毕业设计--XA6132W-铣床的-PLC-控制系统的设计.doc

毕业设计- XA6132W 铣床的 PLC 控制系统的设计（可编辑）
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漳州师范学院
毕业论文(设计)

XA6132W铣床的PLC控制系统的设计
The Design of XA6132W Milling machine control system that is based on PLC

学 院： 漳州师范学院
系 别： 物理与电子信息工程系
专 业： 电气工程及其自动化
学 号：
姓 名：
指导教师：

2010年12月27日

摘要
目前，大部分工业铣床存在自动化水平落后、加工精密度低、各种安全警报控制不够完善等问题。该设计针对XA6132W型铣床存在的上述一些问题，用PLC进行改造，设计出了主轴系统、进给系统、冷却系统、润滑系统以及一些安全警报控制等系统，并且完成了PLC梯形图、接线原理图及各部分控制的设计。将XA6132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。

关键词：XA6132W铣床；PLC改造；设计；提高

Abstract

Nowdays, Level of automation in most industries there is backward milling, processing precision is low, a variety of security issues such as alarm control is not perfect. The XA6132W-type milling machine designed for a number of problems on the PLC to transform, Design of the spindle system, feed system, cooling system, lubrication system, and some security alarm control system, And completed the PLC ladder diagram, wiring diagram and the part of the control design. XA6132 milling electrical control circuit will be transformed into programmable controller can improve the work of the entire electrical control system performance, reduce maintenance and repair workload.

Key words：XA6132W-type milling machine；PLC reconstruction；Design；Improve

目 录
摘要 I
1.引言 1
2.XA6132W铣床简介 1
2.1 铣床的发展状况以及重要性 1
2.2 XA6132W铣床介绍 2
2.3 XA6132W铣床电气控制线路 3
2.4 电气线路分析 4
3 设计思路 4
3.1 PLC与其他工业控制的比较 4
3.2 改造原因与目的 5
3.3 设计方案 6
3.4 设计完成后所能实现的功能 7
4.系统设计 7
4.1系统硬件设计 7
所选用的主要器件 7
编制I/O口分配表 8
绘制I/O接线图 9
辅助电气接线图 10
工作流程图 11
4.2 系统各部分构成介绍 12
主轴部分 12
进给部分 13
冷却、润滑、照明部分 17
安全警报以及互锁控制部分 17
4.3 系统软件设计（梯形图） 18
主轴部分 18
进给部分 24
冷却、润滑、照明部分 27
安全警报、联锁控制部分 28
5. 设计调试 29
5.1主轴部分调试 29
5.2 进给部分 30
5.3冷却、润滑、照明部分调试 31

5.4控制电路的联锁与保护控制调试 31
6. 结束语 32
参考文献 33
附录 34
致谢 40

1.引言
可编程序控制器（PLC）是一种以微处理器为基础的通用工业自动控制装置，具有可靠性高、柔性好、编程灵活、开发周期短以及故障自诊断等特点，特别适合应用于机床控制系统的开发和应用[1]。我国传统的机床控制系统都是采用继电器和接触器硬件逻辑控制电路，不但接线复杂，而且经常出现故障，可靠性比较差。通过使用PLC设计机床控制系统可以减少电元器件数目，提高电气控制系统的稳定性和可靠性，从而提高产品的品质和生产效率。目前，国内许多厂家的自动控制系统及加工机床都采用PLC代替继电控制。
本文介绍了XA6132W铣床PLC控制系统设计方案，并且叙述了铣床运行的基本原理、PLC的控制设计、PLC的工程改造设计步骤等。该系统用三菱公司的FX2N系列PLC作为控制核心，配合使用变频控制系统、伺服系统控制铣床运行，实现了铣床启动、停止、进给控制、紧急停止等功能，并且有手动控制和自动控制两种控制方式，从而实现了铣床运行的自动化功能。PLC控制的特点使原机床控制大大的简单化，并且维修方便,易于检查。节省大量的继电器元件,使机床的工作效率更高。
2.XA6132W铣床简介
2.1 铣床的发展状况以及重要性
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，我国大部分近代机床产品在技术处于跟踪阶段，工艺水平还是比较落后。
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。
利用刀具对金属毛坯进行切削，从而加工出机械零件的工作机械称为金属切削机床，简称机床。机床是现代机械制造业中最重要的加工设备，在一般机械制造厂中，机床所担负的加工工作量约占机械制造总工作量的40%~~60%。
机床的性能直接影响机械产品的性能、质量和经济性。因此，它是国民经济中具有战略意义的基础工业，机床的拥有量及其先进程度将直接影响到国民经济各部门生产发展和技术进步的能力[2]。
XA6132W铣床是由普通机床发展而来的。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。
2.2 XA6132W铣床介绍
XA6132W型铣床的外形结构如下图所示：

