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平面磨床 M7130 PLC 控制 毕业设计

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毕业设计 13 目录 第1章 绪 论 1 1.1 本课题的研究意义及必要性 1 1.2 相关领域国内外应用的现状及发展趋势 2 第2章 M7130平面磨床的原理结构 3 2.1 M7130平面磨床的主要结构 3 2.2 M7130平面磨床的原理 4 第3章 平面磨床的主要运动形式与控制要求 6 3.1主运动 6 3.2 进给运动 6 3.3 辅助运动 7 第4章 M7130平面磨床电气分析 8 4.1电气控制设计 8 4.2 主电路分析 8 4.3控制电路分析 8 4.3.1电动机的控制 9 4.3.2电磁吸盘的控制 9 4.3.3照明及指示灯的控制 10 第5章 PLC介绍 11 5.1 PLC简介 11 5.2 PLC基本结构 11 第6章 M7130平面磨床电气控制线路的PLC改造 12 6.1 输入输出的设计 12 6.2 PLC的外部接线 12 6.3 PLC改造M7130平面磨床软件设计 13 参考文献 14 第1章 绪 论 1.1 本课题的研究意义及必要性 磨床是用砂轮周边或端面进行机械加工的精密机床。它不但能加工一般金属材料，而且能加工一般金属刀具难以加工的硬材（如淬火钢，硬质合金等）。利用磨削可获得较高加工精度和光洁度，而且加工余量较其他加工方法小的多。所以磨床广泛用于零件加工。由于精密铸造和精密锻造工艺的进步，使得零件不经其他切削加工而直接磨削成成品。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，在金属切削机床中所占比重不断上升，在工业发达国家占金属切削机床的13%-27%。磨床种类很多，按其工艺分为外圆磨床、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、齿轮磨床、球面磨床、花键磨床、导轨磨床与无心磨床等。其中以平面磨床最为普通。 图1.1 M7130磨床 1.2 相关领域国内外应用的现状及发展趋势 磨床是金属切削机床中的一个大类，以精度高、品种多着称，是能源、交通、冶金、航天、军工等行业精密加工必备的设备之一。随市场经济体制的建立和不断完善，以及企业制度改革的深化，磨床制造企业和其它企业一样，不断加强适应市场的能力。在“以中国的装备装备中国”政策的激励下，磨床生产与市场的需求情况发生很大的变化。近几年来，市场对磨床的需求量不断增长，磨床的产量与销售量也在逐年增长。 中国加入WTO后，中国磨床市场将进一步对国外开放，国外产品进入中国市场的步伐在加快，国外企业家会纷纷来中国投资、办企业，在中国生产磨床以降低成本，国内磨床市场的竞争将会更激烈。机遇与挑战是并存的，由於中国进入WTO，国外磨床市场也对中国开放，中国磨床也有出口竞争的机遇 中国产品有更多机会进入国际市场，国外产品也会以更大的增长幅度进入中国磨床市场，中国磨床的高新技术含量和数控化率会在市场竞争得到提高和发展。相信中国磨床市场的发展空间会更大，磨床市场的竞争也会更激烈。 磨削技术经过近几年的快速发展，已进入了一个成熟化、精细化、实用化的平稳发展阶段。在展会上，虽未发现全新的概念性的机型，但几年前一些国际顶级磨床制造商引领的磨削新理念已得到了世界磨床制造领域的广泛认同。 首先能够实现多种磨削工艺的数控复合磨床（包括卧式和立式）受到了大多数国际知名磨床制造商的认同和追捧。