(精品论文)半自动轴承圈内圆磨床毕业设计

毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 题题 目目: : 半自动轴承圈内圆磨床半自动轴承圈内圆磨床 1 论论 文文 摘摘 要要 随着高速磨削和强力磨削工艺的发展，进一步提高了磨削的效率。因此， 磨床的使用范围日益扩大，在金属切削机床中占的比重不断上升，在工业发达 国家占金属切削机床的 13%27%。 目前，我们对轴承加工设备，尤其是高精度、高效率、高可靠性的轴承磨 床需求量十分庞大。轴承，作为机械工业的基础件，其加工设备的重要性非常 突出。 本文介绍了如何用可编程序控制器与磨床结合起来，对 3MB2024 型半自动 轴承套圈内圆磨床的电气系统进行设计，它包括了硬件及软件的设计。对目前 在工业生产中大量使用此类设备都具有很好的参考价值。 关键词关键词：磨削 机床 轴承 可编程序控制器 内圆磨床 2 AbstractAbstract Along with our country machine equipments, car industry etc. profession of fast development, also along with our country automation technique of exaltation, automation factory also top a new of step, the PLC be one newly arisen of industry controller, with its physical volume small, the function be well-found, the price be cheap, credibility Gao Deng3, have a special advantage, at the everyone noodles realm acquire extensive of application. In the meantime, we process an equipments to the bearings, particularly is a Gao accuracy, high-efficiency, the Gao credibility of the bearings grinding machines demand be very huge.Bearings, Be the foundation piece of machine industry, it process the importance of equipments very outstanding. This text introduction how put together with programmable controller and grinding machine knot, to 3 MB2024 type half auto bearings set inside of circle circle the electricity system of the grinding machine carry on design, it included hardware and software of design.Rightness a great deal of currently in the industry the production usage this kind the equipments all have good reference value. KeyKey wordswords：PLC bearings grinding machine 3 目目 录录 论 文 摘 要 1 ABSTRACT .2 第 1 章 概述 4 1.1 磨床的简介.4 1.2 磨床的应用领域.5 第 2 章 3MB2024 型机床的基本概述.6 2.1 机床的简介.6 2.2 机床的性能及结构简介.6 2.3 机床的传动系统概述.8 第 3 章 3MB2024 型机床的硬件系统设计13 3.1 PLC 的介绍 13 3.2 系统的硬件设计及 I/O 分配表14 3.3 机床的工作原理及电路设计17 3.4 系统工作流程图的设计20 3.5 电器元件的选型23 第 4 章 3MB2024 型机床的软件设计35 41 机床设计总述.35 4.2 机床软件的设计35 4.3 机床的操作顺序39 第五章 结束语 .41 致 谢 .42 参考文献 43 附录 44 4 第第 1 1 章章 概述概述 随着我国机械设备，汽车工业等行业的快速发展，也随着我国自动化技术 的提高，自动化工厂也上了一个新的台阶，PLC 作为一个新兴的工业控制器， 以其体积小，功能齐全，价格低廉，可靠性高等方面，具有独特的优点，在各 方面领域获得广泛的应用。 本章介绍了磨床的基本概念及分类，以及它的特点，面向对编程技术以及 应用程序的开发方法和开发过程等基础理论知识，这是学习本书后续内容的必 要准备。本次设计使用的是 PLC 三凌控制磨床的运作，而以前使用的是 PLC 西 门子的方式控制磨床的运作，而三凌具有通用性和适应性强；可靠性高，抗干 扰能力强；而系统的设计、安装、调试工作量少，维持工作量小，维修方便， 体积小，能耗低等优点。