CB7620型卡盘多刀半自动车床的PLC改造.doc

国家职业资格全省统一鉴定维修电工技师论文（国家职业资格二级）论文题目：CB7620型卡盘多刀半自动车床的PLC改造姓 名： 刘丽萍 身份证号：准考证号： 所在省市： 江苏省常州市 所在单位： 江苏省华冠电器集团有限公司 华冠电器集团 维修电工技师论文CB7620型卡盘多刀半自动车床的PLC改造姓名：刘丽萍单位：华冠电器集团摘要：CB7620型卡盘多刀半自动车床是轴承行业广泛运用的专用车床。该车床电路中使用了大量的中间继电器和时间继电器，由于该设备一般工作环境较差，且持续工作时间长，线路老化和继电器故障经常发生，有时严重影响生产进度。为提高设备的利用率，降低故障率，更好地进行生产，因此需对设备进行技术改造。通过采用PLC对系统进行改造后简化了电气线路，减少了继电器，使操作更加方便，运行更加可靠。关键词：PLC CB7620卡盘多刀半自动车床 电气线路改造 目 录第一章 系统概述11.1机床的主要结构11.2机床的主要技术参数 3第二章 液压系统工作原理及液压元件42.1主要液压元件及其用途 42.2液压器件的工作原理 52.3电气原理 62.4机床的操纵方法步骤 72.5主要电器元件表 10第三章 PLC对车床的改造113.1 PLC的特点和改造前后的优缺点113.2 PLC对车床的控制133.3 PLC的选型与I/O分配表 153.4 PLC对车床改造后的电气系统图16第四章 控制程序184.1 梯形图是设计与分析 184.2 程序梯形图总图 21结束语 22答谢词 23参考文献24附录25附录1 25附录226附录328附录429第一章 系统概述1.1机床的主要结构及参数图1 CB7620卡盘多刀半自动车床外形图1.机床的主要结构(1)床身Cb7620车床的床身为一箱体铸件，里面是油箱。它既是支承的部件，又是连接的部件。它的前、后、左开有窗口，前窗口装的是液压元件，左窗口装的是油泵，后窗口用以维护液压系统。(2)主轴箱 主轴箱为一箱体铸件，主电动机通过四根B型三角皮带将动力传递主轴箱的1轴，经过2轴传递主轴，主轴箱内为齿轮变速系统，可通过一双联滑移齿轮,两个固定齿轮，一对交换齿轮实现四级变速。变速时，通过操纵主轴箱正面的手柄及交换箱内的交换齿轮来实现。主轴的前支承采用了一个3182141型双列向心短圆柱滚子轴承，后支承采用了一个圆锥滚子轴承和一个单向推力球轴承，前轴承间隙借助于螺母调整，后轴承间隙借助于螺母调整。(3)刀架结构及调整后刀架除底板结构不同外，其余结构相同。整体刀架由上滑板、下滑板、下导轨及底板组成，用以加工锥度零件，为润滑旋钮。辅助油缸后面装有手轮，用来微动调节刀具，调节完后，用扳手锁紧前后螺套。主油缸后端盖上有一球头圆杆,当圆杆插入活塞杆的小塞杆时，即变为工作进给。操作者可根据具体需要，用扳手转到调节螺杆，确定小活塞杆的位子，即可得到工进的要求距离。顺时针旋转调节螺杆，使工进的距离变短，反之则变长。经过一段较大时间的工作之后，如果上滑板与下滑板的接触表面或下滑板与导轨的侧表面出现间隙，可转动调节螺钉,以调整塞铁来消除，调整完后要固定好塞铁。用扳手松开4个M16T型螺栓，可以调整刀架与主轴的径向距离和轴向距离后，要锁紧4个T型螺栓。(4)卡紧油缸卡紧油缸由分油器和工作油箱组成，用4个螺栓与主轴后端法兰盘相连接，分油器与液压管路相连接，分配液压油进入工作油缸的前腔和后腔，使工作缸的活塞做轴向位移，完成卡紧，松开动作。(5)液压装置液压元件集成组装在一个液压块上，安设在床身内。液压用油一般采用20号机床液压箱，油箱要保持清洁，根据使用条件更换机油，一般8个月更换一次。(6)油泵装置油泵与油泵电机安装在同一泵座上，油泵的吸油口安装有滤油器，滤油器应每三个月清洗一次。(7)制动器及三角皮带的调整制动器安装在主电机底板上，通过压力推动活塞对电动机皮带轮进行刹车，闸皮与皮带轮的距离可以调整，调整到最佳距离后，将M16大角扁螺母锁紧。主电机安装在主轴箱的后下面，松开电机底板上的4个M16螺栓就可以调整三角皮带的松紧度，调整完后将4个M16螺栓锁紧。2.