T610卧式镗床控制系统的PLC改造Word格式文档下载.docx

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摘要

T610型卧式镗床主要用于孔加工，除扩大工件上已铸出或已加工的孔外，卧式镗床还能铣削平面、钻削、加工端面和凸缘的外圆，以及切螺纹等。

该设备采用继电器控制系统，存在控制线路复杂、容易产生电气故障、维修困难且费用较高。

PLC由于具有控制可靠、组态灵活、体积小、功能强、速度快、扩展性好等特点在机床电气控制中得到了广泛的应用。

PLC控制系统则能克服原有控制系统的缺点，可以减少电气故障，满足正常、稳定生产的要求。

本设计对T610卧式镗床电气控制系统进行改造，给出了I/O的分配和PLC的接线图，编写了梯形图控制程序并通过了模拟调试。

关键词：

PLC；

T610卧式镗床；

改造；

梯形图

前言

金属切削加工在这整个机械制造中占有极重的位置，约占机械制造总工作量的40～60％。

在1770年前后，由于用手工和一般金属加工机具加工蒸汽机气缸不能到达精度要求，人们就创制了专门加工蒸汽机气缸孔的专业机床，于是就诞生了第一台卧式镗床。

到了二十世纪中期，又相继出现了加工各种复杂大型零件的坐标镗床。

由于加工零件的不断变化，促进了镗床的不断发展完善。

终于发展成为今天具有通用性、万年性的卧式镗床。

对于重型制造业来说，那些体积大、吨位重的大型工件的孔加工，由于工件的移动和装夹困难，无法在普通卧式镗床上加工，因此，在卧式镗床的基础上又发展制造了重型落地镗床。

T610型卧式镗床主要用于孔加工，镗孔精度可达IT7，除扩大工件上已铸出或已加工的孔外，卧式镗床还能铣削平面、钻削、加工端面和凸缘的外圆，以及切螺纹等。

主要用在单件小批量生产和修理车间，加工孔的圆度误差不超过5微米，表面粗糙度为Ra0.63～1.25微米。

该设备原来采用继电器控制系统，存在控制线路复杂、容易产生电气故障、维修困难且费用较高。

为提高机床的工作可靠性及机床故障诊断的准确性，对机床控制系统进行改造。

用PLC控制代替原有控制系统，简化了控制线路，极大的减少了设备的故障点，从而使设备更便于维修。

该镗床控制柜体积庞大，内部接线繁杂，继电器数目较多，从机床电气控制系统整体来看，该设备电气控制部分非常适合用PLC进行技术改造。

PLC课程在大学里开设，学习过程中根据实际情况来设计模拟。

对于启发同学的创造性有很大帮助。

第一章改造前的T610型卧式镗床.................................1

1.1卧式镗床的简介............................................1

1.1．1卧式镗床的结构特点.....................................1

1.1.2卧式镗床控制系统........................................2

1.1.3电气控制图.............................................12

第二章控制系统的PLC改造........................................20

2.1相关知识..................................................20

2.1.1PLC的定义.............................................20

2.1.2PLC的基本结构和基本原理...............................21

2.2PLC控制输入输出分配表......................................25

2.3PLC控制接线图...............................................25

2.4PLC控制梯形图..............................................30

