1、T68機床PLC改造可行性分析、八 、刖言鏜床是用鏜刀對工件已有地預制孔進行鏜削地機床，通常,鏜刀旋轉為主運動，鏜刀或工件地移動為進給運動，它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多個孔地精加工，此外還可以從事與孔精加工有關地其他加工面地加工 ，使用不同地刀具和附件還可進行鉆削、銃削、 切它地加工精度和表面質量要高于鉆床，鏜床是大型箱體零件加工地主要設備，螺紋及加工外圓和端面等，鏜床分為臥式鏜床、落地鏜銃床、金剛鏜床和坐標鏜床等類型因為制造武器地需要，在15世紀就已經出現了水力驅動地炮筒鏜床，1769年J.瓦特取得實用蒸汽機專利后，汽缸地加工精度就成了蒸汽機地關鍵問題，1774年英國人J.威爾金森

2、發明炮筒鏜床，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地汽缸鏜床，1880年前后，在德國開始生產帶前后立柱和工作臺地臥式鏜床，為適應特大、特重工件地加工，20世紀30年代發展了落地鏜床，隨著銃削工作量地增加，50年代出現了落地鏜銃 床，20世紀初，因為鐘表儀器制造業地發展，需要加工孔距誤差較小地設備，在瑞士出現了坐標鏜床，為了提高鏜床地定位精度，已廣泛采用光學讀數頭或數字顯示裝置，有些鏜床還采用數字控制系統實現坐標定位和加工過程自動化，可編程控制器<PLC）是以微處理器為核心，將自動控制技術、計算機技術和通信技術融為一體而發展起來地嶄新地工業自動控制裝置，PLC以

3、基本代替傳統地繼電器控制而廣泛應用于工業控制地各個領域 ，它已躍居工業自動化三大支柱地首位，PLC控制系統地硬件是由微處理器<CPU ）、存儲器<ROM和RAM ）、輸入/輸出<1/0）單元、電源單元及外圍設備等組成硬件結構如圖1所示，系統地規模可根據實際應用地需要而定，可大可小,如今，對舊有機床進行 PLC改造已經非常普遍，針對舊有地鏜床，其電氣控制為繼電控制 而在繼電控制中，接觸觸點多，所以故障也多，操作人員維修任務較大，機械使用效率低,本課 題來源于生產實際地需要，對于T68鏜床用PLC改造其繼電器控制電路，克服了舊有機床地 以上缺點，降低設備故障率，提高了設備使用效率

4、，一、立項依據1、設計目地與意義近年來PLC在工業自動控制領域應用越來越廣泛 ，在控制性能、組機周期和硬件成本等 方面具有其他工業控制產品難以比擬地優勢 ，使用PLC對T68鏜床進行控制電路改造具有 普遍地技術意義和經濟意義 ，本次設計對T68控制系統進行改造使 T68機床能夠實現初步地數字控制達到提高提高 鏜床地穩定性和自動化程度，延長鏜床使用壽命，降低機床故障地目地，通過對鏜床控制電路用PLC地實現可以使其電路大幅度簡化，在便于控制、降低維修難度地基礎上可以使T68地長期使用成本大大降低，通過這次課題設計可以將大學四年所學地知識融會貫通，與實踐相結合使其能夠得到綜合運用，為將來步入生產崗位

5、做好了準備，2、技術條件及背景在工業控制領域，為了實現弱電控制強電，使機械設備實現預期地要求，繼電器系統曾被 廣泛使用并占據主導地位，雖然它具有結構簡單、易學易懂、價格便宜地優點，但其控制過程是由硬件接線地方式實現地，如果某一個繼電器損壞，甚至僅僅是一對觸點接觸不良，就可能造成系統地癱瘓，而故障地查找和排除又往往十分困難，費時費力，如果產品更新換代則需要改變整個控制系統地控制周期，可見繼電器控制系統存在著可靠性低、適應性差地缺點，給人們在使用上帶來了很大地不便，20世紀60年代末，為了克服傳統繼電器地種種應用上地缺點，人們研制出了一種先進地自動控制設備 PLC，因為PLC具有優良地技術性能，因

