T68机床PLC改造可行性分析

T68机床PLC改造可行性分析前言镗床是用镗刀对工件已有的预制孔进行镗削的机床。通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多个孔的精加工，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工。使用不同的刀具和附件还可进行钻削、铣削、切它的加工精度和表面质量要高于钻床。镗床是大型箱体零件加工的主要设备。螺纹及加工外圆和端面等。镗床分为卧式镗床、落地镗铣床、金刚镗床和坐标镗床等类型由于制造武器的需要，在15世纪就已经出现了水力驱动的炮筒镗床。1769年J.瓦特取得实用蒸汽机专利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽机的关键问题。1774年英国人J.威尔金森发明炮筒镗床，次年用于为瓦特蒸汽机加工汽缸体。1776年他又制造了一台较为精确的汽缸镗床。1880年前后，在德国开始生产带前后立柱和工作台的卧式镗床。为适应特大、特重工件的加工，20世纪30年代发展了落地镗床。随着铣削工作量的增加，50年代出现了落地镗铣床。20世纪初，由于钟表仪器制造业的发展，需要加工孔距误差较小的设备，在瑞士出现了坐标镗床。为了提高镗床的定位精度，已广泛采用光学读数头或数字显示装置。有些镗床还采用数字控制系统实现坐标定位和加工过程自动化。可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的崭新的工业自动控制装置。PLC以基本代替传统的继电器控制而广泛应用于工业控制的各个领域，它已跃居工业自动化三大支柱的首位。PLC控制系统的硬件是由微处理器（CPU）、存储器（ROM和RAM）、输入/输出（I/O）单元、电源单元及外围设备等组成硬件结构如图1所示。系统的规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。如今，对旧有机床进行PLC改造已经非常普遍，针对旧有的镗床，其电气控制为继电控制，而在继电控制中，接触触点多，所以故障也多，操作人员维修任务较大，机械使用效率低。本课题来源于生产实际的需要，对于T68镗床用PLC改造其继电器控制电路，克服了旧有机床的以上缺点，降低设备故障率，提高了设备使用效率。一、立项依据1、设计目的与意义近年来PLC在工业自动控制领域应用越来越广泛，在控制性能、组机周期和硬件成本等方面具有其他工业控制产品难以比拟的优势。使用PLC对T68镗床进行控制电路改造具有普遍的技术意义和经济意义。本次设计对T68控制系统进行改造使T68机床能够实现初步的数字控制达到提高提高镗床的稳定性和自动化程度，延长镗床使用寿命，降低机床故障的目的。通过对镗床控制电路用PLC的实现可以使其电路大幅度简化，在便于控制、降低维修难度的基础上可以使T68的长期使用成本大大降低。通过这次课题设计可以将大学四年所学的知识融会贯通，与实践相结合使其能够得到综合运用。为将来步入生产岗位做好了准备。2、技术条件及背景在工业控制领域，为了实现弱电控制强电，使机械设备实现预期的要求，继电器系统曾被广泛使用并占据主导地位。虽然它具有结构简单、易学易懂、价格便宜的优点，但其控制过程是由硬件接线的方式实现的。如果某一个继电器损坏，甚至仅仅是一对触点接触不良，就可能造成系统的瘫痪，而故障的查找和排除又往往十分困难，费时费力。如果产品更新换代则需要改变整个控制系统的控制周期。可见继电器控制系统存在着可靠性低、适应性差的缺点。给人们在使用上带来了很大的不便。20世纪60年代末，为了克服传统继电器的种种应用上的缺点，人们研制出了一种先进的自动控制设备PLC，由于PLC具有优良的技术性能，因此它一问世就很快得到了推广应用。现在PLC作为用于工业生产过程控制的专用计算机，与商家、家用的微机不同，由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和工作运行的连续性，使其在设计上有许多特点。