X52K立式升降台铣床电气系统的PLC改造设计

本科学生课程设计任务书注：任务书由指导教师填写。

摘要铣床的PLC改造主要是方便工业自动化生产，减轻劳动强度和提高工作效率。

过去有不少人对铣床进行改造设计，并取得了不错的成绩，例如采用三菱控制软件控制的PLC设计等。

X52K型立式铣床的PLC控制设计采用了西门子软件S7-200，这是一款小型的控制系统。

设计过程中充分考虑工厂生产实际情况和铣床的运动要求、加工精度等一些列条件，采用S7-200软件进行仿真，满足设计的各项要求。

改造后的系统便于柔性生产的需要，在工厂有更强的适应力。

如生产任务或工艺发生变化，普通X52K机床需改变硬件结构，从而造成时间和资金的浪费。

PLC是一种新型的工业自动化控制装置，其控制功能是通过软件编程来实现的。

当生产工艺和任务发生变化时，不必改变PLC硬件设备，只需改变PLC中的程序，因而该控制系统更具灵活性。

且PLC控制系统体积小、可靠性高、更易于维护。

通过对X52K型立式铣床进行改造,并用S7-200软件仿真，实现了自动化控制,从而可以提高整个电气控制系统的工作性能。

关键词 PLC,电气控制系统,X52K,S7-200ABSTRACTThe Milling machine PLC transformation mainly is convenient industrial automation production, reduce labor intensity and improve work efficiency. In the past, there was a lot of people to milling machine modification design, and has made the good progress, such as the control software of PLC control design, etc.X52K type vertical milling machine PLC control software was designed using Siemens S7-200, it's a small control system. The design process of fully considering the actual production condition of the factory and on the movement of the milling machine, machining accuracy and other terms and conditions, the S7-200 software simulation, meet the design requirements. After the transformation of the system to the needs of the production of the soft, in the factory has stronger adaptability. Such as production task or process changes, ordinary X52K machine need to change the hardware structure, resulting in the waste of time and money.PLC is a new type of industrial automation control device, the control function is achieved through software programming. When the production process and task change, don't need to change the PLC hardware equipment, just change the PLC program, thus the control system more flexibility. PLC control system and small size, high reliability and easier to maintain.Through the X52K type vertical milling machine modification, and S7-200 software simulation, realized the automation control, which can improve the electrical control system performance.Keywords PLC, electric control system, X52K, S7-200目录摘要 (II)ABSTRACT (III)第1章铣床简介 (1)1.1铣床介绍 (1)1.2 X52K型立式铣床简介 (1)第2章 X52K型铣床控制系统分析 (6)2.1 X52K电气原理图 (6)2.2 主轴电动机的控制 (6)2.2.1 主轴启动 (7)2.2.2 主轴停止 (7)2.2.3 主轴变速时的瞬时点动 (7)2.3 进给运动的电气控制 (7)2.3.1 工作台纵向进给运动控制 (7)2.3.2 工作台横向、升降进给运动控制 (8)2.3.3 工作台快速移动、进给变速瞬时点动控制 (8)2.3.4 圆形工作台的控制 (8)第3章 PLC简介 (10)3.1 PLC的简史 (10)3.2 PLC的基本组成及特点 (11)3.3 PLC的基本工作原理 (12)第4章 PLC输入输出地址分配 (14)4.1改造的目的 (14)4.2 PLC设计方案的确定 (14)4.3 PLC的选择 (15)4.4 地址分配 (15)第5章 PLC电器元件选择 (18)第6章 PLC编程 (20)6.1 PLC梯形图 (20)6.2 PLC语句表 (21)第7章 PLC程序仿真 (23)总结 (26)参考文献 (27)致谢 (28)第1章铣床简介1.1铣床介绍在机器的的制造业中用锻造、铸造、压力加工等方法制成的金属毛坯都是很粗糙的，而且形状和尺寸也不太准确。

X52K型⽴式铣床电⽓控制电路原理图解⽂章⽬录X52K型⽴式铣床主要电⽓元件表X52K型⽴式铣床开关说明主轴电动机控制电路分析铣床进给运动的电⽓控制铣床可⽤来加⼯平⾯、斜⾯、沟槽，装上分度头可以铣切直齿齿轮和螺旋⾯，装上圆⼯作台还可以铣切凸轮和弧形槽，所以铣床在机械⾏业的机床设备中占有相当⼤的⽐例，在⾦属切削机床中使⽤数量仅次于车床，按形式和加⼯性能不同，可分为卧式铣床、⽴式铣床、龙门铣床、仿形铣床以及各种专⽤铣床。

