C534J1型双柱式车床

1、 专业综合设计与实践报告书 2013 /2014 第 2 学期 专 业 电气工程及其自动化 班 级 10 电 Y3 学 号 10124513 姓 名 刘帅 一、改造原因 2 二、C534J1 型双柱式车床的工作原理 2 三、C534J1 型双柱式车床的主电路和控制电路的分析 3 1、工作台起动和制动 3 2、工作台转速调节 4 3、横粱升降控制电路 5 4、刀架移动控制电路分析 7 四、改造方案 8 1、PLC的选型 8 2、控制变压器的选择 8 3、断路器 QF的选择 8 4、接触器 KM的选择 8 5、中间继电器 K 的选择 9 6、时间继电器 KT 的选择 9 五、输入 /输出 10 六

2、、梯形图设计 14 1、流程图 14 2、梯形图 18 七、调试方法 20 八、存在的问题及改进的方案 20 九、小结 21 十、参考文献 21 十一、附录 22 C534J1 型双柱式车床的 PLC改造设计 一、改造原因 C534J1 型立式车床主传动部分为交流异步电机经两个变速箱带动工作台 旋转，用液压控制滑移齿轮挂梁带动工作台旋转。 主要缺陷是， 一是原电气部分 为继电器控制方式， 电气控制元件及线路严重老化， 设备故障率高， 维修费用高； 二是由于主电路电机启动电流大， 对电网冲击很大， 能耗部分故障率也高； 三是 主传动及控制部分电气操作条件多， 不但增加了维修工作量， 也使整个系统

3、可靠 率降低。因此， 基于以上考虑改用可编程控制， 形成 PLC控制普通车床的控制系 统。通过改进，既可以提高系统的可靠性，用可以通过编程，灵活的改变其控制 程序。用 PLC 对系统进行逻辑控制和变速位置的数据处理，既能较好地实现原 工艺要求，简化线路，又提高了可靠性和机床的运行率。 二、C534J1型双柱式车床的工作原理 C534J1 型立式车床是一种双柱立式车床，具有两个刀架，一般应用于冶金 行业车制各种大型工件。可用于内外圆柱面、圆锥面、端面、内孔、切槽、切断 等加工。 C534J1 型立式车床是一种自动化程度要求较高的机电设备，它通常采 用继电器逻辑控制方式， 传统的继电器控制系统中使

4、用了大量的中间继电器、 时 间继电器。本车床通过主控电动机，油泵电机控制车床的动作，当电源接通后， 通过相应的指示灯判定润滑是否正常，导轨温度是否正常，当一切正常情况下， 通过按相应的按钮进行横梁的升降，刀架的移动等相应的动作完成相应的工作。 工作台起动时为避免过大的机械冲击， 用液压装置将工作台稍微抬起， 以减少导 轨摩擦，便于起动。工作台电动机为绕线式感应电动机， 采用转子两级电阻起动， 停车时反接制动。 三、C534J1型双柱式车床的主电路和控制电路的分析 工作台起动的条件：先起动油泵电动机一供给润滑油一油量足够时一水银 开关 SL触点闭台 KA5线圈得电吸合一使控制电路电源接通如图 2

5、.1。 1、工作台起动和制动 ( 1) 起动。接通控制电路电源后，指示灯 H2亮，说明润滑正常。在横粱夹紧 时压下 SQ1。在齿轮啮台正常时，限位开关 SQ3、SQ4复位，同时指示灯 H1亮， 以示齿轮啮合良好。 当工作台导轨油温过高达 50时。水银接触温度计 ST1将KA11 接通，报警灯H3亮，表示导轨温度过高； 当温度达到 60时，水银接触温度计 ST2 将KA12接通，使工作台自动停止工作。 按下起动按钮 SB6接触器 KMl1、中间继电器 KA13线圈得电吸合自锁，工 作台电动机 M1起动，同时使 KT1，KT2得电， KTl 延时 3-4s 后动作，使 KM1线 圈得电吸合 KT2