例如：STUDER 公司的 S31、S33、S120,勇克（JUNKER）公司的 QUICKPOINT 3000，达诺巴特（DANOBAT）公司的 HG-71和克林贝格（ KELLENBERGER ）公司的RS125/430。此类机床普遍采用数控转塔式砂轮架。 我国在磨床技术水平与世界前沿水平还存在很大差距，总之，许多在几年前的前沿性的、概念性的磨削技术当今已得到了广泛的应用。我国的磨床企业既不能不加选择的盲目照搬和跟随，也决的观望和抵触。只有立足于充分的市场调研和认真分析用户零件工艺的基础上，虚心学习并吸收先进的技术，扎扎实实的发展自己的产品，才能跟上世界机床技术的发展潮流。同时，应大力鼓励前沿性、原创性的研究。 第2章 M7130平面磨床的原理结构 2.1 M7130平面磨床的主要结构 M7230 是卧轴圆台平面磨床:适用于磨削圆形薄片工件,并可利用工作台倾斜磨出厚薄不等的环形工件。卧轴矩台平面磨床，国家标为M71系列平面磨床，即带有卧式磨头主轴，矩形工作台的平面磨床。主要功能是用砂轮的周边磨削工件的平面，也可以用砂轮的端面磨削工件的槽和凸缘的侧面，磨削精度和光洁度都较高。适宜于磨削各种精密零件和工模具，可供机械加工车间、机修车间和工具车间作精密加工使用。中国传统的卧轴矩台平面磨床是从原苏联引进并消化改进的M71系列，特点是磨床主轴侧挂，主轴采用轴瓦支承，适合粗加工重切削。近年来欧美国家更流行是十字鞍座结构的卧轴矩台平面磨床，主轴采用精密精珠轴承支承，更适合于精密磨削。 M7130具有以下特点： （1）机床布局采用立柱右置，磨头、拖板与立柱的结构有新的突破，整机刚性更好。 （2）磨头采用国际通行的滚动轴承结构形式。 （3）机床的垂直、横向进给运动采用滚珠丝杠副，进给灵敏度高。 （4）工作台纵向运动由叶片泵驱动，运动平稳，噪声小。油池配有冷却装置，温升低，热变形小。 （5）磨头垂直运动有快速升降装置，操作方便，横向运动由变频电机驱动，可无级调速。 （6）机床的垂直、横向进给部分留有伺服电机安装位置，根据需要可配置数控系统成为数控机床。 图2.1 卧轴平面磨床外形结构图 1—立柱；2—滑座；3—砂轮箱；4—电磁吸盘；5—工作台；6—床身 2.2 M7130平面磨床的原理 工作台上装有电磁吸盘，用以吸持工件。工作台在床身导轨上作往复运动（纵向运动）。固定在床身上的立柱上带有导轨，滑座在立柱导轨上作垂直运动；而砂轮箱在滑座的导轨上作水平运动（横向运动），砂轮箱内装有电动机，电动机带动砂轮作旋转运动。 平面磨床在加工工件过程中，砂轮的旋转运动是主运动，工作台往复运动为纵向进给运动，滑座带动砂轮箱沿立柱导轨的运动为垂直进给运动，砂轮箱沿滑座导轨的运动为横向进给运动。 工作时，砂轮旋转，同时工作台带动工件右移（如图2.2所示），工件被磨削。然后工作台带动工件快速左移，砂轮向前作进给运动，工作台再次右移，工件上新的部位被磨削。这样不断重复，直至整个待加工平面都被磨削。 图2.2 矩形工作台平面磨床工作图 1—砂轮；2—主运动；3—纵向进给运动；4—工作台；5—横向进给运动； 6—垂直进给运动 第3章 平面磨床的主要运动形式与控制要求 3.1主运动 主运动指的是砂轮的高速旋转，其控制的要求有三点： （1） 为保证磨削加工质量，要求砂轮有较高的转速，通常采用两级笼型异步电动机。 （2） 为提高主轴的刚度，简化机械结构，采用装入式电动机，将砂轮直接装到电动机轴上。 （3） 砂轮电动机只要求单向旋转，可直接启动，无调速和制动要求。 3.2 进给运动 进给运动有三种形式：工作台的往复运动（纵向进给）、砂轮架的横向（前后）进给、砂轮架的升降运动（垂直进给）。 工作台的往复运动（纵向进给）： （1） 液压传动，因液压传动换向平稳，易于实现无极调速。