图2.1 XA6132W铣床外形结构

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。溜板上部有可移动的回转盘，工作台就在溜板上部回转盘上的导轨上做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可以在三个坐标上的六个方向调整位置或进给[3]。
XA6132W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主要用于机械零件的平面，斜面，沟糟等型面的加工。再装上分度头后，它还可以加工直齿轮和螺旋面的加工；装上回转圆工作台则可以加工凸轮和弧形槽。
XA6132W铣床有三种运动，即主运动、进给运动和辅助运动。主轴带动铣刀的旋转运动称为主运动；加工中工作台或进给箱带动工件的移动称为进给运动；冷却泵、润滑泵的开启/停止，以及工作台的旋转运动都属于辅助运动。
2.3 XA6132W铣床电气控制线路
图2.3 XA6132W铣床电气接线图[10]
2.4 电气线路分析
XA6132W型铣床共用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。XA6132W型铣床的电路如上图所示，该线路分为主电路、控制电路和照明电路三部分。主轴电机的控制：起动、停止、变速冲动；进给电机控制：圆工作台工作、工作台纵向进给、工作台横向及垂直进给、工作台快速移动、工作台变速冲动、冷却泵电机的起动控制；还有有关的保护、联锁控制；工作台的各运动方向的极限位置保护、各运动方向的联锁控制等[4]。
从上图的电气接线图可以看出普通的XA6132W万能铣床的控制方式采用继电控制，线路复杂、触点比较多。主轴电动机M1的两地控制由启动/停止按钮完成。制动采用电磁离合器制动方式，主轴变速时采用瞬时点动的位置开关实现有级变速。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[5]。
3 设计思路
3.1 PLC与其他工业控制的比较
在现代工业设备及自动化项目中,遇到大量的开关量、脉冲量及模拟量等控制装备。目前,工业界比较有代表性的控制方式主要有以下几个类别:继电器控制系统,单片机控制系统,微型计算机系统,集散性控制系统。
(1) PLC与继电器控制系统的比较
继电器控制是采用硬接线逻辑，利用继电器触点的串、并联及时间继电器的延迟动作来组成控制逻辑，其缺点是一个系统一旦确定就很难轻易改动。如果要在现场做一些更改和扩展更是难以实行。而PLC是利用其内部的存储器以及数据形式将控制逻辑存储起来的，其对外部的联系只有I/O点，只要输入输出对象不变，就无须对硬接线任何改动，只要改变PLC内存储的内容，也就可以实现更改控制逻辑的目的[6]
另外，PLC的运行速度为每个指令步数十微妙，并且内部有严格的同步，不会出现抖动的问题，PLC内部有丰富的定时器和计数器资源，还具有A/D、D/A转换装置，可以用来对模拟量进行控制，而且体积小、功耗小、寿命长、可靠性高、还具有监控功能和自检功能，使程序的运行过程透明化。这些都是继电器控制无法比拟的。
（2）PLC与单片机控制系统比较
虽然单片机的价格低廉，但它存在着编程难、不易掌控、需要做大量的接口工作，可靠性仍较差等缺点。尽管其有较强的数据处理能力，但在开关量较多的工业控制中其长处得不到发挥。现代PLC的核心就是单片微处理器，是专门设计的工业控制装置，虽然PLC也有必不可少的软件开发过程，但与单片机相比，编程简单、开发周期短，现场就可以开发调试。
单片机控制系统仅适用于简单化的自动化项目。硬件上主要是CPU、内存容量及I/O口的限制；软件上主要受限于与CPU类型有关的编程语言。一般说来单片机系统的应用只是为某个特定产品服务的，其通用性、兼容性和扩展性都相当差。
（3）PLC与计算机控制系统的比较
微型计算机是为科学计算、数据处理等而设计的，尽管两者在技术上都采用了计算机技术，但由于使用对象和环境的不同，PLC较之微机系统具有面向工业控制，抗干扰能力强，适应工程现场的温度、湿度环境，输入、输出均采用隔离技术，使用面向工业控制的专用语言使编程及修改方便，并有较完善的监控功能。而微机系统则不具备上述特点，一般对运行环境要求苛刻，使用高级语言编程，要求使用者有相当水平的计算机硬件和软件知识。此外，微机系统的外设备较多，有些对工业控制并非必须。因此PLC显然较微机系统更适合于工业控制。
（4）PLC与集散控制系统的比较
集散控制系统DCS是由回路仪表控制系统发展起来的分布式控制系统，它在模拟量处理，回路调节等方面有一定的优势。随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，PLC无论在功能上、速度上、智能化模块以及联网通信上，都有很大的提高。随着网络通信功能的不断增强，PLC与计算机的互联，可以形成大规模的控制系统，在数据高速公路上挂接在线通用计算机，实现在线组态、编程和下载，进行在线监控整个生产过程，这样就已经具备了集散控制系统的形态，加上PLC价格和可靠性优势，使之可与DCS相互竞争并且与之相互补充。
