毕业设计（论文）95系列发动机连杆专用铣床电控部分的设计及刀具、工具、量具的设计1.doc

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1、山东英才学院 毕 业 设 计（论 文）题 目95系列发动机连杆专用铣床电控部分的设计及刀具、工具、量具的设计专 业机械设计制造及其自动化专业学生姓名%班级学号指导教师 %5%指导单位* 日期： 年 月 日至 年 月 日毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。 论文作者签名： 日期： 年 月 日摘 要 95系列发动机连杆是汽车发动机中的重要零件，在汽车用

2、发动机的设计中占有重要地位，连杆的加工精度直接影响发动机整体性能也就是动力性能、燃油经济性、排放性能、结构、及使用性能。 连杆专用铣床，是生产高精度连杆专用设备。通过连杆专用铣床电控部分的设计可以提高我对机械设计和电控系统的设计能力。使我从原理设计，理论计算，到结构设计，元器件选择。数控技术作为现代制造业的核心技术之一，在各行各业中得到了广泛的应用，在机械制造行业当中，加工中心由于可以以较高的精度实现多工种的加工经已成为现代制造业不可缺少的加工设备这个课题可提高对电控部分的深入研究，提高电控部分，以及刀具，量具，工具的设计能力，提高我对所学专业知识的综合应用能力。关键词：专用铣床；数控技术；生

3、产高精度；汽车发动机；ABSTRACT 95 series of engine connecting rod is an important part of automobile engine, occupies an important position in the design of automotive engine, connecting rod machining precision directly affects engine performance that is, dynamic performance, fuel economy, emissions performanc

4、e, structure, and properties. Connecting rod in engine when working with complex oscillating movements, also under gas pressure, reciprocating motion of the piston from the inertia force and inertia force of the swing movement generated by itself, constantly changing in size and direction of these f

5、orces. Therefore, connecting rod should have enough strength and rigidity. Obviously, connecting rod manufacturing accuracy of performance will have a major impact on the connecting rod. Special milling machine for connecting rod, connecting rod special is the production of high-precision equipment.

6、 By special milling machine for connecting rod of electric control part design can improve the mechanical design and design of electric control system capabilities. I design, calculation, design, component selection. Comprehensive training for once what you have learned. Electronic control component

7、s are important components of modular machine tool and automatic line. Power match control parts and machinery, connecting rod, realizing machine automatic circulation system. Electric control part of milling machine operation, running, digital control. Tools, tools, measuring tools are the basis fo

8、r processing workpieces with high precision. NC technology as modern manufacturing of core technology one, in industries in the are has widely of application, in machinery manufacturing industry among, processing center due to can to high of precision implementation more types of processing by has b

9、ecame modern manufacturing not missing of processing device this topics can improve on electric control part of in-depth research, improve electric control part, and tool, measuring tools, tools of design ability, improve I on by learn expertise of integrated application ability. Key words: link; de

10、dicated boring machine; NC technology; electrical controls;目 录第一章 CNC数控系统概述11.1CNC数控基本概述11.2CNC数控系统组成21.3数控技术发展回顾及未来发展趋势3第二章 连杆52.1连杆结构特点52.2连杆材料及毛坯制造方法62.3连杆的基准选择72.4连杆主要加工表面及加工工艺安排72.4连杆精铣参数计算8第三章 专用铣床硬件以及软件的设计123.1 铣床国内外研究状况和发展趋势123.2 电气原理图133.3主电路分析153.4控制电路分析153.5 PLC的基本定义173.6 铣床电气控制线路的PLC设计18

11、第四章 专用铣床电控部分的设计204.1电控部分的设计要求204.2 电控部分布线设计204.3功能分析224.4电气主电路图234.5伺服电路图244.6直流回路电路图304.7I/O转接端子板电路图334.8手持单元电路图344.9输入、输出开关量的定义34第五章 专用铣床刀具的选择385.1刀具的设计要求385.2 刀具的选择38致 谢39第一章 CNC数控系统概述1.1CNC数控基本概述简单的说就是利用数字化控制系统在加工机床上完成整个零件的加工。这一类的机床称为数控机床。这是一种现代化的加工手段。同时数控加工技术也成为一个国家制造业发展的标志。利用数控加工技术可以完成很多以前不能完成

