gl机械电子学

机械电子大作业

姓名：方龙年

学号：21104037

授课老师：王永青 教授

X62W的电气控制

一、 X62W的工艺特点与控制要求

铣削是一种高效率地加工方式。铣床的种类很多，有立铣、卧铣、龙门铣和仿形铣等，它们的加工性能及使用范围各不相同，X62W是卧式万能铣床。卧式万能铣削可以用于加工平面、斜面和沟槽等，装上分度头后还可以铣削直齿齿轮和螺旋面，装上圆工作台还可以铣切凸轮和弧形槽等，是一种常用的通用机床。

一般中小型卧式铣床都采用三相异步电动机拖动。铣床主轴的旋转运动和进 给运动都分别由单独的电动机拖动。铣床的主轴旋转运动称为主运动。它有顺铣和逆铣两种方式，所以要求主轴有两个旋转方向。为了对刀和提供生产效率，要求主轴能迅速停止，所以电气线路要有制动措施。铣床的进给运动有六个方向，即工作台前后（横向）运动、左右（纵向）运动和上下（垂直）运动。六个方向还能实现空行程的快速移动。

根据加工工艺，卧式铣床应具有如下电气控制要求：

1） 为防止刀具和机床的损坏，要求只有主轴旋转后才进给和进给方向的快速移动。

2） 为降低工件表面粗糙度值，只有进给停止后主轴才能停止或同时停止。X62W机床在电气上采用了主轴和进给同时停止的方式。但是由于主轴运动的惯性很大，实际上就保证了进给运动先停止，主轴运动后停止的要求。

3） 六个方向的进给运动同时只产生一种运动，该机床采用了机械手柄和行程开关相配合的方法来实现六个方向进给的互锁。

4） 主轴运动和进给运动采用变速孔盘来进行速度选择，为保证变速齿轮进入良好的啮合状态，两种运动都要求变速后做瞬时电动。

5） 当主电动机或冷却泵电动机过载时，进给运动必须立即停止，以免损坏刀具和机床。

6） 从安全和操作方便考虑，换刀时主轴必须处于制动状态。 X62W电路控制分析说明

1、X62W卧式万能升降台铣床主电路分析

主电路共有三台电动机，M1为主电动机，其正、反转通过转换开关SA5手动切换，交流接触器KM1的主触点只控制电源的接入和切除。由于SA5在切换时KM1主触点没有闭合，所以不会直接切断或者接通电流。由于一批工件在大多数情况下只用一种铣削方式，并不需要经常改变电动机转向，即本批次时选择顺铣还是逆铣，开始工作前就已经选定，在加工过程中是不改变的，因此用电源相序转换开关实现主电动机的正反转控制、简化了控制电路。

M2为进给电动机，由于它在工作过程中需要频繁变换转动方向，因而仍然用正反转接触器KM2、KM3主触点构成正反转接线电路。

M3为冷却泵电动机，铣削加工时，根据不同的工件材料，也为了延长刀具使用寿命和提高加工质量，需要用切削液对工件和刀具进行冷却润滑、因此主电路中采用转换开关SA3直接控制冷却泵电动机的启动和停止。

同样，为了保证主电路的正常运行，分别由熔断器FU1、FU2、FU3、对电动机M1、M2、M3实现短路保护，由热继电器FR1、FR2、FR3对M1、M3进行过载保护。

2.主电路的控制线路分析

（1）主电路的启动控制

主电动机启动前、应首先选择好主轴的转速，需要根据所选择的铣削方式，由转换开关SA5选定电动机的转向并将控制电路中得转换开关SA2扳倒主电动机正常工作的位置。按下启动按钮SB3或按钮SB4，按下启动按钮SB3或按钮SB4，接触器KM1得电吸合，KM1的主触点闭合，接通了电动机的定子绕组，主电动机启动。KM1的辅助动合触点的闭合讲线圈自锁，辅助动合触点的闭合为工作台进给线路提供了电源。