3.2 改造原因与目的
从电气结构图可以看出XA6132W铣床的自动化程度较低,各种控制均采用继电器系统控制, 其采用硬接线逻辑，利用继电器触点的串、并联及时间继电器的延迟动作来组成控制逻辑，配合使用机械操纵手柄、机械传动机构控制机床实现加工工艺。然而这种控制触点多、线路复杂、使用多年后故障率高、维修量大、维护不便、可靠性较差、生产效率低，并且不适应目前小批量、多品种、复杂零件的加工，所以这样的控制已经不能再满足如今社会的工业发展需求。
由于以上的原因，再加之PLC控制与工业其他控制相比较可以预见随着PLC成本的下降和机器要求的提高，将很快在大部分场合取代继电器控制。无论是与传统的继电器、接触器控制逻辑相比，还是与现代的微型计算机系统乃至专用于控制的单片机相比，在工业控制方面PLC都具有明显的优越性。尤其是对生产流水线、动作复杂的单机。比起前述几种控制手段来具有寿命长、可靠性高、对环境无特殊要求、开发费用低、周期短、无需专门的计算机软、硬件知识就可以在短期内掌握，功能扩展方便，成本可为一般用户所接受等优点，是现代机电一体化产品控制装置的理想选择。
3.3 设计方案
（1）鉴于原XA6132W铣床主轴系统采用继电控制，主轴变速采用变速手柄，利用机械原理控制改变其速度转换，在实际生产加工中操作不便而且不利于加工过程速度稳定。铣床的加工利用刀具对零件的切削，所以机床在加工零件时伴随着切削量的不同，对刀具上的负载也跟着不同，所以主轴电机的转速应要有自动调整转速的功能，保持正常而良好的加工状态，避免加工过程速度不稳等情形。所以本次改造设计采用变频调速技术，通过改变频率的方法使电机转速改变。设计采用PLC通过通信的方式控制变频器，从而可以使电机的实际转速更加接近预设转速。
(2)原铣床的工作台的进给部分采用机械的传动机构，配合手柄操作用继电开关实现工作台在3个坐标6个方向的运动，很显然这种操作方式弊端很大，在很大程度上工作台进给靠手工完成，进给量基本上依靠目测、经验来实现工作台的进给，加工精度不够高等，在生产加工上局限性相当大。相比步进电机，伺服电机可以实现严格根据脉冲量控制电机转量，而且步距角比步进电机要小很多。两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、 1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=0.0027°。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/667。本次改造利用伺服系统控制,用三台伺服电机分别控制铣床的X、Y、Z三个轴的进给运动。实现对电机转速、位置、进给量的精确控制，使生产加工时能更好的满足零件加工需要。
(3)冷却泵和润滑泵的启动采用主轴启动后自启动的控制，只要主轴启动，则冷却泵和润滑泵启动，供应铣床加工时的冷却液和润滑液。主轴停止转动，冷却泵和润滑泵停止。
（4）设计一个圆形工作台安装在工作台上，利用电机驱动圆形工作台的旋转，可实现对零件螺旋面的加工。
（5）安全警报控制系统的设计：安全警报控制系统包括各轴之间的联锁、各轴安全启动/停止顺序、主轴换刀安全控制、进给轴各轴所必要的行程开关和限位保护、储油罐液位检测、发生操作事故时警报控制和紧急停止工作等。
3.4 设计完成后所能实现的功能
（1）XA6132W型铣床所能实现顺铣、逆铣，以及对螺旋面等进行加工，所以设计完成后的改造铣床主轴电机可以实现正、反转。而且，设计采用变频调速技术，可以实现无级调速，所以在加工时不会因为负载的改变而使电机转速改变，所以在加工时保证了加工零件表面平滑、整齐、不出现纹丝等稳定加工情形。
（2）改造完成后的进给系统在工作台进给的时候具有高精度的定位控制。可以实现高精度进给要求以及可将误差控制在很小范围内,并且可以实现手动、自动两种控制方式，在运行上可以实现工作台快速进给、工作进给等功能[7]。
（3）冷却泵与润滑泵在主轴启动后自动启动，开始喷洒冷却液和润滑液。待加工结束，主轴电机停止，润滑泵、冷却泵停止。设计完后可手动开关照明灯。
（4）改造完成后的铣床具有关保护、联锁控制、油泵液位检测、警报响应提醒等功能，工作台的各运动方向设置极限位置保护、各运动方向的联锁控制等。
（5）铣床安装上圆形工作台后利用电机拖动圆形工作台进行转动，可以实现对工件进行螺旋面的加工。
4.系统设计
4.1系统硬件设计
所选用的主要器件
(1)由于I/O口的需要,以及功能要求，本次选用三菱FX2N-64M PLC机
（2）主轴部分：FX2N-485BD通信板、FR-S500变频器、主轴三相交流电机、
（3）进给部分：伺服电机（HC-KFS23K）、J2S-MR-10A伺服放大器、FX2N-1PG定位模块。
（4）照明灯(24v)、冷却泵、润滑泵、接触器KM1、KM2、KM3、液位传感器、行程开关、中间继电器、热继电器、熔断器、各种开关按钮等。
（4）选用GX Developer PLC编程软件。
编制I/O口分配表
表 I/O口分配表

