1、攀枝花學院本科學生課程設計任務書題目X62W萬能銑床電氣及PLC控制系統設計1、課程設計的目的專業課程綜合訓練目的是使學生通過對所學主要專業課的綜合應用，基本掌握一般機床電氣控制及PLC的設計的能力。綜合運用所學的基礎知識和技能，進一步提高學生的分析及解決問題能力，培養學生創新意識和創新能力，提高機床控制分析設計的總體意識和工程實踐能力。2、課程設計的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）設計內容要求：（1）輸入回路的設計；（2）(a8b$G 7p.l*l(T87能源環保論壇輸出回路的設計；（3）擴展模塊的選用；（4）PLC的網絡設計；（5）軟件編制。設計結束后提交4000字左右的課

2、程設計論文;包含上述全部內容。3、主要參考文獻1高學民.機床電氣控制.山東：山東科學技術出版社2魯遠棟，冼進.PLC機電控制系統應用設計技術.電子工業出版社3齊占慶.機床電氣控制技術.機械工業出版社4張萬忠.可編程控制器入門與應用實例 （西門子S7-200系列）.中國電力出版社4、課程設計工作進度計劃 內容學時總體方案分析8輸入回路的設計8輸出回路的設計30擴展模塊的選用30PLC的網絡設計8軟件編制20合計3周指導教師（簽字）日期 年 月 日教研室意見：年 月 日學生（簽字）： 接受任務時間： 年 月 日注：任務書由指導教師填寫。課程設計（論文）指導教師成績評定表題目名稱X62W萬能銑床電氣

3、及PLC控制系統設計評分項目分值得分評價內涵工作表現20%01學習態度6遵守各項紀律，工作刻苦努力，具有良好的科學工作態度。02科學實踐、調研7通過實驗、試驗、查閱文獻、深入生產實踐等渠道獲取與課程設計有關的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規定的任務，工作量飽滿。能力水平35%04綜合運用知識的能力10能運用所學知識和技能去發現與解決實際問題，能正確處理實驗數據，能對課題進行理論分析，得出有價值的結論。05應用文獻的能力5能獨立查閱相關文獻和從事其他調研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。06設計（實驗）能力，方案的設計能力5能正確設計實驗方案，獨立進

4、行裝置安裝、調試、操作等實驗工作，數據正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計算及計算機應用能力5具有較強的數據運算與處理能力；能運用計算機進行資料搜集、加工、處理和輔助設計等。08對計算或實驗結果的分析能力（綜合分析能力、技術經濟分析能力）10具有較強的數據收集、分析、處理、綜合的能力。成果質量45%09插圖（或圖紙）質量、篇幅、設計（論文）規范化程度5符合本專業相關規范或規定要求；規范化符合本文件第五條要求。10設計說明書（論文）質量30綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結論嚴謹合理；實驗正確，分析處理科學。11創新10對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。成績指導教師評語指導教師簽

5、名： 年月日目 錄1 緒論12 機床分析22.1 機床的主要結構及運動形式23 機床電力拖動特點及控制要求33.1 電力拖動特點33.2 控制要求34 X62W萬能銑床電氣控制原理圖分析44.1 主電路分析44.2 控制電路分析4控制電路電源4主軸電動機M1的控制4主軸換銑刀控制5主軸變速沖動控制5進給電動機M2的控制5聯鎖控制6進給變速沖動7工作臺的快速移動7圓形工作臺的控制74.3 冷卻和照明控制75 PLC控制系統的分析與設計95.1 PLC設計分析95.2 PLC硬件設計95.3 X62W PLC電氣控制I/O接線圖105.4 程序設計11結 論13參考文獻14致 謝151 緒論銑床可

