【正文】 .............................................................. 21 致謝 .......................................................................................................................................... 24 龍門銑床電氣控制系統(tǒng) PLC改造 1 1 引言 銑床的用途和分類 銑床系指主要用銑刀在工件上加工各種表面的機(jī)床。通常銑刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)，工件 (和 )銑刀的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它可以加工平面、溝槽，也可以加工各種曲面、齒輪等比較復(fù)雜的型面，效率較刨床高，在機(jī)械制造和修理部門得到廣泛應(yīng)用。在金屬切削機(jī)床中，銑床的數(shù)量?jī)H次于車床，它可用來加 T 平面、斜面、溝槽等。裝上分度頭，還可以銑切直齒輪和螺旋而。加裝圓工作臺(tái)，可以銑切凸輪和弧形槽。 銑床的運(yùn)動(dòng)方式分為主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和輔助 運(yùn)動(dòng)。以常用的立銑和臥銑為例，刀具（銑刀）的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)：工件（工作臺(tái)）的移動(dòng)或進(jìn)給箱的移動(dòng)稱為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；工件向刀具趨近時(shí)的工作臺(tái)快速移動(dòng)、加工完畢后工作臺(tái)的快速返回移動(dòng)、主軸箱的快速移動(dòng)以及工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)皆為輔助運(yùn)動(dòng)。主軸和工作臺(tái)的調(diào)速通過機(jī)械的主軸變速箱和進(jìn)給變速箱來實(shí)現(xiàn)。 由于銑床的工藝范圍較廣，運(yùn)動(dòng)形式也比較多，因而其控制系統(tǒng)比較復(fù)雜。主要有如下幾個(gè)特點(diǎn)： （ 1）銑床種類多，各種銑床的結(jié)構(gòu)和使用范圍雖不同，但多數(shù)銑床的主軸運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分別由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。對(duì)于中小型銑床，一般采用三相 異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 （ 2）銑削加工時(shí)有順銑和逆銑兩種形式，分別使用順銑刀和逆銑刀，因此，要求主電動(dòng)機(jī)能正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。一旦銑刀選定，銑削方向也就確定了，故工作過程中不需要變換主電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。 （ 3）銑削是多刃不連續(xù)切削，因而負(fù)載不穩(wěn)定，拖動(dòng)不平穩(wěn)，為此，常在銑床主軸上安裝飛輪，由此，又使得主軸停車時(shí)慣性大，停車時(shí)間長(zhǎng)，所以主軸都采用制動(dòng)停車方式。 （ 4）銑床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有六種：即工作臺(tái)的左右（縱向）運(yùn)動(dòng)、前后（橫向）運(yùn)動(dòng)和上下（垂直）運(yùn)動(dòng)。為保證安全，同一時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。為此，同一臺(tái) 進(jìn)給電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，用方向選擇手柄選擇運(yùn)動(dòng)方式，用進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)左或右，前或后、上或下六個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給電動(dòng)機(jī)停車時(shí)，也可加上電氣制動(dòng)，以提高停車的準(zhǔn)確度。 （ 5）有的銑床可加裝圓工作臺(tái)，以擴(kuò)大加工能力。使用圓工作臺(tái)時(shí)，原工作臺(tái)的左、右、前、后、上、下六個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)全部停止。 （ 6）為避免工件與銑刀非銑削加工接觸時(shí)損壞機(jī)床或工件，要求起動(dòng)時(shí)，應(yīng)先開動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)，然后才可開動(dòng)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)；停車時(shí)，最好先停進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，后停主軸電動(dòng)機(jī)，或者兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)停止。 