分类
信号名称
PC数据
分类
信号名称
PC数据

输

出

信

号

X轴电机启动
Y0

输

入

信

号
左限位开关
X12
Z轴电机启动
Y1
右限位开关
X13
X轴方向选择
Y2
向前运动开关
X14
Z轴方向选择
Y3
向后运动开关
X15
圆形工作台电机启动
Y4
前行程开关
X16
冷却泵接触器动作
Y5
后行程开关
X17
润滑泵接触器动作
Y6
前限位开关
X20
照明灯
Y7
后限位开关
X21
报警灯
Y10
向上运动开关
X22

向上运动开关
X23

输

入

信

号
主轴正转启动
X0
上行程开关
X24
主轴反转启动
X1
下行程开关
X26
主轴停止
X2
上限位开关
X27
进给轴停止开关
X3
下限位开关
X30
进给轴启动开关
X4
主轴低速开关
X31
进给自动/手动转换开关
X5
主轴中速开关
X32
向左运动开关
X6
主轴高速开关
X33
向右运动开关
X7
圆形工作台
X34
左行程开关
X10
照明启动开关
X35
右行程开关
X11
紧急停止开关
X36

绘制I/O接线图

图 I/O接线图
辅助电气接线图

圆形工作台电动机 冷却泵电动机

润滑泵电动机

工作流程图

图 工作流程图

4.2 系统各部分构成介绍
主轴部分
主轴系统利用通信的方式实现变频器与PLC的通信，实现无级调速，整个系统用PLC编程控制。通过PLC编程器的控制可以使得电机实现正转、反转、停止、以及速度转换。整个系统由FX2N-485BD通信板、可编程控制器、功率驱动、执行元件和控制设备组成[8]。
控制原理如下：