6、用來加工平面、斜面、溝槽，裝上分度頭可以銑切直齒輪和螺旋，面，裝上圓工作臺還可以銑切凸輪和弧形槽，受壓銑床在機械行業的機床設備中占有相當大的比重。銑床的種類很多，按照結構形式和加工性能的不同可分為臥式銑床、龍門銑床、立式銑床、仿形銑床和專用銑床等。萬能銑床是一種通用的多用途機床，它可以用圓柱銑刀、角度銑刀、斷面銑刀等各種刀具對零件進行平面、斜面及成型表面等的加工，還可以加裝圓工作臺、萬能銑頭等附件來擴大加工范圍。常用的萬能銑床有兩種：一種是X52K型立式萬能銑床，銑銑頭垂直方向放置；另一種是X62W型臥式萬能銑床，銑頭水平方向放置。這兩種銑床在結構上大體相似，差別在于銑頭的放置方向不同，而工作

7、臺的進給方式、主軸變速的工作原理等都一樣，電氣控制線路經過系列化以后也基本一樣。此課程設計通過對X62W型臥式萬能銑床的電氣原理圖進行分析，進而設計PLC控制系統。該銑床型號的含義：X 6 2 W2號工作臺萬能臥式銑床2 機床分析2.1 機床的主要結構及運動形式X62W萬能銑床由床身、主軸、刀桿、橫梁、工作臺、回轉盤、橫溜板和升降臺等幾部分組成，如圖2.1所示。床身固定在底座上，在床身的頂部有水平導軌，上面的懸梁裝有一個或兩個刀桿支架。刀桿支架用來支撐銑刀心軸的一端，另一端則固定在主軸上，由主軸帶動銑刀銑削。刀桿支架在懸梁上以及懸梁在床身頂部的水平導軌上都可以做水平移動，以便安裝不同的心軸。在

8、床身的前面有垂直導軌，升降臺可沿著它上下移動。在升降臺上面的水平導軌上，裝有可前后移動的溜板。溜板上有可轉動的回轉盤，工作臺就在回轉盤的導軌上作左右移動。工作臺用T形槽來固定工件。這樣，安裝在工作臺上的工件就可以在三個坐標上的六個方向調整位置和進給。此外，由于回轉盤相對于溜板可繞中心軸線左右轉過一個角度，因此，工作臺還可以在傾斜方向進給，加工螺旋槽，故稱萬能銑床。銑削是一種高效率的加工方式。主軸帶動銑刀的旋轉運動是主運動；工作臺的前后、左右、上下六個方向的運動是進給運動；工作臺的旋轉等其他運動則屬于輔助運動。圖2.1 X62W萬能銑床外形圖3 機床電力拖動特點及控制要求 3.1 電力拖動特點（

9、1）由于主軸電動機的正反轉并不頻繁，因此采用組合開關來改變電源相序實現主軸電動機的正反轉。由于主軸傳動系統中裝有避免振動的慣性輪，使主軸停車困難，故主軸電動機采用電磁離合器制動來實現準確停車。（2）由于工作臺要求有前后、左右、上下6個方向的進給運動和快速移動，所以也要求進給電動機能正反轉，并通過操縱手柄和機械離合器配合實現。進給的快速移動是通過電磁鐵和機械掛擋來實現的。為了擴大其加工能力，在工作臺上課加裝圓形工作臺，圓形工作臺的回轉運動是由進給電動機經傳動機構驅動的。（3）主軸和進給運動均采用變速盤來進行速度的選擇，為了保證齒輪的良好嚙合，兩種運動均要求變速后作瞬間點動。3.2 控制要求（1）

10、當主軸電動機和冷卻泵電動機過載時，進給運動必須立即停止，以避免損壞刀具和銑床。（2）根據加工工藝的要求，該銑床應具有以下電氣聯鎖措施： a) 由于6個方向的進給運動同時只能有一種運動產生，因此采用了機械手柄和位置開關相配合的方式來實現6個方向的聯鎖。b) 為了防止刀具和銑床的損壞，要求只有主軸旋轉后才允許有進給運動。c) 為了提高勞動生產率，在不進行銑削加工時，可使工作臺快速移動。d) 為了減少加工工件的表面粗糙度，要求只有進給停止后主軸才能停止或同時停止。（3）要求有冷卻系統、照明設備及各種保護措施。4 X62W萬能銑床電氣控制原理圖分析4.1 主電路分析X62W萬能銑床的電氣原理圖見附件一