PLC控制具有以下优点：可靠性高，抗干扰能力强；接口模块功能强、品种多；硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；编程方法简单、直观；系统的设计/安装、调试工作量少；维修工作量小、维护方便；体积小、耗能低、重量轻。而机床作为工作母机，对电气的控制也有了很高的要求，必须有很强的控制抗干扰能力，运行可靠，并且简化控制方式提高机床的使用寿命。因此根据实际生产的需要对T68的控制电路进行PLC改造。3、T68机床的结构和运动分析机床的基本组成如下：1)前立柱：固定地安装在床身的右端，在它的垂直导轨上装有可上下移动的主轴箱。2)主轴箱：其中装有主轴部件，主运动和进给运动变速传动机构以及操纵机构。3)后立柱：可沿着床身导轨横向移动，调整位置，它上面的镗杆支架可与主轴箱同步垂直移动。如有需要，可将其从床身上卸下。4)工作台：由下溜板，上溜板和回转工作台三层组成。下溜板可沿床身顶面上的水平导轨作纵向移动，上溜板可沿下溜板顶部的导轨作横向移动，回转工作台可以上溜板的环形导轨上绕垂直轴线转位，能使要件在水平面内调整至一定角度位置，以便在一次安装中对互相平等或成一角度的孔与平面进行加工。5)面板1面板上安装有机床的所有主令电器及动作指示灯、机床的所有操作都在这块面板上进行，指示灯可以指示机床的相应动作。6)面板2面板上装有断路器、熔断器、接触器、热继电器、变压器等元器件，这些元器件直接安装在面板表面，可以很直观的看它们的动作情况。7)三相异步电动机两个380V三相鼠笼异步电动机，分别用作主轴电动机（双速）和快速移动电动机。8)故障开关箱设有32个开关，其中K1到K25用于故障设置；K26到K31保留；K32用作指示灯开关，可以用来设置机床动作指示与不指示。卧式镗床加工时运动有：1)主运动：主轴的旋转与平旋盘的旋转运动。2)进给运动：主轴在主轴箱中的进出进给；平旋盘上刀具的径向进给；主轴箱的升降，即垂直进给；工作台的横向和纵向进给。这些进给运动都可以进行手动或机动。3)辅助运动：回转工作台的转动；主轴箱、工作台等的进给运动上的快速调位移动；后立柱的纵向调位移动；尾座的垂直调位移动。T68卧式镗床的电气原理图：从T68机床的电气原理图可以看出，机床的电气线路比较复杂，接线以及电磁阀相当的多，组成的控制机构也比较庞大。由此，容易造成线路的故障，并且发生故障以后检修维护都比较困难；体积的庞大，占据了更多的空间，会造成机床整体轮廓的增加；器件的数量过多，不单会受到环境的制约与相互的干扰，而且会造成机器能耗的增加。因此，为节省空间、能耗，提高机器的可靠性、易于机器的维修与降低维护成本等原因，选择用PLC改造T68卧式镗床的最好的选择。4、预期目标及拟定实现效果1)机床原的操作方式不变，加工工艺方法不变。2)机床原有的按钮、行程开关、控制变压器、交流接触器及热继电器等继续使用，其控制作用保持不变。3)将原有的继电器控制线路改为由PLC编程来实现。二、设计思路及方法步骤、拟解决的关键问题1、具体设计思路通过对T68镗床电气所有硬件部分接线方式的了解及认识，从实际连线出发掌握T68的工作原理以及各机械部件的动作方式。然后按照其接线画出相应的原理图，并对其进行注释。对原理图进行进一步的分析，并将所有的机械动作原件（接触器、继电器、按钮等）转换成PLC的软件控制。设计PLC的梯形图，要求与原有电气部分控制的工作原理相同。2、机床控制电路分析1、主轴电动机M1的电路分析主轴电动机M1的正、反转控制。在原理图中，12区行程开关SQ3、SQ4在正常情况下是压合的。主轴电动同M1低速控制：将T68卧式镗床高、低速手柄扳到“低速”挡位置，13区行程开关SQ9断开。按下主轴电动机M1正转启动按钮SB2，中间继电器KA1通电闭合，继而接触器KM3通电闭合；18区、19区中K1和KM3的常开触点闭合，使接触器KM1线圈通电闭合，22区KM1常开触点接通接触器KM4线圈电源，主轴电动机M1接成△接法低速正转。按下主轴电动M1的停止按钮SB1，主轴电动机M1反接制动停止。