基于PLC的X62W萬能銑床改造

1、四川工程職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文基于PLC的X62W萬能銑床改造姓 名： 班 級：學 號： 指導老師： 日 期： 摘要隨著國民經濟的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的機械制造業(yè)已向自動化方向發(fā)展。我國作為世界第二大經濟體，其要從制造大國邁向創(chuàng)新。因此，制造業(yè)的轉型、降級、技術進步也是勢在必行。PLC控制是機械制造業(yè)向自動化生產方向發(fā)展的重要基礎硬件，但目前我國機床擺脫傳統(tǒng)的人工操作的覆級率約為 3040%。工業(yè)化要求已達90%以上，為此改造現(xiàn)有的傳統(tǒng)機床實現(xiàn)自動化加工是適應我國國情，投資少、見效快的一條捷徑。 本論文針對現(xiàn)有的普通銑床故障率高、設備年久，自動化程度低等問題，通過對X62W舊機床的分析，參考生產實

2、際要求，對現(xiàn)有的X62W銑床進行改造，其方案按照“PLC+現(xiàn)場設備”模式進行，硬件以西門子S7系列PLC為控制核心，聯(lián)合選用相關組件來搭建普通萬用銑床控制系統(tǒng)。軟件以Win CC V6.0和Step7 V4.0為開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)銑床的操作面板和用戶程序設計,同時運用以太網和PROFIBUS現(xiàn)場總線實現(xiàn)銑床的功能控制和故障診斷。本論文用PLC控制系統(tǒng)提出了系統(tǒng)的解決方案，具有柔性化較好，操作簡便，易于維護，改造成本較低等特點，具有一定的推廣應用價值。關鍵詞：X62W銑床；PLC改造；AbstractWith the rapid development of national economy, th

3、e traditional mechanical manufacturing has to develop in the direction of automation. As the worlds second largest economy in China, and its manufacturing power towards innovation. Therefore, the transformation of manufacturing industry, demotion, technological progress is imperative. PLC control is

4、 the important foundation of mechanical manufacturing industry to develop in the direction of automated production hardware, but at present our country machine tool to get rid of the traditional manual operation level of about 30 40%. Requirements of industrialization has reached more than 90%, to t

5、ransform the existing traditional machine tool automation processing is to adapt to Chinas national conditions, less investment and quick result a shortcut. This paper in view of the existing ordinary milling machine failure rate is high, the device in long, low degree of automation, through the ana

6、lysis of X62W old machine tool, refer to the actual production requirement, the modification of existing X62W milling machine, the plan shall be carried out in accordance with the PLC + field devices mode, hardware with Siemens S7 series PLC as the control core, jointly choose related components to

7、build the common universal milling machine control system. Software to Win CC V6.0 and Step7 V4.0 for development environment, to realize the operation panel of milling machine and the user program design, at the same time using Ethernet and PROFIBUS field bus to realize the function of the milling

8、machine control and fault diagnosis. This paper puts forward the solution of the system with PLC control system, has good flexibility, easy operation, easy maintenance, transformation cost is low, have certain application value.Key words: X62W milling machine; PLC modification;目 錄6結束語35致謝37參考文獻381緒論

9、1.1銑床研究的國內外現(xiàn)狀及水平用于加工平面、鍵槽凸臺型腔的非回轉體類零件的銑床是機械加工的重要設備之一。傳統(tǒng)的萬能銑床多以繼電器、行程開關等作為主要的控制系統(tǒng)零部件，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，利用可編程序控制器及工控計算機控制銑削機床已是不可逆轉的發(fā)展趨勢。1.1.1銑床的發(fā)展現(xiàn)狀自十九世紀末期1818年研制出世界上第一臺臥式銑床，繼而美國的布朗在1862年開發(fā)出功能較為齊全的萬能銑床后，由于控制技術和數(shù)字控制電路的出現(xiàn)加之其它成套技術的發(fā)展，使得銑削機床向更高自動化程度的方向不斷發(fā)展，形狀較為復雜的非回轉零件可以在一臺機床上實現(xiàn)全面的全自動加工，對難加工材料如不銹鋼、鈦合金等，在機床主運動

10、速度不斷提高情況下也可順利進行加工，其主運動采用磁浮主軸，轉速可達轉/分。采用光柵尺、磁柵尺等高精度位移控制系統(tǒng)，其加工精度也可毫不困難的達到微米級（0.0001um)。我國的銑床制造廠，如北京第一機床廠，盡管自上世紀八十年代以來一直在不斷更新改進，但其所生產的銑床和數(shù)控鏜銑機床與工業(yè)化國家相比較仍有一定差距。在此領域德國、美國、日本的機床制造業(yè)與我國相比較仍處于領先地位。如德國的DMG（Decke、Macho、Giederweister)公司，Weruenkorb公司等生產的鏜銑機床在世界上居于領先地位，日本的三菱、牧野等公司所生產的數(shù)控鏜銑機床，也有一定的優(yōu)勢，為此趕超德國等工業(yè)化國家機床