11、。由X62W萬能銑床的電氣原理圖可知，主電路中共有三臺電動機，其中M1是主軸電動機，拖動主軸帶動銑刀進行銑削加工，SA3是M1的轉換開關； M2是工作臺進給電動機，拖動工作臺進行前后、左右、上下6個方向的進給運動和快速移動，其正反轉由接觸器KM3、KM4實現；M3為冷卻泵電動機，供應冷卻液，與主軸電動機M1直接實現順序控制，即M1起動后，M3才能起動。熔斷器FU1作為3臺電動機的短路保護，3臺電動機的過載保護由熱繼電器FR1、FR2、FR3實現。4.2 控制電路分析控制電路電源控制電路電壓為110V，由控制變壓器TC供給。4.2.2主軸電動機M1的控制為了方便操作，主軸電動機M1采用兩地控制方

12、式，起動按鈕SB1、SB2，停止按鈕SB5、SB6分別裝在床身和工作臺上。YC1是主軸制動用的電磁離合器，KM1是主軸電動機M1的起動接觸器，ST1是主軸變速沖動行程開關。.1主軸電動機M1的起動控制過程為：選好主軸轉速合上電源開關QS1SA3扳到所需轉向按下SB1或SB2KM1線圈得電并自鎖M1啟動。表4.1 主軸電動機換向轉換開關SA3的位置及動作說明位置正轉停止反轉SA3-1-+SA3-2+-SA3-3+-SA3-4-+.2主軸電動機M1的制動控制過程為：按下SB5（或SB6）SB5-1（或SB6-1）斷開KM1線圈失電M1慣性轉動 SB5-2（或SB6-2）閉合YC1線圈得電主軸M1停

13、轉主軸換銑刀控制主軸在更換銑刀時，為避免其轉動，造成更換困難，應將主軸制動。方法是SA1扳到換刀位置常開觸頭SA1-1閉合YC1線圈得電。此時主軸處于制動狀態，以便換刀。同時常閉觸頭SA1-2斷開，切斷了整個控制線路，保證了人身安全。主軸變速沖動控制主軸變速是由一個變速手柄和一個變速盤來實現的。主軸變速沖動控制是利用變速手柄與沖動行程開關ST1通過機械上的聯動機構來實現，而且變速前應先停車。變速時，先將變速手柄3壓下，使手柄的榫塊從定位槽中脫出，然后向外拉動手柄使榫塊落入第二道槽內，使齒輪組脫離嚙合。轉動變速盤4選定所需的轉速，然后將變速手柄3推回原位，使榫塊重新落進槽內，齒輪組重新嚙合。由于

14、齒之間不能剛好對上，若沖動一下，則嚙合十分方便。控制過程為：手柄推進時，凸輪1將彈簧桿2推動一下又返回彈簧桿2推動一下位置開關ST1常閉觸頭ST1-2先分斷，常開觸頭ST1-1閉合接觸器KM1線圈瞬時得電主軸電動機M1也瞬時起動；但緊接著凸輪1放開彈簧桿2位置開關ST1復位常閉觸頭ST1-2復位，常開觸頭ST1-1復位KM1線圈失電電動機M1斷電。由于未采取制動而使電動機M1慣性運轉，故電動機M1產生一個沖動力，是齒輪系統抖動，保證了齒輪的順利嚙合。4.2.5進給電動機M2的控制工作臺的進給是通過兩個操作手柄和機械聯動機構開展對應的位置開關使進給電動機M2正轉或反轉來實現的，并且前后、左右、上