机床的主要技术参数1 加工范围最大加工直径200最大加工长度100 2 主轴转速范围（4级）180710r/min3 主轴孔径504 主轴前端锥孔莫氏6号5刀架数目2部6 刀架最大行程1207 刀架让刀行程28 刀架回转角度任选9 单刀架快进速度8m/min10 工作进给速度无级11 油泵压力6.3MPa 油泵流量32L/min12 液压系统工作压力1.52MPa13 长紧油缸工作行程2214 长紧油缸工作压力1.21.4MPa15 长紧油泵最大拉力2290kg16 主电机功率7.5KW17 油泵电机功率22KW18 机床重量约1800kg19 外形尺寸（长*宽*高）1800*1370*1360二.液压系统工作原理及液压元件1.主要液压元件及其用途：滤油器：防止污物进入液压系统。叶片油泵：供给压力油。溢流阀：调整和保持液压系统压力的基本稳定，维护压力系统的安全。减压阀:减低液压系统中某一部分的压力，并使这一部分油压比油泵所提供的油压稳定。电磁阀：变换油液流动方向，接通或关闭油路。压力表：显示不同点的工作压力。压力表开关：为压力表提供不同点的油压并能关闭所有测量点。单向调速阀：单方向控制并稳定油量。 图2 CB7620车床液压原理图2.液压器件的工作原理：（1）刀架的液压工作原理 启动油泵后压力油分别经电磁阀（YV1）、（YV2）进入刀架主油缸及辅助油缸的后腔，同时经减压阀进入电磁阀（YV3），再进入卡紧油缸，按动刀架启动按钮，电磁阀（YV2）得电，油路换向，通过球头阀杆实现快慢速控制，旋转单向调速阀即可得到工作进给实现无级调速。当刀架工作到终点时，碰上单触点开关，电磁阀（YV2）断电，油路换向，实现刀架的让刀和快速后退运动。（2）卡紧和刹车油缸的液压工作原理通过电磁阀（YV3）的通断。实现卡紧油缸松卡动作与制动器动作。3.电气工作原理1.接通机床电源：插入钥匙开锁，逆时针旋转控制柜手柄到通电位置，电源指示灯亮，表明机床接通电源。2.油泵启动与停止：按油泵启动按钮SB3，油泵即开始工作，按总停按钮SB1，油泵停止。3.主轴点动：当按下油泵启动按钮SB3后，将旋钮SA1交替旋至接通与断开位置，即可实现主轴点动。4.刀架及刀具的调整：将旋钮SA1旋至0位，旋钮SA2或SA3旋至I位，按动按钮SB4时，前刀架或后刀架快进工作碰SQ1或SQ2后暂停，按动蘑菇头按钮SB2刀架复位。5.卡紧与松开：将旋钮SA4旋至I位时，卡具夹紧，搬至另一位置时，卡具松开。6.刀架快退：当发生意外故障时或需要刀架快速退回原位，按动蘑菇头按钮SB2，主轴停转，刀架快退。7.对刀：搬动按钮SA5到I位，可实现任意前进点动对刀，与此同时按快退按钮可实现后退点动对刀，配合单触点实现定位对刀。8.工作：完成下列动作时，首先将旋钮SA1旋至I位。（1）前刀架单独工作：将前刀架动作选择按钮SA2旋至I位置，将后刀架动作选择旋钮SA3旋至0位置。（2）后刀架单独工作：将SA3旋至I位置，将SA2旋至0位置。（3）前后刀架同时工作：将SA2、SA3均旋至I位置。（4）前后刀架顺序工作：将SA2旋至I位置，SA3旋至II位置。（5）后前刀架顺序工作：将SA3旋至I位置，SA2旋至II位置。9.注意事项：（1）机床检修时应先切断电源；（2）接地螺钉必须与车间接地网可靠连接；（3）自动开关QF为短路过载保护；（4）机床的电气设备应定期进行大、中、小型维修。在使用本机床前，必须了解操纵手柄及个旋钮的用途，以免损坏机床。操纵机床时应注意： 主轴箱手柄只许在停车时搬动。 刀架各锁紧螺栓有无松动，若有松动要及时用扳手锁紧。4.机床的操纵方法步骤1.油泵启动及调整油压按下油泵启动按钮SB3,油泵工作，根据工作需要转动溢流阀手柄，使刀架系统工作压力稳定在1.52.0MPa。转动减压阀手柄，使卡紧油缸系统工作压力在1.21.4MPa。测试压力时，将压力表开关手柄向里推进后，将手柄箭头转动上方位置测到系统工作压力；转到下方位置为卡紧油缸系统工作压力。测试完后将手柄向外拉出，使压力表卸荷。2.前后刀架动作的选择：（1）前刀架单独工作：将前刀架动作选择按钮SA2旋至I位置，将后刀架动作选择旋钮SA3旋至0位置。（2）后刀架单独工作：将SA3旋至I位置，将SA2旋至0位置。（3）前后刀架同时工作：将SA2、SA3均旋至I位置。（4）前后刀架顺序工作：将SA2旋至I位置，SA3旋至II位置。（5）后前刀架顺序工作：将SA3旋至I位置，SA2旋至II位置。3.主轴动作选择：a隧刀架同时工作：旋钮SA1旋至I位。