X52K立式铣床的改造.doc

国家职业资格全省统一鉴定维修电工技师（国家职业资格二级）论文题目： X52K立式铣床的改造 姓 名： 傅兴 身份证号： 320721198801033672 所在省市： 江苏省常州市 所在单位： 江苏省常州技师学院 目录第一章 X52K立式铣床的简介 1第一节 X52K立式铣床 1第二节 X52K立式铣床的结构特点2第三节 X52K立式铣床的主电路分析4第四节 X52K立式铣床的控制电路分析5 第二章：X52K立式铣床的电气系统的硬件改造10第一节 改造的目的10第二节 传感器的选用10第三节 PLC的选用13第四节 PLC输入输出分配表15第五节 PLC接线图16第三章：X52K立式铣床电气系统的软件设计17第一节 主要程序编写17第二节 改造后的优点19论文的总结19答谢词20参考文献20X52K型立式升降铣床的改造摘要：X52K型立式升降铣床是一种早期的立式铣床，是一种应用范围很广的机床。主要用于机械制造、模具、仪器、仪表、汽车、摩托车等行业的加工。传统X52K立式铣床由于采用的是继电器控制，主传动系统的调速均采用多联齿轮离合器的方式，在实际加工过程中暴露出噪声大，起动传动不平稳，换速时冲击大等问题。本次论文通过以PLC为控制核心，采用传感器等技术对X52K机床控制部分进行电气改造。这可以大幅度节约电能，提高系统的自动化程度，并使系统运行可靠稳定，结构简单，维修，维护，调整方便，经济实用配置，取代了传统的继电器控制系统。关键词：铣床 PLC 传感器 第一章 X52K立式铣床的简介一X52K立式铣床本机床是一种强力金属切削机床，机床的主轴传动系统由功率为7.5kw的电动机驱动，能承受重负荷切屑。主轴锥孔可直接或通过附件安装各种圆柱铣刀、圆片铣刀、成型铣刀、端面铣刀等刀具，适于加工各种零件的平面、斜面、沟槽、孔等，是机械制造、模具、仪器、仪表、汽车、摩托车等行业的理想加工设备图1-1 X52K立式铣床实物图二X52K立式铣床的结构特点1.X52K立式铣床的结构 X52K为立式升降台铣床，其主轴轴线垂直于工作台面，外形如图1-2所示，主要由床身、立铣头、主轴、工作台、升降台、底座组成。图1-2 X52K立式铣床结构图(1) 床身固定和支承铣床各部件；(2) 立铣头支承主轴，可左右倾斜一定角度；(3 )主轴为空心轴，前端为精密锥孔，用于安装铣刀并带动铣刀旋转；(4 )工作台承载、装夹工件，可纵向和横向移动，还可水平转动；（5） 升降台通过升降丝杠支承工作台，可以使工作台垂直移动；（6） 变速机构主轴变速机构在床身内，使主轴有18种转速，进给变速机构在升降台内，可提供18种进给速度；（7） 底座支承床身和升降台，底部可存储切削液。2. X52K立式铣床的特点(1) 立铣头可在垂直平面内顺、逆回转调整 45，拓展机床的加工范围；主轴轴承为圆锥滚子轴承，承载能力强，且主轴采用能耗制动，制动转矩大，停止迅速、可靠。(2) 工作台X/Y/Z向有手动进给、机动进给和机动快进三种，进给速度能满足不同的加工要求；快速进给可使工件迅速到达加工位置，加工方便、快捷，缩短非加工时间。(3) X、Y、Z三方向导轨副经超音频淬火、精密磨削及刮研处理，配合强制润滑，提高精度，延长机床的使用寿命。(4) 润滑装置可对纵、横、垂向的丝杠及导轨进行强制润滑，减小机床的磨损，保证机床的高效运转；同时，冷却系统通过调整喷嘴改变冷却液 流量的大小，满足不同的加工需求。(5) 机床设计符合人体工程学原理，操作方便；操作面板均使用形象化符号设计，简单直观。