X52K立式铣床的改造

X52K⽴式铣床的改造
国家职业资格全省统⼀鉴定
维修电⼯技师
（国家职业资格⼆级）
论⽂题⽬： X52K⽴式铣床的改造
姓名：傅兴
⾝份证号： 320721************ 所在省市：江苏省常州市
所在单位：江苏省常州技师学院
⽬录
第⼀章X52K⽴式铣床的简介222222222222222221 第⼀节X52K⽴式铣床222222222222222222222222221 第⼆节X52K⽴式铣床的结构特点222222222222222222222 第三节X52K⽴式铣床的主电路分析2222222222222222224 第四节X52K⽴式铣床的控制电路分析222222222222222225第⼆章：X52K⽴式铣床的电⽓系统的硬件改造2210 第⼀节改造的⽬的22222222222222222222222222222210 第⼆节传感器的选⽤222222222222222222222222222210 第三节PLC的选⽤2222222222222222222222222222213第四节PLC输⼊输出分配表2222222222222222222222215 第五节PLC接线图2222222222222222222222222222216 第三章：X52K⽴式铣床电⽓系统的软件设计222217 第⼀节主要程序编写222222222222222222222222222217 第⼆节改造后的优点222222222222222222222222222219 论⽂的总结222222222222222222222222222222222219 答谢词2222222222222222222222222222222222222220 参考⽂献22222222222222222222222222222222222220
X52K型⽴式升降铣床的改造
摘要：X52K型⽴式升降铣床是⼀种早期的⽴式铣床，是⼀种应⽤范围很⼴的机床。

主要⽤于机械制造、模具、仪器、仪表、汽车、摩托车等⾏业的加⼯。

传统X52K⽴式铣床由于采⽤的是继电器控制，主传动系统的调速均采⽤多联齿轮离合器的⽅式，在实际加⼯过程中暴露出噪声⼤，起动传动不平稳，换速时冲击⼤等问题。

本次论⽂通过以PLC为控制核⼼，采⽤传感器等技术对X52K机床控制部分进⾏电⽓改造。

这可以⼤幅度节约电能，提⾼系统的⾃动化程度，并使系统运⾏可靠稳定，结构简单，维修，维护，调整⽅便，经济实⽤配置，取代了传统的继电器控制系统。

关键词：铣床 PLC 传感器
第⼀章X52K⽴式铣床的简介
⼀．X52K⽴式铣床
本机床是⼀种强⼒⾦属切削机床，机床的主轴传动系统由功率为7.5kw的电动机驱动，能承受重负荷切屑。

主轴锥孔可直接或通过附件安装各种圆柱铣⼑、圆⽚铣⼑、成型铣⼑、端⾯铣⼑等⼑具，适于加⼯各种零件的平⾯、斜⾯、沟槽、孔等，是机械制造、模具、仪器、仪表、汽车、摩托车等⾏业的理想加⼯设备
图1-1 X52K⽴式铣床实物图
⼆．X52K⽴式铣床的结构特点
1.X52K⽴式铣床的结构
X52K为⽴式升降台铣床，其主轴轴线垂直于⼯作台⾯，外形如图1-2所⽰，主要由床⾝、⽴铣头、主轴、⼯作台、升降台、底座组成。

图1-2 X52K⽴式铣床结构图
(1) 床⾝—固定和⽀承铣床各部件；
(2) ⽴铣头—⽀承主轴，可左右倾斜⼀定⾓度；
(3 )主轴—为空⼼轴，前端为精密锥孔，⽤于安装铣⼑并带动铣⼑旋转；
(4 )⼯作台—承载、装夹⼯件，可纵向和横向移动，还可⽔平转动；（5）升降台—通过升降丝杠⽀承⼯作台，可以使⼯作台垂直移动；（6）变速机构—主轴变速机构在床⾝内，使主轴有18种转速，进给变速机构在升降台内，可提供18种进给速度；
（7）底座—⽀承床⾝和升降台，底部可存储切削液。