图 控制原理图

该控制通过对PLC机实现程序编写，经过PLC机与变频器实现通讯将控制传达变频器，变频器实现电机的转动与速度控制，通过通信的方式用PLC控制变频器可以使电机实际转速与预期转速更加接近[9]。

图 PLC的模拟量控制系统框图

对变频器的一些基本参数的设置（如下）：然后根据变频器的基本操作，就可以实现对主轴的的各项功能控制：

表 变频器参数设置

参数
设定值
注释
PR.8
0

PR.30
1

PR.79
0

N1
1
设置变频器站号
N2
48
设置通讯速率为4800
N3
10
设置停止位
N4
0
奇偶校验选择为奇校验
N5
---
通讯再试次数
N6
---
通讯校验时间间隔
N7
---
等待时间设定
N8
0

N9
0

N10
1

N11
0
设置无CR,LF命令

进给部分
进给系统X、Z轴采用PLC作为上位机的位置控制系统。其中：工作台的定位控制由交流伺服电机通过传动机构来带动，工作台的正反向运动由电机的正反转控制，工作台移动的速度由电机的转速决定。伺服电机由MR—J2s伺服装置驱动，MR-J2s接受PLC发出的正向或反向位置脉冲信号；位置和速度数据由触摸屏通过RS422输入。Y轴采用三菱PLC的FX2N-1PG模块发出脉冲对伺服放大器进行控制，滑台的定位控制由交流伺服电机通过滚珠丝杠来带动，滑台的正反向运动由电机的正反转控制，滑台移动的速度由电机的转速决定。伺服电机由MR-J2S伺服装置驱动，MRJ2S接受FX2N-1PG定位模块发出的正向或反向位置脉冲信号；FX2N-1PG和FX2N-64MT通过数据线连接，进行数据通信。位置和速度数据由触摸屏通过RS422输入。
开环伺服系统的位移精度主要取决于伺服电机的角位移精度和齿轮、丝杆等传动件的螺距精度以及系统的摩擦阻尼特性。[10]。

图 控制原理图

进给伺服系统是以位置为控制对象的自动控制系统，且是以对速度控制为前提的。车床的进给伺服系统是根据接受来自软件生成的脉冲指令，经过一定的信号变换及电压、功率放大，检测反馈，最终驱动伺服电机的转动。所以上位机所生成的脉冲量控制电机转动的圈数，而脉冲频率控制电机转动的速度。系统控制如下：

图 驱动器主电路控制图

图 X轴系统回路控制

控制由PLC通过Y0口发出相应脉冲数至PP端口，然后由伺服放大器通过信号放大以及信号变换，转换成相应的电压驱动伺服电机转动，伺服电机的转动速度由脉冲频率决定。Y2端口为电机运动方向选择端口，通过置位与复位使伺服电机可以实现正/反转[11]。
表 伺服驱动器基本接口

端口
功能
EMG
外带紧急停止
SON
伺服开启
SG
数字接口公共端
ALM
故障报警
VDD
内部接口电源输出
OPC
集电极开路电源输入
PP
电机启动控制
NP
电机方向控制
SD
屏蔽端

表 伺服控制模式

参数
名 称
设定值
说 明
NO.0
控制模式选择
0000
设置成位置控制模式
NO.2
自动调整
0105
设置为自动调整
NO.3
电子齿轮分子(CMX)
16384
设置成上位机发出5000个脉冲电机转一周。
NO.4
电子齿轮分母(CDV)
625
NO.21
功能选择3
0001
用于选择脉冲串输入信号波形（设定脉冲加方向控制）

表位置控制模式基本参数设置

设置参量
数据
旋转一圈所需脉冲
5000脉冲/转
电机转动一圈进给量
2mm
快速进给速度
2000r/min
工作进给速度
1450r/min
快速进给速度所需频率
66667 Hz
工作进给速度所需频率
48333 Hz

