車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘 要車床是機(jī)械加工中使用最廣泛的機(jī)床，它可以用于切削各種工件的外圓、內(nèi)孔、端面及螺紋等?，F(xiàn)代生產(chǎn)機(jī)械多采用機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)相結(jié)合的控制技術(shù)。電氣控制技術(shù)起聯(lián)接中樞作用，應(yīng)用最為廣泛。用普通機(jī)床加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是將CA6140型普通車床改造為數(shù)控車床。關(guān)鍵詞：車床、數(shù)控， PLC，機(jī)床改造，電氣控制系統(tǒng)。目錄第1章 前 言1第2章 電氣控制系統(tǒng)22.1 電氣控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介22.2 電路控制2第3章 c650

2、普通要求于控制特點(diǎn)我是車床的電氣控制3.1 6 5 0普通車床的電力拖動(dòng)控制要求與特點(diǎn).5 第4章 PLC控制電路 4.1 P L C機(jī)型選擇、 硬件連接及 l O地址分配4.2 C65 0車床的 PL C程序設(shè)計(jì) 4.3 P L C梯形圖控制分析4443.6 確定合理的裝夾方式4第4章 刀具及切削用量54.1 選擇數(shù)控刀具的原則54.2 選擇數(shù)控車削用刀具54.3 設(shè)置刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)64.4 確定切削用量6第5章 典型軸類零件的加工75.1 軸類零件加工工藝分析75.2 典型軸類零件加工工藝95.3 加工坐標(biāo)系設(shè)置115.4 手工編程12第6章 結(jié)束語(yǔ)15第7章 致謝詞16參考文獻(xiàn)17 第1章

3、 前 言在機(jī)床工業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，提高機(jī)床的加工速度和加工精度，始終是人們努力解決的相互制約的兩大課題，也是推動(dòng)機(jī)床電氣控制系統(tǒng)發(fā)展的動(dòng)力。電力拖動(dòng)控制、電力電子、檢測(cè)、計(jì)算機(jī)和控制理論的發(fā)展，為機(jī)床電氣控制系統(tǒng)不斷發(fā)展提供了物質(zhì)和科技條件。 20世紀(jì)40年代以前，機(jī)床的電氣控制主要采用交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的繼電器-接觸器控制。由于當(dāng)時(shí)的交流電動(dòng)機(jī)難以實(shí)現(xiàn)調(diào)速，只能通過(guò)皮帶、齒輪等機(jī)械機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)有級(jí)變速，因而機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，同時(shí)還限制了加工精度的提高。繼電器-接觸器控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床的各種運(yùn)動(dòng)控制（如啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、變速等），并可實(shí)現(xiàn)邏輯控制、聯(lián)鎖控制、異地控制等，因而大大提高了機(jī)床的自動(dòng)

4、化水平，有助于減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。這種控制系統(tǒng)技術(shù)簡(jiǎn)單、易于掌握，至今仍被廣泛采用。繼電器-接觸器控制系統(tǒng)是由各種電器組成的，而這些電器的機(jī)械動(dòng)作壽命是有限的，必須按時(shí)更換損壞的電器，以免影響系統(tǒng)的可靠性。另外，根據(jù)加工工藝的要求，需要改變控制邏輯關(guān)系時(shí)，必須修改線路，重新安裝配線，這對(duì)現(xiàn)代機(jī)床的控制要求是很不適應(yīng)的。20世紀(jì)40年代后，發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)、交磁放大機(jī)-電動(dòng)機(jī)等直流調(diào)速系統(tǒng)，以其優(yōu)良的調(diào)速性能，被廣泛用于大型機(jī)床的主拖動(dòng)和進(jìn)給拖動(dòng)系統(tǒng)中。不僅提高了機(jī)床的加工性能，還簡(jiǎn)化了機(jī)床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。近年來(lái)，由于電力電子器件及其變換技術(shù)的發(fā)展和矢量控制技術(shù)的應(yīng)用，交流調(diào)速系統(tǒng)有了很大的發(fā)展，在調(diào)

5、速性能上完全可以與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美，加之性能可靠、維護(hù)方便，因而在星帶機(jī)床中逐步取代著直流調(diào)速系統(tǒng)。在機(jī)床的控制方面，今年出現(xiàn)的可編程控制器（PLC）已廣泛用于電氣控制系統(tǒng)中。可編程控制器不僅可以按事先編好的程序進(jìn)行各種邏輯控制，還具有隨意編程、自動(dòng)診斷、通用性好、體積小、可靠性高的特點(diǎn)。因此，可編程控制器正逐步取代著繼電器接觸器控制系統(tǒng)?？梢灶A(yù)料，隨著科學(xué)季度的發(fā)展，機(jī)床PLC電氣控制系統(tǒng)將繼續(xù)向更高的方向發(fā)展，以不斷提高機(jī)床的加工精度、生產(chǎn)效率和自動(dòng)化水平。第2章 電氣控制系統(tǒng)2.1電氣控制系統(tǒng)一般稱為電氣設(shè)備二次控制回路，不同的設(shè)備有不同的控制回路，而且高壓電氣設(shè)備與低壓電氣設(shè)備的控制