6、延时 7-8S 后动作，使 KM2线圈得电吸台， 实现逐级切除 Ml 电机 转子串电阻，完成平稳起动。 要油泵电动机 M7起动时，按下 SB20线圈 KM7得电，电磁铁 YA9得电推动油 压阀，油压使得工作台略有抬起。 当工作台起动结束， 按下 SB6线圈 KM2吸合后， 使 YA9 失电，工作台下降到正常位置。反转时，按下 SB11 后动作过程与正转时 类似。 (2 )制动。主拖动电动机采用反接制动当 M1电机转速高于 135150r min 时，速度继电器 SR的触点 SR -l 闭合，使 KA3吸合，为反接制动做好准备。 按下停止按钮 SB16时，切断 KM11、KA13线圈电源，电机

7、M1失电；同时 KM1、 KM2失电，又使转子电路外接电阻接入电路。在按下 SB16时，也使 KT4 得电。 当放开 SBl6 时， KT4失电，其动断触点延时闭合，使 KMl2 得电，电机 M1反接 制动，当电机转速降到 40r/min 以下时， SR-1触点复位断开，使 KA3失电，从 而切断 KMl2电源，电机 Ml 自由停车。 (3 )为了在安装工件或对刀时能够转动工作台， 电路中设置有点动控制。 点 动控制由按钮 SBlO、SBl5 完成，点动时仍有反接制动停车。 2、工作台转速调节 工作台转速调节由主变建箱和辅助变建箱配合调节，共有 18 种转速。变速 箱中的齿轮换接由电磁铁控制液

8、压装置完成。 工作台变速时，主电机应轻微转动， 便于齿轮啮台。 工作台调速步骤如下：按下调节器手柄，使箭头指向所需转速，再按下起 动按钮 SB6（SB11），主电机 Ml 起动，随即按下停车按钮 SB16 （SB16应一直按 着不放），使工作台自动停车转速逐渐降低，当降至相当低时，按下变速按钮 SB51，电磁铁 YA9失电， YA7得电，液压装置将推动齿轮换接。如变速完成，齿 轮未啮合好，则应按上面步骤重复操作一次。在上述操作中，如果按钮 SBl6 放 开。工作台便会在反接制动下迅速停车，不便于齿轮的换接。 图 2.1 立式车床工作台主拖动电气控制电路原理图（一） 图 2.2 立式车床工作台主

9、拖动电气控制电路原理图（二） 3、横粱升降控制电路 横粱升降控制电路如图 2.3 。立车切削工作时，横粱应夹紧在立柱上。横粱 在移动时，应先放松夹紧装置， 在移动结束后， 再将横絷夹紧。而在横梁下降时， 为消除丝杆和螺母间的空隙， 下降结束后应再使横粱回升一下。 横粱升降电路能 自动完成放松、上升、夹紧和放松、下降、回升和夹紧的工作程序。 在横粱上升时， 接上升按钮 SB52KA4吸台（因 SQ2未被压下），KM61得电， 夹紧电机 M6正转，夹紧装置放松。 放松到一定程度， 压下 SQ2，KM61失电，KM51 得电，升降电机 M5正转，横粱上升。松开按钮 SB52KA4失电 KM51失电

10、M5 停转，横粱上升停止。由于 KA4释放，使 KM62噬台，夹紧电机 M6反转，将横梁 夹紧。横粱夹紧到一定程度时，夹紧电机 M6负载增加，使夹紧电流上升到一定 值，电流继电器 KA动作， KM62失电横粱夹紧停止。 横梁下降时，接下降按钮 SB53，横粱放松和下降过程与上升时相同， 但 KM52 得电的同时，断电延时继电器 KT3也得电，为 KM51接通横粱回升作准备。当横 粱下降到位，松开按钮 SB53KA4，KM52、 KT3失电。因 KT3断电延时，使 KM51 得电，升降电机 M5正转横梁回升， KT3动台触点延时打开， KM51断电， M5失 电横梁回升停止，同时 KM62得电，

