毕业设计-T68镗床电气设备改造

1 I 毕业设计说明书 课题名称 T68 镗床电气设备改造 专 业 系 电气工程系 班 级 电气自动化 072 学生姓名 徐后昆 指导老师 廖志平 完成日期 2009 年 12 月 1 II 20102010 届毕业设计任务书届毕业设计任务书 一 一 课题名称课题名称 T68 镗床电气设备改造 二 二 指导老师指导老师 廖志平 三 三 设计内容和要求设计内容和要求 1 课题概述 T68 镗床是一种精密加工机床 主运动是镗轴与花盘旋转运动 工作台前后左右 及镗轴轴向进给等为辅助运动 它是主要用于加工工件上精密圆柱孔如钻孔 镗孔 铰孔 由于该机床的工作环境差 由继电器 接触器组成的电气控制电路的故障率高 为了提高设备的利用率 降低故障差 要求采用西门子 S7 200 型可编程程序控制器 PLC 对 T68 镗床进行电气技术改造 2 设计内容与要求 1 T68 镗床电气控制设计 1 T68 镗床的主要构造 运动形式与电气控制要求 2 主电路工作原理分析 3 控制电路工作原理分析 4 电磁离合器直流电路工作原理分析 5 辅助电路分析 2 T68 镗床的 PLC 控制系统的改造 1 根据输入 输出控制要求进行 PLC 的 I O 分配 2 PLC 选型 3 设计 PLC 控制梯形图 4 编写程序 5 程序调试 3 系统设计要求 1 应根据 T68 镗床电气控制系统的要求 确定 PLC 控制的基本方式与控制系统 的保护设施 信号指示 系统故障指示等 1 III 2 根据控制任务 确定 PLC 的机型 进行 I O 地址分配 画出 I O 接线图 3 对较复杂的控制系统 应根据机床的运动形式画出工作流程图 以便与程序 梯形图 4 根据机床的控制要求 运动形式与流程图设计梯形图 5 根据梯形图写出相应的语句指令表 6 完成程序的调试后 进行资料整理 应绘制出 T68 镗床电气控制系统总图 控制系统硬件设计 硬件设计的内容包括 T68 镗床主电路和 PLC 的控制电路 主令元件和执行元件的选择 PLC 输入 输出端的接线图 输出电路的外接电源 电器 柜的结构以及柜内的电器供电系统 电气元件的明细表等 四 四 设计参考书目设计参考书目 1 工厂电气控制设备 作者 张晓 电子工业出版社 2 电气制图及图形符号国家标准汇集 作者 国家标准局编 中国标准出版社 3 可编程控制器实用技术 作者 王兆义 机械出版社 4 电气控制设备 作者 郑凤翼 中国电力出版社 5 可编程控制器原理与使用 作者 王庭友 国防出版社 6 西门子 S7 200 使用手册 7 电气控制与 PLC 应用 作者 华满香 刘小春 机械出版社 五 五 设计说明书要求设计说明书要求 1 封面 2 目录 3 内容摘要 200 400 字左右 中英文 4 引言 5 正文 6 结束语 7 附录 参考文献 图纸 材料清单等 六 毕业设计进程按排六 毕业设计进程按排 1 前 2 周对本设计系统的内容 要求及标准进行了解 学习 收集相关资料 定 1 IV 设计方案 2 3 5 周系统设计 3 6 周资料整理 论文初稿完成 4 7 周完成设计任务书 上交电子稿 5 8 周修改后定稿 6 准备毕业设计答辩 七 七 毕业设计答辩及说明书要求毕业设计答辩及说明书要求 1 毕业设计答辩要求 答辩前三天 每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文 专题报告等等必要 资料交指导老师审阅 由指导老师写出审阅意见 学生答辩对自述部分应写出书面提纲 内容包括课题的任务 目的和意义 采用 的原始资料或参考文献 设计的基本内容和主要方法 成果结论和评价 答辩小组质询课题的关键问题 质询与课题密切相关的基础理论 知识 设计与 计算方法 实验方法 测试方法 鉴别学生的独立工作能力 创新能力 2 毕业设计论文要求 文字要求 说明书要求打印 除图纸外 不能手写 文字通顺 语言流畅 排版 合理 无错别字 不允许抄袭 图纸要求 按工程制图标准制图 图面整洁 布局合理 线条粗细均匀 圆弧连 接光滑 尺寸标注规范 文字注释必须使用工程字书写 曲线图表要求 所有曲线 图表 线路图 程序框图 示意图等不准徒手画 必 须按国家规定的标准或工程要求绘制 2009 年 12 月 1 I 摘 要 在 PLC 技术的应用中 电气工程师不再在硬件上花费太多功夫 只考虑将控制按钮或 检测传感器连接在 PLC 输入点 再通过 PLC 内部处理 在输出点连接接触器或继电器 来控制大功率的启动设备 而小功率的输出设备直接连接即可 随着自动化技术 计算机技术及网络通信技术的迅猛发展 使 PLC 的功能日增多 它不仅能实现单机的控制 而且能实现多机的控制 同时随着 PLC 技术的不断发展 在自动化技术的领域中 PLC 起到了不可忽略的作用 由于 PLC 在与继电器的比较中有 着许多的功能胜过或者是优于继电器 从而使 PLC 逐步取代继电器 使得其自动化控 制有了更进一步的发展 无论从操作 维修 保养还是从线路的简化等方面都更加的 方便 其优点更加的突出 本文就根据 PLC 的优点对 T68 镗床进行电器线路改造 机床原有的操作方式不变 机床的主电路不变 从而使机床的控制线路简化了 机床故障率降低了 首先提出电 路改进的总体构思 设计出了 PLC 的梯形图及接线图 重点分析了部分电路的调试过程 关键词关键词 T68 镗床 控制线路 PLC 控制 机床电气改造 PLC 程序设计 1 II ABSTRACT In PLC technology application electrical engineer are no longer spend too many times