X52K立式銑床的改造.doc

國家職業(yè)資格全省統(tǒng)一鑒定維修電工技師（國家職業(yè)資格二級）論文題目： X52K立式銑床的改造 姓 名： 傅興 身份證號： 320721198801033672 所在省市： 江蘇省常州市 所在單位： 江蘇省常州技師學院 目錄第一章 X52K立式銑床的簡介 1第一節(jié) X52K立式銑床 1第二節(jié) X52K立式銑床的結(jié)構(gòu)特點2第三節(jié) X52K立式銑床的主電路分析4第四節(jié) X52K立式銑床的控制電路分析5 第二章：X52K立式銑床的電氣系統(tǒng)的硬件改造10第一節(jié) 改造的目的10第二節(jié) 傳感器的選用10第三節(jié) PLC的選用13第四節(jié) PLC輸入輸出分配表15第五節(jié) PLC接線圖16第三章：X52K立式銑床電氣系統(tǒng)的軟件設計17第一節(jié) 主要程序編寫17第二節(jié) 改造后的優(yōu)點19論文的總結(jié)19答謝詞20參考文獻20X52K型立式升降銑床的改造摘要：X52K型立式升降銑床是一種早期的立式銑床，是一種應用范圍很廣的機床。主要用于機械制造、模具、儀器、儀表、汽車、摩托車等行業(yè)的加工。傳統(tǒng)X52K立式銑床由于采用的是繼電器控制，主傳動系統(tǒng)的調(diào)速均采用多聯(lián)齒輪離合器的方式，在實際加工過程中暴露出噪聲大，起動傳動不平穩(wěn)，換速時沖擊大等問題。本次論文通過以PLC為控制核心，采用傳感器等技術對X52K機床控制部分進行電氣改造。這可以大幅度節(jié)約電能，提高系統(tǒng)的自動化程度，并使系統(tǒng)運行可靠穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，維修，維護，調(diào)整方便，經(jīng)濟實用配置，取代了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。關鍵詞：銑床 PLC 傳感器 第一章 X52K立式銑床的簡介一X52K立式銑床本機床是一種強力金屬切削機床，機床的主軸傳動系統(tǒng)由功率為7.5kw的電動機驅(qū)動，能承受重負荷切屑。主軸錐孔可直接或通過附件安裝各種圓柱銑刀、圓片銑刀、成型銑刀、端面銑刀等刀具，適于加工各種零件的平面、斜面、溝槽、孔等，是機械制造、模具、儀器、儀表、汽車、摩托車等行業(yè)的理想加工設備圖1-1 X52K立式銑床實物圖二X52K立式銑床的結(jié)構(gòu)特點1.X52K立式銑床的結(jié)構(gòu) X52K為立式升降臺銑床，其主軸軸線垂直于工作臺面，外形如圖1-2所示，主要由床身、立銑頭、主軸、工作臺、升降臺、底座組成。圖1-2 X52K立式銑床結(jié)構(gòu)圖(1) 床身固定和支承銑床各部件；(2) 立銑頭支承主軸，可左右傾斜一定角度；(3 )主軸為空心軸，前端為精密錐孔，用于安裝銑刀并帶動銑刀旋轉(zhuǎn)；(4 )工作臺承載、裝夾工件，可縱向和橫向移動，還可水平轉(zhuǎn)動；（5） 升降臺通過升降絲杠支承工作臺，可以使工作臺垂直移動；（6） 變速機構(gòu)主軸變速機構(gòu)在床身內(nèi)，使主軸有18種轉(zhuǎn)速，進給變速機構(gòu)在升降臺內(nèi)，可提供18種進給速度；（7） 底座支承床身和升降臺，底部可存儲切削液。