磨床电气控制课程设计

1、目录设计任务书一、 概述 -1 1.1 m7130平面磨床的概述-1 1.2 m7130现状及发展趋势-2二、平面磨床的设计要求-22.1 平面磨床的主要结构-2 2.2 平面磨床的运动形式-42.3 电力拖动及控制要求-4 2.4 平面磨床电气控制电路-6三、继电器电气原理图-83.1控制电路-83.2电磁吸盘控制电路-8 3.3 保护及其他环节-9四、plc电气原理图-104.1 控制线路的改造及plc的选用-104.2 plc的外部接线-114.3 流程图的设计- 124.4梯形图的设计-12五、设计总结-13六、参考文献-14第1章 概述1.1 m7130平面磨床的概述磨床是 磨床系指

2、用磨具或磨料加工工件各种表面的机床。一般用于对零件淬硬表面做磨削加工。通常，磨具旋转也主运动，工件或磨具的移动为进给运动，其应用广泛、加工精度高、表面粗糙度小。磨床种类很多，可分为十余种：外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、多用磨床、专用磨床等。 m7130型卧轴矩台平面磨床是利用砂轮圆周进行磨削加工平面的磨床，其主要由床身、工作台、电磁吸盘、立柱、砂轮箱与滑座等组成。平面磨床主运动是砂轮的旋转运动一进给运动有垂直进给滑座在立柱上的上、下运动）；横向进给（砂轮箱在滑座上的水平移动）：纵向运动（工作台沿床身的往复运动）。工作时，砂轮作旋转运动并沿其轴向作定期的横向进给运动工件固定在工作台上，工作台作直

3、线往返运动矩形工作台每完成一纵向行程时，砂轮作横向进给，当加工整个平面后，砂轮作垂直方向的进给，以此完成整个平面的加工。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，

4、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。1.2 m7130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

5、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

6、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

7、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 平面磨床的设计要求2.1 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

8、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

9、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。m7130平面磨床主要由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮箱、立柱、操作手柄等构成，外形结构如图2.1所示。 1-立柱 2-滑座 3-砂轮箱 4-电磁吸盘 5-工作台 6-床身图2.1 卧轴平面磨床外形结构图2.2 平面磨床的运动形式在床身上装有液压传动装置，以便工作台在床身导轨上通过压力油推动活塞作往复直线运动，实现水平方向进给运动。工作台面上有t形槽，用以安装电磁吸盘或直接安装大型工件。床身上固定有立柱，滑座安装在立柱的垂直导轨上，实现垂直方向进给。在滑座的水平导轨上安装砂轮架，砂轮架由装入式电动机直接拖动，通过滑座内部的液压传动机构实

10、现横向进给。平面磨床砂轮的旋转运动为主运动，工作台完成一次往复运动时，砂轮架作一次间断性的横向进给，直至完成整个平面的磨削，然后砂轮架连同滑座沿垂直导轨作间断性的垂直进给，直至达到工件加工尺寸。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。平面磨床的辅助运动，如砂轮架在滑座的水平导轨上作快速横向移动，滑座在立柱的垂直导轨上作快速垂直移动，以及工作台往复运动速度的调整等。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

11、；5横向进给运动；6垂直进给运动2.3 电力拖动及控制要求m7130平面磨床中有三台电动机：砂轮电动机拖动砂轮旋转。液压泵电动机拖液压泵，采用多电机单拖动，经液压装置来完成工作台往复纵向运动以及实现横向的自动进给，并承担工作台导轨的润滑。冷却泵电动机拖动冷却泵，供给磨削加工需要的冷却液。相互间存在简单的联锁与必要的信号及保护环节，磨床有简单的机械传动。 磨削加工一般不要求调速，因要求砂轮速度高，所以通常采用三相鼠笼异步电动机拖动。同时为提高砂轮主轴的刚度，从而提高磨床加工精度，采用装入式感应电动机直接拖动，这样砂轮主轴就是电动机的轴。平面磨床是一种精密机床，为保证加工精密，要求机床运行平稳，又

12、因工作台为往复运动，要求换向时的惯性小，换向无冲击。为此平面磨床采用液压传动。由液压电动机拖动液压泵，经液压传动装置实现工作台的纵向进给运动。并通过工作台上的撞块操纵床上的液压换向开关，实现方向的反向送进，从而实现工作台的往复运动。 平面磨床采用电磁吸盘，是保证加工工件的精度，同时也为磨削加工一些小工件时，让工件在加工过程中发热可以自由伸缩，更便于夹持。在磨削过程中为冲走磨屑及沙粒，保证加工精度，也为使工件得到良好的冷却，减少变形，需采用冷却泵为磨削过程输送冷却液。基于上述磨床的工作性质和加工精度要求，对电力拖动控制方案提出如下要求：(1)平面磨床是一种精密加工机床，为了保证其加工精度要求，机

