磨床电气控制课程设计(共13页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上课程设计任务书2011 2012 学年第二学期 机械工程 学院（系、部） 机械设计制造及自动化 专业 班级课程名称： 机床电气控制技术 设计题目： 磨床电气控制课程设计 完成期限：自 2012 年 6 月 18 日至 2012 年 6 月 24 日共 1 周内容及任务一、设计要求M7130型平面磨床主要由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮架、滑座、立柱等部分组成。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。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。（二）电力拖动及控制要求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。二、设计任务能按照本组最终要求合理设计继电器电气原理图，PLC电气原理图。要求上交1份设计说明书（8000字），2张图纸。三、设计工作量（1） 继电器电气原理图1张；，（2） PLC电气原理图 1张；（3） 设计说明书1份（60008000字）。进度安排起止日期工作内容6.18讲解设计目的、要求、方法，任务分工6.19根据指导书和任务书要求确定控制系统的输入输出点数、类型，确定输入、输出设备及元器件种类、数量，初步选定PLC型号；6.20根据指导书和任务书绘制控制系统工作流程图，确定每个动作实现和解除必须的条件6.21-6.22绘制继电器控制原理图、电路计算、元器件选择列表。编制磨床控制的PLC程序，并整理说明书6.23检查完善说明书并准备答辩参考资料1张万奎，机床电气控制技术.北京：中国林业出版社，2007.92齐占庆，机床电气控制.北京：机械工业出版社，2001.23陈远龄等，机床电气自动控制.重庆：重庆大学出版社，1993.8指导教师（签字）： 年 月 日系（教研室）主任（签字）： 年 月 日目 录一、设计任务书-（2）二、平面磨床的设计要求-（3） 1.平面磨床的主要结构-（3） 2.平面磨床的电力拖动及控制要求-（3）二线路分析-（5） 1控制电路-（5） 2电磁吸盘控制电路-（5） 3保护及其他环节 -（7）三平面磨床电气控制电路的设计- -（7） 1、控制线路的改造及PLC的选用-（7） 2、PLC的外部接线-（8） 3、流程图设计-（9） 4、梯形图的设计-（9）四设计总结-（11）五、参考文献-（11）一平面磨床的设计要求1.平面磨床的主要结构和运动形式1-立柱 2-滑座 3-砂轮箱 4-电磁吸盘 5-工作台 6-床身 图1M7130型平面磨床主要由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮架、滑座、立柱等部分组成。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。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.平面磨床的电力拖动及控制要求 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支，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。二线路分析 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。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 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）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-, KM2-, 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，实现整流装置过电压保护。 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。 三平面磨床电气控制电路的设计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直流电，还有一个是照明使用的36V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SA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lO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1所示:表1 I/0(输入/输出)地址分配表输入（INPUT)输出（OUTPUT)功能电路元件PLC地址功能电路元件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SB2X2液压泵电动机M3控制KM2Y1液压泵启动按钮SB3X3冷却泵电动机M2控制KM3Y2液压泵停止按钮SB4X4电磁吸盘充磁控制KM4Y3冷却泵启动按钮SB5X5电磁吸盘退磁控制KM5Y4冷却泵停止按钮SB6X6照明灯ELY5电磁吸盘充磁按钮SB7X7电磁吸盘退磁按钮SB8X10照明灯控制SAX11欠电流继电器KA输入KAX02、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3所示。3、流程图设计根据控制要求画出程序控制流程图，如图4所示。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平面磨床处于充磁状态，当电磁吸盘的充磁电流足够大时，欠电流继电器KA(X000)自动吸合，三台电动机可启动工作。在工作过程中，只要欠电流继电器KA松开(吸力不足)或按下了退磁按钮，三台电动机便会立即停止。起到保护作用。照明灯可随时打开和关闭。图4 磨床控制的控制流程图图5 PLC梯形图四设计总结虽然在这次设计以前曾有过课程设计的经历，不过在这次课程设计中确实感到了很大的难度.首先，这次的课程设计是机电传动，以电为主，这对学机械的我们感到很陌生。其次，平时的学习中知识不够全面，例如，对变频器，PLC控制器的了解很少，对它的工作原理、基本结构没有基本的认识，在设计中难免感到棘手。再次，就是没有过实际的动手经验，对一些基本控制功能的实现、电路的接法等不知如何下手。正是由于在设计过程中的种种问题，也让我对自己学习的不足有了更进一步的认识。首先，要认识到学习的最终目的是要学以至用，能够将学习到的知识真正运用到生产实际中，而不是仅仅应付考试，这样的话即使分数再高也只能是纸上谈兵。其次，在科技日益发达的今天，各学科相互渗透，我们机械专业的学生要想有所作为，有所创新，就应该对各学科都有深入的了解，如电气等方面。第三，在学习过程中，我们要注重从实际动手中学习知识，而不仅仅是满足书本的知识，因为有许多问题只有在实际中才能发现，也只有在实际中才能更好的解决。对于这次设计，我虽然想尽力去做得最好，但由于知识有限，在设计过程中难免有各种错误甚至不会的地方，望老师指正，我当将虚心学习，并努力改正。五.参考文献1张万奎，机床电气控制技术.北京：中国林业出版社，2007.92齐占庆，机床电气控制.北京：机械工业出版社，2001.23陈远龄等，机床电气自动控制.重庆：重庆大学出版社，1993.8专心-专注-专业