11、夹紧电机 M6反转，将横粱夹紧，横粱夹紧到 一定程度时，夹紧电机 M6负载增加，使夹紧电流上升到一定值，电流继电器 KA 动作， KM62失电，横粱夹紧停止。 为防止夹紧电机 M6起动时电流过大而使 KA误动作，在电路中设置了行程开 关 SQ1，该行程开关只有当横粱被夹紧时才被压住，这样，即使 M6起动时 KA 动 作，也不会使 KM62失电。同时， SQ1还有另外一个作用，就是与工作台连锁。 横粱放松时， SQ1未被压住，工作台不能起动。由干横粱升降，夹紧都是短时工 作，电动机工作在点动状态， SQl5、SQ16为上、下限位开关。 图 2.3 横粱升降控制电路 4、刀架移动控制电路分析 刀架

12、移动控制电路原理图(图见附录) 。刀架在横粱上可水平方向移动，滑 枕又可沿刀架上下移动。 刀架和滑枕都有进给移动、 快速移动和低速调整移动三 种工作方式。用十字开关 SA1作为刀架进给方向选择， SA5作为三种工作方式变 换的转换开关。 刀架的工作方式、 进给方向和进给速度都用电磁离合器控制。 左 右刀架的控制电路完全相同，这里只分析左刀架控制电路的工作原理。 (1) 刀架进给控制。工作台起动后，将转换开关 SA5放在“进给”位置，再 用 SA1选择进给方向，如滑枕向上运动，此时 KA14和 KA6 吸合，使 K2 - HL 得 电。查线跟踪可以看到，电磁离合器 YC29、YC2-L 得电。

13、YC29得电后接通刀架 垂直方向传动机构， YC2 -L 得电使水平方向的进给机构刹车，刀架不能在水平 方向移动。这时，再按下接钮 SB27， KM81得电，电机 M8正转，滑枕向上进给。 同样，当 SA1选定滑枕向下位置时，按下 SB27，则 KM82吸台 M8反转，滑枕向 下进给，将 SA1置中间，进给电机 M8停止。切削刀具装在滑枕下端。 刀架水平进给时。如 SAl 置刀架于中心位置， KA9得电， K2-LR 吸台，电磁 离台器 YC28，YC2-S得电。 YC28得电接通刀架水平进给传动机构， YC2-S得电将 滑枕刹车。 再按下 SB27，KM81得电。M8正转。刀架向离开中心方向

14、移动。 同样， 如 SAl 置刀架向中心位置，按下 SB27，则 KM82得电， M8反转，刀架向中心方向 移动。 (2) 刀架快速移动控制。 刀架快速移动为点动控制。 将 SA1放在所需方向上， SA5转至“快速”位置， KA20吸合，接通 KA21使电磁离合器 YC2-F、YC2l 相 继得电，接通刀架快速移动转动机构。再按下 SB27，KM81或 KM82得电，电机 M8正转或反转，刀架便在设定的方向快速移动， 由于 KA14来吸合，KM81或 KM82 无自锁，实现点动控制。 由于电磁离合器的线圈电磁很大， 在断开电路时，触点间将产生强烈的火花。 为了减弱断开时火花的强度，可在电磁离合

15、器线圈两端并联一个放电电阻。 四、改造方案 1、PLC的选型 PLC是一种以 CPU为核心的工业控制专业计算机， 其硬件结构与普通微机相 同，具有编程简单、可靠性高、通用性好及控制功能强等特点，主要用于完成较 复杂的继电器、接触器控制系统功能。在实际应用中，应根据设计要求，输入 / 输出点数以及所需继电器数目来选择型号。根据 C534J1 型双柱式车床的控制要 求，该车床的输入信号为 56 个点，输出信号为 30 个点，因此，本设计选用 FX2N-128MT-001 型 PLC。 2、控制变压器的选择 跟据设计需要，本设计中，变压器型号 :T1 为 BK-300,380V/127-6.3V ；

