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PLC课程设计
设计任务
1.设计课题:
M7130型平面磨床电气控制设计。
2.设计内容:
M7130型平面磨床的电气控制设计。
M7130型平面磨床主要由3台电动机组成,它们分别是:
砂轮电动机M1、冷却泵电动机M2、液压泵电动机M3、工作台电磁吸盘YH。
3.控制设计要求:
(1)三台电机均单向旋转;
(2)砂轮电动机M1可实现点动/长动切换;
(3)M1可实现反接制动,电磁吸盘启动后M1才能工作;
(4)电磁吸盘YH工作状态有三个:
充磁、断电与去磁,电磁吸盘具有欠电流保护、欠电压保护等,电磁吸盘使用110V直流电压对电磁吸盘供电;
(5)M2只有在M1启动后才能运转;
(6)机床具有照明灯,照明电路电压为36V,通过控制变压器TC变换;
(7)三台电机共用熔断器FU1作短路保护,M1和M2由热继电器FR1、FR2作过载保护,M3由热继电器FR3作过载保护。
4.设计目的:
认识和了解M7130平面磨床的主要结构和特点,对它的工作原理、运动形式和电源形式有概念性的认识。
主要掌握电气控制部分的线路连接,熟悉整体线路的工作原理、顺序,更具电气控制线路图绘制梯形图并熟悉其PLC的助记符编程。
接下来根据以上要求设计控制部分线路图,并做电气控制接线板以及PLC程序。
第一章M7130平面磨床的结构以及特点
1.1M7130平面磨床的主要结构
要正确分析M7130的电气控制,需对M7130的结构和特点做出大体了解。
M7130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。
磨床的一种主要用砂轮旋转研磨工件以使其可达到要求的平整度,根据工作台形状可分为矩形工作台和圆形工作台两种,矩形工作台平面磨床的主参数为工作台宽度及长度,圆台平面磨床的主参数为工作台面直径。
根据轴类的不同可分为卧轴及立轴磨床之分。
如M7432立轴圆台平面磨床,M7130卧轴矩台平面磨床。
M7130平面磨床主要由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮箱、滑座和立柱等几部分,其外形结构如图2所示。
图2M7130平面磨床的外形结构
1.2M7130平面磨床的特点
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。
第二章M7130平面磨床的原理以及运动形式
2.1M7130平面磨床的原理
工作台上装有电磁吸盘,用以吸持工件。
工作台在床身导轨上作往复运动(纵向运动)。
固定在床身上的立柱上带有导轨,滑座在立柱导轨上作垂直运动;而砂轮箱在滑座的导轨上作水平运动(横向运动),砂轮箱内装有电动机,电动机带动砂轮作旋转运动。
平面磨床在加工工件过程中,砂轮的旋转运动是主运动,工作台往复运动为纵向进给运动,滑座带动砂轮箱沿立柱导轨的运动为垂直进给运动,砂轮箱沿滑座导轨的运动为横向进给运动。
工作时,砂轮旋转,同时工作台带动工件右移(如图3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。
图3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;5—横向进给运动;6—垂直进给运动
2.2M7130平面磨床运动形式
机床在加工过程中,必须形成一定形状的发生线(母线和导线),才能获取所需的工件表面形状。
因此,机床必须完成一定的运动,这种运动称为表面成形运动。
此外,还有多种辅助运动。
(1)主运动
平面磨床的主运动是指砂轮的旋转运动,线速度30~50米/秒。
为保证消磨加工质量,要求砂轮有较高转速,通常采用两级笼型异步电机拖动;为提高砂轮主轴的刚度,采用装入式砂轮电动机直接拖动,电动机与砂轮主轴同轴;砂轮电动机只要求单方向旋转,可直接启动无调速和制动要求。
(2)进给运动
工件或砂轮的往返运动为进给运动,有垂直进给、横向进给及纵向进给三种。
工作台每完成一次纵向往返运动时,砂轮箱做一次间断性的横向进给;当加工完整个平面后,砂轮箱作一次间断性的垂直进给。
(3)辅助运动
机床在加工过程中还需一系列辅助运动,其功能是实现机床的各种辅助动作,为表面成形运动创造条件。
它的种类很多,如进给运动前后的快进和快退;调整刀具和工件之间正确相对位置的调位运动;工件夹紧;工作台横向运动;工作冷却等操纵控制运动。
1.工件夹紧工作台表面的T形槽可以直接安装大型工件;也可以安装电磁吸盘,电磁吸盘通入直流电流时,可同时吸持多个小工件进行磨消加工;在加工过程中,工件发热可自由伸展,不易变形。
当电磁吸盘通入反响直流小电流可以使工件去磁,方便卸下工件。
2.工作台横向、纵向、垂直三个方向的快似移动辅助运动还有砂轮箱在滑座水平导轨上快速横向运动、基座沿立柱垂直导轨的迅速垂直运动、工作台往返运动速度的调整和速度移动等。
3.工件冷却冷却泵电动机拖动冷却泵,提供切削液冷却工件,以减小工件在磨消加工中的热变形并冲走磨削,保证加工质量。
冷却泵电动机同样只需要方向旋转,可直接启动,无调速和制动要求。
第三章电力拖动特点以及电源形式
3.1电力拖动特点
