機電控制技術平面磨床電氣控制系統(tǒng)設計

1、設計說明書（課程設計名稱）平面磨床電氣控制系統(tǒng)設計起止日期： 2014 年 6 月 17 日 至 2014 年 6 月 21 日學生姓名班級機械設計學號成績指導教師(簽字)機械工程學院（部）2014年6月目 錄序 言3第一章 平面磨床設計要求41.1 平面磨床簡析41.2 M7130平面磨床的原理41.3 平面磨床設計要求4第二章 M7130型平面磨床電氣控制電路72.1電動機主電路控制思路72.2控制電路思路72.3聯鎖、保護環(huán)節(jié)82.4總電路設計9第三章 PLC電氣原理圖133.1 PLC的選用133.2 I/O地址分配133.3 PLC的外部接線143.4 I/O接線圖143.5梯形圖的

2、設計15課程設計心得體會16參考文獻16序言： 現代機械把機械技術與電子技術、控制技術聯系在一起，使得機械的動力、機械的運動可以通過電器或電子裝置來控制。由電動機或電控裝置提供動力是現代機械的主要特征。社會生產力的發(fā)展對機械或機器提出了更高的要求，不僅要求對機器的開關進行簡單的控制，而且要能對機器的動作特性（速度、加速度、位置等）和動作時間進行控制。這僅僅靠機械自身是很難實現的?？刂普?、信息論及系統(tǒng)工程這三大理論的提出為現代機械科學的發(fā)展提供了理論依據。機電控制技術是解決機電系統(tǒng)中的控制問題的一門技術。 本課題的研究意義及必要性 磨床是用砂輪周邊或端面進行機械加工的精密機床

3、。它不但能加工一般金屬材料，而且能加工一般金屬刀具難以加工的硬材（如淬火鋼，硬質合金等）。利用磨削可獲得較高加工精度和光潔度，而且加工余量較其他加工方法小的多。所以磨床廣泛用于零件加工。由于精密鑄造和精密鍛造工藝的進步，使得零件不經其他切削加工而直接磨削成成品。隨著高速磨削和強力磨削工藝的發(fā)展，進一步提高了磨削的效率。因此磨床的使用范圍日益擴大，在金屬切削機床中所占比重不斷上升，在工業(yè)發(fā)達國家占金屬切削機床的13%-27%。磨床種類很多，按其工藝分為外圓磨床、內圓磨床、平面磨床、工具磨床以及一些專用磨床，如螺紋磨床、齒輪磨床、球面磨床、花鍵磨床、導軌磨床與無心磨床等。其中以平面磨床最為普通。第

4、一章 平面磨床設計要求1.1平面磨床簡析 平面磨床是用砂輪磨削教工各種零件的平面。M7130型平面磨床是平面磨床使用較普遍的一種機床。該磨床炒作方便，磨削精度和光潔度都比較高，適用磨削精密零件和各種工具，并可作鏡面磨削 M7130磨床型號含義如下所述：M-磨床7-平面1-臥軸柜臺式 30-工作臺的工作面寬為300mm。1.2 M7130平面磨床的原理 工作臺上裝有電磁吸盤，用以吸持工件。工作臺在床身導軌上作往復運動（縱向運動）。固定在床身上的立柱上帶有導軌，滑座在立柱導軌上作垂直運動；而砂輪箱在滑座的導軌上作水平運動（橫向運動），砂輪箱內裝有電動機，電動機帶動砂輪作旋轉運動。

5、0;平面磨床在加工工件過程中，砂輪的旋轉運動是主運動，工作臺往復運動為縱向進給運動，滑座帶動砂輪箱沿立柱導軌的運動為垂直進給運動，砂輪箱沿滑座導軌的運動為橫向進給運動。 工作時，砂輪旋轉，同時工作臺帶動工件右移，工件被磨削。然后工作臺帶動工件快速左移，砂輪向前作進給運動，工作臺再次右移，工件上新的部位被磨削。這樣不斷重復，直至整個待加工平面都被磨削。1.3 平面磨床設計要求 （1）要結構形式及運動形式 臥軸平面磨床外形結構圖M7130型平面磨床主要由床身、工作臺、電磁吸盤、砂輪架、滑座、立柱等部分組成。在床身上裝有液壓傳動裝置，以便工作臺在床身導軌上通過壓力油推動活塞作往復直線運動，

