1、 T68 镗床电气系统的 PLC 改造 目 录 引言 . 1 第一章 绪论 . 3 1.1 镗床的作用与用途 . 3 1.2 镗床国内外应用和发展趋势 . 3 1.3 T68 卧式镗床的电控系统 PLC 改造的意义 . 5 第二章 T68 卧式镗床概述 . 6 2.1 T68 卧式镗床的运动特性、形式与主要结构 . 6 2.2 T68 卧式镗床的运行方式与电控要求 . 7 第三章 T68 卧式镗床的电气控制原理分析 . 9 3.1 T68 卧式镗床电路结构 . 9 3.2 T68 卧式镗床电气控制电路分析 . 9 3.2.1 T68 型卧式镗床电气控制系统的设计 . 9 3.2.2 主电路工作
2、原理分析 . 9 3.2.3 控制电路工作原理分析 . 11 3.3 T68 卧式镗床采取单位保护措施 . 14 第四章 T68 卧式镗床的 PLC 改造 . 15 4.1 PLC 的选择 . 15 4.2 I/O 地址分配 . 18 4.2.1 I/O 地址分配表 . 18 4.2.2 I/O 接线图 . 19 4.3 PLC 程序设计 . 21 4.3.1 主电 路 PLC 控制程序设计 . 21 4.3.2 进给电机 PLC 控制程序设计 . 31 4.3.3 过载信号报警显示灯 PLC 控制程序设计 . 33 4.3.4 系统 PLC 程序梯形图 . 34 第五章 T68 PLC 改造
3、后仿真实验 . 36 5.1 仿真实验设计 . 36 5.2 仿真效果 检验 . 36 结论 . 46 参考文献 . 47 致谢 . 48 1 引言 镗床 是一种精密加工机床。它主要用于加工工件上的精密圆柱孔。按用途的不同，镗床可分为卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床等。其中卧式镗床的用途很广，除了对各种复杂的大型工件，如箱体零件、机体等的镗孔以外，还可以完成钻、扩、铰孔、车削内外螺纹，用丝锥攻丝，车外圆柱面和端面，用端铣刀与圆柱铣刀铣削平面等多种工序。因此在这种镗床上，工件一次安装后，即能完成大部分表面的加工，有时甚至可以完成全部的加工，特别是在加工大型及笨重的工件时具有优势。其中 T68镗 床的
4、电气控制是由 2台电动机，主轴电机 M1拖动主轴的旋转和工作进给， M2电动机 实现工作台的快移， M1电动机是双速电动机，低速是 接法，高速是 YY接 法，主轴旋转和进给都由齿轮变速，停车时采用了反接制动，主轴和进给的齿轮变速采用了断续自动低速冲动 。 从 70 年代初开始，不到三十年时间里， PLC 生产发展成了一个巨大的产业，据不完全统计，现在世界上生产 PLC 及其网络的厂家有二百多家，生产大约有400 多个品种的 PLC 产品。而如今，对旧有机床进行 PLC 改造已经非常普遍，针对于旧有的机床，其电气控制为继电控制，而在继电控制中，接触触点多，所以故障也多，操作人员维修任务较大，机械
5、使用率较低。本课题来源 于生产实际的需要，对于 T68 镗床用 PLC 改造其继电器控制电路，克服了以上缺点，降低了设备故障率，提高了设备使用率。 研究这一课题的目的和意义有以下几点： 1）、将所学的知识得以综合的应用。 2）、将所学的知识与实践相结合。 3）、近年来 PLC 机在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势，是其它工控产品难以比拟的。用PLC 控制技术对镗床的控制电路实施改造，则具有普遍的技术及经济意义。 4）、提高镗床控制电路的稳定性和自动化程度。 5）、通过 PLC 改造后，可以延长 镗床的使用寿命，还可以降低机床的故障、更加便于
6、控制、方便维修等各种好处。 采用 PLC 实现 T68 镗床电气控制时，照明、电源指示灯、低压备用电源插座及控制电源变压器及相关电路保持原电路配置连接。继电一接触器系统中按2 钮、速度继电器、行程开关为 PLC 的输入设备，接触器线圈及指示灯为 PLC 的输出设备。为了节省 PLC 的 I O 点数， SQ1、 SQ2 的常开触点并联， SQ3、 SQ4的常开触点串联， SQ3、 SQ4 的常闭触点并联， SQ5、 SQ6 的常开触点并联之后接在 PLC 的输入端。经过这样处理后，仅需要 14 个输入点， 7 个输出点， 又基于西门子 PLC 在市场上被广泛使用且价格便宜，适用于经济型的改造
7、3 第一章 绪论 1.1 镗床的作用与用途 镗床是一种具有综合加工性能的金属切削机床，是精加工设备之一。是冷加工中使用比较普遍的设备。主要用于加工精度较高的孔和各孔间的距离要求较为精确的零件。如一些箱体零件（机床变速箱、减速箱），往往需要加工数个尺寸不同的孔，这些孔的尺寸大，精度要求高，且孔的轴线之间有着严格的同轴度、垂直度、平行度与位置精度的要求。这对于钻床来说是很难实现的。 T68 镗床是目前我国机械工厂中使用最为普遍的一种镗床 ,它广 泛用于机修、工具和单件或小批量生产的车间中。 镗床除了镗孔以外，还可以进行钻孔、铰孔、扩孔、车削螺纹以及镗轴或平旋盘铣削平面等。装有平旋盘刀架的镗床，特别
