大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）基于PLC的臥式鏜床控制系統(tǒng)設(shè)計

1、目 錄摘要30 引言41 鏜床的結(jié)構(gòu)及電力控制61.1 t6113臥式鏜床主要結(jié)構(gòu)61.2 機械運動81.3 電氣控制91.3.1 臥式鏜床電力拖動及控制要求91.3.2 t6113臥式鏜床的電氣控制102 鏜床的硬件設(shè)計及選型122.1選擇鏜床電力拖動電動機的概述122.2 鏜床用電動機的選擇132.2.1 鏜床主運動電動機的選擇132.2.2 快速移動電動機的選擇142.2.3 后立柱電動機的選擇142.2.4 主軸箱油泵電動機和工作臺油泵電動機的選擇152.3 低壓電器的選擇152.3.1 低壓斷路器的選擇152.3.2 交流接觸器的選擇182.3.3電源引入開關(guān)212.3.4 熔斷器的

2、選擇212.3.5 行程開關(guān)242.3.6 控制變壓器的選用243 plc控制系統(tǒng)的設(shè)計253.1 plc控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容和步驟253.1.1 plc控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容253.1.2 plc控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟263.2 plc控制系統(tǒng)的硬件配置263.2.1 選擇plc機型263.2.2 開關(guān)量i/o模塊的選擇303.2.3 plc的接線電路304 臥式鏜床控制系統(tǒng)中的軟件設(shè)計334.1 t6113 臥式鏜床的plc控制方案324.2 t6113 臥式鏜床的plc程序編制365 總結(jié)34參考文獻38附 錄39摘 要電子與信息技術(shù)的不斷發(fā)展，給我國機床加工設(shè)備的現(xiàn)代化提供了強有力的技術(shù)支持。為

3、了充分發(fā)揮設(shè)備效能，迅速提升加工技術(shù)與精度，越來越多的企業(yè)每年投入大量資金和技術(shù)對傳統(tǒng)老式機床進行技術(shù)改造，取得了良好的效果。鏜床是冷加工中使用比較普遍的設(shè)備它主要用于加工精度、光潔度要求較高的孔以及各孔間的距離要求較為精確的零件(如一些箱體零件)，屬于精密機床。鏜床除能完成鏜孔工序外，在萬能鏜床上還可以進行鏜、鉆、擴、車及銑等工序。因此，鏜床的加工范圍很廣。論文對t6113型臥式鏜床的結(jié)構(gòu)和工作原理進行了介紹，通過鏜床繼電器控制系統(tǒng)的分析，提出了基于plc改造的總體方案和框架設(shè)計。對系統(tǒng)的輸入、輸出點進行統(tǒng)計，根據(jù)plc的選型相關(guān)規(guī)定和輸入輸出的總點數(shù)，選用西門子plc可編程序控制器。分配了

4、plc的io地址，設(shè)計出plc的外接線圖。介紹了plc常見的編程方法，設(shè)計了t6113鏜床plc控制系統(tǒng)的程序。這種方法易學(xué)易用，成功率高，設(shè)計復(fù)雜的控制程序可以節(jié)約大量的設(shè)計時間。在此基礎(chǔ)上，進行了現(xiàn)場安裝、調(diào)試。關(guān)鍵詞：可編程控制器，梯形圖，鏜床，改造，調(diào)試基于plc的臥式鏜床控制系統(tǒng)設(shè)計朱星程 1646111430 引言 鏜床主要用于孔的精加工，可分為臥式鏜床、落地鏜床、坐標鏜床和金鋼鏜床等。臥式鏜床應(yīng)用較多，它可以進行鉆孔、鏜孔、擴孔、鉸孔及加工端平面等，使用一些附件后，還可以車削圓柱表面、螺紋，裝上銑刀可以進行銑削。本次課程設(shè)計主要以t6113臥式鏜床為例。由于制造武器的需要，在15

5、世紀就已經(jīng)出現(xiàn)了水力驅(qū)動的炮筒鏜床。1769年瓦特取得實用蒸汽機專利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽機的關(guān)鍵問題。1774年英國人j.威爾金森發(fā)明炮筒鏜床，次年用于為瓦特蒸汽機加工汽缸體。1776年他又制造了一臺較為精確的汽缸鏜床。1880年前后，在德國開始生產(chǎn)帶前后立柱和工作臺的臥式鏜床。為適應(yīng)特大、特重工件的加工，20世紀30年代發(fā)展了落地鏜床。隨著銑削工作量的增加，50年代出現(xiàn)了落地鏜銑床。20世紀初，由于鐘表儀器制造業(yè)的發(fā)展，需要加工孔距誤差較小的設(shè)備，在瑞士出現(xiàn)了坐標鏜床。為了提高鏜床的定位精度，已廣泛采用光學(xué)讀數(shù)頭或數(shù)字顯示裝置。有些鏜床還采用數(shù)字控制系統(tǒng)實現(xiàn)坐標定位和加工過程自動化。