13、床运行时要求平稳。工作台往复运动在换向时要求惯性要小，无冲击力，因此，工作台的往复运动采用液压传动。由电动机拖动液压泵，供应压力油，通过液压传动装置实现工作台的纵向进给运动，并通过工作台上的撞块操纵床身上的液压换向阀（开关），改变压力油的流向，实现工作台的换向和自动往复运动。(2)为了简化磨床的机械传动机构，采用多电动机单独拖动。m7130型平面磨床采用三台电动机拖动，砂轮的旋转运动由装入式电动机直接拖动。液压泵由液压泵电动机拖动，经液压传动装置完成工作台的往复（纵向进给）运动，砂轮架的横向进给运动，砂轮架的快速横向移动以及工作台导轨的润滑等。拖动冷却泵的电动机为磨削加工提供冷却液。(3)为了

14、提高磨削质量，要求砂轮有较高转速，通常采用两极（理想空载转速为3000r/min50hz）的笼型异步电动机拖动。为了提高调整运转的砂轮主轴的风度，采用装入式电动机拖动，电动机与砂轮主轴同轴，从而提高了磨床的加工精度。(4)平面磨削加工中，由于磨削温度高，为减少工件的热变形，必须使工件得到充分的冷却，同时冷却液能冲走磨屑和砂粒，以保证磨削精度。(5)平面磨床常用电磁吸盘，利用电磁吸力很方便地安装和加工小工件，且工件在加工过程中由于发热变形，电磁吸盘允许工件有自由伸缩余地，从而保证加工精度。为了满足上述电力拖动控制方案的要求，对m7130型平面磨床的电力拖动控制系统提出以下几点要求：(1)砂轮、液

15、压泵、冷却泵三台电动机都只要示单方向旋转。(2)冷却泵电动机应随砂轮电动机的开动而开动，若加工中不需要冷却液时，可单独判断冷却泵电动机。(3)在正常加工中，若电磁吸盘吸力不足或消失时，砂轮电动机与液压泵电动机应立即停止工作，以防止工件被砂轮切身力打飞而发生人身和设备事故。不加工时，即电磁吸盘不工作的情况下，允许砂轮电动机与液压泵电动机开机，机床作调整运动。(4)电磁吸盘励磁线圈具有吸牢工件的正向励磁、松开工件的断开励磁、以及为抵消剩磁便于取下工件的反励磁控制环节。(5)具有完善的保护环节。各电路的短路保护，各电动机的长期过载保护，零压、欠压保护，电磁吸力不足的欠电流保护，以及线圈断开时产生高电

16、压，而危及电路中其它电器设备的过压保护等等。(6)机床照明电路与工件去磁的控制环节。2.4 平面磨床电气控制电路 图2为m7130平面磨床电气控制电路图。其电气设备安装在床身后部的壁盒内，控制按钮安装在床身左前部的电气操纵盒上。 图2中m1为砂轮电动机，m2为冷却泵电动机，都由km1的主触点控制，再经x1插销向m2实现单独判断控制供电。m3为液压泵电动机，由km2的主触点控制。2.4.1 控制电路合上电源开关qs，若转换开关sa1处于工作位置，当电源电压正常时，欠电流继电器ka触点（3-4）+，若sa1处于去磁位置，sa1（3-4）+，便可进行操作。(1) 砂轮电动机m1的控制。启动过程为：按

17、下sb1，sb1（4-5）±km1+自m1+启动；停止过程为：按下sb2，sb2（5-6）±km1-m1-停止。(2) 冷却泵电动机m2的控制。m2由于通过插座x1与km1主触点相连，因此m2与砂轮电动机m1连锁控制，都由sb1和sb2操作。若运行中m1或m2过载，触点fr1（1-2）-动作，fr1起保护作用。(3) 液压泵电动机m3的控制。启动过程为：按下sb3，sb3（4-8）±km2m3+启动；停止过程为：按下sb4，sb4（8-9）±km2-m3-停止。过载时：fr2（2-3）-km2-m3-停止，fr2起保护作用。2.4.2 电磁吸盘控制电路