12、的曲面零件的加工，而且加工的准确性和精度都可以得到很好的保证。总体上说，和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下特点（既有优缺点）： 1） 数控机床优点 1、加工效率高。 利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。而加工过程是由计算机控制，所以零件的互换性强，加工的速度快。 2、加工精度高。 同传统的加工设备相比，数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少了人为误差，因此加工的效率可以得到很大的提高。 3、劳动强度低。 由于采用了自动控制方式，也就是说加工的全部过程是由数控系统完成，不像传统加工手段那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备的运行状态。所以劳动强度很低。 4、适应能力强。

13、 数控加工系统就像计算机一样，可以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式，因此加工的范围可以得到很大的扩展。 5、工作环境好。 数控加工机床是机械控制、强电控制、弱电控制为一体高科技产物，对机床的运行温度、湿度及环境都有较高的要求。 6、就业容易、待遇高。 由于我国处于数控加工技术的大力发展阶段，大量的数控机床和先进的加工手段的快速引进，却没有大量熟练数控技术操作的人员参与，因此造成该行业严重缺乏人才。(二)数控机床的缺点 数控机床的主要缺点如下：价格较高，设备首次投资大；对操作、维修人员的技术要求较高；加工复杂形状的零件时,手工编程的工作量大。 1.2CNC数控系统组成CNC系统是在传统硬

14、件结构数控（NC）的基础上发展起来的，它主要由硬件和软件两大部分组成。其核心是计算机数字控制装置。CNC系统类型很多，主要有铣床、车床、加工中心等。CNC系统由计算机数控装置（CNC装置）、输入/输出设备、主轴驱动装置和进给驱动装置（包括检测装置）、机床电气逻辑装置等组成，如图1-1所示。图1-1 数控系统结构框图1、 输入/输出装置输入装置将数控加工程序等各种信息输入数控装置，输入的内容及数控系统的工作状况可以通过输出装置进行观察。现在数控系统主流的输入/输出装置有磁盘驱动器、通讯网络接口、LCD及各种显示器件等。2、 数控装置数控装置是数控系统的核心。它的主要功能是：正确识别和解释数控加工

15、程序，对解释结果进行各种数据计算和逻辑判断处理，完成各种输入、输出任务。其形式可以是由数字逻辑电路构成的专用硬件数控装置或计算机数控装置。前者称为硬件数控装置，或NC装置，其数控功能有硬件逻辑电路实现；后者称为CNC装置，其数控功能有硬件和软件共同实现。数控装置将数控加工程序按两类控制信息分别输出：一类是连续控制量，送往驱动控制装置；另一类是离散的开关控制量，送往机床电器逻辑控制装置。3、 伺服系统 伺服系统(驱动控制单元)位于数控装置和机床本体之间，包括进给轴伺服驱动装置和主轴伺服驱动装置。进给轴伺服驱动装置由位置控制单元、速度控制单元、电动机和测量反馈单元等部分组成，它按照数控装置发出的位

16、置命令和速度控制命令正确驱动机床受控部件的移动。主轴驱动装置主要由速度控制单元组成。4、 机床电气控制装置 机床电器控制装置位于数控装置和机床之间，接受数控装置发出的开关命令，主要完成机床主轴选速、起停和方向控制信号，换刀功能，工件装夹功能冷却、液压、气动、润滑系统控制功能以及机床其他辅助功能。其形式可以是继电器控制线路或可编程逻辑控制器(PLC)。 根据不同的加工方式，机床本体可以是车床、铣床、钻床、磨床、镗床、加工中心及电加工机床等。与传统的普通机床相比，数控机床本体的外部造型、整体布局、传动系统、刀具系统及操作机构等方面都应该符合数控的要求。数控机床还配有各种辅助装置，其作用是配合机床完

