Y3180H滚齿机的PLC改造设计

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 专业综合设计与实践题目：Y3180H滚齿机的PLC改造设计二级学院（直属学部）：专业：班级：学生姓名：学号：指导教师姓名：职称：2013年3月15日常州工学院《专业综合设计与实践》任务书二级学院：专业：电气工程及其自动化班级：学生姓名指导老师职称副教授课题名称Y3180H滚齿机的PLC改造设计课题工作内容将Y3180H滚齿机由机电控制改造成由PLC接触器控制的智能机床。

具体工作内容如下:1.选择PLC型号2.元器件选择3.PLC外部I/O接线图的绘制4.绘制机床工作流程图和控制梯形图指标要求PLC在设备自动化控制和旧设备的技术改造中前景宽广。

在单机技术改造中，多数情况下我们只用了PLC内部很少的一部分资源和功能，PLC性价比高的优点不能得到充分的体现，造成较大的浪费。

PLC是一种可编程、可规划的逻辑控制器。

它具有接线简单、可编程、工作可靠和稳定性高等优点，且具备继电控制、价格低廉、驱动能力大等特点，因此在设备的技术改造或其他开关量输人输出的顺序控制中可以成为主要的控制器。

Y3180H齿轮机适用于单件或批量生产带有齿轮的大型零件的齿轮加工，是一般机械加工车间常用的机床。

由于其控制系统采用继电器控制方式，电路中联锁较多，电路接线复杂，触点多，因而故障较多，维修比较麻烦。

长期使用后，故障率高，故障排除困难，常常影响企业正常生产。

PLC具有可靠性高，环境适应性强，使用方便，成本低，维护简单等优点。

因此，利用PLC对齿轮机继电器控制电路进行改造，有助于提高设备可靠性，使用率，改造后运行效果良好。

其主要功能指标：1.采用4台电机拖动，主轴电动机Ml、摇臂升降电动机M2、液压泵电动机M3及冷却泵电动机M4；2.控制电路设有主轴启动按钮SB2和主轴停止按钮SB1；3.有QS电源开关，电路有短路保护、过载保护等；4、摇臂升／降动作按照“摇臂松开→升降→摇臂夹紧”顺序进行。

由摇臂松开行程开关SQ2与夹紧行程开关SQ3来控制。

在摇臂夹紧前，由时问继电器KT延时l～3s后再夹紧；5、主轴箱和立柱的松、紧是同时进行的，SB5和SB6分别为松开和夹紧点动按钮；6、主轴电动机Ml和液压泵电动机M3分别设有热继电器FRl、FR2作长期过载保护；7、机床设有4个信号灯：电源指示灯HL、立柱和主轴箱松开指示灯HL1、立柱和主轴箱夹紧指示灯HL2、主轴电动机旋转指示灯HL3和照明灯EL。

进程安排第一天：下达任务、理解课题要求、收集和消化相关资料；第二天：制定改造方案和方案论证、制定；第三～五天：硬件部分的实现第六～八天：软件设计、调试第九天：根据设计内容，撰写设计报告第十天：实际测试、答辩考核主要参文献《电气控制与可编程控制器技术》史国生化学工业出版社《电气控制与PLC应用》范永胜、王岷中国电力出版社《可编程序控制器及应用》陈晓琴哈尔滨工程大学出版社《PLC分析与设计应用》周万珍、高鸿斌电子工业出版社《现代电气控制PLC应用技术》王永华北京航空航天大学出版社《PLC应用开发实用子程序》贾德胜人民邮电出版社《机电一体化原理及应用》姚伯威吕强北京国防工业出版社《PLC应用技术》钱悦徐峰北京希望电子出版社地点秋白楼起止日期2013.3.4-3.15目录目录 (3)摘要 (4)第一章绪论 (5)1.1课题的研究意义 (5)1.2滚齿机简述 (5)1.2.1Y3180H滚齿机电气控制的缺点 (5)1.2.2工作原理 (6)第二章PLC系统总体设计方案 (7)2.1改造方案 (7)2.2电路控制原理及原理图 (7)2.2.1主电路 (8)2.2.2控制电路 (9)2.2.3.运动分析 (11)第三章硬件系统设计 (12)3.1PLC的选择 (12)3.2元件清单 (12)3.3I/O分配表 (14)3.4PLC外部接线图 (15)第四章软件系统的设计 (16)4.1PLC梯形图设计 (16)第五章调试 (18)第六章小结 (19)附录 (20)1.Y3180H型滚齿机的电气控制线路图 (20)2.主电路 (21)3.控制电路 (22)4.元器件清单 (23)5.PLC外部接线图 (25)6.总程序 (26)参考文献 (28)摘要Y3180H滚齿机是是机械与电气结构联合动作的典型控制，是自动化程度较高的机床。