(1)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。
(2)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式异步电动机拖动。
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。
(3)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。
(4)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。
(5)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。
3.2电源形式
主电路采用交流380V电源直接供电,对于比较复杂的控制线路,应采用控制电源变压器,将控制电压由交流380V或220V降至110V或48V、24V等,这是从安全角度考虑的。
本设计由控制变压器将交流380V变换成直流电压110V和36V分别供给电磁吸盘回路、照明回路。
第四章电气设计
4.1M7130型平面磨床电气控制线路见附录1所示。
4.2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,且有KM2控制砂轮电动机的制动。
M2由接触器KM3控制。
M3由接触器KM4控制。
三台电动机共用熔断器FU1作短路保护,M1用热继电器FR1作长期过载保护,M2用热继电器FR2作长期过载保护,M3用热继电器FR3作长期过载保护。
4.3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以及照明和指示灯控制
4.3.1电动机的控制
(1)砂轮电动机M1的控制
砂轮电动机M1在启动前,电磁吸盘必须已经正常工作。
即附录1第8区KI与KU的常开触点闭合,导通电路为前提。
其中SB8为启动按钮,SB9为急停按钮。
SB2为常闭触点,作用是断开M1。
根据设计要求,M1应有点动与长动控制,SB1为长动按钮,按下SB1后,KM1线圈通电,此时KM1主触点闭合,KM1常开触电闭合(8区),实现M1长动控制。
而当按下SB3时,仍通过线圈KM1,砂轮电动机M1仍然接通,但此时为点动控制。
当砂轮电动机M1超过一定速度时,速度继电器KS启动,九区速度继电器常开触点闭合,KM2线圈得电,KM1线圈失电,能耗制动启动。
(2)冷却泵电动机M2的控制
三台电动机的启动过程有先后顺序,首先为M1,然后M2,最后M3。
所以在M2和M3控制电路中串联KM1和KM3的常开触电(附录Ⅰ中10、12区)。
(3)液压泵电动机M3的控制
当M2启动后,按下SB7,线圈KM4得电,实现自锁。
KM3主触点闭合,M2工作。
4.3.2电磁吸盘的控制
电磁吸盘控制电路可分为变压装置、整流装置、控制装置和保护装置三部分。
电磁吸盘变压与整流装置由整流变压器TC1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。
控制装置在附录Ⅰ中,14、15区退磁充磁部分。
SA1为充磁退磁按钮,未按下SA1时,为充磁状态,KM6得电,电磁吸盘区KM6常闭触点闭合,电磁吸盘充磁,电磁吸盘工作。
当按下SA1时,KM5得电,且KM5的常闭触点断开,常开触点闭合,此时,线圈KM6失去电压,KM6常闭触电断开,常开触点闭合。
即实现电磁吸盘的退磁操作。
电磁吸盘线圈是一个大电感,当线圈断电时,两端会产生很高的自感电压,会把线圈绝缘损坏,以及在开关SB8上产生很大的火花,导致开关触点的损坏。
为此,电路中接了电阻R3作为其放电回路,以释放线圈中储存的磁场能量。
另外,图中的R1、C是用于吸收交、直侧通断时产生的浪涌电压,作为整流装置的过电压保护。
4.3.3照明的控制
照明电路分析控制变压器TC的二次侧输出36V电压,作为车床低压照灯和信号灯的电源。
SA为电源开关,HL为电灯。
第五章电气控制接线板
5.1电气控制接线板
经过老师的讲解,细心的指导。
按照设计指导书要求的控制功能,制作安装车床电气控制主回路及控制回路,取消能耗制动、控制变压器、指示回路及照明。
电气控制接线板如图4所示。
图4电气控制接线板
5.2控制板安装原则
1.设计电气控制线路图,选择元器件;
2.制定材料明细表;
3.按照现有的电气控制板的尺寸布置和安装电器元件,连接控制线路。
发现问题及时更正,并做好记录;
4.控制线路接线时,做好线号,等位点用相同的线号,以便检查电路;
5.检查线路安全可靠后做通电试验,调试控制线路,排除故障。
5.3元器件的选择及测试
因为控制电路板中各个元器件型号需相互匹配,所以在整个控制电路中我们均选择了工作电压为380V型的电器。
在控制电路中使用了1.5mm线径的导线。
在布置元器件之前,为了保证线路中元器件不出故障,所以要检查每个元器件是否可以正常工作。
对于接触器,用万用表检测每个触点的工作状态是否正常,并明确常闭、常开触点;对于热继电器,用万用表检测给个触点的状态,确保可以可靠动作;对于低压断路器,
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