下图为X52K型⽴式铣床的电路，后⾯列表为X52K型⽴式铣床主要电⽓元件表以及X52K型⽴式铣床开关说明。

X52K型⽴式铣床电⽓控制电路图X52K型⽴式铣床电⽓控制电路图，点击图⽚看⼤图X52K型⽴式铣床主要电⽓元件表铣床图⽚M1：主轴电动机M2：进给电动机M3：冷却泵电动机U：桥式整流器KM1：M1起停接触器KM2、KM3：M2正反转接触器KM4：快速移动接触器SA11、SA12、SA13：圆⼯作台转换开关SA21、SA22：主轴换⼑制动开关SA3、SA4：转换开关SA5：主轴电动机转换开关SB1、SB2：停⽌按钮SB3、SB4：主电动机起动按钮SB5、SB6：⼯作台快速移动按钮YB：电磁制动器YC1、YC2：进给与快速电磁离合器SQ1、SQ2：⼯作台纵向进给⾏程开关SQ3、SQ4：⼯作台横向及升降进给⾏程开关SQ5：进给变速点动开关SQ6：主轴变速点动开关QF：断路器T：控制变压器FU1~FU6：熔断器FR1~FR3：热继电器HL：指⽰灯EL：照明灯XB：连接⽚X52K型⽴式铣床开关说明：X52K型⽴式铣床装有3台电动机，M1为主电动机，由转换开关SA5选择主轴旋转⽅向，停车时采⽤电磁离合器制动；M2为⼯作进给电动机，它驱动⼯作台上下、左右、前后六个⽅向的进给运动和快速运动。

快速移动通过电磁离合器接通快速传动链来实现。

M3为冷却泵电动机。

X52K型⽴式铣床开关说明主运动与进给运动的变速，采⽤孔盘变速机构，变速⼿柄动作过程中通过凸轮压动⾏程开关，使电动机得到瞬时点动，以利于变速齿轮的顺利啮合。

X502型立式铣床横向进给系统数控改造（PLC控制）一．总体方案的确定首先先查出X502的参数如下表：X520立式铣床主要参数［机床用途］：Ｘ５０２型立式铣床适用于加工中、小型零件的平面或成形表面，其使用范围如下：（１）加工与主轴中心线平行的平面（２）加工与主轴中心线垂直的平面（３）利用主轴头的回转，加工具有一定斜度的平面（在±４５度范围内）（４）加工成形表面（５）铣切沟槽［机床特点］：结构简单，有足够的强度和刚性，保险装置较完善，并有较多的主体运动速度和进刀速度，主要适合中、小型零件的加工，如采用某些附件或夹具，使用范围广泛。

[技术参数]主轴端面到工作台最大３３０mm 最小30mm面的距离主轴中心线到床身垂直导轨的距离工作台的侧边到床身垂直导轨的距离最大１９５mm 最小45mm 工作台台面尺寸（长×宽）750×225工作台最大移动距离纵向（手动或机动）４５０mm 横向（手动）150mm 升降（手动）300mm刻度盘一格的移动量纵向0.05mm 横向及垂直0.05mm 刻度盘每转移动量纵向6mm 横向4mm 垂直3mm 工作台上的T型槽数目3个T型槽宽度14mm主轴锥孔锥度7:24主轴孔直径24mm主轴头最大回转角度±45度主轴头回转盘上的刻度值1度机床外形尺寸(长×宽×高)1200×1135×1630mm机床重量约1010kg主轴变速数8主轴转速47.5/67/95/132/190/265/375/530转/分主轴驱动功率 1.45kw工作台纵向进刀数目8工作台纵向进刀量26/38/54/77/117/169/240/347mm/分进刀机构容许最大抗力1010kg主电机型号JO2-31-4型功率2.2kw 转数1430r/min电压220/380v冷却泵电机功率0.125kw 转数2800r/min 电压220/380v 将一台X502立式铣床改装成微机数控铣床，要求原机床的改动尽量少，以降低成本，提高性价比，根据这个要求保留原机床的主轴旋转运动以及纵向进给的机动部分。

摘要PLC是一种通用的自动控制装置其主要是以计算机技术为技术核心，它具有很强的抗干扰能力，高可靠性，直观而简单的编程，适应性强，完善的功能，接口功能强等一系列优点。

