第7章-PLC在機械加工中的應(yīng)用-課件

7.1PLC在Z3040搖臂鉆床控制中的應(yīng)用

7.2PLC在X62W銑床控制中的應(yīng)用

習(xí)題

第7章PLC在機械加工中的應(yīng)用7.1PLC在Z3040搖臂鉆床控制中的應(yīng)用

7.27.1PLC在Z3040搖臂鉆床控制中的應(yīng)用金屬切削加工機床的種類很多，其中，車床、銑床、刨床、磨床是最常見的機床。近年來組合機床也漸漸多起來，較先進的金屬加工機床是工作母機，也叫機械加工中心。長期以來，金屬切削加工機床多采用繼電接觸器電路實現(xiàn)電氣控制。其實，這類機械的電氣控制主要以邏輯控制為主，這正是可編程控制器工作的強項。因此，PLC在機械加工機床的電氣控制領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，不但更多的新品機床開始采用PLC作為主要控制設(shè)備，而且舊的機床電路也開始用PLC實現(xiàn)電氣改造。7.1PLC在Z3040搖臂鉆床控制中的應(yīng)用7.1.1Z3040搖臂鉆床電器設(shè)備的分布及分工

搖臂鉆床利用旋轉(zhuǎn)的鉆頭對工件進行加工，它由底座、內(nèi)外立柱、搖臂、主軸箱和工作臺構(gòu)成。主軸箱固定在搖臂上，可以沿搖臂徑向運動。搖臂借助于絲桿，可以作升降運動，也可以與外立柱固定在一起，沿內(nèi)立柱旋轉(zhuǎn)。鉆削加工時，通過夾緊裝置，主軸箱緊固在搖臂上，搖臂緊固在外立柱上，外立柱緊固在內(nèi)立柱上。Z3040搖臂鉆床的結(jié)構(gòu)圖如圖7-1所示。7.1.1Z3040搖臂鉆床電器設(shè)備的分布及分工

搖圖7-1Z3040搖臂鉆床結(jié)構(gòu)圖圖7-1Z3040搖臂鉆床結(jié)構(gòu)圖機械加工機床的加工運動往往是機械與電氣配合實現(xiàn)的。在討論電氣電路之前需弄清電器的設(shè)置及電器控制的分工。Z3040搖臂鉆床設(shè)有4臺電動機，即主軸電動機、冷卻泵電動機、搖臂升降電動機及液壓泵電動機。主軸電動機提供主軸轉(zhuǎn)動的動力，是鉆床加工主運動動力源。主軸應(yīng)具有正反轉(zhuǎn)功能，但主軸電動機只有正轉(zhuǎn)工作模式，反轉(zhuǎn)由機械方法實現(xiàn)。冷卻泵電動機用于提供冷卻液，只需正轉(zhuǎn)。搖臂升降電動機提供搖臂升降的動力，需正反轉(zhuǎn)。液壓泵電動機提供液壓油，用于搖臂、立柱和主軸箱的夾緊和松開，也需要正反轉(zhuǎn)。

機械加工機床的加工運動往往是機械與電氣配合實現(xiàn)的。在討論Z3040搖臂鉆床的操作主要通過手輪及按鈕實現(xiàn)。手輪用于主軸箱在搖臂上的移動，這是手動的。按鈕用于主軸的啟動停止、搖臂的上升下降、立柱主軸箱的放松及夾緊等操作，再配合限位開關(guān)完成機床調(diào)節(jié)的各種動作。

Z3040搖臂鉆床的電氣元件表如表7-1所示。Z3040搖臂鉆床的操作主要通過手輪及按鈕實現(xiàn)。手輪用第7章--PLC在機械加工中的應(yīng)用-課件第7章--PLC在機械加工中的應(yīng)用-課件第7章--PLC在機械加工中的應(yīng)用-課件7.1.2Z3040搖臂鉆床繼電器原理圖解讀

在討論Z3040搖臂鉆床的PLC控制方案前，仔細解讀它的繼電接觸器電路圖是有益的。Z3040搖臂鉆床以繼電接觸器構(gòu)成的電氣原理圖如圖7-2所示。

圖7-2中，380V交流電源經(jīng)手動轉(zhuǎn)換開關(guān)QS1，進入電動機主電路和控制電路的電源變壓器TC。主軸電動機M1由接觸器KM1控制；搖臂升降電動機M2由接觸器KM2和KM3控制；液壓電動機M3由接觸器KM4和KM5控制；冷卻泵電動機M4功率較小，由組合開關(guān)QS2手動控制。機床操作情況如下：