on the hardware they can only considered that the control push button or the examination sensor connection in the PLC entrance point and than they will be linked with contactor or the relay in the point outputing to control the high efficiency the starting outfit through the PLC internal treatment The output of low power devices can be connected directly to it With the rapid development of the automation technology computer technology and network communication technology the PLC function increases day by day It is not only able to control the stand alone but also realize much machine controlling At the same time as the PLC technology development PLC has played a very important role in the field of automation technology Due to many functions of PLC are better than relay so that the PLC gradually replace the relay This enabled the automated control of PLC have the further development it is more convenient no matter for the operation the service maintains or line s simplification It s merit even more prominent This article based on the merits of the PLC on T68 boring machine to carry out electrical lines transformation s Original machine tool operation the same way the machine s main circuit unchanged so that the machine control circuit simplifies the machine to reduce the failure rate Was first proposed to improve the circuit The overall idea of the design of the PLC ladder and wiring diagram a key part of the analysis of the circuit debugging process Key Words T68 boring machine Control Line PLC control PLC Programming Electrical Machine transformation 1 III 目目 录录 前 言 1 第 1 章 绪 论 1 1 1 控制继电器存在的缺点 1 1 2 可编程序控制器的功能 1 1 3 可编程控制器的主要特点 3 1 4 PLC 相对于继电器线路的优势 3 第 2 章 T68 镗床电气控制电路 5 2 1 卧式镗床的主要结构和运动形式 5 2 2 卧式镗床的电力拖动形式和控制要求 7 2 3 T68 型卧式镗床电气控制电路分析 7 第 3 章 PLC 控制系统的改造 14 3 1 改造方案的确定 14 3 2 利用 PLC 对 T68 镗床的改造 14 3 3 改造后 T68 镗床的 PLC 调试过程 19 第 4 章 毕业设计心得 21 参考文献 22 第 5 章 附 表 23 1 1 前前 言言 一 一 PLCPLC 技术与发展技术与发展 PLC 可编程控制器 是工控系统最重要的核心组件 是整个系统的大脑 PLC 的 出现 使其以往的继电器连接控制 成为过去时代 而现的继电器 只能作为低端的 基层控制模块 或在简单的设备中使用 可编程控制器以体积小功能强大所著称 它 不但可以很容易地完成顺序逻辑 运动控制 定时控制 计数控制 数字运算 数据 处理等功能 而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系 从而实现生产过程的自动控制 特别是现在 由于信息 网络时代的到来 扩展了 PLC 的功能 使它具有很强的联网通讯能力 从而更广泛地应用于众多行业 现代电气传动技术的发展得益于电力电子技术 自动控制技术和微电子技术的发 展 现代全 控开关型电力电子器件制造技术的进步和 PWM 技术的产生使处于调速系统 中的电机电流谐波 减小 转矩脉动降低 电机运行效率和调速性能提高 而现代控制 理论的发展为进一步改善 电机调速性能提供了有利条件 出现了标志现代交流调速理 论的矢量控制和直接转矩控制 使感应电机的调速性能可以和直流电机媲美 