17、成对工件的加工。如切削液或油液系统中的冷却或过滤装置，油液分离装置，吸尘吸雾装置、润滑装置及辅助主机实现传动和控制的气动、液动装置等。除上述通用辅助设备外，从目前数控机床技术现状看，至少还有五类辅助装置是数控机床应该配备的：对刀仪、自动编程机、自动排屑机、物料储运及上下料装置和交流稳压电源。 随着科学技术的发展，机械产品结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，更新换代频繁，生产类型由大批量生产向多品种小批量生产转化。因此，对机械产品的加工相应地提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。所以数控加工在现在机械制造中有着重要的作用 。 1.3数控技术发展回顾及未来发展趋势1.3.1数控（NC）阶

18、段（1952-1970年） 早期的计算机运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响不大，但不能适应机床实时控制的要求。于是，人们不得不采用数字逻辑控制电路，组成机床专用计算机。这种数控装置称为硬件连接数控装置(HARD-WIRED NC)，简称为数控(NC)。随着电子元器件的发展，这个阶段又经历了三代：1952年的第一代 电子管计算机组成的数控装置；1959年的第二代 晶体管计算机组成的数控装置；1965年的第三代 小规模的集成电路计算机组成的数控装置。1.3.2计算机数控（CNC）阶段（1970年-至今） 1970 年研制成功了大规模集成电路，并将其用于通用小型计算机。此时的小型计算机，其

19、运算速度比以往的计算机有了大幅度的提高，比专用计算机成本低、可靠性提高。于是，小型计算机作为数控系统的核心部件，数控机床进入了计算机数控（CNC）阶段。1971年，美国INTEL公司在世界上的第一次将计算机的两个核心的部件运算器和控制器，采用大规模的集成电路控制技术，将其集成在一块芯片上，称为微处理器（Microprocessor），又称中央处理单元CPU。1974年，微处理器应用于数控系统。 虽然早期的微处理器速度和功能对数控装置来说有局限性，但可以通过多处理器结构来解决相应的问题。由于微处理器是计算机的核心部件，故此时的数控系统仍然成为计算机数控。到了1990年，PC机的性能已发展到很高的

20、水平，可满足数控系统核心部件的要求，而且PC机的生产批量很大，软件资源丰富，价格便宜，可靠性高，数控系统从此进入基于PC的阶段。1.3.3未来的发展 当今的计算机业的高速发展，并且计算机业已经基本成熟，所以数控系统还是以PC为基础，开发以PC为基础的控制器，这种控制器可以将数控系统与PC直接连接，这样可以直接实现数据的传输，大大提高了控制器的能力，还将降低控制器的成本。 控制器还将采用开放式的系统构架，这样数控机床也可以像今日的计算机业一样，用户可以根据需要自行对数控机床的软、硬件进行配置，这样数控机床的功能提升了，价格降低了。同时数控机床还向小型化发展。总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1

21、970年的第四代小型计算机数控系统；1974年的第五代微处理器组成的数控系统；1990年的第六代基于PC的数控系统 。 数控系统半个世纪经历了两个阶段六代大发展，只是发展到了第五代以后，才从根本上解决了数控系统可靠性低、价格昂贵、应用很不方便等极为关键的问题。因此，即使在工业发达国家，数控机床大规模地得到应用和普及也是在20世纪的70年代末、80年代初的事情，也就是说，数控技术的发展和普及经过了近30年。随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，数控系统功能不断增多，柔性不断增强，性价比不断提高，当前数控系统正朝着下面几个方向发展。1、高速度、高精度化。数控系统的高速度、高精度化要求数控系统在读入

