T68镗床的控制设计Word下载.docx

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主轴反向点动…………………………….……...…32

正向反接制动…………………………….….………33

反向反接制动………………………….…….…..…33

联锁保护装置………………………………..…..…33

第六章　机床面板电气线路安装

机床面板对电气线路的基本要求………….……....34

机床电气线路的安装步骤…………………….……..34

附录…………………………………………………………….35

总结……………………………………………………………..36

致谢………………………………………………………………40

参考文献…………………………………………………………41

引言

镗床是一种精密加工机床，主要用于加工精确高的孔，以及各孔间距离要求较为精确的零件，如主轴箱，变速箱。

由于镗床刚性好，其可动部分在导轨上活动间隙小，还可附加支承，故能满足上述要求。

镗床除镗孔外，在万能镗床上海口音钻孔、铰孔、扩孔；

用镗轴或平旋盘铣削平面；

加上车螺纹附件后，还可以车削螺纹；

装上平旋盘刀架还可加工大的孔经，端面和外圆。

因此，镗床加工范围广，调速范围大，运动部件多。

按用途不同，镗床可以分为卧式镗床，立式镗床，坐标镗床，金刚镗床和专门化镗床等。

通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。

它的加工精度和表面质量要高于钻床。

镗床是大型箱体零件加工的主要设备。

目前，部分中小型企业及高校仍广泛使用传统的继电器控制机床，这些机床经历了比较长的历史，虽然它在一定范围内满足单机和自动生产线的需要，但由于它的电控系统是以继电器，接触器的硬件连接为基础的，技术上比较落后，特别是其触点的可靠性问题，直接影响了产品的质量和生产效率。

而用PLC对它的进行技术上的改造，便能取得很好的效果。

对T68镗床的电气控制线路进行了分析与研究后，T68镗床具有主轴转速高，调速范围宽等功能外；

T68镗床的电气控制系统还存在控制线路上的一些复杂性，故障率高，维护工作量大，可靠性差，灵活性差等缺点；

给生产与维护带来了诸多不便，严重影响生产。

采用可编程序控制器（PLC）对T68镗床的传统的电气控制系统进行改造，在实际生产线上有着明显的效率，这也使整个生产系统带来推动的力量。

PLC对T68镗床的控制改造的设计梯形图，提高了T68镗床电气控制系统的可靠性和抗干扰能力；

然而PLC对T68镗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，更好的满足了实际生产的需要，提高了经济效益。