2. X52K立式銑床的特點(1) 立銑頭可在垂直平面內(nèi)順、逆回轉(zhuǎn)調(diào)整 45，拓展機床的加工范圍；主軸軸承為圓錐滾子軸承，承載能力強，且主軸采用能耗制動，制動轉(zhuǎn)矩大，停止迅速、可靠。(2) 工作臺X/Y/Z向有手動進給、機動進給和機動快進三種，進給速度能滿足不同的加工要求；快速進給可使工件迅速到達加工位置，加工方便、快捷，縮短非加工時間。(3) X、Y、Z三方向?qū)к壐苯?jīng)超音頻淬火、精密磨削及刮研處理，配合強制潤滑，提高精度，延長機床的使用壽命。(4) 潤滑裝置可對縱、橫、垂向的絲杠及導軌進行強制潤滑，減小機床的磨損，保證機床的高效運轉(zhuǎn)；同時，冷卻系統(tǒng)通過調(diào)整噴嘴改變冷卻液 流量的大小，滿足不同的加工需求。(5) 機床設計符合人體工程學原理，操作方便；操作面板均使用形象化符號設計，簡單直觀。3. X52K立式銑床電器元件明細表 X52K立式銑床主要技術參數(shù)X52K主軸端面至工作臺距離(mm)45415主軸中心線到床身垂直導軌的距離(mm)350主軸孔錐度7：24 ISO50主軸孔徑(mm)29主軸轉(zhuǎn)速(r.p.m)301500/18極立銑頭最大回轉(zhuǎn)角度45主軸軸向移動距離(mm)85工作臺工作面(寬度長度)(mm)1325320工作臺行程縱向/橫向/垂向（手動/機動)(mm)720/700、255/240、370/350工作臺進給范圍縱向/橫向/垂向(mm/min)23.51180/23.51180/8394工作臺快速移動速度縱向/橫向/垂向(mm/min)2300/2300/770T型槽槽數(shù)/槽寬/槽距(mm/)3/18/70主電機功率(mm) 7.5進給電機功率(kw)1.5外形尺寸(mm)253018902380機床凈重(kg)3200三X52K立式銑床的主電路分析 主電路中有三臺電動機，主軸電動機M1，冷卻泵電動機M2和工作臺進給電動機M3。如圖1-3所示。 主軸電動機M1能正，反轉(zhuǎn)，由轉(zhuǎn)換開關SC5控制，停車時有全波整流能耗制動，主軸通過機械調(diào)速可獲18種速度。 冷卻泵電動機M2通過傳動機構(gòu)將冷卻液輸送到切割處，進行冷卻。 工作臺進給電動機M3的正，反轉(zhuǎn)由接觸器KM3和KM4控制。通過機械傳動可使工作臺在橫向，縱向和垂直方向做手動進給，機動進給和快速移動。主軸和工作臺都采用調(diào)速盤選擇速度，在切換齒輪以改變速度時，主軸電動機M1和工作臺進給電動機M3應當做短時的低速轉(zhuǎn)到（沖動） ，使齒輪易于嚙合。圖1-3 X52K立式銑床主電路圖四控制電路分析1主軸電動機M1控制 M1的正，反轉(zhuǎn)由轉(zhuǎn)換開關SC5控制，這是由于銑床主軸的旋轉(zhuǎn)方向不需要經(jīng)常變換。采用手動的轉(zhuǎn)換開關可以控制線路比較簡單，運行也更可靠，所以沒有采用兩只接觸器的控制線路。主軸電動機M1的定子繞組經(jīng)接觸器KM2的主觸頭可以接通直流電源進行能耗制動。能耗制動的直流電源由橋式整流器UR供給。X52K型立式銑床有兩套操作按鈕和操作手柄，分別安裝在機床的正面和左側(cè)面，以實現(xiàn)兩地控制，其中SB1和SB2是主軸電動機M1的停止按鈕，SB3和SB4為啟動按鈕。主軸電動機M1的旋轉(zhuǎn)方向在啟動前由轉(zhuǎn)速開關SC5選定。按下啟動按鈕SB3或SB4，接觸器KM1線圈得電，KM1常開觸頭閉合自鎖，KM1主觸頭閉合，電動機M1啟動。