6、隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，隨著機械工業(yè)的發(fā)展，作為工作母機的各類機床得到了廣泛的應(yīng)用，而這些機床的自動化和精密程度卻有很大差異。在歐美、日本等國家里，他們的機床數(shù)控化程度都相對比較高，但在我國國內(nèi)的機床絕大部分還處于老式的繼電器控制下。由于繼電器控制的機床有耗材、耗能、故障率高的缺陷，從而浪費了很多的人力、物力和財力。如果說把這些機床全部都更新?lián)Q代，那樣會需要很大一筆資金，就目前情況上來說是不現(xiàn)實的，所以就有人開始嘗試從控制部分的改造方面來下手，將它們的性能提升一個檔次，更可以解決它的一些弊端。眾所周知，在現(xiàn)代化生產(chǎn)中機床母機是不易缺少的重要組成部分，我們國家現(xiàn)在在機床技術(shù)方面還是一直比較落后的

7、，自動化程度也比較低。主要表現(xiàn)在現(xiàn)在大部分工廠里面的機床還是老式傳統(tǒng)的機床，接線復(fù)雜，排故障困難。同時在設(shè)備的投資與維修上消耗過大?？删幊炭刂萍夹g(shù)在工業(yè)和生活中有廣泛的應(yīng)用前景，除了具有明顯的節(jié)約成本的修點外，還具有操作方便，容易，維護量小等特點，可編程控制的軟啟動功能也減少了對設(shè)備的沖擊，使設(shè)備運行的方式更趨于合理，設(shè)備的自動化水平得到了提高。隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，企業(yè)對機床的可靠性的要求也不斷的提高； 再加上目前產(chǎn)品生產(chǎn)成本較高，利用先進的plc控制技術(shù)，設(shè)計改造現(xiàn)有的傳動式機床應(yīng)用成為必然的趨勢。 目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行研究，數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放

8、式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系

9、統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機，反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，隨著機械工業(yè)的發(fā)展，作為工作母機的各類機床得到了廣泛的應(yīng)用，而這些機床的自動化和精密程度卻有很大差異。在歐美、日本等國家里，他們的機床數(shù)控化程度都相對比較高，目前我國的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大多數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是年齡在10年以上的舊機床。這些舊機床能耗高、效率低，用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高等問題。從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。隨著我國加入wto后，越來越明顯的

10、跡象表明，大陸正在成為為“世界工廠”，我國的制造業(yè)面臨著極大的機遇與挑戰(zhàn)，不具有先進加工手段的企業(yè)是不可能在今后的激烈市場競爭中生存下來的。如果說把這些機床全部都更新?lián)Q代，那樣會需要很大一筆資金，就目前情況上來說是不現(xiàn)實的，所以就有人開始嘗試從控制部分的改造方面來下手，將它們的性能提升一個檔次，更可以解決它的一些弊端。1 鏜床的結(jié)構(gòu)及電力控制1.1 t6113臥式鏜床主要結(jié)構(gòu)鏜床是一種精密加工機床，主要用于加工精密圓柱孔，這些孔的軸線往往要求嚴格地平行或垂直。相互間的距離也要求很準確，鏜床本身剛性好，其可動部分在導(dǎo)軌上活動間隙很小，而且有附加支撐。臥式鏜床用于加工各種復(fù)雜大型工件，如箱體零件、

11、機床等，是一種功能很大的機床。除了鏜孔外，還可以進行鉆、擴、絞孔以及車削內(nèi)外螺紋，用絲錐攻螺紋，車外圓柱面和端面。 1、床身 2、前立柱 3、主軸箱 4、.尾筒工作臺 5、.下滑座 6、.上滑座 7、工作臺 8、后立柱 9、懸掛按鈕站 10、.固定按鈕站圖1.1 臥式鏜床外形結(jié)構(gòu)圖臥式鏜床的床身是由整體的鑄件制成，床身的一端有固定不動的前立柱，在前立柱的垂直導(dǎo)軌上裝有鏜頭架，它可以上下移動，鏜頭架上集中了主軸部件、變速箱、進給箱與操縱機構(gòu)等部件。切削刀具安裝在鏜軸前端的錐孔里，或裝在平盤的刀具溜板上，在工作過程，鏜軸一面旋轉(zhuǎn)，一面沿軸向做進給運動，平旋盤只能旋轉(zhuǎn)裝在它的上面刀具溜板可在垂直于主

12、軸軸線方向的徑向進給運動。平旋盤主軸是空心軸，鏜軸穿過其中空心部分，通過各自的傳動鏈運動，因此可獨立轉(zhuǎn)動。在大部分工作情況下使用鏜軸加工，只有在用車刀切削端面時才使用平旋盤。臥式鏜床后立柱上安裝在尾架，用來夾持裝夾在鏜軸上的鏜桿的末端。它可隨鏜頭架同時升降，并且某軸心線與鏜頭架軸心線保持在同一直線上，后立柱可在床身導(dǎo)軌上沿鏜軸軸線方向上做調(diào)整、移動。加工時，工件放在床身中部的工作臺上，工作臺在上滑座上面，上滑座下面是下滑座，下滑座安裝在床身導(dǎo)軌上，并可沿床身導(dǎo)軌運動，上滑座又可沿下滑座上的導(dǎo)軌運動，工作臺就可在床身上作前后左右任一方向運動，并可作回轉(zhuǎn)運動，再配合鏜頭架的垂直運動，就可以加工工件