龍門銑床電氣控制系統(tǒng) PLC改造 2 另外，其種類也非常之多 。 1. 按其結(jié)構(gòu)分： (1) 臺(tái)式銑床：小型的用于銑削儀器、儀表等小型零件的銑床。 (2) 懸臂式銑床：銑頭裝在懸臂上的銑床，床身水平布置，懸臂通?？裳卮采硪粋?cè)立柱導(dǎo)軌作垂直移動(dòng)，銑頭沿懸臂導(dǎo)軌移動(dòng)。 (3) 滑枕式銑床：主軸裝在滑枕上的銑床，床身水平布置，滑枕可沿滑鞍導(dǎo)軌作橫向移動(dòng)，滑鞍可沿立柱導(dǎo)軌作垂直移動(dòng)。 (4) 龍門式銑床：床身水平布置，其兩側(cè)的立柱和連接梁構(gòu)成門架的銑床。銑頭裝在橫梁和立柱上，可沿其導(dǎo)軌移動(dòng)。通常橫梁可沿立柱導(dǎo)軌垂向移動(dòng)，工作臺(tái)可沿床身導(dǎo) 軌縱向移動(dòng)。用于大件加工。 (5) 平面銑床：用于銑削平面和成型面的銑床，床身水平布置，通常工作臺(tái)沿床身導(dǎo)軌縱向移動(dòng)，主軸可軸向移動(dòng)。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高。 (6) 仿形銑床：對(duì)工件進(jìn)行仿形加工的銑床 ， 一般用于加工復(fù)雜形狀工件。 (7) 升降臺(tái)銑床：具有可沿床身導(dǎo)軌垂直移動(dòng)的升降臺(tái)的銑床，通常安裝在升降臺(tái)上的工作臺(tái)和滑鞍可分別作縱向、橫向移動(dòng)。 (8) 搖臂銑床：搖臂裝在床身頂部，銑頭裝在搖臂一端，搖臂可在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)和移動(dòng)，銑頭能在搖臂的端面上回轉(zhuǎn)一定角度的銑床。 (9) 床身式銑床：工作臺(tái)不能升降，可沿床身導(dǎo)軌作縱向移動(dòng)，銑頭或立柱可作垂直移動(dòng)的銑床。 (10)專用銑床：例如工具銑床：用于銑削工具模具的銑床，加工精度高，加工形狀復(fù)雜。 2. 按布局形式和適用的范圍來看，主要的有升降臺(tái)式銑床、龍門式銑床、單柱式銑床和單臂式銑床、儀表式銑床、工具銑床等等。 儀表銑床，它是一種比較小的銑床，它主要用來加工一些儀器以及一些儀表和其它的小型零件；而工具銑床呢，它主要要用于模具制造、工具制造，配備有立銑頭、萬能角度工作臺(tái)以及插頭等很多種附件，除此之外， 還可以進(jìn)行鉆削、鏜削以及插削等的加工。其它銑床還有凸輪銑床、曲軸銑床、軋輥軸頸銑床以及方鋼錠銑床等等，它們都是為了加工相應(yīng)的工件而專門制造的銑床。 3. 按控制的方式分，銑床又可以分為仿形銑床、程序控制銑床以及數(shù)控銑床等等。 國內(nèi)外銑床研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 目 前，不僅在傳統(tǒng)制造領(lǐng)域， PLC 控制技術(shù)在其他領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。 在國內(nèi)，引進(jìn) PLC 控制技術(shù)，設(shè)計(jì)研發(fā)了水凈化工藝的控制系統(tǒng)， PLC 在這個(gè)系統(tǒng)的水凈化過程中可以控制加藥加氯動(dòng)作，從而達(dá)到了水處理的自動(dòng)化的目標(biāo)，工 作 人龍門銑床電氣控制系統(tǒng) PLC改造 3 員的工 作強(qiáng)度大幅減少，取得了很好的效果；在太陽能開發(fā)這方面 ， 研發(fā)了基于 PLC的太陽能熱水器的這樣一個(gè)控制系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)里面， PLC 通過控制液位的高度、電源的開關(guān)、采集溫度以及風(fēng)壓等數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制的功用；在裂紋檢測(cè)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)了的基于 PLC 裂紋檢測(cè)臺(tái)，很好的發(fā)揮 PLC 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、智能化的優(yōu)點(diǎn)，在汽車輪裁等轉(zhuǎn)軸零件的檢測(cè)找取得了良好的效果；在煤炭生產(chǎn)這方面，利用 PLC 的控制優(yōu)點(diǎn)、研發(fā)了基于 PLC 的焦化備煤的一個(gè)控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了金馬焦化廠的備煤過程，大大滿足了生產(chǎn)所需，增加了企業(yè)生產(chǎn)的效率；在埴墩處 理這方面，設(shè)計(jì)了基于 PLC 的各種垃圾焚燒爐控制系統(tǒng)，從而發(fā)揮了 PLC 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定、便于操作、易控制的優(yōu)點(diǎn)，確保了垃圾焚燒爐安全運(yùn)行、爐溫平穩(wěn)、尾氣污染控制合格。 