第三章模拟调试..................................................37

结束语............................................................41

附录..............................................................43

参考文献...........................................................52

第一章改造前的T610卧式镗床

1.1卧式镗床的简介

T610型卧式镗床主要用于孔加工，除扩大工件上已铸出或已加工的孔外，卧式镗床还能铣削平面，钻削，加工端面和凸缘的外圆，以及切螺纹等。

该设备原来用的继电器控制系统，存在控制线路复杂，容易产生电气故障，维修困难，和费用高等问题。

PLC由于具有控制可靠，组态灵活，体积小，功能强，速度快等优点。

采用PLC控制系统就能解决这些困难，满足正常稳定的生产要求。

1.1.1卧式镗床的结构特点

卧式镗床是镗床中应用最广泛的一种。

它主要是孔加工，镗孔精度可达IT7，表面粗糙度Ra值为1.6-0.8um.卧式镗床的主参数为主轴直径。

镗轴水平布置并做轴向进给，主轴箱沿前立柱导轨垂直移动，工作台做纵向或横向移动，进行镗削加工。

这种机床应用广泛且比较经济，它主要用于箱体（或支架）类零件的孔加工及其与孔有关的其他加工面加工。

外观造型美观大方总体布局匀称协调。

床身、立柱、下滑座均采用矩形导轨，稳定性好。

导轨采用制冷淬硬，耐磨度高。

数字同步显示，直观准确，可提高工效降低成本。

1、主轴水平布置主轴箱能沿前立柱导轨垂直移动（如图1-1所示）2、使用该卧式镗床加工时，刀具装在主轴，镗杆或平旋盘上，通过主轴箱可获得需要的各种转速和进给量，同时可随着主轴箱沿前立柱的导轨上下移动。

3、工件安装在工作台上，工作台可以随下滑座和上滑座作纵横向移动，还可绕上滑座的圆导轨回转至所需要的角度，以适应各种加工情况。

4、当镗杆较长时，可用后立柱上的尾架来支撑其一端，以增加刚度。

5、该镗床共有7台电动机：

M1为主轴电动机，M2为液压泵电动机,M3为润滑泵电动机，M4为工作台旋转电动机，M5为尾架升降电动机，M6为钢球拖动变速电动机，M7为冷却泵电动机。

6、电气控制采用PLC可编程控制器控制。

图1-1T610型卧式镗床示意图

1.1.2T610卧式镗床控制系统

拖动工作的图可知，T610型卧式镗床由主轴电动机M1、液压泵电动机M2、润滑泵电动机M3、工作台电动机M4、尾架电动机M5、钢球无级速电动机M6、冷却冷却泵电动机M7。

为机床各种工作状态的指示灯及机床照明灯电路控制原理图。

1）液压泵电动机M2、润滑泵电动机M3的控制T610型卧式镗床在对工件进行必须先启动液压泵电动机M2和润滑泵电动机M3。

在图第28区中，按下按钮接触器KM5、KM6线圈通电吸合并自锁，液压泵电动机M2、润滑泵电动机M3；

按下按钮SB2，接触器KM5、KM6失电释放，液压泵电动机M2、润滑泵电动机，停止运转。

2）机床启动控制电路液压泵电动机M2、润滑泵电动机M3启动运转后，液压油具有一定压力时，压力继电器KP2动作，第52区中KP2常开触点闭合，KP2的常闭触点断开，为主轴电动机M1的正转点动和反转点动做好了准备。

当KP3动作时，接通中间继电器K17和K18线圈的电源，为主轴平旋盘进给、工作台进给作准备。

3）主轴电动机M1的控制主轴电动机M1可进行正、反转Y-减压启动控制，正反转点动控制和停止制动控制。

主轴电动机M1正、反转Y-减压启动控制。

按下30区中的按钮SB4.中间继电器线圈通电吸合并自锁，中间继电器K1线圈通电吸合，中间继电器K1在17区206号线与207号线间的常开触点、31区中9号线与10号线间的常开触点、35区中14号线与15号线间的常开触点、38区中21号线与22号线间的常开触点闭合。