由此可见，使用三凌的 PLC 控制更为简便，更为快捷。 1.11.1 磨床的简介磨床的简介 1.1.11.1.1 磨床的基本概念磨床的基本概念 磨床是以砂轮周边或端面对工件进行磨削加工的精密机床。它不但能加工 一般金属材料，而且还能加工一般金属刀具难以加工的硬材料。利用磨削加工 可以获得较高加工精度和光洁度，而且其加工裕量较其他加工方法小得多，所 以磨床广泛地应用于零件的精加工。它也是以磨具（如砂轮、轮带、油石、研 磨剂等）作为工具进行切削加工的机床，可加工各种表面（如内外圆柱面和圆 锥面、平面、螺旋面） ，还可以进行切断等。 1.1.21.1.2 磨床的分类磨床的分类 磨床的种类很多，按其工作性质可分为：外围磨床、内圆磨床、平面磨床， 工具磨床以及一些专用磨床。如螺纹磨床、球面磨床、花键磨床、导轨磨床与 无心磨床等。 1.1.3.1.1.3.磨床的特点磨床的特点 5 （1） 、机床采用可编程序控制器控制自动循环，稳定可靠，并具有故障自 诊断能力，操作方便、效率高。 （2） 、采用切入式磨削工艺，双磁极电磁无心夹具及宽支点圆弧支承，工 件定位稳定可靠，可调性好。 （3） 、机床的工作台导轨采用平-V 型贴塑导轨，吸振性好，承载能力高， 摩擦系数小。进给导轨采用双 V 型高精度滚动导轨，直镶条螺钉预紧具有摩擦 阻力小，承载能力强，运动精度高，刚性好的特点。 （4） 、机床进给采用步进电机通过谐波减速器带动滚珠丝杠螺母实现进给 运动，进给和补偿为同一运动链，结构紧凑，整体化。 （5） 、机床采用大功率电机拖动砂轮轴，砂轮线速度为 50m/s,刚性好。 （6） 、机床配用前叉式仪表双点测量，仪表架由油缸驱动，两根导向杆导 向，结构紧凑，调整方便。 （7） 、机床动作采用多个电磁阀分别控制，在手动调整工作状态时，机床 各动作均可单动，因此机床的调整的检查排除故障相当方便。 （8） 、机床液压系统采用 CB-B40 齿轮泵，油箱与床身分离，液压电磁阀都 安装在油箱上，便于调整维修。 （9） 、机床冷却系统配有大流量高压冷却泵，冷却水量大，冷却充分。 （10） 、机床采用可卸式全封闭罩壳，装拆方便，便于维修机床。 1.21.2 磨床的应用领域磨床的应用领域 （1）开关量逻辑控制 （2）运动控制 （3）闭环过程控制 （4）数据处理 （5）通信联网 6 第第 2 2 章章 3MB20243MB2024 型机床的基本概述型机床的基本概述 2.12.1 机床的简介机床的简介 2.1.12.1.1 机床的概述机床的概述 半自动套圈内圆磨床又称为 3MB2024 型。它是由 3N50NZ，380V/220V 电源 供电。机床控制电压为交流 220V，交流 110V，直流 24V。其主控系统采用可编 程序控制（PLC） ，机械振荡机构驱动采用直流电动机，由可控硅调速器无级调 节振荡频率。系统共有电动机六只，总容量约 20KW。 2.1.2 机床的主要用途和使用范围机床的主要用途和使用范围 1.1.机床的主要用途机床的主要用途 本机床用于磨床加工滚动轴承的内径，圆锥，滚子轴承外圈滚道及带挡边 的滚子轴承外圈滚道，也主要用于磨削各类大型系列轴承套圈的内孔，特别适 用于加工对象的大批量生产。本产品既可手动上下料，半自动工作，又可通过 增加特殊订货部件，实现自动上下料，全自动工作，被加工套圈的内径范围是 150240mm。 2.2.机床的使用范围机床的使用范围 它使用于大批量生产的轴承行业，本机床系半自动单机。其磨削轴承套圈 内径时选用仪表测量磨削，磨削滚子轴承外圈滚道时，其尺寸精度要求较低， 选用定程磨削。 2.22.2 机床的性能及结构简介机床的性能及结构简介 2.2.1PLC2.2.1PLC 控制机床的主要特点控制机床的主要特点 机床采用以外圆定位磨削孔径的磨削工艺，采用单极式电磁无心夹具，用 多点接触的浮动支承使工件定位进行磨削，这样磨孔精度高，定位稳定可靠， 可调性好。 机床工作台往复系统和床头箱进给系统均采用精密的可预紧，具有足够刚 性的十字交叉滚子导轨，摩察阻力小，运行平稳，频率高，寿命长，结构紧凑。 7 机床液压油箱与机身分离，减小了机床的热变形，提高了机床的工作精度。 机床具有定程和电感仪表测量两种控制尺寸精度的测量方式，可以根据需 要进行预选使用。 机床动作采用多电磁阀分别控制，在手动调整工作状态时，机床各动作均 可单动，且机床又有手摇机构，因此，使机床调整和检查排除液压故障相当方 便。 机床采用带传动砂轮轮轴，并具有单独的砂轮轮轴循环冷却系统。 本机床有完善的安全联锁保护，如工件跳离砂轮与工作台退出工件的顺序， 工件定位上磁与工件台进入的顺序，以及在机床自动工作进行中突然停电各有 关部件的运动等，均具有安全联锁保护，使机床工作安全可靠。 机床采用斜楔杠杆进给机构，进给与补偿传动链分离，在更换砂轮后，不 需要进行再调整即可磨削。与丝杠螺母进给机构相比较，它没有丝杠螺母齿形 误差和螺距累积误差对进给定程精度的影响，因此，进给定程精度高，在斜楔 杠杆进给机构中又采用了死挡块最终进给位置的装置，以减少精磨结束行程开 关讯号误差对定程磨削尺寸精度的影响，提高了定程磨削的尺寸精度。 机床采用了机械振荡的磨削方式，提高了振荡的往复次数，从而提高了磨 削效率。机床采用了（PLC）可编程控制器，行程开关无触点化，使产品性能更 趋稳定可靠。 