A系列龙门刨床的PLC改造.docx
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A系列龙门刨床的PLC改造
目录
前言......................................................................................................................................2
第一章摘要..................................................................................................................4
第二章龙门刨床的简介
2.1分类..........................................................................................................................。
.4
2.2工作情况...................................................................................................................。
4
2.3龙门刨床的规格...................................................................................................。
。
6
第三章B2012型龙门刨床对控制系统的要求
3.1要求有宽广的调速范围8
3.2电气控制电路能保证机床可靠地自动工作8
3.3工作台能够按照需要实现自动往返循环........................................................。
8
3.4工作台速度调整,且无须停................................................................................9
3.5刀架能自动进给和快速移动................................................................................9
3.6系统的机械特性要有一定的硬度.......................................................................9
3.7有必要的联锁保护................................................................................................10
第四章龙门刨床电气控制
4.1电机组起动控制电路.............................................................................................10
4.2刀架控制电路........................................................................................................12
4.3横梁控制电路......................................................................................................13
4.4工作台控制电路
4.4.1为减小切入工件时对刀具的冲击,延长刀具的寿命...............................15
4.4.2减速注意.............................................................................................................16
4.4.3高速反向问题....................................................................................................16
4.4.4减小高速反向时的越位问题..........................................................................16
第5章龙门刨床PLC控制系统组成
5.1龙门刨床运动特点..............................................................................................17
5.2PLC的类型的选定..............................................................................................17
5.3工作台控制流程图与程序设计........................................................................18
5.4梯形图的编制......................................................................................................19
第6章A系列龙门刨床控制图
