机电传动系统课程报告——C620普通车床的结构原理及电气控制改进

机机电电及及自自动动化化学学院院《机电传动系统》课程报告姓名：学号：专业：机械制造届别：07级课任老师：2010年06月C620普通车床的结构原理及电气控制改进摘要尽管数控车床在近几年发展十分迅速，但普通车床的应用仍极为广泛。本文简单从普通车床的结构原理及C620-1型普通车床的电气控制系统，参考C650-2型车床电气控制系统对其改进，着重阐述C650-2型车床电气控制原理。最后，根据PLC原理对机床的电气控制系统进行改进。关键词：C620-1C650-2PLC（可编程控制器）1、引言普通车床结构原理简单，造价低廉，操作方便，目前仍然被极为广泛的应用于生产过程中。目前普通车床的控制主要采用传统的继电器。继电器系统的接线较为复杂，故障诊断排除比较困难，而且还存在触点的电弧烧伤、机械式的触点控制反映速度慢、功能单一、灵活性差。但由于数控机床造价高，不易被广泛地应用于普通生产操作中。因此通过对普通车床的电气控制进行PLC改造，将有助于提高企业的生产效益。2、普通车床的结构及传动原理普通车床的主要结构主要由床身、主轴变速箱、进给箱、溜板箱、溜板与刀架、尾架、光杆和丝杆等部分组成。如图1。车床的运动包括切削运动和辅助运动。切削运动主要有主运动和进给运动。主运动是由主轴带动工件旋转的运动，消耗功率大。进给运动是车刀的轴向直线运动，功率小。主运动配合进给运动完成工件表面的成形运动。其运动功能式为：W/CpZfXf/T。运动功能图如图2。图1普通车床的结构示意图图2普通车床的运动功能图车床主轴的旋转运动是由主轴电动机通过皮带拖动的。主轴通过卡盘或顶尖带动工件旋转完成主切削运动。车床的进给运动是装有车刀的刀架的纵向或横向直线运动，其运动方式有手动和电动两种。是由电动机通过主轴输出，再通过溜板箱的齿轮与床身上的齿条，或通过下刀架的丝杆与溜板箱的螺母，使溜板箱获得运动并带动溜板运动。一般情况下车削加工只需要单方向旋转，只有在加工螺纹时，为避免乱扣，才用主轴反转来进行退刀，然后再进刀进行加工，因此要求主轴有正反转。同时为了保证旋转速度与进给速度有严格的比例关系，因此进给运动与主运动由同一台电机拖动。车床的辅助运动有刀架的快速移动、工件的夹紧与放松，以及尾架的移动。刀架的快速移动由主轴电动机带动。工件的夹紧与放松、尾架的移动一般由手动操作。3、C620-1型普通车床的电气控制原理图3C650-1型车床电气控制线路C620-1型普通车床的电气控制线路原理图（图3），可分为主电路、控制电路和照明电路三部分。3.1主电路：主电路共两台电动机，其中M1是主轴电动机，带动主轴旋转，并通过进给机构实现车床的进给运动；M2为冷却电动机，为车削工件时输送冷却液。电动机采用三相交流380V电源，由电源开关Q引入机床，再用接触器KM的主触头来控制电动机电源的通断。由于主轴电动机没有运行，不需要冷却液，所以冷却电动机M2接在KM主触头后面，只有在M1启动时，M2才能启动。转换开关Q1用于选择是否需要冷却液。3.2控制电路：合上开关Q后，按下启动按钮SB2，接触器KM线圈通电，它的三对主触头闭合，将主轴电动机M1接通电源。接触器的辅助触点闭合，自锁，使电动机能够连续运转。需要停车时按下停止按钮SB1，接触器断电，它的三对主触头分断，使电动机脱离电源而停转。M1的制动及正反转采用机械控制的办法。3.3照明电路：照明电路采用36V安全电压供电，由变压器T供给。使用时合上照明开关Q2。3.4保护环节：FU1、FU2、FU3实现冷却泵电动机、控制电路及照明电路的短路保护。FR1、FR2分别实现主轴电机M1和冷却泵电动机M2的长期过载保护。由于任何一台电动机过载时，另一台都不应该在继续运行，所以将FR1、FR2的常闭触点串联在控制电路中。接触器KM还具有欠压和零压保护作用。4、参照C650-2型车床对C620-1型普通车床的电气控制系统改进图4C650-2型车床电气控制线路C650-2型车床（图4）除有主轴电动机和冷却泵电动机之外，为提高生产率，减少辅助时间，减轻操作者劳动强度，还设置了刀架快速移动电动机。（1）主轴电动机M1采用电气正反转控制，省掉了机械换向装置。（2）主轴电动机M1用电气反接制动，能迅速停车。