣床简单介绍

1.2.1 铣床的选型
X62W 万能铣床是一种通用的多用途机床，它可以进行平面、斜面、螺旋面 及成型表面的加工，是一种较为精密的加工设备，它采用继电接触器电路实现电 气控制。PLC 专为工业环境应用而设计，其显著的特点之一就是可靠性高，抗干 扰能力强。将 X62W 万能铣床电气控制线路改造为可编程控制器控制，可以提 高整个电气控制系统的工作性能，减少维护、维修的工作量。
1.2.2 X62W 机床特点

（1）能完成很多普通机床难以加工或者根本不能加工的复杂型面的加工。 （2）采用 X62W 铣床可以提高零件的加工精度，稳定产品的质量。 （3）采用 X62W 可以比普通机床提高 2~3 倍生产率，对复杂零件的加工， 生产率可以提高十几倍甚至几十倍。 （4）此机床具有柔性，只需更换程序，就可以适应不同品种及尺寸规格零 件的自动加工。 （5）大大的减轻了工人的劳动强度。 万能铣床是一种高效率的加工机械,在机械加工和机械修理中得到广泛的应 用，万能铣床的操作是通过手柄同时操作电气与机械,以达到机电紧密配合完成 预定的操作,是机械与电气结构联合动作的典型控制,是自动化程度较高的组合机 床。但是在电气控制系统中,故障的查找与排除是非常困难的,特别是在继电器接 触式控制系统，由于电气控制线路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长, 给生产与维护带来诸多不便,严重地影响生产。本文所述方案是对原来的继电器 接触式模拟控制系统进行 PLC 改造而成,经实际运行证明该 PLC 控制系统无论是 硬件还是软件,控制稳定可靠, 具有极高的可靠性与灵活性, 更容易维修,更能适 应经常变动的工艺条件，取得了较好的经济效益。
第 2 章 X62W 万能铣床硬件设计

2.1 X62W 万能铣床电力拖动的特点

（1）铣削加工有顺铣和逆铣两种加工方式，要求主轴电动机能正反转，因 正反操作并不频繁，所以由床身下侧电器箱上的组合开光来改变电源相序实现。 （2）由于主轴传动系统中装有避免震荡的惯性轮，故主轴电动机采用电磁 离合器制动以实现准确停车。 （3）铣床的工作台要求有前后、左右、上下 6 个方向的 进给运动和快速移 动，所以也要求进给电动机能正反转，并通过操作手柄和机械离合器相配合来实 现。进给的快速移动通过电磁铁和机械挂挡来完成。圆形工作台的回转运动是由 进给电动机经传动机构驱动的。 （4）根据加工工艺的要求，该铣床应具有以下的电气联锁措施： 为了防止刀具和铣床的损坏， 只有主轴旋转后才允许有进给运动和进给方向 的快速运动。 为了减小加工表面的粗糙度，只有进给停止后主轴才能停止或同时停止。 该铣床采用机械操纵手柄和位置开关相配合的方式实现进给运动 6 个方向 的连锁。 主轴运动和进给运动采用变速盘来进行速度选择， 为保证变速齿轮进入良好 的啮合状态，两种运动都要求变速后顺时点动。 当主轴电动机或冷却泵过载时，进给运动必须立即停止，以免损坏刀具和铣 床。 （5）要求有冷却系统、照明设备及各种保护措施。
2.2 X62W 万能铣床元件选型

