基于PLC的X62W萬能銑床改造

1、四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文基于PLC的X62W萬能銑床改造姓 名： 班 級：學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 日 期： 摘要隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)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(jīng)濟(jì)體，其要從制造大國邁向創(chuàng)新。因此，制造業(yè)的轉(zhuǎn)型、降級、技術(shù)進(jìn)步也是勢在必行。PLC控制是機(jī)械制造業(yè)向自動化生產(chǎn)方向發(fā)展的重要基礎(chǔ)硬件，但目前我國機(jī)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(dá)90%以上，為此改造現(xiàn)有的傳統(tǒng)機(jī)床實現(xiàn)自動化加工是適應(yīng)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(shè)備年久，自動化程度低等問題，通過對X62W舊機(jī)床的分析，參考生產(chǎn)實

2、際要求，對現(xiàn)有的X62W銑床進(jìn)行改造，其方案按照“PLC+現(xiàn)場設(shè)備”模式進(jìn)行，硬件以西門子S7系列PLC為控制核心，聯(lián)合選用相關(guān)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(shè)計,同時運用以太網(wǎng)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(hù)，改造成本較低等特點，具有一定的推廣應(yīng)用價值。關(guān)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(jié)束語35致謝37參考文獻(xiàn)381緒論

9、1.1銑床研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀及水平用于加工平面、鍵槽凸臺型腔的非回轉(zhuǎn)體類零件的銑床是機(jī)械加工的重要設(shè)備之一。傳統(tǒng)的萬能銑床多以繼電器、行程開關(guān)等作為主要的控制系統(tǒng)零部件，隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，利用可編程序控制器及工控計算機(jī)控制銑削機(jī)床已是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。1.1.1銑床的發(fā)展現(xiàn)狀自十九世紀(jì)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(shù)和數(shù)字控制電路的出現(xiàn)加之其它成套技術(shù)的發(fā)展，使得銑削機(jī)床向更高自動化程度的方向不斷發(fā)展，形狀較為復(fù)雜的非回轉(zhuǎn)零件可以在一臺機(jī)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(jī)床主運動

10、速度不斷提高情況下也可順利進(jìn)行加工，其主運動采用磁浮主軸，轉(zhuǎn)速可達(dá)轉(zhuǎn)/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(dá)到微米級（0.0001um)。我國的銑床制造廠，如北京第一機(jī)床廠，盡管自上世紀(jì)八十年代以來一直在不斷更新改進(jìn)，但其所生產(chǎn)的銑床和數(shù)控鏜銑機(jī)床與工業(yè)化國家相比較仍有一定差距。在此領(lǐng)域德國、美國、日本的機(jī)床制造業(yè)與我國相比較仍處于領(lǐng)先地位。如德國的DMG（Decke、Macho、Giederweister)公司，Weruenkorb公司等生產(chǎn)的鏜銑機(jī)床在世界上居于領(lǐng)先地位，日本的三菱、牧野等公司所生產(chǎn)的數(shù)控鏜銑機(jī)床，也有一定的優(yōu)勢，為此趕超德國等工業(yè)化國家機(jī)床

11、制造業(yè)，尤其是數(shù)控鏜銑機(jī)床仍是我國機(jī)床行業(yè)廣大工程技術(shù)人員和研發(fā)人員努力奮斗的目標(biāo)。當(dāng)然我國通過近年來的努力已有所突破，如大連機(jī)床工業(yè)公司已能生產(chǎn)出位移“五軸”的數(shù)控機(jī)床。隨著國內(nèi)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，相信我國的機(jī)床工業(yè)在510年內(nèi)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(jī)床。1.1.2銑床的發(fā)展趨勢隨著制造業(yè)對非回轉(zhuǎn)體類零件的要求不斷提升，銑削加工機(jī)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(chǎn)效率，減少機(jī)動時間，提高被加工表面加工質(zhì)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(zhuǎn)速可達(dá)轉(zhuǎn)/分，這樣可保證高速切削加工的順利進(jìn)行。（2）高精度化通過滾珠絲杠、螺母傳動，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，利用感應(yīng)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(dǎo)軌或主軸直線和回轉(zhuǎn)位移精度可毫不困難地達(dá)到微米級（即0.0001m），從而實現(xiàn)銑床的加工精度達(dá)到m級以上。（3）智能化在加工過程中能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)床、刀具和工件的實時監(jiān)控，為此銑削加工機(jī)床，應(yīng)具有以下功能：自動抑制振動（自適應(yīng)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(jī)床故障診斷功能。自動潤滑功能。人機(jī)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(jī)控制技術(shù)