18、(1) 电磁吸盘结构原理。电磁吸盘与机械夹紧装置相比，具有夹紧迅速，不损伤工件，工作效率高，能同时吸持多个小工件，加工过程中工件发热可以自由伸延，加工精度高等优点。但也有夹紧力不如机械夹得紧，调节不便，需用直流电源供电，不能吸持非磁性材料工件等缺点。图2.3 m7130平面磨床电气控制电路图 (2) 电磁吸盘控制电路。它由整流装置、控制装置及保护装置等部分组成。如图2.3所示，电磁吸盘整流装置由整流变压器t2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。电磁吸盘集中由sa1控制。sa1的位置及触点闭合情况为：充磁：触点14-16、15-17接通，电流通路为：15-17-ka-1

19、9-yh-16-14断电：所有触点都断开。退磁：触点14-18、15-16、3-4（调整）接通，通路为：15-16-yh-19kar2-18-14。 当sa1置于“充磁”位置时，电磁吸盘yh获得110 v直流电压，其极性19号线为正极，16号线为负极，同时欠电流继电器ka与yh串联，若吸盘电流足够大，则ka动作，ka（3-4）+反映电磁吸盘吸力足以将工件吸牢，这时可分别操作按钮sb1与sb3，启动m1与m3，进行磨削加工。当加工完成时按下停止按钮sb2与sb4，电动机m1，m2与m3停止旋转为便于从吸盘上取下工件，需对工件进行退磁，其方法是将开关sa1扳至“退磁”位置。当sa1扳至“退磁”位置

20、时，电磁吸盘中通入反向电流，并在电路中串入可变电阻r2，用以调节、限制反向去磁电流大小，达到既退磁又不致反向磁化的目的。退磁结束将sa1拨到“断电”位置，即可取下工件。若工件对去磁要求严格，在取下工件后，还要用交流去磁器进行处理。交流去磁器是平面磨床的一个附件，使用时，将交流去磁器插头插在床身的插座x2上，再将工件放在去磁器上适当地来回移动即可去磁。第3章 、继电器电气原理图3.1控制电路合上电源开关qs，若转换开关sa1处于工作位置，当电源电压正常时，欠电流继电器ka触点（3-4）闭合，若sa1处于去磁位置，ka触电（3-4）得电，便可进行操作。(1)砂轮电动机m1的控制。启动过程为：按下s

21、b1，sb1（4-5）闭合km1得电m1启动；停止过程为：按下sb2，sb2（5-6）断开km1失电m1停止。(2)冷却泵电动机m2的控制。m2由于通过插座x1与km1主触点相连，因此m2与砂轮电动机m1连锁控制，都由sb1和sb2操作。若运行中m1或m2过载，触点fr1（1-2）动作，fr1起保护作用。(3)液压泵电动机m3的控制。启动过程为：按下sb3，sb3（4-8）闭合km2得电m3启动；停止过程为：按下sb4，sb4（8-9）闭合km2失电m3停止。过载时：fr2（2-3）断开km2失电m3停止，fr2起保护作用。3.2电磁吸盘控制电路(1) 电磁吸盘结构原理。电磁吸盘与机械夹紧装置

22、相比，具有夹紧迅速，不损伤工件，工作效率高，能同时吸持多个小工件，加工过程中工件发热可以自由伸延，加工精度高等优点。但也有夹紧力不如机械夹得紧，调节不便，需用直流电源供电，不能吸持非磁性材料工件等缺点。 (2) 电磁吸盘控制电路。它由整流装置、控制装置及保护装置等部分组成。如图2.3所示，电磁吸盘整流装置由整流变压器t2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。电磁吸盘集中由sa1控制。sa1的位置及触点闭合情况为：充磁：触点14-16、15-17接通，电流通路为：15-17-ka-19-yh-16-14断电：所有触点都断开。退磁：触点14-18、15-16、3-4（调整）

23、接通，通路为：15-16-yh-19kar2-18-14。 当sa1置于“充磁”位置时，电磁吸盘yh获得110 v直流电压，其极性19号线为正极，16号线为负极，同时欠电流继电器ka与yh串联，若吸盘电流足够大，则ka动作，ka（3-4）+反映电磁吸盘吸力足以将工件吸牢，这时可分别操作按钮sb1与sb3，启动m1与m3，进行磨削加工。当加工完成时按下停止按钮sb2与sb4，电动机m1，m2与m3停止旋转为便于从吸盘上取下工件，需对工件进行退磁，其方法是将开关sa1扳至“退磁”位置。当sa1扳至“退磁”位置时，电磁吸盘中通入反向电流，并在电路中串入可变电阻r2，用以调节、限制反向去磁电流大小，达

