基于三菱PLC的C650车床电气控制系统设计Word文件下载.docx
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I
摘要
生产和实践中，机床采用继电器控制电路，占用空间大，接线复杂、用到的元器件也多，常常由于安装的问题影响工作进度。
因此，选用PLC控制机床电路，解决继电气控制电路所造成的不足，并且还能提高工作效率，减小成本。
通过对C650机床系统的基本结构及工作原理的了解，确定系统总体设计方案。
对主电机、冷却泵电机和快速移动电机运动形式的分析，确定系统的I\O分配，设计电路接线图，采用三菱PLCFX2N-32MR-001型号控制。
选择CJ20-63的接触器实现对主轴电机的正反转功能，选择CT-10的接触器来实现冷却泵以及快移电机的快速移动。
利用GXdeveloper仿真软件来对电路进行仿真调试，与继电气控制电路相比提高了工作稳定性和生产效率。
关键词 c650车床；
PLC；
控制
Abstract
Inproductionandpractice,themachineusesarelaycircuittocontrol.Bigspace,wiringcomplexity,andusemanycomponents,Itaffectstheworkprogressduetoinstallationproblems.WecancontrolledmachinecircuitbyPLCtosolvetheelectriccontrolcircuitcausedbytheinsufficient,anditalsocanimprovetheworkefficiency,reducethecost.
ThroughunderstandingthebasicstructureandworkingprincipleofC650lathe,anddeterminetheoverallsystemdesign.DeterminethesystemofI\Oassignmentanddesignofthecircuitwiringdiagrambyanalysisofmovementformforthemainmotor,Coolingpumpmotorandfast-movingmotor.ItusesmodelofMitsubishiPLCFX2N-32MR-001tocontrol,ItselectsthecontactorofCJ20-63toachievethereverserotationofthespindlemotor.ItselectsthecontactsofCT-10toachieverapidshiftmotorcoolingpumpsandfastmoving.UsesimulationsoftwareofGXdevelopertosimulationanddebug,andimprovetheworkstabilityandproductivitythantherelaycontrolcircuit
Keywords C650lathe PLC control
II
目 录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1机床简介 1
1.1.1机床的定义 1
1.1.2机床的组成 1
1.1.3机床的分类及运动 2
1.2C650车床简介 2
1.3c650车床的研究现状 4
1.4研究内容及技术路线 5
第二章C650卧式车床的电气控制线路分析 7
2.1车床的运动形式 7
2.2车床的控制要求 7
2.3c650车床的控制电路分析 7
2.3.1主电路分析 7
2.3.2控制电路分析 8
2.4对c650车床的电气控制线路的特点分析 11
第三章C650车床硬件设计 12
3.1元器件的选择 12
3.1.1电动机的选择 12
3.1.2交流接触器的选择 14
3.1.3中间继电器的选择 14
3.1.4熔断器的选择 15
3.1.5热继电器的选择 15
3.1.6开关的选择 16
3.1.7速度继电器的选择 16
3.2PLC的简要概述 17
3.2.1PLC的基本结构 18
3.2.2输入输出接口电路 18
3.2.3PLC功能模块 18
3.2.4PLC系统的设计内容和步骤 19
3.3PLC的选型 20
3.3.1I/O分配表 20
3.3.2PLC控制系统接线图设计 22
第四章C650车床软件设计 25
4.1PLC编程软件的介绍 25
4.2梯形图的设计 25
4.3软件调试 27
第五章结论 31
致谢 32
参考文献 33
附录 34
附录1 34
附录2 36
第一章 绪论
在1970年之前，所谓的电气自动化，都是通过继电器的系统来进行控制的。
使用继电器的系统好处是结构非常简单，而且成本还很低，不会受到什么干扰，所以在那个时候使用的非常多，目前还有很多结构简单的设备在使用。
这种控制系统的不好的地方也是很突出的，它的接线方式使用的是固定式接线，从而实现机床的逻辑的控制，机床的灵活性不高，还有机器的触点易损耗，工作效率差，容易出现故障，可靠性相对低。
现在社会经济发展的很快，生产力发展的也是很快，原来的继电器的控制系统已经适应不了现在社会发展的需要了，所以我们在进行课题的选择的时候，要从实际来出发。