22、加工指令数据后，能高速计算出伺服电机的位移量，并控制伺服电机高速度准确地运动。此外，要实现生产系统的高速度化，还必须要求主轴转速、进给率、刀具交换、托板交换等实现高速度化。2、智能化。数控系统应用高技术的重要目标时智能化。包括（1）自适应控制技术。（2）附加人机会话自动编程功能。（3）具有设备故障自诊断功能。（4）小型化。（5）计算机群控。（6）具有更高的通信功能。第二章 连杆2.1连杆结构特点 连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一，它在柴油机中，把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。连杆由连杆体及连杆盖两部分组成

23、。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起。为了减少磨损和便于维修，连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。轴瓦有钢质的底，底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属。在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片，可以用来补偿轴瓦的磨损。连杆小头用活塞销与活塞连接。小头孔内压入青铜衬套，以减少小头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进行修理和更换。 在发动机工作过程中，连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的质量，以减小惯性力的作用。连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。为了保证发动机运转均衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大，

24、因此，在连杆部件的大、小头两端设置了去不平衡质量的凸块，以便在称量后切除不平衡质量。连杆大、小头两端对称分布在连杆中截面的两侧。考虑到装夹、安放、搬运等要求，连杆大、小头的厚度相等(基本尺寸相同)。在连杆小头的顶端设有油孔(或油槽)，发动机工作时，依靠曲轴的高速转动，把气缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头衬套与活塞销之间的摆动运动副。 连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以输出动力。因此，连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。反映连杆精度的参数主要有5个：（1）连杆大端中心面和小端中心面相对连杆杆

25、身中心面的对称度；（2）连杆大、小头孔中心距尺寸精度；（3）连杆大、小头孔平行度；（4）连杆大、小头孔尺寸精度、形状精度；（5）连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。表2.1 连杆的各加工表面粗糙度项 目Ra连杆衬套孔0.63连杆大头孔0.8连杆小头孔加衬套1.25不加衬套0.63连杆大头两端面1.6连杆大头分开面1.6螺栓孔支承端面3.2表2.2 连杆的各加工表面公差项 目公 差 等 级连杆衬套孔IT6连杆大头孔IT6连杆小头孔IT7连杆大小头孔中心距IT8 图2.1 连杆的总成图2.2连杆材料及毛坯制造方法 连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度。因此，连杆材料一般采用高强度碳钢

26、和合金钢；如45钢、55钢、40Cr、40CrMnB等。本课题采用35CrMo（含碳0.32%0.40%，）。近年来也有采用球墨铸铁的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料损耗少，成本低。随着粉末冶金锻造工艺的出现和应用，使粉末冶金件的密度和强度大为提高。因此，采用粉末冶金的办法制造连杆是一个很有发展前途的制造方法。 连杆毛坯制造方法的选择（本课题选用整体锻造），主要根据生产类型、材料的工艺性（可塑性，可锻性）及零件对材料的组织性能要求，零件的形状及其外形尺寸，毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法。根据生产纲领为大量生产，连杆多用模锻制造毛坯。连杆模锻形式有两种，

27、一种是体和盖分开锻造，另一种是将体和盖锻成体。整体锻造的毛坯，需要在以后的机械加工过程中将其切开，为保证切开后粗镗孔余量的均匀，最好将整体连杆大头孔锻成椭圆形。相对于分体锻造而言，整体锻造存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题，但由于整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点，故用得越来越多，成为连杆毛坯的一种主要形式。总之，毛坯的种类和制造方法的选择应使零件总的生产成本降低，性能提高。 目前我国有些生产连杆的工厂，采用了连杆辊锻工艺。用辊锻法生产的连杆锻件，在表面质量、内部金属组织、金属纤维方向以及机械强度等方面都可达到模锻水平，并且设备简单，劳动条件好，生产率较高，便

