某组合机床的电气控制系统设计Word格式文档下载.docx
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组合机床,以系列化和标准化的通用部件为基础,配以少量专用部件对一种或多种工件按预先确定的工序进行切削加工的机床。
在组合机床上可以同时从几上方向采用多把刀具对一个或数个工件进行加工,可减少物料的搬运和占地面积,实现工序集中,提高了生产效率和降低成本。
因此组合机床广泛应用于需大批量生产的零部件,如汽车等行业中的箱体等。
另外在中小批量生产中也可应用成组技术将结构和工艺相似的零件归并在一起,以便集中在组合机床上进行加工。
组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式,生产效率比通用机床高几倍至几十倍。
由于通用部件已经标准化和系列化,可根据需要灵活配置,能缩短设计和制造周期。
因此,组合机床兼有低成本和高效率的优点,在大批、大量生产中得到广泛应用,并可用以组成自动生产线。
组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。
加工时,工件一般不旋转,由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动,来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。
有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转,由刀具作进给运动,也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。
1.2设计任务及其要求
如图1.1所示为某一组合机床的示意图,左面为1#箱体移动式动力头。
主轴电机M1为5.5KW、1440转/分钟,1#箱体的进给电机为M3为1.5KW、1450转/分钟,工进与快进采用电磁铁YV1(DC24V,10W)进行切换;
右面为2#箱体移动式动力头。
主轴电机M2为5.5KW、1440转/分钟,2#箱体的工作进给电机为M4,为1.5KW、1450转/分钟,工进与快进采用电磁铁YV2(DC24V,10W)进行切换。
SQ1为左动力头的原位限位,SQ3为左动力头的快进限位,SQ5为左动力头的工进限位,SQ2为右动力头的原位限位,SQ4为右动力头的快进限位,SQ6为右动力头的工进限位。
图1.1某组合机床示意图
具体要求如下:
1.左、右两动力头均要求快进→工进→快退的工作循环。
2.可使左、右两动力头同时工作,也可进行单独调整。
3.加工过程中需要进行冷却。
4.应有电源有信号指示,动力头正在工作信号指示。
5.应有局部照明必要的保护环节。
2方案论证
2.1方案一
组合机床的电气控制系统可以采用继电器接触器电气控制系统。
继电器接触器控制系统自上世纪二十年代问世以来,一直是机电控制的主流,它结构简单、使用方便、价格低廉,因此使用广泛,受到人们的喜爱。
但是它的缺点也很明显:
动作速度慢、可靠性差,精度不高。
采用微电脑技术的可编程顺序控制器的出现,是的继电器接触器的控制方式更加逊色。
继电器接触式控制系统采用硬接线逻辑,连线复杂、体积大、功耗也大,因此该控制系统的灵活性差,扩展性也不好,继电器接触式控制系统还存在触点抖动和触点拉弧等问题。
另外,继电器接触式控制系统使用了大量的机械触点,连线也比较多,触点开闭时会受到电弧的损坏,寿命短,因而该控制系统可靠性差,并且其可维护性也不好。
2.2方案二
组合机床的电气控制系统也可以采用单片机系统控制。
单片机具有结构简单,使用方便,体积小,价格便宜等优点,经常用于数据采集和工业控制当中。
但是,单片机不是专门针对工业现场的自动化控制而设计的,因此使用单片机控制来实现自动控制,需要掌握汇编语言或C语言,编程复杂,需要长时间地学习。
除此之外用单片机实现自动控制现场调试也比较繁琐,单片机的抗干扰能力也不强。
2.3方案三
组合机床的电气控制系统可以采用PLC控制系统来实现。
PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
因此采用PLC控制系统可靠性高,使用方便,安装简单,编程也简单,容易维修。
2.4方案确立
综上所述,组合机床的控制系统应该采用方案三PLC控制系统。
PLC功能完善,易于编程,组合灵活,扩展方便,实用性强;
抗干扰能力和可靠性能力都强,远高于其他各种机型;
PLC各种模块上均有运行和故障指示装置,便于用户了解运行情况和查找故障,PLC还有强大的自检功能,这为它的维修提供了方便;