24、到既退磁又不致反向磁化的目的。退磁结束将sa1拨到“断电”位置，即可取下工件。若工件对去磁要求严格，在取下工件后，还要用交流去磁器进行处理。交流去磁器是平面磨床的一个附件，使用时，将交流去磁器插头插在床身的插座x2上，再将工件放在去磁器上适当地来回移动即可去磁。3.3 保护及其他环节 (1)电磁吸盘的欠电流保护。为了防止平面磨床在磨削过程中出现断电事故或吸盘电流减小，致使电磁吸盘失去吸力或吸力减小，造成工件飞出，引起工件损坏或人身事故，故在电磁吸盘线圈电路中串入欠电流继电器ka，只有当直流电压符合要求，吸盘具有足够吸力时，ka才能吸合，ka（3-4）触点接通，为启动电动机做准备。否则不能开动磨

25、床进行加工。若已在磨削加工中，则ka因电流过小而释放，触点ka（3-4）-断开，使得km1失电, km2失电 m1停止，避免事故发生。 (2)电磁吸盘线圈yh的过电压保护。电磁吸盘线圈匝数多，电感大，通电工作时存储大量磁场能量。当线圈断电时在线圈两端将产生高电压，可能使线圈绝缘及其他电气设备损坏。为此，该机床在线圈两端并联了电阻r3作为放电电阻。(3)电磁吸盘的短路保护。在整流变压器t2的二次侧或整流装置输出端装有熔断器作短路保护。(4)其他保护。在整流装置中还设有rc串联支路并联在t2二次侧，用以吸收交流电路产生过电压和直流侧电路通断时在t2二次侧产生浪涌电压，输出更平稳的电压，实现整流装置

26、过电压保护。fu1对电动机进行短路保护，fr1对m1进行过载保护，fr2对m3进行过载保护。(5)照明电路。由照明变压器t1将380 v降为24v，并由开关sa2控制照明灯el。在t1一次侧装有熔断器fu3作短路保护。第4章 、plc电气原理图第5章 4.1 控制线路的改造及plc的选用用plc设计m7130平面磨床控制线路，控制电路中的电源电路、照明电路和主电路仍然保持不变。在控制电路中，变压器tc的输出及整流器vc的输出部分去掉，用可编程控制器实现，为了保证各种联锁功能sb1sb8接入plc的输入端。输出器件分三个电压等级，一个是接触器使用的380v交流电压，另一个是电磁吸盘使用的110v

27、直流电压，还有一个是照明使用的24v交流电压，这样也将plc的输出口分为三组连接点。用plc设计m7130平面磨床控制线路时，照明灯用开关sa2控制，欠电流继电器ka作为输入信号，电磁吸盘的“充磁”与“退磁”转换开关sa1用两个按钮来替代。接插器xl用接触器km3来替代。并用两个按钮来控制冷却泵的启动与停止。经过plc改造后的m7130平面磨床，对plc的最低要求l1个输入点和6个输出点。考虑要有一定的余量及plc用220vac电源比较方便，选用三菱公司fx2n 一32mr比较合适，i/0(输入/输出)地址分配如表4.1所示输入（input)输出（output)功能电路元件plc地址功能电路元

28、件plc地址砂轮启动按钮sb1x1砂轮电动机m1控制km1y0砂轮停止按钮sb2x2km1冷却泵启动按钮sb3x3冷却泵电动机m2控制km2y1冷却泵停止按钮sb4x4km2液压泵启动按钮sb5x5液压泵电动机m3控制km3y2液压泵停止按钮sb6x6km3电磁吸盘充磁按钮sb7x7电磁吸盘充磁控制km3y3电磁吸盘退磁按钮sb8x10电磁吸盘退磁控制km4y4调整磨床sb9x12照明灯控制sa2x11照明灯ely5欠电流继电器ka输入kax0图4.1 i/o地址分配4.2 plc的外部接线根据上述硬件选型及工艺要求，绘制plc控制电路原理图，绘制plc控制电路。(1) km3和km4接触器线

29、圈支路，设计了互锁电路，以防止操作故障。(2) plc输入回路中，信号电源由plc本身的24v直流电源提供，所有输入com端短接后接人plc电源dc24v的（+）端。输入口如果有有源信号号装置，根据驱动的负载的电压选择合适的交/直流电源。(3)plc采用继电器输出，380v接触器线圈电压更换为220v，照明灯的安全电压是24v。(4)根据上述设计，对照主回路检查交流控制回路，plc控制回路，plc控制程序等。全部符合设计要求后，绘制出最终的电气原理图。经plc改造的m7l30平面磨床电气控制线路的i/0接线如图4.34.3 流程图的设计设计的流程图如下：图4.3 流程图4.4 梯形图的设计plc设计m7130平面磨床电气控制线路的plc梯形图(lad)如图5所示：工作时，先按下充磁按钮，m7l30平