车床电气控制系统毕业论文成型版.doc

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资源描述

1、0摘 要车床是机械加工中使用最广泛的机床,它可以用于切削各种工件的外圆、内孔、端面及螺纹等。现代生产机械多采用机械、电气、液压、气动相结合的控制技术。电气控制技术起联接中枢作用,应用最为广泛。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长,从而在国际、国内市场上缺乏竞争力,直接影响一个企业的产品、市场、效益,影响企业的生存和发展,所以必须大力提高机床的数控化率。本设计主要任务是将 CA6140 型普通车床改造为数控车床。关键词:车床 数控 PLC 机床改造,电气控制系统。1目 录摘要.第 1 章 前 言 1第 2 章 电气控制系统22.1 电气控制系统简介22.2 电

2、路控制2第 3 章 c650 普通车床的电气控制要求与控制特点3第 4 章 PLC 控制电路44.1 P L C 机型选择、 硬件连接及 l O 地址分配.44.2 C65 0 车床的 PL C 程序设计.44.3 P L C 梯形图控制分析5第 5 章 电动机正反转控制.55.1 结构控制55.2. 电动机正反转控制梯形图设计.6第 6 章 结束语6第 7 章 致谢7参考文献82第一章 前 言在机床工业的发展过程中,提高机床的加工速度和加工精度,始终是人们努力解决的相互制约的两大课题,也是推动机床电气控制系统发展的动力。电力拖动控制、电力电子、检测、计算机和控制理论的发展,为机床电气控制系统

3、不断发展提供了物质和科技条件。20 世纪 40 年代以前,机床的电气控制主要采用交流电动机拖动的继电器- 接触器控制。由于当时的交流电动机难以实现调速,只能通过皮带、齿轮等机械机构来实现有级变速,因而机床的机械结构比较复杂,同时还限制了加工精度的提高。继电器-接触器控制系统可以实现机床的各种运动控制(如启动、制动、反转、变速等) ,并可实现逻辑控制、联锁控制、异地控制等,因而大大提高了机床的自动化水平,有助于减轻工人的劳动强度。这种控制系统技术简单、易于掌握,至今仍被广泛采用。继电器-接触器控制系统是由各种电器组成的,而这些电器的机械动作寿命是有限的,必须按时更换损坏的电器,以免影响系统的可靠

4、性。另外,根据加工工艺的要求,需要改变控制逻辑关系时,必须修改线路,重新安装配线,这对现代机床的控制要求是很不适应的。20 世纪 40 年代后,发电机-电动机、交磁放大机-电动机等直流调速系统,以其优良的调速性能,被广泛用于大型机床的主拖动和进给拖动系统中。不仅提高了机床的加工性能,还简化了机床的传动机构。近年来,由于电力电子器件及其变换技术的发展和矢量控制技术的应用,交流调速系统有了很大的发展,在调速性能上完全可以与直流调速系统相媲美,加之性能可靠、维护方便,因而在星带机床中逐步取代着直流调速系统。在机床的控制方面,今年出现的可编程控制器(PLC)已广泛用于电气控制系统中。可编程控制器不仅可

5、以按事先编好的程序进行各种逻辑控制,还具有随意编程、自动诊断、通用性好、体积小、可靠性高的特点。因此,可编程控制器正逐步取代着继电器接触器控制系统。可以预料,随着科学季度的发展,机床 PLC 电气控制系统将继续向更高的方向发展,以不断提高机床的加工精度、生产效3率和自动化水平。第 2 章 电气控制系统2.1 电气控制系统简介电气控制系统一般称为电气设备二次控制回路,不同的设备有不同的控制回路,而且高压电气设备与低压电气设备的控制方式也不相同。为了保证一次设备运行的可靠与安全,需要有许多辅助电气设备为之服务,能够实现某项控制功能的若干个电器组件的组合,称为控制回路或二次回路。这些设备要有以下功能

6、:1) 自动控制功能。高压和大电流开关设备的体积是很大的,一般都采用操作系统来控制分、合闸,特别是当设备出了故障时,需要开关自动切断电路,要有一套自动控制的电气操作设备,对供电设备进行自动控制。2)保护功能。电气设备与线路在运行过程中会发生故障,电流(或电压 )会超过设备与线路允许工作的范围与限度,这就需要一套检测这些故障信号并对设备和线路进行自动调整(断开、切换等) 的保护设备。3)监视功能。电是眼睛看不见的,一台设备是否带电或断电,从外表看无法分辨,这就需要设置各种视听信号,如灯光和音响等,对一次设备进行电气监视。4) 测量功能。灯光和音响信号只能定性地表明设备的工作状态( 有电或断电)