13、上一系列與軸線相平行或垂直的孔。加工時，刀具裝在主軸箱的鏜軸或平旋盤上，由主軸箱可獲得各種轉(zhuǎn)速和進給量，主軸箱可沿前立柱的導(dǎo)軌上下移動，工件安在工作臺，可與工作臺一起隨上滑座或下滑座作橫向或縱向移動，此外，工作臺還可以繞上滑座的圓導(dǎo)軌在水平面內(nèi)移動一定的角度，以便加工互成一定角度的孔或平面，裝在鏜軸上的鏜刀還可以隨鏜軸軸向運動，以實現(xiàn)軸向進給或調(diào)整刀具的軸位置。當(dāng)鏜軸及刀桿伸出較長時，可用后立柱來支撐左端，以增加鏜軸和刀桿的剛度。當(dāng)?shù)毒哐b在平旋盤的徑向刀架時，徑向刀架可帶著刀具作徑向進給，以車削端面。1.2 機械運動（1）鏜桿的旋轉(zhuǎn)運動；（2）主軸箱垂直進給運動；（3）工作臺縱向進給運動；（4

14、）工作臺橫向進給運動；（5）鏜桿的軸向運動；（6）平旋盤的旋轉(zhuǎn)運動；（7）平旋盤徑向刀架進給運動；（8）輔助運動：主軸箱、工作臺在進給方向的快速調(diào)位運動，后立柱縱向調(diào)位運動，后支架的垂直調(diào)位運動，工作臺的轉(zhuǎn)位運動。1.3 電氣控制1.3.1 臥式鏜床電力拖動及控制要求（1）主軸應(yīng)有較大調(diào)速范圍，要求恒功率調(diào)速，采用機電聯(lián)合調(diào)速；（2）變速時，為使滑移齒輪能順利進行嚙合位置，應(yīng)有低速或斷續(xù)變速沖動；（3）主軸能作正反轉(zhuǎn)低速點動調(diào)整，要求對主軸電動機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)及點動控制；（4）為使主軸迅速準確停車，主軸電動機應(yīng)有機械制動；（5）主運動與進給運動由一臺主軸電動機拖動由各自傳動鏈運動，主軸和工作臺除工

15、作進給外，還應(yīng)有快速移動由另一臺快速移動電動機拖動；（6）鏜床運動部件多，設(shè)置必要的聯(lián)鎖和保護。1.3.2 t6113臥式鏜床的電氣控制機床的電氣系統(tǒng)是按三相交流電源設(shè)計的，其電源電壓與頻率為380v 50hz。機床采用可編程控制器（pc）控制，可編程控制器的電源為220v；接觸器的電壓交流110v；電磁閥，電磁離合器為dc24v；信號指示燈為交流6v；手把燈（最大100w）電為24v；均由變壓器供電。機床照明燈電壓為24v。機床上裝有五臺交流電動機：主電機（m1）；快速移動電機（m2）；后立柱快速移動電機（m3）；下滑座液壓油泵電機（m4）；主軸箱液壓油泵電機（m5）?？删幊炭刂破鳎╬lc）

16、安裝在配電盤下部，配電盤安裝在立柱后面的電器柜內(nèi)。機床上裝有懸掛按鈕站對機床進行集中操作。各部分簡要說明：（1）可編程控制器（plc）本機床采用siemens s7-200系列可編程控制器對機床實行控制，它能夠控制各種設(shè)備以滿足自動化控制需求。s7-200的用戶程序中包括了位邏輯、計數(shù)器、定時器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運算以及與其它智能模塊通訊等指令內(nèi)容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達到控制的目的。緊湊的結(jié)構(gòu)，靈活的配置和強大的指令集使s7-200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。本系統(tǒng)采用的可編程控制器為s7-200系列，cpu 224，外形尺寸為120.58062（單位），程序存儲區(qū)4096字

17、節(jié)，數(shù)據(jù)存儲區(qū)2560字節(jié),掉電保持時間190小時，i/o數(shù)量14入/10出，本機擴展模塊7個，脈沖輸出（dc）為2路20khz，模擬電位器，實時時鐘為內(nèi)置，通訊口1rs-485。擴展模塊選用的是四塊em223（8i/8q）（223-1ph22-0xao）。a）輸入信號機床所使用的按鈕、旋鈕開關(guān)、無觸點開關(guān)、各部的行程開關(guān)及各部的限位開關(guān)、速度繼電器等均作為輸入信號。b）輸出信號可編程控制器輸出信號分別接通交流接觸器，液壓電磁閥，電磁離合器和信號燈。c) 機床的程序編制利用step7-micro/win軟件來編制。（2）限位、線路保護說明a）進給和快速移動的限位 sq14、sq15 主軸箱升降