6、方式也不相同。為了保證一次設(shè)備運(yùn)行的可靠與安全，需要有許多輔助電氣設(shè)備為之服務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)某項(xiàng)控制功能的若干個(gè)電器組件的組合，稱為控制回路或二次回路。這些設(shè)備要有以下功能：1）自動(dòng)控制功能。高壓和大電流開(kāi)關(guān)設(shè)備的體積是很大的，一般都采用操作系統(tǒng)來(lái)控制分、合閘，特別是當(dāng)設(shè)備出了故障時(shí)，需要開(kāi)關(guān)自動(dòng)切斷電路，要有一套自動(dòng)控制的電氣操作設(shè)備，對(duì)供電設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制。2）保護(hù)功能。電氣設(shè)備與線路在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生故障，電流(或電壓)會(huì)超過(guò)設(shè)備與線路允許工作的范圍與限度，這就需要一套檢測(cè)這些故障信號(hào)并對(duì)設(shè)備和線路進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整(斷開(kāi)、切換等)的保護(hù)設(shè)備。3）監(jiān)視功能。電是眼睛看不見(jiàn)的，一臺(tái)設(shè)備是否帶電或斷電

7、，從外表看無(wú)法分辨，這就需要設(shè)置各種視聽(tīng)信號(hào)，如燈光和音響等，對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行電氣監(jiān)視。4）測(cè)量功能。燈光和音響信號(hào)只能定性地表明設(shè)備的工作狀態(tài)(有電或斷電)，如果想定量地知道電氣設(shè)備的工作情況，還需要有各種儀表測(cè)量設(shè)備，測(cè)量線路的各種參數(shù)，如電壓、電流、頻率和功率的大小等。在設(shè)備操作與監(jiān)視當(dāng)中，傳統(tǒng)的操作組件、控制電器、儀表和信號(hào)等設(shè)備大多可被電腦控制系統(tǒng)及電子組件所取代，但在小型設(shè)備和就地局部控制的電路中仍有一定的應(yīng)用范圍。這也都是電路實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)。2.2常用的控制線路的基本回路由以下幾部分組成。1）電源供電回路。供電回路的供電電源有AC380V和220V等多種。2）保護(hù)回路。保

8、護(hù)(輔助)回路的工作電源有單相220、36V或直流220、24V等多種，對(duì)電氣設(shè)備和線路進(jìn)行短路、過(guò)載和失壓等各種保護(hù)，由熔斷器、熱繼電器、失壓線圈、整流組件和穩(wěn)壓組件等保護(hù)組件組成。3）信號(hào)回路。能及時(shí)反映或顯示設(shè)備和線路正常與非正常工作狀態(tài)信息的回路，如不同顏色的信號(hào)燈，不同聲響的音響設(shè)備等。4）自動(dòng)與手動(dòng)問(wèn)路。電氣設(shè)備為了提高工作效率，一般都設(shè)有自動(dòng)環(huán)節(jié)，但在安裝、調(diào)試及緊急事故的處理中，控制線路中還需要設(shè)置手動(dòng)環(huán)節(jié)，通過(guò)組合開(kāi)關(guān)或轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)與手動(dòng)方式的轉(zhuǎn)換。5）制動(dòng)停車回路。切斷電路的供電電源，并采取某些制動(dòng)措施，使電動(dòng)機(jī)迅速停車的控制環(huán)節(jié)，如能耗制動(dòng)、電源反接制動(dòng)，倒拉反接制

9、動(dòng)和再生發(fā)電制動(dòng)等。6）自鎖及閉鎖同路。啟動(dòng)按鈕松開(kāi)后，線路保持通電，電氣設(shè)備能繼續(xù)工作的電氣環(huán)節(jié)叫自鎖環(huán)節(jié)，如接觸器的動(dòng)合觸點(diǎn)串聯(lián)在線圈電路中。兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的電氣裝置和組件，為了保證設(shè)備運(yùn)行的安全與可靠，只能一臺(tái)通電啟動(dòng)，另一臺(tái)不能通電啟動(dòng)的保護(hù)環(huán)節(jié)，叫閉鎖環(huán)節(jié)。如兩個(gè)接觸器的動(dòng)斷觸點(diǎn)分別串聯(lián)在對(duì)方線圈電路中。第3章.c650普通我是車床的電氣控制要求于控制特點(diǎn)3.1 6 5 0普通車床的電力拖動(dòng)控制要求與特點(diǎn)如下： (1) 主軸電動(dòng)機(jī) M1 通常選用籠型異步電動(dòng)機(jī)， 完成主軸 主運(yùn)動(dòng)和刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)。 電動(dòng)機(jī)采用直接起動(dòng)的方式起 動(dòng)， 可正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。 為加工調(diào)整方便， 還具有正