表 2-1 铣床的电机参数参照表 符 名称 型号 号 Y132M—4— M1 主轴电动机 B3 M2 进给电动机 Y90L—4 冷却泵电动 M3 JCB—22 机 表 2-2 铣床的基本元件一览表 符号 名称 型号 件 数 1 1 1
规格 7． 5KW， 380V， 1450r/min 1．5KW,380V,1400r/min 0．125KW,380V,2790r/min 件 数
作用 主轴传动 进给传动 冷却泵传 动 作用
规格
KM1 KM2 KM3 KM4 KS SB1、2 SB3、4 SB5、6 SA1 SA2 SA3 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 SQ7 QS1 QS2 FR1 FR2 FR3 FU1 FU2 FU3、 FU6 FU4、 FU5 VC TC TC1 YC1 YC2 YC3
接触器 接触器 接触器 接触器 速度继电 器 按钮 按钮 按钮 转换开关 转换开关 转换开关 限位开关 限位开关 限位开关 限位开关 限位开关 限位开关 限位开关 转换开关 转换开关 热继电器 热继电器 热继电器 熔断器 熔断器 熔断器 熔断器 整流器 变压器 变压器 电磁离合 器 电磁离合 器 电磁离合
CJO—20 CJO—10 CJO—10 CJO—10 JY1 LA2 LA2 LA2 HZ1— 10/E16 HZ1— 10/E16 HZ1— 10/E16 LX1—11K LX1—11K LX2—131 LX2—131 LX3—11K LX3—11K LX3—11K HZ1— 60/E26 HZ1— 60/E26 JRQ—40 JR10—10 JR10—10 RL1 RL1 RL1 RL1 ZCZX4 BK—50 BK—150 B1DL—III B1DL—II B1DL—II
20A,110V 10A,110V 10A,110V 10A,110V 2A 绿色 黑色 红色 三极 三极 三极 开启式 开启式 单轮， 自动复位 单轮， 自动复位 开启式 开启式 开启式 三极 三极 11A、3A 3A、5A 0.415A 30A 10A 6A 4A 5A，50V 380/36V 380/127V —— —— ——
1 1 1 1 1 2 2 2 1 １ １ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 2 2 1 1 1 1 1 1
主轴启动 快速进给 M2 正转 M2 反转 反接制动 M1 启动按钮 快速进给按钮 M1 停止按钮 换刀开关 圆工作台转换 M1 换向开关 向右进给 向左进给 向前、向下进给 向后、向上进给 快速与进给转换 主轴变速冲动 进给变速冲动 电源总开关 冷却泵开关 M1 过载保护 M3 过载保护 M2 过载保护 总电源短路保护 进给短路保护 控制电路短路保 护 照明电源短路保 护 整流作用 照明变压器 控制电路变压器 主轴制动 正常进给 快速进给
R
器 电阻
ZB2
1 .45W、15.4A
2
限制制动电阻
2.3 X62W 万能铣床的主要结构及运动形式

X62W 型万能铣床的外形结构如图 2-1 所示，它主要由床身、主轴、刀杆、 悬梁、工作台、回转盘、横溜板、升降台、底座等几部分组成。在床身的前面有 垂直导轨，升降台可沿着它上下移动。在升降台上面的水平导轨上，装有可在平 行主轴轴线方向移动（前后移动）的溜板。溜板上部有可转动的回转盘，工作台 就在溜板上部回转盘上的导轨上作垂直于主轴轴线方向移动（左右移动） 。工作 台上有 T 形槽用来固定工件。这样，安装在工作台上的工件就可以在三个坐标 上的六个方向调整位置或进给。 铣床主轴带动铣刀的旋转运动是主运动；铣床工作台的前后（横向） 、左右 （纵向）和上下（垂直）6 个方向的运动是进给运动；铣床其他的运动，如工作 台的旋转运动、在各个方向的快速移动则属于辅助运动。
1—床身（立柱） 2—主轴 3—刀杆 4—悬梁 5—支架 6—工作台 7—回转盘 8—横溜板 9—升降台 10—底座 图 2-1 铣床外部结构图
2.4 控制要求

（1）主轴电动机 M1 有三种控制：正反转起动，反接制动和变速冲动。 （2）工作台进给电动机 M2 有三种控制：进给、快速移动和变速冲动。
（3）M3 拖动冷却泵提供冷却液，只需单向运行。 （4）为了能及时实现控制，机床设置了两套操纵系统，再机床正面及侧 都安装了相同的按钮、手轮和手柄，操作方面，以实现两地控制。 （5）为了保证安全，防止事故，机床有顺序的动作，采用了联锁。 （6）三台电动机都设有过载保护，控制线路设有短路保护，工作台的六个 方向，都设有终端保护。
第三章 电气控制原理

