以X62W万能铣床为例浅谈机床控制电路实习与PLC实习相结合的实习教学
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摘 要:技工学校中、高级维修电工实习,必须进行机床控制电路实习与PLC实习,对于这二个实习模块学生普片反应难学,如果将各种机床控制线路装成示教板,再利用示教板的元、器件作为输入点用PLC来改造,学生不仅能学好机床控制电路和PLC,收到事半功倍的实习效果,而且极大地提高了学生的实习兴趣,加强了学生对PLC实用性的理解,增强了学生用PLC设计电路的能力。文章以x62w万能铣床为例浅谈机床控制电路实习与plc实习相结合的实习教学。
关键词:实习教学 X62W万能铣床电气控制线路 PLC
中图分类号:G64文献标识码:A 文章编号:1007-3973 (2010) 05-142-04
1X62W万能铣床的简介
X62W万能铣床是一种通用的多用途机床,它可以进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加。X62W型万能铣床主要由床身、主轴、刀杆、悬梁、工作台、回转盘、横溜板、升降台、底座等几部分组成。在床身的前面有垂直导轨,升降台可沿着它上下移动。在升降台上面的水平导轨上,装有可在平行主轴轴线方向移动(前后移动)的溜板。溜板上部有可转动的回转盘,工作台就在溜板上部回转盘上的导轨上作垂直于主轴轴线方向移动(左右移动)。工作台上有T形槽用来固定工件。这样,安装在工作台上的工件就可以在三个坐标上的六个方向调整位置或进给。
铣床主轴带动铣刀的旋转运动是主运动;铣床工作台的前后(横向)、左右(纵向)和上下(垂直)6个方向的运动是进给运动;铣床其他的运动,如工作台的旋转运动则属于辅助运动。 2X62W万能铣床线路分析
X62W万能铣床的电路见下页图示,该线路分为主电路、控制电路和照明电路三部分。
为了让学生理解清楚,应对照示教板与原理图讲解。(在示教板上YC1、YC2、YC3用110V的中间继电器KM5、KM6、KM7来代替)
2.1主电路分析
主轴电动机M1拖动主轴带动铣刀进行铣削加工,通过组合开关SA3(示教板上为倒顺开关)来实现正反转;进给电动机M2通过操纵手柄和机械离合器的配合拖动工作台前后、左右、上下6个方向的进给运动和快速移动,其正反转由接触器KM3、KM4来实现;冷却泵电动机M3供应切削液,且当M1启动后M3才能启动,用手动开关QS2(示教板上为组合开关HZ10―10/3)控制;3台电动机共用熔断器FU1作短路保护,3台电动机分别用热继电器FR1、FR2、FR3作过载保护。
2.2控制电路分析
控制电路的电源由控制变压器TC输出110V电压供电。
⑴主轴电动机M1的控制
主轴电动机M1采用两地控制方式,SB1和SB2是两组启动按钮,SB5和SB6是两组停止按钮。KM1是主轴电动机M1的启动接触器,YC1是主轴制动用的电磁离合器,SQ1是主轴变速时瞬时点动的位置开关,SA1为主轴换铣刀的控制开关,在示教板上SA1用组合开关来代替。
1)主轴电动机M1的启动与制动。启动前,应首先选择好主轴的转速,然后合上电源开关QS1,再把主轴换向开关SA3(2区)扳到所需要的转向。按下启动按钮SB1(或SB2),接触器KM1线圈得电,KM1主触头和自锁触头闭合,主轴电动机M1启动运转,KM1常开辅助触头(9-10)闭合,为工作台进给电路提供了电源。按下停止按钮SB5(或SB6),SB5-1(或SB6-1)常闭触头(13区)分断,接触器KM1线圈失电,KM1触头复位,电动机M1断电惯性运转,SB5-2(或SB6-2)常开触头(8区)闭合,接通电磁离合器YC1,主轴电动机M1制动停转。
2)主轴换铣刀控制。主轴换刀时将转换开关SA1扳向换刀位置,这时常开触头SA1-1(8区)闭合,电磁离合器YC1线圈得电,主轴处于制动状态以便换刀;同时常闭触头SA1-2(13区)断开,切断了控制电路,保证了人身安全。
3)主轴变速时冲动控制。冲动控制目的是使齿轮系统调整传动比以后能够快速重新啮合。冲动控制是利用变速手柄与冲动行程开关SQ1(有点动功能),通过机械联动实现的。变速前应先停车,利用变速手柄与冲动位置开关SQ1(13区),通过M1点动,使齿轮系统产生一次抖动,以便于齿轮顺利啮合。
(2)进给电动机M2的控制