8、适用于加工大的孔径、端面和外圆。其工艺范围很广。 卧式镗床的运动方式可主运动、进给运动和辅助运动。其中主运动为主轴的旋转运动和平旋盘的旋转运动；进给运动为主轴的进给运动、平旋盘刀具溜板的径向进给运动，镗头架（主轴箱）的垂直进给运动、工作台的横向进给与纵向进给；辅助运动为工作台的回转，后立柱的水平移动以及尾架的垂直移动。 1.2 镗床国内外应用和发展趋势 近 几年来，国内外卧式镗床和落地镗床的技术发展非常快 ,其特点是产品结构不断更新，新技术应用层出不穷，工艺性能复合化，速度、效率不断提高，突出精细化制造。 卧式镗床的发展以其注入加速度概念而倍受关注，为高速运行作技术支撑的传动元件电主轴、直线电
9、机、线性导轨等得到广泛应用，将机床的运行速度推向了新的高度。而主轴可更换式卧式镗加工中心的创新设计解决了电主轴与镗杆移动伸缩式结构各存利弊的不足，具有复合加工与一机两用的功效，也是卧式镗 铣床 的一大技术创新。 落地式镗床的发展以其新的设计理念引领现代加工的潮流，以高速加工为理念的无镗轴滑枕式、多种铣头交换使用的结构型式尽显风采，大有替代传统铣削加工的趋势。以两坐标摆角铣头为代表的各种铣头附件成为实现高速、高效复合4 加工的主要手段，其工艺性能更广，功率更大，刚性更强，是落地镗床发展的一大突破。 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
10、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 由 PLC 控制 ； 在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；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。 PLC( Programmable Logic Controller)是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置 ,使用了可编程序存储器以储存指令 ,用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算功能 ,并通过模拟和数字输入输出组件 ,控制各种机械或生产过程。 PLC 以其可靠性 高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变、体积小、质量轻、功能强和价
11、格低廉等特点 ,在机械制造、冶金等领域得到了广泛的应用。用 PLC 控制系统替代体积大、投资大、耗能大的继电器 2 接触器系统 ,是今后控制系统发展的趋势。 可编程控制器 它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 模拟量控，在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了 使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（ Analog）和数字量（ Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。 PLC 厂家都生产配套的
12、A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 运动控制， PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 过程控制，过程控制 是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机， PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。 PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模
13、块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。 PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控5 制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。数据处理，现代PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比 较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 通信及联网， PLC 通信含 PLC 间的通信及