因此在各行各业中得到了广泛的应用。

铣床的传动装置主要是以各种电动机为动力其重要的是实现生产过程自动化的技术装置。

在电气系统中是主干部分，也在国民经济中占到主导的低位得到广泛的应用。

在我国早起的大多数铣床都是采用传统的继电器控制，而其接触器触点受机械运动的影响，触点的寿命会受到很大的影响，故障率也很高，可靠性远不及PLC控制。

为此，提出了用PLC来对我们铣床进行电气控制，铣床我们主要是对我们工业应用中广泛的X62W万能的铣床进行控制，系统的介绍利用PLC对这种铣床进行控制的方法和方案。

其中主要进行功能的分析，原理图的设计，梯形图的设计与编写进行调试，提高铣床的性能，提升经济效益及产品质量。

关键词：X62W铣床；电气控制；PLC；梯形图目录第一章绪论 01.1课题研究的目的和意义 01.2自动铣床的发展及现状 01.3 铣床简单介绍 (1)1.3.1 铣床的选型 (1)1.3.2 X62W万能铣床的特点 (2)第二章可编程序控制器(PLC)简介 (2)2.1 PLC工作原理 (2)2.2 PLC的编程语言--梯形图 (2)2.3 可编程序控制器PLC的优点 (3)2.4 PLC选型标准 (3)第三章 X62W万能铣床的硬件设计 (4)3.1 X62W万能铣床电力拖动的特点及控制要求 (4)3.2 X62W万能铣床元件选型 (4)3.3 X62W万能铣床的主要结构及运动形式 (5)第四章 X62W万能铣床传统继电器的电气控制原理 (6)4.1 电气原理图 (6)4.2 主电路分析 (8)4.3 控制电路分析 (9)4.3.1 主轴电机M1的控制 (9)4.3.2 进给电动机M2的控制 (10)4.3.3 冷却泵电动机及照明电路的控制 (13)第五章 X62W万能铣床基于PLC的具体设计 (13)5.1 设计中PLC的选型 (13)5.2 X62W万能铣床基于PLC控制电路的改造 (14)5.3 现场信号与PLC软继电器对照表（I/O地址分配表） (16)5.4 PLC梯形图 (17)5.5 PLC语句表 (20)第五章结论与展望 (22)5.1 结论 (22)5.2 展望 (23)致谢 (23)第一章绪论1.1课题研究的目的和意义铣床是以各类电动机为动力的传动装置与系统的对象以实现生产过程自动化的技术装置。

PLC的应用与发展1前言：随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到了几乎所有的工业领域。

现在社会要求制造业对市场需求作出迅速的反映，生产出了小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。

为了满足这一个要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具备有极高的可靠性和灵活性。

可编程序控制器正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。

可编程控制器(P orgammable Logic Controller)简称为PLC，它的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要控制设备之一，在工业生产的所有领域得到了广泛的使用，在其他领域（例如民用和家庭自动化）的应用也得到了迅速的发展。

2可编程控制器的定义可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

”PLC的特点：2.1可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的工艺制造，内部采用了此案金的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间更长。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

完整设计机电工程学院课程设计说明书设计题目：X52K立式铣床PLC控制系统设计学生姓名：学号：专业班级：指导教师：2011年12月5日设计题目名称：X52K 立式铣床PLC 控制系统设计院系名称 专业班级：学生姓名： 学 号：指导老师：材 料 目 录序号名 称 数量 备 注 1课程设计任务书 1 2课程设计说明书 1 3图纸 2 42011-2012学年第1学期机电控制综合设计 课程设计内容摘要可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上，逐渐发展起来的以微处理器为核心，集微电子技术、自动化技术、计算机技术通信技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型控制装置。