15、下6個方向的運動之間實現聯鎖，不能同時接通。.1工作臺的左右進給運動工作臺的左右進給運動是由工作臺左右進給操作手柄與位置開關ST5和ST6聯動來實現的，其控制關系見表4.2，共有左、中、右3個位置。工作臺左移控制過程為：當手柄扳向左壓下行程開關ST5(常閉觸頭ST5-2斷開，常開觸頭ST5-1閉合) 接觸器KM3線圈得電電動機M2正轉工作臺左移達到左極限位置ST5復位電動機M2停轉，工作臺停止運動。工作臺右移控制過程為：當手柄扳向右壓下行程開關ST6(常閉觸頭ST6-2斷開，常開觸頭ST6-1閉合) 接觸器KM4線圈得電電動機M2反轉工作臺右移達到右極限位置ST6復位電動機M2停轉，工作臺停止

16、運動。當手柄扳向中間位置時，位置開關ST5和ST6均未被壓合，進給控制電路處于斷開狀態。表4.2 工作臺左右進給手柄功能手柄位置位置開關動作接觸器動作電動機M2的轉向工作臺運動方向左ST5KM3正轉向左右ST6KM4反轉向右中-停止停止.2工作臺的上下和前后進給運動工作臺的上下和前后進給是由同一手柄控制的。該手柄與位置開關ST3和ST4聯動，有上、下、前、后、中五個位置，其控制關系如表4.3所示。工作臺上移控制過程為：手柄扳到向上壓下行程開關ST4（ST4-2斷開，ST4-1閉合）KM4線圈得電M2正轉工作臺向上運動。工作臺下移控制過程為：手柄扳到向下壓下行程開關ST3（ST3-2斷開，ST3

17、-1閉合）KM3線圈得電M2正轉工作臺向上運動。工作臺前移控制過程為：手柄扳到向前壓下行程開關ST3（ST3-2斷開，ST3-1閉合）KM3線圈得電M2正轉工作臺向前運動。工作臺后移控制過程為：手柄扳到向前壓下行程開關ST4（ST4-2斷開，ST4-1閉合）KM4線圈得電M2正轉工作臺向前運動。和左右進給一樣，工作臺的上、下、前、后4個方向也均有極限保護，使手柄自動復位到中間位置，使電動機和工作臺停止運動。表4.3 工作臺上、下、前、后、中進給手柄功能手柄位置位置開關動作接觸器動作電動機M2的轉向工作臺運動方向上ST4KM4反轉向上下ST3KM3正轉向下前ST3KM3正轉向前后ST4KM4反轉

18、向后中-停止停止聯鎖控制單獨對上、下、前、后、左、右6個方向的進給只能選擇其一，絕不可能出現兩個方向的可能性。在兩個手柄中，當一個手柄被置于某一進給方向時，另一個操作手柄必須置于中間位置，否則將無法實現任何進給運動，實現了聯鎖保護。若將左右進給手柄扳向右時，而又將另一進給手柄扳到上時，則位置開關ST6和ST4均被壓合，使ST6-2和ST4-2均分斷，接觸器KM3和KM4的通路均斷開，電動機M2只能停轉，保證了操作安全。進給變速沖動與主軸變速時一樣，為使齒輪進入良好的嚙合狀態，也要進行變速后的瞬時點動。進給變速操作過程為：把進給操作手柄放在中間位置將進給變速盤拉出進給齒輪松開，選好進給速度將變速

19、盤推回原位。在推進過程中，擋塊壓下位置開關ST2（觸頭ST2-2分斷，ST2-1閉合）接觸器KM3線圈得電電動機M2起動；但隨著變速盤的復位位置開關ST2復位KM3斷電釋放電動機M2失電停轉。由于使電動機M2瞬時點動一下，齒輪系統產生一次抖動，使齒輪順利嚙合。工作臺的快速移動在加工過程中，在不進行銑削加工時，為了減少生產輔助時間，可使工作臺快速移動，當進入銑削加工時，則要求工作臺以原進給速度移動。6個進給方向的快速移動是通過兩個進給操作手柄和快速移動按鈕配合實現的。快速移動控制過程為：工件安裝好后，扳動進給操作手柄選定進給方向按下快速移動按鈕SB3或SB4接觸器KM2得電KM2的一個常開觸頭接

