數(shù)控磨床設計

1、機床電氣控制技術課程總結平面磨床M7120電氣控制系統(tǒng)設計班級： 541332 專業(yè)： 學號： 姓名： 2015年 10 月 15 日目錄前言2一、M7120磨床的基本結構及要求31.1、平面磨床的參數(shù)與結構31.2、平面磨床的運動與控制41.3 砂輪工作方式4二、 電氣電路及控制的設計52.1、砂輪電動機控制情況分析設計52.2、液壓泵電動機控制情況分析設計62.3、砂輪電動機控制情況分析設計62.4、電磁吸盤電路分析設計72.5、M7120平面磨床整體電路設計9三、 PLC的介紹與選擇103.1、際電工委員會（IEC）PLC 定義103.2、PLC 的特點103.3、PLC 的分類及原理1

2、03.4、德國西門子（SIEMENS）PLC 選擇103.5、PLC 型號的選擇10四、 PLC控制程序分析與設計124.1、主軸電動機的控制124.2、快速液壓移動電動機的控制124.3、冷卻泵電動機的控制124.4、PLC 控制的 I/O 分配表134.5、PLC 外部接線圖144.6、PLC程序梯形圖14五、 元器件清單15參考文獻17總結17摘要：本設計的內(nèi)容主要是（可編程邏輯控制器）進行改造使用的 m7120 平面磨床的控制部分。進 行了全面的思考和分析的第一本次設計，使自己的 m7120 平面磨床的基本結構，運動情況，加工工 藝要求等有一定的了解。該 m7120 平面磨床主要成分等

3、車身，尾座主軸齒輪箱，齒輪箱，導螺桿， 料桿，刀架。進行分析的 m7120 平面磨床電氣控制部分獲得它需要完成開門斷電功能，主軸電機反 向控制功能，刀架的快速遍歷功能，冷卻泵電動機的控制。然后根據(jù)電氣控制電路的電路圖，可編 程控制器的梯形圖轉化，轉化，進行仿真實驗用可編程序控制器實驗臺。作為一個結果的可靠性極 高，極其豐富的指令集，易于掌握，操作方便，豐富的內(nèi)置集成功能，實時特性。因此導致 m7120平面磨床完成門外原有的功能特點，而且還具有安裝簡便，穩(wěn)定性好，易于使用，擴展能力強等特 點。關鍵字：可編程控制器 改造電氣控制 m7120 磨床前言在制造工業(yè)（以改變幾何形狀和機械性能為特征）和過

4、程工業(yè)（以物理變化和化學變化將原料轉化成產(chǎn)品為特征）中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。隨著產(chǎn)品機型的更新?lián)Q代，生產(chǎn)線承擔的加工對象也隨之改變，這就需要改變控制程序，使生產(chǎn)線的機械設備按新的工藝過程運行，而繼電接觸器控制系統(tǒng)是采用固定接線的，很難適應這個要求。大型自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)使用的繼電器數(shù)量很多，這種有觸點的電器工作頻率較低，在頻繁動作的情況下壽命較短，從而造成系統(tǒng)故障，使生產(chǎn)的運行可靠性降低。由于工廠企業(yè)中很多磨床年代久遠，其工作已遠遠達不到現(xiàn)代生產(chǎn)的要求

5、。因此有必要對舊式的常規(guī)電動機控制系統(tǒng)進行技術改造，以可編程序控制器取代常規(guī)的繼電器，以達到磨床的自動化控制。本文介紹了用可編程序控制器來對平面磨床控制系統(tǒng)進行現(xiàn)代化改造，簡要敘述了老式成型平面磨床的工作原理及用 PLC 進行改造設計的方法和設計步驟，并給出 PLC 編程程序梯形圖。改造后的磨床工作安全可靠，系統(tǒng)運行情況良好，磨削精度更高；利用 PLC 控制磨床運行，實現(xiàn)了磨床啟動、停止、故障停止、緊急停止的功能，并且有手動控制和自動控制兩種控制方式，可根據(jù)運行要求靈活切換磨床的控制方式；提供過載，輕載，斷相和電壓不平衡保護；現(xiàn)場顯示運行狀態(tài)，實現(xiàn)智能化監(jiān)控。并因所吸工件的不同靈活調(diào)節(jié)電磁吸盤