液压泵电动机M3拖动液压泵，工作台在液压作用下纵向运动。 （2） 由装在工作台前侧的换相当铁碰撞床身上的液压换向开关控制工作台进给方向。 砂轮架的横向（前后）进给： （1） 在磨削的过程中，工作台换向时，砂轮架就横向进给一次。 （2） 在修正砂轮或调整砂轮的前后位置时，可连续横向移动。 （3） 砂轮架的横向进给运动可由液压传动，也可用手轮来操作。 砂轮架的升降运动（垂直进给）： （1） 滑座沿立柱的导轨垂直上下移动，以调整砂轮架的上下位置，或使砂轮磨入工件，以控制磨削平面时工件的尺寸。 （2） 垂直进给运动是通过操作手轮由机械传动装置实现的。 3.3 辅助运动 辅助运动主要有工件的夹紧、工件的冷却。 各自的控制与要求： 工件的夹紧： （1） 工件可以用螺钉和压板直接固定在工作台上。 （2） 在工作台上也可以安装电磁吸盘，将工件吸附在电磁吸盘上。因此，要有充磁和退磁控制环节。为保证安全，电磁吸盘与三台电动机M1、M2、M3之间有电气联锁装置，即电磁吸盘吸合后，电动机才能启动。电磁吸盘不工作或发生故障时，三台电动机均不能启动。 工件的冷却： （1） 冷却泵电动机M2拖动冷却泵旋转供给冷却液。 （2） 要求砂轮电动机M1和冷却泵电动机要实现顺序控制。 第4章 M7130平面磨床电气分析 4.1电气控制设计 M7130型平面磨床电气控制线路图 图4.1 M7130型平面磨床电气控制电路图 4.2 主电路分析 主电路有三台电动机，M1为砂轮电动机，M2为冷却泵电动机，M3为液压泵电动机。M1由接触器KM1控制。插上插销X1后，M2将与M1同时启动和停止；不用冷却液时，可将插销X1拔掉。M3由接触器KM2控制。 三台电动机共用熔断器FU1作短路保护，M1和M2用热继电器FR1作长期过载保护，M3用热继电器FR2作长期过载保护。 4.3控制电路分析 控制电路可分为电动机控制电路和电磁吸盘控制电路以及照明和指示灯控制。 4.3.1电动机的控制 由控制按钮SB1、SB2与接触器KM1构成砂轮电动机M1的单向旋转直接启动控制电路；由控制按钮SB3、SB4与KM2构成液压泵电动机单向旋转直接启动控制电路。 这两台电动机的启动和停止都可独立进行。但想要启动电动机，只要在转换开关SA2的触点SA2闭合，或欠电流继电器KA的常闭触点KA闭合的条件下方可实现。 4.3.2电磁吸盘的控制 电磁吸盘控制电路可分为整流装置、控制装置和保护装置三部分。 电磁吸盘整流装置由整流变压器T1与桥式全波整流器VC组成，输出110V直流电压对电磁吸盘供电。 电磁吸盘由转换开关SA1控制。SA1有三个位置：充磁、断电和去磁。当SA1置于“充磁”位置时，触点SA1（301—303）与触点SA1（302—304）接通，整流器的输出经302—304—KA—306—YH—303—301使电磁吸盘YH通电。当SA1置于“去磁”位置时，触点SA1（301—305）、SA1（303—302）及SA1（8—6）接通，此时整流器输出经302—303—YH—306—KA—304—R2—305—301使电磁吸盘通电。在“充磁”状态时，电磁吸盘获得整流器输出的110V直流电压，极性为上负下正，并串入了欠电流继电器KA。电流足够大时，KA的常开触点闭合，为电动机控制电路的操作做好准备。在加工过程中，若吸盘电流大大降低或消失，KA的常开触点断开使电动机控制线路断电，电动机停转，以避免磨削时因吸力不足而使工件飞出。但是，在要单独对砂轮或工作台进行调整时，不需要电磁吸盘工作。这时，为使电动机控制电路也能操作，将SA1的一对触点SA1（8—6）与KA（8—6）并联。