3.1 电气原理图
图 3-1
X62W 卧式铣床电气原理图
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 万能铣床的电路如图 3-1 所示， 该线路分为主电 路、控制电路和照明电路三部分。
3.2 主电路分析

主轴电动机 M1 拖动主轴带动铣刀进行铣削加工，通过组合开关 SA3 来实 现正反转；进给电动机 M2 通过操纵手柄和机械离合器的配合拖动工作台前后、 左右、上下 6 个方向的进给运动和快速移动，其正反转由接触器 KM3、KM4 来 实现；冷却泵电动机 M3 供应切削液，且当 M1 启动后，用手动开关 QS2 控制； 3 台电动机共用熔断器 FU1 作短路保护，3 台电动机分别用热继电器 FR1、FR2、 FR3 作过载保护。
3.3 控制电路分析

控制电路的电源由控制变压器 TC 输出 110V 电压供电。 （1）主轴电动机 M1 的控制 主轴电动机 M1 采用两地控制方式，SB1 和 SB2 是两组启动按钮，SB5 和 SB6 是两组停止按钮。KM1 是主轴电动机 M1 的启动接触器，YC1 是主轴制动 用的电磁离合器，SQ1 是主轴变速时瞬时点动的位置开关。 1）主轴电动机 M1 启动前，应首先选择好主轴的转速，然后合上电源开关 QS1，再把主轴换向开关 SA3 扳到所需要的转向。按下启动按钮 SB1（或 SB2） ， 接触器 KM1 线圈得电， KM1 主触头和自锁触头闭合， 主轴电动机 M1 启动运转， KM1 常开辅助触头（9-10）闭合，为工作台进给电路提供了电源。按下停止按 钮 SB5（或 SB6） ，SB5-1（或 SB6-1）常闭触头分断，接触器 KM1 线圈失电， KM1 触头复位，电动机 M1 断电惯性运转，SB5-2（或 SB6-2）常开触头闭合， 接通电磁离合器 YC1，主轴电动机 M1 制动停转。 2） 主轴换铣刀时将转换开关 SA1 扳向换刀位置， 这时常开触头 SA1-1 闭合， 电磁离合器 YC1 线圈得电，主轴处于制动状态以便换刀；同时常闭触头 SA1-2 断开，切断了控制电路，保证了人身安全。 3）主轴变速时，利用变速手柄与冲动位置开关 SQ1，通过 M1 点动，使齿 轮系统产生一次抖动，以便于齿轮顺利啮合，且变速前应先停车。 （2）进给电动机 M2 的控制 工作台的进给运动在主轴启动后方可进行。工作台的进给可在 3 个坐标的 6 个方向运动， 进给运动是通过两个操作手柄和机械联动机构控制相应的位置开关 使进给电动机 M2 正转或反转来实现的，并且 6 个方向的运动是联锁的，不能同 时接通。
1）当需要圆形工作台旋转时，将开关 SA2 扳到接通位置，这时触头 SA2-1 和 SA2-3 断开，触头 SA2-2 闭合，电流经 10—13—14—15—20—19—17—18 路 径，使接触器 KM3 得电，电动机 M2 启动，通过一根专用轴带动圆形工作台作 旋转运动。转换开关 SA2 扳到断开位置，这时触头 SA2-1 和 SA2-3 闭合，触头 SA2-2 断开，以保证工作台在 6 个方向的进给运动，因为圆形工作台的旋转运动 和 6 个方向的进给运动也是联锁的。 2）工作台的左右进给运动由左右进给操作手柄控制。操作手柄与位置开关 SQ5 和 SQ6 联动，有左、中、右三个位置，其控制关系见表 1。