近年来发展起来的超大规模可编 程逻辑芯片 由于其灵活的可编程能力 快速的 并行信号处理方式 足够多的内部资源 无 复位问题和程序跑飞的困扰等 使其在电 气传动领域中获得了广泛应用 PLC 更高层次的发展 需要不断努力来实现 PLC 的实现已经改变了很多工控设备 为了更多的工控设备得到改善 发展 PLC 技术时重要途径之一 可编程控制器作为一 种通用的工业控制器 它可用于所有的工业领域 当前国内外已经广泛的将可编程控 制器成功地应用到机械 冶金 石油 化工 纺织 交通 电力 军事等各个领域 并取得了可观的技术济济效益 而且它还代表当今电气控制技术的世界先进水平 二 二 PLCPLC 的介绍的介绍 1 特点 PLC 的应用 电气工程师不再在硬件上花费太多功夫 只考虑将控制按 钮或检测传感器连接在 PLC 输入点 再通过 PLC 内部处理 在输出点连接接触器或继 电器 来控制大功率的启动设备 而小功率的输出设备直接连接即可 2 内核 具有中央处理器的 CPU 并带有外部 I O 口 扩展的 I O 接口地址和存 储器三大组成部分 CPU 的核心是由一个或多个累加器组成 它们具有逻辑的数学运算 能力 并能读取程序存储器的内容 通过计算后去驱除相应的存储器和 I O 口 I O 口 将内部累加器和外部的输入和数出系统连接起来 并将相关得数据存入程序存储器或 1 2 数据存储器中 存储器可以将 I O 口输入得数据存入存储器中 并在工作时调转到累 加器和 I O 接口上 3 应用重心 PLC 的抗干扰性是优良的 在设计中更本不用去关心他的使用寿命 和工作场合的恶劣环境 而关心的是如何利用 PLC 的内部资源加强设备的控制能力 使设备更具柔性 PLC 的语言并不是汇编语言或 C 语言 而是采用继电器控制的梯形图 使得电气工程师在编写程序时很容易就理解 PLC 的编程语言 而且很多非电器专业人 士也对 PLC 编程很快认识并深入 4 通信 在实际应用中 仅靠单机控制是无法保证系统顺畅运行的 而需要设备 与设备间的信息交流才能实现 PLC 的通信越来越重要 在 PLC 与 PLC 之间的通信 能 够通过信息的交换和数据的共享来保证设备之间的相互协调 以达到互补的效果 5 中断 中断 是一种优先控制处理技术 PLC 具备这样的功能 它的特点在于 当设备在操作过程中遇到紧急突发事件时 就需要立刻停止当前控制 去处理更重要 的事情 PLC 再去执行紧急任务时 总会先保存目前的状态 比如程序的地址 CPU 的 累加器数据等 当处理完应急事件后 再继续处理停止的事件 实际应用中 中断并 不是只有一个 有时会同是存在几个中断 多中断也具有优先级别 按要求去执行更 高级别的中断 这种中断中的中断也就形成了中断嵌套 中断级别跟各种 PLC 内部 CPU 的资源有关 同时也跟堆栈的容量大小有关 PLC 的发展已经从单机模式进入通信的网络时代 并同其他的工控网板和 I O 板卡 轻易的进行共享 组态软件可以将所有的这些硬件连接起来 通过更直观的动画图片 进行控制 并可以通过互联网在异地进行控制 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 1 第 1 章 绪 论 1 11 1 控制继电器存在的缺点控制继电器存在的缺点 今天继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域 他们比以往的产品具有更高 的可靠性 但是 这也是随之带来的一些问题 如绝大多数控制继电器都是长期磨 损和疲劳工作条件下进行的 容易损坏 而且继电器的触点容易产生电弧 甚至会 熔在一起产生误操作 引起严重的后果 再者 对一个具体使用的装有上百个继电 器的设备 其控制箱将是庞大而笨重的 在全负荷运载的情况下 大的继电器将产 生大量的热及噪声 同时也消耗了大量的电能 并且继电器控制系统必须是手工接 线 安装 如果有简单的改动 也需要花费大量时间及人力和物力去改制 安装和 调试 1 导通后的管压降大 可控硅或双相控硅的正向降压可达 1 2V 大功率晶 体管的饱和压降也在 1 2V 之间 一般功率场效应管的导通电祖也较机械触点的接 触电阻大 2 半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流 因此不能实现理想的 电隔离 3 由于管压降大 导通后的功耗和发热量也大 大功率固态继电器的体积远 远大于同容量的电磁继电器 成本也较高 4 电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能力较差 耐辐射能力也较差 如不采取有效措施 则工作可靠性低 5 固态继电器对过载有较大的敏感性 必须用快速熔断器或 RC 阻尼电路对其 进行过在保护 固态继电器的负载与环境温度明显有关 温度升高 负载能力将迅 速下降 1 21 2 可编程序控制器的功能可编程序控制器的功能 可编程控制器以体积小功能强大所著称 它不但可以很容易地完成顺序逻辑 运动控制 定时控制 计数控制 数字运算 数据处理等功能 而且可以通过输入 输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系 从而实现生产过程的自动控 制 特别是现在 由于信息 网络时代的到来 扩展了 PLC 的功能 使它具有很强 的联网通讯能力 从而更广泛地应用于众多行业 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 2 PLC 是应用面很广 发展非常迅速的工业自动化装置 在工厂自动化 FA 和计算 机集成制造系统 CIMS 内占重要地位 今天的 