进行改造的车床是C650，用PLC来进行控制之后，控制系统简约明朗，便于后期维修，并且节省了很多空间，提高了机床的工作效率。
1.1机床简介
1.1.1机床的定义
所谓机床，就是把一些人们靠人力加工不出来的材料进行加工，代替人们的劳动而
3
生产的机器[1]。
在生产和应用中，难免会要加工复杂或者是大型机械，然而靠人力要花费很多精力和时间去完成，为了能够代替人工劳动力工作，我们需要机器来完成，如何来制造机器，我们就需要机床来实现。
这也是机床和其他机器的不同的特点，金属切削机床是机床的全称，在日常生产和应用中，操作人员又称它为工作母机或者是工具机。
生产中，我们对加工的零件所要求的几何形状，表面粗糙度和尺寸的要求可以通过在机床上的加工来实现。
机械产品大部分都是用机床加工出来的，可以说机床的应用是十分广泛的。
机械产品的生产水平和经济效益都是由机床来决定的，机床的加工质量，加工速度，加工形状，任何一点的不足都会影响加工的成果。
我国是注重工业发展的国家，所以对于机床的要求、规定是十分严格的。
1.1.2机床的组成
机床通常由支承部件、变速机构、进给机构、主轴箱、刀架、刀库、控制系统、操作系统、润滑系统、冷却系统等组成。
不同的机床有不同的结构形式和控制要求[2]。
在工厂的生产中，光只有机床是无法工作的，他需要一些辅助零件作为支撑，机床才能正常运行，大家所看到的床身则就是一个很好的支撑件，他承受着机床的重量，在工作过程中，机床中的主轴旋转产生的切削力非常大，如果没有床身作为支撑，就会产生震动影响工作；
机床的主轴运动不是一定的，如何来改变机床主轴的运动速度，我们需要变速机构；
同样的，我们需要有进给机构来改变机床工作的进给量，这样才能保证机床的正常加工；
安装机床主轴进行力和速度的传递的主轴箱，要换刀、选刀的刀库等等，各个部分都有各自的分工。
在机床工作中，有时需要加工一些不规则工件，但传统的机床却满足不了，这是我们需要一些辅助装置来解决问题，在工业生产中，我们常见的机械手，台虎钳等都是辅助装置，他们的加入使得机械生产更加顺利。
1.1.3机床的分类及运动
1.机床的分类
（1）普通机床：
包括普通车床、钻床、镗床、铣床、刨插床等。
（2）精密机床：
现在的精密机床种类很多，这是由于人们对工件的要求越来越高，主要有磨床、齿轮加工机床等。
（3）高精度机床：
坐标镗床、齿轮磨床、螺纹磨床、齿轮磨床、高精度滚齿机等。
（4）数控机床：
数控机床在现代工业中应用最广泛，其意就是数字控制，是近代发展起来的，它使用数字化信息来控制。
在生产中，操作人员只需把要求加工的信息输入进去，机床本身自带的电脑，接收到编程指令，然后根据要求对工件进行合理化的加工。
按机床的体积和重量能够将机床分为小型机床、中小型机床、大型机床、重型机床、超重型机床。
机床还可以按照自动化、加工精度、和控制方式划分，涉及到的方式太多，这里就大概介绍了，还可以分成自动、半自动机床，普通精度、高精度机床等
2.机床的运动[3]
机床的运动一般分为表面成形运动，即切削运动和辅助运动组成。
而切削运动又分为主运动和进给运动。
主运动：
当机床工作时，电动机提供动力，使主轴作回转运动。
进给运动：
对于零件的加工时，零件多余部分被切掉，从而得到想要加工成工件的形状的工作运动。
在切削的过程中只有一个主运动，而进给运动可以是一个，也可以多于一个。
由刀具单独完成主运动和切削运动，也可由刀具和工件分别完成。
机床的运动除了切削运动外，还有辅助运动，在机床切削过程中，辅助工作是必不可少的，在一些机床上，如果没有辅助运动的话，有的工作是展开不了的。
3.机床的传动
机床的传动，主要是传递运动和动力。
机床的传动方式有很多，比如按机床传动的特点可分为液压传动、汽压传动、机械传动、电力传动，在一些复杂的工作中，我们需要他们的一起联合工作，所以还有他们联合起来的联合传动。
按传动速度可将传动分为有级传动和无级传动。
1.2C650车床简介
普通车床在生产和应用中是极其普遍的，它能够车削外圆、内圆、端面、螺杆和螺纹、而且还能够车削定型表面，能够完成多种多样的加工程序，用钻头钻孔、铰刀铰孔、用丝锥攻螺纹等加工工作。
C650卧式车床属于中型车床，查阅资料得知其加工工件回转直径最大可达1210mm,长度可达3000mm。
该车床主要由床身、主轴变速箱、尾座、进给箱、丝杠、光杠、溜板箱、刀架等部分组成。
图1-1C650车床的基本组成部分
主轴箱 又称床头箱，当机床工作时，主电机传来的旋转运动经过轴、齿轮等一大部分的变速机构的传动，使主轴得到正转以及反转的速度，于此同时，主轴箱的一部分动力经过齿轮或其他传动传递到进给箱，然后进行进给工作。
主轴箱中等主轴是车床的关键零件。
工件的加工质量是由主轴来决定的，主轴运转时，带动轴承运动，轴承一旦受到影响，就会失去平稳，从而影响到主轴的传动，加工出来的工件失去了精度，更有可能会导致工件报废。
当主轴的旋转精度降低，机器的寿命将减少，在生产过程中，降低成本，也带来不便。
进给箱工业生产中把它叫做走刀箱，里面有进给机构，我们想要得到自己想要的进给量或者是螺距，可以由调整其变速机构来实现，光杠和丝杠的作用是将运动传动到刀架来进行切削，从而的到想要加工的尺寸。
光杠和丝杆 它的作用是把进给箱与溜板箱连接起来，进给箱的运动和动力传递
