X62W万能铣床电气控制系统的PLC改造.doc

[244]X62W万能铣床电控系统的PLC改造

2005-10-26

　　[摘要]本文阐述了X62W万能铣床电气控制线路的工作原理，详细说明了用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。
　　[关键词]X62W万能铣床；电气控制系统；PLC；梯形图
　　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。

一、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则属于辅助运动。
　　二、X62W万能铣床的控制要求及电气控制线路分析
　　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2所示，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：

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。
　　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。
　　⑴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。
　　⑵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1 工作台左右进给手柄位置及其控制关系
手柄位置 位置开关动作 接触器动作 电动机M2转向 传动链搭合丝杠 工作台运动方向
左 SQ5 KＭ３ 正转 左右进给丝杠 向左
中 — — 停止 — 停止
右 SQ6 KＭ４ 反转 左右进给丝杠 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 位置开关动作 接触器动作 电动机M2转向 传动链搭合丝杠 工作台运动方向
上
下
中
前
后 SQ4
SQ3
—
SQ3
SQ4 KM4
KM3
—
KM3
KM4 反转
正转
停止
正转
反转 上下进给丝杠
上下进给丝杠
—
前后进给丝杠
前后进给丝杠 向上
向下
停止
向前
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。
　　三、X62W万能铣床电气控制线路的PLC改造措施
　　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3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5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，第6支路中X5常闭触头复位，M4及Y2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、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。
　　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.