16、T2 为 BK-1500，380V/32-30-28V ；T3为 BK-100，380V/36V。 3、断路器 QF的选择 断路器又称自动开关， 是一个开关和保护电器的组合体， 可用来接通和分断 负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。 对电路和电气设备有短路、 过载、 漏电和失（欠）压的保护作用。 本设计所需的断路器为： QF1为 DZ10-250/330，120A；QF2为 DZ5-20/330 ， 4.5A ；QF4为 DZ5-20/330 ，2A。 4、接触器 KM的选择 本设计中 KM1、KM2与 KM3主要对 M1进行控制，而 M1额定电流为 104A，控 制回路电源为 127V

17、，KM1与 KM2需要主触点 3对，辅助触点 3对（1 对常开，2 对常闭），所以 KM1、KM2选 CJ2O- 160 型接触器；而 KM3的作用是能耗制动，需 要主触点 2对，辅助触点 3对（2对常开，1对常闭），所以 KM3选CZ18160/10 接触器。 KM4主要对 M2进行控制，而 M2额定电流为 5.03A，控制回路电源为 127V， 需要主触点 3对，辅助触点 2对（常开），所以 KM4选CJ2O-10型接触器。 KM5主要对 M4进行控制，而 M4的额定电流为 5.03A，控制回路电源为 127V， 需要主触点 3对，辅助触点 3对（ 1对常开， 2对常闭），所以， KM5选

18、 CJ2O-10 型接触器。 KM6主要对 M5进行控制，而 M5的额定电流为 3.8A ，控制回路电源为 127V， 需要主触点 3对，辅助触点 3对（常开），所以 KM6选CJ2O-10型接触器。 KM7主要对 M6进行控制，而 M6的额定电流为 5.03A，控制回路电源为 127V， 需要主触点 3对，辅助触点 3对（1对常开， 2对常闭），所以 KM7选 CJ2O-10 型接触器。 KM8主要对 M7进行控制，而 M7的额定电流为 3.8A ，控制回路电源为 127V， 需要主触点 3对，辅助触点 3对（常开），所以 KM8选CJ2O-10型接触器。 KM9与 KM10主要对 M3进行

19、控制，而 M3的额定电流为 18.3A ，控制回路电源 为 127V，需要主触点 3 对，辅助触点 1 对（常闭），所以 KM9选 CJ2O-25 型接触 器。 5、中间继电器 K 的选择 根据中间继电器辅助触点的个数、电流、电压的需求， K1 选择 JZ7-62 型中 间继电器； K2 K12选择 JZ7-44 型中间继电器。 6、时间继电器 KT 的选择 时间继电器的延时方式包括通电延时和断电延时两种。 通电延时： 接受输入 信号后延迟一定的时间， 输出信号才发生变化； 当输入信号消失后， 输出瞬时复 原。断电延时：接受输入信号时， 瞬时产生相应的输出信号； 当输入信号消失后， 延迟一定的

20、时间，输出才复原。 根据时间继电器辅助触点的个数、 电流、电压的需求， KT1 KT4选择 JS7-2A 型时间继电器； KT6 KT9选择 JS74A 型时间继电器。 五、输入 / 输出 表 5-1 I/O 输入输出分配表 输入信号 输出信号 名称 代号 输入 名称 代号 输出 导轨温度报警输 入 ST1 X0 齿轮啮合指示灯 H1 Y0 导轨温度切除输 入 ST2 X1 润滑指示灯 H2 Y1 横梁夹紧行程开 关 SQ1 X2 导轨高温报警 H3 Y2 齿轮啮合行程开 关 SQ3 X3 主拖动电动机电阻 切除接触器 KM2 Y3 齿轮啮合行程开 关 SQ4 X4 主拖动电动机电阻 切除接触