当手柄扳向中间 位置时，位置开关 SQ5 和 SQ6 均未被压合，进给控制电路处于断开状态；当手 柄扳向左或右位置时， 手柄压下位置开关 SQ5 或 SQ6， 使常闭触头 SQ5-2 或 SQ6-2 分断，常开触头 SQ5-1 或 SQ6-1 闭合，接触器 KM3 或 KM4 得电动作，电动机 M2 正转或反转。由于在 SQ5 或 SQ6 被压合的同时，通过机械机构已将电动机 M2 的传动链与工作台下面的左右进给丝杠相搭合，所以电动机 M2 的正转或反 转就拖动工作台向左或向右运动。 表 3—1 工作台左右进给手柄位置及其控制关系 手柄 位置开关动 电动机 M2 转 接触器动作 位置 作 向 左 SQ5 KＭ３ 正转 中 — — 停止 右 SQ6 KＭ４ 反转 传动链搭合丝 杠 左右进给丝杠 — 左右进给丝杠 工作台运 动方向 向左 停止 向右
工作台的上下和前后进给运动是由一个手柄控制的。 该手柄与位置开关 SQ3 和 SQ4 联动，有上、下、前、后、中 5 个位置，其控制关系见表 2。当手柄扳至 中间位置时，位置开关 SQ3 和 SQ4 均未被压合，工作台无任何进给运动；当手 柄扳至下或前位置时，手柄压下位置开关 SQ3 使常闭触头 SQ3-2 分断，常开触 头 SQ3-1 闭合，接触器 KM3 得电动作，电动机 M2 正转，带动着工作台向下或 向前运动；当手柄扳向上或后时，手柄压下位置开关 SQ4，使常闭触头 SQ4-2 分断，常开触头 SQ4-1 闭合，接触器 KM4 得电动作，电动机 M2 反转，带动着 工作台向上或向后运动。 当两个操作手柄被置定于某一进给方向后，只能压下四个位置开关 SQ3、 SQ4、SQ5、SQ6 中的一个开关，接通电动机 M2 正转或反转电路，同时通过机 械机构将电动机的传动链与三根丝杠（左右丝杠、上下丝杠、前后丝杠）中的一 根（只能是一根）丝杠相搭合，拖动工作台沿选定的进给方向运动，而不会沿其 他方向运动。 表 3—2 工作台上、下、中、前、后进给手柄位置及其控制关系 手柄 位置 上 下 中 前 位置开 关动作 SQ4 SQ3 — SQ3 接触器动 作 KM4 KM3 — KM3 电动机 M2 转 向 反转 正转 停止 正转 工作台运动方 向 向上 向下 停止 向前
传动链搭合丝杠 上下进给丝杠 上下进给丝杠 — 前后进给丝杠
后
SQ4
KM4
反转
前后进给丝杠
向后
左右进给手柄与上下前后手柄实行了联锁控制， 如当把左右进给手柄扳向左 时，若又将另一个进给手柄扳到向下进给方向，则位置开关 SQ5 和 SQ3 均被压 下，触头 SQ5-2 和 SQ3-2 均分断，断开了接触器 KM3 和 KM4 的通路，电动机 M2 只能停转，保证了操作安全。 3）6 个进给方向的快速移动是通过两个进给操作手柄和快速移动按钮配合 实现的。安装好工件后，扳动进给操作手柄选定进给方向，按下快速移动按钮 SB3 或 SB4（两地控制） ，接触器 KM2 得电，KM2 常闭触头分断，电磁离合器 YC2 失电，将齿轮传动链与进给丝杠分离；KM2 两对常开触头闭合，一对使电 磁离合器 YC3 得电，将电动机 M2 与进给丝杠直接搭合；另一对使接触器 KM3 或 KM4 得电动作，电动机 M2 得电正转或反转，带动工作台沿选定的方向快速 移动。由于工作台的快速移动采用的是点动控制，故松开 SB3 或 SB4，快速移 动停止。 4）进给变速时与主轴变速时相同，利用变速盘与冲动位置开关 SQ2 使 M1 产生瞬时点动，齿轮系统顺利啮合。
第四章 X62W 万能铣床软件设计

