M7163型平面磨床電氣原理設(shè)計

1、西南林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)（設(shè)計）論文（2016 屆）題目：M7163型平面磨床電氣原理設(shè)計教學(xué)院系機械與交通學(xué)院專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化學(xué)生姓名馮志超指導(dǎo)教師李瑋（教授）評閱人2016年3月24日M7163型平面磨床電氣原理設(shè)計馮志超(西南林業(yè)大學(xué) 機械與交通學(xué)院 云南昆明650224)摘要；磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷 發(fā)展和機械零件加工精度及其表面粗糙度的要求日益提高，磨削加工技術(shù)作為一種先進的制造技術(shù)在生活中占有重要地位。據(jù)歐洲機床展覽會(E MO)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明,磨床在企業(yè)中占機床的比例高達 42%是制造工業(yè)中最主要的加工技術(shù)之一：因此， 在對制造技術(shù)中

2、數(shù)控磨削的研究升級等是必不可少的。本論文主要討論了 M7163型平面磨床電氣原理設(shè)計的升級，本機床采用砂輪周 邊磨削工件平面的機床，亦可用砂輪的端面適當(dāng)?shù)膸スぜ拇怪泵?。在磨床原?的動作基礎(chǔ)上對磨床工藝要求和電氣原理的改造，使磨床的磨削工件時機床的整體 性能更加穩(wěn)定、人性化、一人多機操作、多模式轉(zhuǎn)換下保持位置精度等。關(guān)鍵詞：磨床；電氣原理；加工工藝1Electrical principle design of M7163 type plane grinderFeng Zhichao(College of mechanical and transport Yunnan Southwest F

3、orestry University Kunming 650224)Abstract : Grinder is using abrasive grinding machine tool on the workpiece surface, with the scie nee and tech no logy of the continu ous developme nt and mecha ni cal parts mach ining accuracy and surface degree in creas ing, the grinding tech no logy as a kind of

4、 adva need manu facturi ng tech no logy in life occupies an importa nt positi on. Accord ing to the Europea n Mach ine Tool Exhibiti on (e Mo) survey data show, grin der in en terprises accounted for machine tools proportion reaches as high as 42% is the manufacturing in dustry in the mai n process

5、ing tech no logy of therefore, is esse ntial in the research upgrades of manu facturi ng tech no logy in NC grinding.This paper mainly discussesthe upgrade of the electrical principle design of the M7163 type plane grinder. This machine adopts the grinding wheel peripheral grinding mach ine tool, al

6、so can use the end face of the grinding wheel to wear the vertical surface of the workpiece. In the orig inal grinding action based on grinding process requireme nts and the principle of electrical transformation, the grinding machine workpiece in the overall performanee of the machine more stable,

7、humanization, a multi machine operati on, multi mode conv ersi on to maintain positi on precisi on.key word : Grinding mach ine; electric prin ciple; process ing tech no logy目錄1 緒論 11.1概述11.2現(xiàn)有磨床工藝及類型 11.2.1 現(xiàn)有磨床的工藝特點1122現(xiàn)有磨床的類型 21.2.3磨床的發(fā)展趨勢 21.3 PLC、人機界面的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 31.3.1 PLC發(fā)展現(xiàn)狀31.3.2 人機界面的簡介31.3.3

8、PLC、人機界面的發(fā)展趨勢 41.4課題研究的意義及任務(wù) 51.4.1M7163磨床課題的研究意義 51.4.2M7163磨床課題的任務(wù) 52 磨床改造的整體設(shè)計 62.1原有磨床整體結(jié)構(gòu) 62.1.1原有磨床的機械結(jié)構(gòu) 62.1.2原有磨床面板操作 72.1.3原有磨床缺陷82.2升級磨床的整體結(jié)構(gòu) 82.1.1升級磨床的優(yōu)點82.1.2升級磨床操作面板 93 PLC、人機界面選型 113.1 PLC 選型 113.1.1 PLC的選型原則 113.1.2 I/O 分配表 113.1.3 CPU 單元選型 153.1.4 CP1H 的優(yōu)點 163.2 HMI 選型163.2.1人機界面產(chǎn)品的

