磨床电气控制技术课程设计

1湖南工业大学课程设计资料袋机械工程学院（系、部）2012~2013学年第二学期课程名称机电控制技术指导教师职称副教授学生姓名专业班级机械设计1004学号10405700107题目磨床电气控制成绩起止日期2013年6月17日～2013年6月21日目录清单序号材料名称资料数量备注1课程设计任务书2课程设计说明书3课程设计图纸2张课程设计任务书2012—2013学年第二学期2机械工程学院（系、部）机械设计制造及其自动化专业机设1004班级课程名称：机电控制技术设计题目：磨床电气控制完成期限：自2013年6月17日至2013年6月21日共1周内容及任务一、设计的主要技术参数具体要求见课程设计指导书二、设计任务完成系统的继电器控制原理图、PLC控制原理图及设计说明书一份三、设计工作量电气图2~3张，说明书不少于5000字进度安排起止日期工作内容6.17讲解设计目的、要求、方法，任务分工制定设计方案、绘制草图6.18设计方案审核、修改绘制电气原理图、电路计算、元器件选择列表6.19绘制安装布置图，元器件的准备6.20电气CAD制图软件使用电控柜安装／电气CAD制图6.21检查电气控制线路／电气CAD制图通电调试、故障排除、任务验收，编写设计说明书主要参考资料张万奎等编，机床电气控制技术，北京大学出版社，2007指导教师（签字）：2013年6月10日系（教研室）主任（签字）：2013年6月12日3（课程设计名称）设计说明书磨床电气控制起止日期：2013年6月17日至2013年6月21日学生姓名班级机械设计1004学号成绩指导教师(签字)机械工程学院（部）2013年6月14日4目录一．绪论……………………………………………………5二．原理结构…………………………………………………7三．本实验设计要求…………………………………………8四．满足设计要求的电气控制电路………………………10五．电气设计…………………………………………………11六．设计总结…………………………………………………15七．参考文献…………………………………………………165一.绪论磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。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，磨床种类很多，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。图M7130磨床此次设计主要是以M7130平面磨床为对象。由于工厂企业中很多磨床年代久远，其工作已远远达不到现代生产的要求。因此有必要对旧式的常规电动机控制系统进行技术改造，以可编程序控制器取代常规的继电器，以达到磨床的自动化控制。本文介绍了用可编程序控制器来对平面磨床控制系统进行现代化改造，简要叙述了老式成型平面磨床的工作原理及用PLC进行改造设计的方法和设计步骤，并给出PLC编程程序梯形图。改造后的磨床工6作安全可靠，系统运行情况良好，磨削精度更高；利用PLC控制磨床运行，实现了磨床启动、停止、故障停止、紧急停止的功能，并且有手动控制和自动控制两种控制方式，可根据运行要求灵活切换磨床的控制方式；提供过载，轻载，断相和电压不平衡保护；现场显示运行状态，实现智能化监控。并因所吸工件的不同灵活调节电磁吸盘的电流，并且显示数值大小。从而实现了磨床运行的自动化。7二.原理结构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卧轴矩台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。8三.本实验设计要求一、平面磨床的电气控制（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9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求单方向旋转。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，可单独关断冷却泵电动机。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向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。10四.满足设计要求的电气控制电路M7130型平面磨床电气控制电路（1）电动机控制电路1.主电路由电源引入开关Q控制整机电源的接通与断开。三台电动机均要求单向旋转，M1砂轮电动机、M2冷却泵电动机，同时由接触器KM1控制，而M2电动机再经过X1插销实现单独判断控制，M3液压泵电动机由接触器KM2控制。2.控制电路电动机控制电路的控制电源直接采用交流380V，由按钮SB1、SB2和接触器KM1构成了砂轮电动机M1单向起动和停止控制电路。由按钮SB3、SB4和接触器KM2构成了液压泵电动机M3单向旋转起动和停止控制电路。实现两台电动机独立操作控制。3.联锁、保护环节平面磨床在加工中出现电磁吸盘吸力不足或消失时，为确保人身和设备的安全，不允许继续加工。因此，在两台电动机的控制电路中应设定欠电流继电器KA常开触点，达到欠磁联锁保护。在不加工时又能单独控制砂轮与液压泵电动机运转工作，因此，在控制电路中KA触点处并接转换开关SA1于“去磁”位置时，触点接通来实现。主电路与控制电路由熔断器FU1、FU2分别实现适中保护。砂轮与液压泵电动机利用热继电器KR1、KR2实现长期过载保护。为了保护工件与砂轮的安全，当有一台电动机过载停机时，另一台电动机也应停止。因此，应将KR1、KR2常闭触点串接在总控制电路中。（2）电磁吸盘控制电路电磁吸盘又称为电磁工作台，它也是安装工件的一种夹具。具有夹紧迅速、不损伤工件、且一次能吸牢若干个工件，工作效率高，加工精度高等优点。但它的夹紧程度不可调整，电磁吸盘要用直流电源，且不能用于加工非磁性材料的工件。（3）照明电路与去磁器照明电路由照明变压器T1，将380V电压降为24V，并由开关SA2控制照明灯EL，照明变压器二次侧装有熔断器FU3作为短路保护。其一次侧短路可由熔断器FU2实现保护。在平面磨床上加工的零件可能存在有剩磁，若零件对剩磁有严格要求，应在电磁吸盘取下工件后进行去磁处理。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X2插座上，再将工件放在去磁器上处理即可去磁。11五.电气设计电气控制线路图主电路分析主电路有三台电动机，M1为砂轮电动机，M2为冷却泵电动机，M3为液压泵电动机。M1由接触器KM1控制。插上插销X1后，M2将与M1同时启动和停止；不用冷却液时，可将插销X1拔掉。M3由接触器KM2控制。三台电动机共用熔断器FU1作短路保护，M1和M2用热继电器FR1作长期过载保护，M3用热继电器FR2作长期过载保护电动机控制电路分析控制电路可分为电动机控制电路和电磁吸盘控制电路两部分。由控制按钮SB1、SB2与接触器KM1构成砂轮电动机M1的单向旋转直接启动控制电路；由控制按钮SB3、SB4与KM2构成液压泵电动机单向旋转直接启动控制电路。这两台电动机的启动和停止都可独立进行。但想要启动电动机，只要在转换开关SA1的触点SA1闭合，或欠电流继电器KA的常闭触点KA闭合的条件下方可实现。12使用三菱plc编程器的的I/0表表4.1I/O接口表输入（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砂轮电机M1控制KM1Y0砂轮停止按钮SB2X2液压泵电机M3控制KM2Y1液压泵启动按钮SB3X3冷却泵泵电机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