冷却、润滑、照明部分
主轴电机一启动便立即使冷却泵接触器接通，冷却泵启动。保证在加工时候可以全程进行对铣床的冷却作用，主轴电机停止转动后冷却泵接触器断开，冷却泵停止。
润滑泵亦是采用主轴电机启动便使润滑泵接触器接通，润滑泵启动，待加工结束时，主轴停止转动，润滑泵接触器断开，润滑泵停止。
照明部分采用的24V安全电压供给照明灯，所采用手动开关控制，需要照明时将开关闭合，不需要时断开开关即可。
车床从一启动润滑系统就必须喷洒润滑液，润滑液的存储量关系到车床能否正常工作，所以在润滑存储器中必须设有液位检测装置，该装置使用一个液位传感器安置在工作最低位置容器壁上，一旦油液位低于该装置时，装置启动发出信号，控制电机停止转动，从而使铣床加工时得到安全保障[13]。
安全警报以及互锁控制部分
铣床加工时为避免意外事故发生，必须设置相关的安全控制系统。本次设计采取进给系统每轴两端分别设有行程开关和极限开关保护控制，当加工失误或者是机器失灵时进给过量，必须有相关保护。当工作台进给遇到行程开关，立即向相反反向运动，一旦机器失灵或是开关无效，进给继续，遇到极限位置开关，极限位置开关动作，立即切断控制电源，电机停止转动，避免工作台的损坏。另外还设有油泵液位检测控制，一旦油泵的油位低于正常供应铣床运动的油位时，主轴电机停止转动，进给停止，警报灯亮起。在互锁上，进给轴必须得在主轴启动后才能运行，当加工结束时，必须先停止进给轴再停止主轴，保证铣刀不受损坏[14]。
4.3 系统软件设计（梯形图）
主轴部分