继而指示灯HL4的电源，HL4发亮，表示主轴电动机1正在正向旋转，并为接通时间继电器KT1线圈电源做好了准备，中间继电器K1的闭合也接通了接触器KM1线圈。

接触器KM1闭合，切断接触器KM2线圈的电源通路及中间继电器K3线圈的电源通路，接通主轴电动机M1的正转电源，为主轴钢球无级变速做好准备；

继而38区中的时间继电器KT1线圈和40区中的接触器KM3线圈通电吸合，主轴电动机M1绕组接成Y接法正向减压启动。

经过一定的时间，时间继电器KT1动作，切断接触器KM3线圈的电源，接触器KM3失电释放；

继而接通接触器KM4线圈的电源，接触器KM4通电闭合，主轴电动机M1的绕组接成接法正向全压运行。

当需要主轴电动机M1制动停止时，按下主轴电动机M1的制动停止按钮SB3，中间继电器K1线圈、接触器KM1线圈失电释放，继而接触器KM4失电释放。

中间继电器K1、接触器KM1、接触器KM4的所有常开、常闭触点复位，主轴电动机M1断电。

但由于惯性的作用，主轴继续旋转。

然后按钮SB3在42区中3号线与27号线间的常开触点闭合，中间继电器K3通电吸合，接通主轴制动电磁铁的电源，对主轴进行抱闸制动。

松开按钮SB3，中间继电器K3、主轴制动电磁铁YC失电，完成主轴的停车制动过程。

主轴电动机M1的反向Y-减压启动过程与正向Y-减压启动过程完全相同。

请读者自行完成其减压启动过程的分析。

2）主轴电动机M1点动启动、制动停止控制。

当需要主轴电动机M1正转点动时，按下主轴电动机M1的正转点动按钮SB5，接触器KM1线圈通电闭合（此时液压泵电动机M2和润滑泵电动机M3启动后中间继电器K7已闭合），继而接触器KM3线圈通电闭合，接触器KM3闭合。

主轴电动机M1的绕组接成接法减压启动运转。

接触器KM3闭合的同时，接触器KM3在122区及123区中325号线与326号线间的常开触点及326号与327号线间的常开触点闭合短接电容器C5和C6，消除电容器C5、C6上的残余电量，为主轴电动机M1点动停止制动做准备。

松开主轴电动机M1的正转点动按钮SB5，接触器KM1和接触器KM3断电释放，其常开常闭触点复位，主轴电动机M1断电，但在惯性的作用下主轴继续旋转。

此时按钮SB5的常闭触点也复位闭合，通过晶体管电路控制，使中间继电器K28通电闭合，继而中间继电器K24线圈通电闭合，中间继电器K3线圈通电闭合，并切断时间继电器KT1线圈、接触器KM3线圈、接触器KM4线圈的电源通路。

中间继电器K3闭合，接通主轴电动机M1的制动电磁铁的电源，制动电磁铁动作，对主轴进行制动，使主轴电动机M1迅速停车。

主轴电动机M1点动反转启动、停止制动控制过程与主轴电动机M1点动正转启动、停止制动控制过程相同。

（4）平旋盘的控制平旋盘也是由主轴电动机M1。

30区中中间继电器K27在14号线与0号线间的常闭触点为平旋盘误入三档速度时的保护触点；

34区中行程开关ST3的常闭触点及60区中行程开关ST3的常开触点担负着接通和断开主轴或平旋盘进给的转换作用；

111区和112区中电阻器R4和R5分别调整平旋盘的两档（即当113区114区119区中行程开关ST5ST6ST7闭合时有三档不同的主速度）。

平旋盘则只有两档速度（即当113区114区中行程开关ST5ST6闭合时平盘有两档不同的速度）。

在119区电路中，当速度操作手柄误操作将速度扳到三档位时，中间继电器K27闭合，其在30区中14号线与0号线间的常闭触点断开，切断接器KM1KM2及中间继电器K1K2线圈的电源，主轴电动机M1反而不能启动运转，启动运行的则停止运行。

