电工技师论文

国家职业资格全省统一鉴定 维修电工维修电工论文论文 国家职业资格二级 论文题目 用论文题目 用 PLCPLC 设计十字轴设计十字轴 9090 度分度专用机床电路度分度专用机床电路 姓 名 朱和镇 身份证号准考证号 102111 所在省市 江苏省无锡市 所在单位 无锡金谐机械有限公司 第 2 页 共 10 页 十字轴十字轴 9090 度分度专用机床电路设计度分度专用机床电路设计 朱和镇 无锡金谐机械有限公司 摘摘 要 要 PLC 的应用在工业控制领域已非常广泛 机床设备上的应用更是非 常普通 文章介绍了本公司自行设计的十字轴 90 度分度专用机床通过 PLC 控制液压系统来实现对工件中心孔的 90 度分度的加工 可提高劳动生产率 并降低该设备的在生产中的电器故障率 并给出 PLC 控制系统的梯形图程 序设计 通过实践验证了设计的相对合理性 关关键词键词 十字轴 90 度分度专用机床 PLC 梯形图 实践验证情况 一 十字轴一 十字轴 9090 度分度专用机床设计计划度分度专用机床设计计划 我们公司是为工业传动轴配套的万向十字包总成专业制造商 十字包 总成由十字轴 轴承套 滚动体 密封件和其他附属零件组成 十字轴是 十字包总成的核心零件之一 十字轴金加工制造的第一步工序就是打 90 度分度中心孔 传统加工方法装夹在分度头上用立铣加工 装夹不便且 90 度由人工操作分度头手柄控制 工效低 90 度分度质量控制管理困难 为 提高生产效率和产品质量便于品质控制管理公司决定自行设计制造十字轴 90 度分度专用机床 此机床电路由我负责设计 我作以下思考 1 普通三相异步电动机可靠性高 价格经济 控制方便 拖动主 轴我决定采用普通三相异步电动机 变频器调节电机转速虽效 果好但其不经济而机床主轴 主要装夹中心钻 变速范围较低 机械调速可满足其要求 故不考虑使用变频器调节电机转速 2 我公司有一台闲置多年生产于上世纪七十年代的 MK5040 数控铣 床的附件数控分度头 该分度头采用特殊设计消除机械反向间 隙 采用步进电机拖动 电机每旋转 360 度分度头旋转 4 度 分度准确精细 我们决定采用此分度头作为 90 度分度主要部件 安装在机床拖板上 从经济角度及家机床的专业化要求我们决 定取消原步进电机换成三相异步减速电机 在分度头每 90 度角 度安装识别点 用 LJ12A3 4 Z EX 接近开关识别 90 度分度以控 制电机的起停即控制工件旋转 90 度的准确性 第 3 页 共 10 页 3 拖板进给运动采用液压推动 进给油缸的活塞推动拖板进给运 动 进给油缸回油端采用双油管回油 其中一油管经调速阀至 油箱 当两油管同时回油则拖板进给快就是拖板快进 当其中 一回油管被堵住只剩下经经调速阀回油的油管工作就可以调节 调速阀操作手柄来控制进给速度 这就是拖板工进 这样我们 电路设计只考虑安装一两位阀来控制拖板的进给 分别设置两 行程开关来检测拖板退到原位与工进到位 4 继电器 接触器控制线路 电路较复杂 继电器接触器触点粘连 与吸合不良 线圈不吸合与误吸合所造成的故障率很高且排除 故障困难影响生产 这也是继电器接触器控制的复杂线路的通 用弊病 我们决定用 PLC 取代继电 接触器控制系统设计此机床 电路 5 此机床主要用来加工工件的 90 度分度的中心孔 故主轴转速较 高 工作时大多采用水基切削液冷却润滑中心钻 这样会造成 机床四周会有较高的湿度 无锡中远公司生产的 DK PC80 可编 程控制器在湿度小于 85 能长时间可靠工作 DK PC80 经济 故障较低 易编程 这些性能都在我们公司的其它使用 DK PC80 的机床得到验证 我们公司各电工对它操作维护都很熟悉等原 因 我们决定选用中远公司 DK PC80 安装此机床电路 二 二 PLCPLC 可编程控制器 介绍 可编程控制器 介绍 PLC 可编程控制器 可靠性高 灵活性强 使用方便等优点 居现 代工业生产自动化三大支柱 可编程控制器 机器人和计算机辅助设计与 制造 的首位 目前 中小型 PLC 成功地取代传统的继电 接触器控制系 统 使控制系统的可靠性大大提高 我们设计的专机也是典型的机 电 液一体化设备 生产控制过程更平稳可靠 采用 PLC 对其液压系统进行控 制 是一比较理想的方式 本文基于 DK PC80 介绍在 90 度分度专用机床 通过 PLC 控制液压系统 来实现对工件的加工 1 PLC 的定义 可编程序控制器 