6、此它一問世就很快得到了推廣應用，現在PLC作為用于工業生產過程控制地專用計算機，與商家、家用地微機不同，因為控制對象地復雜性，使用環境地特殊性和工作運行地連續性，使其在設計上有許多特點 ，PLC控制具有以下優點：可靠性高，抗干擾能力強；接口模塊功能強、品種多；硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強；編程方法簡單、直觀；系統地設計/安裝、調試工作量少；維修工作量小、維護方便；體積小、耗能低、重量輕 ，而機床作為工作母機，對電氣地控制也有了很高地要求 ，必須有很強地控制抗干擾能力 ， 運行可靠，并且簡化控制方式提高機床地使用壽命 ，因此根據實際生產地需要對 T68地控制 電路進行PLC改造，3、T6

7、8機床地結構和運動分析機床地基本組成如下：1前立柱：固定地安裝在床身地右端，在它地垂直導軌上裝有可上下移動地主軸箱，2主軸箱：其中裝有主軸部件，主運動和進給運動變速傳動機構以及操縱機構，3后立柱：可沿著床身導軌橫向移動，調整位置,它上面地鏜桿支架可與主軸箱 同步垂直移動,如有需要,可將其從床身上卸下，4工作臺：由下溜板，上溜板和回轉工作臺三層組成，下溜板可沿床身頂面上地 水平導軌作縱向移動，上溜板可沿下溜板頂部地導軌作橫向移動，回轉工作臺可以 上溜板地環形導軌上繞垂直軸線轉位，能使要件在水平面內調整至一定角度位置 以便在一次安裝中對互相平等或成一角度地孔與平面進行加工，T6離堂床結構示意圖5面

8、板1面板上安裝有機床地所有主令電器及動作指示燈、機床地所有操作都在這 塊面板上進行,指示燈可以指示機床地相應動作，6面板2面板上裝有斷路器、熔斷器、接觸器、熱繼電器、變壓器等元器件，這些元器件直接安裝在面板表面，可以很直觀地看它們地動作情況，7三相異步電動機兩個380V三相鼠籠異步電動機，分別用作主軸電動機 雙速）和快速移動 電動機，8故障開關箱設有32個開關，其中K1到K25用于故障設置；K26到K31保留；K32用 作指示燈開關,可以用來設置機床動作指示與不指示，臥式鏜床加工時運動有：1主運動：主軸地旋轉與平旋盤地旋轉運動，2進給運動：主軸在主軸箱中地進出進給；平旋盤上刀具地徑向進給；主軸

9、箱 地升降,即垂直進給；工作臺地橫向和縱向進給，這些進給運動都可以進行手動或 機動，3輔助運動：回轉工作臺地轉動；主軸箱、工作臺等地進給運動上地快速調位 移動；后立柱地縱向調位移動；尾座地垂直調位移動 ，T68臥式鏜床地電氣原理圖：5匡1黠15SS知蚩-鍛驚覽岀頼率堞IH2京辟史-墀已22-從T68機床地電氣原理圖可以看出，機床地電氣線路比較復雜，接線以及電 磁閥相當地多,組成地控制機構也比較龐大，由此,容易造成線路地故障，并且發生 故障以后檢修維護都比較困難；體積地龐大，占據了更多地空間，會造成機床整體 輪廓地增加；器件地數量過多，不單會受到環境地制約與相互地干擾，而且會造成 機器能耗地增加

10、 ,因此 ,為節省空間、能耗 ,提高機器地可靠性、易于機器地維修 與降低維護成本等原因 ,選擇用 PLC 改造 T68 臥式鏜床地最好地選擇 ,4、預期目標及擬定實現效果1機床原地操作方式不變 ,加工工藝方法不變 , 2機床原有地按鈕、行程開關、控制變壓器、交流接觸器及熱繼電器等繼續使 用 ,其控制作用保持不變 ,3將原有地繼電器控制線路改為由PLC編程來實現,二、設計思路及方法步驟、擬解決地關鍵問題1、具體設計思路通過對 T68 鏜床電氣所有硬件部分接線方式地了解及認識 ,從實際連線出發掌握 T68 地工作 原理以及各機械部件地動作方式 ,然后按照其接線畫出相應地原理圖 ,并對其進行注釋 ,

11、對原 理圖進行進一步地分析 ,并將所有地機械動作原件 接觸器、繼電器、按鈕等）轉換成 PLC 地軟件控制 ,設計 PLC 地梯形圖 ,要求與原有電氣部分控制地工作原理相同 ,2、機床控制電路分析1、主軸電動機 M1 地電路分析主軸電動機M1地正、反轉控制，在原理圖中,12區行程開關SQ3、SQ4在 正常情況下是壓合地 ,主軸電動同 M1 低速控制：將 T68 臥式鏜床高、低速手柄扳到“低速”擋 位置,13區行程開關SQ9斷開,按下主軸電動機M1正轉啟動按鈕SB2,中間繼電器KA1通電閉合，繼而接 觸器KM3通電閉合；18區、19區中K1和KM3地常開觸點閉合，使接觸器 KM1 線圈通電閉合 ,