给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动[4]。
光杠和丝杆都可以实现主轴转一转，刀架轴向移动。
不过光杠和丝杆还是有区别的，真正实现运动的是丝杆，他能实现运动效果，而用来传递扭矩的，是光杠，丝杆传递运动时，运动效果的顺利与否是靠光杠保证的。
丝杠还可以用来车削各种螺纹，这就是在一些工件的车削时，只用光杠，而不用丝杠的原因。
溜板箱 溜板箱内有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，是车床进给运动时的操作箱。
刀架的纵向、横向进给运动和快速移动可以通过光杠传动来实现，通过丝杠驱动刀具直线运动，在车削螺纹时更加的方便[7]。
刀架 生产中用来装夹刀具的夹具。
4
尾架在生产中，我们有些工艺是比较复杂的，一些基本的加工是不能实现的，而有一些辅助装置可以代替他们，而尾架则是装夹辅助加工工件的装置。
比如：
钻头、顶尖等，在一些后期的加工起到作用。
床身 车床的主要部分。
工作过程和其它类型的车床基本一致。
1.3c650车床的研究现状
文献《西门子S7-200系列PLC改造车床电气控制系统》[1]里面有针对c650卧式车床的整个电路图，接线方式的描述，根据以上信息画出了自己设计的车床电路图
文献《c650车床用PLC软件改造》[5]介绍改造后C650车床电器控制系统的、硬件设计和软件设计,通过编程，对c650车床的模拟动作，做出仿真软件，然后进行软件调试。
研究成果证明改造对车床有着极大地利益，提高工作效率，减小了安装材料，提高车床电气系统工作的可靠性,增强车床的功能,使得C650车床的生产效率得到了很大的提高。
一旦发生接触器故障,维修人员可以根据车床的自诊断信号灯的提示迅速找到故障
点。
图1-2，PLC的程序框图
文献《基于S7-200PLC的C650型卧式车床电气控制系统改造》[7]、《基于三菱PLC实现C650-2型车床的控制》[10]里面针对的车床电气控制线路，主电路，控制电路，照明电路等有相关的描述，我从里面搜集到了主电路的运行方式，控制电路中几个子电路的工作原理，以及设计电路时所用到的一些电气元件。
文献《基于PLC的C650型卧式车床系统改造设计》[11]对于c650车床整个电路以及辅助电路的分析，对于主、控电路之间的一些干扰，采取的一些措施，选择那种变压器江主电路和控制电路之间不受影响和分压方式
文献《普通车床电控线路故障探析》[15]介绍机床在工作的过程当中产生故障的地方，
11
上面只是就普通车床的一些典型故障进行初步探讨，我们也知道，在正常的工厂实施设备中，人员在安装、检修的过程中，遗漏一两个问题是在所难免的，但通过前述检查的顺序，先进行调查，确定故障在哪些地方发生，然后进行模拟实验，仪表测量等，故障点就能轻松的找出来了
文献《机床电气控制》[16]一书中里面涉及到了车床工艺特点、性能，对于c650
车床的电气控制系统分析比较全面，车床的机械结构，车床整个的运动方式的概括。
图1-3主电路电气控制图
1.4研究内容及技术路线
。
第二章C650卧式车床的电气控制线路分析
2.1车床的运动形式
在工业生产中，大部分车床都有切削和进给两种运动，主运动是三爪卡盘带动材料旋转，进给运动是由溜板刀架顶针使刀具和工件作相对运动，车床两个箱体之间由齿轮传动链连接，传动比比较高，运动形式比较简单，所以两种运动由同一电机带动。
采用齿轮传动，螺纹的加工质量得到了保证，传动效率一般都在百分之八十左右，以保证工件和道具有严格的比例关系。
[3]在c650车床中设计刀架快速移动，以及辅助运动的目的是减少劳动力，并且还能够提高机床的工作效率。
2.2车床的控制要求
第五章结论
C650车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹和定型表面，并可以通过尾架进行钻孔、铰孔、攻螺纹。
采用传统的继电器接触器控制，其技术落后，可靠性差，工作效率低，故障诊断和排除困难，已严重制约了企业的生产效率而可编程控制器是在继电器控制和计算机控制基础上开发的工业自动化控制装置，是一种数字运算操作的电子系统，专门为在工业环境下应用设计的，它具有可靠性高、设计施工周期短、维修方便，价格也很便宜等优点。
因而用PLC改造其继电器接触器成了一种必然的选择。
本设计主要是用程序的设计来实现其传统的继电气电路，以实现C650车床的各项控制及要求。
详细介绍了电动机的正反转控制、电动机正转点动控制及其反接制动控制的设计。
并分析了其工作过程，用文字、图表等形式展现出来，增加了可读性。
最后对程序进行调试，通过调试的结果证明是可行的。
C650车床由原来的继电器电路改造成PLC控制的电路后，大大降低了运行的故障率，在运行设备时更加的平稳。
工厂里继电气电路在安装时占用空间较大，而且维修起来也比较困难，经过改造，解决了以上的问题，性能更好，在劳动生产上大大提高了生产率，工作人员也减少了工作量，更加经济实用。
致谢
参考文献
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附录
附录1
12
附录2
14
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