6、實現水平方向進給運動。工作臺面上有T形槽，用以安裝電磁吸盤或直接安裝大型工件。床身上固定有立柱，滑座安裝在立柱的垂直導軌上，實現垂直方向進給。在滑座的水平導軌上安裝砂輪架，砂輪架由裝入式電動機直接拖動，通過滑座內部的液壓傳動機構實現橫向進給。平面磨床砂輪的旋轉運動為主運動，工作臺完成一次往復運動時，砂輪架作一次間斷性的橫向進給，直至完成整個平面的磨削，然后砂輪架連同滑座沿垂直導軌作間斷性的垂直進給，直至達到工件加工尺寸。平面磨床的輔助運動，如砂輪架在滑座的水平導軌上作快速橫向移動，滑座在立柱的垂直導軌上作快速垂直移動，以及工作臺往復運動速度的調整等。（2）電力拖動及控制要求基于上述磨床的工作性

7、質和加工精度要求，對電力拖動控制方案提出如下要求：1）平面磨床是一種精密加工機床，為了保證其加工精度要求，機床運行時要求平穩(wěn)。工作臺往復運動在換向時要求慣性要小，無沖擊力，因此，工作臺的往復運動采用液壓傳動。由電動機拖動液壓泵，供應壓力油，通過液壓傳動裝置實現工作臺的縱向進給運動，并通過工作臺上的撞塊操縱床身上的液壓換向閥（開關），改變壓力油的流向，實現工作臺的換向和自動往復運動。2）為了簡化磨床的機械傳動機構，采用多電動機單獨拖動。M7130型平面磨床采用三臺電動機拖動，砂輪的旋轉運動由裝入式電動機直接拖動。液壓泵由液壓泵電動機拖動，經液壓傳動裝置完成工作臺的往復（縱向進給）運動，砂輪架的橫

8、向進給運動，砂輪架的快速橫向移動以及工作臺導軌的潤滑等。拖動冷卻泵的電動機為磨削加工提供冷卻液。3）為了提高磨削質量，要求砂輪有較高轉速，通常采用兩極（理想空載轉速為3000r/min50Hz）的籠型異步電動機拖動。為了提高調整運轉的砂輪主軸的風度，采用裝入式電動機拖動，電動機與砂輪主軸同軸，從而提高了磨床的加工精度。4）平面磨削加工中，由于磨削溫度高，為減少工件的熱變形，必須使工件得到充分的冷卻，同時冷卻液能沖走磨屑和砂粒，以保證磨削精度。5）平面磨床常用電磁吸盤，利用電磁吸力很方便地安裝和加工小工件，且工件在加工過程中由于發(fā)熱變形，電磁吸盤允許工件有自由伸縮余地，從而保證加工精度。為了滿足

9、上述電力拖動控制方案的要求，對M7130型平面磨床的電力拖動控制系統(tǒng)提出以下幾點要求：1）砂輪、液壓泵、冷卻泵三臺電動機都只要求單方向旋轉。2）冷卻泵電動機應隨砂輪電動機的開動而開動，若加工中不需要冷卻液時，可單獨關斷冷卻泵電動機。3）在正常加工中，若電磁吸盤吸力不足或消失時，砂輪電動機與液壓泵電動機應立即停止工作，以防止工件被砂輪切向力打飛而發(fā)生人身和設備事故。不加工時，即電磁吸盤不工作的情況下，允許砂輪電動機與液壓泵電動機開機，機床作調整運動。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、以及為抵消剩磁便于取下工件的反勵磁控制環(huán)節(jié)。5）具有完善的保護環(huán)節(jié)。各電路的短路保護

10、，各電動機的長期過載保護，零壓、欠壓保護，電磁吸力不足的欠電流保護，以及線圈斷開時產生高電壓，而危及電路中其它電器設備的過壓保護等等。6）機床照明電路與工件去磁的控制環(huán)節(jié)。第二章 M7130型平面磨床電氣控制電路2.1電動機主電路控制思路由電源引入開關QS1是控制整機電源的接通與斷開。三臺電動機均要求單向旋轉，M1砂輪電動機、M2冷卻泵電動機，同時由接觸器KM1控制，而M2電動機再經過X1插銷實現單獨判斷控制，M3液壓泵電動機由接觸器KM3控制。 主電路（圖1） 2.2控制電路思路 電動機控制電路的控制電源直接采用交流380V，由按鈕SB1、SB2和接觸器KM3構成了砂輪電動機M1單向起動和停