4.1 PLC 的基本定义

可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员， 是为工业控 制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller)，简称 PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控 制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此， 今天这种装置称作可编程控制器， 简称 PC。 但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC。 PLC 的主要特点： 1、高可靠性 （1）所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 PLC 内 部电路之间电气上隔离。 （2）各输入端均采用 R-C 滤波器，其滤波时间常数一般为 10~20ms. （3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 （4）采用性能优良的开关电源。 （5）对采用的器件进行严格的筛选。 （6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU 立 即采用有效措施，以防止故障扩大。 （7）大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系
统,使可靠性更进一步提高。 2、丰富的 I/O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或 电流； 脉冲或电位； 强电或弱电等。 有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备， 如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连 接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业 局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。 3、采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型 PLC 以外，绝大多数 PLC 均采用模块化结构。PLC 的各个部件，包括 CPU，电源，I/O 等均采用模块化设 计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行 组合。 4、编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说， 不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。 5、安装简单，维修方便 PLC 不需要专门的机房， 可以在各种工业环境下直接运行。 使用时只需将现 场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运 行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构， 因此一旦某模块发生故障， 用户可以通过更换模块的方法， 使系统迅速恢复运行。
4.2 X62W 万能铣床电气控制线路的 PLC 设计

X62W 万能铣床电气控制线路中的电源电路、主电路及照明电路保持不变， 在控制电路中，变压器 TC 的输出及整流器 VC 的输出部分去掉。用可编程控制 器改造后的 PLC 硬接线如图 4-2 所示，为了保证各种联锁功能，将 SQ1～ SQ6,SB1～SB6 按图示分别接入 PLC 的输入端，换刀开关 SA1 和圆形工作台转 换开关 SA2 分别用其一对常开和常闭触头接入 PLC 的输入端子。输出器件分两 个电压等级，一个是接触器使用的 110V 电压，另一个是电磁离合器使用的 36V 直流电，这样也将 PLC 的输出口分为两组连接点。根据输入输出口的数量，可 选择三菱 FX2N—32MR 型 PLC。X62W 型万能铣床电器位置图如图 4-1 所示， 所有的电器元件均可采用改造前的型号。 根据 X62W 万能铣床的控制要求， 设计该电气控制系统的 PLC 控制梯形图， 如图 4-3 所示。该程序共有 8 条支路，反映了原继电器电路中的各种逻辑内容。 在第 1 支路中，因 SQ1 和 SB5、SB6 都采用常闭触头分别接至输入端子 X13、 X2，则 X13、X2 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、M0 线圈得电并自锁，第 3 支路中 Y0 常开触点闭合，辅助继电器 M1 线圈得电，其常开触点闭合，为第 4 支路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。当按
停止按钮 SB5 或 SB6 时，X2 常开触点复位，Y0 线圈失电，主轴惯性运转，同 时 X3 常开触点闭合，Y4 线圈得电接通电磁离合器 YC1，主轴制动停转。第 2 支路表达了 KM2 及 YC3 的工作逻辑，当按下快速移动按钮 SB3 或 SB4 时，X1 常开触点闭合，则 Y1 及 Y5 线圈得电，KM2 常闭触头断开，电磁离合器 YC2 失电，YC3 得电，工作台沿选定方向快速移动；松开 SB3 或 SB4 则 YC2 得电， YC3 失电，快速移动停止。第 4、5、6、8 支路表达了工作台六个方向的进给、 进给冲动及圆工作台的工作逻辑关系。当圆形工作台转换开关 SA2 动作，4、5 支路中 X5 的常开触点分断， 6 支路中 X5 常闭触头复位， 及 Y2 线圈得电， 第 M4 使 KM3 得电，电动机 M2 启动，圆形工作台旋转；当 SA2 复位时，M4、Y2 线 圈失电，圆形工作台停止旋转。左右进给时，SQ5 或 SQ6 被压合，X6 常开触点 复位，第 5、6 支路被分断，而 X10 或 X11 常开触点闭合，M2（其常开触点使 Y2 线圈得电）或 Y3 线圈得电，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，X7 常开触点复位， 第 5、6 支路被分断，M2 或 Y3 线圈得电，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。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 资少、工作量较小。
图 4-1
X62W 型万能铣床电器位置图
4-2
PLC 外部接线图
4.3 现场信号与 PLC 软继电器对照表