2. X52K⽴式铣床的特点
(1) ⽴铣头可在垂直平⾯内顺、逆回转调整±45°，拓展机床的加⼯范围；主轴轴承为圆锥滚⼦轴承，承载能⼒强，且主轴采⽤能耗制动，制动转矩⼤，停⽌迅速、可靠。

(2) ⼯作台X/Y/Z向有⼿动进给、机动进给和机动快进三种，进给速度能满⾜不同的加⼯要求；快速进给可使⼯件迅速到达加⼯位置，加⼯⽅便、快捷，缩短⾮加⼯时间。

(3) X、Y、Z三⽅向导轨副经超⾳频淬⽕、精密磨削及刮研处理，配合强制润滑，提⾼精度，延长机床的使⽤寿命。

(4) 润滑装置可对纵、横、垂向的丝杠及导轨进⾏强制润滑，减⼩机床的磨损，保证机床的⾼效运转；同时，冷却系统通过调整喷嘴改变冷却液流量的⼤⼩，满⾜不同的加⼯需求。

(5) 机床设计符合⼈体⼯程学原理，操作⽅便；操作⾯板均使⽤形象化符号设计，简单直观。

3. X52K⽴式铣床电器元件明细表
三．X52K⽴式铣床的主电路分析
主电路中有三台电动机，主轴电动机M1，冷却泵电动机M2和⼯作台进给电动机M3。

如图1-3所⽰。

主轴电动机M1能正，反转，由转换开关SC5控制，停车时有全波整流能耗制动，主轴通过机械调速可获18种速度。

冷却泵电动机M2通过传动机构将冷却液输送到切割处，进⾏冷却。

⼯作台进给电动机M3的正，反转由接触器KM3和KM4控制。

通过机械传动可使⼯作台在横向，纵向和垂直⽅向做⼿动进给，机动进给和快速移动。

主轴和⼯作台都采⽤调速盘选择速度，在切换齿轮以改变速度时，主轴电动机M1和⼯作台进给电动机M3应当做短时的低速转到（冲动），使齿轮易于啮合。

图1-3 X52K⽴式铣床主电路图
四．控制电路分析
1．主轴电动机M1控制
M1的正，反转由转换开关SC5控制，这是由于铣床主轴的旋转⽅向不需要经常变换。

采⽤⼿动的转换开关可以控制线路⽐较简单，运⾏也更可靠，所以没有采⽤两只接触器的控制线路。

主轴电动机M1的定⼦绕组经接触器KM2的主触头可以接通直流电源进⾏能耗制动。

能耗制动的直流电源由桥式整流器UR供给。

X52K型⽴式铣床有两套操作按钮和操作⼿柄，分别安装在机床的正⾯和左侧⾯，以实现两地控制，其中SB1和SB2是主轴电动机M1的停⽌按钮，SB3和SB4为启动按钮。

主轴电动机M1的旋转⽅向在启动前由转速开关SC5选定。

按下启动按钮SB3或SB4，接触器KM1线圈得电，KM1常开触头闭合⾃锁，KM1主触头闭合，电动机M1启动。

同时KM1的⼀个动合触头闭合，接通⼯作台控制电路的电源。

按下停⽌按钮SB1或SB2，它们的常闭触头断开接触器KM1的线圈电路，常开触头接通接触器KM2的线圈电路，KM1常闭触头复位后，KM2得电吸合，将全波整流电源送到电动机M1的定⼦绕组，进⾏能耗制动。

松开SB1或SB2，接触器KM2断电释放，主轴电动机M1制动结束。

⾏程开关SQ7与主轴的调速机构联动，在切换主轴转速时，能使主轴电动机M1短时冲动。

主轴调速应在主轴电动机M1停车时进⾏，先将⼀个调速⼿柄扳开，将调速盘转到需要的转速，然后将⼿柄扳回到原来位置，压合⾏程开关SQ7，SQ7的常开触头SQ7-1短时闭合，接触器KM1短时吸合，随后⼜释放，主轴电动机M1就短时冲
动，使齿轮易于啮合。