11、止控制電路。由按鈕SB3、SB4和接觸器KM3構成了液壓泵電動機M3單向旋轉起動和停止控制電路。實現兩臺電動機獨立操作控制。 控制電路（圖2） 2.3聯鎖、保護環(huán)節(jié) 平面磨床在加工中出現電磁吸盤吸力不足或消失時，為確保人身和設備的安全，不允許繼續(xù)加工。因此，在兩臺電動機的控制電路中應設定欠電流繼電器KA常開觸點，達到欠磁聯鎖保護。在不加工時又能單獨控制砂輪與液壓泵電動機運轉工作，因此，在控制電路中KA（3-4）觸點處并接轉換開關SA1于“去磁”位置時，主電路與控制電路由熔斷器FU1、FU2分別實現適中保護。砂輪與液壓泵電動機利用熱繼電器FR1、FR2實現長期過載保護。為了保護工件與砂輪的安全，

12、當有一臺電動機過載停機時，另一臺電動機也應停止。因此，應將FR1、FR2常閉觸點串接在總控制電路中。（2）電磁吸盤控制電路電磁吸盤又稱為電磁工作臺，它也是安裝工件的一種夾具。具有夾緊迅速、不損傷工件、且一次能吸牢若干個工件，工作效率高，加工精度高等優(yōu)點。但它的夾緊程度不可調整，電磁吸盤要用直流電源，且不能用于加工非磁性材料的工件。（3）照明電路與去磁器照明電路由照明變壓器T2，將380V電壓降為24V，并由開關SA2控制照明燈EL，照明變壓器二次側裝有熔斷器FU3作為短路保護。其一次側短路可由熔斷器FU2實現保護。在平面磨床上加工的零件可能存在有剩磁，若零件對剩磁有嚴格要求，應在電磁吸盤取下工

13、件后進行去磁處理。交流去磁器是平面磨床的一個附件。使用時，將交流去磁器插頭插在床身的XS插座上，再將工件放在去磁器上處理即可去磁。 照明電路（ 圖3）2.4總電路設計 根據上述思路，設計了如下電路10 磨床繼電器原理圖（圖4） 圖4中M1為砂輪電動機M2為冷卻泵電動機都由KM1的主觸點控制再經X1插銷向M2實現單獨判斷控制供電。M3為液壓泵電動機，由KM2的主觸點控制。 一控制電路 合上電源開關QS1，若轉換開關QS2處于工作位置，當電源電壓正常時欠電流繼電器KA觸點閉合，若SA1處于去磁位置KA觸點得電，便可進行操作。 1、 砂輪電動機M1的控制。 啟動過程為按下SB1，SB1閉合KM1得電

14、自鎖M1啟動。 停止過程為按下SB2SB2斷開KM1失電M1停止。 2、 冷卻泵電動機M2的控制。 M2由于通過插座X1與KM1主觸點相連，因此M2與砂輪電動機M1連鎖控制，都由SB1和SB2操作。若運行中M1或M2過載，觸點FR1斷開，保護電路。 3、液壓泵電動機M3的控制。 啟動過程為：按下SB3，SB3閉合KM3得電自鎖M3啟動 停止過程為：按下SB4，SB4閉合KM3失電M3停止。過載時FR22-3斷開KM3失電M3停止FR2起保護作用。 4、電磁吸盤控制電路 （1）電磁吸盤結構原理。電磁吸盤與機械夾緊裝置相比，具有夾緊迅速，不損傷工件，工作效率高，能同時吸持多個小工件，加工過程中工件

15、發(fā)熱可以自由伸延，加工精度高等優(yōu)點。但也有夾緊力不如機械夾得緊，調節(jié)不便，需用直流電源供電，不能吸持非磁性材料工件等缺點。（2）電磁吸盤控制電路。它由整流裝置、控制裝置及保護裝置等部分組成。如圖2所示，電磁吸盤整流裝置由整流變壓器T1與橋式全波整流器VC組成，整流變壓器T1將220V交流電壓降為145V經橋式整流器輸出110V直流電壓對電磁吸盤供電。電磁吸盤集中由QS2控制。QS2的位置及觸點閉合情況為 充磁吸合：QS2打向右邊 斷電放松: QS2中間位置退磁: QS2左邊位置當QS2置于“充磁”位置時電磁吸盤YH獲得110 V直流電壓，同時欠電流繼電器KA與YH串聯，若吸盤電流足夠大，則KA