本设计主要介绍的是T68镗床的PLC改造控制，第一章是绪论，主要介绍设计的目的和意义和以后的发展；

第二章介绍了T68镗床的电气控制原理和分析电气控制线路；

第三章介绍PLC有关知识和选择及设计方案的研究和确定；

第四章主要介绍了PLC对T68镗床的改造设计；

第五章介绍了改造后的T68镗床的调试过程；

第六章介绍了机床面板电气线路安装。

本设计在手法上采用模块化结构，运用图解的方法，以图为主，以文为辅。

设计中对梯形图的每个梯阶和语句表的每个语句都注释，说明该梯阶和语句的作用，并且用电路工作过程图与电气元件和编程元件动作顺序表相结合的方法来说明PLC的控制过程。

设计在编写过程中，参考了一些书刊内容，并且引用了其中的一些资料。

由于编者能力有限，内容中难免会出现一些错误，请老师批评指正。

编者

摘　要

目前PLC已广泛应用于冶金、化工、轻工、机械、电力、建筑、交通、运输等各行各业。

随着机电一体化的发展，对不系统的可靠性要求愈来愈高。

可编程控制器有控制可靠，体积小，功能强，速度快，组态灵活和可扩展的特点而得到广泛的应用。

可编程控制器是20世纪60年代末在继电器控制系统的基础上开发出来的。

在我国PLC的应用最近几年发展很快。

首当先应用一些大中型现代化工厂的引进工程上，PLC是专为工业控制设计的控制装置，能适应工业现场的恶劣环境。

在老企业旧设备的技术改造上，PLC的应用比较广泛，而且已取得了可喜的经济效益。

为了提高镗床控制电路的稳定性和自动化程序，延长镗床的使用寿命，降低机床的故障。

分析了T68镗床的机械、电气控制原理，保留镗床主电路有PLC取代复杂的电气连线控制，设计出由PLC为镗床的控制电路。

完成了将镗床的控制电路用PLC梯形图实现，大大的简化了电路，从而降低机床的故障、更加便于控制、也降低了维修的难度。

本设计介绍了PLC改造T68镗床控制系统的应用。

运用了图解的方法。

以文为主，以图为辅，并且用电气元件和编程元件动作顺序表来说明PLC的控制过程。

关键词

T68镗床西门子PLC改造　梯形图　

第一章绪论

第一节　PLC改造T68镗床的目的和意义

大多数企业的生产机床为普通机床，生产设备陈旧落后，由于丝杠、导轨、进刀手轮间隙大、磨损厉害，用这种设备加工出来的产品普遍存在质量差，精度低，成本高，供货周期长等问题，已经不能适合当今企业所面临的竞争需要。

由于数控机床的成本较高，如企业靠重新购买新设备，需要大量资金，一般的企业难以承受，为此，把普通机床改造为数控机床是提高机床数控化率的捷径和有效手段。

普通机床改造成经济型数控机床后，可以大大提高自动化程度和生产劳动效率，提高原机床的加工精度，加工出普通机床难以加工各种外形比较复杂的工件，具有投资少、见效快等特点。

研究者已课题的目的和意义有以下几点。

1）将所学的知识得以综合的应用。

2）将所学的知识与实践相结合。

3）近年来PLC在工业自动化控制领域应用愈来愈广，它在控制性能.组机周期和硬件成本等方面的综合优势，三其他工控产品难以比拟的，用PLC控制技术对T68镗床控制电路改造，具有普遍的技术及经济意义。

4）提高镗床控制电路的稳定性和自动化程度。

　　5）通过PLC改造后，可以延长镗床的使用寿命，还可以降低机床的故障，更加便于控制，方便维修等好处。

第二节PLC特点和发展

PLC（可编程序控制器）是以微机技术为核心的通用工业控制装置。

它是将传统的继电器--接触器控制技术与计算机技术和通信技术融为一体，具有功能大、环境适应性好、编成简单、使用方便等优点。

因此，近年来在工业自动控制，机电一体化，改造传统产业等方面，PLC得到了广泛的应用。

学习，掌握和应用PLC技术对提高我国工业自动化水平和生产效率具有十分重要的意义。

21世纪，PLC会有更大的发展：

1）向高速度，大容量方向发展。

2）向超大型，超小型两个方向发展。

3）PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力。

4）增加外部故障的检测与处理能力。

5）编成语言多样化。

因此，用PLC（可编程序控制器）对T68型卧式镗床的改造有助于提高镗床发性能，提高生产效率。

第一节T68型卧式镗床控制原理

T68型卧式镗床的用途

T68型卧式镗床主要用于钻孔、镗孔、铰孔及加工段平面等。

主要结构和运动形式

卧式镗床主要由床身,前立柱,镗头架,后立柱,尾座,下溜板,，上溜板和工作台等组成。

T68型镗床的运动形式有:

（1）主运动:

镗轴和平旋轴的旋转运动。

（2）进给运动:

镗轴的轴向进给,平旋盘刀具溜板的径向进给,镗头架的垂直进给,工作台的纵向进给和横向进给。

（3）辅助运动:

工作台的回旋运动,后立柱的轴向移动,尾座的垂直移动几各部分的快速移动等。

电气控制线路的特点

（1）主电动机M1为双速笼型异步电动机，实现机床的主轴旋转和工作进给。

低速时由接触器KM6控制，将电动机三相定子绕组接成三角形连接；

高速时由KM7、KM8控制，将电动机三相定子绕组接成双星形联结。

高低速由主轴孔盘变速机构内的行程开关SQ控制，选择低速时，电动机为直接启动；

高速时，电动机采用先低速起动再自动转换成高速起动运行的两极起动控制，以减少起动电流的冲击。

（2）主电机能正反转,点动并具有停车反接制动。

（3）主轴变速或进给变速时主电动机缓慢转动，使齿轮易于啮合。

T68型卧式镗床的电力拖动特点和控制要求

镗床加工范围广、运动部件多、调速范围广、而进给运动直接影响切削量，切削量又与主轴转速、刀具、工件材料、加工精度等有关，所以一般卧式镗床主运动与进给运动由一台主轴电动机拖动，由各自传动链传动，还应由一台快速电动机拖动。