同时SQ7-2常闭触点断开，使接触器KM1的⾃锁回路断开。

⾏程开关SQ7复原时，SQ7-1断开，KM1线圈断电释放，SQ7-2恢复闭合，主轴电动机M1停转。

2. 冷却泵电动机M2控制
M2⽤转换开关SC3控制。

合上SC3，当接触器KM1吸合时，冷却泵电动机M2与主轴电动机M1同时启动。

3 . ⼯作台进给电动机M3控制
不使⽤圆形⼯作台时，转换开关SC1应扳到断开位置，触头SC1-1,SC1-3闭合，SC1-2断开。

在加⼯过程中，⼯作台进给电动机M3的正，反转有KM3和KM4两个接触器控制。

接触器KM3主触头闭合时电动机M3正转，⼯作台可向左，向前或向下进给；KM4吸合时电动机M3反转，⼯作台可向左，向后或向上运动。

⼯作台还可快速移动，由快速接触器KM5和快速移动电磁铁YC 控制。

⼯作台的快速移动和进给运动由同⼀台电动机M3拖动。

X52K型⽴式铣床⼯作台的进给运动⽤⼿柄操作。

进给电动机M3可以在两种情况下⼯作，⼀般情况是主轴电动机启动运⾏后，接触器KM1的常开触头接通⼯作台进给电动机的控制电路的电源，另⼀种情况是主轴电动机没有启动，需要⼯作台快速移动，按下SB5或SB6，KM5线圈得电，KM5常开触点接通⼯作台快速移动的控制线路电源。

⼯作台纵向进给操作⼿柄有三个位置，即向左，向右和停⽌。

纵向进给操作⼿柄转到向左或向右位置时，推动⼀个离合器接通纵向进给丝杠。

同时⼿柄通过联动机构操作⾏程开关SQ1和SQ2，⼿柄扳倒向右位置，⾏程开关SQ1的常开触点SQ1-1闭合，常闭触点SQ1-2断开。

SQ1-1闭合，⼿柄扳回到向左位置，⾏程开关SQ1复位，SQ2
被压合，SQ2-2断开，SQ2-1闭合，接触器KM4线圈得电吸合，电动机M3反转，⼯作台向左进给，⼿柄扳倒零位，SQ1和SQ2都复位，接触器KM3和KM4的线圈电路都断开，进给电动机M3停⽌。

⼯作台横向和垂直进给操作⼿柄有五个位置，向前，向后，向下，向上和零位。

⼿柄接通横向和垂直进给丝杠通过联动机构⼜能控制⾏程开关SQ3和SQ4。

⼿柄在向前和向下位置时，SQ3的常开触头SQ3-1闭合，常开触头SQ3-2断开，⼿柄在向后和向上位置时，SQ4的常开触头SQ4-1闭合，常闭触头SQ4-2断开，⼿柄在零位，SQ3和SQ4的常开触头断开，常闭触头闭合，操作⼿柄的各个位置互相联锁，不可能同时接通不同⽅向的进给运动。