18、終點限位開關(guān)； sq16、sq17 上滑座移動終點限位開關(guān)；sq18、sq19 下滑座移動終點限位開關(guān)；當(dāng)某一移動部件達到極限位置時，相應(yīng)的限位開關(guān)壓開關(guān)動作，切斷進給和快速移動電路或使換向離合器脫開，可以按相反方向的快速移動按鈕，使其復(fù)位。b）線路保護和互鎖裝置短路保護和過載保護：三極自動空氣開關(guān)qf2、qf3、qf4和熱繼電器fr1、fr2、fr3分別對應(yīng)電動機進行過載或短路保護，電機自動開關(guān)qf5、qf6、qf7、qf8、qf9、qf10、qf11、qf12分別對相應(yīng)的控制電路進行短路和過載保護。主軸保護：工作臺處于“松開”狀態(tài)，即分配工作臺后指示燈時，主軸不能旋轉(zhuǎn)。（3）主電機制動說明

19、主電機采用電子制動器制動，主軸停車快而平穩(wěn)，主電機的制動電流及制動時間均可調(diào)，主軸旋轉(zhuǎn)時，制動器的“允許”燈亮，表示制動器可以工作了，按下停止按鈕，制動器“電源”燈亮、“制動”燈亮，兩秒鐘后，“制動”和“電源”燈滅，制動結(jié)束。主軸沒有剎車，即制動器不工作，制動器報警燈亮。2 鏜床的硬件設(shè)計及選型2.1選擇鏜床電力拖動電動機的概述正確的的選擇電動機具有重要意義，合理的選擇電動機是從驅(qū)動機床的具體對象、加工規(guī)范，也就是要從機床的使用條件出發(fā)，經(jīng)濟、合理、安全等多方面考慮，使電動機能夠安全可靠的運行。電動機功率的確定是選擇電動機的關(guān)鍵，但也要對轉(zhuǎn)速、使用電壓等級及結(jié)構(gòu)形式等項目進行選擇。異步電動機由

20、于它結(jié)構(gòu)簡單堅固、維修方便、造價低廉，因此在機床中使用的最為廣泛。電動機的轉(zhuǎn)速越低則體積越大，價格也越高，功率因數(shù)和效率越低，因此電動機的轉(zhuǎn)速要根據(jù)機械的要求和傳動裝置的具體情況而定。異步電動機的電壓等級是380伏。一般的說金屬切削機床都采用通用系列的普通電動機。在選擇電動機時，也應(yīng)考率機床的轉(zhuǎn)動條件，對易產(chǎn)生懸浮飛揚的鐵屑或廢料，或冷卻液、工業(yè)用水等有損于絕緣的介質(zhì)能侵入電動機的場合，選用封閉式的。按機床的電氣設(shè)備通用技術(shù)條件中規(guī)定，機床應(yīng)采用全封閉扇冷式電動機。2.2 鏜床用電動機的選擇根據(jù)機床的負載功率，（例如切削功率）就可選擇電動機的容量，然而機床的載荷是經(jīng)常變化的，而每個負載的工作時

21、間也不盡相同，這就產(chǎn)生了使電動機功率如何最經(jīng)濟的滿足機床負載功率的問題。機床上常用y系列三相異步電動機，y系列電動機是封閉自扇冷式攏型三相異步電動機。2.2.1 鏜床主運動電動機的選擇多數(shù)機床負載情況比較復(fù)雜，切削用量變化很大，尤其是通用機床負載種類更多，不易準確地確定其負載情況。因此通常采用調(diào)查統(tǒng)計類比法來確定電動機的功率。分析切削用量，確定切削用量最大值，在同類同規(guī)格的機床上進行切削實驗，并測出電動機的輸出功率，再考慮機床最大負載情況，以及采用先進切削方法及新工藝。類比同類機床電動機的功率，最后確定所設(shè)計的機床電動機功率來選擇電動機。臥式鏜床主電動機功率按下式計算為： （2.1） d為鏜桿

22、直徑 ：d=120mm； p=13.698kw取電動機功率15kw，型號y180l-6，額定電流31.4，效率89.5%，6p極，功率因數(shù)0.81，額定轉(zhuǎn)矩2.0，額定轉(zhuǎn)速970r/min。2.2.2 快速移動電動機的選擇 按下式計算為： （2.2）g為移動部件的重量； 為移動速度；u為動摩擦系數(shù)； 為效率（機床傳動）；取電動機功率5.5kw，型號y132m2-6，額定電流17 a，效率86%，功率因數(shù)0.78，額定轉(zhuǎn)速960 r/min。2.2.3 后立柱電動機的選擇按下式計算為：（2.3）g為移動部件的重量； 為移動速度；u為動摩擦系數(shù)； 為效率（機床傳動）；取電動機功率1.1kw，型號y

23、90l-6，額定電流3.15a，效率73.5%，功率因數(shù)0.72，額定轉(zhuǎn)速910 r/min。2.2.4 主軸箱油泵電動機和工作臺油泵電動機的選擇工作臺油泵電動機功率0.75kw,型號 y802-4,額定電流 2.1a，效率 72.5%,功率因數(shù)0.76,額定轉(zhuǎn)速1400r/min。主軸箱油泵電動機功率1.5kw,型號 y90l-4,額定電流 3.7,效率79%,功率因數(shù) 0.79,額定轉(zhuǎn)速1400r/min。2.3 低壓電器的選擇2.3.1 低壓斷路器的選擇低壓斷路器又稱自動空氣開關(guān)，可用來分配電能、不頻繁地啟動異步電動機、對電動機及電源保護等，具有過載、短路、欠電壓等保護功能。選用裝置式低