工作台的进给运动在主轴启动后方可进行。工作台的进给可在3个坐标的6个方向运动,即工作台在回转盘上的左右运动;工作台与回转盘一起在溜板上和溜板一起前后运动;升降台在床身的垂直导上作上下运动;这些进给运动是通过两个操作手柄和机械联动机构控制相应的位置开关使进给电动机M2正转或反转来实现的,并且6个方向的运动是联锁的,不能同时接通。
1)当需要圆形工作台旋转时,将开关SA2(在示教板上用组合开关来代替)扳到接通位置,这时触头SA2-1和SA2-3(17区)断开,触头SA2-2(18区)闭合,其控制电路为:电源 KM1动合触点(13) SQ2-2 SQ3-2 SQ4-2 SQ6-2 SQ5-2 SA2-2 KM4(常闭) KM3线圈通电吸合电动机M2正转 电机带动一根专用轴 圆形工作台绕轴心回转,铣刀铣出圆弧。在圆形工作台开动时,其余进给一律不能运动,若有误操作,拨动了两个进给手柄中之一,则必然会使位置开关SQ3～SQ6(17-18)中的某一个被压下,则其动断触点将断开,使电动机停转,从而避免了机故。
2)工作台的左右进给运动由左右进给操作手柄控制。操作手柄与位置开关SQ5和SQ6联动,有左、中、右三个位置,其控制关系见下表
当手柄扳向中间位置时,位置开关SQ5和SQ6均未被压合,进给控制电路处于断开状态;当手柄扳向左或右位置时,手柄压下位置开关SQ5或SQ6,使常闭触头SQ5-2或SQ6-2(17区)分断,常开触头SQ5-1(17区)或SQ6-1(18区)闭合,接触器KM3或KM4得电动作,电动机M2正转或反转。由于在SQ5或SQ6被压合的同时,通过机械机构已将电动机M2的传动链与工作台下面的左右进给丝杠相搭合,所以电动机M2的正转或反转就拖动工作台向左或向右运动。
3) 工作台的上下和前后进给运动是由一个手柄控制的。该手柄与位置开关SQ3和SQ4联动,有上、下、前、后、中5个位置,其控制关系见下表
当手柄扳向中间位置时,位置开关SQ3和SQ4均未被压合,工作台无任何进给运动;当手柄扳至下或前位置时,手柄压下位置开关SQ3使常闭触头SQ3-2(17区)分断,常开触头SQ3-1(17区)闭合,接触器KM3得电动作,电动机M2正转,带动着工作台向下或向前运动;当手柄扳向上或后时,手柄压下位置开关SQ4,使常闭触头SQ4-2(17区)分断,常开触头SQ4-1(18区)闭合,接触器KM4得电动作,电动机M2反转,带动着工作台向上或向后运动。
4)左右进给手柄与上下前后手柄实行了联锁控制。当两个操作手柄被置定于某一进给方向后,只能压下四个位置开关SQ3、SQ4、SQ5、SQ6中的一个开关,接通电动机M2正转或反转电路,同时通过机械机构将电动机的传动链与三根丝杠(左右丝杠、上下丝杠、前后丝杠)中的一根(只能是一根)丝杠相搭合,拖动工作台沿选定的进给方向运动,而不会沿其他方向运动。如当把左右进给手柄扳向左时,若又将另一个进给手柄扳到向下进给方向,则位置开关SQ5和SQ3均被压下,触头SQ5-2和SQ3-2均分断,断开了接触器KM3和KM4的通路,电动机M2只能停转,保证了操作安全。
5)6个进给方向的快速移动是通过两个进给操作手柄和快速移动按钮配合实现的。安装好工件后,扳动进给操作手柄选定进给方向,按下快速移动按钮SB3或SB4(两地控制),接触器KM2得电,KM2常闭触头(9区)分断,电磁离合器YC2失电,将齿轮传动链与进给丝杠分离;KM2两对常开触头闭合,一对使电磁离合器YC3得电,将电动机M2与进给丝杠直接搭合;另一对使接触器KM3或KM4得电动作,电动机M2得电正转或反转,带动工作台沿选定的方向快速移动。由于工作台的快速移动采用的是点动控制,故松开SB3或SB4,快速移动停止。
6)进给变速时与主轴变速时相同,利用变速盘与冲动位置开关SQ2使M2产生瞬时点动,齿轮系统顺利啮合。
(3)冷却泵及照明电路分析
主轴电机M1和冷却泵电机M3采用的是顺序控制,由组合开关SQ2控制。铣床照明由变压器T1供给24V的安全电压,由开关SA4控制,在示教板上SA4为扭止开关。
3用PLC来设计X62W万能铣床电气控制线路
由于继电器电路图与梯形图在表示方法和分析方法上有很多相似之处,因此可以根据继电器电路图来设计PLC梯形图,即将继电器电路图转换成具有相同功能的PLC的外部硬件接线图和梯形图。这样在实习教学过程中,把机床电路实习教学模块与PLC实习教学模块相结合,学生不仅能学好机床控制电路和PLC,而且极大地提高了学生的实习兴趣,加强了学生对PLC实用性的理解。