12、22 區 KM1 常開觸點接通接觸器 KM4 線圈電源 ,主軸電動機 M1接成接法低速正轉，按下主軸電動M1地停止按鈕SB1,主軸電動機M1反 接制動停止 ,按下主軸電動機MI地反轉啟動按鈕SB3,中間繼電器KA2通電閉合，繼而 接觸器KM3通電閉合；19區中K2和KM3地常開觸點閉合，使接觸器KM2線 圈通電閉合,23區KM2常開觸點接通接觸器KM4線圈電源，主軸電動機M1接 成接法低速反轉，按下主軸電動M1地停止按鈕SB1,主軸電動機M1反接制動 停止,主軸電動同 M1 高速控制：將 T68 臥式鏜床高、低速手柄扳到“高速”擋 位置,13區行程開關SQ9壓合,按下主軸電動M1正轉啟動按鈕S

13、B2,中間繼電器KA1通電閉合,繼而接觸 器KM3、時間繼電器KT、接觸器KM1和KM4通電閉合，主軸電動機M1接成 接法低速正轉啟動，經過一段時間,時間繼電器KT動作,接觸器KM4失電釋放, 接觸器KM5通電閉合，主軸電動機M1接成丫丫接法高速正轉運行,按下主軸電動M1反轉啟動按鈕SB3,中間繼電器KA2通電閉合,繼而接觸 器KM3、時間繼電器KT、接觸器KM2和KM4通電閉合，主軸電動機M1接成 接法低速反轉啟動，經過一段時間，時間繼電器KT動作,接觸器KM4失電釋放, 接觸器KM5通電閉合，主軸電動機M1接成丫丫接法高速反轉運行,主軸電動機 M1 制動停止控制 ,正轉制動控制：當主軸電動

14、 M1 高、低速正向啟動運行 ,其轉速達到 120r/min 時,21 區速度繼電器 KS2 正轉動作常開觸點閉合 ,為主軸電動 M1 地制 動作好了準備,按下主軸電動機M1停止按鈕SB1,接觸器KM1失電,接觸器KM2及KM4得電閉合，主軸電動M1串電阻R反轉反接制動，當轉速下降至 100r/min時,KS2正轉動作常開觸點斷開,接觸器KM2、KM4斷電釋放,主軸電 動機 M1 完成正轉反接制動控制 ,反轉制動控制：當主軸電動 M1 高、低速反轉啟動運轉 ,其轉速達到 120r/min 時,14區速度繼電器 KS1 正轉動作常開觸點閉合 ,為停車反接制動作好 了準備,按下主軸電動機M1停止按

15、鈕SB1,接觸器KM1失電,接觸器KM2及 KM4得電閉合，主軸電動M1串電阻R反轉反接制動，當轉速下降至100r/min 時,KS2正轉動作常開觸點斷開，接觸器KM2、KM4斷電釋放，主軸電動機M1完 成正轉反接制動控制 ,主軸電動機M1點動、變速控制：分別按下按鈕 SB4或SB5,主軸電動機 M1 可正向或點動運轉 ,當拉出主軸變速操作盤時,行程開關ST3復位,KM3失電釋放,使得KM1或 KM2 及 KM4 或 KM5 失電釋放,主軸電動機 M1 停轉,轉動主軸變速操作盤 ,調整 轉速后,將操作壓回原位 ,若主軸變速齒輪不能很好嚙合 ,則將壓上行程開關 SQ6, 主軸電動機 M1 作短時

16、沖動 ,使主軸變速齒輪嚙合良好 ,2、電動機 M2 地電路分析機床工作臺地縱向和橫向進：將快速手柄扳至快速正向移動位置,行程開關SQ8被壓下,24區常開觸點閉合，接觸器KM6線圈得電閉合，進給電動機M2啟 動運轉,帶動各種進給正向快速移動：將快速手柄扳至反向位置時壓下行程開關 SQ7,接觸器KM7線圈得電閉合，進給電動機M2反向啟動運轉，帶動各種進給反 向快速移動 , 、進給變速控制：進給變速控制地控制過程與主軸變速控制程基本相同 , 只不 過拉出地變速手柄是進給變速操作手柄 ,將主軸變速控制中地行程開關 SQ3 換 成 SQ4, 而進給變速沖動地行程開關為 SQ53、主電路分析T68 型臥式

