铣削组合机床电气改造论文.doc

基于PLC对ZH1X系列铣削组合机床的电气改造 第一章 ZH1X系列铣削组合机床概述1、 组合机床在现实中的发展及应用在我国，组合机床发展已有28年的历史，组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业，是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。在大批量生产中，为了提高平面的加工效率，越来越广泛采用铣削组合机床加工大面，这种组合机床是通过铣削头和比其大一规格的机械滑台或液压滑台配套，或与其他铣削进给工作台配套，加工床身等其他部件组成的，用以完成对铸铁、钢及有色金属的平面铣削，增加某些辅具也可以完成铣槽等工序。二、ZH1X系列铣削组合机床简介 图1-1 ZH1X系列铣削组合机床外观结构图 上图为铣削组合机床外部结构图，铣削组合机床由底座、床身、动力滑台、铣削动力头、变速箱、夹具等通用部件以及有关的专用部件组成。加工时，工件随夹具安装在动力滑台上，当发出加工指令后，工作台快速进给，工件接近动力头处时，工作台改为工作进给速度进给，同时，铣削头动力头启动加工，当进给到一定位置时，右铣削动力头也启动，两面同时加工，到终点时工作进给停止，两铣削动力头停转，经终点挡铁停留后，动力滑台快速退回至原位并停止，一次加工的工作循环结束。该机床的主要特点是刚性好、精度高、效率高，配以适当的铣刀盘每分钟走刀量可达800mm。最大切削深度8-10mm，实现高效切削加工，可用于对铸件、钢件及有色金属件的大平面铣削，一般用于柴油机、拖拉机等行业箱体类零件的生产线，不仅能铣削端面，配以适当钻头还可进行钻孔打孔等加工，本系列机床分为三个精度等级：G级（高精度级0.03/600，Ra1.6-3.2um）、M级和P级（普通级、用于粗铣）。高精度级机床可实现以铣代磨工艺，已被列为替代进口产品。三、 ZH1X系列铣削组合机床的电路分析 （1） 主电路分析 图1-2 机床主电路 M1为冷却泵电机，当行程开关SQ2压下，冷却泵启动，供应冷却液。M2、M3为动力头电动机，控制铣刀动作。M4为滑台进给电机，拖动滑台六个方向的进给。进给电动机的正反转频繁，用接触器KM4和KM5进行转换。(2)继电器控制电路： 图1-3 ZH1X系列铣削组合机床的电气控制线路图 上图为组合机床继电器控制电路，转换开关SA3控制照明灯，机床工作照明灯即开启。SBI为急停按钮，SQ2压下，KM5线圈得电，冷却泵电机启动，转换开关SA1为滑台启动开关，转换开关SA2控制滑台六个方向的进给运动，滑台右进给时，电流路径从SQ2-2、SQ3-2、SQ4-2、SA2-3到SQ5-1，KM4得电。滑台左进给时，电流路径从SQ2-2、SQ3-2、SQ4-2、SA2-3到SQ6-1,KM5得电。滑台后、上进给时，电流路径从SA2-1、SQ5-2、SQ6-2、SA2-3到SQ4-1，KM5得电。滑台前、下进给时，电流路径从SA2-1、SQ5-2、SQ6-2、SA2-3到SQ3-1，KM5得电。当滑台进给到SQ2处时，左动力头得电工作，三秒后KT出头闭合，右动力头得电工作，滑台工进结束后即加工完成，动力头停止工作，同时滑台停止运动，一次加工流程结束。（3）照明电路通过控制变压器T输出电路24V电压，给机床照明灯HL供电，照明灯由开关SA3控制。（4）保护与调整环节熔断器FU1用于对照明电路进行短路保护和变压器T一次侧进行短路保护，FU2用于对电动机进行短路保护。电动机的过载保护分别由FR热继电器实现，为了保护刀具与工件安全，当其中一台电动机过载时，要求其余两台电动机均应停止工作。因此，热继电器的常闭触点均应接在控制电路的总电路中。（5）继电器控制方式的缺陷这种使用继电器方式控制的机床存在着一些缺陷，使用继电器控制，继电器的动作有寿命限制，一个元件故障可能造成整个系统崩溃，会将故障扩大化，成本最低，也最容易被伪劣产品冒充。齿轮传动系统中，齿轮制造精度要求高，不适于远距离输送动力，且需手动调整调换齿轮，无法实现自动控制。 第二章 机床的电气系统硬件改造 一、ZH1X系列铣削组合机床的改造方案原ZH1X系列铣削组合机床采用继电器控制方式，继电器控制是利用各电器件机械触点的串、并联组合成逻辑控制。