（5）主轴及平旋盘的调速控制主轴及平旋盘的调速是通过电动机M6拖动钢球级变速器实现的。

当钢球变速拖动电动机M6拖动钢球无级变速器正转时，变速器的转速就上升；

当钢球变速拖动电动机M6拖动钢球无级变速器反转时，变速器的转速就下降。

当变速球的转速为3000r/min时，测速发电机BR发出的电压约为50V，此时有元件应立即动作，切断钢球拖动电动机M6的正转电源，使变速器的转速不再上升。

变速器的转速为500r/min时，测速发电机BR发出的电压约为8.3V，有关元件也应立即动作，切断钢球拖动电动机M6的反转电源，使变速器的转速不再下降。

1）主轴升速控制。

当需要主轴升速时，按下129区中的钢球无级变速升速启动按钮SB16，按钮SB16在130区中338号线与339号线间的常开触点闭合，接通中间继电器K30线圈的电源，中间继电器K30通电吸合，其在133区320号线与345号线间的常开触点和136区中347号线与电阻器R20的中间抽头线相连接的常开触点闭合。

中间继电器K30在133区中320号线与345号线间的常开触点闭合，接通了钢球无级变速电子控制电路的电源；

中间继电器K30在136区中347号线与电阻器R20的中间抽线相连接的常开触点闭合，接通了从110区中交流测速发电机发出的电压经整流滤波后由309号线和311号线输出加在电阻器R20上经中间抽头分压后的部分电压U2。

这个电压U2与由303号线与306号线从109区中引来加在138区中电阻R21上的参考电压U1经过电阻R15后反极性串联进行比较，并在电阻R15上产生一个控制电压U，U=（U2-U1）。

当参考电压U1高于测速发电机BR输出电压中的部分电压U2时，在电阻R15中有电流流过，亦即在135区中306号线与347号线之间有电流流过，且电流方向是从306号线流向347号线，此时306号线的电位高于347号线。

由于306号线与135区中三极管6的发射极相连接，而347号线与135区中的二极管的阳极相连接，故三极管V6处于截止状态，此时控制电压U对钢球无级变速电子控制电路不起作用。

三极管V6在由306号线和320号线在120区中稳压二极管V2两端取出的给定电压作用下饱和导通。

其通路为：

120区中306号线—135区306号线—三极管V6发射极—三极管V6基极—346号线—电阻R17—345号线—中间继电器K30常开触点—133区320号线—120区320号线。

由于三极管V6饱和导通，故三极管V7截止，而三极管V8饱和导通，此时中间继电器K32串联在三极管V8的基极回路中，流过中间继电器K33的电流较小，因此中间继电器K32不闭合，但中间继电器K33通电闭合。

中间继电器K33在130区中340号线与341号线间的常开触点闭合，接通接触器KM11线圈的电源，接触器KM11通电吸合其在10区的主触点接通钢球变速拖动电动机V6的正转电源，钢球拖动电动位断开，使得中间继电器K33和接触器KM11相继失电释放，钢球变速拖动电动机M6停止正转，完成升速控制过程。

若按下主轴升速启动按钮SB16一直不松开，则主轴的转速一直上升，而与主轴同轴相连的测速发电机BR的转速也随之上升。

当变速器的转速达到3000r/min，从测速发电机BR发出的电压经整流滤波后取出的取样电压U2略高于参考电压U1；

在135区电阻R15两端的电压中，347号线的电位高于306号线的电位，故流过电阻R15上的电流方向为从347号线流入306号线。

此时控制电压U使二极管V4和V5立即导通，三极管V6的发射极加上反偏电压；

三极管V6立即截止；

三极管V7基极电压降低，立即进入饱和状态，其集电极电位急剧下降，使三极管V8基极电位上升而截止；

中间继电器K33失电释放，继而接触器KM11失电释放，钢球变速拖动电动机M6停止正转。

而三极管V7饱和导通，中间继电器K32通电吸合动作，132区中的常开触点虽然闭合，但此时按钮SB16并未松开，按钮SB16在131区中338号线与342号线间的触点没有复合闭合，且按钮SB17也没有按下去，按钮SB17在131区中342号线与343号线间的常开触点也没有闭合，因此中间继电器K31和接触器KM12不会通电吸合，钢球拖动电动机M6不会反转。