另外环境要求也低,PLC的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作,能在强电磁干扰环境下可靠工作,这也是PLC产品的市场生存价值。
另外,针对组合机床的电气控制系统,虽然PLC的价格高一些,但良好的稳定性和高度的可靠性可确保机床在加工零件时的精度,所以决定采用PLC控制系统来实现。
3硬件电路设计
3.1系统的原理方框图
图3.1系统原理方框图
3.2主电路
根据设计要求,主电路大致可以分为三个部分。
首先看第一部分,主轴电机。
由要求可知主轴电机工作方式有两种:
正转、反转。
因此根据不同的工作要求,主轴电机的转向不同。
又因为主轴电机的功率较小,只有5.5KW,故可以直接启动。
其主电路图如下3.2所示。
图3.2主轴电机电路图
当KM1、KM2的线圈得电吸合分别使电机M1、M2正转;
当KM9、KM10的线圈得电吸合分别是电机M1、M2反转。
通过PLC的输出就可以使不同的接触器线圈得电,从而使电机的转向不同。
其次看第二部分,快速电机和进给电机。
根据设计要求知左、右两动力头均要求快进→工进→快退的工作循环,并且左、右两动力头可以同时工作,也可进行单独调整。
所以就要求快速电机和工作进给电机M3、M4能够正反转。
其主电路如下图3.3所示。
图3.3快速电机和进给电机
由设计要求可知,冷却泵应该分为左右两个即M5,M6两个,能够正传即可,冷却泵电路图如图3.4所示。
M5M6
图3.4冷却泵电路图
最后看第三部分,照明电路和信号指示部分。
当机床工作时,为了警告旁人不要误动作,故要有信号指示说明,告诉别人正在进行工作,不要误动作。
信号指示也能显示机床是否是在正常工作、有无问题。
有时候需要晚上工作,所以需要必要的照明,指示信号灯电路如图3.5所示。
图3.5指示信号灯
指示灯分别与与之对应的接触器的常开触点连接,当接触器的线圈得电,其常开触点闭合,通过6.3V电压使之亮。
KM1、KM9分别是控制M1的正反转的接触器;
KM2、KM10分别是控制M2的正反转的接触器;
KM3、KM4分别是控制左右工进电机正转的接触器。
照明电路如下图3.6所示:
图3.6照明电路
3.3I/O分配
因采用PLC控制,需分配其I/O点,它决定着系统如何工作,该系统的I/O口分配如下表3.7所示。
表3.7I/O口地址分配表
输入地址号
信号名称
输出地址号
信号名称
X0
左动力头正转启动按钮
Y0
M1主轴正转(KM1)
X1
左动力头反转启动按钮
Y1
M1主轴反转(KM9)
X2
左动力头停车按钮
Y2
M3工进正转(KM3)
X3
左动力头冷却泵启动
Y3
YV1快进(YV1)
X4
左动力头快进限位
Y4
YV2快退(YV2)
X5
左动力头工进限位
Y5
左冷却泵(KM11)
X6
左动力头原位限位
Y6
M2主轴正转(KM2)
X7
左动力头快进按钮
Y7
M2主轴反转(KM10)
X10
左动力头快退按钮
Y10
M4工进正转(KM4)
X11
右动力头正转启动按钮
Y11
X12
右动力头反转启动按钮
Y12
X13
右动力头停车按钮
Y13
右冷却泵(KM12)
X14
右动力头冷却泵启动
X15
右动力头快进限位
X16
右动力头工进限位
X17
右动力头原位限位
X20
右动力头快进按钮
X21
右动力头快退按钮
3.4I/O接线图
该系统PLC的I/O接线图如下图3.8所示。
图3.8I/O接线图
注:
接触器的线圈通过接220V电压与PLC的输出端和COM端相连。
按钮和开关与输入端和COM端相连。
3.5元器件选型
本机床控制系统采用的是日本三菱公司的FX2N系编程控制器,根据设计的机床控制系统对输入输出的要求,本机床控制系统设计选择了日本三菱公司生产的FX2N系列可编程控制器中的FX2N–48MR-001,如下图3.9所示。
该型号的输入点数24个,输出点数24个,不但满足本系统的输入输出点数要求,而且为以后本机床的控制系统的升级改造留有一定的系统扩展空间。
图3.9FX2N-48MR-001
元器件清单表如下表3.10所示:
表3.10元器件清单表
代号
名称
型号及规格
用途
数量
价格
PLC
三菱可编程控制器
FX2N-48MR-001
编程控制
1
5490元
M1
三相交流异步电动机
Y132S-45.5KW380V1440r/min
主电动机
850元
M2
M3
Y90S-21.5KW380V1450r/min
快速工进电动机
380元
M4
M5
左冷却泵
M6
右冷却泵
FU1
熔断器
RL1-1515A