它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。

据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。

专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。

由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富。

它的功能主要是：控制功能、数据采集、储存与处理功能、通信、联网功能、输入/输出接口调理功能、人机界面功能。

在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。

本次设计的内容主要是利用PLC对X52K型铣床的电器部分进行改造。

首先我对本设计进行总体的分析，使自己有一个大致的总体概念，然后仔细分析铣床，对车床主运动和进给运动还有其它的辅助运动，进行分析。

最后根据控制电路的线路图，编译PLC的梯形图，编译通过后，利用PLC实验台进行实验仿真。

因此使X52K铣床在完成原有的功能特点外，还具有安装简便、稳定性好、易于维修、扩展能力强等特点。

关键词：可编程控制器，X52K立式铣床，梯形图，电气控制目录第一章引言 (5)1.1 X52K立式铣床改造主要内容 (1)第二章电气控制原理 (2)2.1 主电路分析 (2)2.2控制电路分析 (3)第三章X52K万能铣床电气控制线路的PLC改造措施 (6)第四章系统元器件的选择 (7)3.1 PLC 类型的简介 (7)3.2 PLC型号的选择 (7)3.3 电动机选择 (8)3.4 其它元器件的选择 (8)3.4.1 交流接触器的选择 (8)3.4.2 中间继电器的选择 (9)3.4.3 保护电器的选择 (9)3.4.4 控制开关电器的选择 (9)第五章 PLC控制电路设计 (12)4.1 PLC的硬件电路框图 (12)4.2 车床控制PLC输入/输出接口分配表及电气原理图 (12)4.2.1 PLC控制原理电路设计 (13)第六章调试 (18)第七章设计总结及其致辞 (18)参考文献 (19)第一章引言随着社会生产力的发展，传统的继电器控制系统已经不能满足当今迅猛发展的社会的现代化生产要求，于是我们在选毕业设计课题之际，选定了课程设计课题——铣床PLC控制系统设计。

本科学生课程设计任务书注：任务书由指导教师填写。

摘要铣床的PLC改造主要是方便工业自动化生产，减轻劳动强度和提高工作效率。

过去有不少人对铣床进行改造设计，并取得了不错的成绩，例如采用三菱控制软件控制的PLC设计等。

X52K型立式铣床的PLC控制设计采用了西门子软件S7-200，这是一款小型的控制系统。

设计过程中充分考虑工厂生产实际情况和铣床的运动要求、加工精度等一些列条件，采用S7-200软件进行仿真，满足设计的各项要求。

改造后的系统便于柔性生产的需要，在工厂有更强的适应力。

如生产任务或工艺发生变化，普通X52K机床需改变硬件结构，从而造成时间和资金的浪费。

PLC是一种新型的工业自动化控制装置，其控制功能是通过软件编程来实现的。

当生产工艺和任务发生变化时，不必改变PLC硬件设备，只需改变PLC中的程序，因而该控制系统更具灵活性。

且PLC控制系统体积小、可靠性高、更易于维护。

通过对X52K型立式铣床进行改造,并用S7-200软件仿真，实现了自动化控制,从而可以提高整个电气控制系统的工作性能。

关键词 PLC,电气控制系统,X52K,S7-200ABSTRACTThe Milling machine PLC transformation mainly is convenient industrial automation production, reduce labor intensity and improve work efficiency. In the past, there was a lot of people to milling machine modification design, and has made the good progress, such as the control software of PLC control design, etc.X52K type vertical milling machine PLC control software was designed using Siemens S7-200, it's a small control system. The design process of fully considering the actual production condition of the factory and on the movement of the milling machine, machining accuracy and other terms and conditions, the S7-200 software simulation, meet the design requirements. After the transformation of the system to the needs of the production of the soft, in the factory has stronger adaptability. Such as production task or process changes, ordinary X52K machine need to change the hardware structure, resulting in the waste of time and money.PLC is a new type of industrial automation control device, the control function is achieved through software programming. When the production process and task change, don't need to change the PLC hardware equipment, just change the PLC program, thus the control system more flexibility. PLC control system and small size, high reliability and easier to maintain.Through the X52K type vertical milling machine modification, and S7-200 software simulation, realized the automation control, which can improve the electrical control system performance.Keywords PLC, electric control system, X52K, S7-200目录摘要 (II)ABSTRACT (III)第1章铣床简介 (1)1.1铣床介绍 (1)1.2 X52K型立式铣床简介 (1)第2章 X52K型铣床控制系统分析 (6)2.1 X52K电气原理图 (6)2.2 主轴电动机的控制 (6)2.2.1 主轴启动 (7)2.2.2 主轴停止 (7)2.2.3 主轴变速时的瞬时点动 (7)2.3 进给运动的电气控制 (7)2.3.1 工作台纵向进给运动控制 (7)2.3.2 工作台横向、升降进给运动控制 (8)2.3.3 工作台快速移动、进给变速瞬时点动控制 (8)2.3.4 圆形工作台的控制 (8)第3章 PLC简介 (10)3.1 PLC的简史 (10)3.2 PLC的基本组成及特点 (11)3.3 PLC的基本工作原理 (12)第4章 PLC输入输出地址分配 (14)4.1改造的目的 (14)4.2 PLC设计方案的确定 (14)4.3 PLC的选择 (15)4.4 地址分配 (15)第5章 PLC电器元件选择 (18)第6章 PLC编程 (20)6.1 PLC梯形图 (20)6.2 PLC语句表 (21)第7章 PLC程序仿真 (23)总结 (26)参考文献 (27)致谢 (28)第1章铣床简介1.1铣床介绍在机器的的制造业中用锻造、铸造、压力加工等方法制成的金属毛坯都是很粗糙的，而且形状和尺寸也不太准确。