在國外設(shè)計(jì)的工廠信息系統(tǒng)中，已經(jīng)將 PLC 應(yīng)用于信息采集、預(yù)處型并傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)給電腦，縮小了成本，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，獲得了很好的效果；在生物研究方面，為了深入了解微生物在不同濃度的氧氣環(huán)境中生長(zhǎng)和繁殖的情況，在使用的帶氧功能的生物反應(yīng)器里面， PLC 被他們用來自動(dòng)控制氧氣的濃度比例，取得了很大的成功；在機(jī)器人用于顏色辨別的研究方面也用了 PLC 技術(shù)。 由于計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化越來越高的要求，可編程控制技術(shù)得到飛速發(fā)展，其技術(shù)和產(chǎn)晶口趨完善。今后， PLC 將主要朝著以下兩個(gè)方向發(fā)展：一是向超小型專用化和低價(jià)格方面發(fā)展；二是向高速多功能和分布式自動(dòng)例絡(luò)方向發(fā)展。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， PLC 迅速滲透到工業(yè)控制的各領(lǐng)域，包括從單機(jī)到工廠自動(dòng)化，從機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)到工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)等等。 PLC 不管現(xiàn)在還是在未來的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中都將發(fā)揮不可替代的作用，而且它也必將向更多領(lǐng)域進(jìn)軍，為再一次科技革命的到來奠定堅(jiān)實(shí)的舉礎(chǔ)。 從上世紀(jì) 80 年代起銑床制造業(yè)的發(fā)展雖有起伏但對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)和自動(dòng)銑床一直給予較大的關(guān)注。經(jīng)過九五式自動(dòng)車床和加工中心包括自動(dòng)銑床的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地的形成，其生產(chǎn)的普及型自動(dòng)銑床的功能和穩(wěn)定性方面已經(jīng)具備了較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。但是，在中高檔自動(dòng)銑床方 面， 與國外一些先進(jìn)產(chǎn)品相比仍然存在很大的差距。這是由于歐洲、美國、日本等先進(jìn)工業(yè)國家，已經(jīng)在 80 年代先后完成了自動(dòng)化機(jī)床產(chǎn)業(yè)進(jìn)程，其中有一些出名的機(jī)床公司一直致力于創(chuàng)新和新產(chǎn)品的研發(fā)。 隨著科技的發(fā)展，生產(chǎn)工藝方面的不斷改進(jìn)，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和新型控制策略的出現(xiàn)，不斷改變著 電氣控制技術(shù)的形態(tài)，在控制方法方面，從手動(dòng)控制到自動(dòng)控制 ；在控制功能方面，由簡(jiǎn)單控制到智能化控制； 另外， 在操作上，從策重發(fā)展到信息化的處理；在控制原理方面，由單一的有觸頭硬接線繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展到以微處理器或微型計(jì)算機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)控制系統(tǒng)。 XN2021 型龍門銑床綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、智能技術(shù)、通信技術(shù)、 網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成果。 龍門銑床電氣控制系統(tǒng) PLC改造 4 2 XN2021 型龍門銑床的工作過程和控制要求 龍門銑床的外形結(jié)構(gòu)與龍門刨相比，也有一個(gè)龍門式的框架，所不同的是龍門銑床的橫粱 和立柱上安裝的不是刨刀刀架，而是銑刀主軸箱。 XN2021 型龍門銑的主運(yùn)動(dòng)為二個(gè)水平主軸箱以及一個(gè)垂直主軸箱上刀具的旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng) ，它的每一個(gè)銑頭分別由一臺(tái) 13kW 的異步電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)， 它們 采用的 均 是機(jī)械有級(jí)方式來變速。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則包括有工作臺(tái)的前后移動(dòng)、左右兩個(gè)方向主軸箱沿立柱的上下運(yùn)動(dòng)以及垂直主軸箱沿著橫梁左右移動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)是共同用一臺(tái) 4kW 的直流電動(dòng)來拖動(dòng)，它用選擇開關(guān)來控制電磁閥的集中傳動(dòng)。采用晶閘管整流供電，通過調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，使各方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)獲得無級(jí)調(diào)速。