b主轴停止工作：旋钮SA1旋至0位。c点动：旋钮SA1反复旋至II位。4.机床的工作启动：启动油泵并调好油压后，根据工艺要求，选择号刀架动作，并将旋钮SA1转至I。旋转旋钮SA4，实现工件松卡。按动刀架启动按钮SB4主轴转动，刀架按选择的动作运动。当刀架上的单触点相接触即碰撞螺钉SQ1顶在下导轨上单触点时，加工完毕，刀架快速退回到原位，主轴停止。旋转旋钮SB4卡具松开，取下工件。5.刀架的调整：a 刀架的动作程序：前后两部刀架的工作状态相同，其一个方向工作行程包括快进、工进、快退。其垂直方向只有让刀运动，包括进刀和退刀。如需要由车削外圆改为车削内孔或由车削内孔改为车削外圆时，在让刀油缸与走刀油缸上调换相应肢管后，刀架只用于车端面及倒角，不需改接辅助油缸油管。两部刀架的动作程序如图3所示。 前刀架 车外圆 车内孔 工进 快退 快退 退刀 进刀 退刀 进刀 快退 进刀 工进 快进 快进 快 后刀架 工 退 进 退刀 图3 GB7620车床动作程序图如果不需要让刀时，可将辅助油缸的活塞锁紧，锁紧方法是转动滚动螺母并紧死在辅助油缸的后盖上。 b 对刀：c 碰撞螺钉的调节：试刀第一个工件前，按电气说明对好刀具位置，试车工件达尺寸后用防松螺母吧碰撞螺钉锁紧。d 切削深度的微量调节：转动调节手柄，调节后，将六角螺套锁紧。e 快速行程的调节：转动调节螺杆，顺时针旋转，工进缩短，逆时针旋转工进加长。f 机床工作异常时的处理：机床工作台，若发现有不正常的现象时可按刀架快退按钮，刀架立即快退回到原位，同时主电机断电停转。也可以按总停按钮，主电机停转，刀架就地停止，下次油泵启动后，刀架再退回原位。四.主要电器元件明细表在该设备中主要用到的电气元件如表1所示。表一 主要电器元件明细表元件名称元件型号数量元件参数按钮开关(1)LA25-11J/3UN：24VPN：1W按钮开关（2）LA25-11X/1UN：24VPN：1W转换开关（1）LAY7-11X/41UN：24VPN：1W转换开关（2）Y090-11X/32UN：24VPN：1W转换开关（3）LAY37-11*22UN：24VPN：1W位置检测开关CS-F2UM:DC524VIM:560mA热继电器CDR2-20/Z1UN：380VIN：20A交流接触器CJ19-25/442UN：220VIN：18A二位二通直流电磁阀20E1-63B1UN：DC24V工作压力：0.05-0.85Mpa二位四通直流电磁阀Z4E1-25B3UN：DC24V工作压力：0.05-0.85Mpa第二章 PLC对车床的改造PLC是一种专门为在工业环境应用而设计的进行数字运算操作的电子装置。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，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，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体和易于扩展其功能的原则而设计。图4 三菱PLC FX2N-48MR型号外形图一.PLC的特点和改造前后的优缺点该车床工作环境差，继电器和接触器组成的电气控制电路的故障率高，检修周期长，长时间使用后，电气控制系统线路容易老化，继电器故障也会频繁出现，检修也比较困难。在经过改造后优化了线路，使线路更加简单易懂，而且减少了继电器的使用，减少了因老化而产生的各种事故。1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2.配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 2易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。3.维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。4.体积小，重量轻，能耗低PLC的底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。二.PLC对车床的控制PLC控制系统的设计基本原则1.最大限度的满足被控对象的控制要求。2.