6、的電流，并且顯示數(shù)值大小。從而實現(xiàn)了磨床運行的自動化。PLC 控制的特點使原機床控制大大的簡單化并且維修方便易于檢查。節(jié)省大量的繼電器元件使機床的工作效率更高。該項技術還可推廣應用于其他設備或其他領域的控制改造中。 總之，許多在幾年前的前沿性的、概念性的磨削技術當今已得到了廣泛的應用。我國的磨床企業(yè)既不能不加選擇的盲目照搬和跟隨，也決的觀望和抵觸。只有立足于充分的市場調(diào)研和認真分析用戶零件工藝的基礎上，虛心學習并吸收先進的技術，扎扎實實的發(fā)展自己的產(chǎn)品，才能跟上世界機床技術的發(fā)展潮流。相信中國磨床市場的發(fā)展空間會更大，磨床市場的競爭也會更激烈。1、 M7120磨床的基本結構及要求1.1、平面磨

7、床的參數(shù)與結構平面磨床的結構如圖所示，由床身、工作臺、電磁吸盤、砂輪箱、滑座、立柱等部分組成，其中設計的外形尺寸規(guī)格為2200/1850/1350（mm），最大磨削：200*630（mm）工作臺：200*560工作電壓：380V 圖 1床身：其中裝有液壓傳動裝置，以使矩形工作臺做往復運動（縱向）工作臺：表面是T形槽,用來安裝電磁吸盤以吸持工件或直接安裝大型工件。磁吸盤：夾緊工件。砂輪箱：沿滑座水平導軌作橫向運動?；嚎稍诹⒅鶎к壣献魃舷乱苿?。1.2、平面磨床的運動與控制根據(jù)磨床的結構可知它的幾種運動形式，主運動是砂輪的旋轉運動。垂直進給，即滑座在立柱上的上下運動；槽向進給，即砂輪箱在滑座上的

8、水平運動；縱向進給，即工作臺沿床身的往復運動。平面磨床采用電動機拖動，所需電動機有砂輪電動機、液壓電動機、冷卻泵電動機、砂輪升降電動機,其拖動控制要求如下：1、砂輪、液壓泵、冷卻泵3臺電動機都只要求單方向旋轉。砂輪升降電動機需雙向旋轉。2、冷卻泵電動機應伴隨砂輪電動機的開動而開動。3、在正常加工中，若電磁吸盤的吸力不足或消失時，砂輪電動機與液壓泵電動機應立即停止工作，以防工件被砂輪切向力打飛而發(fā)生人身和設備事故。4、電磁吸盤勵磁線圈具有吸牢工件的正向勵磁、松開工件的斷開勵磁以及抵消剩磁便于取下工件的反向勵磁控制環(huán)節(jié)。5、具有完善的保護環(huán)節(jié)。各電路的短路保護，各電動機的長期過載保護，零壓、欠壓保

9、護，電磁吸盤吸力不足的欠電流保護，以及線圈斷開時產(chǎn)生高電壓而危及電路中其他電氣設備的過壓保護。6、機床安全照明電路與工件去磁的控制環(huán)節(jié)。1.3 砂輪工作方式砂輪電動機直接帶動砂輪旋轉，對工件進行磨削加工,在M7120型平面磨床中，砂輪并不要求調(diào)速，所以通常采用籠型異步電動機來拖動，這是平面磨床的主運動；砂輪升降電動機使砂輪在立柱導軌上作垂直運動，用以調(diào)整砂輪與工件位置。工作臺和砂輪的往復運動是靠液壓泵電動機進行液壓傳動的，液壓傳動較平穩(wěn)，能實現(xiàn)無級調(diào)速，換向時慣性小，換向平穩(wěn)。M7120 型平面磨床工作臺的往返運動采用液壓傳動，能保證加工精度。由液壓電動機拖動液壓泵，經(jīng)液壓傳動裝置實現(xiàn)工作臺的