在机床自动工作循环中，采用了两次无磨工步（即粗磨结束后光磨结束和 精磨结束后光磨） ，光磨延时时间可任意预先调整，砂轮修整采用了以修整速度 的单程修整。 2 22 22 2 结构简介结构简介 1.1.床头箱床头箱 床头箱体内装有工件主轴，箱体端面装有电磁无心夹具，采用双速电动机 带动工件旋转，有六级转速。 床头箱下面底板，可沿进给滑板前后移动，以适应大小工件的位置调整， 床头箱在底板还可以作 30。回转。 2.2.电磁无心夹具电磁无心夹具 8 电磁无心夹具的浮动支承部分与床头箱体连接，端面支承与床头箱主轴连 接。 3.3.工作台工作台 砂轮轴由电动机经多楔橡胶带来带动，更换砂轮轴皮带可获得三种砂轮轴 转速。 工作台在正常工作时由工作台油缸带动作快进退运动，由机械振荡机构带 动作往复振荡运动。工作台与床身由可预紧的十字交叉滚柱导轨连接，调整时 将工作液压开关搬向“关”位置，摇工作台手摇机构， ，通过齿轮齿条付带动工 作台移动。 4.4.仪表架仪表架 仪表架固定在床头箱上，根据工件宽度需要，仪表架可作纵向调整，内磨 测量装置固定仪表架上，根据工件的位置可作横向调整，根据工件直径需要可 将测量脚调整螺钉。 压力油箱推动塞右行时，仪表架进入工件，由螺钉定位，活塞左行时仪表 架退出工件，由活塞与油缸体定位。 磨削带挡边的滚子轴承和外圈滚道和圆锥滚子轴承外滚道时，需拆除仪表 架及内磨测量装置，采用定程磨削，故本部件作为特殊部件，根据用户需要配 给。 5.5.机械振荡机构机械振荡机构 直流电机通过带轮带动偏心轴旋转，偏心轴上装有偏心套，通过调节偏心 套与偏心轴的相对位置得到偏心量 05mm，在电机运转时通过接架将振荡运动 传递给工作台油缸活塞，使工作台产生 010mm 的振幅，振荡的频率通过可控硅 调速器改变电机转速，可得到最大频率为 500 次/min。 2.32.3 机床的传动系统概述机床的传动系统概述 2.3.12.3.1 传动系统的分类传动系统的分类 本机床的传动系统由机械、液压和电气三部分组成,以实现机床的工作。 1.1.机械传动系统机械传动系统 (1)砂轮的运动 砂轮的旋转由带传动砂轮轴带动,砂轮轴由电动机经皮带轮,多楔橡胶带 9 带,砂轮座装在工作台上,作往复运动。 (2)工作台的运动 工作台的振荡,由直流电动机经三角皮带传至振荡机构,再由振荡机构传 动给工作台,实现工作台的振荡,工作台大行程运动由工作台油缸来实现。 (3)工件的运动 工件的旋转,由双速电动机经三角皮带传动,三级轮可得到六级转速。工 件的进给,由斜楔杠杆传动来得到。工件的补偿,由补偿箱经丝杠达到。 (4)修整的运动 砂轮修整器装在进给滑板上,可作倒抬运动,并有尺寸调整机构,以调整 尺寸。 2.2.液压传动液压传动 (a)(a)液压传动液压传动-利用液体压力能实现运动和动力的传动方式。 ( (b)b)液压传动系统的概述液压传动系统的概述: : 液压传动系统简称液压系统，是由液压能源，执行元件，控制元件和辅助 元件等组成，以完成一定动作的系统。 (1) 液压用油: 本机床液压系统采用普通液压油，油的运动粘度在 13.550.6mm2 /S 之间。 由于环境温度对油的黏度影响较大，因此建议在通常情况下采用 YA-N32 普通液 压油，当环境温度在 10。C 以下时采用 YA-N15 普通液压油。环境温度在 30。C 以上采用 YA-46 普通液压油。 液压油应保持清洁，无污物、水分等，要定期进行检查和更换新机床的液 压油在使用 1500h 后就需更换，同时清洗油箱和管道。以后每使用 3000h 左右 更换新油。加新油时需用滤油车进行过滤后才能使用。如环境条件较好（温差 小，清洁等） ，可适当延长 液压油的使用期，一般可在 5000h 左右。反之则应 缩短其使用期。 为净化油箱的液压用油，在油箱上设置了加油和泄油的过滤装置。加油时 将油箱盖板上的 TY65B 加油滤气器标有注油的盖取下，将经过滤的油从加油器 内注入油箱，将油加至油标上限位置，然后将注油盖旋好，注油盖内装有微孔 塑料，由此将经过滤的空气吸入油缸内，维持油箱内的压力与大气压力平衡， 10 以避免油泵可能出现的空穴现象。 床身贮油面内的油，通过管道进入 FCu-40*180Z 分水磁性过滤器，床身内 的泄油首先经 FCu-40*180Z 将杂质和水分过滤后通过接头将清洁的油液流入液 压油箱。如发现过滤器内水分过多应卸下将水分清除，然后再行装上。 油泵吸油口装有过滤黏度为 250um 的网式滤油器。为保持油泵及系统中液 压元件的经久耐用，该过滤器也应经常清洗，一般在工作了 1500h 后需清洗一 次。如堵塞严重则应调换滤油器。 (2)传动调压: 本机床采用齿轮油泵，通过两只溢流阀串联获得 P1 和 P2 两种压力。P1 压 力为控制磨床进出和进给系统，压力总值可在调压装置将压力表开关放至 P1 位 置，即可表示系统压力 P1 的值。观察完毕将手把旋至“0”位，使压力表复零， P2 压力控制砂轮修整等动作。调压在标有 P2 的溢流阀进行调整，通过压力表 开关旋向 F2 即可得出 P2 的值。为促使压力表的使用寿命及其完好无损，在压 力调整结束后，应将压力表开关旋向“0”位，使压力表复零。 (c)(c)机床的动作机床的动作 （1）磨架运动 磨架手动 当液压开关阀至开的位置，工作台往复油缸两腔同时接通压力油，使油缸 两腔压力相等。