7、,如果想定量地知道电气设备的工作情况,还需要有各种仪表测量设备,测量线路的各种参数,如电压、电流、频率和功率的大小等。在设备操作与监视当中,传统的操作组件、控制电器、仪表和信号等设备大多可被电脑控制系统及电子组件所取代,但在小型设备和就地局部控制的电路中仍有一定的应用范围。这也都是电路实现微机自动化控制的基础。2.2 电路控制常用的控制线路的基本回路由以下几部分组成。1)电源供电回路。供电回路的供电电源有 AC380V 和 220V等多种。2)保护回路。保护(辅助)回路的工作电源有单相 220、36V4或直流 220、24V 等多种,对电气设备和线路进行短路、过载和失压等各种保护,由熔断器、热

8、继电器、失压线圈、整流组件和稳压组件等保护组件组成。3)信号回路。能及时反映或显示设备和线路正常与非正常工作状态信息的回路,如不同颜色的信号灯,不同声响的音响设备等。4)自动与手动回路。电气设备为了提高工作效率,一般都设有自动环节,但在安装、调试及紧急事故的处理中,控制线路中还需要设置手动环节,通过组合开关或转换开关等实现自动与手动方式的转换。5)制动停车回路。切断电路的供电电源,并采取某些制动措施,使电动机迅速停车的控制环节,如能耗制动、电源反接制动,倒拉反接制动和再生发电制动等。6)自锁及闭锁回路。启动按钮松开后,线路保持通电,电气设备能继续工作的电气环节叫自锁环节,如接触器的动合触点串联

9、在线圈电路中。两台或两台以上的电气装置和组件,为了保证设备运行的安全与可靠,只能一台通电启动,另一台不能通电启动的保护环节,叫闭锁环节。如两个接触器的动断触点分别串联在对方线圈电路中。第 3 章.c650 普通车床的电气控制要求与控制特点(1) 主轴电动机 M1 通常选用笼型异步电动机, 完成主轴主运动和刀具进给运动的驱动。 电动机采用直接起动的方式起动, 可正反两个方向旋转。 为加工调整方便, 还具有正向点动功能。( 2) 停车时和点动完毕均要反接制动。 为了防止在频繁点动时,大电流造成电动机过载以及限制反接制动电流 , 在点动和反接制动时主电路串接了限流电阻 R。( 3) 为了提高生产效率

10、、 减轻工人劳动强度, 溜板箱的快速移动由电动机 M3 单独拖动。根据使用需要, 可随时手动控制起停。( 4) 车削加工中, 为防止刀具和工件的温度过高、 延长刀具使用寿命、 提高加工质量, 车床附有一台单方向旋转的冷泵电动机 M2 , 提供冷却液。由于可编程控制器(PLC)具有:(1)通用性、适应性强;(2)完善5的故障自诊断能力且维修方便;(3)可靠性高及柔性强等优点,且小型 PLC 的价格目前亦很便宜。因此,在普通车床的控制电路改造中发挥了及其重要的作用。而且可编程控制器 SYSMACCP1H 是用于实现高速处理高功能的程序包型 PLC。配备与 CS/CJ 系列共通的体系结构,与以往产品

11、 CPM2A40 点输入输出型为相同尺寸,但处理速度可达到约 10 倍能。本文以 c650 车床的控制系统为例,详细说明使用欧姆龙产CP1H 型 PLC 改造传统控制系统的设计过程。第 4 章 PLC 控制电路4.1 P L C 机型选择、 硬件连接及 l O 地址分配车床电气控制系统所需的 I 0 点总数在 2 5 6 以下 , 属于整体式 PLC 的范围。控制系统只需要逻辑运算等简单功能, 主要用来实现条件控制和顺序控制。为实现 C 6 5 0 车床上述的电气控制要求, 所以 P L C 可以选择欧姆龙公司的 C P 1 H 系列。它的价格低, 体积小, 非常适用于单机自动化控制系统。 该

12、机床的输入信号是开关量信号, 输出是负载三相交流电动机接触器等。根据表 1 可知,车床电气控制系统需要 9 个外部输入信号, 5 个输出信号 。P L C 所具有的输入点和输出点一般要比所需小于 3 0 以便于系统的完善和今后的扩展预留。所以本系统所需的输入点为 1 2 个 ,输出点为 7 个。现选择欧姆龙公司 C P I H 系列的 C P 1 H 一 4 0 C D R A 型 P L C, 2 4 V 直流 2 4 点输入继电器型交流 1 6 点输出。4.2 C65 0 车床的 PL C 程序设计P L C 的程序可以采用梯形图、语句表、程序块等形式表示。为了与继电器一接触器系统相承接,