采用硬线连接, 连线多而复杂, 对今后的逻辑修改、增加功能很困难；依靠机械触点的吸合动作来完成控制的继电器控制系统, 工作频率低, 工作速度慢；继电器控制是利用时间继电器的滞后动作来完成时间上的顺序控制。时间继电器内部的机械结构易受环境温度和湿度变化的影响, 造成定时的精度不高；继电器系统安装后, 受电器设备触点数目的有限性和连线复杂等原因的影响, 系统在今后的灵活性、扩展性很差；因此选用PLC控制方式，PLC中逻辑控制是以程序的方式存储在内存当中, 改变程序, 便可改变逻辑。连线少、体积小、方便可靠；采用程序指令控制半导体电路来实现控制, 稳定、可靠, 运行速度大大提高了；在PLC内部 是由半导体电路组成的定时器以及由晶体振荡器产生的时钟脉冲计时, 定时精度高，使用者根据需要, 定时值在程序中便可设置, 灵活性大, 定时时间不受环境影响；PLC内部有特定的计数器, 可实现对生产设备的步进控制；采用微电子技术, 内部的开关动作均由无触点的半导体电路来完成，体积小, 寿命长, 可靠性高, 为现场调试和维护提供便利。ZH1X系列铣削组合机床采用滚珠丝杠传动，利用不同大小的齿轮啮合控制系统实现运行过程的快进、工进以及快退，这种方式对速度调节比较粗糙，只能对要求速度进行大概的调节，无法做到精确，且齿轮啮合需要人工调整，因此这种调速方式在现代工业生产中还比较落后，本论文针对这一调速方式进行了改进，利用变频器进行调速， 变频器可实现电机软启动、补偿功率因素、通过改变设备输入电压频率达到节能调速的目的，而且能给设备提供过流、过压、过载等保护功能，所以采用变频器对系统工作进行改进。机床中的夹具是靠人工螺旋夹紧的，很是耗费人力，所以论文中对夹具进行了自动改进，采用按钮控制气动夹紧。传感器因其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力，是一般机械式行程开关所不能相比的。 因此决定采用PLC与变频器加入传感器对本组合机床进行技术改进。2、 机床夹具的改进 原铣削组合机床采用螺母手动旋紧夹紧，需要专人看管操作，浪费时间和人力，现代工业逐渐走向全自动化，开始实现远程控制，自动夹紧装置已被越来越多的工厂采用，论文中对夹具进行了改进，采用电气控制电磁阀，控制自动夹紧，铣削工作完成后，电磁阀断电，夹具失电复位。 图2-1 夹具气动图 三、滑台调速的改进（1）改进方案ZH1X系列铣削组合机床采用齿轮啮合控制系统实现运行过程的快进、工进以及快退，这种方式对速度调节比较粗糙，只能对要求速度进行大概的调节，无法做到精确，故而采用变频器对系统工作进行改进。变频器具有过载能力强，控制功能多，参数设置后可长期使用，无须经常性的进行参数设置，维修简单方便，适用于多种场合，内置噪声滤波器，且操作简单，变频器调速中的加减速时间可以任意设置，所以加减速时间比较平缓，起动电流较小，可以进行较高频率的启停。采用变频器实现调速，可以对工作过程中的速度调节进行精准的调节，并且可以实现多种速度的调节。（2）变频器的选取变频器的功率选择取决于电机功率的大小，在ZH1X系列铣削组合机床中电机属于恒功率电机，其采用的功率为7.5KW，所以选用变频器的容量要大于等于7.5K，根据实际生产的需要，所以采用吸西门子通用变频器MM420。如图8-8所示： 图2-2变频器接线图变频器型号注释： 图2-3变频器型号 （3）基本参数设置。1.恢复出厂设置：P0010=30P0970=1P1001：设置高速频率为30HZP1002：设置中速频率为10HZ P1120：设置加速时间为2SP1121：设置减速时间为2S改造后主电路： 图2-4 铣削组合机床改造后主电路四、传感器在系统中的应用（1）传感器的选用原则 ZH1X系列铣削组合机床的滑台运行由快进变为工进速度是由行程阀来控制的，行程阀是一种接触型传感器，必须压上才能动作，且容易产生机械磨损造成行程阀动作不灵敏；电感式接近开关是用于非接触检测金属物体的一种最具性价比的解决方案，其具有优秀的重复精度，可靠性极高，以及其无磨损运行和耐温、噪声、光和水的特性，使用寿命长因此现采用电感式接近开关代替行程阀；小车自动送料系统的启停也由电感式接近开关来控制。（2）传感器的选用 根据传感器的选用原则，本论文中选用电感式传感器，其型号为FN10-M30-NCD1，外观见图2-5。