28、于实现机械化、自动化，适于在大批大量生产中应用。辊锻需经多次逐渐成形。 锻好后的连杆毛坯需经调质处理，使之得到细致均匀的回火索氏体组织，以改善性能，减少毛坯内应力。为了提高毛坯精度，连杆的毛坯尚需进行热校正。连杆必须经过外观缺陷、内部探伤、毛坯尺寸及质量等的全面检查，方能进入机械加工生产线。2.3连杆的基准选择1、粗基准的选择 A、以不需加工的杆身侧面作为粗基准面，来加工连杆的两端面，设计基准和定位基准要重合；B、钻小头孔以粗磨后的两端面作为粗基准采用外定位，同时以未加工过的毛面作为粗基准。2、精基准的选择 以加工过的两端面，大小头孔和工艺凸台作为精基准。3、小头孔的加工均采用外定位方式，均以

29、工艺凸台和工艺面作定位基准。2.4连杆主要加工表面及加工工艺安排 连杆的主要加工表面为大、小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及连杆螺栓孔定位面，次要加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。 连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。连杆的加工路线按连杆的分合可分为三个阶段：第一阶段为连杆体的加工，第二阶段为连杆盖的加工，第三阶段为连杆体和盖合装后的加工。第一阶段的加工主要是为其后续加工准备精基准(端面、小孔头和大头外侧面);第二阶段主要是加工除精基准以外的其它表面，包括大、小头粗加工、为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗精加工以及轴瓦锁口槽的加工等；

30、第三阶段则主要是最终保证连杆各项技术要求的加工，包括连杆合装后大头孔的半精加工和端面的精加工及大、小头孔的精加工。如果按主要表面的粗、精加工来划分连杆的加工阶段的话，可以按连杆合装前后来分，合装之前的工艺路线属主要表面的粗加工阶段，合装之后的工艺路线则为表面的半精加工、精加工阶段。其加工工艺见附录A。2.4连杆精铣参数计算2.4.1铣削条件本设计是连杆双孔侧平面精铣用数控机床电控部分设计，由附录A知铣削余量为0.5。连杆材料选用35CrMo（含碳0.32%0.40%，）。由连杆毛坯侧面宽度取铣削宽度，背吃刀量。2.4.2铣刀选择1、 几何参数的选择 由铣削条件选择硬质合金端铣刀，YT15涂层硬

31、质合金刀片。表2.3 硬质合金端铣刀几何参数参考值 取刀片几何参数，。2、 铣刀直径选择 （式2-1）表2.4 面铣刀直径数值 由式2-1和表2-4取。3、 铣刀齿数选择硬质合金面铣刀的齿数因粗齿、中齿及细齿而异（表2-5），粗齿面铣刀适于钢件的粗铣；中齿面铣刀适于铣削带有断续表面的铸铁件或对钢件的连续表面进行粗铣及精铣；细齿面铣刀适于在机床功率足够的情况下对铸铁件进行粗铣或精铣。表2.5 硬质合金面铣刀 由表2.5取Z=6，中齿。4、 进给量的选择当选定后，应尽可能取教大的。粗铣时，限制的是铣削力及铣刀容屑空间的大小，当工艺系统的刚性愈好及铣刀齿数愈少时，可取的愈大；半精铣及精铣时，限制的是

32、工件表面粗糙度，粗糙度要求愈小，应愈小。取/z。2.4.3铣削速度计铣削力计算1、 铣削速度计算由表2-6取，。 （式2-2）主偏角修正系数；加工材料强度与硬度改变修正系数；毛坯改变时切削速度修正系数；硬质合金牌号改变时修正系数；铣刀平均寿命。取，min。表2.6 铣削时切削速度计算公式 由 计算得=454m/min。 转速=1446r/min, 取 r/min 。2、 铣削力计算表2.7 铣削力、扭矩及功率计算 由表2-7取，。 （式2-3） 取工件材料系数；前角系数；主偏角系数。 取=1.0，=1.1，=。 由 计算得，取。 。 。 （式2-4） 电动机功率；机械传动轴上功率；生产机械效率