10、往復運動。冷卻泵電動機帶動冷卻泵供給砂輪和工件冷卻液，同時利用冷卻液帶走磨削下來的鐵屑。2、 電氣電路及控制的設計2.1、砂輪電動機控制情況分析設計2.1.1、主電路主電路有2臺電動機。其中M1為砂輪電動機，帶動砂輪轉動來完成磨削加工工作；M2是冷卻泵電動機，M1和M2同由接觸器KM1的主觸頭控制，單向旋轉。其中熱繼電器FR1、FR2對電路進行過載保護，熔斷器FU對其作短路保護。2.1.2、控制電路按下啟動按鈕SB2，接觸器KM1得電吸合并自鎖，M1和M2同時啟動運轉。按下停止按鈕SB1，KM1失電釋放，M1和M2同時失電停止。注：若加工中不需要冷卻液，則可單獨關斷冷卻泵電動機。電路控制圖如圖

11、2所示：圖2電動機M1M2的控制電路2.2、液壓泵電動機控制情況分析設計2.2.1、主電路主電路有一臺電動機。M為液壓泵電動機，實現(xiàn)工作臺的往復運動，由接觸器KM1的主觸頭控制，單向轉動。其中熱繼電器FR對電路進行過載保護，熔斷器FU對其作短路保護。2.2.2、控制電路按下啟動按鈕SB4，接觸器KM1得電吸合并自鎖，液壓泵電動機M啟動運轉。按下停止按鈕SB3，KM1失電釋放，M失電停轉。電路控制圖如圖3所示：圖 3液壓泵電動機的控制電路2.3、砂輪電動機控制情況分析設計2.3.1、主電路主電路有一臺電動機。M為砂輪升降電動機，用于在磨削過程中調(diào)整砂輪與工件之間的位置，有接觸器KM1和KM2的主

12、觸頭控制，雙向轉動。其中熔斷器FU對其作短路保護。砂輪升降電動機是短期工作的，因此不設過載保護。2.3.3、控制電路砂輪升降電動機只有在調(diào)整工件和砂輪之間的位置時才使用，因此用點動控制。按下點動按鈕SB5時，接觸器KM1得電吸合，電動機M啟動正轉，砂輪上升。按下點動按鈕SB6時，接觸器KM2得電吸合，電動機M啟動反轉，砂輪下降。砂輪達到所需位置時，松開SB5或SB6，KM1或KM2失電釋放，電動機停轉，砂輪停止上升或下降。電路控制圖如圖4所示：圖4砂輪升降電動機的控制電路2.4、電磁吸盤電路分析設計據(jù)控制要求，我們在砂輪電動機與冷卻泵電動機的控制電路中添加了動合觸頭KV，該觸頭為欠壓繼電器KV

13、的動合觸頭。電磁吸盤控制電路通過欠電壓繼電器KV進行聯(lián)系，當電源電壓過低時，電磁吸盤吸力不足，會導致加工過程中工件飛離吸盤的事故，因此，吸盤線圈并接有欠電壓繼電器KV。當電源電壓過低時，KV不吸合，串接在KM1、KM2線圈控制電路中的動合觸頭KV斷開，切斷KM1、KM2線圈電路，是砂輪電動機和液壓泵電動機停止工作，確保安全生產(chǎn)。電磁吸盤電路動作過程如下：2.4.1、充磁過程按下充磁按鈕SB8，接觸器KM3得電吸合并自鎖，其主觸頭閉合，電磁吸盤YH線圈得電，工作臺充磁吸住工件，同時KM5輔助動斷觸頭斷開，使KM6不能得電，實現(xiàn)互鎖。磨削加工完畢，在取下加工好的工件時，先按下SB7，切斷電磁吸盤Y

14、H上的直流電源。由于吸盤和工件都有剩磁，因此需對吸盤和工件進行去磁。2.4.2、去磁過程按下點動按鈕SB9，接觸器KM6得電吸合，其兩副主觸頭閉合，電磁吸盤通入反向直流電，使工作臺和工件去磁。去磁時，為防止因時間過長而使工作臺反向磁化，再次吸住工件，因而接觸器KM6采用點動控制。保護裝置由放電電阻R和電容C以及欠電壓繼電器KV組成，電阻R和電容C的作用是，電磁吸盤是一個大電感，在充磁吸工件時，存儲了大量的磁場能量，在脫離電源的一瞬間，吸盤YH的兩端產(chǎn)生較大的自感電動勢，使線圈和其他電器元件損壞，因此用電阻和電容組成放電回路利用電容C兩邊的電壓不能突變的特點，使電磁吸盤線圈兩端電壓變化趨于緩慢，