Programmable Logic Controller 简称 PLC 其定 义是 专门为在工业环境应用而设计的一种数字运算操作的电子系统 它 第 4 页 共 10 页 采用一类可编程的存储器 用于存储用户程序 执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数与算术操作等面向用户的指令 并通过数字或模拟量输入 输 出控制各种类型的机械或生产过程 PLC 是以微处理器为基础 综合了计 算机技术 自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制 装置 随着科学技术的进步和可编程序控制器的不断发展 功能不断增强 其定义也会发生变化 2 PLC 的结构组成 可编程控制器实质上是一种工业控制专用计算机 其系统的实际组成 与微机基本相同 一般由以下五个部分组成 1 中央处理器 进行逻辑和数学运算 控制整个系统 使之协调地 工作 2 存储器 用于存放系统的监控程序 用户程序 逻辑变量和一些 其他信息 3 接口电路 它是 PLC 与现场设备以及外围设备的联系通道 如输 入 输出接口 键盘 显示接口 通信接口和扩展接口 等等 4 输入 输出电路 输入电路用来对输入信号进行隔离和电平转换 5 输出电路用来对 PLC 的输出结果进行放大和电平转换 驱动现场 设备 6 电源 包括系统电源 备用电源和掉电保护电源等 3 PLC 的工作原理 PLC 采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式 扫描技术 当 PLC 投入运行后 其工作是以循环扫描的方式来完成的 一般分为 3 个阶 段 即输入采样 用户程序执行和输出刷新 3 个阶段 完成上述 3 个阶段 称作一个扫描周期 在整个运行期间 PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复 执行上述 3 个阶段 一个周期所用时间为 T 读入时间 输入点数 运算速度 程序步数 输出时间 输出点数 自诊断时间 三 三 9090 度分度专用机床控制简介度分度专用机床控制简介 1 机床的工作原理 90 度分度专用机床是一种高效率的加工机床 其电气控制主电路有 主轴电动机 M1 和液压泵电动机 M2 分别由接触器 KM1 KM2 控制 拖板进 给运动及工件定位夹紧均由液压驱动 拖板进给及夹紧装置控制电磁阀分 第 5 页 共 10 页 别为 YV1 YV2 其工作示意图如图 1 所示 机床的初始状态要求主轴电动机 M1 及液压泵电动机 M2 均停止 各 电磁阀断电 位置开关 SQ1 SQ2 为 ON SQ3 为 OFF 状态 机床的加工工步为 工件压紧 快进 同时主轴转 工进一延时 快退 分度头转 90 度 分度电机转 每循环四次即 90 度分度旋转一周 完成可操作 SA1 旋钮 压紧油缸控制阀 YV2 失电 压紧放松后可拆卸工件 完成工件加工 可再次装夹工件进入下一四次 90 度循环加工 机床主轴 电机拖动 用于装夹中心钻 分度头 用于装夹工件 分度头拖动电机 机床导轨座 拖板推动油缸 度分度识别点 1 2 3 进给到原位 液压油缸装置 用于压紧固定工件 图 1 90 度分度机床工作示意图 2 机床工作过程 首先启动液压泵 安装工件 操作旋钮 SA1 后电磁阀 YA2 得电吸合压 紧油缸动作压紧工件 按循环启动按钮 拖板快进 工进并启动主轴 至 SQ3 为 ON 状态 延时停留 拖板快退 主轴停 至 SQ2 为 ON 分度头电 机得电 分度头旋转 90 度 SQ1 又重新为 ON 拖板快进 工进并启动主 轴 至 SQ3 延时停留 拖板快退 主轴停 至 SQ2 为 ON 分度头电机得 电 分度头旋转 90 度 SQ1 又重新为 ON 拖板快进 工进并启动主轴 至 SQ3 延时停留 拖板快退 主轴停 至 SQ2 为 ON 分度头电机得电 分度头旋转 90 度 SQ1 又重新为 ON 操作旋钮 SA1 后电磁阀 YA2 失电压 紧油缸动作松开工件 再次安装工件 如此实现半自动循环 按下停止 按钮后 可随时停止主轴 拖板能随时快退至至 SQ2 为 ON 各种工序变换 均由 LJ12A3 4 Z EX 接近开关控制电磁阀的动作顺序来实现 第 6 页 共 10 页 根据上述控制过程 90 度分度专用机床液压驱动是以液压油为工作 介质进行能量传递和控制的 