10、向點(diǎn)動(dòng)功 能。 ( 2) 停車時(shí)和點(diǎn)動(dòng)完畢均要反接制動(dòng)。 為了防止在頻繁點(diǎn) 動(dòng)時(shí)， 大電流造成電動(dòng)機(jī)過(guò)載以及限制反接制動(dòng)電流 ， 在點(diǎn)動(dòng) 和反接制動(dòng)時(shí)主電路串接了限流電阻R。 ( 3) 為了提高生產(chǎn)效率、 減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度， 溜板箱的快 速移動(dòng)由電動(dòng)機(jī)M3 單獨(dú)拖動(dòng)。根據(jù)使用需要， 可隨時(shí)手動(dòng)控 制起停。 ( 4) 車削加工中， 為防止刀具和工件的溫度過(guò)高、 延長(zhǎng)刀 具使用壽命、 提高加工質(zhì)量， 車床附有一臺(tái)單方向旋轉(zhuǎn)的冷泵電動(dòng)機(jī) M2 ， 提供冷卻液。 由于可編程控制器(PLC)具有：(1)通用性、適應(yīng)性強(qiáng)；(2)完善的故障自診斷能力且維修方便；(3)可靠性高及柔性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且小型PLC的價(jià)

11、格目前亦很便宜。因此，在普通車床的控制電路改造中發(fā)揮了及其重要的作用。而且可編程控制器SYSMACCP1H是用于實(shí)現(xiàn)高速處理高功能的程序包型PLC。配備與CS/CJ系列共通的體系結(jié)構(gòu)，與以往產(chǎn)品CPM2A40點(diǎn)輸入輸出型為相同尺寸，但處理速度可達(dá)到約10倍的性能。本文以c650車床的控制系統(tǒng)為例，詳細(xì)說(shuō)明使用歐姆龍產(chǎn)CP1H型PLC改造傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。第4章 PLC控制電路 4.1 P L C機(jī)型選擇、 硬件連接及 l O地址分配 車床電氣控制系統(tǒng)所需的 I 0點(diǎn)總數(shù)在 2 5 6以下 ， 屬于型機(jī)的范圍?？刂葡到y(tǒng)只需要邏輯運(yùn)算等簡(jiǎn)單功能， 主要用來(lái) 實(shí)現(xiàn)條件控制和順序控制。為實(shí)現(xiàn) C

12、 6 5 0車床上述的電氣控制 要求， 所以P L C可以選擇歐姆龍公司的C P 1 H系列。它的價(jià)格 低， 體積小， 非常適用于單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。 該機(jī)床的輸入信 號(hào)是開(kāi)關(guān)量信號(hào)， 輸出是負(fù)載三相交流電動(dòng)機(jī)接觸器等。根據(jù) 表 1可知，車床電氣控制系統(tǒng)需要 9個(gè)外部輸人信號(hào)， 5 個(gè)輸 出信號(hào) 。P L C所具有的輸入點(diǎn)和輸 出點(diǎn)一般要 比所需冗余 3 0 ， 以便于系統(tǒng)的完善和今后的擴(kuò)展預(yù)留 。所以本系統(tǒng)所需的輸入點(diǎn)為 1 2個(gè) ，輸出點(diǎn)為 7個(gè)?，F(xiàn)選擇歐姆龍公司C P I H系列的C P 1 H一 4 0 C D R A型 P L C， 2 4 V直流 2 4點(diǎn)輸入繼電器型交流 1 6點(diǎn)

13、輸出。4.2 C65 0車床的 PL C程序設(shè)計(jì) P L C的程序可以采用梯形圖、 語(yǔ)句表、 程序塊等形式表示。 為了與繼電器一接觸器系統(tǒng)相承接， 采用梯形圖形式對(duì)車床電 氣控制系統(tǒng)進(jìn)行編程。 梯形圖與繼電器接觸器系統(tǒng)的原理圖 從本質(zhì)上相一致， 設(shè)計(jì)方法為參照繼電器原理圖在保持原有控 制邏輯基礎(chǔ)上改繪。 4.3 P L C梯形圖控制分析 (1) 車床正向工作及反接制動(dòng)過(guò)程： 按下 S B 2 ， 接通內(nèi)部 輔助繼電器 W2 0 0 0 0 ， 進(jìn)入聯(lián)鎖程序 ， 由內(nèi)部輔助繼電器接通 K M3吸合短接電阻 R ， 同時(shí)接通 K M1 ， 主電動(dòng)機(jī) M1 正轉(zhuǎn)起動(dòng) 運(yùn)行， 開(kāi)始車削加工。要停車時(shí)，