15、利用電阻消耗電磁能量。欠電壓繼電器KV的作用是，在加工過程中，若電源電壓不足，則電磁吸盤不能吸牢工件，導致工件被砂輪打出，造成嚴重事故。因此，在電路中設置了欠電壓繼電器KV，將其線圈并聯(lián)在直流電源上，其動合觸頭串聯(lián)在液壓泵電動機與砂輪電動機的控制電路中，若電磁吸盤不能吸緊工件，KV就會釋放使液壓泵電動機和砂輪電動機停轉，保證了安全。電路控制圖如圖5所示圖5 電磁吸盤電路（1） 電磁吸盤電路（2）2.5、M7120平面磨床整體電路設計綜上分析，結合M7120平面磨床的工作方式，砂輪電動機、液壓泵電動機、升降電動機的運動情況和控制情況和電磁吸盤的工作狀態(tài)，加以設計最后M7120平面磨床整體電路圖如

16、圖6所示3、 PLC的介紹與選擇3.1、際電工委員會（IEC）PLC 定義可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。專為工業(yè)環(huán)境應用而設計。它采用 可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行內(nèi)部邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出控制各類型的機械和生產(chǎn)活動。3.2、PLC 的特點1、可靠性高，抗干擾能力強。2、編程直觀，簡單。 3、環(huán)境要求低，適應性好。4、功能完善，接口功能強。5、元件少，結構較簡單。3.3、PLC 的分類及原理PLC分類按INPUT和OUTPUT點數(shù)多少，分為超小型、小型、中型、大型和超大型。按結構形式分：整體型和模塊型.PLC工

17、作原理:PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，包括內(nèi)部處理、通訊操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個階段。全過程掃描所須的時間稱為掃描周期。當處于RUN狀態(tài)時，上述掃描周期為不斷循環(huán)過程。3.4、德國西門子（SIEMENS）PLC 選擇德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應用也相當廣泛，在 工控、冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領域都有應用。在眾多的 PLC 生產(chǎn)廠家中，西門子公 司的 PLC 系列產(chǎn)品以其較高的性價比成為眾多客戶的首選。因此我們選擇西門子公司的 PLC 作為本次設計的可編程序控制器3.5、PLC 型號的選擇S7-200系列PLC有CPU21X和CPU22X兩代產(chǎn)品，

18、其中CPU22X 型PLC有 CPU221。CPU222，CPU224，CPU226四種基本型號。選用PLC上，考慮到只是對M7120磨床做電器氣部分的改造，輸出端口需要 16個，輸入端口需要7個。而且并不通過網(wǎng)絡或其他方式做遠程控制。因此，考慮到經(jīng)濟、實用，穩(wěn)定等方面因素。我們決定選用SIMATICS7-200系列的 S7224作為本次設計 PLC型號.4、 PLC控制程序分析與設計本次設計的題目是利用PLC對M7120型平面磨床的電氣部分進行改造。此次改造電氣是利用PLC控制繼電器，再由繼電器控制電動機以達到以下功能：4.1、主軸電動機的控制4.1.1、砂輪的升降電動機的正反轉控制砂輪的升

19、降電動機的正反轉控制由按紐SB2、SB3和接觸器KM3、KM4組成主軸電動機正反轉控制電路，并由接觸器KM3主觸點短接反接自動電阻R，實現(xiàn)全壓直接啟動運轉。主軸電動機的運轉部分需要兩個輸入端子（開/關）、三個輸出端子（繼電器）來控制。繼電器的接觸與斷開，由PLC模擬實現(xiàn)。輸入和輸出端子由I0.3、I0.3、 Q0.0、Q0.1、Q0.2來控制。4.1.2、砂輪的升降電動機反接制動的停車控制砂輪的升降電動機反接制動的停車控制由停止按鈕SB1與正反轉接觸器KM1、KM2及反接制動接觸器KM3，構成電動機正反轉反接制動控制電路。輸入和輸出端子由I0.3、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6和Q0.