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(yù)，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(jī)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(jī)床，該項目以X62W萬能銑床為改造對象，采用組態(tài)軟件技術(shù)、PLC技術(shù)和遠(yuǎn)程通信技術(shù)，重構(gòu)該銑床的控制系統(tǒng)。整個控制系統(tǒng)由電機(jī)、PLC系統(tǒng)、上位機(jī)、現(xiàn)場總線、電氣控制系統(tǒng)及相關(guān)上、下位控制和管理軟件組成。通過對現(xiàn)有X62W銑床進(jìn)行改造，達(dá)到投資少、見效快的目的。1.3本項目的主要研究內(nèi)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(jī)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(yīng)用價值的研究課題。本課題主要進(jìn)行了以下四個方面內(nèi)容的研究工作：（1）根據(jù)銑床工作時對其各方向進(jìn)給功能及運動的要求，提出機(jī)床的控制系統(tǒng)改造的總體方案。（2）設(shè)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(shè)計開發(fā)萬能銑床的工作界面；1.4小結(jié)本章主要論述銑床的國內(nèi)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(shè)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(yīng)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(jī)。其中M1為主軸電動機(jī)，M2為工作臺進(jìn)給電動機(jī)，M3為冷卻泵電動機(jī)。這三臺電動機(jī)均為直接啟動連續(xù)運行，QS為電源隔離開關(guān)。各電動機(jī)的控制過程分析如下：2.1.1主軸電動機(jī)M1主軸電動機(jī)M1由接觸器KM1控制它的啟動和停止。它可以進(jìn)行兩地操縱，一處在升降臺上，另一處設(shè)在床身上。其旋轉(zhuǎn)方向由主令開關(guān)SA4預(yù)先設(shè)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(jī)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(jìn)給電動機(jī)M22.1.3冷卻泵電動機(jī)M

16、32.2控制電路分析2.2.1主軸電動機(jī)M12.3電路保護(hù)2.3.1短路保護(hù)FU1、FU2作為主電路的短路保護(hù)2.3.2過載保護(hù)1）FR1作為主軸電動機(jī)的過載保護(hù)2）FR2作為進(jìn)給電動機(jī)的過載保護(hù)3）FR3作為冷卻泵電動機(jī)的過載保護(hù)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(dāng)進(jìn)給運動停止后，主軸才能夠停止轉(zhuǎn)動。2.6 X62W銑床改造的性能指標(biāo)要求2.7 X62W銑床的控制要求2.8小結(jié) 本章根據(jù) X62W銑床的加工原理和工作過程對其控制系統(tǒng)的要求進(jìn)行了分析，提出了該銑床改造的任務(wù)、性能指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上設(shè)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(shè)計3.1 X62W銑床改造的任務(wù)。3.2改造目的及原因X62W萬能銑床是一種通用的多用途機(jī)床，它可以進(jìn)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(jī)為動力的傳動裝置與系統(tǒng)的對象以實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的技術(shù)裝置。電氣系統(tǒng)是其中的主干部分，在國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)中的許多部門得到廣泛應(yīng)用。PLC專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計，其顯著的特點之一就是可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。PLC（可編程控制器）作為一種工業(yè)控制微型計算機(jī)，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(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。它應(yīng)

18、用大規(guī)模集成電路，微型機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)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(chǎn)品，應(yīng)用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機(jī)之間的許多控制領(lǐng)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(hù)、維修的工作量。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器日益廣泛的應(yīng)用于機(jī)械、電子加工與設(shè)備電氣改造中。銑床作為機(jī)械加工的通用設(shè)備在內(nèi)燃機(jī)配件的生產(chǎn)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(hù)方便，運轉(zhuǎn)費用低的特點，已成為現(xiàn)代生產(chǎn)中的主要設(shè)備。自動銑床控制系統(tǒng)的設(shè)計是一個很傳統(tǒng)的課題，現(xiàn)在隨著各種先進(jìn)精確的諸多控制儀

19、器的出現(xiàn)，銑床控制的設(shè)計方案也越來越先進(jìn)，越來越趨于完美，各種參考文獻(xiàn)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(guān)量控制系統(tǒng)都是采用繼電器控制,也有相當(dāng)一部分輔機(jī)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(jīng)濟(jì)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(jìn)行改造已是大勢所趨。3.3銑床改造總體設(shè)計方案的確定進(jìn)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(chǎn)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(yīng)用宏的選擇經(jīng)比較，為滿足控制要求特選擇標(biāo)準(zhǔn)宏：4.1.4參數(shù)設(shè)置4.1.5過載和短路保護(hù)4.2 PLC選型PLC產(chǎn)品的種類繁多。PLC的型號不同,對應(yīng)著其