根据变换原理，电感式传感器可以分为自感式和互感式两大类。常用的自感式传感器有变气隙式和螺线管式。自感式传感器又可分为：变气隙厚度式与变面积式。变气隙厚度式自感传感器只能工作在一段很小的区域，因而只能用于微小位移的测量；变面积式自感传感器灵敏度较前者小，是常数，因而线性较好，量程较大，适用于大位移的测量。本次使用的是变气隙厚度式自感传感器。根据组合机床使用的环境和控制要求，所选择的电感式传感器的相关性能指标如表2-1所示。 图2-5 FN10-M30-NCD1型电感式传感器的外观 外形规格M30*50检测距离10mm建议距离0-8mm重复精度5%电源电压10-30VDC输出显示黄色指示灯工作温度范围-25-70 表2-1 FN10-M30-NCD1型电感式传感器的性能指标5、 PLC的选型 （1）PLC的选用原则 1） 输入输出点的估算。估算时要有适当的余量，点数可以再增加20%30%的可扩展。 2） 存储器容量的估算。 3） 控制功能的选择。包括运算功能，控制功能，通信功能，编程功能，诊断功能，处理速度。 4) 机型的选择。包括PLC的类型，输入输出模块的选择，电源的选择，存储器的选择，冗余功能的选择，经济性的考虑。 （2）PLC的选定在对PLC的选用原则进行综合考虑后选用三菱PLC。三菱PLC性能相对比较强大，可操作性强，常用于自动化控制系统。在本论文中需要用到13个输入和14个输出，共27个点数。所以选用的是三菱FX2N-48MR PLC。（3） PLC的输入输出分配 输入输出分配表输入输出元件代号输入继电器作用元件代号输出继电器 作用SB1X0夹具按钮YV1Y0夹具SB2X1滑台前进按钮KM1Y1左铣削电机SB3X2滑台上下调整KM2Y2右铣削电机SB4X3滑台左右调整HLY3照明灯ST1X4滑台原位KM3Y4冷却泵电机ST2X5工进开始STFY10变频器正转ST3X6左右铣削启动STRY11变频器反转ST4X7工进停止RHY12变频器高速ST5X10滑台终点限位RMY13变频器中速SB5X11左铣削调整RLY14变频器低速SB6X12右铣削调整KM4Y6滑台上升或左移SB7X13照明灯SB8X14冷却泵启动KM5Y7滑台下降或右移SB9X15急停按钮KM6Y5主轴电机（4） PLC接线图图2-5 PLC接线图 第三章 机床电气系统软件设计1、 机床动作流程图 机床工作时，将工件放于夹具上，按下启动按钮，夹具得电夹紧，按下滑台启动按钮，滑台进给运动，工进时铣削动力头启动，铣削完成后，左右动力头停转，滑台停止前进，延时3秒后，滑台快速退回原位，夹具松开，实现一次工作完成。2、 机床PLC程序设计1程序初始化本论文程序用步进指令编写，第一步M8002上电闭合，初始得电，这段程序主要是整个程序的初始化状态，复位编程中用到的所有步进和输出。 2机床动作准备程序程序的开始是按下夹具按钮X000，Y000得电，工件夹紧，在整个程序中夹具需一直得电，所以用SET指令，按下启动按钮X004，且滑台在原位，X001闭合，则中速启动，X002，X003均为滑台的调整按钮，X002调整滑台的上下移动、X003则调整滑台左右移动。X013控制照明灯，X014则控制冷却泵电机。 3.滑台动作程序开始进入工作，滑台快进至传感器X005处，X005闭合，Y012得电，滑台开始工进，一段距离后，工进到传感器X006处，X006闭合，Y001得电，左铣削电机启动，进行铣削，同时接通一个定时器，延时3秒后Y002得电，右铣削电机启动，两台电机进行铣削加工，当滑台工进结束，限位开关X007得电闭合，进入下个步进。滑台到达工进限位X007处，X007得电闭合，此时左右电机均失电停转，铣削加工停止，滑台继续前进至X010处，终点限位X010得电闭合，滑台此时快速返回，到达原点处，接通定时器，延时3秒后，进入停止程序， 4.工作进入停止 滑台到达原位，原位限位X004闭合，滑台停止运动，此时夹具Y000失电复位松开，照明灯Y003失电，冷却泵电机Y004停止，一个工作流程结束。程序返回到初始化等待下个流程开始。其中X011为左动力头单独调整按钮，X012为右动力头的单独调整按钮。小结 经过两个多月的设计和修改，我的论文即将接近尾声。此次论文是对组合机床电气控制进行重新设计，运用了PLC、变频器进行自动化控制，在此期间我翻阅