在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。3.保证控制系统安全可靠。4.考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC容量时应适当留有余量。5.PLC控制系统设计的一般步骤（1）流程图功能说明a根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作（动作顺序、动作条件及必备的保护和联锁等）、操作方式（手动、自动等）。b根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备。据此确定PLC的IO点数选择PLC。c分配PLC的IO点，设计IO电气接口连接图。d进行PLC程序设计（2）工艺过程和控制要求 图5工艺流程图车床车削加工工作示意图如图6所示，图6 CB7620车床车削加工工作示意图用PLC控制后，车床的工作要求如下：将QF置ON状态，给车床供电，按下SB3，油泵启动。旋转SA4,工件夹紧，旋转SA5，完成对刀校准。主轴和刀架：旋转SA1-1置ON,刀架工作方式有如下五种：a前刀架单独工作：旋转SA2-1,在按下SB4,前刀架单独快进，旋转SA1-2,刀架工进，压下SQ1延时快退。b后刀架单独工作：旋转SA3-1,在按下SB4,后刀架单独快进，旋转SA1-2,刀架工进，压下SQ2延时快退。c前后刀架同时工作：旋转SA2-1、SA3-1，在按下SB4,前后刀架同时快进，旋转SA1-2,前后刀架同时工进，压下SQ1、SQ2延时快退。d先前再后刀架工作：旋转SA2-1和SA3-2,按下SB4,前刀架先快进工进，压下SQ1,前刀架延时快退，后刀架快进工进，压下SQ2,后刀架延时快退。e先后再前刀架工作：旋转SA2-2和SA3-1,按下SB4,后刀架先快进工进，压下SQ1,后刀架延时快退，前刀架快进工进，压下SQ2,前刀架延时快退。(4)工件加工完毕，主轴停止，工件放松。(5)车床的工作方式：半自动。三.PLC的选型与I/O分配表在本次改造中我选用的是三菱的PLC，该PLC的特点有如下几点1. 控制规模：16256点2. 内置8K容量的RAM存储器，最大可以扩展到16K3. CPU运算处理速度0.08S/基本指令4. 在FX2N系列右侧可连接输入输出扩展模块和特殊功能模块5. 基本单元内置2轴独立最高20kHz定位功能(晶体管输出型）FX2n系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2n系列具备如下优点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。为大量实际应用而开发的特殊功能：开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要-模拟I/O，高速计数器。定位控制达到16轴，脉冲串输出或为J和K型热电偶或Pt传感器开发了温度模块。 对每一个FX2n主单元可配置总计达8个特殊功能模块。网络和数据通信：连接到世界上最流行的开放式网络 CC-Link，Profibus Dp和DeviceNet或者采用传感器层次的网络解决您的通信需要。其它功能：内置式24V直流电源 24V、400mA直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。快速断开端子块：因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元。时钟功能和小时表功能：在所有的FX2NPLC中都有实时时钟标准。时间设置和比较指令易于操作。小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。持续扫描功能:为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。 输入滤波器调节功能 可以用输入滤波器平整输入信号（在基本单元中x000到x017）。注解记录功能：元件注解可以记录在程序寄存器中。在线程序编辑：在线改变程序不会损失工作时间或停止生产运转。 远程维护：远处的编程软件可以通过调制解调器通信来监测、上载或卸载程序和数据。