24、壓斷路器，又稱塑料外殼式低壓斷路器，用絕緣材料制成的封閉型外殼將所有構(gòu)件組裝在一起，用作配電網(wǎng)絡(luò)的保護和電動機、照明電路及電熱器等的控制開關(guān)，主要型號有dz5、dz10、dz20等系列。選國產(chǎn)低壓斷路器dw15系列。 自動開關(guān)的特點：一相短路跳閘電動機不會單向運行；整定值受周圍溫度影響較??； 跳閘后不需要調(diào)換，比較方便；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高。適用范圍：適用于容量較大的交直流電動機主電路及控制電路。對起制動頻繁的電動機應(yīng)選用自動開關(guān)與接觸器聯(lián)合工作。敏感元件電磁脫扣器的選擇：脫扣器的額定參數(shù)應(yīng)根據(jù)被保護電路的負載情況進行選擇，整定電流應(yīng)大于電動機起動的最大電流。（1）主電機電路中低壓斷路器qf2的選

25、擇：敏感元件：電動機主電路的電磁脫扣器額定電流按下式選取： （2.4）電磁脫扣器的瞬時動作電流按下式選取以保證頻繁起、制動時不致誤動作：鏜床的電動機的起、制動比較頻繁應(yīng)用下式進行計算： （2.5） 120.58為電動機起動電流，a； 為電動機額定電流，a；為電磁脫扣器的負載系數(shù)。對于dz型的自動開關(guān)取=1.5-1.7；主體部件：自動開關(guān)主觸頭的額定電流及額定電壓可按下式選?。?（2.6） （2.7）為主電路負載額定電流，a； 為主電路額定電壓，v； dzx10-200/33，額定電壓380v，極數(shù)3，脫扣器額定電流140a，額定短路通斷能力4ka（=0.9），電氣機械壽命15000/次。（2）

26、快速電機電路中低壓斷路器qf3的選擇： 敏感元件：電動機主電路的電磁脫扣器額定電流按下式選?。?（2.8）為電動機的額定電流；電磁脫扣器的瞬時動作電流按下式選取以保證頻繁起、制動時不致誤動作：鏜床的電動機的起、制動比較頻繁應(yīng)用下式進行計算： （2.9） 65.28主體部件：自動開關(guān)主觸頭的額定電流及額定電壓可按下式選?。?（2.10） （2.11） dzx10-100/33，額定電壓380v，極數(shù)3，脫扣器額定電流20a，額定短路通斷能力3ka（=0.9），電氣機械壽命15000/次。（3）后立柱電機電路中的斷路器qf4的選擇：qf4主要是對后立柱電動機起短路保護的作用，電動機主電路的電磁脫扣

27、器額定電流按下式選?。?（2.12）為電動機的額定電流；電磁脫扣器的瞬時動作電流按下式選取以保證頻繁起、制動時不致誤動作：鏜床的電動機的起、制動比較頻繁應(yīng)用下式進行計算：（2.13） 12.096主體部件：自動開關(guān)主觸頭的額定電流及額定電壓可按下式選?。海?.14） （2.15）dz163n4 額定電壓380v，極數(shù)4，脫扣器額定電流16a，額定短路通斷能力4ka（=0.9），電氣機械壽命15000/次 。2.3.2 交流接觸器的選擇接觸器用于帶有負載主電路的自動接通或切斷。分直流、交流兩類，機床中應(yīng)用最多的是交流接觸器。交流接觸器km1、km2、km3、km4、km5、km6、km7和km8

28、：主電動機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)運行由接觸器km1、km2控制；起動時采用星三角減壓起動方式，由接觸器km3、km4控制，按時間原則控制轉(zhuǎn)換；接觸器km5控制主電機的制動；接觸器km6、km7控制快速移動由電動機m2正向和反向的移動；接觸器km11控制主軸箱油泵電動機m3；接觸器km10控制工作臺油泵電動機。選擇接觸器主要考慮以下技術(shù)數(shù)據(jù)：電源種類；主觸點額定電壓；輔助觸點種類、數(shù)量及觸點額定電流；電磁線圈的電源種類，頻率和額定電壓。主觸點額定電流，一般根據(jù)電動機容量計算觸點電流，即：（2.16）k為經(jīng)驗常數(shù)，一般取1-1.4； 為電機功率（kw）； 為電動機額定線電壓（v）； 為接觸器主觸點電流（a）

29、； 為線路額定電壓，接觸器觸點額定電壓；（1）交流接觸器km1的選擇：根據(jù)上述公式可得：（經(jīng)驗常數(shù)k取1.2）（2.17） 32.895a選擇接觸器的類型為cj10-40，觸頭額定電壓380v，主觸頭額定電流40a，輔助觸頭額定電流5a，可控制電動機最大容量11kw，吸引線圈電壓110v，吸引線圈消耗功率32va，輔助觸頭數(shù)量2常開2常閉，外形尺寸，頻率50hz。同理：km2、km3、km4、km5交流接觸器的型號為cj10-40，觸頭額定電壓380v，主觸頭額定電流40a，輔助觸頭額定電流5a，可控制電動機最大容量11kw，吸引線圈電壓110v，吸引線圈消耗功率32va 輔助觸頭數(shù)量2常開2