3. X52K立式铣床电器元件明细表 X52K立式铣床主要技术参数X52K主轴端面至工作台距离(mm)45415主轴中心线到床身垂直导轨的距离(mm)350主轴孔锥度7：24 ISO50主轴孔径(mm)29主轴转速(r.p.m)301500/18极立铣头最大回转角度45主轴轴向移动距离(mm)85工作台工作面(宽度长度)(mm)1325320工作台行程纵向/横向/垂向（手动/机动)(mm)720/700、255/240、370/350工作台进给范围纵向/横向/垂向(mm/min)23.51180/23.51180/8394工作台快速移动速度纵向/横向/垂向(mm/min)2300/2300/770T型槽槽数/槽宽/槽距(mm/)3/18/70主电机功率(mm) 7.5进给电机功率(kw)1.5外形尺寸(mm)253018902380机床净重(kg)3200三X52K立式铣床的主电路分析 主电路中有三台电动机，主轴电动机M1，冷却泵电动机M2和工作台进给电动机M3。如图1-3所示。 主轴电动机M1能正，反转，由转换开关SC5控制，停车时有全波整流能耗制动，主轴通过机械调速可获18种速度。 冷却泵电动机M2通过传动机构将冷却液输送到切割处，进行冷却。 工作台进给电动机M3的正，反转由接触器KM3和KM4控制。通过机械传动可使工作台在横向，纵向和垂直方向做手动进给，机动进给和快速移动。主轴和工作台都采用调速盘选择速度，在切换齿轮以改变速度时，主轴电动机M1和工作台进给电动机M3应当做短时的低速转到（冲动） ，使齿轮易于啮合。图1-3 X52K立式铣床主电路图四控制电路分析1主轴电动机M1控制 M1的正，反转由转换开关SC5控制，这是由于铣床主轴的旋转方向不需要经常变换。采用手动的转换开关可以控制线路比较简单，运行也更可靠，所以没有采用两只接触器的控制线路。主轴电动机M1的定子绕组经接触器KM2的主触头可以接通直流电源进行能耗制动。能耗制动的直流电源由桥式整流器UR供给。X52K型立式铣床有两套操作按钮和操作手柄，分别安装在机床的正面和左侧面，以实现两地控制，其中SB1和SB2是主轴电动机M1的停止按钮，SB3和SB4为启动按钮。主轴电动机M1的旋转方向在启动前由转速开关SC5选定。按下启动按钮SB3或SB4，接触器KM1线圈得电，KM1常开触头闭合自锁，KM1主触头闭合，电动机M1启动。同时KM1的一个动合触头闭合，接通工作台控制电路的电源。按下停止按钮SB1或SB2，它们的常闭触头断开接触器KM1的线圈电路，常开触头接通接触器KM2的线圈电路，KM1常闭触头复位后，KM2得电吸合，将全波整流电源送到电动机M1的定子绕组，进行能耗制动。松开SB1或SB2，接触器KM2断电释放，主轴电动机M1制动结束。行程开关SQ7与主轴的调速机构联动，在切换主轴转速时，能使主轴电动机M1短时冲动。主轴调速应在主轴电动机M1停车时进行，先将一个调速手柄扳开，将调速盘转到需要的转速，然后将手柄扳回到原来位置，压合行程开关SQ7，SQ7的常开触头SQ7-1短时闭合，接触器KM1短时吸合，随后又释放，主轴电动机M1就短时冲动，使齿轮易于啮合。同时SQ7-2常闭触点断开，使接触器KM1的自锁回路断开。行程开关SQ7复原时，SQ7-1断开，KM1线圈断电释放，SQ7-2恢复闭合，主轴电动机M1停转。2. 冷却泵电动机M2控制M2用转换开关SC3控制。合上SC3，当接触器KM1吸合时，冷却泵电动机M2与主轴电动机M1同时启动。3 . 工作台进给电动机M3控制不使用圆形工作台时，转换开关SC1应扳到断开位置，触头SC1-1,SC1-3闭合，SC1-2断开。在加工过程中，工作台进给电动机M3的正，反转有KM3和KM4两个接触器控制。接触器KM3主触头闭合时电动机M3正转，工作台可向左，向前或向下进给；KM4吸合时电动机M3反转，工作台可向左，向后或向上运动。工作台还可快速移动，由快速接触器KM5和快速移动电磁铁YC控制。工作台的快速移动和进给运动由同一台电动机M3拖动。