33、；电动机与生产机械之间效率。，一般主运动为回转运动机床，取；取，由式2-4计算。考虑机床安全系数取2，计算。第三章 专用铣床硬件以及软件的设计3.1 铣床国内外研究状况和发展趋势自从1969年第一台可编程控制器在美国问世以来，在工业控制中得到广泛的应用。近年来，我国在石油、化工、机械、轻工、发电、电子、橡胶、塑料加工等行业工艺设备的电气控制中，越来越多地采用PLC机控制，并取得了显著的效果，深受各行业的欢迎。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。随着电子技术的发展，可编程序控制器日益广泛的应用于机械、电子加工与设备电气改造中。 铣床作为机械加工的通用设备

34、在内燃机配件的生产中一直起着不可替代的作用。自动铣床具有工作平稳可靠，操作维护方便，运转费用低的特点，已成为现代生产中的主要设备。自动铣床控制系统的设计是一个很传统的课题，现在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，铣床控制的设计方案也越来越先进，越来越趋于完美。在我国7080年代大多数铣床中，大多数的开关量控制系统都是采用继电器控制，也有相当一部分辅机系统是采用继电控制。因此，继电器本身固有的缺陷,给铣床的安全和经济运行带来了不利影响,用PLC对铣床的继电器式控制系统进行改造已是大势所趋。自动铣床的发展及现状：从上世纪80 年代起铣床制造业的发展虽有起伏但对自动控制技术和自动铣床床一直给予较大

35、的关注。经过九五自动车床和加工中心包括自动铣床的产业化生产基地的形成，所生产的中档普及型自动铣床的功能性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。但在中高档自动铣床方面与国外一些先进产品相比仍存在较大差距。这是由于欧美日等先进工业国家于80 年代先后完成了自动机床产业进程，其中一些著名机床公司致力于科技创新和新产品的研发引导着数控机床技术发展，如美国英格索尔公司和德国惠勒喜乐公司对用于汽车工业和航空工业高速数控铣床的发展日本牧野公司对高效精密加工中心所作的贡献，德国瓦德里希公司在重型龙门五面加工铣床方面的开发以及日本马扎克公司研发的车铣中心对高效复合加工的推进等等。相比之下，我国大部分数近代机床产

36、品在技术处于跟踪阶段。表1以中挡铣床为例列出国内外先进产品主要技术指标，由此可以看到效率精度和可靠性等方面均有明显差。随着科学技术的不断发展，生产工艺的不断发展改进，特别是计算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。在控制方法上，从手动控制发展到自动控制;在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在操作上，从策重发展到信息化处理；在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微型计算机为中心的网络化自动控制系统。X62W铣床综合了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技术、通信技术、网络技术等先进的科学技术成果。专用铣床是由普通机床

37、发展而来。它集于机械、液压、气动、伺服驱动、精密测量、电气自动控制、现代控制理论、计算机控制等技术于一体，是一种高效率、高精度能保证加工质量、解决工艺难题，而且又具有一定柔性的生产设备。专用铣床的广泛应用，给机械制造业的生产方式、产品机构和产业机构带来了深刻的变化，其技术水平高低和拥有量多少，是衡量一个国家和企业现代化水平的重要标志。一种新型的控制装置，一项先进的应用技术，总是根据工业生产的实际需要而产生的。可编程序控制器产生以前，以各种继电器为主要元件的电气控制线路，承担着生产过程自动控制的艰巨任务，可能有成百上千只各种继电器构成复杂的控制系统，需要用成千上万根导线连接起来，安装这些继电器需

38、要大量的继电器控制柜，且占据大量的空间。当这些继电器运行时，又产生大量的噪声，消耗大量的电能。为保证控制系统的正常运行，需要安排大量的电气技术人员进行维护，有时某个继电器损坏，甚至某个继电器触头接触不良，都回影响整个系统的正常运行。如果系统出现故障，要进行检查排除故障又是非常困难的，全靠电气技术人员长期积累经验。尤其是在生产工艺发生变化时，可能需要增加很多的继电器或继电器控制柜，重新接线或改线的工作量很大，甚至需要重新设定控制系统。尽管如此，这种控制系统的功能仅仅局限在能实现具有粗略定时、计数功能的顺序逻辑控制。因此，人们迫切需要一种新的工业控制装置来取代传统的继电器控制系统，是电气控制系统工