这样，在需要单独调整砂轮或工作台时，可将SA1扳在“去磁”位置，SA1（8—6）便闭合，使得电动机控制电路被接通。当开关SA1置于“去磁”位置时，电磁吸盘回路中串入了电阻R2，并且电磁吸盘获得的直流电压是上正下负，流过的直流电流与充磁时相反，实现了去磁。串入R2是为了适当减小去磁电流，以不致造成反向磁化。 工件对去磁要求严格，在取下工件后，还需要用交流去磁器进行处理。图中的插座X2就是为插接去磁器而预备的。 电磁吸盘线圈是一个大电感，当线圈断电时，两端会产生很高的自感电压，会把线圈绝缘损坏，以及在开关SA1上产生很大的火花，导致开关触点的损坏。为此，电路中接了电阻R3作为其放电回路，以释放线圈中储存的磁场能量。 另外，图中的R、C是用于吸收交、直侧通断时产生的浪涌电压，作为整流装置的过电压保护。 4.3.3照明及指示灯的控制 照明、信号电路分析控制变压器TC的二次侧输出24V电压，作为车床低压照灯和信号灯的电源。EL1为车床的低压照明灯由开关SA2控制，HL为电源信号灯。 EL2为电动机M1和M2的启动指示灯，EL3为电动机M3的运行指示灯。分别用交流接触器KM1和KM2的常开开关控制。 第5章 PLC介绍 5.1 PLC简介 早期的可编程控制器称作可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制，随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。PLC自1966年美国数据设备公司研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。 5.2 PLC基本结构 PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： a、 电源 b、 中央处理器（CPU） c、 存储器 d、 输入输出接口电路 e、 功能模块 f、 通信模块 5.3 三菱PLC的主要特点 a、 结构灵活 b、 传输质量高、速度快、带宽稳定 c、 范围广 d、 低成本 e、 适用面广 第6章 M7130平面磨床电气控制线路的PLC改造 6.1 输入输出的设计 根据其控制要求我们将PLC进行输入输出做出如下的分配： 三菱PLC（FX2N48MR）I/O分配表 6.2 PLC的外部接线 根据输入输出分配表，我们可将PLC的外部接线图画出（如下图）： PLC外部接线图 6.3 PLC改造M7130平面磨床软件设计 PLC改造M7130平面磨床电气控制线路梯形图： 从梯形图中我们可以看出： 在总开关闭合的情况下（KA得电常开闭合） 1、 按下SB7（X007）时，Y003得电自锁并充磁。 2、 M0得电，电磁吸盘充磁且工件吸牢，M0常开闭合。 3、 此时按下SB1（X001）砂轮启动或SB3（X003）液压启动按钮继电器Y000、Y001得电开始工作。 4、 按下SB2(X002)砂轮停止按钮或SB4（X004）液压停止按钮继电器Y000、Y001失电停止工作。 5、 SB5(X005)、SB6（X006）分别为冷去泵电动机的启停控制按钮。 6、 SB8（X010）为电磁吸盘退磁按钮。 7、 SA（X011）为照明灯控制开关。 参考文献 【1】 谢祥强，梁京章基于PLC的M7130平面磨床电气控制系统的改造 2009 【2】 陈鼎宁 机械设备控制技术 1999 【3】 廖常初 FX系统PLC编程及应用 2005 【4】 胡爱华，孙继东 PLC在平面磨床上的应用 2003 【5】 邢建国 基于PLC的磨床控制设计 1999

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