分类 信号名称 M1 启动按钮 输入信号 快速进给点动 停止制动按钮 信号名称 换刀开关 圆工作台开关 左右进给 输入信号 上下前后进给 进给冲动 主轴冲动 主轴启动接触器 M2 正转接触器 M2 反转接触器 正常进给电磁阀 主轴制动电磁阀 快速进给电磁阀 现场信号 SB1、SB2 SB3、SB4 常闭 SB5、SB6 常开 SB5、SB6 现场信号 SA1 SA2 SQ5、SQ6 SQ3、SQ4 常开 SQ3、SQ5 常开 SQ4、SQ6 SQ2 SQ1 KM1、KM2 KM3 KM4 YC2 YC1 YC3 PLC 线圈编号 X0 X1 X2 X3 PLC 线圈编号 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 Y0、Y1 Y2 Y3 COM Y4 Y5
输出信号
4.4 PLC 梯形图
图 4-3
PLC 梯形图
PLC 指令表 序号 0000 0001 0002 0003 0004 0005 0006 0007 0008 0009 0010 0011 0012 0013 0014 0015 0016 0017 序号 0036 0037 0038 0039 0040 0041 指令名称 LD OR AND ANI ANI OUT AND OUT LD AND OUT OUT LD OR AND OUT LD AND 指令名称 ANI AND OUT LD OR OUT 数据 X0 M0 X2 X13 X4 Y0 X13 M0 X1 X2 Y1 Y5 Y1 Y0 X2 M1 X12 X7 数据 X5 M1 M4 X3 X4 Y4 序号 0018 0019 0020 0021 0022 0023 0024 0025 0026 0027 0028 0029 0030 0031 0032 0033 0034 0035 序号 0042 0043 0044 0045 0046 0047 指令名称 OR AND AND MPS AND OUT MPP AND OUT LDI AND AND AND AND OUT LD AND AND 指令名称 LD OR OR OUT X11 Y3 X12 X6 X7 X5 M1 M3 X12 X6 X7 数据 M2 M3 M4 Y2 X10 M2 数据 X6 X5 M1
第五章 总结

常用的万能铣床有两种:一是卧式万能铣,型号为 X62W;另一种为立式万能铣, 型号为 X53K。 万能铣床是一种高效率的加工机械,在机械加工和机械修理中得到 广泛的应用。 X62W 型卧式万能铣床的电气控制系统,存在线路复杂、故障率高、维护工 作量大、可靠性差、灵活性差等缺点,本文提出了用 PLC 对 X62W 型万能铣床的 继电器接触式控制系统进行技术改造,从而保证了电控系统的快速性、准确性、 合理性,更好地满足了实际生产的需要,提高了经济效益 X62W 万能铣床是一种高效率的加工机械，万能铣床的操作，是通过手柄同 时操作电气与机械，是机械与电气结构联合动作的典型控制。但是在电气控制系 统中，故障的查找与排除是非常困难的，这给生产与维护带来诸多不便。随着工 业自动化的发展， 生产设备和自动生产线的控制系统必需具有极高的可靠性与灵 活性，这就需要使用智能化程度高的控制系统来取代传统的控制系统。基于这些问题，本文提出了利用三菱 PLC 和对 X62W 型卧式万能铣床的继电接触式电控 系统进行技术改造的方案。 系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程， 更是进一步学习和探索的过 程。 在这个过程中我对利用可编程控制器进行控制系统的设计与开发有了深刻的 认识，对机械的工作原理有了进一步的掌握，对控制系统的分析与设计有了切身 的认识与体会，并在学习和实践过程中增长了知识。丰富了经验。控制系统的开 发设计是一项复杂的系统工程，必须严格按照系统分析，系统设计，系统实施， 系统运行与调试的过程来进行。系统的分析与设计是一项很辛苦的工作，同时也 是一个充满乐趣的过程。在设计过程中，要边学习边实践，遇到新的问题就不断 探索和努力，即可使问题得到解决。 在设计中体会到理论必须和实践相结合。虽然收集了大量的资料，但在实际 应用中却有很多的差异， 出现了很多意想不到的问题。 许多问题在书本上是这样， 而在实际运用中却很不一样，在经过多次分析修改后，才设计出达到控制要求的 系统。
参考文献