（2）主电动机的制动

为了使主轴能准确的停车，减少电能损耗，主轴制动采用了电磁离合器的制动方式，电磁离合器的直流由整流变压器TC的二次侧经桥式整流获得，当主轴制动停车时，按下SB1或SB2，这时接触器KM1级线圈断电，M1的定子绕组脱离电源，离合器YB线圈通电，主轴制动停车。

（3）主轴变速时的瞬时电动控制

铣床主轴的变速由机械系统来完成。在变速过程中，当选定啮合的齿轮正常啮合时，要求电动机能够点动至合适的位置，变速时，首先将变速手柄拉出，啮合好的齿轮脱离，然后转动蘑菇形变速手轮，当选好合适的转速后，将变速手柄复位，使改变传动比的齿轮重新啮合。由于两啮合齿轮的齿与齿之间的位置没有错开，因而常常造成啮合困难。当齿轮没有进入正常啮合状态时，则需要主轴有瞬时电动的功能，以调整两个齿轮的相对位置，使齿轮进入正常的啮

合。实现瞬时点动是由复位手柄与行程开关SQ7共同控制的。在手柄复位的过程中，压动行程开关SQ7，接触器KM1线圈瞬时接通，主电动机作瞬时电动，以达到齿轮的良好啮合，当手柄复位后，SQ7恢复到常态，断开了主轴瞬时电动，以达到齿轮的良好啮合，当手柄复位后，SQ7恢复到常态，断开了主轴瞬时电动线路。在手柄复位时要迅速，连续，以免电动机的转速升得很高，在齿轮没有啮合好时可能使齿轮打牙，当瞬时电动没有实现良好啮合时，可以重复进行瞬时电动动作。

（4）主轴换刀制动控制

为了减小负载波动对铣刀转速的影响，主轴上安装有飞轮，使得转动惯量很大。为了提高工作效率，要求主电动机停车时须有制动控制，该控制电路采用电磁制动器YB对主轴进行停车制动。在停车时，按下按钮SB1或SB2，其动断触点断开，使得接触器KM1线圈断电，KM1触点断开，切断电动机电流，同时常开触点闭合，接通电磁控制器YB的线圈电路，使制动器中得闸瓦迅速抱住闸轮，主轴电动机立即停止运转。主轴停车后，才可以松开按钮SB1或SB2。在主轴上到或换刀时，主轴的意外转动都将造成人身事故。因此在上、换刀时，应使主轴处于制动状态，此时，可以旋转开关SA2由工作位置搬到制动位置，切断了接触器KM1线圈电路，使主电动机不能启动，同时SA2切断了电磁制动器YB的线圈电路，使得主轴处于制动状态不能转动，保证换刀工作的顺利进行。当上、换刀结束后，将SA2扳倒闭合位置，为主轴启动做好准备。

3.进给运动的控制

（1）顺序控制

为防止刀具和机床的损坏，机床开机要求只有主轴电动机旋转后，才允许有进给运动。通过在进给接触器回路中串入接触器KMQ的常开触点，保证主轴启动后方可启动进给电动机。

（2）工作台运动控制

工作台的左、右、上、下、前、后运动时通过操作手柄和机械联动机构控制相应的行程开关使进给电动机正转或反转来实现的。行程开关SQ1和SQ2控制工作台的向右和向左运动，SQ3和SQ4控制工作台的向前、向下和向后、向上运动，一般卧式万能铣床上有两个操作手柄，一个为纵向操作手柄，有左、中、右三个位置，搬动时分别压动SQ1和SQ2；另一个为横向和垂直狮子负荷操作手柄，该手柄有五个位置，即上、下、前、后和中间位置，扳倒相应位置时分别压动行程开关SQ3和SQ4.