同時KM1的一個動合觸頭閉合，接通工作臺控制電路的電源。按下停止按鈕SB1或SB2，它們的常閉觸頭斷開接觸器KM1的線圈電路，常開觸頭接通接觸器KM2的線圈電路，KM1常閉觸頭復位后，KM2得電吸合，將全波整流電源送到電動機M1的定子繞組，進行能耗制動。松開SB1或SB2，接觸器KM2斷電釋放，主軸電動機M1制動結(jié)束。行程開關SQ7與主軸的調(diào)速機構(gòu)聯(lián)動，在切換主軸轉(zhuǎn)速時，能使主軸電動機M1短時沖動。主軸調(diào)速應在主軸電動機M1停車時進行，先將一個調(diào)速手柄扳開，將調(diào)速盤轉(zhuǎn)到需要的轉(zhuǎn)速，然后將手柄扳回到原來位置，壓合行程開關SQ7，SQ7的常開觸頭SQ7-1短時閉合，接觸器KM1短時吸合，隨后又釋放，主軸電動機M1就短時沖動，使齒輪易于嚙合。同時SQ7-2常閉觸點斷開，使接觸器KM1的自鎖回路斷開。行程開關SQ7復原時，SQ7-1斷開，KM1線圈斷電釋放，SQ7-2恢復閉合，主軸電動機M1停轉(zhuǎn)。2. 冷卻泵電動機M2控制M2用轉(zhuǎn)換開關SC3控制。合上SC3，當接觸器KM1吸合時，冷卻泵電動機M2與主軸電動機M1同時啟動。3 . 工作臺進給電動機M3控制不使用圓形工作臺時，轉(zhuǎn)換開關SC1應扳到斷開位置，觸頭SC1-1,SC1-3閉合，SC1-2斷開。在加工過程中，工作臺進給電動機M3的正，反轉(zhuǎn)有KM3和KM4兩個接觸器控制。接觸器KM3主觸頭閉合時電動機M3正轉(zhuǎn)，工作臺可向左，向前或向下進給；KM4吸合時電動機M3反轉(zhuǎn)，工作臺可向左，向后或向上運動。工作臺還可快速移動，由快速接觸器KM5和快速移動電磁鐵YC控制。工作臺的快速移動和進給運動由同一臺電動機M3拖動。X52K型立式銑床工作臺的進給運動用手柄操作。進給電動機M3可以在兩種情況下工作，一般情況是主軸電動機啟動運行后，接觸器KM1的常開觸頭接通工作臺進給電動機的控制電路的電源，另一種情況是主軸電動機沒有啟動，需要工作臺快速移動，按下SB5或SB6，KM5線圈得電，KM5常開觸點接通工作臺快速移動的控制線路電源。工作臺縱向進給操作手柄有三個位置，即向左，向右和停止?？v向進給操作手柄轉(zhuǎn)到向左或向右位置時，推動一個離合器接通縱向進給絲杠。同時手柄通過聯(lián)動機構(gòu)操作行程開關SQ1和SQ2，手柄扳倒向右位置，行程開關SQ1的常開觸點SQ1-1閉合，常閉觸點SQ1-2斷開。SQ1-1閉合，手柄扳回到向左位置，行程開關SQ1復位，SQ2被壓合，SQ2-2斷開，SQ2-1閉合，接觸器KM4線圈得電吸合，電動機M3反轉(zhuǎn)，工作臺向左進給，手柄扳倒零位，SQ1和SQ2都復位，接觸器KM3和KM4的線圈電路都斷開，進給電動機M3停止。工作臺橫向和垂直進給操作手柄有五個位置，向前，向后，向下，向上和零位。手柄接通橫向和垂直進給絲杠通過聯(lián)動機構(gòu)又能控制行程開關SQ3和SQ4。手柄在向前和向下位置時，SQ3的常開觸頭SQ3-1閉合，常開觸頭SQ3-2斷開，手柄在向后和向上位置時，SQ4的常開觸頭SQ4-1閉合，常閉觸頭SQ4-2斷開，手柄在零位，SQ3和SQ4的常開觸頭斷開，常閉觸頭閉合，操作手柄的各個位置互相聯(lián)鎖，不可能同時接通不同方向的進給運動。行程開關的常閉觸頭SQ1-2和SQ2-2串聯(lián)，SQ3-2與SQ4-2串聯(lián)，兩條串聯(lián)支路再并聯(lián)連接，這樣的連接可防止兩個手柄都板離零位的不正確的操作方法。