(1)当然,梯形图是PLC的程序,而继电器电路是由硬件组成的,它们两者有着本质的区别,在相互转换时有许多值得注意的地方。首先要和学生讲清楚PLC设计电路的基本思路与方法。在设计PLC控制系统时,可以将PLC想象成继电器控制系统中的一个控制箱,PLC的外部接线图描述了这个控制箱的外部接线,梯形图是这个控制箱的内部“线路图”,梯形图中的输入继电器和输出继电器是这个控制箱与外部联系的“接口继电器”。这样就可以用分析继电器电路图的方法来分析PLC控制系统,将继电器电路图转换成功能相同的PLC外接线图和梯形图。具体的方法和步骤如下:
1)了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况,根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理;
2)将检测元件、控制元件(如行程开关、按钮)合理安排,接入PLC的输入口;
3)将被控元件(如接触器线圈、继电器线圈)接入PLC的输出口;
4)将时间继电器用PLC内部的定时器/计数器代替,将中间继电器用PLC内部的辅助继电器代替;
5)根据上述对应关系画出梯形图。
(2)万能铣床各个输入/输出点的PLC I/O地址分配见下表所示:
(3)万能铣床的I/O接线见下页所示:
(4)PLC程序设计
根据X62W万能铣床的控制要求,设计该电气控制系统的PLC控制梯形图。见下页梯形图。该程序共有9条支路,反映了原继电器电路中的各种逻辑内容。在第1支路中,因SB5、SB6都采用常闭触头接至输入端子X1,则X1的常开触点闭合,按下启动按钮SB1或SB2时(两地控制),X0常开触点闭合,Y1、M0线圈得电并自锁,第4支路中Y1常开触点闭合,辅助继电器M1线圈得电,其常开触点闭合,为第5支路以下程序执行做好准备,保证了只有主轴旋转后才有进给运动。Y1的输出信号使主轴电动机M1启动运转。当按停止按钮SB5或SB6时,X1常开触点复位,Y1线圈失电,主轴惯性运转,同时X2常开触点闭合,Y5线圈得电接通电磁离合器YC1,主轴制动停转。 第3支路表达了KM2及YC3的工作逻辑,当按下快速移动按钮SB3或SB4时,X5常开触点闭合,则Y2及Y6线圈得电,KM2常闭触头断开,电磁离合器YC2失电,YC3得电,工作台沿选定方向快速移动;松开SB3或SB4则YC2得电,YC3失电,快速移动停止。第5、6、7、8支路表达了工作台六个方向的进给、进给冲动及圆工作台的工作逻辑关系。当圆形工作台转换开关SA2动作,X6常开触点闭合,6、7支路中X6的常闭触点分断,第5支路X6常触点闭合,M2及Y3线圈得电,使KM3得电,电动机M2启动,圆形工作台旋转;当SA2复位时,M2、Y3线圈失电,圆形工作台停止旋转。左右进给时SQ5或SQ6被压合,X7常开触点复位,第5、6支路被分断,而X11或X12常开触点闭合,M4(其常开触点使Y3线圈得电)或Y4线圈得电,电动机M2正转或反转,拖动工作台向左或向右运动。同样,工作台上下、前后进给时,SQ3或SQ4被压合,X10常开触点复位,第5、6支路被分断,M4或Y4线圈得电,电动机M2正转或反转,拖动工作台按选定的方向(上、下、前、后中某一方向)作进给运动。第9条支路为机床照明灯控制。
(5)在实习教学过程中,引导学生设计好梯形图后,输入部分利用X62万能铣床示教板的元器件按要求接入FX2N-32MR型PLC,输出部分我校都是以220V的小型继电器来表示的,再模拟铣床的加工操作,人为接通或断开输入点来观察其变化情况。通过这样的综合实习教学,学生不仅能学好机床控制电路与PLC,而且极大地增强了学生用PLC设计电路的能力。
4结束语
我一九九八年安装了X62万能铣床示教板,二00一年将此示教板改装使之更加完善,这块示教板长期在我校作为实习教具,二00三年偿试将机床控制电路实习教学与PLC实习教学相结合,学生反应强烈,学起来通俗易懂,而且极大地激发了学生的学习兴趣,培养了学生维修机床电路的能力和探索PLC的求知欲望,培养了学生用PLC设计电路和改装电路的能力。这种将机床控制电路实习与PLC实习相结合的实习教学方法经过我多年的实践证明,行之有效。
参考文献:
[1]全国中等职业技术学校电工类专业通用教材.电力拖动控制电路与技能训练(第三版)