按下主轴电动机MI的反转启动按钮SB3，中间继电器KA2通电闭合，继而接触器KM3通电闭合；19区中K2和KM3的常开触点闭合，使接触器KM2线圈通电闭合，23区KM2常开触点接通接触器KM4线圈电源，主轴电动机M1接成△接法低速反转。按下主轴电动M1的停止按钮SB1，主轴电动机M1反接制动停止。主轴电动同M1高速控制：将T68卧式镗床高、低速手柄扳到“高速”挡位置，13区行程开关SQ9压合。按下主轴电动M1正转启动按钮SB2，中间继电器KA1通电闭合，继而接触器KM3、时间继电器KT、接触器KM1和KM4通电闭合，主轴电动机M1接成△接法低速正转启动。经过一段时间，时间继电器KT动作，接触器KM4失电释放，接触器KM5通电闭合，主轴电动机M1接成YY接法高速正转运行。按下主轴电动M1反转启动按钮SB3，中间继电器KA2通电闭合，继而接触器KM3、时间继电器KT、接触器KM2和KM4通电闭合，主轴电动机M1接成△接法低速反转启动。经过一段时间，时间继电器KT动作，接触器KM4失电释放，接触器KM5通电闭合，主轴电动机M1接成YY接法高速反转运行。主轴电动机M1制动停止控制。正转制动控制：当主轴电动M1高、低速正向启动运行，其转速达到120r/min时，21区速度继电器KS2正转动作常开触点闭合，为主轴电动M1的制动作好了准备。按下主轴电动机M1停止按钮SB1，接触器KM1失电，接触器KM2及KM4得电闭合，主轴电动M1串电阻R反转反接制动。当转速下降至100r/min时，KS2正转动作常开触点断开，接触器KM2、KM4断电释放，主轴电动机M1完成正转反接制动控制。反转制动控制：当主轴电动M1高、低速反转启动运转，其转速达到120r/min时，14区速度继电器KS1正转动作常开触点闭合，为停车反接制动作好了准备。按下主轴电动机M1停止按钮SB1，接触器KM1失电，接触器KM2及KM4得电闭合，主轴电动M1串电阻R反转反接制动。当转速下降至100r/min时，KS2正转动作常开触点断开，接触器KM2、KM4断电释放，主轴电动机M1完成正转反接制动控制。主轴电动机M1点动、变速控制：分别按下按钮SB4或SB5，主轴电动机M1可正向或点动运转。当拉出主轴变速操作盘时，行程开关ST3复位，KM3失电释放，使得KM1或KM2及KM4或KM5失电释放，主轴电动机M1停转。转动主轴变速操作盘，调整转速后，将操作压回原位。若主轴变速齿轮不能很好啮合，则将压上行程开关SQ6,主轴电动机M1作短时冲动，使主轴变速齿轮啮合良好。2、电动机M2的电路分析机床工作台的纵向和横向进：将快速手柄扳至快速正向移动位置，行程开关SQ8被压下，24区常开触点闭合，接触器KM6线圈得电闭合，进给电动机M2启动运转，带动各种进给正向快速移动：将快速手柄扳至反向位置时压下行程开关SQ7，接触器KM7线圈得电闭合，进给电动机M2反向启动运转，带动各种进给反向快速移动。、进给变速控制：进给变速控制的控制过程与主轴变速控制程基本相同，只不过拉出的变速手柄是进给变速操作手柄，将主轴变速控制中的行程开关SQ3换成SQ4，而进给变速冲动的行程开关为SQ53、主电路分析T68型卧式镗床共由两台三相异步电动机驱动，即主拖动电动机M1和快速移动电动机M2。熔断器FU1作电路总的短路保护，FU2作快速移动电动机和控制电路的短路保护。M1设置热继电器作过载保护，M2是短时工作，所以不设置热继电器。M1用接触器KM1和KM2控制正反转，接触器KM4和KM5作三角型一双星型变速切换，接触器KM3用作限制M1的制动电流。M2用接触器KM6和KM7控制正反转。4、PLC设计开发应用PLC的设计任务分为硬件和软件设计两部分。（1）硬件设计确定安排PLC的输入、输出点；设计外围电路，包括主电路；选购PLC并进行现场安装接线等内容。（2）软件设计设计控制流程，根据工艺要求先画出工作循环，如有必要再画详细的状态流程图；根据工作循环图，画出虚拟的电路图----继电器梯形图；按梯形图编写指令程序表；系统调试：根据设计要求，对程序进行调试和修改，必要时还可对硬件进行修改，直到符合要求为止。5、要达到的效果能够通过PLC控制系统完成对T68