课程设计说明书题目X502型立铣数控化改造设计机械工程学院专业机械电子工程班级0901 学号学生姓名指导老师完成日期2012年12 月22日题目：X502立铣数控化改造设计姓名：学院：专业：班级：学号：指导老师：教研室主任：一、基本任务及要求：1．设计任务：（1）硬件 X502立铣控制电路设计PLC或单片机控制；启动、停止、正转、反转、复位按键；状态指示灯；伺服放大、X轴、Z轴步进电机，能完成机床启动、停止、回零、描述直线、圆弧等控制要求。

（2）软件设计部分数控系统控制程序：直线、圆弧插补程序；启动、停止、复位开关控制程序；演示程序（20ms）；变频无极调速程序。

（3）机械机构设计设计并绘制改造部分装配图。

设计参数：脉冲当量：0.01mm/step；运动范围：X、Y ：0-100mm；v：0-1m/s；α：0-0.1m/s2；定位、重复定位精度：10μm。

2 要求（1）绘制硬件接线框图；系统控制流程框图；改造部分机械结构图，并保留手动操作功能。

（2）撰写设计说明书（5千字），并附程序清单及其功能注释。

（3）控制程序必须调试通过；机械改造部分须做必要的设计计算。

二、进度安排及完成时间：1. 设计时间三周（从2012年12月 3日至2012年12月 21 日）；2．进度安排：第1周：布置设计任务；补充相关知识；查阅资料；撰写绪论，确定系统组成方案。

第2周：机械结构设计。

绘制工作台改造部分的装配图、主要零件图。

硬件电路设计。

选择电气元件，绘制系统组成框图、外部接线图第3周：软件设计编写主程序、功能子程序；调试主要功能子程序；并记录存在的问题和解决的方法整理设计资料；按格式撰写设计说明书；上交设计作业（打印稿及电子文档），并参加答辩。

注：程序设计2-4人；硬件电路设计2-3人；机械结构设计2人目录第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 X502型立铣数控化改造设计的背景和意义 (2)第2章改造方案 (3)2.1机械结构改造方案 (3)2.1.1 主传动的数控改造 (3)2.1.2 进给传动的数控改造 (3)2.1.3机械结构方案确定 (4)2.2 控制部分的改造方案 (4)第3章机械改造部分的设计计算 (6)3.1工作载荷的计算 (6)3.2滚珠丝杠螺母副的选型和校核 (7)3.2.1滚珠丝杠螺母副结构类型的选择 (7)3.3脉冲当量及传动比的选定 (11)3.3.1 确定系统脉冲当量 (11)3.3.2 传动比的选定 (11)3.4步进电动机的选择 (12)第4章控制系统硬件设计 (13)4.1 控制系统硬件概述 (13)4.2 主要控制模块设计简介 (14)4.2.1 单片机复位、晶振电路模块设计 (14)4.2.2 按键控制模块电路设计 (15)4.2.3步进电机控制电路模块设计 (16)4.2.4电磁继电器控制主轴模块电路设计 (17)第5章控制系统软件设计 (19)5.1 程序编译调试环境keil3介绍 (19)5.2 部分主要模块软件设计 (20)5.2.1 启动、停止、正转、反转、复位开关控制模块程序 (20)5.2.2 延时程序模块程序 (23)5.2.3 插补程序模块程序 (24)5.2.4 步进电机无极调速模块程序 (30)结论 (34)参考文献 (35)附录源程序 (36)附录b 硬件电路图第1章绪论1.1 引言数字控制（numerical control——NC）简称数控，是一种利用数字化信息对设备运动及加工过程进行控制的一种自动化技术。