X5040X53K立式铣床的PLC改造.docx

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X5040X53K立式铣床的PLC改造

第一章绪论

第二章总体设计

2.1设计流程图

2.2X5040铣床简介

2.3FX2N（C）PLC简介

2.

4.

2.4X5040型铣床电气原理图线路分析

2.5PLC的I/O分配

2.6PLC接线图

1.1

第三章X5040立式铣床电气系统的软件设计

13....

3.1PLC程序设计

1.3

3.2程序解释及调试

16

第四章小结

1.9

参考文献

20

任务书

.错误...未定义书签。

摘要

X5040铣床是一种应用广泛的多用途机床，它可以进行平面、斜面、螺旋面等多种表面的加工，它原是采用继电接触器电路来实现其电气控制，但是在电气

控制系统中，故障的查找与排除是非常困难的，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，严重的影响生产。

PLC是专为工业应用而设计，其可靠性高，抗干扰能力强。

可将X5040铣床电气控制线路改造为基于FX2N的可编程控制器控制，可以提高铣床的整个电气控制系统的工作性能及参数指标，具有较

高的可靠性与灵活性，减少工人维护、维修的工作量。

本文介绍了用PLC取代X5040铣床的继电器控制电路，阐述了PLC的设计方案；根据控制要求，确定PLC的输入输出点数，对I/O地址进行了分配，并画出了I/O接线图；根据控制原理，进行系统的软件设计，

画出了T形图。

关键词：

X5040铣床；电气控制；PLC控制；梯形图

专业专注

第一章绪论

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

他采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工作控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

PLC的内部继电器可代替所有用于逻辑控制的中间继电器，噪

音低、使用设备寿命长、体积小，这是PLC的最大特点之一。

因此PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的未来，是无法取代的。

根据实际情况，在铣床的电气改造过程中，保留原有的机械操作不变，将原来继电器控制的线路用PLC控制系统取代，本文采用三菱公司的FX2N（C）作为控制器。

三菱公司的FX2N（C）系列，从形状说，属于小型PLC,可用于代替继电器的简单控制场合，也可用于复杂的自动化控制系统。

FX2N（C）的可靠性高，可以用梯形图（LAD）、语句表（即指令表STL）和功能块图（FBD）三种语言来编程。

本文将采用梯形图来对X5040铣床的控制系统进行编程。

梯形图程序指令的基本逻辑元素是触点、线圈、功能框和地址符。

触点有动合、动断等类型，用于代表输入控制信息，当一个动合触点闭合时，能流可从此触点流过；线圈代表输出，当线圈有能流流过时，输出便被接通.

2.1设计流程图

2.2X5040铣床简介

第二章总体设计

图2.1设计流程图

图2.2X5040铣床的结构图

X5040立式铣床（也叫X53K立式铣床）属于铣床中广泛应用的一种机床，是一种强力金属切削机床，该机床刚性强，进给变速范围广，能承受重负荷切屑。

（也叫X53K立式铣床）属于铣床中广泛应用的一种机床，是一种强力金属切削机床，该机床刚性强，进给变速范围广，能承受重负荷切屑。

X5040立式铣床主轴锥孔可直接或通过附件安装各种圆柱铣刀、圆片铣

刀、成型铣刀、端面铣刀等，适于加工各种零件的平面、斜面、沟槽、孔等，是机械制造、模具、仪器、仪表、汽车、摩托车等行业的理想加工设备。

X5040立式升降台铣床属于通用机床，特别适用于单件、小批生产和工具、修理部门，也可用于成批。

X5040立式升降台铣床可用各种圆柱铣刀、圆片铣刀、角铣刀、成型铣刀和端面铣刀加工各种平面、斜面、沟槽齿轮等。

可选配万能铣头、圆工作台、分度头等铣床附件，扩大加范围。

1、X5040立式升降台铣床刚性好，能承载重负荷切削。

2、机床主轴电机功率高，变速范围广，充分发挥刀具效能，高速切削。

3、机床易磨损铸件采用钒钛耐磨铸铁，重要部位采用优质合金钢，稳定耐用。

4、X5040立式升降台铣床有完善的润滑系统。

2.3FX2N（C）PLC简介

三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置，除输入出16〜25点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。

特点:

系统配置即固定又灵活；编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备。

2.4X5040型铣床电气原理图线路分析

2.4.1X5040铣床的主电路图

图2.4X5040铣床的控制电路图

1.主轴电动机M1控制

M1的正，反转由转换开关SC5控制，这是由于铣床主轴的旋转方向不需要经常变换。

采用手动的转换开关可以控制线路比较简单，运行也更可靠，所以没有采用两只接触器的控制线路。

主轴电动机M1的定子绕组经接触器KM2的主触头可以接通直流电源进行能耗制动。

能耗制动的直流电源由桥式整流器UR供给。

X5040型立式铣床有两套操作按钮和操作手柄，分别安装在机床的正面和

左侧面，以实现两地控制，其中SB1和SB2是主轴电动机M1的停止按钮，SB3和SB4为启动按钮。

主轴电动机M1的旋转方向在启动前由转速开关SC5选定。

按下启动按钮

SB3或SB4，接触器KM1线圈得电，KM1常开触头闭合自锁，KM1主触头闭

合，电动机M1启动。

同时KM1的一个动合触头闭合，接通工作台控制电路的电源。

按下停止按钮SB1或SB2,它们的常闭触头断开接触器KM1的线圈电路，常开触头接通接触器KM2的线圈电路，KM1常闭触头复位后，KM2得电吸合，将全波整流电源送到电动机M1的定子绕组，进行能耗制动。

松开SB1或SB2，接触器KM2断电释放，主轴电动机M1制动结束。

行程开关SQ7与主轴的调速机构联动，在切换主轴转速时，能使主轴电动机M1短时冲动。

主轴调速应在主轴电动机M1停车时进行，先将一个调速手柄扳开，将调速盘转到需要的转速，然后将手柄扳回到原来位置，压合行程开关SQ7，SQ7的常开触头SQ7-1短时闭合，接触器KM1短时吸合，随后又释放，主轴电动机M1就短时冲动，使齿轮易于啮合。

同时SQ7-2常闭触点断开，使接触器KM1的自锁回路断开。

行程开关SQ7复原时，SQ7-1断开，KM1线圈断电释放，SQ7-2恢复闭合，主轴电动机M1停转。

2.冷却泵电动机M2控制

M2用转换开关SC3控制。

合上SC3，当接触器KM1吸合时，冷却泵电动机M2与主轴电动机M1同时启动。

3.工作台进给电动机M3控制

不使用圆形工作台时，转换开关SC1应扳到断开位置，触头SC1-1,SC1-3闭合，SC1-2断开。

在加工过程中，工作台进给电动机M3的正，反转有KM3和KM4两个接触器控制。

接触器KM3主触头闭合时电动机M3正转，工作台可向左，向前或向下进给；KM4吸合时电动机M3反转，工作台可向左，向后或向上运动。

工作台还可快速移动，由快速接触器KM5和快速移动电磁铁YC控制。

工作台的快速移动和进给运动由同一台电动机M3拖动。

X5040型立式铣床工作台的进给运动用手柄操作。

进给电动机M3可以在两种情况下工作，一般情况是主轴电动机启动运行后，接触器KM1的常开触头接通工作台进给电动机的控制电路的电源，另一种情况是主轴电动机没有启动，需要工作台快速移动，按下SB5或SB6,KM5线圈得电，KM5常开触点接通工作台快速移动的控制线路电源。

工作台纵向进给操作手柄有三个位置，即向左，向右和停止。

纵向进给操作手柄转到向左或向右位置时，推动一个离合器接通纵向进给丝杠。

同时手柄通过联动机构操作行程开关SQ1和SQ2,手柄扳倒向右位置，行程开关SQ1的常开触点SQ1-1闭合，常闭触点SQ1-2断开。

SQ1-1闭合，手柄扳回到向左位置，行程开关SQ1复位，SQ2被压合，SQ2-2断开，SQ2-1闭合，接触器KM4线圈得电吸合，电动机M3反转，工作台向左进给，手柄扳倒零位，SQ1和SQ2都复位，接触器KM3和KM4的线圈电路都断开，进给电动机M3停止。