39、作更可靠，更容易维修，更能适应经常变化的生产工艺要求。可编程控制器(Programmable Controller)简称PC，在办公自动化和工业自动化中广泛使用的个人计算机（Personal Computer）也简称PC，为了避免混摇，现在一般将可编程序控制器简称为PLC(Programmable Logic Controller)。随着可编程控制器在国内的运用和推广，人们找到了万能铣床较理想的控制系统，即PLC控制系统。由于其具有可靠性高，抗干扰能力强，维修检测方便等优点，适合于对万能铣床的控制，获得广泛的推广。现在万能铣床已全部采用PLC控制，结束了近二十年使用继电控制的历史。本文主要以该

40、厂对PLC控制系统的研究，推广介绍可编程控器在万能铣床上的应用。自从1969年第一台可编程控制器在美国问世以来，在工业控制中得到广泛的应用。近年来，我国在石油、化工、机械、轻工、发电、电子、橡胶、塑料加工等行业工艺设备的电气控制中，越来越多地采用PLC机控制，并取得了显著的效果，深受各行业的欢迎。1988年开始将可编程序控制器应用在万能铣床上，至今使用情况一直良好。 国外生产PLC的厂家很多，最著名的有美国A-B公司和GE-FANUC公司，日本的欧姆龙公司和三菱公司，德国AEG公司和西门子公司，法国的TE公司。它们号称PC领域的大雄，代表PC的最高水平。它们在中国都有各自的代理商，很容易买到其

41、产品。国产PLC以小型为主，多数为仿制产品，I/0点均在128点以下。主要厂家有上海工业自动化仪表研究所，苏州电子计算机厂，北京机械工业自动化研究所，无锡华光电子工业公司，中科院自动化研究所，上海香岛机电制造公司。一般只处理开关量，进行逻辑运算，顺序运算。 3.2 电气原理图图3.1 卧式铣床电气原理图该铣床共用3台异步电动机拖动，它们分别是主轴电动机M1、进给电动机M2和冷却泵电动机M3。铣床的电路如图3.1所示，该线路分为主电路、控制电路和照明电路三部分。3.3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

42、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，用手动开关QS2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。3.4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。（1）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。1）主轴电动机M1启动前，应首先选择好主轴的转速，

43、然后合上电源开关QS1，再把主轴换向开关SA3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）主轴换铣刀时将转换开关SA1扳向换刀位置，这时常开触头SA1-1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-

44、2断开，切断了控制电路，保证了人身安全。3）主轴变速时，利用变速手柄与冲动位置开关SQ1，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，且变速前应先停车。（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，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扳到接通位置，这时触头SA2-1和SA2-3断开，触头SA2-2闭合，电流经1013141520191718路径，使接触器KM3得电，电动机M2启动，通过

45、一根专用轴带动圆形工作台作旋转运动。转换开关SA2扳到断开位置，这时触头SA2-1和SA2-3闭合，触头SA2-2断开，以保证工作台在6个方向的进给运动，因为圆形工作台的旋转运动和6个方向的进给运动也是联锁的。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，其控制关系见表1。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分断，常开触头SQ5-1或SQ6-1闭合，接触器KM3或KM4得电动作，电动机M2正转或反转。

46、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。表3.1工作台左右进给手柄位置及其控制关系手柄位置位置开关动作接触器动作电动机M2转向传动链搭合丝杠工作台运动方向左SQ5K正转左右进给丝杠向左中停止停止右SQ6K反转左右进给丝杠向右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，其控制关系见表2。当手柄扳至中间位置时，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分断，常开触头SQ3-1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