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万能铣床 PLC 控制系统设计

摘要

本设计讲述了 X62W 万能铣床电气控制线路工作原理，说明了用 PLC 改造

具体方法，从而能够提升整个电气控制系统工作性能。铣床是用铣刀对工件

进行铣削加工机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还

能加工比较复杂型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。

最早铣床是美国人惠特尼于 18 创制卧式铣床；为了铣削麻花钻头螺旋槽，美

国人布朗于 1862 年创制了第一台万能铣床，这是升降台铣床雏形；1884 年前

后又出现了龙门铣床；二十世纪 20 年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块

可完成“进给-决速”或“决速-进给”自动转换。 1950 年以后，铣床在控制

系统方面发展很快，数字控制应用大大提升了铣床自动化程度。尤其是 70 年

代以后，微处理机数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用，扩大了

铣床加工范围，提升了加工精度和效率。

第一章关键介绍铣床中国外研究情况和发展趋势和铣床简单介绍，包含

铣床选型和特点。第二章 X62W 万能铣床硬件设计关键包含 X62W 万能铣床电

力拖动特点及控制要求和 X62W 万能铣床元件选型还有 X62W 万能铣床关键结

构及运动形式，第三章关键分析电路工作原理。第四章是介绍软件部分及其

PLC 基础知识。

关键词

X62W万能铣床；电气控制系统；PLC；梯形图

第 1 章概述

1.1 铣床中国外研究情况和发展趋势

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

泛应用。多年来，中国在石油、化工、机械、轻工、发电、电子、橡胶、塑

料加工等行业工艺设备电气控制中，越来越多地采取 PLC 机控制，并取得了

显著效果，深受各行业欢迎。铣铣床是以各类电动机为动力传动装置和系统

对象以实现生产过程自动化技术装置。伴随电子技术发展，可编程序控制器

日益广泛应用于机械、电子加工和设备电气改造中。

铣床作为机械加工通用设备在内燃机配件生产中一直起着不可替换作用

。自动铣床含有工作平稳可靠，操作维护方便，运转费用低特点，已成为现

代生产中关键设备。自动铣床控制系统设计是一个很传统课题，现在伴随多

种优异正确很多控制仪器出现，铣床控制设计方案也越来越优异，越来越趋

于完美。在中国 70～80 年代大多数铣床中,大多数开关量控制系统全部是采

取继电器控制,也有相当一部分辅机系统是采取继电控制。所以,继电器本身

固有缺点,给铣床安全和经济运行带来了不利影响,用 PLC 对铣床继电器式控

制系统进行改造已是大势所趋。

自动铣床发展及现实状况：

从上世纪 80 年代起铣床制造业发展虽有起伏但对自动控制技术和自动铣

床床一直给较大关注。经过九五自动车床和加工中心包含自动铣床产业化生

产基地形成，所生产中等普及型自动铣床功效性能和可靠性方面已含有较强

市场竞争力。但在中高级自动铣床方面和国外部分优异产品相比仍存在较大

差距。这是因为欧美日等优异工业国家于 80 年代前后完成了自动机床产业进

程，其中部分著名机床企业致力于科技创新和新产品研发引导着数控机床技

术发展，如美国英格索尔企业和德国惠勒喜乐企业对用于汽车工业和航空工

业高速数控铣床发展日本牧野企业对高效精密加工中心所作贡献，德国瓦德

里希企业在重型龙门五面加工铣床方面开发和日本马扎克企业研发车铣中心

对高效复合加工推进等等。相比之下，中国大部分数近代机床产品在技术处

于跟踪阶段。表 1 以中挡铣床为例列出中国外优异产品关键技术指标，由此

能够看到效率精度和可靠性等方面全部有显著差。

伴随科学技术不停发展，生产工艺不停发展改善，尤其是计算机技术应

用，新型控制策略出现，不停改变着电气控制技术面貌。在控制方法上，从

手动控制发展到自动控制;在控制功效上，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、网络技术等优异科学技术结果。

X62W 铣床是由一般机床发展而来。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

个高效率、高精度能确保加工质量、处理工艺难题，而且又含有一定柔性生

产设备。

万能铣床广泛应用，给机械制造业生产方法、产品机构和产业机构带来

了深刻改变，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

水平关键标志。一个新型控制装置，一项优异应用技术，总是依据工业生产

实际需要而产生。

可编程序控制器产生以前，以多种继电器为关键元件电气控制线路，负

担着生产过程自动控制艰巨任务，可能有成百上千只多种继电器组成复杂控

制系统，需要用成千上万根导线连接起来，安装这些继电器需要大量继电器

控制柜，且占据大量空间。当这些继电器运行时，又产生大量噪声，消耗大

量电能。为确保控制系统正常运行，需要安排大量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，全部回影响整个系统

正常运行。假如系统出现故障，要进行检验排除故障又是很困难，全靠电气

技术人员长久积累经验。尤其是在生产工艺发生改变时，可能需要增加很多

继电器或继电器控制柜，重新接线或改线工作量很大，甚至需要重新设定控

制系统。尽管如此，这种控制系统功效仅仅局限在能实现含有粗略定时、计

数功效次序逻辑控制。所以，大家迫切需要一个新工业控制装置来替换传统

继电器控制系统，是电气控制系统工作更可靠，更轻易维修，更能适应常常

改变生产工艺要求。

可编程控制器(Programmable Controller)简称 PC，在办公自动化和工业

自动化中广泛使用个人计算机（Personal Computer）也简称 PC，为了避免混

摇，现在通常将可编程序控制器简称为 PLC(Programmable Logic Controller).

伴随可编程控制器在中国利用和推广，大家找到了万能铣床较理想控制系统，

即 PLC 控制系统。因为其含有可靠性高，抗干扰能力强，维修检测方便等优

点，适合于对万能铣床控制，取得广泛推广。现在万能铣床已全部采取 PLC

控制，结束了近二十年使用继电控制历史。本文关键以该厂对 PLC 控制系统

研究，推广介绍可编程控器在万能铣床上应用。

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

泛应用。多年来，中国在石油、化工、机械、轻工、发电、电子、橡胶、塑

料加工等行业工艺设备电气控制中，越来越多地采取 PLC 机控制，并取得了

显著效果，深受各行业欢迎。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 厂家很多，最著名有美国 A-B 企

业和 GE-FANUC 企业，日本欧姆龙企业和三菱企业，德国 AEG 企业和西门子企

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