PLC 功能 远不仅是替代传统的继电器 逻辑 PLC 系统一般由以下基本功能构成 多种控制功能 数据采集 存储与处理 功能 通信联网功能 输入 输出接口调理功能 人机界面功能编程 调试功能 1 顺序控制 顺序控制是 PLC 最基本 应用最广泛的领域 所谓的顺序控制 就是按照工艺流 程的顺序 在控制信号的作用下 使得生产过程的各个执行机构自动地按照顺序动作 由于它还具有编程设计灵活 速度快 可靠性高 成本低 便于维护等优点 所以在 实现单机控制 多机群控制 生产流程控制中可以完全取代传统的继电器接触器控制 系统 它主要是根据操作按扭 限位开关及其它现场给来的指令信号和传感器信号 控制机械运动部件进行相应的操作 从而达到了自动化生产线控制 比较典型应用在 自动电梯的控制 管道上电磁伐的自动开启和关闭 皮带运输机的顺序启动等 例如 我分厂的原料混料系统就是利用了 PLC 的顺序控制功能 2 运动位置控制 PLC 可以支持数控机床的控制和管理 在机械加工行业 可编程控制器与计算机 数控 CNC 集成在一起 用以完成机床的运动位置控制 它的功能是接受输入装置 输入的加工信息 经处理与计算 发出相应的脉冲给驱动装置 通过步进电机或伺服 电机 使机床按预定的轨道运动 以完成多轴伺服电机的自控 目前以用于控制无心 磨削 冲压 复杂零件分段冲裁 滚削 摸削等应用中 3 生产过程的监控和管理 PLC 可以通过通迅接口与显示终端和打印机等外设相连 显示器作为人机界面 HMI 是一种内含微处理芯片的智能化设备 它与 PLC 相结合可取代电控柜上众多 的控制按钮 选择开关 信号指示灯 及生产流程模拟屏和电控柜内大量的中间继电 器和端子排 所有操作都可以在显示屏上的操作元件上进行 PLC 可以方便 快捷地 对生产过程中的数据进行采集 处理 并可对要显示的参数以二进制 十进制 十六 进制 ASCII 字符等方式进行显示 在显示画面上 通过图标的颜色变化反应现场设 备的运行状态 如阀门的开与关 电机的启动与停止 位置开关的状态等 PID 回路 控制用数据 棒图等综合方法反映生产过程中量的变化 操作人员通过参数设定可进 行参数调整 通过数据查询可查找任一时刻的数据记录 通过打印可保存相关的生产 数据 为今后的生产管理和工艺参数的分析带来便利 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 3 4 网络特性 PLC 可以实现多台 PLC 之间或多台 PLC 与一台计算机之间的通讯联网要求 从而 组成多级分布式控制系统 构成工厂自动化网络 1 通过通讯模块 上位机以及相应的软件来实现对控制系统的远距离监控 2 通过调制解调器和公用电话网与远程客户端计算机相连 从而使管理者可通 过电话线对控制系统进行远距离监控 1 31 3 可编程控制器的主要特点可编程控制器的主要特点 1 可靠性高 PLC 的 MTBF 一般在 40000 50000h 以上 西门子 ABB 松下等微 小型 PLC 可达 10 万 h 以上 而且均有完善的自诊断功能 判断故障迅速 便于维护 2 模块化组合灵活可编程控制器是系列化产品 通常采用模块结构来完成不同 的任务组合 I O 从 8 8192 点 有多种机型 多种功能模板可灵活组合 结构形式 也是多样的 3 功能强 PLC 应用微电子技术和微计算机 简单型式都具有逻辑 定时 计数 等顺序控制功能 基本 型式再加上模拟 I O 基本算术运算 通信能力等 复杂型 式除了具有基本型式的功能外 还具有扩展的计算能力 多级终端机制 智能 I O PID 调节 过程监视 网络通信能力 远程 I O 多处理器和高速数据处理能力 4 编程方便 PLC 适用针对工业控制的梯形图 功能块图 指令表和顺序功能表 图 SFC 编程 不需要太多 的计算机编程知识 新的编程工作站配有综合的软件工具 包 并可在任何兼容的个人计算机上编程 1 41 4 PLCPLC 相对于继电器线路的优势相对于继电器线路的优势 1 功能强 性能价格比高 一台小型 PLC 内有成百上千个可供用户使用的编程元件 有很强的功能 可以实 现非常复杂的控制功能 与相同功能的继电器相比 具有很高的性能价格比 可篇程 序控制器可以通过通信联网 实现分散控制 集中管理 2 硬件配套齐全 用户使用方便 适应性强 可编程序控制器产品已经标准化 系列化 模块化 配备有品种齐全的各种硬件 装置供用户选用 用户能灵活方便的进行系统配置 组成不同的功能 不规模的系统 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 4 楞编程序控制器的安装接线也很方便 一般用接线端子连接外部接线 PLC 有很强的 带负载能力 可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器 3 可靠性高 抗干扰能力强 传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器 时间继电器 由于触点接触 不良 容易出现故障 PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器 仅剩下与输 入和输出有关的少量硬件 接线可减少互继电器控制系统的 1 10 1 100 因触点接 触不良造成的故障大为减少 PLC 采取了一系列硬件和软件抗干扰措施 具有很强 的抗干扰能力 平均无故障时间达到数万小时以上 可以直接用于有强烈干扰的工业 生产现场 PLC 已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一 4 系统的设计 安装 