11、制造業(yè)，尤其是數(shù)控鏜銑機床仍是我國機床行業(yè)廣大工程技術人員和研發(fā)人員努力奮斗的目標。當然我國通過近年來的努力已有所突破，如大連機床工業(yè)公司已能生產出位移“五軸”的數(shù)控機床。隨著國內生產的不斷發(fā)展，相信我國的機床工業(yè)在510年內定能趕超工業(yè)化國家的制造水平，為我國制造出高精度、高自動化程度的數(shù)控鏜銑機床。1.1.2銑床的發(fā)展趨勢隨著制造業(yè)對非回轉體類零件的要求不斷提升，銑削加工機床的發(fā)展趨勢大體向以下方向發(fā)展：（1）高速化高速化可以提高生產效率，減少機動時間，提高被加工表面加工質量，尤其是對耐熱合金、不銹鋼、鈦合金等韌性極好的難加工材料，高速切削加工是唯一可行的加工方案，為此研發(fā)了磁浮主軸，其主

12、軸轉速可達轉/分，這樣可保證高速切削加工的順利進行。（2）高精度化通過滾珠絲杠、螺母傳動，將旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動，利用感應同步器、光柵尺、磁柵尺等位移精度監(jiān)控裝置，使得銑床的導軌或主軸直線和回轉位移精度可毫不困難地達到微米級（即0.0001m），從而實現(xiàn)銑床的加工精度達到m級以上。（3）智能化在加工過程中能夠實現(xiàn)機床、刀具和工件的實時監(jiān)控，為此銑削加工機床，應具有以下功能：自動抑制振動（自適應控制）功能。自動測量和補償功能。自動防止刀具和工件碰撞的功能。自動抑制和減少噪音功能。機床故障診斷功能。自動潤滑功能。人機對話功能等。以使其滿足自動化加工時的各種需求。（4）高度自動化通過計算機控制技術

13、使得銑床的加工過程實現(xiàn)全面自動化無需人工操作或干預，為自動化工廠和 4G 制造創(chuàng)造良好的條件。1.2本項目的意義現(xiàn)今還有大部分企業(yè)所用銑床仍是舊機床，控制部分采用繼電器控制，而繼電器接觸器控制方式存在著控制失效、控制不良、動作速度較慢等缺陷。為了利用大量閑置舊機床，該項目以X62W萬能銑床為改造對象，采用組態(tài)軟件技術、PLC技術和遠程通信技術，重構該銑床的控制系統(tǒng)。整個控制系統(tǒng)由電機、PLC系統(tǒng)、上位機、現(xiàn)場總線、電氣控制系統(tǒng)及相關上、下位控制和管理軟件組成。通過對現(xiàn)有X62W銑床進行改造，達到投資少、見效快的目的。1.3本項目的主要研究內容綜上所述，本研究課題除具有可充分利用現(xiàn)有傳統(tǒng)機床，投

14、資少、見效快的特點外，還可大大提高銑床的加工精度及控制能力。因此是一個具有一定應用價值的研究課題。本課題主要進行了以下四個方面內容的研究工作：（1）根據銑床工作時對其各方向進給功能及運動的要求，提出機床的控制系統(tǒng)改造的總體方案。（2）設計PLC控制萬能銑床電氣線路圖和控制系統(tǒng)的軟件程序；（3）基于PLC的萬能銑床控制系統(tǒng)硬件集成；（4）設計開發(fā)萬能銑床的工作界面；1.4小結本章主要論述銑床的國內外發(fā)展現(xiàn)狀水平，通過對傳統(tǒng)X62W銑床的PLC改造,可收到投資少、見效快、精度提高，充分利用現(xiàn)在設備等特點，從而說明本研究課題除具有一定理論水平外還具有較大的應用價值。2X62W銑床改造前控制過程分析圖