9、基本功能及選型指標(biāo) 163.2.2 HMI 的選型174 原有磨床控制系統(tǒng)的電氣原理 184.1 原有磨床工藝 184.2原有磨床的部分電氣原理圖說明 185 磨床控制系統(tǒng)的電氣原理設(shè)計 215.1 M7163磨床改造后工藝特點 215.2主回路215.3控制電源235.4 Y軸與Z軸伺服電氣原理圖 245.4.1伺服概論245.4.2 丫軸伺服接線圖 245.5 PLC 電源265.6. PLC輸入、相應(yīng)輸入按鈕對應(yīng)的面板 275.6.1 PLC 模塊 A1 輸入 1 275.6.1相應(yīng)輸入按鈕對應(yīng)面板說明 295.7. PLC 輸岀 326總結(jié)與展望 346.1論文設(shè)計總結(jié) 346.2展望

10、34參考文獻 35指導(dǎo)老師簡介36致謝 37附錄383緒論1.1概述磨床是利用磨具或磨料對工件表面進行磨削加工的機床。磨具旋轉(zhuǎn)為主運動, 即磨床啟動時磨具的旋轉(zhuǎn)方向，工件或磨具的移動為進給運動；磨床具有加工精 度高、加工零件的表面粗糙度小等優(yōu)點， 因此，磨床在制造業(yè)中被廣泛用于對工 件的初加工和精加工?，F(xiàn)代制造業(yè)正從降低勞動力成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增強企 業(yè)整體生產(chǎn)效率的競爭中出發(fā)，在發(fā)展到全面滿足顧客需求、積極開發(fā)新產(chǎn)品、 造自動化技術(shù)的緊密結(jié)合。但是隨著知識、技術(shù)、產(chǎn)品的升級周期越來越短，產(chǎn) 品批量越來越小，顧客對質(zhì)量、性能的要求更高；同時社會對環(huán)境保護、綠色制 造、能源的節(jié)約加強等；磨床的

11、各項創(chuàng)新和研發(fā)在先進的制造技術(shù)將會成為企業(yè) 贏得競爭的重要途徑。1.2現(xiàn)有磨床工藝及類型1.2.1現(xiàn)有磨床的工藝特點現(xiàn)有磨床具有的工藝特點有以下幾點:(1) 磨頭的切削工具是由無數(shù)細(xì)小、堅硬、鋒利的金屬磨粒結(jié)合而成的多刃工 具，并且做高速旋轉(zhuǎn)的主運動。(2) 萬能型強，適應(yīng)性廣，它能加工其他普通機床不能加工的材料和零件，尤 其適用于加工硬度很高的淬火鋼件或其他高硬度材料。(3) 磨床范圍廣，由于高速磨削和強力磨削的發(fā)展，磨床已經(jīng)擴展到零件的粗 加工領(lǐng)域和精密毛坯制造領(lǐng)域，很多零件可以不必經(jīng)過其他加工而直接由 磨床加工成品。(4) 磨削加工余量小，生產(chǎn)效率較高，更容易實現(xiàn)自動化和半自動化，可廣泛

12、 用于流水線和自動線加工。(5) 磨削精度高，表面質(zhì)量好，可進行一般普通精度磨削，也可以進行精密磨 削和高精度磨削加工。122現(xiàn)有磨床的類型磨床的的種類很多，按用途和工藝方法的不同可以分為以下幾類：（1）內(nèi)圓磨床，有內(nèi)圓磨床、無心內(nèi)圓磨床及行星內(nèi)圓磨床。（2）外圓磨床，主要磨削回轉(zhuǎn)表面，有萬能外圓磨床、外圓磨床及無心 外圓磨床分為普通外圓磨床等。（3）平面磨床，用于磨削各種平面，有臥軸矩臺平面磨床、立軸矩臺平 面磨床、臥軸圓臺平面磨床等。（4） 刀具磨床，用于磨削各種工具，如樣板或卡板等。有工具曲線磨床、 鉆頭溝槽磨床、卡板磨床等（5）刀具、刀刃磨床，用于磨削各種切削刀具，有拉刀刃磨床及滾刀刃