⾏程开关的常闭触头SQ1-2和SQ2-2串联，SQ3-2与SQ4-2串联，两条串联⽀路再并联连接，这样的连接可防⽌两个⼿柄都板离零位的不正确的操作⽅法。

如果两个⼿柄都不在零位，则两条并联⽀路都不通，接触器KM4和KM5的线圈都不能获电动作，⼯作台进给电动机不会启动。

⼯作台也采⽤调速盘和调速⼿柄调速，在调速时，⼯作台的两个⼿柄都不应当在零位，主轴电动机M1应该启动，⼯作台变速步骤与
主轴的变速步骤相同。

当⼿柄扳回原位时，⾏程开关SQ6短时动作，常开触点SQ6-1闭合，常闭触点SQ6-2断开，接触器KM3短时间吸合⼜释放。

⼯作台进给电动机M3短时冲动，使齿轮易于啮合。

⼯作台进给运动⽤⼿柄操作，这是它的优点，但是⼿柄和电⽓设备的联动机构复杂，易发⽣故障。

在主轴电动机未开动时，⼯作台可以在各个⽅向做快速移动，快速移动的⽅向也由操作⼿柄的位置决定，板好⼯作台操作⼿柄的位置，按下按钮SB5或SB6,接触器KM5线圈获电吸合KM5的主轴点闭合，接通电磁铁YC，使⼯作台快速移动的传动机械接通，KM5的动合触头闭合，接通⼯作台控制线路的电源，使接触器KM3或KM4线圈能获电吸合⼯作台就在选定的⽅向快速移动。

⼯作台快速移动⽤点动控制，松开按钮SB5或SB6，⼯作台快速移动停⽌。

如果主轴已开动，⼯作台已按某个进给⽅向移动，按下快递移动按钮SB5或SB6，接触器KM5线圈得电，电磁铁YC吸合，⼯作台就在原来进给⽅向做快速移动。

松开按钮SB5或SB6，⼯作台快速移动⼜变为原来的进给运动。

X52K⽴式铣床控制电路如下图1-4所⽰
图1-4 X52K⽴式铣床控制电路
第⼆章X52K⽴式铣床的PLC的硬件改造
⼀．改造的⽬的
传统X52K⽴式铣床由于采⽤的是继电器控制，继电器控制存在许多缺点，如电路接线复杂，触点多，噪声⼤，可靠性差，故障诊断与排除等。

绝⼤多数控制继电器的触点容易产⽣电弧，甚⾄会在融在⼀起产⽣误操作，引起严重后果。

⽽且继电器控制系统必须是⼿⼯接线，安装，如果有简单改动，也需要花费⼤量的时间及⼈⼒和物⼒去改制，安装和调试。

若⽤PLC控制就避免了这些问题，通过以PLC为控制核⼼，采⽤，传感器等技术对X52K机床控制部分进⾏电⽓改造。

因为PLC的优点有：
（1）PLC系统的维修简单，维修时间短。

PLC采⽤了⼀系列可靠性设计的⽅法进⾏设计。

（2）PLC有较⾼的易操作性。

它具有编程简单，操作⽅便，维修容易等特点，⼀般不容易发⽣误操作。

（3）PLL是为⼯业⽣产过程控制⽽专门设计的控制装置，它具有⽐通⽤计算机控制更简单的编程语⾔和更可靠的硬件。

采⽤了精简化的编程语⾔。

编程出错率很低。

（4）对PLC的操作包括程序输⼊和程序更改的操作。

程序的输⼊可直接显⽰，更改程序的操作也可以直接根据所需要的地址编号或接点号进⾏搜索或程序的寻找，然后进⾏更改。

（5）PLC采⽤的编程语⾔有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语⾔。

编程⽅法的多样性使编程简单。

以上特点使⽤PLC控制系统具有可靠性⾼，程序设计⽅便灵活，抗⼲扰能量⼒强，运⾏稳定等诸多优点。

⼆．传感器选⽤
1.限位开关的不⾜
本电路采⽤的限位开关是⾏程开关，⾏程开关的特点就是当床⾝碰到⾏程开关时，此⾏程开关动作，常开闭合，常闭断开。

⽽就是由于⾏程开关必须是当床⾝碰到且压到它时才会动作，故这样会显得不是很灵敏，可能会发⽣床⾝掉落的或毁坏。

若⽤光电传感器代替则解决这⼀问题了。

光电传感器的优点：
（1）具有⾃诊断稳定⼯作区指⽰功能，可及时告知⼯作状态是否可靠；
(2)对射式、反射式、镜⾯反射式光电开关都有防⽌相互⼲扰功能，安装⽅便；
(3)对ES外同步（外诊断）控制端的进⾏设置可在运⾏前预检光电开关是否正常⼯作。