其加工控制按钮 位置开关等可作为 PLC 的 输入设备 通过 PLC 的输出量对电磁阀进行控制 而主轴电机 润滑泵电 机 分度电机启动与停止可通过 PLC 的输出量对接触器控制得以实现 四 设计过程四 设计过程 1 1 硬件设计 硬件设计 1 I O 设备及 PLC 型号确定 根据加工控制要求 本系统输入设备有液压启动按钮 液压停止按钮 循环启动 紧急停止按钮 自动手动选择旋钮 手动进给旋钮 手动主轴 转 手动冷却开停 手动分度头正转按钮 手动分度头反转按钮 手动分 度头停止按钮 压料旋钮共 12 个 位置开关 3 个 共需 15 个输入点 输 出设备有电磁阀 2 个 接触器 5 个 输出点需 7 个点 选用 DK PC80 该 型号功能较强 经济 故障较低 2 I O 端口分配 考虑操作及观察维护方便 输入 输出端分配如表 1 所示 表 1 I O 地址分配表 输入量输出量 循环启动按钮 SB1 0 0 主轴电机接触器 KM1 4 0 自动手动选择旋钮 SA1 0 1 液压泵电机接触器 KM2 4 1 手动进给旋钮 SA2 0 2 分度头电机正转 KM3 4 2 手动分度头正转按钮 SB3 0 3 分度头电机反转 KM4 4 3 手动分度头反转按钮 SB4 0 4 冷却泵电机 KM4 4 4 手动分度头旋转停止按钮 SB5 0 5 电磁阀 YV1 4 5 手动主轴旋钮 SA3 1 4 电磁阀 YV3 4 6 手动冷却旋钮 SA4 1 5 位置开关 SQ1 0 6 位置开关 SQ2 0 7 第 7 页 共 10 页 位置开关 SQ3 1 0 紧急停止按钮 SB2 1 1 液压启动按钮 SB6 1 2 液压停止按钮 SB7 1 3 压料旋钮 SA5 1 6 3 PLC 硬件接线图 本文后附该机床电气原理图 根据 I O 端口分配 PLC 硬件接线图如图 3 所示 C 01234 567 DK PC80 01234567 C OD OB 电源基架 CPU AC110V SB1SA1 SA2 SB3SB4SB5SQ1SQ2 SQ3SB2 SB6SB7 0 00 1 0 20 30 40 50 60 7 1 01 11 21 3 C 76543 210 DK PC80 765432 10 C L 24V OA 4 0 4 14 24 34 4 4 5 4 6 KM1KM2KM3KM4KM5 YV1 YV2 图 3 PLC 硬件接线图 2 2 设计 设计 PLCPLC 控制程序控制程序 根据上文介绍的本机床的工作过程要求以及 DK PC80 对编程的规定 第 8 页 共 10 页 编制以下程序 梯图附后 该程序 经调试运行良好 达到控制要求 五 实践验证情况五 实践验证情况 该机床经近一年的工作 达到设计要求 大大增加公司的十字轴中心 孔加工的劳动生产率 在生产过程中我们也发觉了其中的不足 仅能加工 十字轴的 90 度中心孔 不能对其它角度的加工 我们的十字轴产品要进 行端面铣加工 可是该机床不能加工 加工范围比较狭窄 由于该机床机 械设计原因 SQ1 接近开关调整精度对 90 度分度精度影响较大 不适合加 工高精度 90 度分度的十字轴 如用该机床用数控化改造 分度电机 进给油缸用交流伺服电机拖动 在加一层横拖板也用交流伺服电机拖动 主轴电机用变频器控制 则该机 床加工精度与范围将大大拓展 该机床用 PLC 实现 90 度分度专用机床的控制 可为液压系统的 PLC 改造提供思路 PLC 正在快速地改变着电气控制技术的面貌 并成为电气控制领域人 们改造自然 创造财富的有力工具 随着 PLC 硬件 软件的不断进展 改 变着控制系统的设计理念 在用微电子技术改造传统产业的过程中 传统 的继电器控制系统必将被 PLC 所取代 六 结束语六 结束语 随着 PLC 应用领域的不断拓宽 如何高效可靠的使用 PLC 也成为其发 展的重要因素 21 世纪 PLC 会有更大的发展 产品的品种会更丰富 规 格更齐全 通过完美的人机界面 完备的通信设备会更好地适应各种工业 控制场合的需求 PLC 作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部 分 将在工业控制领域发挥越来越大的作用 参考文献 参考文献 1 朱梅 朱光力 液压与气动技术 M 西安 西安电子科技大学出版社 2007 2 吴中俊 黄永红 可编程控制器原理及应用 M 北京 机械工业出版