调试工作量少 PLC 用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器 时间继电器 计数 器等器件 使控制柜的设计 安装 接线工作量大大减少 PLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法 这种编程方法很有规律 很容易 掌握 对于复杂的控制系统 梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少 得多 PLC 的用户程序可以在实验室模拟调试 输入信号用小开关来模拟 通过 PLC 上的发光二极管可观察输出信号的状态 完成了系统的安装和接线后 在现场的统调 过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决 系统的调试时间比继电器系统少得 多 5 编程方法简单 梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言 其电路符号和表达方式与继 电器电路原理图相似 梯形图语言形象直观 易学易懂 熟悉继电器电路图的电气技 术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言 并用来编制用户程序 梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言 可编程序控制器在执行梯形 图的程序时 用解释程序将它 翻译 成汇编语言后再去执行 6 维修工作量少 维修方便 PLC 的故障率很低 且有完善的自诊断和显示功能 PLC 或外部的输入装置和执 行机构发生故障时 可以根据 PLC 上的发光二极管或编程器提供的住处迅速的查明故 障的原因 用更换模块的方法可以迅速地排除故障 7 体积小 能耗低 对于复杂的控制系统 使用 PLC 后 可以减少大量的中间继电器和时间继电器 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 5 小型 PLC 的体积相当于几个继电器大小 因此可将开关柜的体积缩小到原来 1 2 1 10 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 6 第二第二章 T68T68 镗床电气控制镗床电气控制电路电路 镗床也是用于孔加工的机床 与钻床比较 镗床主要用于加工精确的孔和各孔间 的距离要求较精确的零件 如一些箱体零件 机床主轴箱 变速箱等 镗床的加工 形式主要是用镗刀镗削在工件上已铸出或已粗钻的孔 除此之外 大部分镗床还可以 进行铣削 钻孔 扩孔 铰孔等加工 镗床的主要类型有卧式镗床 坐标镗床 金刚镗床和专用镗床等 其中以卧式镗 床应用最广 本节介绍 T68 型卧式镗床的电气控制电路 T68 型卧式镗床型号的含义为 2 12 1 卧式镗床的主要结构和运动形式卧式镗床的主要结构和运动形式 卧式镗床的主要结构如图所示 前立柱固定安装在床身的右端 在它的垂直导轨 上装有可上下移动的主轴箱 主轴箱中装有主轴部件 主运动和进给运动的变速传动 机构和操纵机构等 在主轴箱的后部固定着后尾筒 里面装有镗轴的轴向进给机构 后立柱固定在床身的左端 装在后立柱垂直导轨上的后支承架用于支承长镗杆的悬伸 端 参见图 2 b 后支承架可沿垂直导轨与主轴箱同步升降 后立柱可沿床身 的水平导轨左右移动 在不需要时也可以卸下 工件固定在工作台上 工作台部件装 在床身的导轨上 由下滑座 上滑座和工作台三部分组成 下滑座可沿床身的水平导 轨作纵向移动 上滑座可沿下滑座的导轨作横向移动 工作台则可在上滑座的环形导 轨上绕垂直轴线转位 使工件在水平面内调整至一定的角度位置 以便能在一次安装 中对互相平行或成一定角度的孔与平面进行加工 根据加工情况不同 刀具可以装在 镗轴前端的锥孔中 或装在平旋盘 又称为 花盘 与径向刀具溜板上 加工时 镗轴旋转完成主运动 并且可以沿其轴线移动作轴向进给运动 平旋盘只能随镗轴旋 转作主运动 装在平旋盘导轨上的径向刀具溜板除了随平旋盘一起旋转外 还可以沿 着导轨移动作径向进给运动 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 7 图 1 卧式镗床结构示意图 卧式镗床的典型加工方法如图 2 所示 a 图为用装在镗轴上的悬伸刀杆镗孔 由镗轴的轴向移动进行纵向进给 b 图为利用后支承架支承的长刀杆镗削同一轴 线上的前后两孔 c 图为用装在平旋盘上的悬伸刀杆镗削较大直径的孔 两者均 由工作台的移动进行纵向进给 d 图为用装在镗轴上的端铣刀铣削平面 由主轴 箱完成垂直进给运动 图 e f 为用装在乎旋盘刀具溜板上的车刀车削内沟槽 和端面 均由刀具溜板移动进行径向进给 图 2 卧式镗床的主运动和进给运动示意图 因此 卧式镗床的运动形式是 主运动为镗轴和平旋盘的旋转运动 进给运动包括 1 镗轴的轴向进给运动 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 8 2 平旋盘上刀具溜板的径向进给运动 3 主轴箱的垂直进给运动 4 工作台的纵向和横向进给运动 辅助运动包括 1 主轴箱 工作台等的进给运动上的快速调位移动 2 后立柱的纵向调位移动 3 后支承架与主轴箱的垂直调位移动 4 工作台的转位运动 2 22 2 卧式镗床的电力拖动形式和控制要求卧式镗床的电力拖动形式和控制要求 1 卧式镗床的主运动和进给运动多用同一台异步电动机拖动 为了适应各种形 式和各种工件的加工 要求镗床的主轴有较宽的调速范围 因此多采用由双速或三速 