20、通進給控制線路，為工作臺6個方向的快速移動做好準備；另一個常開觸頭接通電磁離合器YC3，使電動機M2與進給絲杠直接搭合，實現工作臺的快速進給；KM2的常閉觸頭分斷，電磁離合器YC2失電，使齒輪傳動鏈與進給絲杠分離快速移動到預定位置時，松開快速移動按鈕SB3或SB4接觸器KM2斷電釋放電磁離合器YC3斷開，YC2吸合，快速移動停止。圓形工作臺的控制為了提高銑床的加工能力，可在工作臺上安裝附件圓形工作臺，進行對圓弧或凸輪的銑削加工。圓形工作臺工作時，所有的進給系統均停止工作，實現聯鎖。 具體控制過程為：轉換開關SA2扳到接通位置觸頭SA2-1和SA2-3斷開，觸頭SA2-2閉合使接觸器KM3線圈得

21、電電動機M2起動通過一根專用軸帶動圓形工作臺作旋轉運動。當不需要圓形工作臺工作時，則將轉換開關SA2扳到斷開位置，此時觸頭SA2-1和SA2-1閉合，觸頭SA2-2斷開，以保證工作臺在6個方向的進給運動，因為圓形工作臺的旋轉運動和6個方向的進給運動也是聯鎖的。4.3 冷卻和照明控制冷卻泵電動機M3只有在主軸電動機M1起動后才能起到，因而采用的是順序控制。銑床照明由變壓器T1供給24V安全電壓，由開關SA4控制。照明電路的短路保護由熔斷器FU5實現。X62W型萬能銑床電器元件明細表見表4.4。表4.4 X62W型萬能銑床電器元件明細表代號名稱型號及規格數量用途QS1開關HZ10-60/3J 60

22、A、380V1電源總開關QS2開關HZ10-10/3J 10A、380V1冷卻泵開關SA1開關LS2-3A1換刀開關SA2開關HZ10-10/3J 10A、380V1圓工作臺開關SA3開關HZ3-133 10A、500V1M1換向開關M1主軸電動機Y132M-4-B3 7.5KW、380V、1450r/min1驅動主軸M2進給電動機Y90L-4 1.5KW、380V、1400r/min1驅動進給M3冷卻泵電機JCB-22 125W、380V、2790r/min1驅動冷卻泵FU1熔斷器RL1-60 60A、熔體50A3電源短路保護FU2熔斷器RL1-15 15A、熔體10A3進給短路保護FU3、

23、FU6熔斷器RL1-15 15A、熔體4A2整流、控制電路短路保護FU4、FU5熔斷器RL1-15 15A、熔體2A2直流、照明電路短路保護FR1熱繼電器JR0-40 整定電流16A1M1過載保護FR2熱繼電器JR0-10 整定電流0.43A1M2過載保護FR3熱繼電器JR0-10 整定電流3A1M3過載保護T2變壓器BK-100 380/36V1整流電源TC變壓器BK-150 380/110V1控制電路電源T1照明變壓器BK-50 50VA、380/24V1照明電源VC整流器2CZ×4 5A、50V1整流用KM1接觸器CJ0-20 20A、線圈電壓110V1主軸起動KM2接觸器CJ

24、0-10 10A、線圈電壓110V1快速進給KM3接觸器CJ0-10 10A、線圈電壓110V1M2正轉KM4接觸器CJ0-10 10A、線圈電壓110V1M2反轉SB1、SB2按鈕LA2 綠色1起動電動機M1SB3、SB4按鈕LA2 黑色1快速進給點動SB5、SB6按鈕LA2 紅色1停止、制動YC1電磁離合器B1DL-1主軸制動YC2電磁離合器B1DL-1正常進給YC3電磁離合器B1DL-1快速進給ST1位置開關LX3-11K 開啟式1主軸沖動開關ST2位置開關LX3-11K 開啟式1進給沖動開關ST3位置開關LX3-131 單輪自動復位1M2正反轉及聯鎖ST4位置開關LX3-131 單輪自