1） 工作台的左右运动：工作台的左右运动由于纵向手柄操纵，档手柄扮向右侧，手柄通过联动机构接通了纵向进给离合器，同时压下了行程开关SQ1的动合触点，使进给电动机的正转接触器KM2线圈得电，进给电动机正转，带动工作台向右运动。当纵向进给手柄扳向左侧时，形成开关SQ2被压下，形成开关SQ1复位，进给电动机反转接触器KM3线圈得点，进给电动机反转，带动工作台向左运动。SA1为圆形工作台转换开关，这是的SA1处于断开位置。

2） 工作台的上下运动和前后横向运动：工作台的上下和前后运动由垂直和横向进给手柄操作。该手柄向上和向下时，接通了垂直进给离合器，当手柄向前或向后时，接通了横向进给离合器；手柄在中间位置时，横向和垂直进给离合器均不接通。

在手柄扳倒向下或向前位置时，手柄通过机械联动机构使SQ3被压下，

SQ4的动和触点接通，动断触点断开。这时进给电动机正转接触器KM2线圈接通得电，电动机正转，带动工作台作向下或向前运动。

当手柄扳倒向上或向后位置时，SQ4被压下，SQ3复位，SQ4的常开触点接通，进给电动机反转接触器KM3的线圈接通得点，电动机反转带动工作台向上或向右运动。手柄扳倒向下或向前是压动行程开关SQ3与扳倒想象或向后时压动行程开关SQ4均是通过机械联动机构实现的。

（3）进给变速时的瞬时动点

进给变速必须在进给操纵手柄放在零位时进行。和主轴变速一样，进给变速时，为使齿轮进入良好的啮合状态，必须做变速后瞬时电动。在进给变速时，首先将进给变速的蘑菇形手柄拉出，当选好合适的进给速度后，手柄继续拉出，形成开关SQ6被压动，SQ6的常开触点接通，常闭触点断开，进给电动机正转接触器KM2线圈得点，进给电动机瞬时正转；在手柄推回原位时SQ6复位，进给电动机停止。一次瞬时电动齿轮仍未进入啮合状态，可以再重复进行一次，直到进入良好的啮合状态为止。

（4）进给方向的快速移动

为了缩短辅助时间，提高生产效率，要求水平工作台不作铣削加工时应能快速移动。水平工作台在进给方向选定后，是快速移动还是进给移动，取决于电磁离合器YC1、YC2的得点与断电。六个方向的进给快速移动是通过相应的手柄和快速器YC1、YC2的得电与断电。六个方向的进给快速移动是通过相应的手柄和快速按钮配合实现的。当在某一个方向有进给运动后，按下快速移动按钮SB5或SB6，快速移动接触器KM4动作，接触器KM4的东合触点闭合，接通快速离合器YC1，工作台在原方向上作快速移动，松开按钮快速移动停止。水平工作台以原来的方向继续工作进给。

工作台在进给方向上的运动必须具有可靠的极限位置保护，否则将造成设备或人身事故。XW的极限位置保护采用的是机械和电气相配合的方式。由挡块确定各进给方向上的机械位置，当达到极限位置时，挡块将操纵手柄自动地回到零位。电气上就使在相应进给方向上的行程开关复位，切断了进给电动机的控制电路，进给运动停止，保证了工作台在规定范围内的运动。

二、 X62W电气控制PLC改造

1. X62W改造说明与电路设计

根据X62W卧式万能铣床的工作过程和已有继电器控制的电气参数，选择FX2N可编程控制器进行改造。改造中，主电路不变，将原来的低压电器元件进过分析，把触点、开关与PLC的输入继电器端口连接，负载、线圈与输出继电器端口相连。其中，接触器线圈负载电源为交流110V，电磁铁线圈电源选择24V直流，沿用原来变压器的输出电源。新增中间继电器KA1、KA2、KA3来飞翔控制电磁制动器YB、电磁离合器YC1和电磁离合器YC2，避免这些电感元件与PLC输出端口直接连接。新增中间继电器的电源类型与其他接触器一致。

结合输入、输出总点数，选用FX2N-32MR能够满足要求。改造后的电路图如图2，逻辑元件的分配表见表2。

2. X62W程序设计与说明

（1） 主电动机控制

当主轴换刀制动开关SA2闭合，则输入继电器X20为on，按下多点控制按钮SB3或者SB4,则输入继电器X2或X3变成ON，使输出继电器Y0线圈逻辑回路导致自锁，Y0为ON，驱动与端口Y0相连接的接触器KM1线圈电路道统，KM1线圈得电，其主触点闭合，使电动机M1得点转动。当下停止按