T68型卧式镗床的控制要求：

（1）主轴与进给运动都有较大的调速范围,由一台电机拖动，采用双速笼型异步电动机。

（2）由于各种进给运动都要正反不同方向的转动，所以要求正反转。

（3）在加工过程中需要调整工作，主电动机应能实现正反转的点动控制。

（4）为缩短时间，各进给方向均能快速移动，设有快速移动电动机且采用正反转的点动控制方式。

（5）要求主轴停车迅速、准确，主电动机应由制动停车环节。

（6）主电动机为双速电动机，有高、低两种速度供选择，高速快速移动时应先经低速再进入高速。

（7）主轴变速和进给变速在主电动机停车或运动时进行，为便于变速时齿轮啮合，应由低速冲动。

（8）由于卧式镗床运动部件多，应由必要的连锁和保护环节。

控制线路的工作原理

（1）主轴的点动控制

主轴的正反向点动由按钮SB3和SB4操纵。

按下正向点动按钮SB3后，使KM1、KM6线圈得电动作。

因此，三相电源经KM1主触点和接触器主触点接通M1，使电动机在低速下旋转，放开按钮时，KM1和KM6都相继断电释放，电动机断电停止，反向点动与正向点动相似，由SB4操纵，经接触器KM2级KM6相互配合动作完成。

（2）主电路的正反向长动

主电路正反转控制有SB1和SB2操纵，当要求电动机低速运转时，限位开关XK为断开状态，按下SB1,、KM1,、KM3,、KM6得点动作，主电路就在全压下和三角形接线下，直接启动低速运行。

使用高速时，限位开关XK闭合，按下SB1后，电动机县低速起动，延时5秒后KM6断开，经过秒KM7得电动作，KM7的住处点使电机的绕组连成双星形并从新接入电流，从而使主电路从低速在起动到高速。

（3）主电机的反接制动控制

当电动机正传时，速度继电器的正转动合触点Ks闭合，而正转动断触点断开，按下SB5时，KM1断电释放，切断了主电机电源，延时后，KM2闭合和KM6得电，使三相电源经过KM2主触点和KM6主触点反接给电动机，反接制动。

当电动机转速降低到一定转速时，正转动合触点Ks三打开，切断KM2的通电回路，使KM2和KM6相继断电释放，及时切断电动机的反诘电源，制动结束。

（4）主轴或进给变速时主电机的缓控

主轴变速时，主轴电动机可获得缓慢转动，以利于齿轮顺利啮合。

将S1、S2闭合，KM1、KM6线圈得电动作，电机得电正向加速，当达到一定速度时，速度继电器Ks的动断触点断开，动合触点闭合，延时秒后，KM2闭合，电机开始反接制动，当电机低于某一速度时，Ks动作，KM2断开，延时秒后KM1闭合，正向加速，如此反复，实现缓动。