I/O地址分配图..........................................................................................................20
PLC的梯形图...............................................................................................................21
PLC外部接线图...........................................................................................................28
总结......................................................................................................................................29
答谢词................................................................................................................................30
参考文献...........................................................................................................................31
前言
龙门刨床是机械工业的主要工作母机之一,在工业生产中占有重要的位置。
龙门刨床工作台最早采用交流感应电动机拖动并实现正反向的方案,和用交流电动机通用电磁离合器实现正反向的方案,以及用交流电动机通过液压系统实现正反向的方案。
后来使用较多的是直流发电机一电动机组的拖动方案。
而这种方案又有两类:
一类是自励放大机控制并改变发电机励磁进行调整的方案;另一类就是采用交磁放大机控制并改变发电机励磁的调整方案。
六、七十年代,由于微电子技术的发展,出现了由晶闸管直接供电的直流调速系统拖动龙门刨床工作台的方案。
但直流电动机本身结构上存在严重的问题,它的机械接触式换向器不但结构复杂,制造费时,价格昂贵,而且运行中容易出现故障。
随着交流变频调速技术的发展,使交流电动机拖动龙门刨床工作台成为可能。
PLC(可编程控制器)是以微机技术为核心的通用工业控制装置。
它将传统的继电器—接触器控制技术与计算机技术和通信技术融合一体、有功能强大、境适应性好、程简单、用方面、可靠性高、编程简单、体积小、功耗低等优点。
在短短的几十年里得到了迅猛发展,已成为当代工业自动化的主要支柱之一。
目前,部分中小型企业及高校仍广泛使用传统的继电器控制机床,这些机床经历了比较长的历史,虽然它能在一定范围内满足单机和自动生产线的需要,但由于它的电控系统是以继电器、接触器的硬连接为基础,技术上比较落后,特别是其触点的可靠性问题直接影响了产品质量和生产效率。
因此,近几年来工业自动化,机电一体化,改造传统产业等方面,PLC得到广泛的应用。
学习,掌握和应用PLC技术对提高我国工业自动化水平和生产效率具有十分重要的意义。
由于目前专门介绍PLC刨床控制的信息较少,作者为此编写此论文,主要是介绍基于C的龙门刨床控制,本论文是以三菱的FX2N系列PLC为对象,本论文着重介绍PLC控制系统梯形图和助记符编程语言。
从应用的角度出发,重点讲述PLC原理及其工程应用,其生产工艺特点是:
工作台连同工件频繁地进行往复运动,工件的切削加工仅在工作进程内进行,而返回进程只作空运转。
刀架进给运动,是在工作台于返回行程到工作行程的换向期间内进行。
因而龙门刨床的主运动是工作台连同工件的纵向往复运动,辅助运动是刀架的进给、抬刀、落刀和快速移动,横梁的夹紧、放松和升降,以及工作台的步进、步退等辅助动作。
龙门刨床的电气控制系统分主传动系统和辅助运动控制系统两部分。
PLC用于龙门刨床控制系统改造方案之一就是:
主传动系统即工作台电力拖动系统,仍然保留目前最广泛使用的逻辑无环流可逆调速系统,其调速换向控制以及辅助运动控制系统采用可编程序控制器替代旧的继电控制系统,各部分的信号检测、动作执行机构也基本上保留原有的不变。
特点是投资小、见效快。
目前,部分中小型企业及高校仍广泛使用传统的继电器控制机床,这些机床经历了比较长的历史,虽然它能在一定范围内满足单机和自动生产线的需要,但由于它的电控系统是以继电器、接触器的硬连接为基础,技术上比较落后,特别是其触点的可靠性问题直接影响了产品质量和生产效率。
而用PLC对它进行技术改造,便能取得很好的效果。
本文以A系列龙门刨床的改造实例,说明PLC在其中的应用。
本文作者根据龙门刨床的加工工艺特点,采用可编程序控制器(PLC)对其传统控制系统进行改造,投资小、改造周期短,节能降耗、提高功效显著。
第一章 摘要
龙门刨床是一种用于加工大型、狭长机械零件的大型加工设备。
刨台在刨削过程中不断地作往复运动每往复一次即为一个周期。
在这一个周期内,刨台的速度是变化的。
在刨刀初接触工件时,要低速,防止刀具崩坏;切削段的速度是操作者选定的切削速度;返回段属于空行程,为了提高工作效率,返回速度尽可能高一点;返回结束前,为了减少冲力,又应将速度降至零后转向进入下一周期。
往复运动的速度变化,由刨台下面的无触点接近开关控制。
辅助部分包括润滑泵、横梁升降、抬刀与进刀、左右刀架、垂直刀架控制回路等。
其电气控制系统主要用于控制工作台按要求速度自动往复循环运动,刀架进刀、退刀、横梁升降以及他们之间的连锁控制。