13、磨床等。（6）專門磨床，專門用于磨削一類零件，有曲軸磨床、凸輪軸磨床等。（7）研磨機，以研磨劑為切割工具，用于對工件進行光整加工，以獲得 很高的精度和很小的表面粗糙度。（8）其他磨床，有拋光機、超精加工機床及砂輪機等。本論文課題研究的磨床 M7163屬于臥軸矩臺平面磨床。1.2.3磨床的發(fā)展趨勢制造業(yè)是一個傳統(tǒng)的行業(yè)，古代的馬車和各種工具等都是機械制造的范圍， 隨著社會的發(fā)展逐漸進步，制造業(yè)的自動化、智能化的成度也越來越高。近代制 造業(yè)興起于十八世紀(jì)30年代，為了適應(yīng)鐘表、自行車、縫紉機和槍械等零件淬 硬后的精度加工，德國和美國分別研制出使用天然磨料砂輪的磨床， 這些磨床是 利用當(dāng)時現(xiàn)成的機床

14、如車床、刨床等上面加裝磨頭改制而成的。由于這些磨床磨 削時易產(chǎn)生振動而無法磨削出精度高的工件表面，后來研發(fā)出了液壓傳動磨床， 這對磨床的發(fā)展起到很大的推動作用。 隨著近代工業(yè)特別是汽車工業(yè)的發(fā)展， 各 種不同類型的磨床相繼問世，如凸輪軸磨床和帶電磁吸盤的活塞環(huán)磨床、 鏡面磨 削的高精度外圓磨等的出現(xiàn)。平面磨床相對于車床，銑床等采用數(shù)控系統(tǒng)較晚，是因為它對數(shù)控系統(tǒng)的特 殊要求。平面磨床的許多問題還沒有得到更好的解決， 如砂輪的連續(xù)修整、自動 補償、自動交換砂輪等些都是攻克難點； 隨著近些年的不斷努力，這下難點度在 一一的得到解決，在多工作臺、自動傳送和裝夾工件等操作功能得以實現(xiàn)，數(shù)控技術(shù)在平面磨

15、床上的逐步普及。數(shù)控磨床個制造也中已占大多數(shù)，全功能的數(shù)控 平面磨床已經(jīng)成為主流。1.3 PLC、人機界面的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.3.1 PLC發(fā)展現(xiàn)狀經(jīng)過30多年的發(fā)展PLC已十分成熟與完善，在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、 石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂 等各個行業(yè)，應(yīng)用情況大致可歸納為如下幾類：（1） 開關(guān)量的邏輯控制，這是可編程序控制器最基本和最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它 取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的 控制，也可用于多機群控及自動化流水線。（2）模擬量控制，在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、 流量、液位和速度

16、等都是模擬量。（3） 運動控制，可編程序控制器可以用于圓周運動或直線運動的控制。能,廣 泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。（4）過程控制，過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。1.3.2 人機界面的簡介人機界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、 輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存儲單元等，其中處理器的性能決定了HMI產(chǎn)品性能的高低，是人機界面的核心單元，根據(jù) HMI的產(chǎn)品等級不同，處理器可分別 選用8位、16位、32位的處理系統(tǒng)。人機界面軟件一般分為兩部分，即運行于 HMI硬件中的系統(tǒng)軟件和運行于PC機操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件。使用著都必 須先使用HMI的畫

17、面組態(tài)軟件制作“工程文件”，在通過PC機和HMI產(chǎn)品的串口通訊，把編制好的“工程文件”下載到 HMI的處理器中運行人機界面是指人和機器在信息交換和功能上接觸或互相影響的領(lǐng)域或稱界 面所說人機結(jié)合面，信息交換，功能接觸或互相影響，指人和機器的硬接觸和軟 觸，此結(jié)合面不僅包括點線面的直接接觸， 還包括遠(yuǎn)距離的信息傳遞與控制的作 用空間。人機結(jié)合面是人機系統(tǒng)中的中心環(huán)節(jié)，主要由安全工程學(xué)的分支學(xué)科安全人 機工程學(xué)去研究和提出解決的依據(jù)， 并過安全工程設(shè)備工程學(xué)，安全管理工程學(xué) 以及安全系統(tǒng)工程學(xué)去研究具體的解決方法手段措施安全人機學(xué)。它實現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機信息交