转动凸轮手把，将工作台的齿轮与齿条吻合，摇动手轮，就可 使磨架作纵向运动。 磨架液动 当液压开关阀扳至“开”的位置，工作台往复油缸的两腔油路的改变，是 通过电磁阀 YV2a 及 YV2b 来控制。磨架的速度通过电磁阀 YV1 来控制工作台油 缸的回油，以获得磨架所需的快速及修整速度，两种速度可由装在机床正面的 左边节流阀进行无极调速。 本机床采用振荡磨削，震荡机构连接在工作台往复油缸的活塞杆上，由振 荡机构带动磨架来完成磨削工作。而工作台往复油缸主要是完成磨架进退及修 整砂轮的工作。当电磁阀 YV2a 通电，磨架带动砂轮进入工件，由振荡机构带动 磨架进行磨削，此时工件台往复油缸和活塞之间没有相对运动，其振荡频率由 11 振荡电机的转速来决定，振幅的大小由振荡机构的偏心套来调整，所以振荡动 作可不受液压系统中油液阻尼等影响，待磨削结束后，电磁阀 YV2a,YV2b 通电， 砂轮退出工件，调整行程开关的位置，使电磁阀 YV2a,YV2b 断电，使磨架实现 中停，减少空行程，缩短辅助时间，提高单件效率。 本机床工作台往复油缸具有两个方向的缓冲，设有自动排气装置，在工作 中系统内有时会将空气带入工件往复油缸，可能会使磨架在低速时产生自爬行， 此时应及时排除工作台往复油缸内的空气，排气时可将磨架退至油缸的极限位 置，使油缸两腔接通，就能将油缸内的空气自动排除。 工作台往复油缸退至极限位置时设有缓冲装置，可使磨架退到底时的速度 由快减慢，直到停止。 振荡机构与工作台往复油缸的活塞杆连接当需要磨削时工件台往复油缸带 动工作台向左（工件方向）运动，左行接近极限位置时，工作台往复油缸的主 回槽由活塞遮盖，此时工作台往复油缸的回油经分流缓冲器中的节流回油池， 调节该节流阀就能调节磨架到达振荡磨削位置的速度，使振荡机构与磨架缓慢 接触，避免撞击。 在缓冲分流器上设有单向装置，使工作台往复油缸在反向时迅速启动，以 减少不必要的辅助时间。 （2）工件进给运动 本机床的进给运动由进给油缸通过斜楔杠杆传动滑板，带动工件来完成 的，当需要进给时，由电磁阀 YV9 通电，使装在杠杆上的快跳油缸上腔通压力 油，使杠杆跳向斜楔，其跳进速度可由装于管道中的 L1-6 进行调节，快跳结束， 进给油缸开始动作。进给油缸由电磁阀 YV10，YV11,YV12 组合控制使其获得磨 削时所需的快进、快退、粗精和无进磨削的要求。 电磁阀 YV10 和 YV11 通电，进给油缸两端通压力油，由于差动使活塞快速 运动，其运动的速度可由装于进给电磁阀的板上节流螺钉进行调节，此时连在 进给油缸活塞杆上的斜楔随之快速运动，使杠杆顶端与斜楔压住。并使杠杆环 绕支点旋转，进给丝杆向前，使工件快速向砂轮靠近。 在进给油缸的座子上还装有可预先按磨削要求调整的挡杆和行程开关，当 快进结束，粗磨讯号哦发出，电磁阀 YV10 断电，YV11,YV12 通电，进给油缸的 12 进油量通过粗进节流阀进入油缸使工件按粗磨速度进行磨削，粗磨结束后，无 进给讯号发出，此时电磁阀 YV10,YV11,YV12 都处于断电状态，进给油缸两端都 接通回油，使其处于停止实现无火花磨削，无进给延时结束，精磨开始，除电 磁阀 YV12 通电外，其余均为断电状态，这是因为当精磨结束后只有一个电磁阀 有切换动作，可使油路变化不大，减少系统的冲击，油路切换平稳，从而起到 使最后精加工质量的保证作用。 粗进、精进均可通过装在正面的节流阀手把进给无极调速。 精磨无进给结束，电磁阀 YV9 断电，回跳油缸压力油消失，藉弹簧之力使 杠杆脱开斜楔，由于回跳油缸上腔接通单向阀，其油液很快流回油池，使其复 位，作好下次跳进的准备。 工件跳离砂轮之后，电磁阀 YV10 通电，YV11,YV12 断电，进给油缸大腔直 通回油，快速退回。 进给补偿由电磁阀 YV8 控制补偿及返回两油缸实现，电磁阀 YV8 通电，压 力油通往补偿油缸，补偿油缸的行程可由螺母来进行调整电磁阀 YV8 通 电一次，作定量补偿一次，当电磁阀 YV8 断电后，补偿油缸接通回油，补偿返 回油缸将补偿机构返回，作好下一次补偿的准备。 （3）砂轮修整 本机床砂轮修整有计数修整和自动循环中每次修整两种方式。砂轮修整器 的倒抬动作由 YV4 控制，电磁阀 YV4 通电，砂轮修整器倒下，此时磨架应辅以 修整速度作纵向运动。电磁阀 YV4 断电，砂轮修整器抬起，为使砂轮修整平稳 可靠，动作迅速，在电磁阀的两出口装有 L1-6 单向节流阀进行速度调节。 （4）仪表测量 仪表架进出由电磁阀 YV5 控制，进出的速度可分别由 L1-6 进行回油节流。 (d)(d)液压传动系统的特点液压传动系统的特点: : (A)具有一定压力的液体来传动。 (B)传动过程中必须经过两经能量转换。 (C)传动必须在密封容器中进行,而且容积要进行变化,是机械能量转换 为液压与气压能必要的条件。 (e)(e)液压传动系统的辅件液压传动系统的辅件: : 13 液压传动系统辅件主要包括:密封元件,油箱,油管和管接头,滤油器和蓄能 器等,从液压传动的原理看，这些元件是辅助作用。但它们对保证液压传动系统 有效地工作和一定的工作性能却至关重要。 油箱:油箱的基本功能是储存液压传动系统的工作液体，同时兼有散热、 沉淀杂质、分离混入的水、气等作用。 3.3.电气传动电气传动 电气传动包括了系统的硬件设计，软件设计，将在后续内容讲述。 