传统龙门刨床的控制系统通常为继电一接触器控制,该系统连线复杂,体积大,自动化水平低。
因而造成了使用企业的生产率低下,效益差。
现采用可编程序控制器改造A系列龙门刨床的电控系统,取得了较好的效果。
而用PLC对它进行技术改造,便能取得很好的效果。
本文以A系列龙门刨床的改造实例,说明PLC在其中的应用。
关键字:
龙门刨床控制 PLC控制 电气控制 变频调速。
第二章龙门刨床的简介
龙门刨床是用来刨削大型零件(如箱体)的刨床。
对中、小型零件,也可以一次装夹几个零件,用几把刨刀同时进行刨削。
龙门刨床主要由床身、立柱、横梁、工作台、两个垂直刀架、两个侧刀架等组成。
龙门刨床是机械工业的主要工作母机之一,在工业生产中占据重要的地位,其机构示意图如图1—1所示,刨床左右立柱6上托有可上下移动的横梁5,横梁上装有可在横梁上横向一定的并垂直进给的左右两个垂直刀架4,刀架上装有刨刀8,左右两个立柱上分别设有可上下移动并横向进给的左侧刀架和右侧刀架3,工作台1(又称刨床)放在底座导轨2上,作往复运动,7为龙门顶,刨床可分粗加工和精加工水平面。
垂直面、倾斜面以及各种平面组合的导轨面。
还可更换磨头和铣削装置,对被加工零件进行铣削和磨削加工。
2.1分类
按刨床的结构特征可分为二类:
牛头刨床、龙门刨床和插床。
其应用范围各有不同。
2.2工作情况
进行加工时,工件装在工作台上,工作台沿床身导轨作直线往复运动。
横梁上的垂直刀架和立柱上的侧刀架都可以垂直或水平进给。
刨削斜面时,可以将垂直刀架转动一定的角度。
当刨削高度不同的工件时,可调整横梁在立柱上的高低位置。
龙门刨床的工作台由一套复杂的电气控制系统,可进行无级调速。
刨削方法必须针对不同表面加以制定,而且不同的表面应用不同刨刀才能加工。
刨刀常用的有平面刨刀、偏刀、角度偏刀、切刀、成形刨刀等几种。
按所刨平面倾斜方向不同,又可将偏刀分为左、右偏刀。
刨削是单件小批量生产的平面加工最常用的加工方法,加工精度一般可达IT9~IT7级,表面粗糙值为Ra12.5~1.6μm。
刨削可以在牛头刨床或龙门刨床上进行,如图2--2所示。
刨削的主运动是变速往复直线运动。
因为在变速时有惯性,限制了切削速度的提高,并且在回程时不切削,所以刨削加工生产效率低。
但刨削所需的机床、刀具结构简单,制造安装方便,调整容易,通用性强。
2.3龙门刨床规格
由于需要,目前A系列龙门刨床仍然在继续生产,其电气系统在贯彻新的国家标准时作了一系列的改进。
A系列龙门刨床有B1010A、B1012A、B1016A、B2010A、B2012A、B2016A等六种。
型号B表示包场,第一个数字1表示在单位柱称为单臂,2表示双立柱称为龙门。
第二个数字0表示基型。
第三四个数字表示最大刨削宽的1/100,单位为mm,因此10、12、16分别表示刨削宽度最大为1.0、1.25、1.6m等,它们是成等比级数的,公比为1.25.A表示第一次改型设计,A系列龙门刨床主要技术规格见表2—1。
型号
项目
B1010A
B1012A
B1016A
B2010A
B2012A
B2016A
工件最大尺寸(mm)
长
3000
4000
6000
3000
4000
4000/6000
宽
1000
1250
1600
1000
1250
1600
高
800
1000
1250
800
1000
1250
可加工工件最大重量(t)
5
8
15
5
8
10/15
工作台齿条上允许的最大拉力(N)
V=12-30m/min
49000
V=10-20m/min
62000
V=12-30m/min
59000
V=10-20m/min
78500
工作台行程速度(m/min)
低速档
6-60
9-90
4-40
8-80
6-60
9-90
4-40
8-80
高速档
表2-1A系列龙门刨床主要技术规格
第三章B2012型龙门刨床对控制系统的要求
B2012型龙门刨床的工作台是往返交替循环直线运动的,工件固定在工作台上与刀具作相对运动。
工作台在工作行程是进行切削加工,各种台返回时,刀具自动抬起,不进行切削加工。
工作台返回是速度快,以减小空行程时间。
B2012型龙门刨床的主拖动系统要求比较高,它不仅要求足够大的切削功率,较大的调速范围,而且能够按照要求实现自动的速度循环。
对于刀架得移动.进刀.退刀.抬刀.横梁放松与夹紧.横梁上升与下降.工作台步进与步退等各种电动机与控制电器配合实现电器配合实现。
B2012型龙门刨床对电气控制和PLC控制的系统要求综合起来又以下几个方面:
3.1要求有宽广的调速范围
由于在加工过程的材料和零件不同,所使用的刀具也会不同(例高速钢刀具。
硬质合金刀具等),这就要求机床有不同的速度,以便满足不同加工工艺的要求。
B2012型龙们刨床采用电机放大机作为直流发电机励磁调节器的直流发电机-电动机组系统并加一级机械变速,从而保证工作台调速范围达到20:
1工作台在低速档的速度为6—60m/min在高速档的速度为9—90m/min在低速档或高速档范围内,可实现电气的无机调速,以便生产时能选择最合理的切削速度。
3.2电气控制电路能保证机床可靠地自动工作
工作台往复运动一次吼,刀架自动进给。
后退行程中,刀架自动抬起。
工作台在行程末尾可进行减速、反向等运动的自动变换。
3.3工作台能够按照需要实现自动往返循环
在高速切削时,是为了减小刀具的冲击,应使刀具慢速切入工件。
若切削速度与冲击为刀具所能承受时,利用转换开关,可以取消慢速切入。
在工作台前进与返回行程末尾,工作台能自动调速,以保证刀具慢速离开工件,防止工件边缘剥裂,同时可减小工作台反向时的冲程和对电动机及其他机械的冲击。
B2012A型龙门刨床工作台的三种方法如图3--1所示。