如果兩個手柄都不在零位，則兩條并聯(lián)支路都不通，接觸器KM4和KM5的線圈都不能獲電動作，工作臺進給電動機不會啟動。工作臺也采用調(diào)速盤和調(diào)速手柄調(diào)速，在調(diào)速時，工作臺的兩個手柄都不應當在零位，主軸電動機M1應該啟動，工作臺變速步驟與主軸的變速步驟相同。當手柄扳回原位時，行程開關SQ6短時動作，常開觸點SQ6-1閉合，常閉觸點SQ6-2斷開，接觸器KM3短時間吸合又釋放。工作臺進給電動機M3短時沖動，使齒輪易于嚙合。工作臺進給運動用手柄操作，這是它的優(yōu)點，但是手柄和電氣設備的聯(lián)動機構(gòu)復雜，易發(fā)生故障。在主軸電動機未開動時，工作臺可以在各個方向做快速移動，快速移動的方向也由操作手柄的位置決定，板好工作臺操作手柄的位置，按下按鈕SB5或SB6,接觸器KM5線圈獲電吸合KM5的主軸點閉合，接通電磁鐵YC，使工作臺快速移動的傳動機械接通，KM5的動合觸頭閉合，接通工作臺控制線路的電源，使接觸器KM3或KM4線圈能獲電吸合工作臺就在選定的方向快速移動。工作臺快速移動用點動控制，松開按鈕SB5或SB6，工作臺快速移動停止。如果主軸已開動，工作臺已按某個進給方向移動，按下快遞移動按鈕SB5或SB6，接觸器KM5線圈得電，電磁鐵YC吸合，工作臺就在原來進給方向做快速移動。松開按鈕SB5或SB6，工作臺快速移動又變?yōu)樵瓉淼倪M給運動。X52K立式銑床控制電路如下圖1-4所示圖1-4 X52K立式銑床控制電路第二章 X52K立式銑床的PLC的硬件改造一改造的目的傳統(tǒng)X52K立式銑床由于采用的是繼電器控制，繼電器控制存在許多缺點，如電路接線復雜，觸點多，噪聲大，可靠性差，故障診斷與排除等。絕大多數(shù)控制繼電器的觸點容易產(chǎn)生電弧，甚至會在融在一起產(chǎn)生誤操作，引起嚴重后果。而且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線，安裝，如果有簡單改動，也需要花費大量的時間及人力和物力去改制，安裝和調(diào)試。若用PLC控制就避免了這些問題，通過以PLC為控制核心，采用，傳感器等技術對X52K機床控制部分進行電氣改造。因為PLC的優(yōu)點有：（1）PLC系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短。PLC采用了一系列可靠性設計的方法進行設計。（2）PLC有較高的易操作性。它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不容易發(fā)生誤操作。（3）PLL是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設計的控制裝置，它具有比通用計算機控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言。編程出錯率很低。（4）對PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。程序的輸入可直接顯示，更改程序的操作也可以直接根據(jù)所需要的地址編號或接點號進行搜索或程序的尋找，然后進行更改。（5）PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程簡單。