16、動作，KA得電反映電磁吸盤吸力足以將工件吸牢這時可分別操作按鈕SB1與SB3，啟動M1與M3進行磨削加工。當加工完成時按下停止按鈕SB2與SB4電動機M1M2與M3停止旋轉，為便于從吸盤上取下工件，需對工件進行退磁，其方法是將開關QS2扳至“退磁”位置。當SA1扳至“退磁”位置時，電磁吸盤中通入反向電流，并在電路中串入可變電阻R2，用以調節(jié)、限制反向去磁電流大小，達到既退磁又不致反向磁化的目的。退磁結束將QS2撥到“斷電”位置即可取下工件。若工件對去磁要求嚴格,在取下工件后,還要用交流去磁器進行處理。交流去磁器是平面磨床的一個附件,使用時,將交流去磁器插頭插在床身的插座XS上,再將工件放在去磁

17、器上適當地來回移動即可去磁。 5、保護及其他環(huán)節(jié) （1）電磁吸盤的欠電流保護。 為了防止平面磨床在磨削過程中出現斷電事故或吸盤電流減小，致使電磁吸盤失去吸力或吸力減小，造成工件飛出，引起工件損壞或人身事故，故在電磁吸盤線圈電路中串入欠電流繼電器KA，只有當直流電壓符合要求，吸盤具有足夠吸力時，KA才能吸合，KA觸點接通，為啟動電動機做準備。否則不能開動磨床進行加工。若已在磨削加工中，則KA因電流過小而釋放，觸點KA斷開，使得KM1失電, KM2失電 M1停止，避免事故發(fā)生。 若將工件夾在工作臺上，則不需要電磁吸盤時，應該將QS2扳到放松位置。這時候可以在KA上并聯個到開關QS3.用于手動控制啟

18、動電機 （2）電磁吸盤線圈YH的過電壓保護。 電磁吸盤線圈匝數多，電感大，通電工作時存儲大量磁場能量。當線圈斷電時在線圈兩端將產生高電壓，可能使線圈絕緣及其他電氣設備損壞。為此，該機床在線圈兩端并聯了電阻R3作為放電電阻。 （3）電磁吸盤的短路保護。 在整流變壓器T1的二次側或整流裝置輸出端裝有熔斷器作短路保護。 （4） 其他保護。 在整流裝置中還設有RC串聯支路并聯在T2二次側，用以吸收交流電路產生過電壓和直流側電路通斷時在T2二次側產生浪涌電壓，輸出更平穩(wěn)的電壓，實現整流裝置過電壓保護。 FU1對電動機進行短路保護，FR1對M1進行過載保護，FR2對M3進行過載保護。 6、 照明電路。 由

19、照明變壓器T2將380 V降為24V并由開關SA控制照明燈EL。在T2一次側裝有熔斷器FU3作短路保護。第三章 PLC電氣原理圖3.1 PLC的選用 用PLC設計M7130平面磨床控制線路?？刂齐娐分械碾娫措娐贰⒄彰麟娐泛椭麟娐啡匀槐３植蛔?。在控制電路中，變壓器T1的輸出及整流器VC的輸出部分去掉用可編程控制器實現。為了保證各種聯鎖功能SB1SB8接入PLC的輸入端。輸出器件分三個電壓等級，一個是接觸器使用的380V交流電壓，另一個是電磁吸盤使用的110V直流電壓，還有一個是照明使用的24V交流電壓，這樣也將PLC的輸出口分為三組連接點。 用PLC設計M7130平面磨床控制線路時，照明燈用開關

20、SA控制，欠電流繼電器KA作為輸入信號，電磁吸盤的“充磁”與“退磁”轉換開關QS2用兩個按鈕來替代。 接插器Xl用接觸器KM3來替代。并用兩個按鈕來控制冷卻泵的啟動與停止。經過PLC改造后的M7130平面磨床，對PLC的最低要求l3個輸入點和6個輸出點?？紤]要有一定的余量以及以后升級擴展，選用西門子S7-200（CPU224），他有14個輸入/10輸出。還可以有7個擴展模塊，有內置時鐘，有更強的模擬量和高速計數的處理能力。3.2 I/O地址分配 I/O地址分配輸入輸出功能電路元件PLC地址功能電路元件PLC地址砂輪啟動按鈕SB1I0.1砂輪電機控制KM1Q0.0砂輪停止按鈕SB2I0.2冷卻泵