主电动机过载保护
10.5元
FU2
FU3
快速工进电动机过载保护
FU4
FU5
左冷却泵过载保护
FU6
右冷却泵过载保护
KM1
交流接触器
CJ10-75A线圈电压220V
控制M1正转
85元
KM2
控制M2正转
KM3
CJ10-40A线圈电压220V
M3工进
KM4
M4工进
KM9
控制M1反转
KM10
控制M2反转
85元
YV1
电磁铁
DC24V,10W
控制M3快进
40元
YV2
控制M4快进
FR1
热继电器
JR10-6052.5A
M1过载保护
31元
FR2
M2过载保护
FR3
JR10-10*147.20A
M3过载保护
23元
FR4
M4过载保护
FR5
M5过载保护
FR6
M6过载保护
SB1
按钮
R16-503AD
M1正转
2元
SB2
M1反转
SB3
M2正转
SB4
M2反转
SB5
SB6
M3快进
SB7
SB8
M4快进
SB9
SB10
SQ
位置开关
LA39-B2-10
6
120元
SA
照明开关
XD86-002
7元
SA1
冷却泵开关
AD-16
16元
SA2
指示灯
AD16-16C
8
12元
照明灯
12-85V
13元
总计
10667元
4软件设计
4.1程序流程图
根据要求知需使左、右两动力头均要求快进→工进→快退的工作循环和可使左、右两动力头同时工作,也可进行单独调整,设计的流程图如下图4.1所示。
图4.1程序流程图
4.2梯形图
梯形图如下图4.2所示。
图4.2梯形图
5系统调试
安装GXDeveloper和三菱的仿真软件,建立一个新工程,将梯形图输入到工程中,完成后将其转换。
再启动梯形图逻辑测试,选择软元件测试,输入不同的软元件,改变其状态,观察输出的改变。
调试情况如下表5.1所示。
表5.1调试表格
软元件的改变
输出的改变
X0=1,X1=0
Y0=1
X0=0,X1=1
Y1=1
X2=0
Y0=0,Y1=0
X3=1
Y5=1
X3=0
Y5=0
X7=1,X0=1,X1=0/X7=1,X0=0,X1=1
Y0=1,Y3=1/Y1=1,Y3=1
X4=1
Y2=1,Y3=0
X5=1
Y2=0,Y4=1,Y0=0/Y1=0
X6=0
Y4=0
X10=1
Y4=1
X11=1,X12=0
Y6=1
X11=0,X12=1
Y7=1
X13=1
Y6=0,Y7=0
X14=1
Y13=1
X20=1,X11=1,X12=0/X20=1,X11=0,X12=1
Y11=1,Y6=1/Y11=1,Y7=1
X15=1
Y10=1,Y11=0
X16=1
Y10=0,Y12=1,Y6=0/Y7=0
X17=0
Y12=0
X21=1
Y12=1
设计心得
PLC(可编程控制器)以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于现代工业的自动控制之中。
通过这次设计实践。
我熟练了PLC的基本编程方法,对PLC的工作原理和应用也有了更深刻的理解。
在对理论的运用中,提高了我的工程素质,在没有做实践设计以前,我掌握的都是理论知识,对一些细节不加重视,当我用理论知识写出来的程序用到PLC中的时候,出现了一些小问题,要么不能运行,或者运行的结果和要求的结果不相符合。
能够解决一个个在调试中出现的问题,这使我对PLC的理解得到了加强,同时我也看到了理论与实践的差距。
通过此次课程设计,我对PLC梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的了解,也让我了解了关于PLC设计原理。
有很多设计理念来源于实际,并且从中找出最适合的设计方法。
最后非常感谢老师的耐心指导和同学们的热心帮助!
参考文献
[1]任胜杰.电气控制与PLC系统.机械工业出版社,2012.
[2]史宜巧,孙业明,景邵学.PLC技术及应用项目教程.机械工业出版社,2009.1.
[3]刘艳梅.三菱PLC基础与系统设计.机械工业出版社,2009.
[4]王永华.现代电气控制及PLC应用[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2003
[5]陈立定.电气控制与可编程控制器[M].广州:
华南理工大学出版社,2006
[6]王炳实.机床电气控制[M].北京:
机械工业出版社,2009
[7]俞国亮.PLC原理与应用(三菱FX系列).清华大学出版社.2005.
附电气
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- 组合 机床 电气控制 系统 设计