14、PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 综上所述，当代卧式镗床与落地式镗床技术发展非常快，主要体现在设计理念的更新和机 床运行速度及制造工艺水平有很大的提高，另一方面是机床结构变化大，新技术的应用层出不穷。本设计将以 T68 卧式镗床为例，进行电控系统的PLC 改造。 1.3 T68 卧式镗床的电控系统 PLC 改造的意义 在电气控制系统中，故障的查找与排除是非常困难的，这给生产与维护带来诸多不便。随着工业自动化的发展，生产设备和自动
15、生产线的控制系统必需具有极高的可靠性与灵活性，这就需要使用自动化程度高的控制系统来取代传统的控制系统。 基于这些问题 ,本课题通过用 PLC 控制系统取代了原来的 T68 镗床继电接触控制系统，使性能大为改善，自动化 程度提高，生产效率得到了很大提高，并能很好地保证其加工精度。系统运行稳定、可靠，满足生产工艺的要求；同时，对其它同类设备的技术改造也有较大的参考价值，在工业上有广泛的应用前景。 6 第二章 T68 卧式镗床概述 2.1 T68 卧式镗床的运动特性、形式与主要结构 在介绍 T68 镗床运动特性之前，先看镗床各运动部的分布情况，如下图 2-1所示 ： 图 2-1 T68 卧式镗床结构
16、图 床身是一个整体铸件，在它的一端固定有前立柱，在前立柱的垂直导轨上又安装有镗头架，镗头架可沿垂直导轨上 下移动。在镗头架里集中里装有主轴、变速箱、进给箱和操纵机构等部件。切削刀具一般安装在镗轴前端的锥形孔里，或安装在 平旋盘 的刀具溜板上。在切削过程中，镗轴一面旋转，一面沿轴向作进给运动，而花盘只能旋转，装在他上面的刀具溜板可作垂直主轴轴线方向的径向进给运动，镗轴和 平旋盘 轴分别通过各自的传动链传动，可以独立转动。后立柱位于镗床床身的另一端 ， 后立柱上的尾座用来支撑装夹在 镗 轴上的镗杆末端，它与镗头架同时升降，两者的轴线始终在同一水平直线上。根据镗杆的长短，可通过后立柱沿床身水平导轨的
17、移动来调整前、后立柱之间的距离。 有以上分析可知运动形式有： （ 1） 主运动：主轴的旋转与平旋盘的旋转运动。 （ 2） 进给运动：主轴在主轴箱中的进出进给；平旋盘上刀具的径向进给；7 主轴箱的升降，即垂直进给；工作台的横向和纵向进给。这些进给运动都可以进行手动或机动。 （ 3） 辅助运动：回转工作台的转动；主轴箱、工作台等的进给运动上的快速调位移动；后立柱的纵向调位移动；尾座的垂直调位移动。 T68 镗床的 主要结构 有： 镗床在加工时，一般是将工件固定在工作台上，由镗杆或平旋盘上固定的刀具进行加工。 （ 1） 前立柱：固定地安装在床身的右端，在它的垂直导 轨上装有可上下移动的主轴箱。 （
18、2） 主轴箱：其中装有主轴部件，主运动和进给运动变速传动机构以及操纵机构。 （ 3） 后立柱：可沿着床身导轨横向移动，调整位置，它上面的镗杆支架可与主轴箱同步垂直移动。如有需要，可将其从床身上卸下。 （ 4）工 作台：由下 滑座 ，上 滑座 和回转工作台三层组成。下 滑座 可沿床身顶面上的水平导轨作纵向移动，上溜板可沿下 滑座 顶部的导轨作横向移动，回转工作台可以上 滑座 的环形导轨上绕垂直轴线转位，能使要件在水平面内调整至一定角度位置，以便在一次安装中对互相平等或成一角度的孔与平面进行加工。 2.2 T68 卧式镗床的运行方式与电控要求 镗床的加工范围广，运动部件多，调速范围宽。而进给运动确
19、定了切削量，切削量又与主轴转速、刀具、工件材料、加工精度等有关。所以一般卧式镗床主运动与进给运动由一台主轴电机拖动，由各自传动链传动。为缩短辅助时间，镗头架上、下，工作台前、后、左、右及镗轴的进、出运动除工作进给外，还应有快速移动，由快速移动电机拖动。 T68 卧式镗床控制要求是： （ 1）主轴旋转与进给量都有较宽的调速范围，主运动与进给运动由一台电动机拖动，为简化传动机构采用双速笼型异步电动机。 （ 2）由于各种进给运动都有 正反不同方向的运转，故主电机要求正、反转。 （ 3）为满足调整工作需要，主电动机应能实现正、反转的点动控制。 （ 4）保证主轴停车迅速、准确，主电动机应有制动停车环节。 8 （ 5）主轴变速与进给变速可在主电动机停车或运转时进行。为便于变速时齿轮啮合，应变速低速冲动过程。 （ 6）为缩短辅助时间，各进给方向均能快速移动，配有快速移动电动机拖动，采用快速电动机正、反转的点动控制方式。 （ 7）主电动机为双速电机，有高、低两种速度供选择，高速运转时应先经低速启动。 （ 8）由于运动部件多，应设有必要的联锁与保护环节。