笼型异步电动机拖动的滑移齿轮有级变速系统 采用双速或三速电动机拖动 可简化 机械变速机构 目前 采用电力电子器件控制的异步电动机无级调速系统已在镗床上 获得广泛应用 2 镗床的主运动和进给运动都采用机械滑移齿轮变速 为有利于变速后齿轮的 啮合 要求有变速冲动 3 要求主轴电动机能够正反转 可以点动进行调整 并要求有电气制动 通常 采用反接制动 4 卧式镗床的各进给运动部件要求能快速移动 一般由单独的快速进给电动机 拖动 2 3T682 3T68 型卧式镗床电气控制电路分析型卧式镗床电气控制电路分析 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 9 T68 型卧式镗床电气原理图如图 3 所示 图 3 T68 镗床电气原理图 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 10 2 3 1 主电路 T68 卧式镗床电气控制线路有两台电动机 一台是主轴电动机 M1 作为主轴旋转 及常速进给的动力 同时还带动润滑油泵 另一台为快速进给电动机 M2 作为各进 给运动的快速移动的动力 M1 为双速电动机 由接触器 KM4 KM5 控制 低速时 KM4 吸合 M1 的定子绕组为 三角形联结 nN 1460 r min 高速时 KM5 吸合 KM5 为两只接触器并联使用 定子 绕组为双星形联结 nN 2880r min KMl KM2 控制 M1 的正反转 KS 为与 M1 同轴 的速度继电器 在 M1 停车时 由 KS 控制进行反接制动 为了限制起 制动电流和减 小机械冲击 M1 在制动 点动及主轴和进给的变速冲动时串入了限流电阻器 R 运行 时由 KM3 短接 热继电器 FR 作 M1 的过载保护 M2 为快速进给电动机 由 KM6 KM7 控制正反转 由于 M2 是短时工作制 所以不 需要用热继电器进行过载保护 QS 为电源引人开关 FUl 提供全电路的短路保护 FU2 提供 M2 及控制电路的短路 保护 2 3 2 控制电路 由控制变压器 TC 提供 110V 工作电压 FU3 提供变压器二次侧的短路保护 控制 电路包括 KMl KM7 七个交流接触器和 KAl KA2 两个中间继电器 以及时间继电器 KT 共十个电器的线圈支路 该电路的主要功能是对主轴电动机 M1 进行控制 在起动 M1 之前 首先要选择好主轴的转速和进给量 在主轴和进给变速时 与之相关的行 程开关 SQ3 SQ6 的状态见表 4 并且调整好主轴箱和工作台的位置 在调整好后 行程开关 SQl SQ2 的动断触点 1 2 均处于闭合接通状态 1 M1 的正反转控制 SB2 SB3 分别为正 反转起动按钮 下面以正转起动为例 按下 SB2 KA1 线圈通电自锁 KA1 动合触点 10 11 闭合 KM3 线圈通电 KM3 主触点闭合短接电阻 R KA1 另一对动合触点 14 17 闭合 与闭合的 KM3 辅助动合触点 4 17 使 KM1 线圈通电 KM1 主触点闭合 KM1 动合辅助触点 3 13 闭合 KM4 通电 电动机 M1 低速起动 同理 在反转起动运行时 按下 SB3 相继通电的电器为 KA2 KM3 KM2 KM4 2 M1 的高速运行控制 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 11 若按上述起动控制 M1 为低速运行 此时机床的主轴变速手柄置于 低速 位 置 微动开关 SQ7 不吸合 由于 SQ7 动合触点 11 12 断开 时间继电器 KT 线圈 不通电 要使 M1 高速运行 可将主轴变速手柄置于 高速 位置 SQ7 动作 其动 合触点 11 12 闭合 这样在起动控制过程中 KT 与 KM3 同时通电吸合 经过 3s 左 右的延时后 KT 的动断触点 13 20 断开而动合触点 13 22 闭合 使 KM4 线 圈断电而 KM5 通电 M1 为 YY 联结高速运行 无论是当 M1 低速运行时还是在停车时 若将变速手柄由低速挡转至高速挡 M1 都是先低速起动或运行 再经 3s 左右的延时 后自动转换至高速运行 3 M1 的停车制动 M1 采用反接制动 KS 为与 M1 同轴的反接制动控制用的速度继电器 它在控制电 路中有三对触点 动合触点 13 18 在 M1 正转时动作 另一对动合触点 13 14 在反转时闭合 还有一对动断触点 13 15 提供变速冲动控制 当 M1 的转速 达到约 120 r min 以上时 KV 的触点动作 当转速降至 40r min 以下时 KS 的触 点复位 下面以 M1 正转高速运行 按下停车按钮 SBl 停车制动为例进行分析 按下 SB1 SB1 动断触点 3 4 先断开 先前得电的线圈 KA1 KM3 KT KM1 KM5 相继断电 然后 SB1 动合触点 3 13 闭合 经 KS 1 使 KM2 线圈通电 KM4 通电 M1 D 形接法串电阻反接制动 电动机转速迅速下降至 KS 的 复归值 KS 1 动合触点断开 KM2 断电 KM2 动合触点断开 KM4 断电 制动结束 如果是 M1 反转时进行制动 则由 KS 2 13 14 闭合 控制 KMl KM4 进行 反接制动 4 M1 的点动控制 SB4 和 SB5 分别为正反转点动控制按钮 当需要进行点动调整时 可按下 SB4 或 SB5 使 KMl 线圈 或 KM2 线圈 通电 KM4 线圈也随之通电 由于此时 KAl KA2 KM3 KT 线圈都没有通电 所以 M1 串入电阻低速转动 当松开 SB4 或 SB5 时 由于没有自锁作用 所以 M1 为点动运行 