（3）为便于对刀具的调整操作，主轴可作点动调整运动。（4）刀架能快速移动，提高了工作效率。（5）采用电流表A检测主轴电动机负载情况。4.1主轴点动调整控制：点动操作时，按下点动控制按钮SB4，接触器KM1得电，主触头闭合，使电动机串入限流电阻，低速启动与运行。KA不通电，因此KM1不会自锁，松开按钮SB4后点机停转。由于点动操作是为了便于调整刀具，因此电动机只需要单方向旋转。4.2主轴正、反转控制：以正转为例，主轴电机正转启动时，需要使KM3线圈通电，将限流电阻短接（限流电阻用于反接制动与点动调整）且KM1通电，将三相电源引入电动机。另外，启动时电流表A应被短接，启动过程结束后，再将电流表接入。正转启动操作时，按下正转启动按钮SB2，这时KM3和KT线圈通电，KM3的主触点将限流电阻R短接，辅助触点闭合使中间继电器KA通电。KA线圈通电后，其常开触点闭合使KM1线圈通电，电动机正反转启动。由于中间继电器KA常开触点的闭合，使得松开按钮SB2后，KM1、KM3、KT、KA四个线圈保持通电。经过KT的延迟后，电流表A接入电路。主轴反转启动按钮为SB3，反转接触器为KM2，反转时电路动作过程与正转相似。4.3主轴电机的反接制动控制：主轴电机运行时，中间继电器KA的常闭触点处于分断状态，速度继电器相应的触点（KV1或KV2）为闭合状态，即正转时KV2闭合，反转时KV1闭合，为反接制动做好了准备。停车时按下停止按钮SB1，控制电路因而断电，电动机也断电。放开SB1后，因控制电路中的所有常闭触点都已经闭合，所以KM2（若电动机原为正转）通电，进行反接制动。反接制动时，由于KT合KM3都不得电，因此电流表被短接，限流电阻被串入。4.4刀架快速移动控制、冷却泵控制：刀架快速移动有电动机M3拖动。当刀架快速移动操作手柄压合行程开关SQ时，将接通接触器KM5，使M3直接启动。手柄移开时，SQ复位分断，KM5线圈断电，M3停止转动，刀架快速移动结束。冷却泵电动机M2由按钮SB5、SB6及接触器KM4所组成的电动机单方向运转控制线路来实现控制。此外，C650-2车床主回路采用电流表来监视主电动机负载情况。电流表通过互感器接入。为了防止启动电流冲击电流表，线路用了一个时间继电器KT。启动时，KT线圈接通，而KT的延时断开的常闭触点尚未动作，则电流表被短接，没有电流通过。启动完成后，时间继电器KT延时时间到，常闭触点分断，此时电流才流过电流表，因此时间继电器的延时时间稍长于M1启动时间。反接制动时，KT不带电，电流也不流经电流表。因此，电动机启动时和反接制动时冲击电流不会流经电流表而使电流表损坏。5、电气控制系统的PLC改造PLC是20世纪70年代以来以微处理器为核心，综合计算机技术、自动化控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制。PLC易于实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线控制。因其有可靠性高，抗干扰性强，编程简易，功能完善，体积小，功耗低的特点被广泛应用于各个领域。对普通车床电气控制系统的改造必需满足以下的要求：（1）原有的动作顺序及功能不变。（2）各种联锁关系不变（3）增加应有的工作状态指示由于PLC的逻辑与顺序功能通继电器的工作原理相类似，因此PLC可以很好地替代电气控制系统的功能,满足以上三方面的要求。6、结束语虽然近年来，数控车床的发展极为迅猛，但普通通用车床在目前的生产中仍然占据着重要位置。由于数控机床的高成本与较长的生产周期，在未来的几年甚至十几年里，用数控车床完全替代普通车床不可能。因此只有在现有的机床上，通过电气系统的优化改造，或者根据PLC原理对机床进行改造，才可能以最低的成本与最短的周期提高普通车床的生产效率与质量。本文从改善电气控制系统以及用PLC对电气系统进行改造两个方面阐述了改造的可能性与实效性，由于我缺少实践经验，文章中可能存在错误的观点，请见谅。参考文献[1]赵秉衡.工厂电气控制设备.北京：冶金工业出版社，2001.8P122-126[2]冯辛安.机械制造装备设计.北京：机械工业出版社，2005.12P63-64[3]百度文库.C650车床控制线路用PLC改造设计.