本设计介绍了自动滚齿机PLC控制系统设计方案，并且叙述了滚齿机运行的基本原理、PLC的基本原理、PLC的工程设计步骤。

该系统用三菱公司的FX2N系列PLC作为控制核心，利用PLC控制滚齿机运行，实现了滚齿机启动、停止、故障停止、紧急停止的功能，并且有手动控制和自动控制两种控制方式，从而实现了滚齿机运行的自动化功能。

PLC控制的特点使原机床控制大大的简单化,提高电气系统的稳定性和可靠性，并且维修方便,易于检查。

节省大量的继电器元件,使机床的工作效率更高。

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。

运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

PLC对Y3180H滚齿机的继电接触式电控系统进行技术改造，改造后可以减少强电元气件数目，提高系统的稳定性可靠性安全性。

使电气控制系统的工作更加灵活、可靠，更容易维修，更能适应经常变动的工艺条件。

第一章绪论1.1课题的研究意义本课题依据于PLC对Y3180H型精密滚齿机控制系统的PLC改造。

课题的意义是设备更新，购置新型数控滚齿机、提高企业对产的加工能力，增强产品市场的竞争能力是企业提高市场竞争能力的首选。

但新机床购置费用高，且旧机床的闲置必然造成很大的资源浪费。

因此对原有机床的PLC改造显得尤为重要。

利用旧机床进行改造具有一下几点优势：1）投资额小、开发成本低数控化机床改造的低成本投入是推动数控改造市场迅速发展的关键因素.与购置新机床相比较,一般可以节省60%-70%的费用，改造费用低。

特别是大型特殊机床尤其明显。

一般大型机床改造，只需花费新机床购置费用的三分之一，即使将原机床的结构进行彻底改造升级，也只需要花费购置新机床50%的资金。

并且企业可以充分利用现有地基，不必像购入新设备那样重新构筑地基。

2）了解设备、便于操与维修，减少后期的培训、维修成本；3）使用灵活、性能更稳定；4）可充分利用现有的条件使企业更快地投入生产；5）可有效的扩大加工范围，提高加工精度；6）提高机床的自动化程度及生产效率；7）缩短生产和生产准备周期；8）减轻工人劳动强度，改善劳动条件。

同时经过PLC数控改造的滚齿机直接采用伺服电机驱动内联传动链两端件，取消中间传动齿轮，通过PLC控制装置控制各电机的转速实现远程控制，向最终实现齿轮加工的集成化迈进。