13、 采用梯形图形式对车床电控制系统进行编程。 梯形图与继电器接触器系统的原理图从本质上相一致, 设计方法为参照继电器原理图在保持原有控制逻辑基础上改造。4.3 P L C 梯形图控制分析6(1) 车床正向工作及反接制动过程: 按下 S B 2 , 接通内部辅助继电器 W2 0 0 0 0 , 进入联锁程序 , 由内部辅助继电器接通 K M3 吸合短接电阻 R , 同时接通 K M1 , 主电动机 M1 正转起动运行, 开始车削加工。要停车时, 按下 S B1 , K M1 、 KM3 线圈失电, 同时 K M2 吸合 , 主电动机 M1串电阻反接制动, 当速度接近零时, 速度继电器正转常开触点

14、K S 1 断开, K M2 释放电动机 M1 停转。 反向工作过程与正向相同。( 2) 刀架快速移动过程: 扳动进给操纵手柄压合位置开关 Q, KM5 吸合 , M3 起动运行, 刀架向指定方向快速移动。(3) 主电动机正向点动过程: 按下 S B 4 , 使 K M1 吸合 , M1 电阻限流点动, 松开 S B 4 , K M1 失电, M1 停转, 实现点动控制。( 4) 冷却泵工作过程: 如果车削加工过程中, 工件需要使冷却液时,按下 S B 6 , KM4 线圈得电,冷却泵电动机 M2 提供冷却液。要停止, 按下 S B 5 即可。第 5 章 电动机正反转控制5.1 结构控制流电源

15、 E 由 PLC 内部提供,可直接将 PLC 电源端子接在开关上。交流电源则是由外部供给。利用 PLC 控制一台异步电动机的正反转。输入端黄按钮按下:电机正转蓝按钮按下:电机反转红按钮按下:电机停止设计正反转控制过程:机床的工作部件常需要作两个相反方向的运动,大都靠电动机正反转来实现。其控制原理很简单,只要将三相电源中的任意两相对调,就可使电动机实现反转。下面就按此原理设计正反转控制过程原理图。1.利用接触器控制正反转线路,下图为电动机正反转按钮控制设计原理图。在主电路中,两个接触器 KM1、KM2 触点接法不同,故可改变电动机电源相序,从而改变电动机转向。在控制电路中,SB1、SB2 分别正

16、反转控制按钮,SB3 为停止按钮。动断触点KM1、KM2 为互锁触点,以避免 SB1、SB2 同时同时按下可能造成的短路故障;电动机换向需先按下停止按钮 SB3。5.2. 电动机正反转控制梯形图设计7其中,X0 为正转启动按钮,X1 为反转启动按钮,X2 停止按钮地址,Y0 正转输出,Y1 反转输出。RD X1OR Y0AND.NOT X1AND.NOT X2AND.NOT Y1WRT Y0RD X1OR Y1AND.NOT X0AND.NOT X2AND.NOT Y0WRT Y1第 6 章 结束语通过实践证明用 P L C 代替传统继电一接触器控制能达到很好的效果, 不仅简化了控制线路 ,

17、缩小了控制装置的体积,提高了系统工作的可靠性、 通用性, 而且增强了控制系统的功能,实现了 C 6 5 0 车床的自动控制, 生产效率得到了很大提高, 并能很好地保证其加工精度。我们衷心希望,我国科技界、产业界和教育界通力合作,把握好知识经济给我们带来的难得机遇,迎接竞争全球化带来的严峻挑战,为在 21 世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列,使我国经济继续保持强劲的发展势头而共同努力奋斗。8致 谢本文研究工作得到了指导教师于明华的精心指导,同时也得到了机械系广大教师的关心和支持,使得本次毕业设计得以顺利地完成。在设计过程中,于老师多次提出建设性的意见,给我们指明了方向,讲解数控设备、数控技术

18、的发展趋势,提出了课题的研究思路和方向,使本论文得以完成。在这里对老师表示衷心的感谢! 也感谢机械系的各位教师和帮助我的同学。9参考文献1邹新宇。数控编程M. 清华大学出版社,2006 年2陈子银、徐鲲鹏.数控加工技术M.北京理工大学出版社,2006年3余英良.数控加工编程及操作M.北京:高等教育出版社,2004 年第一版4黄卫.数控技术与数控编程M.北京:机械工业出版社,2004 年3眭润舟.数控编程与加工技术M.北京:机械工业出版社,2006 年第一版5詹华西.数控加工技术实训教程M.西安:电子科技大学出版社,2006 年6陈富安.数控机床原理与编程M.西安:西安电子科技大学出版社,2004 年第一版7李家杰.数控机床编程操作与操作实用教程M.南京:东南大学出版社,2005 年8华茂发.数控机床加工工艺M.北京:机械工业出版社,2000 年9黄康美.数控加工实训教程M.北京:电子工业出版社,2004 年

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