第第 3 3 章章 3MB20243MB2024 型机床的硬件系统设计型机床的硬件系统设计 3.13.1 PLCPLC 的介绍的介绍 3 31 11PLC1PLC 的概述的概述 可编程序控制器简称 PC，在办公自动化和工业自动化中广泛使用的个人计 算机也称为 PC，为了避免混淆，现在一般将可编程序控制器简称为 PLC。PLC 是以微处理器为基础的新型工业控制装置，是将计算机技术应用于工业控制领 域的通用产品。 1.PLC1.PLC 的组成的组成 PLC 主要由 CPU 模块、输入模块、输出模块和编程组成。 2.PLC2.PLC 的特点的特点 （1）编程方法简单易学 （2）硬件配套齐全，用户使用方便 （3）通用性和适应性强 （4）可靠性高，抗干扰能力强 （5）系统的设计、安装、调试工作量少 （6）维持工作量小，维修方便 （7）体积小，能耗低 3.PLC3.PLC 的应用领域的应用领域 （1）开关量逻辑控制 14 （2）运动控制 （3）闭环过程控制 （4）数据处理 （5）通信联网 3.1.23.1.2 PLCPLC 的选型的选型 此磨床的 PLC 模块需要 54 个输入点，26 个输出点。经查资料知 FX2N- 128MR 可编程序控制器满足。FX2N-128MR 的技术指标： （1） 、FX2N-128MR 有 64 个输入点，64 个输出点；继电器输出形式； （2） 、额定电压 AC100240V； （3） 、额定频率 50/60Hz。 所以选用 FX2N-128MR 可编程序控制器 3.23.2 系统的硬件设计及系统的硬件设计及 I/OI/O 分配表分配表 3.2.13.2.1 系统硬件的设计系统硬件的设计 任何一种继电器系统都有三个部分组成，即输入部分，逻辑部分和输出 部分。系统输入部分由所有行程开关、仪表触点、方式选择开关、控制按钮等 组成。逻辑部分是指由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线 路。输出部分包括电磁阀线圈，指示灯和接通各种负载的接触器线圈。在控制 系统中使用 PLC 就是代替继电器控制系统中的逻辑线路部分。3MB2024 型磨床 的电气系统，所有行程开关（SQ0SQK9，SQ11SQ13） ，选择开关（SA1，SA2） ， 控制按钮（SB1SB6，SB10）等为系统的输入信号；而电磁阀线圈 （YV1YV12，YV2a,YV2b） ，指示灯(HL3HL8,HL10)等为系统的输出信号。 15 其系统的硬件接线图如图 3 所示： 图 3 PLC 硬件接线图 3.2.23.2.2 I/OI/O 分配表分配表 表表 1 1 I/OI/O 分配表分配表 输输 入入元件号元件号功功 能能输输 出出功功 能能 X0SQ0 测爪进入工件 Y0 磨架进度 X1SQ1 磨架右限位 Y1 磨架进 X2SQ2 修整右位 Y2 磨架退 X3SQ3 修整左位 Y3 修整器倒抬 X4SQ4 砂轮进入工件 Y4 仪表进 X5SQ5 进给返回 Y5 润滑 X6SQ6 快进结束 Y6 补偿 X7SQ7 粗磨结束 Y7 工件架快跳 X10SQ8 精磨结束 Y10 进给 X11SQ9 砂轮进入工件 2/3 Y11 进给 X12SQ11 跳出复位 Y12 进给 X13SQ12 砂轮磨损 Y13 工件电机控制 X14SQ13 新砂轮位压 Y14 磨架振荡 X15SB2 开车复位 Y15 延时选通 X16SB5 循环启动 Y16 卡盘激磁 X17SB6 复位 Y17 测爪收张 16 X20SA1 半自动 Y20 光磨 X21SA1 调整修整 Y21 精磨 X22SA10 工件电机试转 Y22 粗磨 X23SA6 磨架振荡 Y23 砂轮磨损 X24A10 工件毛坯尺寸 正常 Y24 卡盘失磁 X25A11 仪表粗磨完 Y25 新砂轮位 X26A12 仪表精磨完 Y26 循环启动 X27A13 仪表尺寸到 X30SB3 砂轮停止 X31SB4 砂轮启动 X32SA3 定程仪表 X33SA4 返修 X34SA5 计数修整 X35SA11 单向修整 X36SA7 粗进给 X37SA8 精进给 X40SB10 补偿 X42SA12 跳进 X43SA13 修整器倒 X44SA14 测爪张 X45SA16 卡盘激磁 X47KA10 欠磁保护 X50 X51 17 X52 X53 X54 X55 X56 X57 X60 X61 X62 X63 X64 X65 X66 X67 3.33.3 机床的工作原理及电路设计机床的工作原理及电路设计 3.3.13.3.1 机床的工作原理机床的工作原理 3.3.23.3.2 机床的主电路设计机床的主电路设计 根据电路设计要求，该电路需选用油泵电机、冷却泵、磁性分离器、砂轮 电机、工件电机、振荡电机及调速器各一台。 当磨床在电源合闸时，油泵电机、冷却泵及磁性分离器同时工作。因为当 电源合闸时油泵电机启动，磁性分离器工作，在磁性分离器的作用下它将细小 的铁削带走，同时卡盘激磁，把工件固定在工作台上，以避免工件的移动而造 成工件磨削不到位。同时也需要冷却泵工作，用冷却液对工件进行冷却。又因 18 为它们的功率都比较小，所以都用同一个交流接触器控制。在工作期间它们都 设有各自的保护装置。 在手动上好料时，当油泵电机、冷却泵及磁性分离器工作后，砂轮 电机、工件电机、振荡电机及调速器才工作。