25、動復位1ST5位置開關LX3-11K 開啟式1ST6位置開關LX3-11K 開啟式15 PLC控制系統的分析與設計5.1 PLC設計分析X62W萬能銑床電氣控制線路中的電源電路、主電路及照明電路保持不變，在控制電路中，變壓器TC的輸出及整流器VC的輸出部分去掉，用可編程控制器實現，為了保證各種聯鎖功能，將ST1ST6,SB1SB6分別接入PLC的輸入端，換刀開關SA1和圓形工作臺轉換開關SA2分別用其一對常開和常閉觸頭接入PLC的輸入端子。輸出器件分三個電壓等級，一個是接觸器使用的110V交流電壓，另一個是電磁離合器使用的36V直流電，還有一個是照明使用的24V交流電壓，這樣也將PLC的輸出口

26、分為三組連接點。5.2 PLC硬件設計萬能銑床各個輸入/輸出點的PLC I/O地址分配入下表5.1所示：表5.1 輸入輸出點數及地址輸入點（I）輸出點（O）主軸啟1SB1I0.0EL照明Q1.0主軸啟2SB2I0.1工作臺正常進給YC2Q1.1主軸停1SB5I0.2主軸制動YC1Q1.2主軸停2SB6I0.3工作臺快速進給YC3Q1.3工作臺快進1SB3I.04工作臺反向進給KM4Q1.4工作臺快進2SB4I0.5工作臺正向進給KM3Q1.5右進給ST6I0.6主軸起動KM1Q1.6左進給ST5I0.7進給控制KM2Q1.7前、下進給ST3I1.0后、上進給ST4I1.1進給變速沖動ST2I1

27、.2主軸變速沖動ST1I1.3換刀開關SA1I1.4圓工作臺開關SA2I1.5照明開關SA4I1.6主軸熱繼電器FR1I1.7進給熱繼電器FR3I2.0冷卻泵熱繼電器FR2I2.15.3 X62W PLC電氣控制I/O接線圖按照給出的控制要求，PLC改造X62W電氣控制線路的I/0接線圖如圖5-1所示。圖5.1 PLC的I/O接線圖5.4 程序設計根據X62W萬能銑床的控制要求，設計該電氣控制系統的PLC控制梯形圖，如圖5.2所示。該程序共有10條支路，反映了原繼電器電路中的各種邏輯內容。在第1支路中，按下啟動按鈕SB1（I0.0）或SB2（I0.1）時， Q1.6線圈得電并自鎖，Q1.6的輸

28、出信號使主軸電動機M1啟動運轉。第5支路中Q1.6常開觸點閉合，輔助繼電器M0.1線圈得電，其常開觸點閉合，為第6支路以下程序執行做好準備，保證了只有主軸旋轉后才有進給運動。當按停止按鈕SB5（I0.2）或SB6（I0.3）時，其常閉觸點斷開，Q1.6線圈失電，主軸慣性運轉，同時其常開觸點閉合，Q1.2線圈得電接通電磁離合器YC1，主軸制動停轉。 第2支路表達了KM2(Q1.7)及YC3(Q1.3)的工作邏輯，當按下快速移動按鈕SB3(I0.4)或SB4(I0.5)時，其常開觸點閉合，則Q1.7及Q1.3線圈得電，Q1.7常閉觸頭斷開，電磁離合器YC2(Q1.1)失電，YC3(Q1.3)得電，工作臺沿選定方向快速移動；松開SB3(I0.4)或SB4(I0.5)時，則YC2(Q1.1)得電，YC3(Q1.3)失電，快速移動停止。第6、7、8、9支路表達了工作臺六個方向的進給、進給沖動及圓工作臺的工作邏輯關系。當圓形工作臺轉換開關SA2(I1.5)動作，6、7支路中I1.5的常開觸點分斷，第8支路中I1.5常開觸頭復位，M0.4線圈得電，使KM3(Q1.5)得電，電動機M2啟動，圓形工作臺旋轉；當SA2(I1.5)復位時，M0.4和Q1.4線圈失電，圓形工作