21、器 KM1 Y4 速度继电器 SR X5 主拖动电动机正转 接触器 KM11 Y5 总停止按钮 SB1， SB5 X6 主拖动电动机反接 接触器 KM12 Y6 主拖动电动机正 转起动按钮 SB6 X7 油泵电动机接触器 KM7 Y7 主拖动电动机正 转点动按钮 SB10 X10 卸载电磁阀 YA9 Y10 主拖动电动机反 转起动按钮 SB11 X11 工作台变速电磁阀 YA Y11 主拖动电动机反 转点动按钮 SB15 X12 工作台变速电磁阀 YA7 Y12 主拖动电动机停 止按钮 SB16 X13 横梁上升接触器 KM51 Y13 主拖动电动机热 FR1 X14 横梁下降接触器 KM52

22、 Y14 10 继电器 水银开关 SL X15 横梁放松接触器 KM61 Y15 油泵起动开关 SB20 X16 横梁夹紧接触器 KM62 Y16 油泵电动机热继 电器 FR7 X17 刀架进给电动机中 正转接触器 KM81 Y17 工作台变速按钮 SB51 X20 刀架移动电动机中 反转接触器 KM82 Y20 夹紧电动机过电 流继电器 KA X21 刀架调速电磁铁 YC21 Y21 横梁放松行程开 关 SQ2 X22 刀架调速电磁铁 YC22 Y22 横梁上升限位行 程开关 SQ15 X23 刀架调速电磁铁 YC23 Y23 横梁下降限位行 程开关 SQ16 X24 刀架调速电磁铁 YC2

23、4 Y24 横梁上升点动按 钮 SB53 X25 刀架调速电磁铁 YC25 Y25 横梁下降点动按 钮 SB52 X26 刀架调速电磁铁 YC26 Y26 刀架进给十字开 关 SA1- 1 X27 刀架调速电磁铁 YC27 Y27 刀架进给十字开 关 SA1- 2 X30 刀架左右控制电磁 铁 YC28 Y30 刀架进给十字开 关 SA1- 3 X31 刀架垂直制动电磁 铁 YC2-S Y31 刀架进给十字开 关 SA1- 4 X32 刀架上下电磁铁 YC29 Y32 刀架进给转换开 关 SA5- 1 X33 刀架水平制动电磁 铁 YC2-L Y33 刀架进给转换开 关 SA5- 2 X34

24、刀架快速电磁铁 YC2-F Y34 11 刀架向中心进给 限位行程开关 SQ7 X35 刀架向中心进给 限位行程开关 SQ12 X36 刀架进给限位行 程开关 SQ8 X37 滑枕向上进给限 位行程开关 SQ17 X40 进给电动机热继 电器 FR8 X41 进给（移动）电 动机点动按钮 SB27 X42 调速开关 SA2- 1 X43 调速开关 SA2- 2 X44 调速开关 SA2- 3 X45 调速开关 SA2- 4 X46 调速开关 SA2- 5 X47 调速开关 SA2- 6 X50 调速开关 SA2- 7 X51 调速开关 SA2- 8 X52 调速开关 SA2- 9 X53 12

25、 调速开关 SA2- 10 X54 调速开关 SA2- 11 X55 调速开关 SA2- 12 X56 调速开关 SA2- 13 X57 调速开关 SA2- 14 X60 调速开关 SA2- 15 X61 调速开关 SA2- 16 X62 调速开关 SA2- 17 X63 调速开关 SA2- 18 X64 调速开关 SA2- 19 X65 调速开关 SA2- 20 X66 调速开关 SA2- 21 X67 调速开关 SA2- 22 X70 调速开关 SA2- 23 X71 调速开关 SA2- 24 X72 13 六、梯形图设计 1、流程图 14 N 15 16 图 6-1 流程图 17 2、梯