进给变速时缓慢运转控制原理与主轴时完全相同，不过用的是限位开关SQ3和SQ4。

（5）主轴箱、工作台或主轴的快速移动

机床的各部件的快速移动由限位开关S2、S6和快速电机M2驱动。

S2被压动，PLC输出使KM4得电动作，快速移动电动机M2正转、限位开关S6被压动，PLC输出使接触器KM5得电动作，快速电动机M2反转。

电气控制线路分析

（1）主电路分析

三相交流电源经低压断路器QS引入，M1为主电动机，由接触器KM1和KM2控制其正反转；

KM6控制M1低速运转（定子绕组接成三角形,为4极）；

KM7和KM8控制M1高速运转（定子绕组接成双星形,为2极）；

KM3控制M1的反接制动电阻,由热继电器FR实现过载保护。

M2为快速移动电动机，由接触器KM4和KM5控制其正反转，M2为短时运行。

因此，不需要过载保护,低压断路器QS对整个电路实现过电流保护和过载。

图1T68型卧式镗床电气控制主回路

（2）控制电路分析

1）主电动机的起动控制

1）.主电动机的点动控制主电动机的点动有正向点动和反向点动，分别由按钮SB4和SB5控制。

按SB4接触器KM1线圈通电吸合，使接触器KM4线圈通电吸合，三相电源经KM1的主触点，电阻R和KM4的主触点接通主电动机M1的定子绕组，接法为三角形，使电动机在低速下正向旋转。

松开SB4主电动机断电停止。

反向点动与正向点动控制过程相似，由按钮SB5、接触器KM2、KM4来实现。

2）主电动机的正、反转控制当要求主电动机正向低速旋转时，按SB2，中间继电器KA1线圈通电吸合，它有三对常开触点，KA1常开触点闭合自锁；

KA1常开触点闭合，接触器KM3线圈通电吸合，KM3主触点闭合，使接触器KM1线圈通电吸合，并将KM1线圈自锁。

KM1的辅助常开触点闭合，接通主电动机低速用接触器KM4线圈，使其通电吸合。

由于接触器KM1、KM3、KM4的主触点均闭合，故主电动机在全电压、定子绕组三角形联结下直接起动，低速运行。

当要求主电动机为高速旋转时，按SB2后，一方面KA1、KM3、KM1、KM4的线圈相继通电吸合，使主电动机在低速下直接起动；

另一方面由于SQ7的闭合，使时间继电器KT（通电延时式）线圈通电吸合，经延时后，KT的通电延时断开的常闭触点断开，KM4线圈断电，主电动机的定子绕组脱离三相电源，而KT的通电延时闭合的常开触点闭合，使接触器KM5线圈通电吸合，KM5的主触点闭合，将主电动机的定子绕组接成双星形后，重新接到三相电源，故从低速起动转为高速旋转。

主电动机的反向低速或高速的起动旋转过程与正向起动旋转过程相似，但是反向起动旋转所用的电器为按钮SB3、中间继电器KA2，接触器KM3、KM2、KM4、KM5、时间继电器KT。

3）主电动机的反接制动的控制

当主电动机正转时，速度继电器KS正转，常开触点KS闭合，而正转的常闭触点KS断开。

主电动机反转时，KS反转，主电动机正转或反转停止时的反接制动做准备。

按停止按钮SB1后，主电动机的电源反接，迅速制动，转速降至速度继电器的复位转速时，其常开触点断开，自动切断三相电源，主电动机停转。

具体的反接制动过程如下所述：

主电动机正转时的反接制动：

主电动机为低速正转时，电器KA1、KM1、KM3、KM4的线圈通电吸合，按SB1,使KA1、KM3线圈断电，一方面使KM1的主触点断开，主电动机脱离三相电源，另一方面使KM1分断，使KM4断电；

SB1的常开触点,随后闭合，使KM4重新吸合，此时主电动机由于惯性转速还很高，KS仍闭合，故使KM2线圈通电吸合并自锁，KM2的主触点闭合，使三相电源反接后经电阻R、KM4的主触点接到主电动机定子绕组，进行反接制动。

当转速接近零时，KS正转常开触点KS断开，KM2线圈断电，反接制动完毕。

主电动机反转时的反接制动：

反转时的制动过程与正转制动过程相似，但是所用的电器是KM1、KM4、KS的反转常开触点KS

主电动机工作在高速正转及高速反转时的反接制动：

过程可仿上。

在此仅指明，高速正转时反接制动所用的电器是KM2、KM4、KS触点；

高速反转时反接制动所用的电器是KM1、KM4、KS触点。

4）主轴或进给变速时主电动机的缓慢转动控制

主轴或进给变速即可以在停车时进行，又可以在镗床运行中变速。

为使变速齿轮更好的啮合，可接通主电动机的缓慢转动控制电路。

当主轴变速时，将变速孔盘拉出，行程开关SQ3常开触点SQ3断开，接触器KM3线圈断电，KM3的辅助常开触点断开，使KM1线圈断电，主电动机脱离三相电源。

所以，该机床可以在运行中变速，主电动机能自动停止。

旋转变速孔盘，选好所需的转速后，将孔盘推入.主电动机转动转速达某一转时，速度继电器KS正转常闭触点KS断开，接触器KM1线圈断电，而KS正转常开触点KS闭合，使KM2线圈通电吸合，主电动机反接制动。