18、流的領(lǐng)域都存在著 人機界面。133 PLC、人機界面的發(fā)展趨勢(1) PLC發(fā)展趨勢PLC發(fā)展至今已有近40年的歷史，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技 術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制領(lǐng)域已有翻天覆地的變化，PLC亦一樣，隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都在不斷改進，功能日益強大，性價比越來越 高。及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都在不斷改進，功能日益強大，性價比越來越高。目前PLC推廣的難度之一就是復(fù)雜的編程使得用戶望而卻步，而且不同廠商PLC所有編程 的語言也不盡相同，用戶往往需要掌握更多種編程語言，難度較大。PID控制、網(wǎng)絡(luò)通信、高速計數(shù)器、位置控制、數(shù)據(jù)記錄、配方和文本顯示器等編程和應(yīng)用 也是PLC

19、程序設(shè)計中的難點，用普通的方法對它們編程時，需要熟悉有關(guān)的特殊 存儲器的意義，在編程時對它們賦值，運行時通過訪問它們來實現(xiàn)對應(yīng)的功能。 這些程序往往還與中斷有關(guān)，編程的過程既繁瑣又容易出錯，阻礙了 PLC的進一 步推廣應(yīng)用。PLC的發(fā)展必然朝著操作簡化對復(fù)雜任務(wù)的編程，在這一點上西門 子就充當(dāng)了先行者，西門子 S7-200的編程軟件設(shè)計了大量的編程向?qū)?，只需?在對話框中輸入一些參數(shù)，就可以自動生成包括中斷程序在內(nèi)的用戶程序， 大大 方便了用戶的使用。(2) 人機界面發(fā)展趨勢3磨床改造的整體設(shè)計目前國內(nèi)的自動化產(chǎn)業(yè)，一些原本不用人機界面的行業(yè)，現(xiàn)在也開始使用人 機界面了，這說明人機界面已經(jīng)成為

20、客戶體驗的不可缺少的一部分， 人機界面的 用戶界面能更好地反映出設(shè)備和流程的狀態(tài)， 并通過視覺和觸摸的效果，帶給客 戶更直觀的感受。有些機械行業(yè)，比如說機床、紡織機械等行業(yè)，在國內(nèi)已經(jīng)發(fā)展有幾十年的 歷史了，相對來說屬于比較成熟的行業(yè)， 從長遠(yuǎn)看，這些行業(yè)還存在著設(shè)備升級 換代的需求。在這個升級換代的過程中，確實會有一些小的、一直使用比較低端 產(chǎn)品的廠家被淘汰掉，但也有很多企業(yè)在設(shè)備更新過程中， 將需求重新定位，去 尋找那些能夠符合他們發(fā)展計劃，幫助他們提高自身生產(chǎn)力的設(shè)備供應(yīng)商。1.4課題研究的意義及任務(wù)1.4.1M7163磨床課題的研究意義M7163平面磨床的研究意義在于把原有的磨床的全手

21、動式操作、模式選擇的單一性、一名工人只能操作一臺機床、 磨削工件時的不穩(wěn)定、企業(yè)的生產(chǎn)效率得 不到提升，勞動力得不到合理的利用等的原因下對 M7163進行工藝要求及電氣原 理設(shè)計的改造。例如原有磨床的 Z軸、丫軸原有的普通三相電機改為伺服電機， 并可以使丫軸、Z軸快速移動的功能，保留原有的 X軸的液壓往復(fù)運動，速度調(diào) 節(jié)適用床身工作臺下方。為磨床增加全自動的數(shù)控模式，達到一人操控多臺機床 的，有效保滿足當(dāng)前社會及工業(yè)要求的合理使用勞動力；磨床還保留原有平面磨床的手動操作，使M7163磨床可以對一些要求特殊磨削的工件進行加工。同時， 磨床的電氣原理采用了 PLG PLC模擬量的輸入輸出、伺服等達

22、到更加精確的控 制。1.4.2M7163磨床課題的任務(wù)（1）原有磨床的磨削加工動作及電氣原理的認(rèn)識（2）原有磨床的存在的優(yōu)缺點及加工工藝（3）怎樣改進磨床的缺點（4）設(shè)計改進后的磨床電氣原理圖2 磨床改造的整體設(shè)計2.1原有磨床整體結(jié)構(gòu)2.1.1原有磨床的機械結(jié)構(gòu)M7163磨床采用砂輪周邊磨削工件平面的機床，亦可用砂輪的端面適當(dāng)?shù)膸スぜ拇怪泵?。機床加工范圍寬 800mm，長1600 mm,高600 mm。磨削工 件時，按工件的不同可將其吸牢在電磁吸盤上， 或直接固定在工作臺上，亦可用 其它夾具夾持磨削。+Y圖2-1 M7163 磨床整體圖磨床裝置3軸，分別為縱向X軸、垂直丫軸、橫向Z軸；工