21、電機控制KM2Q0.1冷卻泵啟動按鈕SB3I0.3液壓泵電機控制KM3Q0.2冷卻泵停止按鈕SB4I0.4電磁吸盤充磁控制KM4Q0.3液壓泵啟動按鈕SB5I0.5電磁吸盤退磁控制KM5Q0.4液壓泵停止按鈕SB6I0.6照明燈ELQ0.5地磁吸盤充磁按鈕SB7I0.7地磁吸盤退磁按鈕SB8I1.0充磁和退磁停止按鈕SB9I1.1調整磨床SB0I1.2照明燈控制SAI1.3 欠點流繼電器KA輸入KAI0.0不需電磁吸盤啟動SA3I1.43.3 PLC的外部接線 根據上述硬件選型及工藝要求，繪制PLC控制電路原理圖，繪制PLC控制電路。 1) KM3和KM4接觸器線圈支路，設計了互鎖電路，以防止

22、操作故障。 2) PLC輸入回路中，信號電源由PLC本身的24V直流電源提供，所有輸入COM端短接后接人PLC電源DC24V的+端。輸入口如果有有源信號號裝置根據驅動的負載的電壓選擇合適的交/直流電源。 3)PLC采用繼電器輸出380V接觸器線圈電壓更換為220V，照明燈的安全電壓是24V。 4）根據上述設計對照主回路檢查交流控制回路，PLC控制回路，PLC控制程序等。全部符合設計要求后，繪制出最終的電氣原理圖。 經PLC改造的M7l30平面磨床電氣控制線路的I/0接線如圖3所示。3.4 I/O接線圖3.5 梯形圖的設計 PLC設計M7130平面磨床電氣控制線路的PLC梯形圖(LAD)如圖4所

23、示 工作時，先按下充磁按鈕，M7l30平面磨床處于充磁狀態(tài)，當電磁吸盤的充磁電流足夠大時，欠電流繼電器KA(I0.0)自動吸合。三臺電動機可啟動工作。在工作過程中，只要欠電流繼電器KA松開(吸力不足)或按下了退磁按鈕三臺電動機便會立即停止。起到保護作用。照明燈可隨時打開和關閉。 圖6課程設計心得體會 前言：“現代機械把機械技術與電子技術、控制技術聯系在一起，于是便產生了機電控制的概念?！苯拥饺蝿諘笪覀冃〗M選擇了項目三平面磨床的電氣控制，雖然之前做過機械原理、機械設計的課程設計，但坦白說，剛一接到時還是有些許畏懼。因為還是感覺很陌生、 “設計”這個概念太龐大，大到讓人感覺無處下手。只能硬著頭皮

24、，按課程設計指導書上查閱互聯網資料一步步來，先要看懂，然后查資料落實到這次的設計問題上，辛苦異常。不過還好，過程是曲折的，結果是溫馨的?？粗鴨栴}一步步解決，直至最后成型，成就感也會油然而生。通過這次機電控制技術課程設計，自己最切身的感受是身為一個設計人員，熟練的查閱相關資料、手冊的重要性。術業(yè)有專攻，一個人不可能樣樣精通，這就需要我們學會站在前人的肩膀上學習、實踐。這項技能無論是學習還是日后的工作，都是極為重要的。君子性非異也，是然。然后是合作精神的重要性，當一個人遇到問題，通過其自身思考、查閱資料，可以解決85%左右的問題；而剩下的就需要請教他人，老師、同學等。而這15%對于解決問題的關鍵性

25、，可能會遠勝前者，所以合作精神極為關鍵。很多人說我們中國人不懂合作，單比個體咱們個個精英；但只要一到團隊，各者的力就變?yōu)榱烁鞲鞣至榈窒?。不一定全對，但至少是個警醒。合作，我自己還差好多、好多。然后的話發(fā)現自己cad、，忘了太多，不會的更多，eplan用不熟。往往畫一個圖要很長時間，且問題頗多。日后自己還要多抽時間練，這些應用軟件日后會有很強的應用性。最后，原來感覺工程師好牛，設計好牛。是，很多東西是好牛，但，前提是自身基礎知識、素養(yǎng)儲備到位，才能厚積薄發(fā)為人之不能。以前老說學那些數學邏輯或與非有什么用。現在知道了，設計并非憑空構造出電氣原理圖，很多邏輯參數是要推到的，數學并不抽象，相反對于工程上來說，他具體無比。數學當然還有電工學等基礎還是要學好的。參考文獻1、郁建平主編，機電控制技術 科學出版社 、2013年11月2、