26、形图 接通控制电路电源后， 指示灯H2（Y1）亮，说明润滑正常。 在横粱夹紧时压 下 SQ1。在齿轮啮台正常时，限位开关 SQ3、 SQ4复位，同时指示灯 H1（ Y1）亮， 以示齿轮啮合良好。 当工作台导轨油温过高达 50时。水银接触温度计 ST1（ X0） 将 KA11接通，报警灯 H3（ Y2）亮，表示导轨温度过高；当温度达到 60时，水银 车按钮 SB16（X13） （SB16应一直按着不放），使工作台自动停车转速逐渐降 低，当降至相当低时，按下变速按钮 SB51，电磁铁 YA9失电， YA7得电，液压装 置将推动齿轮换接。 如变速完成，齿轮未啮合好， 则应按上面步骤重复操作一次。 按

27、下起动按钮 SB6（X7）接触器 KMl1、中间继电器 KA13线圈得电吸合自锁，工作 台电动机 M1起动，同时使 KT1（T1） ，KT2（T2）得电， KTl 延时 3-4s 后动作，使 KM1线圈得电吸合 KT2 延时 7-8S 后动作，使 KM2线圈得电吸台，实现逐级切除 Ml 电机转子串电阻，完成平稳起动如图 6-2 。 18 图 6-2 主轴电机的正反转 横梁的升降， 按 SB52（X26）横梁下降， 按 SB53（X25）横梁上升如图 6-3 。 图 6-3 横梁的升降 19 七、调试方法 程序的调试及运行监控是程序开发的重要环节，很少有程序一经编制就 是完善的，只有经过试运行甚

28、至现场运行才能发现程序中不合理的地方并且 进行修改。 GX-DeveloperV7.0 具有监控功能，可用于程序的调试及监控。 （1）启动编程软件 GX Developer ，创建一个“新工程” （ 2）编写 PLC梯形图。 （3）先 F4 变换，然后可以通过“菜单栏”启动仿真。 （4）这样就可以启动仿真，会出现仿真窗口，显示运行状态。 （ 5）启动仿真后，程序开始在电脑上模拟PLC写入过程。 （6）这时程序开始运行。 八、存在的问题及改进的方案 为了提高控制系统的可靠性和机床的加工效率，采用 PLC 对控制系统进 行改造，取得了一定效果。但在采用 PLC 对原有继电器控制的机电设备进行 改造

29、的过程中，除了考虑完成系统工作所需要的控制功能以外，还非常有必 要考虑机床电气元件本身故障的自动识别和处理。 在进行机床的 PLC 改造时，往往只是根据系统控制的需要，接入最必需 的外部输入元器件触头，这可以节约输入点数。但为了提高系统的可靠性， 可以考虑把一些非常重要的元器件的常开触点和常闭触点分别接到 PLC 的 2 个输入点，并在软件部分加上相应的检测判断程序，以实现在出现卡死或失 效时能准确找出故障所在。 自动机床在工作循环中，各个动作都要求在一定的时间内完成，超过了 规定的时间限制还没有完成动作，则可认为是机床设备运行出现故障，因此 可以在被检测工步动作开始时，同时启动一个定时器，定时时间可以根据实 际情况确定，但应比正常工作所需时间要长一些，如果定时器有输出信号则 说明已出现故障，然后可以采取相应的处理措施。 20 九、小结 目前，针对该机床的 PLC 电气控制系统的设计已经完成，样件加工完全 达到预期效果。从整个机床的使用、运行状态来看，改造后的机床与原机床 相比，除可以满足普通端面的切削外，还可以加工出普通立式车床无法加工 的复杂曲面类零件，极大地拓宽了机床加工零件的范围，并更好的保证了零 件加工的一致性和产品质量。 改造后的机床增强了可维修性。 PLC的设计应用，成功地使各个控制部分 达到了协