17、鏜床共由兩臺三相異步電動機驅動 ,即主拖動電動機 M1 和快速 移動電動機M2,熔斷器FU1作電路總地短路保護，FU2作快速移動電動機和控 制電路地短路保護,M1設置熱繼電器作過載保護,M2是短時工作，所以不設置熱 繼電器,M1用接觸器KM1和KM2控制正反轉，接觸器KM4和KM5作三角型一 雙星型變速切換，接觸器KM3用作限制M1地制動電流,M2用接觸器KM6和 KM7 控制正反轉 ,4、PLC 設計開發應用 PLC 地設計任務分為硬件和軟件設計兩部分 ,（ 1） 硬件設計確定安排 PLC 地輸入、輸出點；設計外圍電路 ,包括主電路；選購 PLC 并進行現場安裝接線等內容 ,（2） 軟件設計

18、設計控制流程 ,根據工藝要求先畫出工作循環 ,如有必要再畫詳細地狀態流程圖； 根據工作循環圖 ,畫出虛擬地電路圖 繼電器梯形圖；按梯形圖編寫指令程序表；系統調試：根據設計要求 ,對程序進行調試和修改 ,必要時還可對硬件進行修改 直到符合要求為止 ,5、要達到地效果能夠通過 PLC 控制系統完成對 T68 加工地控制實現以下功能主軸低速正轉主軸高速正轉主軸點動正轉主軸低速反轉主軸高速反轉主軸點動反轉正向反接制動反向反接制動 主軸變速和進給變速控制聯鎖保護裝置6、項目地特色和創新之處三、研究計劃、預期進展及成果1、具體階段目標T68鏜床地基本結構及工作原理T68鏜床地主要技術參數T68鏜床地電氣元

19、件表PLC改造方案 梯形圖程序設計方案PLC地輸入輸出分配PLC硬件接線圖四、機床PLC控制可行性分析C650機床PLC控制改造實例簡單分析與對比1、c650普通車床地電氣控制原理圖2、C650臥式車床PLC改造I/O分配表現場輸入信號輸入地址號現場輸出信號輸出地址號總停止按鈕SB1X1短接制動電阻KMY0主軸電動機 M1地點動按鈕SB2X2主電動機M1正轉KM1Y1主軸電動機 M1地正轉按鈕SB3X3主電動機M1反轉KM2Y2主軸電動機M1地反轉按鈕SB4X4冷卻泵電動機M2起、停KM3Y3冷卻泵電動機M2停止按鈕SB5X5快移電動機M3起、停KM4Y4冷卻泵電動機M2起動按鈕SB6X6時間

20、繼電器KTY10快移電動機M3起、 停位置開關SQX7速度繼電器正轉常開觸頭SR1X10速度繼電器反轉常開觸頭SR2X113、選用日本三菱公司生產地 F1-40MR型PLC，其I/O分配，如圖ibSBTX400X401WSB2X402E-SB3B4 jSB5 X405IfSBGjwSR2X403X404X406X407X410Y433Y434Y435FR1FR2FRX411KTCOMM4Y430KM3Y431KlfflY432KM2KM4Cl_ KM3"*KM2n7ll 1kJT5tf-HL2HL3Y436Y437Y43SY410COMHL7圖中,SB1為急停按鈕，SB2為正轉起動按

21、鈕，SB3為點動按鈕，SB4為 反轉起動按鈕，SB5、SB6為M2 M3順序起動，逆序停機按鈕，SRF、 SRF為正、反轉速度繼電器,FR1-FR3為M1-M3地熱繼電器，KI為欠 流繼電器,HL1-HL6為系統運行狀態指示燈,H為電源指示燈，它直接 與電源相接，不占輸出點，4、指令表01 LDX022LDX302ORX123ORY303ORM024ANDX1204 ANI X325 ORB05ANDX326ANDX71742 OUT Y1OUT T028 OUT Y3OR X543LD X6LDY 030ANDM2OUTM031LDX3LDX032ORY4ORM133ANDX11ANIX335ANDX7OUTM136ANIY3LDX137OUTY4ORM238L