密码保护：使用一个八位数字密码保护您的程序。PLC的选型：在本次改造中我选用的是三菱系列中的FX2N-48MR型号它的输入输出为：输入点24，继电器输出24。因为该型号PLC除了以上特点之外还有系统配置既固定又灵活、编程简单备有可自由选择，丰富的品种 、令人放心的高性能、高速运算、使用于多种特殊用途、外部机器通讯简单化、共同的外部设备等优点。它的I/O输入输出分配表如表二所示。四.PLC对车床改造后的电气系统图I/O电气接线图CB7620卡盘多刀半自动车床PLC接线图如图附录3所示SQ1和SQ2为前后刀架的行程开关分别接X16、X17，按钮SB1SB4分别接X0X3,转换开关SA1-1、SA1-2、SA1-3分别接X4、 X5、 X6三个输入，SA2-1、SA2-2分别接X7、X10，SA3-1、SA3-2分别接X1I、X12,SA4和SA5分别接X13、X14，FR1过载保护接X17,输出Y0Y3分别接变频器STF、STR、RM、RL。Y4、Y5分别接KM1、KM2。Y10Y13分别接电磁阀的YV1YV4.要注意的是PLC与外接感性负载连接时，为防止误动作或瞬间干扰，对感性负载要加入抗干扰措施。若是直流接口电流，要在感性负载两端并联二极管，并联的二极管可选1A的管子，其耐压值大于负载电源的510倍。接线时注意二极管的极性。若是交流负载，要与负载并联阻容吸收回路，阻容吸收电路的电阻可选51120欧姆，功率为2W以上，电容可取0.10.47F，其耐压应大于电源峰值电压。表二 I/O输入输出分配表输入输出器件代号地址号功能说明器件代号地址号功能说明SB1X0紧急停止KM1Y0主轴工作SB2X1工作停止KM2Y1油泵工作SB3X2油泵启动YV1Y2前刀架工作SB4X3刀架启动YV2Y3后刀架工作SA1-1X4刀架选择YV3Y4工件松紧SA1-2X5主轴启动YV4Y5对刀SA1-3X6主轴点动KA1M1前刀架辅助SA2-1X7前刀架选择KA2M2后刀架辅助SA2-2X10SA3-1X11后刀架选择SA3-2X12SA4X13工件夹紧SA5X14对刀控制SQ1X15前刀架限位SQ2X16后刀架限位FR1X17过载保护第三章 控制程序CB7620卡盘多刀半自动车床的程序控制要求如下：按下油泵启动按钮SB3,油泵工作，根据工作需要转动溢流阀手柄，使刀架系统工作压力稳定在1.52.0MPa。转动减压阀手柄，使卡紧油缸系统工作压力在1.21.4MPa。测试压力时，将压力表开关手柄向里推进后，将手柄箭头转动上方位置测到系统工作压力；转到下方位置为卡紧油缸系统工作压力。测试完后将手柄向外拉出，使压力表卸荷。启动油泵并调好油压后，根据工艺要求，选择号刀架动作，并将旋钮SA1转至I。旋转旋钮SA4，实现工件松卡。按动刀架启动按钮SB4主轴转动，刀架按选择的动作运动。当刀架上的单触点相接触即碰撞螺钉SQ1顶在下导轨上单触点时，加工完毕，刀架快速退回到原位，主轴停止。旋转旋钮SB4卡具松开，取下工件。一.梯形图设计与分析按下按钮X2油泵电机开始运转，并且自锁。将转化开关X6打到闭合状态，因为油泵得电自锁，辅助继电器M0点动。当辅助继电器M1得电闭合，油泵Y1闭合时，按下X5，辅助继电器M3得电。当M0或M3得电时Y0也得电，主轴电机转动。将转换开关X7打到闭合，按下按钮X3（将转换开关X10打到闭合，计时器T1 5秒后闭合）辅助继电器M1得电自锁。将转换开关X11打到闭合，按下按钮X3（将转换开关X12打到闭合，计时器T0 5秒后闭合）辅助继电器M2得电自锁。将转换开关X4打到闭合，当M1得电时，拨动行程开关X16，T0开始计时（当M2得电时，拨动行程开关X17，T1开始计时）。当辅助继电器M1得电闭合时，前刀架工作。当辅助继电器M2得电闭合时，后刀架工作。将转换开关X13打到闭合，调节工件松紧。将转换开关X14打到闭合，调节对刀。二程序梯形图总图结束语 时光飞逝，转眼间已经在技校学习了5年了，在外面工作已经3年了，在这8年中我们学习了各种知识，而本次技师论文是对以前所学知识综合运用能力以及自我学习能力的一次考验。在这次技师论文中，我充分认识到了以前所学习的知识还不够全面，在学校的学习只是为了给我们打好一个基础，而真正要学的知识还有很多，需要要靠自己不断地钻研。只有通过不断的学习融合才能使