X52K型立式铣床工作台的进给运动用手柄操作。进给电动机M3可以在两种情况下工作，一般情况是主轴电动机启动运行后，接触器KM1的常开触头接通工作台进给电动机的控制电路的电源，另一种情况是主轴电动机没有启动，需要工作台快速移动，按下SB5或SB6，KM5线圈得电，KM5常开触点接通工作台快速移动的控制线路电源。工作台纵向进给操作手柄有三个位置，即向左，向右和停止。纵向进给操作手柄转到向左或向右位置时，推动一个离合器接通纵向进给丝杠。同时手柄通过联动机构操作行程开关SQ1和SQ2，手柄扳倒向右位置，行程开关SQ1的常开触点SQ1-1闭合，常闭触点SQ1-2断开。SQ1-1闭合，手柄扳回到向左位置，行程开关SQ1复位，SQ2被压合，SQ2-2断开，SQ2-1闭合，接触器KM4线圈得电吸合，电动机M3反转，工作台向左进给，手柄扳倒零位，SQ1和SQ2都复位，接触器KM3和KM4的线圈电路都断开，进给电动机M3停止。工作台横向和垂直进给操作手柄有五个位置，向前，向后，向下，向上和零位。手柄接通横向和垂直进给丝杠通过联动机构又能控制行程开关SQ3和SQ4。手柄在向前和向下位置时，SQ3的常开触头SQ3-1闭合，常开触头SQ3-2断开，手柄在向后和向上位置时，SQ4的常开触头SQ4-1闭合，常闭触头SQ4-2断开，手柄在零位，SQ3和SQ4的常开触头断开，常闭触头闭合，操作手柄的各个位置互相联锁，不可能同时接通不同方向的进给运动。行程开关的常闭触头SQ1-2和SQ2-2串联，SQ3-2与SQ4-2串联，两条串联支路再并联连接，这样的连接可防止两个手柄都板离零位的不正确的操作方法。如果两个手柄都不在零位，则两条并联支路都不通，接触器KM4和KM5的线圈都不能获电动作，工作台进给电动机不会启动。工作台也采用调速盘和调速手柄调速，在调速时，工作台的两个手柄都不应当在零位，主轴电动机M1应该启动，工作台变速步骤与主轴的变速步骤相同。当手柄扳回原位时，行程开关SQ6短时动作，常开触点SQ6-1闭合，常闭触点SQ6-2断开，接触器KM3短时间吸合又释放。工作台进给电动机M3短时冲动，使齿轮易于啮合。工作台进给运动用手柄操作，这是它的优点，但是手柄和电气设备的联动机构复杂，易发生故障。在主轴电动机未开动时，工作台可以在各个方向做快速移动，快速移动的方向也由操作手柄的位置决定，板好工作台操作手柄的位置，按下按钮SB5或SB6,接触器KM5线圈获电吸合KM5的主轴点闭合，接通电磁铁YC，使工作台快速移动的传动机械接通，KM5的动合触头闭合，接通工作台控制线路的电源，使接触器KM3或KM4线圈能获电吸合工作台就在选定的方向快速移动。工作台快速移动用点动控制，松开按钮SB5或SB6，工作台快速移动停止。如果主轴已开动，工作台已按某个进给方向移动，按下快递移动按钮SB5或SB6，接触器KM5线圈得电，电磁铁YC吸合，工作台就在原来进给方向做快速移动。松开按钮SB5或SB6，工作台快速移动又变为原来的进给运动。X52K立式铣床控制电路如下图1-4所示图1-4 X52K立式铣床控制电路第二章 X52K立式铣床的PLC的硬件改造一改造的目的传统X52K立式铣床由于采用的是继电器控制，继电器控制存在许多缺点，如电路接线复杂，触点多，噪声大，可靠性差，故障诊断与排除等。绝大多数控制继电器的触点容易产生电弧，甚至会在融在一起产生误操作，引起严重后果。而且继电器控制系统必须是手工接线，安装，如果有简单改动，也需要花费大量的时间及人力和物力去改制，安装和调试。若用PLC控制就避免了这些问题，通过以PLC为控制核心，采用，传感器等技术对X52K机床控制部分进行电气改造。因为PLC的优点有：（1）PLC系统的维修简单，维修时间短。PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计。