30、常閉，外形尺寸，頻率50hz。（2）交流接觸器km6、km7的選擇： 根據(jù)公式可得： （經(jīng)驗常數(shù)k取1.2）（2.18） 選擇接觸器的類型為cj10-20，觸頭額定電壓380v，主觸頭額定電流20a，輔助觸頭額定電流5a，可控制電動機最大容量4kw，吸引線圈電壓110v，吸引線圈消耗功率22va，輔助觸頭數(shù)量2常開2常閉，外形尺寸，頻率50hz。（3）交流接觸器km8、km9的選擇：根據(jù)公式可得：（經(jīng)驗常數(shù)k取1.2）（2.19） a 選擇接觸器的類型為cj10-5，觸頭額定電壓380v，主觸頭額定電流5a，輔助觸頭額定電流5a，可控制電動機最大容量2.2kw，吸引線圈電壓110v，吸引線圈消

31、耗功率6va，輔助觸頭數(shù)量1常開 頻率50hz。（4）交流接觸器km10、km11的選擇： 根據(jù)公式可得：（經(jīng)驗常數(shù)k取1.2）（2.20） a選擇接觸器的類型為cj10-5，觸頭額定電壓380v，主觸頭額定電流5a，輔助觸頭額定電流5a，可控制電動機最大容量2.2kw ，吸引線圈電壓110v，吸引線圈消耗功率6va，輔助觸頭數(shù)量1常開，頻率50hz。2.3.3電源引入開關(guān)組合開關(guān)主要是作為電源引入開關(guān)，所以也稱電源隔離開關(guān)。它也可以起停5kw以下的異步電動機，但每小時的接通次數(shù)不應(yīng)超過10-20次，開關(guān)的額定電流一般取電動機額定電流的1.5-2.5倍。組合開關(guān)主要根據(jù)電源種類、電壓等級、所需

32、觸點數(shù)及電動機容量進行選用。常用的組合開關(guān)為hz-10系列，額定電流為10、25、60和100a四種。適用于交流380v以下，直流220v以下的電氣設(shè)備中。電源引入開關(guān)的選擇：此電路中的q主要作為電源隔離開關(guān)用，并不用它來直接啟動電動機，可按電動機額定電流來選。顯然應(yīng)該根據(jù)四臺電動機來選。選用hz-10系列，額定電流為25a，三極，380v。2.3.4 熔斷器的選擇熔斷器由熔體（俗稱保險絲）和安裝熔體的熔管（或熔座）兩部分組成。在電路中用作短路保護。其中熔體是主要部分，它既是感測元件又是執(zhí)行元件，熔體是由低熔點的金屬材料制成絲狀、帶狀、片狀等；熔管的作用是安裝熔體和在熔體熔斷時熄滅電弧。熔斷器

33、的熔體串接于被保護電路中，當(dāng)電路正常工作時，熔體通過的電流不會使其熔斷，當(dāng)電路發(fā)生短路和嚴重過載故障時，熔體中通過很大電流，使其發(fā)熱，當(dāng)達到融化溫度時熔體自動熔斷，切斷故障電路，起到保護作用。熔斷器類型的選擇：選擇熔斷器的類型時，主要依據(jù)負載的保護特性和短路電流的大小。通過比較與考慮我選擇rl1系列螺旋式的熔斷器。熔體額定電流的選擇：fu為保護籠型異步電動機m1、m2、m3、m4、m5的熔斷器。在出現(xiàn)尖峰電流時也不應(yīng)熔斷。通常將其中容量最大的一臺電動機起動而其余電動機正常運行時出現(xiàn)的電流作為其尖峰電流，為此熔體的額定電流應(yīng)滿足如下關(guān)系，即： （2.21）為多臺電動機中容量最大的一臺電動機額定電

34、流；為其余電動機額定電流之和； 104.45a選用rl1-200型號的熔斷器，額定電流200，熔體額定電流125a。（1）fu1 控制變壓器原邊熔斷器的熔絲額定電流，根據(jù)如下公式進行計算：（2.22）為控制變壓器的額定容量； 為線路中最大電器的吸引線圈起動容量或幾個電器的吸引線圈同時起動容量之和，va； 選用2a（2）fu2 6v回路指示燈的熔斷器的選擇根據(jù)如下公式進行計算：（2.23） 1.67 選用=2a（3）fu3 24v機床照明電路的熔斷器的選擇根據(jù)如下公式進行計算： （2.24） 40/24 1.67a選用=2a選用rl1-15型號的熔斷器，熔斷器的額定電流15a，熔體額定電流等級2

35、、4、5、6、10、15。（4）fu4 28v整流橋、離合器電路的熔斷器的選擇根據(jù)如下公式進行計算： （2.25） 68/28 2.43a 選用=4a 熔斷器額定電壓的選擇：熔斷器的額定電壓應(yīng)等于或大于所在電路的額定電壓。2.3.5 行程開關(guān)用于檢測工作機械的位置，發(fā)出命令以控制其運動方向或行程長短的主令電器，稱為行程開關(guān)或位置開關(guān)。行程開關(guān)按結(jié)構(gòu)分為機械結(jié)構(gòu)的接觸式有觸點行程開關(guān)和電氣結(jié)構(gòu)的非接觸式接近開關(guān)。經(jīng)過分析我選擇機械結(jié)構(gòu)的接觸式有觸點行程開關(guān)，它靠移動物體碰撞其可動部件使常開觸頭接通，常閉觸頭分斷，實現(xiàn)對電路的控制。行程開關(guān)的選擇：lx，額定電壓 380/220v，額定電流5a，觸