工作台横向和垂直进给操作手柄有五个位置，向前，向后，向下，向上和零位。

手柄接通横向和垂直进给丝杠通过联动机构又能控制行程开关SQ3和

SQ4。

手柄在向前和向下位置时，SQ3的常开触头SQ3-1闭合，常开触头SQ3-2断开，手柄在向后和向上位置时，SQ4的常开触头SQ4-1闭合，常闭触头SQ4-2断开，手柄在零位，SQ3和SQ4的常开触头断开，常闭触头闭合，操作手柄的各个位置互相联锁，不可能同时接通不同方向的进给运动。

行程开关的常闭触头SQ1-2和SQ2-2串联，SQ3-2与SQ4-2串联，两条串

联支路再并联连接，这样的连接可防止两个手柄都板离零位的不正确的操作方

法。

如果两个手柄都不在零位，则两条并联支路都不通，接触器KM4和KM5的线圈都不能获电动作，工作台进给电动机不会启动。

工作台也采用调速盘和调速手柄调速，在调速时，工作台的两个手柄都不应当在零位，主轴电动机M1应该启动，工作台变速步骤与主轴的变速步骤相同。

当手柄扳回原位时，行程开关SQ6短时动作，常开触点SQ6-1闭合，常闭触点SQ6-2断开，接触器KM3短时间吸合又释放。

工作台进给电动机M3短时冲动，使齿轮易于啮合。

工作台进给运动用手柄操作，这是它的优点，但是手柄和电气设备的联动机构复杂，易发生故障。

在主轴电动机未开动时，工作台可以在各个方向做快速移动，快速移动的方向也由操作手柄的位置决定，板好工作台操作手柄的位置，按下按钮SB5或SB6接触器KM5线圈获电吸合KM5的主轴点闭合，接通电磁铁YC,使工作台快速移动的传动机械接通，KM5的动合触头闭合，接通工作台控制线路的电源，使接触器KM3或KM4线圈能获电吸合工作台就在选定的方向快速移动。

工作台快速移动用点动控制，松开按钮SB5或SB6,工作台快速移动停止。

如果主轴已开动，工作台已按某个进给方向移动，按下快递移动按钮SB5或SB6,接触器KM5线圈得电，电磁铁YC吸合，工作台就在原来进给方向做快速移动。

松开按钮SB5或SB6,工作台快速移动又变为原来的进给运动。

2.5PLC的I/O分配

根据X5040立式铣床的控制要求及原理图可以知道：

输入输出

主轴停止：

SB2

主轴制动：

KM2

主轴启动：

SB3

进给电机正传：

KM3

主轴启动：

SB4

进给电机反转：

KM4

工作台快速移动：

SB5

进给电机的快速运动

:

KM5

工作台快速进给：

SB6

快速移动电磁离合器

:

YC

照明灯开关：

SC2

照明灯：

EL

工作台向右进给：

SQ1

工作台向左进给：

SQ2

工作台向前，向下进给：

SQ3

工作台向后,向上进给：

SQ4

进给变速冲动：

SQ6

主轴变速冲动：

SQ7

从以上输入、输出可看出要选的PLC的输入端必须大于13个而输出端必须

大于7个。

但是机床控制线路的电压等级比较多。

所以在选PLC时必须注意PLC

的输出。

所以选用三菱FX2N-32MRPLC。

图2.4FX2N-32MR的三菱PLC的外形图

g-

PLC的输入分配表

输入分配表

名称

符号

输入

主轴停止按钮

SB1

X0

主轴停止按钮

SB2

X1

主轴启动按钮

SB3

X2

主轴启动按钮

SB4

X3

工作台快速移动

SB5

X4

工作台快速移动

SB6

X5

照明灯开关

SC2

X6

工作台向右进给行程

开关

SQ1

X7

工作台向左进给行程

开关

SQ2

X10

工作台向前、向下进

给行程开关

SQ3

X11

工作台向后、向上进

给行程开关

SQ4

X12

进给变速冲动开关

SQ6

X13

主轴变速冲动开关

SQ7

X14

PLC输出分配表

输出分配表

名称

符号

输出

主轴电机启动

KM1

Y1

主轴制动

KM2

Y2

进给电机正转

KM3

Y3

进给电机反转

KM4

Y4

进给电机的快速运动

KM5

Y5

快速移动电磁离合器

YC

Y6

照明灯

EL

Y7

2.6PLC接线图

图2.5PLC接线图

第三章X5040立式铳床电气系统的软件设计

3.1PLC程序设计

26

X001XOOl

¥001X005

机工』检

启动速移动

YC05

违皆电「討快谨运

X007X011X012X013Y004

工作合向右琏给行

——H——W——

工作台向工作台向进给变速进踣电机前、向卞后、向下冲动开羌正转

进諸行哇注諳行嗟

幵芙开黄

M10

X010

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二性台向

左进给行

X011

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工陀台向

瓠向下

芒给行衽

幵关

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—H————

工作6向进战遠进给屯机js.向下冲动弈关正转

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何5）进绪哲7的快速运

55

（M10

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Mil

41—IF

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逵蹌电匚匹转

XOllX010XO07XO03

二运M言瓠向下连给行程

M12

——

X012

53

XC10

£#工作台向工作台向后、向下左送给称进给行程程开羌开关

X007

-4^-工菲台向右送给行程开关

VW4

—H^-

X010

*注绪变連工陀今童二临台旬冲胡产关右谡幽行主进站行善尹美裡幵黄

XOllS012¥004

—————

工需台向工侄台向进给电匚前、向下乐向下正转迸君行翟进给行程

开关奔矣

3.2程序解释及调试

1•主轴电机启动

mi

0

当M0或者M1为ON时，Y001得电，即主轴电机启动

2•主轴电机制动

X{X>0Y001

XO01

兰轴停止

当X000或者X001为ON时，Y002得电，即主轴制动，且若在制动过程中再次启动主轴则制动停止

3•进给电机正转

当M10或者M12或者M13为ON时，Y003得电，即进给电机正

转。

4•进给电机反转

yn

■

ITAnd9

■

USi

进绪电机

正转

M13

—1~~

当M10或者M13为ON时，Y004得电，即进给电机反转

5•进给电机的快速运动

进站电机

进绪电軋

为另更运

X001X004

I——n

当X001和X004同时为ON,或者Y001和X005同时为ON时，Y005

得电，即进给电机快速运动。

7•照明灯

当X006为ON时照明灯亮

第四章小结

通过这次专业综合设计与实践，我觉得我的能力得到了提升。

大家分工明确，培养了我的团队合作能力。

对专业知识的运用巩固了之前的专业知识的学习，也为毕业设计打下了好的基础。

这次实践让我觉得自身的学习能还不够，接纳新知识的能力不强，还需要在以后的生活中多多加强。

感谢这次综合实践的老师对我们的帮助和指导，在此献上我最崇高的敬

.、、八

意、。

[1].张万忠主编

[2].陈瑞阳主编

[3].史国生主编

参考文献

可编程控制器入门与应用实例北京：

中国电力出版社，

几点一体化控制技术北京：

高等教育出版社，2004.8

电气控制与可编程控制器技术北京：

化学工业出版社，

2005.1

2010.5

[4].陈伯时主编电力拖动自动控制系统-运动控制系统第三版北京：

机械工业出版社，2003.7

[5].宋昌才主编常用机床电气控制电路北京：

化学工业出版社，2010.5

4州攵字岗

专业综合设计与实践任务书

二级学院：

电子信息与电气工程学院班级：

10电二

姓名：

王岭学号：

10020424

所属组号

9指导教师韩霞职称讲师

课题名称

X5040铣床的PLC改造

课题

工作

内容

了解X5040的工作原理及其电气结构；

根据要求确定输入与输出点数，进行I/O分配，编制“/O分配表”；

选出PLC的机型，画出输入、输出的接线图；

根据逻辑等效的原则画出对应的PLC梯形图并进行修改完善；

对程序进行调试；

撰写报告

指标

要求

能够实现主轴的正转/反转和停止。

能够实现进给轴的正、负限位控制。

够实现急停和报警功能

进程

安排

第一天：

下达任务，搜集资料

第二天：

确定课题，查找与课题相关资料

第三天：

明确设计方案，撰写任务书

第四天-第五天：

完成硬件设计、原理图和接线图的绘制

第六天-第七天：

完成软件设计，编写程序并加以修改和完善

第八天-第九天：

程序调试和撰写完整报告

第十天：

进行答辩

设计地点

秋白楼A522

起止日期

2014224-2014.3

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