2）主轴降速控制当需要主轴降速时，按下131区中钢球无级变速降速启动按钮SB17，按钮SB17在342号线与343号线间的常开触点闭合，接通中间继电器K31线圈的电源，中间继电器K31通电吸合，其在134区320号线与345号线间的常开触点和136区中309号线与347号线间的常开触点闭合。

中间继电器K31在134区中320号线与345号线间的常开触点闭合，接通了钢球无级变速电子控制电路的电源；

中间继电器K31在136区中309号线与347号线间的常开触点闭合，接通了从110区中交流测速发电机BR发出的电压经整流滤波后由309号线和311号线输出加在电阻器R20上的电压U22。

电压U22与由303号线和306号线从109区中引来加在138区中电阻U21上的参考电压U1经过电阻R15后反极性串联进行比较，并在电阻R15上产生一个控制电压U，U=U22-U1。

由于U22大于U1，因而在电阻R15上产生的控制电压为上正下负，即347号线端为正，306号线端为负。

此时二极管V4V5导通，三极管V6截止，三极管V7饱和导通，三极管V8截止。

三极管V7饱和导通，使得中间继电器K32通电动作，中间继电器K32在132区中的常开触点闭合，接通接触器KM12线圈的电源，接触器KM12通电闭合，其11区中的主触点接通钢球变速拖动电动机M6的反转电源，钢球变速拖动电动机M6反向启动运转，拖动变速器减速。

当转速降到所需速度时，松开钢球无级变速降速启动按钮SB17，中间继电器K31失电释放，其134区136区中的常开触点复位断开，使得中间继电器K32和接触器KM12相继失电释放，钢球变速拖动电动机M6停止反转，完成降速控制过程。

若按下主轴降速启动按钮SB17一直不松开，则主轴的转速一直下降，而与主轴同轴相连的测速发电机BR的转速也随之下降。

当变速器的转速下降至500r/min，从测速发电机BR发出的电压经整流滤波后取出的取样电压U22低于参考电压U1,；

在135区电在由306号线和320号线在120区中稳压二极管V2两端取出的给定电压作用下饱和导通，三极管V7立即截止，使得中间继电器K32断电释放，继而接触器KM12失电释放，钢球变速拖动电动机M6停止反转，三极管V8饱和导通，中间继电器K33通电吸合动作，130区中的常开触点虽然闭合，但此时按钮SB17并未松开，按钮SB17在129区中339号线与340号线间的触点没有复位闭合，且按钮SB16也没有按下去，按钮SB16在129区中338号线与339号线间的常开触点也没有闭合，因此中间继电器K30和接触器KM11不会通电吸合，钢球拖动电动机M6不会正转。