在图311-中,ab线段表示工作台正向起动的速度;cd线段表示切削速度;ef线段表示道具慢速离开工件的速度;fg线段表示工作台制动;gh线段表示工作台反向起动的速度;hi线段表示工作台的返回速度;jk线段表示返回O点前的慢速;kO线段表示工作台制动。
3.4工作台速度调整,且无须停车
用于磨削时,工作台应能降低速度至1m/min,以便保持磨削时工件的精度。
能自动调速,以保证刀具慢速离开工件,防止工件边缘剥裂,同时可减小工作台反向时的冲程和对电动机及其他机械的冲击。
B2012A型龙门刨床工作台的三种方法如图所示。
在图中,ab线段表示工作台正向起动的速度;cd线段表示切削速度;ef线段表示道具慢速离开工件的速度;fg线段表示工作台制动;gh线段表示工作台反向起动的速度;hi线段表示工作台的返回速度;jk线段表示返回O点前的慢速;kO线段表示工作台制动。
3.4工作台前进与返回行程的速度能分别作无级调整,且无须停车。
用于磨削时,工作台应能降低速度至1m/min,以便保持磨削时工件的精度。
3.5刀架能自动进给和快速移动
进行加工时,工件装在工作台上,工作台沿床身导轨作直线往复运动。
横梁上的垂直刀架和立柱上的侧刀架都可以垂直或水平进给。
3.6系统的机械特性要有一定的硬度
为了避免因起切削符合发生变化引起的工作台速度有较大的波动,以至于影响加工工件表面的质量,同时系统的机械特性应具有下垂特性,当负荷过大时,能使拖动工作台的直流电动机的转速迅速下降,直至停止,从而达到保护电动机及机械装置的目的。
3.7有必要的联锁保护
为了使发电机和电动机的换向器不致过大的换向火花而烧坏。
第4章龙门刨床电气控制
4.1电机组起动控制电路
电机组起动控制电路如图中所示。
以前采用380V供电,现在改用通过变压器供给的优先控制电压110V。
接下控制柜上电机组起动按钮SB2时,电器柜通风机接触器KM17线圈通电,触电KM17(705-707)闭合,直流电动机温度保护继电器KTE正常时是吸合的,触电KTE(741-709)闭合,而Q2、Q3、KR都已接通,因而主拖动电动机接触器KM1与时间继电器KT1线圈同时通电并自保。
如果此时负荷选择开关SA10置于轻负载一侧,侧触电SA10-1(703-721)闭合,KM2线圈通电,主拖动电动机M2带动直流发电机G1、励磁机G2(即三联机组)一起旋转,随着M2速度的升高,励磁机电压UG2升高,当电压升高到大于励磁机额度电压的75%时,直流时间继电器KT2吸合(见图7-10b),其常开延时释放触电KT2(729-731)闭合,为KM4、KM5线圈通电作准备。
当KT1延时完毕,触电KT1(703-729)闭合,KM4、KM5线圈通电并自保。
由于KT2的存在,保证了只有当励磁机正常工作时,才能使KM4、KM5工作,扩大机用电动机M3、通风机电动机M4起动旋转。
至此,主拖电动机在轻负载时,其绕组在Y联结下降压运转,降低了主拖电动机的无功功率需要量,从而提高了供电系统的功率因数。
如果主拖动电动机负载较重,大到50%以上时,将SA10置于重负载一侧,触电SA10-1(703-721)断开,SA10-2(719-719a)闭合。
起先,主拖动电动机KM2接触器线圈由KT1常闭延时释放触点703-719和KT2常闭延时闭合触点供电而接成星形起动,待KT2吸引衔铁及KT1延时完毕后,电动机M2断电以惯性旋转,待KM4线圈通电,KT2断电延时完毕,使M2联结成三角形稳定运转。
KT1的延时调节在3~4s,KT2延时时间为1s以下,一般使电动机M2在Y连接起动至稳定转速后,立即断开Y联结,留出接触器转换时间,即可转成D连接运转,这时KT1、KT2的延时时间认为是调节的合适的。
4.2刀架控制电路
刀架的进给常用用的有技协进刀,液压进刀,电气进刀等几种方法。
A系列刨床采用交流电动机拖动的机械方法,这种方法电气上比较简单,机械装置比较复杂,进到精度不够,器控制电路见图附录图。
刀架的控制电机机械与电器共同完成,因此必须了解一些机械操作手柄与电器关系,才能更好地了解刀架控制。
本刨床有两个垂直刀架,每个刀架有快速移动和自动进给两种工作状态,每种工作状态有水平进刀,(左右两个方向)、垂直进刀(上下两个方向)四个放方向的动作,这些都由以个垂直刀架来完成。
刀架的进给运动是进给电动机驱动经过进给变速箱和光杠、丝杠、螺母等传动件实现的。
为了解决间隙的仅给运动和连续的电动机转动的矛盾,旧型号刨床B210采用紧张环机构,而A系列刨床则采用拔叉式双向离合器。
左、右侧刀架的情况基本和垂直刀架相似,所不同的是左、右只有上、下两个方向移动;另外一个不同点是左、右侧控制电路经过中间继电器KA10、KA11常闭点接到电源上去的。
而KA10、KA11线圈的通电,其常闭点断开,刀架电动机停止转动防止刀架与横梁碰撞。
进刀电动机旋转方向从风扇端看,除左侧刀架逆时针转动外,其余均为顺时针方向旋转。
4.3横梁控制电路
横梁有放松、夹紧及上、下移动等动作。
横梁放松夹紧的动力有电动机、液压及压缩空气等几种方式,A系列刨床是采用横梁夹紧电动机(crossrailclampingmotor)M10来实现的。
横梁上、下移动则是由横梁升降电动机(crossraileleratingmotor)M9来完成的。
横梁控制电路图附录图中所示。
只有工作台停止工作时,KA3常闭触点(101-601) 闭合,才能使横梁控制电路工作。
如果需要横梁上、下移动时,在电路中自动地使横梁先放松后移动,如按下按钮站上的横梁上升按钮SB6时,横梁中间继电器KA1线圈通电由于KA1(6311-633)触点闭合,使横梁放松接触器KM16线圈通电,使横梁放松夹紧电动机M10工作,横梁逐渐放松(见图4--1)。
横梁放松时,行程开关ST6-1闭合,因此KM16线圈断电,横梁放松完毕
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