(1)按下主軸啟動按鈕SB2，接觸器KM1得電吸合且自保持，主軸電動機M1運轉(zhuǎn)。按下停止按鈕SB1，主軸電動機停止。7.1.2Z3040搖臂鉆床繼電器原理圖解讀

在討論(2)需要搖臂上升時，按下?lián)u臂上升按鈕SB3，時間繼電器KT得電，其瞬動觸頭和瞬時閉合延時打開的動合觸頭使接觸器KM4和電磁閥YA動作，液壓電動機M3啟動，液壓油進入搖臂裝置的油缸，使搖臂松開。待完全松開后，行程開關(guān)SQ2動作，其動斷觸頭斷開使接觸器KM4斷電釋放，液壓電動機M3停止運轉(zhuǎn)，其動合觸頭接通使接觸器KM2得電吸合，搖臂升降電動機M2正向啟動，帶動搖臂上升。(2)需要搖臂上升時，按下?lián)u臂上升按鈕SB3，時間繼電上升到所需的位置后，松開上升按鈕SB3，時間繼電器KT和接觸器KM2斷電釋放，搖臂升降電動機M2停止運轉(zhuǎn)，搖臂停止上升。延時1～3s后，時間繼電器KT的動斷觸頭閉合，動合觸頭斷開，但由于夾緊到位行程開關(guān)SQ3動斷觸頭處于導(dǎo)通狀態(tài)，故YA繼續(xù)處于吸合狀態(tài)，接觸器KM5吸合，液壓電動機M3反向啟動，向夾緊裝置油缸中反向注油，使夾緊裝置動作。夾緊完畢后，行程開關(guān)SQ3動作，接觸器KM5斷電釋放，液壓電動機M3停止運轉(zhuǎn)，電磁閥YA斷電。

時間繼電器KT的作用是適應(yīng)SB3松開到搖臂停止上升之間的慣性時間，避免搖臂慣性上升中突然夾緊。上升到所需的位置后，松開上升按鈕SB3，時間繼電器KT和(3)需要搖臂下降時，按下?lián)u臂下降按鈕SB4，動作過程與搖臂上升時相似。

(4)立柱和主軸箱同時夾緊和同時松開。按下立柱和主軸箱松開按鈕SB5，接觸器KM4得電吸合，液壓電動機M3正向啟動。由于電磁閥YA沒有得電，處于釋放狀態(tài)，因此液壓油經(jīng)2位6通閥分配至立柱和主軸箱松開油缸，立柱和主軸箱夾緊裝置松開。

按下立柱和主軸箱夾緊按鈕SB6，接觸器KM5得電吸合，M3反向啟動，液壓油分配至立柱和主軸箱夾緊油缸，立柱和主軸箱夾緊裝置夾緊。(3)需要搖臂下降時，按下?lián)u臂下降按鈕SB4，動作過程(5)搖臂升降限位保護是靠上、下限位開關(guān)SQ1U和SQ1D實現(xiàn)的。上升到極限位置后，SQ1U動斷觸頭斷開，搖臂自動夾緊，與松開上升按鈕SB3動作相同；下降到極限位置后，SQ1D動斷觸頭斷開，搖臂自動夾緊，與松開下降按鈕SB4動作相同。(5)搖臂升降限位保護是靠上、下限位開關(guān)SQ1U和SQ圖7-2Z3040搖臂鉆床電氣原理圖圖7-2Z3040搖臂鉆床電氣原理圖7.1.3Z3040搖臂鉆床的PLC控制方案

1.機型選擇及硬件連接

采用可編程控制器的Z3040搖臂鉆床的操作及功能應(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、接觸器等電器均需保留。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)行器件的接觸器及電磁閥線圈要接入PLC的輸出口，每個(組)線圈也要占用一個輸出口。指示燈按理也需接入輸出口，但如控制觸點在硬件連接上與其他控制功能不沖突，不接入PLC也是可以的。本次采用不接入方案。熱繼電器也有接入PLC與不接入PLC兩種方案。不接入PLC時，可直接將熱繼電器的觸點和相關(guān)接觸器的線圈串起來。接入輸入口時，則需通過程序設(shè)置熱繼電器的控制功能。本次熱繼電器也采用機外連接方案。此外，原電路中接觸器KM2與KM3、KM4與KM5之間均設(shè)有互鎖觸點，考慮到硬件互鎖比軟件互鎖更可靠，它們的互鎖也設(shè)在機外進行。7.1.3Z3040搖臂鉆床的PLC控制方案