进给部分
(1)X轴部分

注：Z轴程序与X轴类似，特在此不予列出

（2）Y轴部分

冷却、润滑、照明部分

安全警报、联锁控制部分

5. 设计调试
5.1主轴部分调试
如梯形图设计所示，只需设定好主轴转速，设定好后的转速经变频转换处理，电机根据设定的转速启动，电机末端有同轴编码器用来反馈电机实际转动的速度与设定值进行比较，然后修改电机转速，使实际值更加接近设定值。调试时必须设定好变频的基本参数，参数设置完后进行基本操作：
梯形图中X0为主轴正转启动开关，X1为反转启动开关，X2为主轴停止开关。根据实际运作分别操作这些开关。 在主轴上刀或换刀时，为避免人身事故，应将主轴置于制动状态。主轴上刀时，先将主轴电机停止，上刀完毕后，再启动主轴电机。主轴系统采用变频控制，设计中主轴根据实际需要设置三档速度，速度开关分别为X31、X32、X33分别为低速、中速、高速开关，实际操作中可根据要求选择。如若需要其他指定速度，也可以在铣床触摸屏上设定指定转速，触摸屏便会将速度转换为相应的数值寄存在D200寄存器中，然后转换为相应的电机转速。
5.2 进给部分
（1）X轴进给调试：
如梯形图所示，在启动伺服控制之前必须得先将伺服驱动模块设置好，然后将工作进给速度（自动速度）、快速进给速度（手动速度）分别寄存在D308和D309寄存器中，然后进行伺服启动设置。开关X4为伺服启动，开关X3为伺服停止，X5是为自动与手动切换开关，当X5闭合时自动控制，只要在触摸屏上给定进给量伺服系统就可以将进给量转换成脉冲量，然后经过伺服放大器将脉冲量转换成相应的电压，从而驱动电机动作，动作方向由Y1控制，YI输出端口接的是伺服驱动器NP端，NP端是伺服放大器控制方向的端口，当Y1被置位即驱动电机正方向运行。相反，Y1被复位，则驱动电机反向运行。当脉冲指令结束后M8029复位断开，进给结束。工作轴上设置有限位保护开关，一旦操作不慎或者机器失灵导致进给量过大，只要工作台触动到左右限位开关X10、X11，则限位开关动作，警报灯亮起，电机立即停止。
（2）Y轴进给调试：
Y轴伺服系统采用扩展定位模块FX2N-1PG与PLC进行通信，其工作方法是读取PLC指令，然后发出脉冲指令至伺服放大器，放大器内部将脉冲量转换成相应的电压，从而驱动电机动作。通过读取正、反脉冲指令，Y轴伺服电机可以正、反转，带动工作台正、反运动。当启动开关X4闭合，进给启动，可以选择手动与自动操作方式。自动运行时只需输入相应的进给量，伺服电机转动，遇到行程开关使便立即向相反方向运行。因操作失误导致进给量过大遇到限位开关时便立即停止进给，报警灯亮起。
(3) Z轴进给调试
Z轴编程与X轴类似，区别在于二者速度、位置寄存器所选用不同，限位保护开关不同，其他动作开关，运动命令均与X轴指令类似。
5.3冷却、润滑、照明部分调试
主轴启动后不论是正转启动或者反转启动，X0、X1有一个闭合，从而使KM1、KM2，闭合，冷却泵和润滑泵启动，待加工结束时，X0、X1断开，主轴停止，从而KM1、KM2断开，冷却泵、润滑泵停止。
需要照明时按下开关X35，开关闭合，照明灯亮起，不需要时断开X35即可。
5.4控制电路的联锁与保护控制调试
(1)进给运动与主运动的联锁
进给运动是在主轴启动后才启动，主轴正、反转启动开关分别为X0、X1。所以，当X0或者X1闭合，主轴启动，只需按下进给启动开关X4进给轴就可以启动。当停机时必须是进给轴停止后才能停止主轴电机。
（2）进给运动方向上的极限位置保护
在X、Y、Z轴上分别设置有行程开关、极限位置保护。进给轴启动后，工作台在操作时左右、前后、上下分别有行程开关和限位保护，一旦操作者不慎或机器失灵导致进给量过大而行程开关失效，工作台继续前进触碰极限位置开关，则电机停止，警报灯亮起，进给轴停止，主轴停止。
（3）换刀启动的安全保护
换刀时为保证刀具不受损坏以及保证操作人员安全，换刀时必须按下主轴停止开关X2，主轴电机停止转动、进给电机停止转动的情况下才可以操作。主轴启动的电路接在换刀转换开关常闭之后，一旦换刀动作，主轴停止转动、进给轴停止转动。换刀结束，恢复开关常闭，主轴启动。
（4）油位安全警报控制
为保障加工时润滑泵能正常提供润滑液给机床加工使用，该设计中有液位检测安全警报控制。一旦油箱液位低于加工时安全油箱液位，警报灯亮起，并且同时使各电机停止转动。油箱液位高于安全油箱液位时警报解除。
（5）安全警报提醒控制
操作时一旦发生操作错误、机器失灵以及紧急事故，安全警报开关闭合，警报灯亮起。待警报开关断开，警报解除。

6. 结束语
经过这么长时间的不断学习，总算完成了这次毕业设计。从一开始的对工业铣床全然无知到如今设计改造完成，虽少不了自己艰苦努力，然而这更离不开同学、老师的悉心指导。改造完成后XA6132W型铣床可以实现PLC控制，操作简易，提高了整个电气控制系统的工作性能，减少维护、维修的工作量，经过实验室的模拟仿真，各项动作基本上都如预期中实现。
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。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。这次的毕业设计就是给我一次很好的锻炼与提升。

参考文献

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[14].GB6988.1～6988.7-86 电气制图.北京：中国标准出版社，1987.

附录

致谢
一个人的成功离不开自己的艰苦努力,同样也离不开身边的良师益友。不管你自身能力有多强，没有身边朋友、同学、老师、家人的帮助，你就犹如大海里的一叶扁舟，尽管水手有强有力的体力，可是看到茫茫大海同样会感觉自己的孤单与无力感。
能够完成这次毕业设计，除了自己付出巨大的努力和投入大量的精力外，特别感谢李老师，在我很茫然而不知道选何题目时是你给了我明确的指导，花费时间对我耐心讲解以及对我论文做出很好改正建议，在此予以特别感谢。同时，还要感谢长期在我身边的朋友、同学、以及亲人，在我最无助的时候给予我最无私的关怀。