由于它们的功率都比较大，所以 都用不同的接触器控制。在电路中也装了振荡电机和调速器，它们是为了使工 件磨得更标准，所以应用振荡电机来控制，由于工件的大小不一，振荡电机振 荡的速度也不一样，因此需要用一台调速器来控制。 其机床的其主电路图如下： 建议100 设备 界线 图 1 3.3.33.3.3 机床控制电路设计机床控制电路设计 当电源合闸时，控制变压器（TC1）工作，将 380V 电压转换成了 110V 电压， 起了变压和隔离的作用。当空气开关（FA9）闭合，磨床动作时，各电机转动会 产生很大的热量，为了安全和提高电机的使用寿命，因此装了一台风扇进行散 热处理。 当按下启动按钮 SB2 时，电动机保护开关 FS1，FS7，FS4，FS5 得电闭合， KM1 线包得电并自锁，油泵电机、冷却泵及磁性分离器工作。要使 KM2 线包得 电，就必须使控制继电器 KA8 得电，工件电机转。当按下砂轮启动按钮 SB4， 19 线包 KM3 得电并自锁，砂轮电机启动。按下砂轮停止按钮 SB3，砂轮电机停止。 当按下停止按钮 SB1，油泵电机，冷却泵、磁性分离器、砂轮电机、工件电机、 振荡电机及调速器均不工作。 当空气开关（FA9）得电的同时，KA6 得电，卡盘激磁，电磁吸盘吸磁，将 工件牢牢的吸在工作台上，避免发生事故及造成不利于工件的磨削。同时在上 面设有欠磁保护（KA10） 。由于所磨削的工件部位为特殊部位，其精度要求很高， 用普通的方发是无法满足的，所以在磨床上配有一台测量放大指示议（A1） ，用 以测量工件被磨削的尺寸是否到位。 由于过载指示灯、通电指示灯、照明指示灯以及 PLC 控制器采用的均是 24V 直流电供电。因此在控制电路中需装一个直流稳压电源为其供电。 其机床控制图为： 测头） 3.3.43.3.4 保护环节保护环节 1.电动机保护开关 FS1、FS4、FS5、FS6、FS7、FR3 它们分别作为油泵电机，工件电机，冷却泵电机，磁性分离器电机的过载保护 关，避免流过电机的电流过大，造成电机的烧毁，事故的产生。 2. .空气开关 FA9、FA10 FA9 是控制电路中控制保护开关，对控制电路进行保护，以免大电流 通过时，直接对电路产生损坏。FA10 是作为调速器保护开关。 3. .FU1 是作为卡盘的保护开关，也称为保险丝。它也是阻止大电流通过， 20 一般它的电流值为 2A。 4. .KA10 是中间继电器具有欠磁保护的作用。 3.43.4 系统工作流程图的设计系统工作流程图的设计 3.4.13.4.1 程序结构程序结构 轴承磨削的工艺十分复杂，磨削的方式有多种，其本机床包括半自动、调 整、修整三种工作方式，由转换开关进行选择。本机床主要采用的是振荡磨削， 由振荡机构带动磨架来完成磨削工作的。 在三种方式下工作必须满足下列表所示的通断状态： 表表 2 2 开关方式状态表为：开关方式状态表为： 表 2 中“0”表示断开， “1”表示接通。如用二进制表示 X1 和 X2 的状态， 即为 00，01，11 三种。 如图 3 所示，半自动方式时驱动 X1，调整方式时驱动 X2，修整方式驱动 X3。 其工作方式梯形图为： 方式方式 SA1-1(X1) SA1-1(X1)SA1-1(X2)SA1-1(X2) 半自半自 动动 0 0 0 0 调整调整 0 0 1 1 修整修整 1 1 1 1 21 (M140)(M140) (M141)(M141) ) ) (M142)(M142) X21X21 X20X20X21X21 X20X20X21X21 X20X20 3.4.23.4.2 其工作流程图为其工作流程图为 23 合 QF1 按 SB2，SB3 SQ1+, SQ5+, YV2b+ YV5+ YV10+ 手动上料 半自动 SA1=? 按 SB3 KA8+,KA6+,Y V5_ 侧抓 进入 工件 卡盘 激磁 SQ0+ KA7+ KA8+ YV7+ 侧抓张 工件转 定程时 YV2a+,YV2b- 快 进 SQ9_+ YV1+ 慢 进 SQ4+_ SQ1,KA5+ YV9+,YV11+,YV1_ 工 件 跳 进 磨架 振荡 快进 给 SQ11+,SQ6+YV12+,YV10_ A1.0 粗 磨 A1.1+,SQ7+YV11_,YV12_ 粗磨 延时 U1 延时到 YV9_ 工件 跳出 SQ11_KA5_,YV2b+,YV2a_ 磨架退振荡停 SQ3+_YV1+,YV4+ 24 修 整 器 倒 修 速 右 行 SQ2_+ YV2a,YV2b, YV1_,YV4_ 快 进 SQ9_+YV1+ 慢 进 SQ4+_ KA5+,YV9+,Y V1_ 工件 跳进 振荡 SQ11+YV11+ 精 磨 A1.2+YV11_ 3.53.5 电器元件的选型电器元件的选型 3.5.13.5.1 电器元件选型电器元件选型 25 1 1电动机的选型：电动机的选型： 电力拖动系统中拖动生产机械运行的原动机，即驱动电机，包括直流 和交流电动机两种。交流电动机又有异步电动机和同步电动机两种。这里根据 需要考虑到： （1）电动机的机械性能。如，负载变化时要求转速恒定不变的，就应选 用同步电动机。反之就选择交流异步电动机。 （2）电动机的调速性能。包括调速的平滑性、调速系统的经济性多方面， 都应满足生产机械的要求，如调速性能要求不高的各种机床、水泵、通风机多 选用普通三相鼠笼式异步电动机。 （3）电动机的启动性能。启动转矩要求不高的，例如机床可以选用普通 三相鼠笼式异步电动机。 （4）电源。交流电源比较方便，直流电源一般需要有整流设备。 综合以上几点，本磨床选用三相交流异步电机，油泵电机、冷却泵电机磁 性分离器电机、砂轮电机选用普通的三相鼠笼式异步电动机。振荡电机选用的 直流电机。工件电机选用的是双速异步电动机。 额定转速的选择： 由于各电机完成的功能不一样，其速度也不一样，所以其型号也不一样。 根据本磨床的参数从网上和相关资料上作出以下选型 M1:V905-4 功率：110KW 速度：1500rmin M7:Y132S2-Z 功率 7.5KW 速度：3000rmi M4:YD90L-84 功率：0.450.75KW 速度： 7501500rmin M5:AB-50 功率：0.12KW 速度：150rmin M6:A025632 功率：0.18kw 速度：3000rmin M3:A025632 26 功率：0.335 速度：3000rmin 电压：220v 2 2 . .低压断路器的选型：低压断路器的选型： 低压断路器俗称自动开关，可用来分配电能，不频繁地起电动机，对电源 电路及电动机等实行保护。 （1）断路器的额定电压和额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电 压 和电流； （2）断路器的分断能力应大于或等于电路的最大的三相短路电流。 （3）欠压脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压； （4）过电流脱扣器的额定电流应大于或等于线路的最大负载电流。 所以 FS1 选:M611 2.5-4A FS5: M611 0.25-0.4A FS7: M611 1.6-2.0A FS4: M611 1.6-2.5A FS6: M611 0.4-0.63A QF1: QZ10-100320 50A FA9: DZ5-25 6A F10: DZ5-25 6A 3 3、热继电器的选型：、热继电器的选型： 为了充分发挥电动机的潜力，电动机短时过载是允许的，但无论过载量的 大小如何，时间长了总会使绕组的温升超过允许值，从而加剧绕组绝缘的老化， 缩短电动机的寿命，严重过载会很快烧毁电动机，在本磨床中为了防止电动机 长期过载运行，于是在线路中串入按照预定发热程度进行动作的热继电器，以 有效监视电动机是否长期过载或短路严重过载，并且在超额过载预定有效值时 有效切断控制系统电源，确保电动机安全。 因此，热继电器是专门用来对连续运行的电动机进行过载及断相保护，以 防止电动机过热而烧毁的保护电器。常用的热继电器有 JR0、JR10 及 JR16 系列。 （1） 选用有断相保护的三个热元件的热继电器作过载和断相保护； （2） 热元件的额定电流等级一般应等于（0.951.05）倍电动机的额定 27 电流。 FR3: （0.951.05）*2.5A FR3 选用 JR16 系列：JR16-5/3D； 4 4 . .控制按钮的选型：控制按钮的选型： 按钮是一种简单的手动开关，通常用来接通或断开控制电路。 （其中电流很 小）从而控制电动机或其他电气设备的运行。按钮在切换过程中，具有“先断 后合”的特点，即总算常闭触点先断开，常开触点后闭合。我国按钮额定电压 为交流 500V，直流 440V，额定电流大多为 5A。 颜色的选择： 红色表示停止按钮；红色蘑菇形表示急停按钮； 绿色表示起动按钮；黄色表示应急或干预； 点动按钮是黑色； 起动或停止交替动作是黑色、白色或灰色；复位是蓝 色。 根据查资料可选择 LAY3 系列 5.5. 万能转换开关的选型：万能转换开关的选型： 万能转折换开关是一种多操作位置，可以控制多个回路的主令电器，在控 制台电路中主要用于电路的转换。 根据查资料得 SA1: LW5-15F55 272 SA2: LW5-15.5.5S SA3-SA8: LAY3-11X23 SA10-SA16: KN3-N 6.6. 行程开关的选型：行程开关的选型： 行程开关又叫限位开关或位置开关。它是按工作机械的形式或者是位置要 求动作的电器。主要用于控制生产机械的运动方向，行程的长短和限位保护。 根据查资料可选用 SQ1SQ4：LJ1A-4ZDANZ DC24V SQ5: JWL1-11 SQ6-SQ8: JWL2-11Z3 28 SQ11: JWL1-11 SQ12: X-N2 SQ13: X-N2 7.7. 照明灯和信号灯的选择：照明灯和信号灯的选择： 通过查资料得： 照明指示灯 EL1 选用额定电压为 24V，额定功率为 40W 的 JC11-1 型 信号灯 HL0-HL8 选用电压为 24V 的 DH16-5 型 8.8.风扇的选择风扇的选择 M11:AC110V 2.5m3mm 9.9.插头座的选择插头座的选择 X 1：YD32 4Z TP S P K J X 2：YD28 10Z TP S P K J X 1：YD20A W1 S P K J X 1：YD20 3Z TQ S P K J 10.10.可控硅调整器的选择可控硅调整器的选择 可控硅调整器：是一种以可控硅（电力电子功率器件）为基础，以智能 数字控制电路为核心的电源功率控制电器。简称可控硅调整器。又称晶闸管调 功器、晶闸管调整器、可控硅调功器、晶闸管调压器、可控硅调压器，具有效 率高、无机械噪声和磨损、响应速度快、体积小、重量轻等诸多优点。 