36、頭接觸時間0.04，動作力，工作行程1-3mm，超行程2-4，觸頭數(shù)量1開1閉。2.3.6 控制變壓器的選用當(dāng)控制線路所用電器較多、線路較為復(fù)雜時，一般需采用經(jīng)變壓器降壓的控制電源，提高線路的安全可靠性?？刂谱儔浩髦饕鶕?jù)所需要變壓器容量及一次側(cè)、二次側(cè)的電壓等級來選擇控制變壓器。（1）按連續(xù)工作選變壓器額定容量，應(yīng)滿足如下的條件：（2.26）為控制變壓器的額定容量； 為所有電磁線圈工作的總?cè)萘?，va； =va（2）按起動選變壓器額定容量，應(yīng)滿足如下的條件：（2.27）為同時起動的電磁線圈起動容量的總和，va；機床同時起動的線圈有兩個，起動容量是44va，故應(yīng)滿足條件： 60.3va應(yīng)選取以上

37、所算結(jié)果中的較大的值作為控制變壓器的容量，應(yīng)為228va?？刂齐妷喊礃藴蔬x用110v。本變壓器還包括工作照明用的24v和信號燈用的6v。照明燈的功率為40w，信號燈為10w，它們都是平穩(wěn)的電阻負載，無須考慮起動的影響，因此其各自的容量分別選為45va和5va，為考慮機床加數(shù)顯裝置的需要，在控制變壓器的容量上留有30va的備用容量。因此控制變壓器的總?cè)萘繛椋盒盘枱羰?0va，照為45va。所以變壓器的總?cè)萘繛?17va。選用變壓器型號為jbk-250,額定容量250va,電壓等級：380v/110-24-6v。3 plc控制系統(tǒng)的設(shè)計3.1 plc控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容和步驟3.1.1 plc控制系

38、統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容（1）分析控制對象，明確設(shè)計任務(wù)和要求，這是實現(xiàn)本次研究的依據(jù)。（2）選定plc的型號及所需要的輸入/輸出模塊，對控制系統(tǒng)的硬件進行配置。（3）編制plc的輸入/輸出分配表，并繪制機床采用plc控制的原理圖。（4）根據(jù)控制要求對其運動過程進行編程。（5）選擇所需的電器元件。3.1.2 plc控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟（1）分析控制對象：在確定采用plc控制后，應(yīng)對被控對象特點和工藝要求作深入的了解，使plc控制系統(tǒng)最大限度地滿足被控制對象的工藝要求。分析控制過程中輸入和輸出設(shè)備之間的關(guān)系。（2）plc控制系統(tǒng)的硬件配置：plc控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括plc機型的選擇，輸入輸出模塊的選擇。（3

39、）軟件設(shè)計：軟件設(shè)計就是在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，分配輸入輸出元件地址號，同時編制程序。根據(jù)控制要求設(shè)計出梯形圖，這是本次研究的核心工作。3.2 plc控制系統(tǒng)的硬件配置3.2.1 選擇plc機型 選擇合適的機型是plc控制系統(tǒng)硬件設(shè)計的關(guān)鍵問題，采用可編程控制器的t6113臥式鏜床的操作及功能應(yīng)與采用繼電接觸器電路時完全一致。機床原配的按鈕、限位開關(guān)、變壓器、指示燈、熱繼電器等電器均需保留。作為主要操作器件的按鈕及限位開關(guān)要接入plc的輸入口，每個（組）觸點占用一個輸入口。作為主要執(zhí)行器件的接觸器幾電磁閥要接入plc的輸出口，每個（組）線圈也要占一個口。 關(guān)于plc選擇的要求及此鏜床本身的工作狀態(tài)

40、，選用西門子s7200系列cpu224，ac/dc/relay，它是模塊化的，比較方便和靈活，具有14個輸入口及10個輸出口，輸出口為繼電器型，它的主要性能完全滿足鏜床的工作需要。但是考慮到鏜床的運動比較多，cpu224的輸入/輸出口并不能滿足鏜床的需要，所以要對此型號的plc進行擴展。需4個擴展模塊為em223，它具有8個輸入口和8個輸出口，完全滿足鏜床運動的需要。 plc輸出輸入點的統(tǒng)計和分配：表51輸入點信號名稱元件代號地址電源起動sbi0.0急停sb7i0.1主軸正轉(zhuǎn)sb1i0.2主軸反轉(zhuǎn)sb2i0.3主軸正點sb3i0.4主軸反點sb4i0.5制動sb5i0.6主軸變速sb6i0.7

41、主軸保護qf2i1.0工作臺運動分配sb18i1.1上滑座運動分配sb21i1.2下滑座運動分配sb22i1.3主軸運動分配sb23i1.4主軸箱運動分配sb24i1.5進給停止sb12i2.0各部正向快速sb8i2.1各部反向快速sb9i2.2正向機動進給sb10i2.3反向機動進給sb11i2.4瞄準器照明sb15i2.5主軸變速開關(guān)sq1i2.6平旋盤sq2i2.7插拔銷開關(guān)sq3i3.0各部手微動sq4i3.1手大動sq5i3.2工作臺夾緊松開開關(guān)sq6i3.3上滑座夾緊松開開關(guān)sq7i3.4下滑座夾緊松開開關(guān)sq8i3.5主軸夾緊松開開關(guān)sq9i3.6主軸箱夾緊松開開關(guān)sq10i3.