以上特點使用PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高，程序設計方便靈活，抗干擾能量力強，運行穩(wěn)定等諸多優(yōu)點。二傳感器選用1.限位開關的不足本電路采用的限位開關是行程開關，行程開關的特點就是當床身碰到行程開關時，此行程開關動作，常開閉合，常閉斷開。而就是由于行程開關必須是當床身碰到且壓到它時才會動作，故這樣會顯得不是很靈敏，可能會發(fā)生床身掉落的或毀壞。若用光電傳感器代替則解決這一問題了。光電傳感器的優(yōu)點：（1）具有自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示功能，可及時告知工作狀態(tài)是否可靠；(2)對射式、反射式、鏡面反射式光電開關都有防止相互干擾功能，安裝方便；(3)對ES外同步（外診斷）控制端的進行設置可在運行前預檢光電開關是否正常工作。并可隨時接受計算機或可編程控制器的中斷或檢測指令，外診斷與自診斷的適當組合可使光電開關智能化；(4)響應速度快，高速光電開關的響應速度可達到0.1ms，每分鐘可進行30萬次檢測操作，能檢出高速移動的微小物體；(5)采用專用集成電路和先進的SMT表面安裝工藝，具有很高的可靠性；(6)體積?。ㄗ钚H203112mm）、重量輕，安裝調(diào)試簡單，并具有短路保護功能。2.傳感器的選用接近開關又稱無觸點行程開關，它除可以完成行程控制和限位保護外，還是一種非接觸型的檢測裝置，用作檢測零件尺寸和測速等，也可用于變頻計數(shù)器、變頻脈沖發(fā)生器、液面控制和加工程序的自動銜接等。特點有工作可靠、壽命長、功耗低、復定位精度高、操作頻率高以及適應惡劣的工作環(huán)境等。在各類開關中，有一種對接近它物件有“感知”能力的元件位移傳感器。利用位移傳感器對接近物體的敏感特性達到控制開關通或斷的目的，這就是接近開關。當有物體移向接近開關，并接近到一定距離時，位移傳感器才有“感知”，開關才會動作。通常把這個距離叫“檢出距離”。不同的接近開關檢出距離也不同。有時被檢測驗物體是按一定的時間間隔，一個接一個地移向接近開關，又一個一個地離開，這樣不斷地重復。不同的接近開關，對檢測對象的響應能力是不同的。這種響應特性被稱為“響應頻率”。三PLC的選用由于繼電器控制，它結(jié)構(gòu)復雜，接線繁瑣，容易出現(xiàn)故障而不易檢測等缺點。所以我們采用PLC控制，改善以上的缺點，提高控制精度。1. PLC的選型根據(jù)X52K立式銑床的控制要求及原理圖可以知道：輸入 輸出主軸停止：SB1 主電機啟動：KM1主軸停止：SB2 主軸制動：KM2主軸啟動：SB3 進給電機正傳：KM3主軸啟動：SB4 進給電機反轉(zhuǎn)：KM4工作臺快速移動：SB5 進給電機的快速運動：KM5工作臺快速進給：SB6 快速移動電磁離合器：YC照明燈開關：SC2 照明燈：EL工作臺向右進給：SQ1 工作臺向左進給 ：SQ2 工作臺向前，向下進給：SQ3 工作臺向后，向上進給：SQ4 進給變速沖動：SQ6 主軸變速沖動：SQ7 從以上輸入、輸出可看出要選的PLC的輸入端必須大于13個而輸出端必須大于7個。但是機床控制線路的電壓等級比較多。所以在選PLC時必須注意PLC的輸出。而本次畢業(yè)論文選用的PLC是三菱PLC。且根據(jù)輸入、輸出點數(shù)，選用三菱FX2N-32MRPLC。 2三菱FX2N-32MRPLCFX2N-32MR的三菱PLC的外形圖如圖2-2所示。