并可随时接受计算机或可编程控制器的中断或检测指令，外诊断与⾃诊断的适当组合可使光电开关智能化；
(4)响应速度快，⾼速光电开关的响应速度可达到0.1ms，每分钟可进⾏30万次检测操作，能检出⾼速移动的微⼩物体；
(5)采⽤专⽤集成电路和先进的SMT表⾯安装⼯艺，具有很⾼的可靠性；
(6)体积⼩（最⼩仅20331312mm）、重量轻，安装调试简单，并具有短路保护功能。

2.传感器的选⽤
接近开关⼜称⽆触点⾏程开关，它除可以完成⾏程控制和限位保护外，还是⼀种⾮接触型的检测装置，⽤作检测零件尺⼨和测速等，也可⽤于变频计数器、变频脉冲发⽣器、液⾯控制和加⼯程序的⾃动衔接等。

特点有⼯作可靠、寿命长、功耗低、复定位精度⾼、操作频率⾼以及适应恶劣的⼯作环境等。

在各类开关中，有⼀种对接近它物件有“感知”能⼒的元件——位移传感器。

利⽤位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的⽬的，这就是接近开关。

当有物体移向接近开关，并接近到⼀定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。

通常把这个距离叫“检出距离”。

不同的接近开关检出距离也不同。

有时被检测验物体是按⼀定的时间间隔，⼀个接⼀个地移向接近开关，⼜⼀个⼀个地离开，这样不断地重复。

不同的接近开关，对检测对象的响应能⼒是不同的。

这种响应特性被称为“响应频率”。

三．PLC的选⽤
由于继电器控制，它结构复杂，接线繁琐，容易出现故障⽽不易检测等缺点。

所以我们采⽤PLC控制，改善以上的缺点，提⾼控制精度。

1. PLC的选型
根据X52K⽴式铣床的控制要求及原理图可以知道：
输⼊输出主轴停⽌：SB1 主电机启动：KM1
主轴停⽌：SB2 主轴制动：KM2
主轴启动：SB3 进给电机正传：KM3
主轴启动：SB4 进给电机反转：KM4
⼯作台快速移动：SB5 进给电机的快速运动：KM5 ⼯作台快速进给：SB6 快速移动电磁离合器：YC
照明灯开关：SC2 照明灯：EL
⼯作台向右进给：SQ1
⼯作台向左进给：SQ2
⼯作台向前，向下进给：SQ3
⼯作台向后，向上进给：SQ4
进给变速冲动：SQ6
主轴变速冲动：SQ7
从以上输⼊、输出可看出要选的PLC的输⼊端必须⼤于13个⽽输出端必须⼤于7个。

但是机床控制线路的电压等级⽐较多。

所以在选PLC时必须注意PLC的输出。

⽽本次毕业论⽂选⽤的PLC是三菱PLC。

且根据输⼊、输出点数，选⽤三菱FX2N-32MRPLC。

2．三菱FX2N-32MRPLC
FX2N-32MR的三菱PLC的外形图如图2-2所⽰。

图2—2 FX2N-32MR的三菱PLC的外形图
四. PLC的输⼊输出分配表
PLC的输⼊输出表
PLC输出分配表
五. PLC接线图
N
L
COM
X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10
X11 X12 X13
CO M1
Y1
Y2
Y3
CO M2
Y4
Y5
Y6
Y7 FU
SB1
SB2
SB3
SB4
SB5
SC2
SQ1
SQ2
SQ3
SQ4
SQ6
X0 SQ7KM1KM2 KM2KM1
KM3KM4
KM4KM3
KM5FR3
YC
EL
FR2
FR1
QF1
QF2
L
N
P
L
C
X14
SB6。