23、作臺縱向（X 軸）運動為液壓驅(qū)動，工作臺縱向運動配置了獨立液壓站， 獨立液壓站消除了機 床由于液壓油的溫升引起的機床變形， 控制夾持工件加工平面的左右移動。 磨頭 在拖板上的橫向（Z軸）運動為滾珠絲桿驅(qū)動，亦可手動，并有自動互鎖裝置。拖 板（連同磨頭）安裝在立柱矩形導(dǎo)軌上，上、下垂直 （丫軸）運動具有手動進給和 機動（快速升降）功能，并有互鎖裝置，并配置平衡重錘。2.1.2原有磨床面板操作圖2-2操作面板圖（1）磨削工件放在磨削工作臺時，打開平面磨床電源總開關(guān)，當(dāng)面板的電 源指示等亮?xí)r表示面板電源接通。（2）把電磁吸盤開關(guān)撥到“開”時吸盤充磁電源接通。（3）把吸盤充磁三擋開光打到“吸盤充磁”擋

24、時開始給工件充磁，當(dāng)充磁 指示燈亮?xí)r表示充磁完成。如果充磁指示燈不亮，則表示沒有完成充磁，垂直方 向的磨頭則不能上、下移動。（4）按下面板上的“油泵啟動”按鈕時可以通過手輪來調(diào)節(jié)工作臺的進給（5）把面板上的照明燈開關(guān)打到“開”，用于加工工件時的照明。（6）按下“砂輪啟動”按鈕砂輪開始旋轉(zhuǎn)，則可以根據(jù)加工工件的位置形狀來等選擇“磨頭移動速度調(diào)節(jié)”、“連續(xù)”、“斷續(xù)”來選擇磨頭移動速度。（7）通過“磨頭向前“磨頭快速上升”、“魔頭快速下降”即可完成對魔頭位置的移動（8）調(diào)整磨頭到適合工件磨削位置時按下 “冷卻泵啟動”，當(dāng)冷卻液澆在砂 輪上時，磨削加工的前期準(zhǔn)備已經(jīng)就緒，可以進行工件的磨削。2.1.

25、3原有磨床缺陷原有平面磨床M7163隨著制造業(yè)和計算機的快速發(fā)展，工業(yè)上很多控制系 統(tǒng)融入了可編程控制技術(shù)和人機界面技術(shù)，原有磨床已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的需求， 不能更好的提高企業(yè)的工作效率。原有的 M7163磨床是一臺傳統(tǒng)的磨削機床， 磨床的操作模式單一、加工操作要求高、加工精度低等；而卻一名工人只能操作 一臺機床，這就使的工作效率得不到提升，不能達到“一人多機操作”的理念。 原有磨床M7163的缺陷有：（1）磨頭走刀量大、速度快，使磨頭在磨削對刀時容易損壞磨頭或者工件。（2）操作模式單一，即只能工人手動操作，加工時得有工人一直在手磨床 動操作，這就使得生產(chǎn)效率降低。（3）磨床的丫軸、Z軸為普通三

26、相電機，不能提高對工件的加工精度。（4）磨床為傳統(tǒng)機床，磨床的操作面板復(fù)雜卻不易操作，不能滿足現(xiàn)代工 業(yè)中的人性化與智能化等。（5）磨床程序?qū)?yīng)的工件加工相對單一，不能更好的解決一些加工中的實際問題。2.2升級磨床的整體結(jié)構(gòu)2.1.1升級磨床的優(yōu)點升級后的M7163磨床基于原有機床的動作基礎(chǔ)上，升級改進的是磨床的程 序控制的升級。升級后的磨床更加的適應(yīng)于現(xiàn)代化制造業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，使企業(yè)的生產(chǎn)效率得到很大的提升，對于磨床的加工精也得到提高，升級后的M7163的特點有：（1）保留原有X軸的液壓往復(fù)運動，速度調(diào)節(jié)適用床身工作臺下方，手動保留，獨立液壓站消除了機床由于液壓油的溫升引起的機床變形，床身內(nèi)部