工作臺(tái)進(jìn)給速度為 201000mm/min(電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 201000r/min) ，主軸箱進(jìn)給速度為 10500mm/min（電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為201000r/min）。輔助運(yùn)動(dòng)包括工作臺(tái)和主軸箱的快速移動(dòng)、橫粱降運(yùn)動(dòng)。前者仍借用進(jìn)給直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，但電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升到 2021r/min。后者則單獨(dú)由一臺(tái) 的交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用點(diǎn)動(dòng)控制。 XN2021 型龍門銑床的電氣原理圖 見附錄 電氣原理圖（ a）、（ b）、（ c） 。 電氣控制線路特點(diǎn) (1) 機(jī)床主運(yùn)動(dòng)由三臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī) 拖 動(dòng)： M1 為右水平主 軸 電動(dòng)機(jī)，由接觸器KM KM2 控制其正反轉(zhuǎn)； M2 為垂直主軸電動(dòng)機(jī)，由接觸器 KM KM4 控制其正、反轉(zhuǎn)； M3 為左水平主軸電動(dòng)機(jī)，由接觸器 KM KM6 控制其正、反轉(zhuǎn)，從而控制主軸箱上刀具的旋轉(zhuǎn)方向，滿足加工需要。 (2) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由直流電動(dòng)機(jī) M 驅(qū)動(dòng)。 M 由單相半控橋式整流電路供電，通過改變晶閘管的導(dǎo)通角來改變電樞電壓，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。 M 的正、反轉(zhuǎn)則通過接觸器 KM1 KM12改變電樞電壓極性來實(shí)現(xiàn)。 (3) 工作臺(tái)和主軸箱的快速移動(dòng)也是由進(jìn)給直流電動(dòng)機(jī) M 驅(qū) 動(dòng) 的?？煲茣r(shí)，繼電器KA5 得電，提高給定電壓。同時(shí)，繼電器 KA10 得電，電動(dòng)機(jī) M 的 勵(lì)磁 減少一半，轉(zhuǎn)速 升 到 2021r/min。 (4) 橫粱升降由交流異步電動(dòng)機(jī) M4 拖動(dòng)，由接觸器 KM KM10 控制其正、反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)橫粱的上下移動(dòng)。 (5) 液壓泵電動(dòng)機(jī) M5 和回油泵電動(dòng)機(jī) M6 并聯(lián)連接，受接觸器 KM7 控制 ， 單向旋轉(zhuǎn)。 (6) 各電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)和短路保護(hù)均通過所接自動(dòng)開關(guān)（ QF1~QF6）承擔(dān)。因回油泵電動(dòng)機(jī) M6 與液壓泵電動(dòng)機(jī) M5 功率懸殊，另接熱繼電器 FR1 作過載保護(hù)。 （ 7）為避免損壞刀具和工件，要求停止時(shí)先停進(jìn)給，后停主軸。本機(jī)床在控制電 路 龍門銑床電氣控制系統(tǒng) PLC改造 5 (335)之間串接了 QF1~QF3 的三個(gè)常開觸頭，當(dāng)三臺(tái)主軸電動(dòng)機(jī)任何一臺(tái)因短路或過載 而使自動(dòng)開關(guān)掉閘時(shí)，自動(dòng)切斷主軸電機(jī)以 及 進(jìn) 給 和其他控制電路的電源。由于在主軸電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路中接人了時(shí)間繼電器 KT1 的延時(shí)斷開常開觸點(diǎn)，保證了先停進(jìn)給，后停主軸這一停車要求。 （ 8）只有在液壓泵起動(dòng)后，才能有進(jìn) 給 操作。由兩部分電路實(shí)現(xiàn)：一是通過液壓泵起動(dòng)接觸器 KM7 的常開觸頭 (41 45)控制接觸器 KM8。 再由 KM8 控制進(jìn)給電動(dòng)機(jī)晶閘管整流回路的變流輸入；二是在控制電路（ 37 49）間接入高、低液壓繼電器 KA1KA12 的常 開觸點(diǎn)，只有在液壓正常的情況下，后面的進(jìn)給以及其他控制電路才能工作。 （ 9）機(jī)床采用懸掛按鈕站控制，操作按鈕 SB1~SB9，主令開關(guān) SA4SA SA SA9，電源指示燈 HL1 及調(diào)速器 RP2 都安裝在懸掛按鈕站，便于操作和控制。主軸轉(zhuǎn)換開關(guān)SA SA SA3 安裝在電氣柜側(cè)面。 電路工作原理 主軸的起動(dòng)與停車 首先應(yīng)將電源開關(guān) QS、自動(dòng)開關(guān) QF1~QF3 臺(tái)上。根據(jù)各主軸的銑削要求，扳動(dòng)主軸轉(zhuǎn)換開關(guān)