20、7來控制。4.2、快速液壓移動電動機的控制液壓泵電動機，實現(xiàn)工作臺的往復運動，由接觸器KM1的主觸頭控制，單向轉動。其中熱繼電器FR對電路進行過載保護，熔斷器FU對其作短路保護。按下啟動按鈕SB2，接觸器KM1得電吸合并自鎖，液壓泵電動機M啟動運轉。按下停止按鈕SB1，KM1失電釋放，M失電停轉。輸入和輸出端子由I0.6和Q0.4來控制。4.3、冷卻泵電動機的控制冷卻泵電動機，M1和M2同由接觸器KM1的主觸頭控制，單向旋轉。按下啟動按鈕SB2，接觸器KM1得電吸合并自鎖，M1和M2同時啟動運轉。按下停止按鈕SB1，KM1失電釋放，M1和M2同時失電停止。注：若加工中不需要冷卻液，則可單獨關斷

21、冷卻泵電動機。輸入和輸出端子由I0.4、I0.5和Q0.3來控制在了解各項功能以后，根據(jù)輸入/輸出的端口，擴展能力，CPU容量，頻率等選擇合適的PLC作為本次設計的控制器件。根據(jù)所選擇的機型和C650型臥式車床的各項功能要求，利用PLC的翻譯法對電路進行翻譯，寫出程序梯形圖，編譯出程序語句表。編譯完以后，對程序進行檢查調(diào)試。在PLC實驗臺模擬調(diào)試。局部作出修改，以完善程序。滿足條件后根據(jù)程序對I/O進行配線。4.4、PLC 控制的 I/O 分配表表一輸入信號輸出信號名稱輸入元件輸入點名稱輸出元件輸出點電壓繼電器KVI0.0液壓泵電機接觸器KM1Q0.0總停按鈕SB1I0.1砂輪電機接觸器+冷卻

22、液電動機KM2Q0.1液壓泵電1M啟動按鈕SB3I0.2砂輪上升接觸器KM3Q0.2液壓泵電1M停止按鈕SB2I0.3砂輪下降接觸器KM4Q0.3砂輪電機2M啟動按鈕SB5I0.4電磁吸盤充磁接觸器KM5Q0.4砂輪電機 2M停止按鈕SB4I0.5電磁吸盤去磁接觸器KM6Q0.5升降砂輪電機 4M上升按鈕SB6I0.6升降砂輪電機 4M下降按鈕SB7I0.7電磁吸盤充磁按鈕SB9I1.0電磁吸盤停止充磁按鈕SB8I1.1SB10I1.2液壓泵電機 1M熱繼電器FR1I1.3砂輪電機 2M 熱繼器、冷卻泵電機 3M 熱繼電器FR2、FR3I1.44.5、PLC 外部接線圖4.6、PLC程序梯形圖

23、5、 元器件清單序號符號名稱規(guī)格型號數(shù)量備注1KM1液壓泵電機交流接觸器CJX1-1012KM2轉動砂輪、冷卻電機交流接觸器CJX1-2013KM3上升砂輪電機交流接觸器CJX1-514KM4下降砂輪電機交流接觸器CJX1-515FR1液壓泵電機熱繼電器FR16-5/3D16FR2砂輪電機熱繼電器FR16-16/3D17FR3冷卻電機熱繼電器FR16-0.72/3D18FU1主電源熔斷器RC1A-60/3539FU2電磁吸盤熔斷器RC1A-5/2210FU3PLC 熔斷器RC1A-30/20111FU4指示燈熔斷器RC1A-5/2112FU5照明燈熔斷器RC1A-5/2113KV欠電壓繼電器DDY-220V114SB1總停止按鈕LA18221紅色15SB2液壓泵停止按鈕LA18221紅色16SB3液壓泵啟動按鈕LA18221綠色17SB4砂輪、冷卻停止按鈕LA18221紅色18SB5