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 12 表 1 主轴和进给变速行程开关 SQ3 SQ6 状态表 相关行程开关的触点 正常工作时 变速时 变速后手柄推不上时 SQ3 4 9 SQ3 3 13 主轴变速 SQ5 14 15 SQ4 9 10 SQ4 3 13 进给变速 SQ6 14 15 图中 表示接通 表示断开 5 主轴的变速控制 主轴的各种转速是由变速操纵盘来调节变速传动系统而取得的 在主轴运转时 如果要变速 可不必停车 只要将主轴变速操纵盘的操作手柄拉出 如图 4 所示 将 手柄拉至 的位置 与变速手柄有机械联系的行程开关 SQ3 SQ5 均复位 见表 1 此后的控制过程如下 以正转低速运行为例 将变速手柄拉出 SQ3 复位 SQ3 动合触点断开 KM3 和 KT 都断电 KM1 断电 KM4 断电 M1 断电后由于惯性继续旋转 SQ3 动断触点 3 13 后闭合 由于此时转速较高 故 KS 1 动合触点为闭合状 态 KM2 线圈通电 KM4 通电 电动机 D 接法进行制动 转速很快下降到 KV 的复位值 KS 1 动合触点断开 KM2 KM4 断电 断开 M1 反向电源 制动结束 转动变速盘进行变速 变速后将手柄推回 SQ3 动作 SQ3 动断触点 3 13 断 开 动合触点 4 9 闭合 KM1 KM3 KM4 重新通电 M1 重新起动 由以上分析可知 如果变速前主电动机处于停转状态 那么变速后主电动机也处 于停转状态 若变速前主电动机处于正向低速 D 形联结 状态运转 由于中间继电 器仍然保持通电状态 变速后主电动机仍处于 D 形联结下运转 同样道理 如果变速 前电动机处于高速 YY 正转状态 那么变速后 主电动机仍先联结成 D 形 再经 3s 左右的延时 才进入 YY 联结高速运转状态 6 主轴的变速冲动 SQ5 为变速冲动行程开关 由表 4 可见 在不进行变速时 SQ5 的动合触点 14 15 是断开的 在变速时 如果齿轮未啮合好 变速手柄就合不上 即在图 4 中处于 的位置 则 SQ5 被压合 SQ5 的动合触点 14 15 闭合 KMl 由 13 15 14 16 支路通电 KM4 线圈支路也通电 M1 低速串电阻起动 当 M1 的转速升 至 120r min 时 KS 动作 其动断触点 13 15 断开 KMl KM4 线圈支路断电 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 13 KS 1 动合触点闭合 KM2 通电 KM4 通电 M1 进行反接制动 转速下降 当 M1 的 转速降至 KS 复位值时 KS 复位 其动合触点断开 M1 断开制动电源 动断触点 13 15 又闭合 KMl KM4 线圈支路再次通电 M1 转速再次上升 这样使 M1 的转速在 KS 复位值和动作值之间反复升降 进行连续低速冲动 直至齿轮啮合好以 后 方能将手柄推合至图 4 中 的位置 使 SQ3 被压合 而 SQ5 复位 变速冲动才告 结束 图 4 主轴变速手柄位置示意图 7 进给变速控制 与上述主轴变速控制的过程基本相同 只是在进给变速控制时 拉动的是进给变 速手柄 动作的行程开关是 SQ4 和 SQ6 8 快速移动电动机 M2 的控制 为缩短辅助时间 提高生产效率 由快速移动电动机 M2 经传动机构拖动镗头架 和工作台作各种快速移动 运动部件及运动方向的预选由装在工作台前方的操作手柄 进行 而控制则是由镗头架的快速操作手柄进行 当扳动快速操作手柄时 将压合行 程开关 SQ8 或 SQ9 接触器 KM6 或 KM7 通电 实现 M2 快速正转或快速反转 电动机 带动相应的传动机构拖动预选的运动部件快速移动 将快速移动手柄扳回原位时 行 程开关 SQ5 或 SQ6 不再受压 KM6 或 KM7 断电 电动机 M2 停转 快速移动结束 9 联锁保护 为了防止工作台及主轴箱与主轴同时进给 将行程开关 SQl 和 SQ2 的动断触点并 联接在控制电路 1 2 中 当工作台及主轴箱进给手柄在进给位置时 SQl 的触点 断开 而当主轴的进给手柄在进给位置时 SQ2 的触点断开 如果两个手柄都处在进 给位置 则 SQl SQ2 的触点都断开 机床不能工作 1 3 3 照明电路和指示灯电路 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 14 由变压器 TC 提供 24V 安全电压供给照明灯 EL EL 的一端接地 SA 为灯开关 由 FU4 提供照明电路的短路保护 XS 为 24V 电源插座 HL 为 6V 的电源指示灯 1 3 4 T68 型卧式镗床常见电气故障的诊断与检修 镗床常见电气故障的诊断与检修与铣床大致相同 但由于镗床的机 电联锁较多 且采用双速电动机 所以会有一些特有的故障 现举例分析如下 a 主轴的转速与标牌的指示不符 这种故障一般有两种现象 第一种是主轴的实际转速比标牌指示转数增加或减少一 倍 第二种是 M1 只有高速或只有低速 前者大多是由于安装调整不当而引起的 T68 型镗床有 18 种转速 是由双速电动机和机械滑移齿轮联合调速来实现的 第 1 2 4 6 8 挡是由电动机以低速运行驱动的 而 3 5 7 9 挡是由电动 机以高速运行来驱动的 由以上分析可知 M1 的高低速转换是靠主轴变速手柄推动 微动开关 SQ7 由 SQ7 的动合触点 11 12 通 断来实现的 如果安装调整不当 使 SQ7 的动作恰好相反 则会发生第一种故障 而产生第二种故障的主要原因是 SQ7 损坏 或安装位置移动 如果 SQ7 的动合触点 11 12 总是接通 则 M1 只有高 速 如果总是断开 