[1] 李敬梅.电力拖动控制线路与技能训练.北京： 中国劳动社会保障出版社， 2001. [2] 王国海,沈蓬.可编程序控制器及其应用.北京:中国劳动社会保障出版社,2001. [3] 廖常初， 《设备改造中的 PLC 梯形图设计方法》 ，电工技术杂志 2001.9 《可编程序控制器应用技术》 ，北京：化学工业出版社 2002 [4] 张万忠， [5] 谭维瑜， 《电机与电气控制》 ，北京：机械工业出版社 2003 .12 清华大学出版社 [6]工厂电器控制技术 [7]电子技术与应用 机械工业出版社 [8]PLC 编程及应用 机械工业出版社 西安电子科技大学出版社 [9]流行 PLC 实用程序及设计 [10]数控机床电气控制 高等教育出版社 机械工业出版社 [11]机电类专业毕业设计指南
致
谢
光阴荏苒，几个月的毕业设计转瞬即逝。在本篇论文完成之际，回想过去的 点点滴滴， 我深深的感到毕业设计不仅仅是增长了我们的学识， 提高我们的能力， 更多的是对我们从事学习研究的一种责任心的培养，是对我们细心和耐心的考 验。在这个过程中，导师和同学们教会了我很多东西，在这里要向他们表示衷心 的感谢。 本论文是在导师范兴隆老师的悉心指导下完成的，从导师那里，我不仅学到 了许多书本上的知识，同时也学会了许多做人的道理。师恩厚重，学生将永远铭 记在心。在课题的研究期间和论文的撰写过程中，导师倾注了大量的心血，才使 得我能够顺利地完成各项工作，从最初论文的选题到最终斟字酌句的审阅，论文 进行过程中的每一个环节，都倾注着范老师辛劳的汗水，凝结着范老师智慧的结 晶。恩师严谨的治学态度、一丝不苟的工作作风、孜孜不倦的学习精神无不给我 留下了深刻的印象，对我在学业上的严格要求和教诲的确使我受益非浅。而且， 导师以他渊博的学识和前瞻的眼光，为学生开阔了研究视野，丰富了专业知识。 他严谨的治学态度和谦逊无私的高尚品质，一丝不苟的敬业精神，鞭策着学生不 断进取、前进。我坚信，这一切一切必将对我以后的学习、工作和生活产生深远 的影响。在此，学生向恩师谨致我最崇高的敬意和最诚挚的谢意。 再一次对所有给予过我关心和帮助的老师、 同学、 和朋友们致以深深的谢意! 我相信，我将会以更大的热情和信心投入到今后的学习中去，为了所有曾经帮助 过我的人们，我将永远努力，不断进取！
毕业设计（论文）指导教师意见书
系别： 电气工程系 系别： 学生姓名 陈关利 学号
填表日期： 填表日期： 20082340618 20082340618
年 班 级
月
日
08 高职机电六班
设计（论文） 设计（论文）题 普通铣床的数控化改造 目 意 见：
指导教师
职称
工作单位
毕业设计（论文）答辩委员会评语