15、為X62W萬能銑床，其控制過程分析具體如下：2.1.主電路分析由電氣控制原理圖可知，主電路中共有三臺電機。其中M1為主軸電動機，M2為工作臺進給電動機，M3為冷卻泵電動機。這三臺電動機均為直接啟動連續(xù)運行，QS為電源隔離開關。各電動機的控制過程分析如下：2.1.1主軸電動機M1主軸電動機M1由接觸器KM1控制它的啟動和停止。它可以進行兩地操縱，一處在升降臺上，另一處設在床身上。其旋轉方向由主令開關SA4預先設置。接觸器KM2的主觸頭串接兩相電阻R，與速度繼電器KS配合實現(xiàn)主軸電動機M1的反接制動停車。完整的論文、CAD、PLC程序、答辯ppt聯(lián)系2.1.2進給電動機M22.1.3冷卻泵電動機M

16、32.2控制電路分析2.2.1主軸電動機M12.3電路保護2.3.1短路保護FU1、FU2作為主電路的短路保護2.3.2過載保護1）FR1作為主軸電動機的過載保護2）FR2作為進給電動機的過載保護3）FR3作為冷卻泵電動機的過載保護2.3.3互鎖2.3.4聯(lián)鎖2.4 X62W銑床的運動分析2.5 X62W銑床控制特點（1）為提高加工精度，降低表面粗糙度，僅當進給運動停止后，主軸才能夠停止轉動。2.6 X62W銑床改造的性能指標要求2.7 X62W銑床的控制要求2.8小結 本章根據 X62W銑床的加工原理和工作過程對其控制系統(tǒng)的要求進行了分析，提出了該銑床改造的任務、性能指標。在此基礎上設計出了

17、改造的總體方案，并提出了改造工作的執(zhí)行步驟。3X62W銑床改造方案設計3.1 X62W銑床改造的任務。3.2改造目的及原因X62W萬能銑床是一種通用的多用途機床，它可以進行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，它采用繼電接觸器電路實現(xiàn)電氣控制。銑床是以各類電動機為動力的傳動裝置與系統(tǒng)的對象以實現(xiàn)生產過程自動化的技術裝置。電氣系統(tǒng)是其中的主干部分，在國民經濟各行業(yè)中的許多部門得到廣泛應用。PLC專為工業(yè)環(huán)境應用而設計，其顯著的特點之一就是可靠性高，抗干擾能力強。PLC（可編程控制器）作為一種工業(yè)控制微型計算機，它以其編程方便、操作簡單尤其是它的高可控性等優(yōu)點，在工業(yè)生產過程中得到了廣泛的應用。它應

18、用大規(guī)模集成電路，微型機技術和通訊技術的發(fā)展成果，逐步形成了具有多種優(yōu)點和微型，中型，大型，超大型等各種規(guī)格的系列產品，應用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機之間的許多控制領域。將X62W萬能銑床電氣控制線路改造為可編程控制器控制，可以提高整個電氣控制系統(tǒng)的工作性能，減少維護、維修的工作量。隨著電子技術的發(fā)展，可編程序控制器日益廣泛的應用于機械、電子加工與設備電氣改造中。銑床作為機械加工的通用設備在內燃機配件的生產中一直起著不可替代的作用。自動銑床具有工作平穩(wěn)可靠，操作維護方便，運轉費用低的特點，已成為現(xiàn)代生產中的主要設備。自動銑床控制系統(tǒng)的設計是一個很傳統(tǒng)的課題，現(xiàn)在隨著各種先進精確的諸多控制儀

19、器的出現(xiàn)，銑床控制的設計方案也越來越先進，越來越趨于完美，各種參考文獻也數(shù)不勝數(shù)。在我國7080年代大多數(shù)銑床中,大多數(shù)的開關量控制系統(tǒng)都是采用繼電器控制,也有相當一部分輔機系統(tǒng)是采用繼電控制。因此,繼電器本身固有的缺陷,給銑床的安全和經濟運行帶來了不利影響,用PLC對銑床的繼電器式控制系統(tǒng)進行改造已是大勢所趨。3.3銑床改造總體設計方案的確定進行數(shù)控加工和信息傳遞、存儲、交換等。3.4改造要求4元件選擇4.1變頻器4.1.1變頻器的選擇。4.1.2所選型號代碼（1）ABB ACS 150ABB ACS 150系列產品（2）0101=單相輸入03=三相輸入（3）E配置E = 接入了EMC濾波器，頻率 50 HzU = 沒有接EMC濾波器，頻率60 Hz（4）04A7額定輸出電流在xxAy中，xx表示整數(shù)部分y表示小數(shù)部分。例如04A7表示4.4A。（5）2輸入電壓范圍2 = 200 240 VAC4 = 380 480 VAC4.1.3應用宏的選擇經比較，為滿足控制要求特選擇標準宏：4.1.4參數(shù)設置4.1.5過載和短路保護4.2 PLC選型PLC產品的種類繁多。PLC的型號不同,對應著其