则 M1 只有低速 此外 KT 的损坏 如线圈烧断 触点不动作等 也会造成此类故障发生 b MI 能低速起动 但置 高速 挡时 不能高速运行而自动停机 M1 能低速起动 说明接触器 KM3 KMl KM4 工作正常 而低速起动后不能换成高速 运行且自动停机 又说明时间继电器 KT 是工作的 其动断触点 13 20 能切断 KM4 线圈支路 而动合触点 13 22 不能接通 KM5 线圈支路 因此 应重点检查 KT 的动合触点 13 22 此外 还应检查 KM4 的互锁动断触点 22 23 按此思路 接下去还应检查 KM5 有无故障 c M1 不能进行正反转点动 制动及变速冲动控制 其原因往往是上述各种控制功能的公共电路部分出现故障 如果伴随着不能低速运 行 则故障可能出在控制电路 13 20 21 0 支路中有断开点 否则 故障可能出在 主电路的制动电阻器 R 及引线上有断开点 如果主电路仅断开一相电源 电动机还会 伴有断相运行时发出的 嗡嗡 声 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 15 第第 3 3 章章 PLCPLC 控制系统的改造控制系统的改造 1 11 1 3 13 1 改造方案的确定改造方案的确定 3 1 1 原镗床的工艺加工方法不变 3 1 2 在保留主电路的原有元件的基础上 不改变原控制系统电气操作方法 3 1 3 电气控制系统控制元件 包括按钮 行程开关 热继电器 接触器 作用 与原电气线路相同 3 1 4 主轴和进给起动 制动 低速 高速和变速冲动的操作方法不变 3 1 5 改造原继电器控制中的硬件接线 改为 PLC 编程实现 1 21 2 3 23 2 利用利用 PLCPLC 对对 T68T68 镗床的改造镗床的改造 3 2 1 主电路 T68 镗床有 2 台电动机 主轴电机 M1 拖动主轴的旋转和工作进给 M2 电动机实现 工作台的快移 M1 电动机是双速电动机 低速是 接法 高速是 YY 接法 主轴旋转和 进给都由齿轮变速 停车时采用了反接制动 主轴和进给的齿轮变速采用了断续自动低 速冲动 T68 镗床的主电路图 图 5 3 2 2 T68 镗床 PLC 改造 I O 分配图 图 6 3 2 3 T68 镗床 PLC 改造梯形图 图 7 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 16 图 5 主电路 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 17 图 6 I O 分配 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 18 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 19 图 7 T68 镗床梯形图 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 20 1 31 3 3 33 3 改造后改造后 T68T68 镗床的镗床的 PLCPLC 调试过程调试过程 PLC 一通电 由于主轴自动进刀与工作台进给 I2 0 I2 1 互锁只能一个动 作 故 M1 0 动作置 1 M1 0 触点动作 3 3 1 M1 的正转连续控制 主轴变速杆 SQ1 压下 I0 5 置 1 进给变速杆 SQ3 压下 I0 7 置 1 3 3 2 正转低速起动 主轴变速手柄 低速 SQ 不受压 I1 1 置 0 按下正转起动按钮 SB2 I0 1 置 1 M0 置 1 自锁 Q0 2 M3 Q0 0 M2 Q0 3 置 1 KM1 KM3 KM4 得电 M1 接成 低速全压起动 n KS1 I1 5 动作 为反接制动作准备 3 3 3 正转低速停车 反接制动 按停车按钮 SB1 I0 0 闭合 M3 Q0 0 Q0 3 置 0 KM1 KM4 失电 同时 Q0 1 M2 Q0 3 得电置 1 KM2 KM4 得电 M1 串电阻 R 进行反接制动 n KS1 复 位 I1 5 断开 Q0 1 M2 M3 复位置 0 KM4 失电 M1 停车结束 3 3 4 M1 正转高速起动 主轴变速手柄 高速 SQ 受压 I1 1 置 1 控制过程同低速类似 按下 SB2 I0 1 置 1 M0 M2 M3 Q0 0 Q0 3 置 1 由于 I1 1 置 1 使得 T0 开始延时 KM1 KM3 KM4 得电 M1 接成 低速全压起动 延时 3 s T0 动作 Q0 3 复位 T1 延时 0 5 s Q0 4 置 1 KM4 失电 KM5 得电 M1 接成 YY 高速运行 n KS1 Q1 5 动作 为反接制动作准备 3 3 5 正转高速停车 同正转低速停车类似 采用的是低速反接制动 3 3 6 M1 的反转控制 同正转低速控制类似 利用 SB3 M1 Q0 2 M5 Q0 1 M2 Q0 3 Q0 4 KS2 来 控制实现 3 3 7 M1 的点动控制 正转点动 按 SB4 Q0 3 置 1 M3 Q0 0 M2 Q0 3 置 1 KM1 KM4 得电 M1 接 成 串电阻低速点动 反转点动按 SB5 实现 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计 论文 21 3 3 8 主运动的变速控制 主轴变速 SQ1 变速完毕 啮合好受压 I0 5 置 1 SQ2 变速过程中 发生顶齿受 压 I0 6 置 1 主轴变速操作手柄拉出 SQ1 复位 I0 5 置 0 若正转状态 反接制 动停车 调变速盘至所需速度 将操作手