1.清點Z3040型搖臂鉆床需接入PLC的輸入/輸出器件后，確定需14個輸入口及6個輸出口，據(jù)此選用西門子S7-200系列CPU224AC/DC/RELAY。這是一種具有14個輸入口及10個輸出口的PLC，輸出口為繼電器型，它的主要性能完全滿足鉆床的工作需要。

系統(tǒng)的硬件連接如圖7-3所示，各端口的標號都標在了圖上。選用定時器T37代替原電路中的KT，另為編程需要還選了M10.0及M10.1兩個輔助繼電器。清點Z3040型搖臂鉆床需接入PLC的輸入/輸出器件后，圖7-3搖臂鉆床PLC接線圖圖7-3搖臂鉆床PLC接線圖圖7-4搖臂鉆床梯形圖圖7-4搖臂鉆床梯形圖

2.?Z3040搖臂鉆床的PLC程序編制

Z3040搖臂鉆床的PLC程序以梯形圖語言設(shè)計。設(shè)計方法為參照繼電器原理圖在保持原有控制邏輯基礎(chǔ)上改繪。在繼電接觸器電路中，由于器件的觸點有限，往往一個觸點具有較多的功能，體現(xiàn)在電氣原理圖上往往是一些觸點接有復(fù)雜的觸點及線圈的組合。圖7-2中SB3與SQ1U串聯(lián)及SB4與SQ1D串聯(lián)再并聯(lián)的區(qū)域之后連接著復(fù)雜的觸點及線圈組合。這樣的區(qū)域在改繪為梯形圖時將十分不便。這時可以發(fā)揮PLC具有許多輔助繼電器的特點，將繼電接觸器電路中的一些觸點區(qū)域的功能用輔助繼電器代替，經(jīng)這樣的簡化處理，最后一般都能得到結(jié)構(gòu)簡單的梯形圖。2.?Z3040搖臂鉆床的PLC程序編制

Z304

在進行繼電接觸器電路圖向梯形圖轉(zhuǎn)化時還需注意實際電器與PLC模擬電器功能上的差異，如圖中時間繼電器KT是具有瞬動觸點的而PLC的定時器不具有這種功能，這時可用與定時器并聯(lián)的輔助繼電器觸點代替。設(shè)計并調(diào)試成功的Z3040型搖臂鉆床PLC控制程序如圖7-4所示。圖7-4中輔助繼電器M10.0的觸點即可用來表示SB3與SQ1U串聯(lián)及SB4與SQ1D串聯(lián)再并聯(lián)區(qū)域的邏輯狀態(tài)以及圖7-2中時間繼電器KT的瞬動觸點。在進行繼電接觸器電路圖向梯形圖轉(zhuǎn)化時還需注意實際電器與P7.2PLC在X62W銑床控制中的應(yīng)用7.2.1X62W銑床的加工運動及電氣分工銑床使旋轉(zhuǎn)的銑刀在工件上平移，可以加工槽、平面、斜面及成型表面等，是一種較為精密的加工設(shè)備。X62W萬能銑床由底座、床身、主軸、刀桿、升降臺、回轉(zhuǎn)盤、工作臺等組成，如圖7-5所示。工件放置在工作臺上，工作臺可以縱向移動。工作臺放置在可以轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)盤上，回轉(zhuǎn)盤放置在可以橫向移動的橫溜板上，而橫溜板又放置在可以上下移動的升降臺上。因此工作臺能夠向前后、左右、上下多個方向運動。7.2PLC在X62W銑床控制中的應(yīng)用圖7-5X62W萬能銑床結(jié)構(gòu)示意圖圖7-5X62W萬能銑床結(jié)構(gòu)示意圖工作臺的運動方式分為三種：手動、常速進給和快速移動。進給電動機為進給運動和快速移動提供動力，通過機械掛擋實現(xiàn)不同的運動速度。銑床的主運動為銑刀的轉(zhuǎn)動，由主軸電動機提供動力。加工過程中不需改變轉(zhuǎn)向及速度。