系别： 系别： 电气工程系 填表日期： 填表日期： 年 月 日
学生姓名
陈关利
学号
20082340618
班级
08 高职机电六班 答辩成绩
设计（论文） 设计（论文）题目 普通铣床的数控化改造 毕业设计（论文） 毕业设计（论文）答辩委员会评语
毕业设计（论文） 毕业设计（论文）答辩委员会成员签字 姓 名 职 称 工作单位 签 字
山东华宇职业技术学院 毕业设计(论文)答辩记录表
系： 电气工程系 学生姓名 班 级 毕业设计 陈关利 机电一体化六班 机电一体化六班
答辩日期： 答辩日期： 专 业 学 号
年
月
日
机电一体化业 机电一体化业 20082340618
普通铣床的数控化改造 (论文 题目 论文)题目 论文 指导教师 一、答辩委员会组成 答辩委员会主任： 答辩委员会主任： 委 员： 二、答辩会议记录摘要 范兴隆
论文)质量与水平 三、答辩委员会评语（学生毕业设计(论文 质量与水平、分析论证能力、综合应用 答辩委员会评语（学生毕业设计 论文 质量与水平、分析论证能力、 能力、表达能力、回答问题情况、是否达到毕业生设计 论文 水平及建议等） 论文)水平及建议等 能力、表达能力、回答问题情况、是否达到毕业生设计(论文 水平及建议等）
四、学生毕业设计（论文）成绩评定 学生毕业设计（论文） (1) 指导教师评定成绩： 指导教师评定成绩： _______分 分
2) 答辩委员会评定成绩： _______分 答辩委员会评定成绩： 分 (3) 综合评定毕业设计 论文)成绩 五级制 ： _______ 综合评定毕业设计(论文 成绩 五级制)： 论文 成绩(五级制 签名) 答辩委员会主任 (签名 ： 签名 记录人： 签名 签名) 记录人：(签名 备注： 备注： 年 月 日
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系别： 电气工程系 系别： 学生姓名 陈关利 学号 填表日期： 填表日期： 20082340618 年 班 级 月 日 08 高职机电六班
设计（论文） 设计（论文）题 普通铣床的数控化改造 目
意 见：
指导教师
职称
工作单位
毕业设计（论文）答辩委员会评语

系别： 系别： 电气工程系 学生姓名 陈关利 学号 填表日期： 填表日期： 20082340618 20082340618 班级 年 月 日
08 高职机电六班 答辩成绩
设计（论文） 设计（论文）题目 普通铣床的数控化改造
毕业设计（论文） 毕业设计（论文）答辩委员会评语
毕业设计（论文） 毕业设计（论文）答辩委员会成员签字 姓 名 职 称 工作单位 签 字
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系： 电气工程系 答辩日期： 答辩日期： 年 月 日
学生姓名 班 级 毕业设计
陈关利 机电一体化六班 机电一体化六班
专 业 学 号
机电一体化业 机电一体化业 20082340618
普通铣床的数控化改造 (论文 题目 论文)题目 论文 指导教师 一、答辩委员会组成 答辩委员会主任： 答辩委员会主任： 委 员： 二、答辩会议记录摘要 范兴隆
论文)质量与水平 三、答辩委员会评语（学生毕业设计(论文 质量与水平、分析论证能力、综合应用 答辩委员会评语（学生毕业设计 论文 质量与水平、分析论证能力、 能力、表达能力、回答问题情况、是否达到毕业生设计 论文 水平及建议等） 论文)水平及建议等 能力、表达能力、回答问题情况、是否达到毕业生设计(论文 水平及建议等）
四、学生毕业设计（论文）成绩评定 学生毕业设计（论文） (1) 指导教师评定成绩： 指导教师评定成绩： _______分 分
2) 答辩委员会评定成绩： _______分 答辩委员会评定成绩： 委员会评定成绩 分 (3) 综合评定毕业设计 论文)成绩 五级制 ： _______ 综合评定毕业设计(论文 成绩 五级制)： 论文 成绩(五级制 签名) 答辩委员会主任 (签名 ： 签名 记录人： 签名 签名) 记录人：(签名 备注： 备注： 年 月 日
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