在选择时需考虑其电压，在本磨床中用于 220V 线路上，因此选电压值为 220V 的 TE82-3 11.11. 测量指示放大仪的选择测量指示放大仪的选择 测量指示放大仪是用来检测工件磨削的尺寸的，选 MCK-1C 型 12.12. 控制变压器控制变压器 由控制电路需用 110V 的供电，而三相交流电是 380V 的电压。所以选： JBK3-400 380110V 13.13. 稳压电源稳压电源 29 由于指示灯和信号灯、PLC 控制器均需要 24V 供电，因此选用一个稳压电 源来将 220V 的交流电转换为 24V 的直流电，其工作原理是将 220V 的交流电经 过变压整流为脉动直流电，再经过滤波将脉动直流中的交流成分虑除掉，经过 稳压器稳压最终输出 24V 的直流电。 所以选 JN-250 AC380DC24V 8A 14.14. 电磁阀的选型电磁阀的选型： 电磁阀电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压， 气动。 电磁阀是用电磁的效应进行控制，主要的控制方式由继电器控制。气动 系统中，电磁阀的作用就是在控制系统中按照控制的要求来调整压缩空气的各 种状态，气动系统还需要其他元件的配合，其中包括动力元件、执行元件、开 关、显示设备及其它辅助设备。 电磁阀的工作原理电磁阀的工作原理：电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个 孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电 阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔， 而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动 油刚的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁 铁的电流就控制了机械运动。 因此选： 1515、熔断器的选型：、熔断器的选型： （1）类型选择：主要根据负载的过载和短路电流的大小来选择，对于此处 电动机和电路的保护，选用螺旋式的（它的熔管内装有石英沙或惰性气体，有 利于电弧的熄灭，具有较高的分断能力，并有熔断指示器，多用于电机主电路 中） 。 （2）额定电压的选择：熔断器的额定电压实际电路的工作电压。 UN 熔断器UN 线路. （3）额定电流的选择：电动机的起动电流很大，熔体在短路时通过较大的 起动电流时，不应熔断，因此熔体额定电流选得较大，熔断器对电动机只宜作 短路保护而不用作过载保护，保护一台电动机，考虑电动机的冲击电流的影响， 熔体的额定电流按下式计算：I（1.52.5）倍电动机额定电流。I N 熔断器 30 IN 线路. 在本磨床中的低压断路器用于保险丝卡盘保护。所以选： BGDP-I 2A 16.16.电阻的选择电阻的选择 在本机床中电阻是用于调磁或取样或调振荡电机的震频的。分别选型为： R5: BC1-50 35 欧姆 50W R6: RXYC 9.1 欧姆 50W RP3: WTH-1-2.2K-X-25ZS-3.1 17.17.拨码开关的选择拨码开关的选择 工作原理：工作原理：接通起动开关，电磁开关通电，其电流通路为： 蓄电池正极接线柱 1电流表 熔断器 起动开关电磁开关接线柱 2 吸 引线圈接线柱 3起动机磁场和电枢线圈 保持线圈 电源开关搭铁电源开关蓄电池负极 此时由于通过吸引线圈和保持线圈的电流方向相同，因此产生的磁力方向相同， 在两线圈磁力的共同作用下，使动铁心克服弹簧力右移，带动拨叉将驱动齿轮 推向飞轮，与此同时，动铁心将动触点顶向接线柱 2、3 端部的静触点。当驱动 齿轮与飞轮啮合时，动触点将接线柱 2、3 端部的静触点接通，使起动机通入起 动电流，产生正常电磁转矩起动发动机。动触点接通接线柱 2、3 端部的静触点 时，吸引线圈被短路，活动铁心靠保持线圈的磁力保持在吸合的位置。 发动机起动后，在断开起动开关的瞬间，动触点仍在接触静触点位置，此时电 磁开关线圈电流为： 蓄电池正极接线柱 2动触点接线柱 1吸引线圈保持线圈搭铁蓄电 池负极。 此时，吸引线圈与保持线圈中通过的电流相反，吸引线圈产生了与保持线圈相 反方向的磁通，两线圈磁力互相抵消，活动铁心在弹簧力的作用下复位，使驱 动齿轮退出；与此同时，动触点也回位，切断起动机电路，起动机便停止工作。 因此选用：U1-U3: LAM1-2D-2 18.18. 电压表的选择电压表的选择 31 FV：9K10-V 220V 1919整流桥的选择：整流桥的选择： 二极管只允许电流单向通过，所以将其接入交流电路时它能使电路中的电流 只按单向流动，即所谓“整流” 。整流电路一般分“半波整流电路”和“全波整 流电路”以及所谓“桥式整流电路” ，其连接方式与所用整流元件数量都不同， 效率也不相同，以四个性能相同的整流元件（二极管）连接成桥式电路整流效果 最好，将构成桥式整流电路的整流元件封装在一起，成为一个整体的元件，一般 叫整流电桥，或桥堆。它的作用是把交流电变为直流电。 所以选型为： 3.5.23.5.2 电气设备清单电气设备清单 表表 3 3 元件型号 技