X62W萬能銑床的電氣元件分布圖如圖7-6所示。X62W萬能銑床的電氣元件表如表7-2所示。工作臺的運動方式分為三種：手動、常速進給和快速移動。進給圖7-6X62W萬能銑床電氣元件分布圖圖7-6X62W萬能銑床電氣元件分布圖第7章--PLC在機械加工中的應(yīng)用-課件第7章--PLC在機械加工中的應(yīng)用-課件7.2.2X62W萬能銑床繼電控制電路圖解讀

圖7-7所示為X62W萬能銑床的繼電控制電路圖。下面對此電路圖進行仔細解讀。7.2.2X62W萬能銑床繼電控制電路圖解讀

圖7-圖7-7X62W萬能銑床繼電控制電路圖圖7-7X62W萬能銑床繼電控制電路圖X62W萬能銑床共有3臺電動機，分別是主軸電動機M1、冷卻泵電動機M2和進給電動機M3。M1由接觸器KM1控制電源通斷，轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1預(yù)先選擇電動機的轉(zhuǎn)向。M2受接觸器KM1控制，同時受手動轉(zhuǎn)換開關(guān)QS2控制。M3受正轉(zhuǎn)接觸器KM3和反轉(zhuǎn)接觸器KM4控制。銑床電路中有3臺變壓器，分別為照明電路、直流電磁離合器電路和控制電路提供36V和127V交流電源。X62W萬能銑床共有3臺電動機，分別是主軸電動機M1、冷電磁離合器控制電路中，變壓器T2提供的36V電源經(jīng)整流橋VC整流成直流。當(dāng)按下停止按鈕SB5、SB6或?qū)⒅髁铋_關(guān)SA2打到“主軸夾緊”位置時，電磁離合器YC1動作，對主軸電動機M1進行制動，提高了銑床的操作速度。當(dāng)沒有按下快速進給按鈕SB3、SB4時，接觸器KM2處于釋放狀態(tài)，電磁離合器YC2得電吸合，帶動銑床機械換擋裝置，銑床按正常速度作進給運動。當(dāng)按下快速進給按鈕SB3、SB4后，接觸器KM2處于得電吸合狀態(tài)，電磁離合器YC2斷電釋放，電磁離合器YC3得電吸合，帶動銑床機械換擋裝置，銑床帶動溜板快速移動。電磁離合器控制電路中，變壓器T2提供的36V電源經(jīng)整流控制電路中，當(dāng)按下啟動按鈕SB1時，接觸器KM1得電吸合，主軸電動機按SA1預(yù)選的方向旋轉(zhuǎn)。此時控制進給電動機M3的控制電路通電，為動作做好了準備。點按快速移動按鈕SB3或SB4時，接觸器KM2動作，帶動電磁離合器YC2、YC3動作?？刂齐娐分?，當(dāng)按下啟動按鈕SB1時，接觸器KM1得電吸合控制工作臺縱向進給的手柄有向左、向右和停止三個擋位。處于停止?fàn)顟B(tài)時，SQ1和SQ2的動斷觸頭閉合。當(dāng)圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3處于斷開位置時，電源經(jīng)5、17、23、41、29號導(dǎo)線到達31號導(dǎo)線，為接觸器KM3和KM4電路提供電源。需要工作臺向左進給時，手柄打向左側(cè)，壓下行程開關(guān)SQ2，使SQ2的動合觸頭閉合，動斷觸頭斷開。這時電源通過SQ3、SQ4、SQ5的動斷觸頭接通，接觸器KM4得電吸合，進給電動機M2反轉(zhuǎn)，工作臺左向進給。如果手柄打向右側(cè)，則壓下行程開關(guān)SQ1，使SQ1動合觸頭閉合，動斷觸頭斷開，接觸器KM3得電吸合，進給電動機M3正向旋轉(zhuǎn)，帶動工作臺向右進給?？刂乒ぷ髋_縱向進給的手柄有向左、向右和停止三個擋位。處于控制工作臺橫向及升降進給手柄有向前、向后、向下、向上和停止五個位置，與離合器相聯(lián)系，前后方向進給與上下方向進給轉(zhuǎn)換通過手柄帶動離合器來實現(xiàn)。處于停止擋位時，SQ3和SQ4的動斷觸頭閉合，電源經(jīng)5、17、23、25、27、29號導(dǎo)線到達31號導(dǎo)線，為接觸器KM3和KM4電路提供電源。手柄打“向前”或“向下”時，壓下行程開關(guān)SQ3，使SQ3的動合觸頭閉合，動斷觸頭斷開，電源由縱向進給行程開關(guān)SQ1和SQ2的動斷觸頭提供。同時，接觸器KM3得電吸合，電動機M3正向旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動工作臺向前或向下進給。手柄打“向后”或“向上”時，壓下行程開關(guān)SQ4，使SQ4的動合觸頭閉合，動斷觸頭斷開，電源由縱向進給行程開關(guān)SQ1和SQ2的動斷觸頭提供。同時，接觸器KM4得電吸合，電動機M3反向旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動工作臺向后或向上進給?？刂乒ぷ髋_橫向及升降進給手柄有向前、向后、向下、向上和停主軸制動開關(guān)SA2打到制動時，切斷控制電路電源，使所有電動機停止轉(zhuǎn)動。行程開關(guān)SQ5為進給電動機沖動而設(shè)，SQ6為主軸電動機沖動而設(shè)。沖動類似于電動機點動，便于離合器掛擋。主軸制動開關(guān)SA2打到制動時，切斷控制電路電源，使所有電7.2.3X62W萬能銑床PLC控制方案