42、7進給停止sq11i4.0各部正向限位sq14、sq16sq18、sq22i4.1各部反向限位sq15、sq17sq19、sq23i4.2手搖主軸箱切斷快速開關(guān)sq21i4.3主電機反向測速信號sr（反）i4.4主電機正向測速信號sr（正）i4.5手動潤滑sb19i4.6刀具松開sb17i4.7刀具夾緊sb16i5.0機床照明燈sa2表52輸出點信號名稱元件代號地址瞄準器照明el3q0.1刀具松開指示hl10q0.2刀具夾緊指示hl11q0.3工作臺指示燈hl2q0.4上滑座指示燈hl3q0.5下滑座指示燈hl4q0.6主軸指示燈hl5q0.7主軸箱指示燈hl6q1.0正向機動進給指示燈hl7

43、q1.1反向機動進給指示燈hl8q3.4主軸變速指示燈hl9q3.5主軸正點km1q2.2主軸反點km2q2.3各部正向快速km6q2.4各部反向快速km7q2.5主電機接km4q2.6主電機y接km3q3.1主電機制動km5q2.7電源接通kmq3.0工作臺油泵電機km10q3.2主軸箱油泵電機km11q3.3導(dǎo)軌潤滑電機km12q2.0主軸變速yv1q3.6正向機動進給yv2q3.7反向機動進給yv3q4.0工作臺松開yv4q4.1工作臺夾緊yv5q4.2上滑座松開yv6q4.3上滑座夾緊yv7q4.4下滑座松開yv8q4.5下滑座夾緊yv9q4.6主軸松開yv10q4.7主軸夾緊yv11

44、q5.0主軸箱松開yv12q5.1主軸箱夾緊yv13q5.2裝卸刀yv14q5.3工作臺結(jié)合yc1q5.4上滑座結(jié)合yc2q5.5下滑座結(jié)合yc3q5.6主軸箱結(jié)合yc4q5.7電源指示燈hl1 3.2.2 開關(guān)量i/o模塊的選擇為了適應(yīng)各種各樣的控制信號，plc有多種模塊供選擇。開關(guān)量輸入模塊選擇plc內(nèi)部所提供的dc24v電源，用做集電極開路傳感器的電源。開關(guān)量輸出模塊的輸出方式采用繼電器的方式輸出，其使用電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，且具有隔離作用。3.2.3 plc的接線電路下圖3.1為主電路接線圖。主電路接線圖中包含了主電動機，快速電動機，后立柱電動機，主

45、軸箱液壓系統(tǒng)油泵電機，工作臺液壓系統(tǒng)油泵電機。圖3.1主電路接線圖圖3.2 cpu224接線圖圖3.3 em223接線圖4 臥式鏜床控制系統(tǒng)中的軟件設(shè)計4.1 t6113 臥式鏜床的plc控制方案既然是改造，那么一般情況下盡量沿用原機床的結(jié)構(gòu)，少做改動，控制部分則完全屏棄繼電器控制的原始控制思路，用plc控制替代它。根據(jù)t6113鏜床有關(guān)資料及機床電氣改造方面的經(jīng)驗，確定方案如圖4.1所示：圖4.1 控制系統(tǒng)方案4.2 t6113 臥式鏜床的plc程序編制在程序的編制過程中，選用了定時器t37-t44，另為編程需要還選了m10.0-m10.7和m11.0-m11.3十二個輔助繼電器。關(guān)于定時器

46、的選用：定時器指令用來規(guī)定定時器的功能，在編程過程中，基于對t6113臥式鏜床的運動狀態(tài)的考慮，我選用的是接通延時定時器和斷開延時定時器。在使用過程中注意了以下基本要素：（1）編號、類型及分辨率。定時器有1、10、100三種分辨率，定時器的編號和類型與辨率有關(guān)。有記憶的定時器均是接通延時型的，無記憶的定時器可通過指令指定為接通延時和關(guān)斷延時型。（2）預(yù)置值。也叫設(shè)定值。預(yù)置值即編程時設(shè)定的延時時間的長短。plc定時器采用時基計數(shù)及與預(yù)置值比較的方式確定延時時間是否到達。時基計數(shù)值稱為當(dāng)前值，存儲在當(dāng)前值寄存器中。預(yù)置值在使用梯形圖編程時，標定在定時器功能框的“pt”端。（3）工作條件。從梯形圖的角度看，定時器功能框中“in”端連接的是定時器的工作條件。對于接通延時定時器來說，