1.2滚齿机简述齿轮加工机床是一种用途广泛的机床，可进行多种齿轮加工。

包括直齿轮加工、斜齿轮加工、蜗轮加工等。

在各种机床中，滚齿机操作方便，灵活，适用范围广，具有典型性。

本次论文主要介绍了Y3180H滚齿机控制系统的改造。

1.2.1Y3180H滚齿机电气控制的缺点a、行程开关目前存在的缺点：1．由于长期使用，使得行程开关易损坏、影响生产，增加了电器人员的维修工作量。

2．电磁铁在使用一段时间后，容易失灵。

导致电器系统执行动作不可靠，影响了生产，不便管理。

3.线路复杂，维修不方便。

b、Y3180H滚齿机采用了传统的接触器——继电器控制系统。

继电接触器控制系统是使用按钮、开关、行程开关、接触器、继电器组成的控制系统。

它通过电气触电的闭合和分断来控制电路的接通与断开。

实现对电动机拖动系统的启动、停止、调速、自动循环和保护等自动控制。

它具备控制结构简单、价格低廉、控制方式直观、容易掌握等优点，但体积较大、控制速度慢、改变控制功能必须改变接线来完成，在工厂实际操作中，越来越不适应现场系统。

1.2.2工作原理滚齿加工是由一对交错轴斜齿轮齿合传动原理演变而来。

在加工不同类型的齿轮时，其传动链有不同的要求，归纳起来主要包括的传动链有：1.直齿轮加工时，电动机带动的滚刀旋转的运动链（外联系传动链），滚刀旋转与工作台回转之间的内联系传动链，（内联系传动链），滚刀在刀架的带动下沿轴向的直线运动（外联系传动链）。

2.斜齿轮加工时，由于斜齿轮与直齿轮的不同之处是齿线为螺旋线，因此斜齿轮滚切时，除了与滚直齿一样，需要有滚切旋转与工件旋转之间的展成运动，主运动，轴向进给运动外，为了形成螺旋齿线，在滚刀作轴向进给运动的同时，工件还应作附加旋转运动，而且这两个运动之间必须保持确定的运动关系，即滚刀移动一个工件旋转线导程时，工件应该准确地附加转过一圈。

3.蜗轮加工时，用蜗轮滚刀滚切蜗轮，齿廓的形成方法与加工圆柱齿轮是相同的，但齿线是当滚刀切至全齿深时，在展成齿廓的同时形成的。

因此主要运动包括滚切蜗轮的展成运动，主运动以及滚刀切入工件的进给运动。

对于Y3180H 滚齿机，其切入运动是径向进给法。

即在加工齿轮时，还应该由滚刀或工件沿工件径向作切入进给运动，使滚刀从蜗轮顶逐渐切入至全齿深。

第二章PLC系统总体设计方案2.1改造方案根据上述介绍，本机床采用以继电器控制为核心的方式，而继电气控制有很多缺点：电路接线复杂，触点多、噪音大、可靠性差、故障诊断与排除困难等缺点。

故改用PLC控制。

同样，机床控制线路中行程开关有响应速度低、精度差、接触检测易损坏被测物，及寿命短等缺点。

故改用PLC控制。

2.2电路控制原理及原理图传统滚齿机的类型较多，控制电路各不相同，但都存在相同的问题，即利用齿轮挂箱实现各运动部件的转速控制和联动。

过长的传动链是导致产品加工精度低的主要原因。

这里先对先对Y3180H型滚齿机做简单电路分析，以明确滚齿机的基本工作原理。

Y3180H型滚齿机的电气控制线路图如下图2.1所示：图2.1Y3180H型滚齿机的电气控制线路图2.2.1主电路图2.2Y3180H型滚齿机的主电路图主电路共有四台电动机，其中M2是主轴电动机，利用KM2与KM3实现正反转控制。

KM2吸合电机M2正传时实施进给加工，KM3吸合M2反转时进行退刀。

轴向快速运动电机由接触器KM4、KM5实现正、反转控制。

液压泵电机由接触器KM1控制。

主轴的运转利用齿轮挂箱可带得刀具高速旋转和刀具的横向进给，加工不同工件时应按要求选择不同的齿轮挂箱，利用齿轮传动实现各主轴转速调节和转速联动；M3是冷却泵电动机，只要求单向旋转；冷却泵电机M3由KM8控制，即KM8吸合则M3工作。