1.?PLC機型選擇及硬件連接

X62W萬能銑床的繼電接觸器電路看起來并不復(fù)雜，但仔細分析后才知道其中包含了許多連鎖環(huán)節(jié)。下面簡單介紹其中的三個聯(lián)鎖環(huán)節(jié)。

(1)主電動機與進給電動機的聯(lián)鎖。這是電氣上的聯(lián)鎖。從圖7-7中可以知道，進給電動機接觸器KM3、KM4的電源只有當(dāng)KM1或KM2接通時才能接通。

(2)工作臺各進給方向上的連鎖。這是機械及電氣的雙重連鎖。工作臺縱向進給操作手柄及工作臺橫向進給操作手柄是十字形操作手柄，手柄每次操作只能撥向某一個位置，這是機械連鎖。此外，從電路中可以知道，當(dāng)這兩支操作手柄同時從中間位置移開時，KM3及KM4的電流通道即被切斷，這是電氣連鎖。7.2.3X62W萬能銑床PLC控制方案

1.?P(3)線性進給運動工作臺與圓工作臺的連鎖。由圖7-7的分析可知，當(dāng)使用圓工作臺時，SQ1～SQ4中任一限位開關(guān)動作時，KM3將斷電。

為了在使用PLC作為主要裝置后以上連鎖功能都得以保留，以上連鎖所涉及的器件都需接入PLC的輸入口，這包括SQ1～SQ4和SB3～SB6。SA3的處理則不同，由于SA3只有斷開及接通兩個工作位置，它的三對觸點的狀態(tài)可以用其中的一對觸點的狀態(tài)表示。(3)線性進給運動工作臺與圓工作臺的連鎖。由圖7-7的因此只選繼電器圖中接于29～31點的一對觸點接入PLC，且以常開為常態(tài)。經(jīng)統(tǒng)計，以上器件再加上各種按鈕及開關(guān)等器件，可知銑床共需12個輸入口。在具體連接時，這些器件的串聯(lián)及并聯(lián)的觸點均在連接后接入PLC，且熱繼電器觸點均串在輸出器件電路中，不占用輸入口。在考慮輸出口數(shù)量時，注意到輸出器件有兩個電壓等級，并將控制邏輯簡單的電路，如KM2的常閉觸點對YC2的控制，直接在PLC機外連接，不再通過PLC。這樣輸出口分為兩組連接點。依輸入/輸出口的數(shù)量及控制功能選取西門子CPU224機一臺，輸入/輸出口的接線圖如圖7-8所示。因此只選繼電器圖中接于29～31點的一對觸點接入PLC，圖7-8X62W萬能銑床PLC接線圖圖7-8X62W萬能銑床PLC接線圖

2.?X62W萬能銑床PLC程序設(shè)計

使用梯形圖設(shè)計X62W萬能銑床的PLC程序，設(shè)計的基本原則仍是“復(fù)述”原繼電器電路所敘述的邏輯內(nèi)容。由于梯形圖總是針對輸出列寫支路的，因此可以根據(jù)繼電器線路中KM1的邏輯關(guān)系繪出梯形圖的第1個支路，根據(jù)KM2的邏輯關(guān)系繪出第2個支路。為了表達繼電器線路圖中主軸電動機與進給電動機的聯(lián)鎖，選取輔助繼電器M10.0繪出第3個支路。M10.0支路中的觸點可結(jié)合繼電器圖中“23”號線得電的條件繪出。第4、5、6支路表