（2）PLC有较高的易操作性。它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不容易发生误操作。（3）PLL是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言。编程出错率很低。（4）对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。程序的输入可直接显示，更改程序的操作也可以直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或程序的寻找，然后进行更改。（5）PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程简单。以上特点使用PLC控制系统具有可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能量力强，运行稳定等诸多优点。二传感器选用1.限位开关的不足本电路采用的限位开关是行程开关，行程开关的特点就是当床身碰到行程开关时，此行程开关动作，常开闭合，常闭断开。而就是由于行程开关必须是当床身碰到且压到它时才会动作，故这样会显得不是很灵敏，可能会发生床身掉落的或毁坏。若用光电传感器代替则解决这一问题了。光电传感器的优点：（1）具有自诊断稳定工作区指示功能，可及时告知工作状态是否可靠；(2)对射式、反射式、镜面反射式光电开关都有防止相互干扰功能，安装方便；(3)对ES外同步（外诊断）控制端的进行设置可在运行前预检光电开关是否正常工作。并可随时接受计算机或可编程控制器的中断或检测指令，外诊断与自诊断的适当组合可使光电开关智能化；(4)响应速度快，高速光电开关的响应速度可达到0.1ms，每分钟可进行30万次检测操作，能检出高速移动的微小物体；(5)采用专用集成电路和先进的SMT表面安装工艺，具有很高的可靠性；(6)体积小（最小仅203112mm）、重量轻，安装调试简单，并具有短路保护功能。2.传感器的选用接近开关又称无触点行程开关，它除可以完成行程控制和限位保护外，还是一种非接触型的检测装置，用作检测零件尺寸和测速等，也可用于变频计数器、变频脉冲发生器、液面控制和加工程序的自动衔接等。特点有工作可靠、寿命长、功耗低、复定位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环境等。在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力的元件位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。通常把这个距离叫“检出距离”。不同的接近开关检出距离也不同。有时被检测验物体是按一定的时间间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地重复。不同的接近开关，对检测对象的响应能力是不同的。这种响应特性被称为“响应频率”。三PLC的选用由于继电器控制，它结构复杂，接线繁琐，容易出现故障而不易检测等缺点。所以我们采用PLC控制，改善以上的缺点，提高控制精度。1. PLC的选型根据X52K立式铣床的控制要求及原理图可以知道：输入 输出主轴停止：SB1 主电机启动：KM1主轴停止：SB2 主轴制动：KM2主轴启动：SB3 进给电机正传：KM3主轴启动：SB4 进给电机反转：KM4工作台快速移动：SB5 进给电机的快速运动：KM5工作台快速进给：SB6 快速移动电磁离合器：YC照明灯开关：SC2 照明灯：EL工作台向右进给：SQ1 工作台向左进给 ：SQ2 工作台向前，向下进给：SQ3 工作台向后，向上进给：SQ4 进给变速冲动：SQ6 主轴变速冲动：SQ7 从以上输入、输出可看出要选的PLC的输入端必须大于13个而输出端必须大于7个。