圖22 FX2N-32MR的三菱PLC的外形圖四. PLC的輸入輸出分配表PLC的輸入輸出表輸入分配表名稱符號輸入主軸停止按鈕SB1X0主軸停止按鈕SB2X1主軸啟動按鈕SB3X2主軸啟動按鈕SB4X3工作臺快速移動SB5X4工作臺快速移動SB6X5照明燈開關SC2X6工作臺向右進給行程開關SQ1X7工作臺向左進給行程開關SQ2X10工作臺向前、向下進給行程開關SQ3X11工作臺向后、向上進給行程開關SQ4X12進給變速沖動開關SQX13主軸變速沖動開關SQX14PLC輸出分配表輸出分配表名稱符號輸出主軸電機啟動KM1 Y1 主軸制動KM2Y2進給電機正轉(zhuǎn)KM3Y3進給電機反轉(zhuǎn)KM4Y4進給電機的快速運動 KM5Y5快速移動電磁離合器YCY6照明燈ELY7五. PLC接線圖第三章：X52K立式銑床電氣系統(tǒng)的軟件設計一. PLC程序設計本次論文我選用了FXGPWIN3.3中文版軟件編寫程序梯形圖，梯形圖語言因為程序直觀，簡單。方便用戶調(diào)試，所以其使用率比較高.FXGPWIN3.3軟件能方便的實現(xiàn)指令與梯形圖之間的轉(zhuǎn)換，且能 夠自檢程序，提示用戶及時發(fā)現(xiàn)程序的錯誤。以下為編寫的梯形圖： 二改造后的優(yōu)點 通過以PLC為控制核心，采用傳感器等技術對X52K機床控制部分進行電氣改造。改造后X52K機床不光具有運行平穩(wěn)，噪音小，變速范圍廣的優(yōu)點，還提高了產(chǎn)品精度和生產(chǎn)效率。由于使用了PLC，傳感器等先進技術增加了產(chǎn)品的附加值。使X52K機床獲得了新生?？?結(jié)即將畢業(yè)了，意味著校園生活即將逝去，永遠告別美好得學生時代，步入人生得另一個階段。在這期間我將自己的全部精力傾注于這次論文的創(chuàng)作中，本論文是在經(jīng)過一個多月的時間完成的，我參考了許多的資料，包括網(wǎng)上的，書本上的，盡我的所能，終于按期完成了。剛開始接觸這個機床的時候，真的是一頭兩大，面對著密密麻麻的資料真的不知道從哪里下手，后來只能硬著頭皮往下做，在設計過程中遇到了很多的困難，多次求助了老師和同學，在他們的幫助下，結(jié)合以前學的機床知識，PLC等，加上自己的努力，總算交出了還算滿意的答卷。這次設備安裝調(diào)試的成功讓我更加熱愛本專業(yè)。在PLC、文本程序編輯的過程中，是我體會到在實際應用中考慮問題要更加緊密。在設備安裝調(diào)試過程中解決問題的經(jīng)驗，為以后工作的實戰(zhàn)打下了堅實基礎。答 謝 詞在這次的論文設計中，我遇到了很多的不懂的地方，我的指導老師都曄凱老師幫了很大的忙，耐心對我講解，在講解的過程中還傳授了新知識，一些編圖軟件我都會的差不多了，我想對以后肯定會很有用的吧。論文中的不足之處，都老師都用紅色的字體表明，并督促我抓緊時間，把技師鑒定的其他項目利用課余時間也多看看。很感謝都老師對我的輔導。 另外，在本次論文撰寫的過程中，我還得到了同學的寶貴意見和幫助，感謝他們自己都忙的不可開交了還依然幫，才使我的論文能夠順利的完成，真的很感謝你們，我親愛的同學。最后，感謝學院領導為我們提供一個好的學習環(huán)境，讓我可以在一個好的學習氛圍中安心學習，還要感謝學院領導給我們學習提供的幫助！在此感謝班主任朱曦老師四年里的栽培。謝謝你們！參 考 文 獻 1三菱FX2N系列PLC應用技術機械工業(yè) 出版社 2變頻調(diào)速技術與應用電子工業(yè)出版社李良仁、汪臨偉著 3常用機床電氣控制電路化學工業(yè)出版社 宋昌才主編 4通用變頻器及其應用 機械工業(yè)出版社 韓安榮主編 。