钮SB1或SB2时，输入继电器X0或X1得电为ON，经过后为OFF，切断输出继电器Y0线圈逻辑回路，Y0断电为OFF，KM1线圈回路断开，主触点断开，电动机断电，同时X0或X1接通了输出继电器Y4的逻辑回路，Y4驱动负载中间继电器KA1线圈得电，常开触点闭合接通电磁制动器YB，实现制动控制。

在换刀时需要主轴停止，则将转换开关SA2断开，X20为OFF，它串接在Y0逻辑回路中，输出继电器Y0无法得电，主电动机不能启动，能够安全的进行换刀。

在主轴变速时，通过变速盘压动程开关SQ7使 输入继电器闭合，输出继电器Y线圈瞬时接通，驱动接触器KM1得电，电动机作点动旋转，以调整两个变速齿轮之间的相对角位置，当位置正确后，推入变速盘，齿轮啮合，SQ7断开，X14为OFF，Y0逻辑回路断电，主电动机停止转动。

（2） 快速移动控制

当按下按钮SB5或SB6时，输入继电器X4或X5为ON,输出继电器Y3逻辑回路导通，Y3为ON，其常开触点驱动输出继电器Y5逻辑回路导通，Y6逻辑回路断开，Y5为ON，Y6为OFF，驱动中间继电器KA2线圈得电，其常闭触点闭合，接通对应的电磁离合器YC1电路，Y6驱动对应的中间继电器KA3线圈电路断开，其常开触点不能闭合，电磁离合器YC电路断开，使由进给电动机提供的运动经过快速传动链到达工作台，带动工作台在原来的进给运动方向上作快速运动，由于Y3回路没有自锁，所以快速运动也是一个电动控制。当松开快速按钮SB5或SB6后，Y3为OFF，Y5断电为OFF，Y6通电为ON，中间继电器KA2断电，KA3得电，对应的离合器YC1断电，YC2得电。接通，正常进给传动链；断开，快速进给传动链。进给电动机带动工作台作正常进给运动。

（3） 工作台进给

由于逻辑回路比较复杂，将电动变速工程用辅助继电器M0代替，将圆形工作台的工作状态用M1代替，并连在正向进给逻辑回路中。

当扳动手柄压下行程开关SQ1或SQ3时，驱动输入继电器X6或X10得电为ON，在主轴已经传动的情况下，输出继电器Y1线圈回路导通,Y1为ON，驱动接触器KM2线圈回路闭合得电，主触点闭合，接通电动机M2主电路，电动机正转，通过机械传动链带动工作台在相应方向运动。

当搬动手柄压下行程开关SQ2或SQ4时，一方面接通了对应方向的传动链，另一方面，驱动输入继电器X7或X11得电为ON，在主轴已经传动的情况下，输出继电器Y2线圈回路导致得电，驱动接触器KM3线圈回路闭合得电，主触点闭合，接通电动机M2主电路，电动机反转，通过机械传动链带动工作台在相反的方向运动。

整合电动过程中得逻辑关系，得到的M0逻辑回路，如果需要进行变速电动，则通过变速盘压下行程开关SQ6，输入继电器X13得电。由于操作手柄必须都停留在中间位置，行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4触点断开，输入继电器X6、X7、X10、X11都OFF，取反后为ON，所以辅助继电器M0逻辑回路闭合，M0为 ON，使输出继电器Y1逻辑回路导通，驱动接触器KM2线圈得电，电动机M2点动正转，以便进给变速齿轮能够正常进入啮合。

整合圆形工作台的逻辑关系得到圆形工作台的控制逻辑，用M1表示。当需要圆形工作台工作时，将换开关SA1置于接通位置，输入继电器X17

得电为ON，同样进给操作手柄在中间位置，行程开关SQ1~SQ4断开，则辅助继电器M1得电，满足圆形工作台工作条件，用M1驱动输出继电器Y1线圈逻辑回路导通，负载接触器KM2线圈得电，进给电动机M2旋转，带动工作台转动。

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