但是机床控制线路的电压等级比较多。所以在选PLC时必须注意PLC的输出。而本次毕业论文选用的PLC是三菱PLC。且根据输入、输出点数，选用三菱FX2N-32MRPLC。 2三菱FX2N-32MRPLCFX2N-32MR的三菱PLC的外形图如图2-2所示。图22 FX2N-32MR的三菱PLC的外形图四. PLC的输入输出分配表PLC的输入输出表输入分配表名称符号输入主轴停止按钮SB1X0主轴停止按钮SB2X1主轴启动按钮SB3X2主轴启动按钮SB4X3工作台快速移动SB5X4工作台快速移动SB6X5照明灯开关SC2X6工作台向右进给行程开关SQ1X7工作台向左进给行程开关SQ2X10工作台向前、向下进给行程开关SQ3X11工作台向后、向上进给行程开关SQ4X12进给变速冲动开关SQX13主轴变速冲动开关SQX14PLC输出分配表输出分配表名称符号输出主轴电机启动KM1 Y1 主轴制动KM2Y2进给电机正转KM3Y3进给电机反转KM4Y4进给电机的快速运动 KM5Y5快速移动电磁离合器YCY6照明灯ELY7五. PLC接线图第三章：X52K立式铣床电气系统的软件设计一. PLC程序设计本次论文我选用了FXGPWIN3.3中文版软件编写程序梯形图，梯形图语言因为程序直观，简单。方便用户调试，所以其使用率比较高.FXGPWIN3.3软件能方便的实现指令与梯形图之间的转换，且能 够自检程序，提示用户及时发现程序的错误。以下为编写的梯形图： 二改造后的优点 通过以PLC为控制核心，采用传感器等技术对X52K机床控制部分进行电气改造。改造后X52K机床不光具有运行平稳，噪音小，变速范围广的优点，还提高了产品精度和生产效率。由于使用了PLC，传感器等先进技术增加了产品的附加值。使X52K机床获得了新生。总 结即将毕业了，意味着校园生活即将逝去，永远告别美好得学生时代，步入人生得另一个阶段。在这期间我将自己的全部精力倾注于这次论文的创作中，本论文是在经过一个多月的时间完成的，我参考了许多的资料，包括网上的，书本上的，尽我的所能，终于按期完成了。刚开始接触这个机床的时候，真的是一头两大，面对着密密麻麻的资料真的不知道从哪里下手，后来只能硬着头皮往下做，在设计过程中遇到了很多的困难，多次求助了老师和同学，在他们的帮助下，结合以前学的机床知识，PLC等，加上自己的努力，总算交出了还算满意的答卷。这次设备安装调试的成功让我更加热爱本专业。在PLC、文本程序编辑的过程中，是我体会到在实际应用中考虑问题要更加紧密。在设备安装调试过程中解决问题的经验，为以后工作的实战打下了坚实基础。答 谢 词在这次的论文设计中，我遇到了很多的不懂的地方，我的指导老师都晔凯老师帮了很大的忙，耐心对我讲解，在讲解的过程中还传授了新知识，一些编图软件我都会的差不多了，我想对以后肯定会很有用的吧。论文中的不足之处，都老师都用红色的字体表明，并督促我抓紧时间，把技师鉴定的其他项目利用课余时间也多看看。很感谢都老师对我的辅导。 另外，在本次论文撰写的过程中，我还得到了同学的宝贵意见和帮助，感谢他们自己都忙的不可开交了还依然帮，才使我的论文能够顺利的完成，真的很感谢你们，我亲爱的同学。最后，感谢学院领导为我们提供一个好的学习环境，让我可以在一个好的学习氛围中安心学习，还要感谢学院领导给我们学习提供的帮助！在此感谢班主任朱曦老师四年里的栽培。谢谢你们！参 考 文 献 1三菱FX2N系列PLC应用技术机械工业 出版社 2变频调速技术与应用电子工业出版社李良仁、汪临伟著 3常用机床电气控制电路化学工业出版社 宋昌才主编 4通用变频器及其应用 机械工业出版社 韩安荣主编 。