当转速降到KS的复位转速后，则KS常闭触点KS又闭合，常开触点KS又断开。

若孔盘退回原位，则SQ3,的常闭触点断，切断缓慢转动电路。

SQ3的常开触点SQ3闭合，使KM3线圈通电吸合，其常开触点闭合，又使KM1线圈通电吸合，主电动机在新的转速下重新起动。

5）主轴箱、工作台或主轴的快速移动

该机床各部件的快速移动，由快速手柄操纵快速移动电动机2M拖动完成的。

当快速手柄扳向正向快速位置时，行程开关SQ9被压动，接触器KM6线圈通电吸合，快速移动电动机2M正转。

同理，当快速手柄扳向反向快速位置时，行程开关SQ8被压动，KM7线圈通电吸合，M2反转。

6）主轴进刀与开作台联锁

为防止镗床或刀具的损坏，主轴箱和工作台的机动进给，在控制电路中必须互联锁，不能同时接通，它是由行程开关SQ1、SQ2实现。

若同时有两种进给时，SQ1、SQ2均被压动，切断控制电路的电源，避免机床或刀具的损坏。

第二节T68型卧式镗床的主要元件选择

表1电气元件一览表

符号

数量

名称及用途

M1

1

主电动机，拖动主运动和进给运动用

M2

快速移动用电机

Q

空气开关，限流、欠压保护

KM1、KM2

2

主电动机正反转用接触器

KM3

限流电阻短路用接触器

KM6、KM7

3

主电动机高低速转换用接触器

KM4、KM5

快速电机正反转用接触器

SB5

主电动机停止用按钮

Ks

主电动机反转制动用速度继电器

SB1SB2

主电动机正反转用按钮

SB3SB4

主电动机正反转点动按钮

S1S2

主轴用变速限位开关

S3S4

进给变速用限位开关

S

接通主电动机高速用限位开关

S5S6

快速电动机正反转用限位开关

R

点动、高速启动，制动用限流电阻

FU1~FU8

8

短路保护熔断器

KR

主电动机过载保护用热继电器

K1

控制PLC用开关

PLC

可编程控制器

图3安装板电气元件平面布置图

第三章PLC基础知识及设计方案选择

第一节PLC的基础知识

的定义

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

为了避免与个人计算机PC（Personal 

Computer）相混淆，所以改为PLC。

总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。

它具有丰富的输入、输出接口，并且具有较强的驱动能力。

但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。

的产生

在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。

当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。

随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。

为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置。

的主要特点

（1）高可靠性,抗干扰能力强。

（2）通用性强,灵活性好,功能齐全。

（3）编程简单,使用方便。

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。

（4）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。

（5）安装简便,调试方便

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。

（6）维修工作量小,维护方便。

（7）体积小,能耗低。

的功能

（1）逻辑控制

（2）定时控制

（3）计数控制

（4）步进（顺序）控制

（5）PID控制

（6）数据控制PLC具有数据处理能力。

（7）通信和联网

（8）其它

PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：

定位控制模块，CRT模块。

的基本结构.

（1）中央处理单元（CPU）　　CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，

（2）存储器

PLC存储空间的分配其存储空间一般包括以下三个区域：

系统程序存储区

系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）

用户程序存储区

（3）电源

（4） 

底板或机架 

（5）PLC系统的其它设备

第二节PLC的工作原理和工作过程

1.工作原理

按照分时操作（串行工作）方式每一次执行一个操作，按顺序逐个执行,从宏观来说，PLC外部似乎是同时进行的，串行工作过程三PLC扫描工作方式。

用扫描工作方式执行用户程序时，扫描时从第一条程序