14、 按下 S B1 ， K M1 、 KM3 線圈失 電， 同時(shí) K M2吸合 ， 主電動(dòng)機(jī) M1串電阻反接制動(dòng)， 當(dāng)速度接 近零時(shí)， 速度繼電器正轉(zhuǎn)常開(kāi)觸點(diǎn) K S 1 斷開(kāi)， K M2釋放電動(dòng)機(jī)M1 停轉(zhuǎn)。 反向工作過(guò)程與正向相同， 如圖4 ； 其他工作過(guò)程如圖 5 。 ( 2) 刀架快速移動(dòng)過(guò)程： 扳動(dòng)進(jìn)給操縱手柄壓合位置開(kāi)關(guān) Q， KM5吸合 ， M3起動(dòng)運(yùn)行， 刀架向指定方向快速移動(dòng)。 (3) 主電動(dòng)機(jī)正向點(diǎn)動(dòng)過(guò)程： 按下 S B 4 ， 使 K M1吸合 ， M1 電阻限流點(diǎn)動(dòng)， 松開(kāi) S B 4 ， K M1 失電， M1 停轉(zhuǎn)， 實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制。 ( 4) 冷卻泵工作過(guò)程： 如果車

15、削加工過(guò)程中， 工件需要使 冷卻液時(shí)，按下S B 6 ， KM4 線圈得電，冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2工 ， 提供冷卻液。要停止， 按下 S B 5即可。 第5章 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 5.1結(jié)構(gòu)控制 流電源E由PLC內(nèi)部提供，可直接將PLC電源端子接在開(kāi)關(guān)上。交流電源則是由外部供給。利用PLC控制一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。輸入端直黃按鈕按下：電機(jī)正轉(zhuǎn)藍(lán)按鈕按下：電機(jī)反轉(zhuǎn)紅按鈕按下：電機(jī)停止設(shè)計(jì)正反轉(zhuǎn)控制過(guò)程：機(jī)床的工作部件常需要作兩個(gè)相反方向的運(yùn)動(dòng)，大都靠電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其控制原理很簡(jiǎn)單，只要將三相電源中的任意兩相對(duì)調(diào)，就可使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。下面就按此原理設(shè)計(jì)正反轉(zhuǎn)控制過(guò)程原理圖。1.利用接觸器控制正

16、反轉(zhuǎn)線路，下圖為電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)按鈕控制設(shè)計(jì)原理圖。在主電路中，兩個(gè)接觸器KM1、KM2觸點(diǎn)接法不同，故可改變電動(dòng)機(jī)電源相序，從而改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向。在控制電路中，SB1、SB2分別正反轉(zhuǎn)控制按鈕，SB3為停止按鈕。動(dòng)斷觸點(diǎn)KM1、KM2為互鎖觸點(diǎn)，以避免SB1、SB2同時(shí)同時(shí)按下可能造成的短路故障；電動(dòng)機(jī)換向需先按下停止按鈕SB3。5.2. 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制梯形圖設(shè)計(jì)其中，X0為正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕，X1為反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕，X2停止按鈕地址，Y0正轉(zhuǎn)輸出，Y1反轉(zhuǎn)輸出。RD X1OR Y0AND.NOT X1AND.NOT X2AND.NOT Y1WRT Y0RD X1OR Y1AND.NOT X0AND.NO

17、T X2AND.NOT Y0WRT Y1第6章 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)實(shí)踐證明用 P L C代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電一接觸器控制能達(dá)到 很好的效果， 不僅簡(jiǎn)化了控制線路 ， 縮小了控制裝置的體積， 提 高了系統(tǒng)工作的可靠性、 通用性， 而且增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的功能， 實(shí)現(xiàn)了C 6 5 0車床的自動(dòng)控制， 生產(chǎn)效率得到了很大提高， 并能 很好地保證其加工精度。 我們衷心希望，我國(guó)科技界、產(chǎn)業(yè)界和教育界通力合作，把握好知識(shí)經(jīng)濟(jì)給我們帶來(lái)的難得機(jī)遇，迎接競(jìng)爭(zhēng)全球化帶來(lái)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，為在21世紀(jì)使我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)走向世界的前列，使我國(guó)經(jīng)濟(jì)繼續(xù)保持強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭而共同努力奮斗。第7章 致謝詞：參考文獻(xiàn)1鄒新宇。數(shù)控編程M.清華大學(xué)出版社,2006年2陳子銀、徐鯤鵬.數(shù)控加工技術(shù)M.北京理工大學(xué)出版社,2006年6余英良.數(shù)