3）平旋盘的调速控制平旋盘的调速控制原理与主轴的调速控制原理相同，不同之处在于平旋盘调速时，应将平旋盘操作手柄扳至接通位置。

（6）进给控制机床的进给控制分为主轴进给平旋盘刀架进给工作台进给及主轴箱的进给控制等。

机床的各种进给运动都是由控制电路控制电磁阀的动作，从而控制液压系统对各种进给运动进行驱动的。

1）主轴向前进给控制

①初始条件：

平旋盘通断操作手柄扳至“断开”位置；

液压泵电动机M2和润滑泵电动机M3已启动且运行正常；

压力继电器KP2（52区）KP3（79区）的常开触点已闭合；

中间继电器K7（52区）K17（79区）K18（80区）通电闭合。

②操作：

将十字开关SA5扳至左边位置档，中间继电器K18失电释放，而中间继电器K17仍然通电吸合。

③松开主轴夹紧装置：

当机床使用自动进给时，行程开关ST4在61区中的常开触点闭合，中间继电器K9通电闭合，为电磁阀YV3线圈的通电做好准备。

且K9接通了电磁阀YV8线圈的电源，YV8动作，接通主轴松开油路，使主轴夹紧装置松开。

④主轴快速进给控制：

当需要主轴快速进给时，按下100区中的点动快速进给按钮SB12，中间继电器K20线圈和电磁阀YV1线圈通电。

电磁阀YV1动作，关闭低压油泄放阀，使液压系统能推动进给机构快速进给。

中间继电器K20动作，使电磁阀YV3通电动作，主轴选择前进进给方向，且K20接通快速进给电磁阀YV6a线圈的电源，电磁阀YV6a动作。

电磁阀YV3a和电磁阀YV6a动作的组合使机床压力油按预定的方向进入主轴液压缸，驱动主轴快速前进。

松开点动快速进给按钮SB12，中间继电器K20失电释放，电磁阀YV1YV3aYV6a先后失电释放，完成主轴快速进给控制过程。

⑤主轴工作进给控制：

当需要主轴工作进给时，按下102区的工作进给按钮SB13，中间继电器K21线圈通电吸合并自锁，接通工作进给指示信号灯电源，工作进给指示灯亮，显示主轴正在工作进给，同时接通中间继电器K22线圈的电源，继而接通了电磁阀YV3a和YV6b的电源，电磁阀YV3a和YV6b动作，主轴以工作进给速度移动。

当需要停止主轴工作进给时，按下30区中的主轴停止按钮，或将十字开关SA5扳至中间位置档，主轴停止工作进给。

⑥主轴点动工作进给控制：

当需要主轴点动工作进给时，按下104区中的主轴点动进给速度移动。

松开主轴点动工作进给按钮SB14，中间继电器K22失电释放，继而电磁阀YV3a和YV6b失电，主轴停止进给

⑦主轴进给量微调控制：

当主轴需要对进给量进行微调控制时，按下99区中主轴微调点动按钮SB15，中间继电器K23通电闭合，继而接通电磁阀YV3a和YV7的电源，电磁阀YV3a和YV7通电动作，使主轴以很微小的移动量进给。

松开主轴微调点动按钮SB15，主轴停止微调量进给。

2）平旋盘进给控制。

平旋盘的进给控制与主轴的进给控制相同，它也有点动快速进给、工作进给、点动工作进给、点动微调进给控制，同样由按钮SB12、SB13、SB14、SB15分别控制。

当需要对平旋盘进行控制时，只需将平旋盘通断操作手柄扳至接通位置，其他操作与主轴进给控制相同。

3）主轴后退运动控制。

主轴后退运动控制与主轴进给控制相同，也有点动快速进给、工作进给、点动工作进给、点动微调进给控制，同样由按钮SB12、SB13、SB14、SB15分别控制。

当需要对主轴进行后退运动控制时，应将平旋盘通断操作手柄扳至断开位置，并将十字开关SA5扳至右边位置档，其他操作与主轴的进给控制相同。

4）主轴箱的进给控制。

主轴箱可以上升或下降进给。

将十字开关SA5扳至上边位置档，主轴箱上升进给；

将十字开关SA5扳至下边位置档，主轴箱下降进给。

①主轴箱上升进给控制：

将十字开关SA5扳至上边位置档，67区中的SA5-3常开触点闭合，SA5其他常开触点断开；

80区中的SA5-3常闭触点断开，SA5其他常闭触点闭合。

中间继电器K17闭合，同时中间继电器K11通电闭合，继而接通电磁阀YV9、YV10的电源。

电磁阀YV9动作，驱动主轴箱夹紧机构松开；

电磁阀YV10动作，供给润滑油对导轨进行润滑。

中间继电器K11接通主轴箱向上进给电磁阀YV5a的电源，主轴箱被选择为向上进给。

分别按下按钮SB12、SB13、SB14、SB15，可分别进行主轴箱上升的点动快速进给、工作进给、点动工作进给及微调进给控制。

②主轴箱下降进给控制：

将十字开关SA5扳至下边位置档，69区中的SA5-4常开触点闭合，SA5其他常开触点断开；

80区中的SA5-4常闭触点断开，SA5其他常闭触点闭合。

中间继电器K17闭合，同时69区中间继电器K12