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国家职业资格全省（或市）统一鉴定

维修电工论文
（国家职业资格II级）

论文题目：PLC对X62W万能铣床的改造

姓 名 董 武 连
身份证号： 320902199108287515
准考证号：
所在省市： 江苏省盐城市
所在单位： 江苏省盐城技师学院

PLC对X62W万能铣床的改造
董武连
江苏省盐城技师学院095103班
【摘要】本文介绍了用PLC对机床电气控制系统进行改造的思路，并针对X62W型万能铣床，阐述了该铣床电气控制线路的工作原理，详细说明了用PLC进行电气控制系统改造的具体方法，从而可以提高整个电气控制系统的工作性能。
【关键词】机床电路；X62W万能铣床；PLC；
0．引言
X62W型万能铣床可以用圆柱铣刀、圆片铣刀、角度铣刀、成形铣刀及端面铣刀等刀具来加工平面、斜面和沟槽等，还可以加装万能铣头、分度头和圆工作台等机床附件来扩大加工范围。在对车床、铣床、磨床、钻床等机床的改造中，就可以用可编程控制器(简称PLC)替代原有的继电器——接触器控制系统，减少了中间继电器，使线路得到简化，提高了机床的控制精度，增强了机床电气控制系统的可靠性。下面以X62W型万能铣床为例将该铣床的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.X62W型万能铣床
X62W型万能铣床主要由底座、床身、悬梁、主轴、刀杆支架、工作台、回转盘、横溜板和升降台等部分组成。图1所示是其外形及结构。其型号意义如下：

图1 X63W万能铣床外形及结构
1：床身 2：主轴 3：悬梁 4：刀架支杆 5：工作台 6：回转盘
7:横溜板 8：升降台 9：底座
X 6 2 W

铣床 万能
卧床 2号工作台
2．系统组成
2.1 X62W万能铣床的控制要求
1）铣削加工有顺铣和逆铣两种方式，所以要求主轴电动机能正反转，但考虑到正反转并不频繁(批量顺铣或逆铣)，因此在铣床床身下侧电器箱上设置一个组合开关，来改变电源相序实现主轴正反转。由于主轴传动系统中装有避免震动的惯性轮,使主轴停车困难,故主轴电动机采用电磁离合器制动以实现准确停车。
2)铣床工作台要求有前后、左右、上下6个方向的进给运动和快速移动，所以也要求电动机能正反转，并通过操作手柄和电磁离合器相配合来实现。进给的快速移动是通过电磁铁和机械挂挡来完成的。为了扩大起加工能力，在工作台上可加装圆形工作台，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。
3）根据加工工艺要求，该铣床应具有以下电气联锁措施：
① 为防止刀具和铣床的损坏，要求只有主轴旋转后才允许有进给运动和进给方向的快速移动。
②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。该铣床在电气上采用了主轴和进给同时停止的方式，但由于主轴运动的惯性很大，实际上就保证了进给运动先停止，主轴运动后停止的要求。
③ 6个方向的进给运动中同时只能有一种运动产生，该机床采用了机械操纵手柄和位置开关相配合的方式来实现6个方向的联琐。
④ 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啮合状态，两种运动都要求变速后作瞬时点动。
⑤ 当主轴电动机或冷却泵电动机过载时，进给运动必须立即停止，以免损坏刀具和铣床。
⑥ 要求有冷却系统，照明设备及各种保护措施。

2.2 X62W万能铣床的运动形式
万能铣床的铣削是一种高效率的加工方式其运动框图如图2所示

图2 万能铣床系统运动框图
3．X62W型万能铣床的控制要求及电气线路分析
X62W型万能铣床共用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型万能铣床的电路见附录1，该线路分为主电路、控制电路和照明电路三部分。电气控制线路的工作原理如下：
3.1 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通过操纵手柄和电磁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；

图3 主电路控制功能图
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。
3.2 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的两地控制由启动停止按钮SB1、SB2与SB5、SB6完成。KM1是主轴电动机启动接触器，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。
(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。工作台的进给可在工作台的前后、左右和上下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。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。
4．X62W型万能铣床电气控制线路的PLC改造
4.1 改造方法
进行电气控制线路改造时，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，用可编程控制器实现，为了保证各种联锁功能，将SQ1～SQ6,SB1～SB6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。输出器件分三个电压等级，一个是接触器使用的110V交流电压，另一个是电磁离合器使用的36V直流电，还有一个是照明使用的24V交流电压，这样也将PLC的输出口分为三组连接点。
4.2 PLC硬件设计
经过对X62W万能铣床的控制系统进行详细的分析可知，该系统需要输入点数为16点，输出点数为7点，根据输入输出口的数量，可
选择三菱FX2N—32MR型PLC。所有的电器元件均可采用改造前的型号。 万能铣床各个输入/输出点的PLC I/O地址分配如下表1所示：
表1 万能铣床PLC I/O地址分配
序号
输入器件
输入地址
序号
输出器件
输出地址
1
SB1、SB2主轴启动
X0
1
EL 照明
Y0
2
SB3、SB4快速进给
X1
2
KM1主轴启动
Y1
3
SB5-1、SB6-1 制动
X2
3
KM2主轴启动
Y2
4
SB5-2、SB6-2 制动
X3
4
KM3 M2正转
Y3
5
SA1 换刀开关
X4
5
KM4 M2反转
Y4
6
SA2 圆工作台开关
X5
6
YC1 主轴制动
Y5
7
SA4 照明开关
X6
7
YC3快速进给
Y6
8
SQ1 主轴冲动
X7

9
SQ2 进给冲动
X10

10
SQ3-1、SQ5-1
X11

11
SQ3-2、SQ4-2
X12

12
SQ4-1、SQ6-1
X13

13
SQ5-2、SQ6-2左右进给
X14

14
FR1 热保护触点
X15

15
FR2 热保护触点
X16

16
FR3 热保护触点
X17

万能铣床的I/O接线如图4所示：

图4 万能铣床的I/O接线图
4.3软件设计
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，如附录2所示。该程序共有9条支路，反映了原继电器电路中的各种逻辑内容。
1）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X7、X2，则X7、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，Y1、M0线圈得电并自锁，第4支路中Y1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5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。Y1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常开触电复位，Y1线圈失电,主轴惯性运转,同时X3常开触电闭合，Y5线圈得电接通电磁离合器YC1，主轴制动停转。对应的梯形图如下所示。

图5 主轴带动铣刀梯形图
2）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Y2及Y6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5、6、7、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。对应的梯形图如所示。

图6 工作台进给运动梯形图
3）当圆形工作台转换开关SA2动作，5、7支路中X5的常开触点分断，第7支路中X5常闭触头复位，M4及Y3线圈得电，使KM3得电，电动机M2启动，圆形工作台旋转；当SA2复位时，M4、Y3线圈失电，圆形工作台停止旋转。左右进给时，SQ5或SQ6被压合，X14常开触点复位，第6、7支路被分断，而X11或X13常开触点闭合，M2（其常开触点使Y3线圈得电）或Y4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，X12常开触点复位，第6、7支路被分断，M2或Y4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。对应的梯形图如下图7所示。

图7 工作台旋转运动梯形图
5. 结束语
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,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。
【参考文献】
[1] 李敬梅.《电力拖动控制线路及技能训练》中国劳动社会保障出 版社.
[2] 刘进峰.《技师综合实践与毕业设计指导》中国劳动社会保障出 版社．
附录1：

附录 万能铣床电气原理图

附录2：

附录 电气控制系统的PLC控制梯形图