27、油池中僅為潤滑回油，與導(dǎo)軌摩擦升溫平衡，有效的減小了機床的熱變形。（2）把磨床原有的丫軸、Z軸使用伺服電機，這樣就可以使磨削對刀等的 速度穩(wěn)定、定位精確。（3）多模式轉(zhuǎn)換下保持位置精度和不易丟失。（4）模式選擇，升級后的M7163把數(shù)控和手動操作相結(jié)合，為方便磨床的 磨削不同工件時進行適當(dāng)選擇磨削操作。（5）在操作面板上增加人機界面，這使得面板的操作更加的人性化和智能 化。（6） 面板上增加“模式選擇”多檔開關(guān)，其中新增“回零”、“手動”、“手 輪”、“補刀”，保留原來的“連續(xù)”、“斷續(xù)”。2.1.2升級磨床操作面板升級后后的面板如圖2-3所示，操作面板改成數(shù)控系統(tǒng)磨床的面板，比起原 來的操作

28、面板除了基本操作外，加了模式選擇控制，多了回零、手動、手輪、修 刀等模式。還加了一個7寸的觸摸屏，可柔性編程，參數(shù)可設(shè)，時時監(jiān)控目標(biāo)位 置，操作更方便，更人性化。9圖2-3升級操作面板PLC、人機界面選型3 PLC、人機界面選型3.1 PLC選型3.1.1 PLC 的選型原則在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選 型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則 選型所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng) 硬件、軟件配臵及功能應(yīng)與裝臵規(guī)模

29、和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、 功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和 動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。3.1.2 I/O 分配表根據(jù)具體控制要求PLC的I/O分配表如表3-1所示名稱類型IO地址注釋X1_SV1YZXBOOL0.00Y軸Z相X1_SV2ZZXBOOL0.01Z軸Z相X1_SV1RdyBOOL0.02Y軸準(zhǔn)備好X1_SV1ALMBOOL0.03Y軸伺服報

30、警X1_SV2RdyBOOL0.04Z軸準(zhǔn)備好X1_SV2ALMBOOL0.05Z軸伺服報警X1 SQY+BOOL0.06Y軸+正限PLC、人機界面選型X1_SQY-BOOL0.07Y軸-負(fù)限X1_HW_HABOOL0.08手脈A相信號X1_HW_HBBOOL0.09手脈B相信號X1_SQY0BOOL0.10Y軸0限位X1_SQZ+BOOL0.11Z軸+限位X1_SQZ-BOOL1.00Z軸-限位X1_SQZ0BOOL1.01Z軸0限位X1_SB10BOOL1.02液壓啟動X1_SB11BOOL1.03液壓停止X1_SB12BOOL1.04充磁X1_SB13BOOL1.05機床照明rVt. -

31、XAX1_SB14BOOL1.06磁盤天X1_SB15BOOL1.07磁盤開X1_SB16BOOL1.08冷卻啟動X1_SB17BOOL1.09冷卻停止X1_SB18BOOL1.10退磁X1_SB20BOOL1.11Z軸-X1_SB21BOOL2.00Y軸+X1_SB22BOOL2.01快速X1_SB23BOOL2.02Y軸-X1_SB24BOOL2.03Z軸+X1_SB30BOOL2.04磨頭啟動19X1_SB31BOOL2.05磨頭停止X1_SB32BOOL2.06坐標(biāo)清零X1_ST0BOOL2.07急停X1_SB1BOOL2.08報警復(fù)位X1_SA1ABOOL2.09模式選擇X1_SA1

32、BBOOL2.10模式選擇X1_SA1CBOOL2.11模式選擇X1_SB2BOOL3.00循環(huán)啟動X1_SB3BOOL3.01循環(huán)暫停X1_QMALMBOOL3.02空開報警X1_SB11BOOL3.03欠磁保護X1_SL1BOOL3.04潤滑低位X1_SL2BOOL3.05潤滑高位X1_HM_YBOOL3.06手脈Y軸X1_HM_ZBOOL3.07手脈Z軸X1_HM_X10BOOL3.08手脈X10X1_HM_X100BOOL3.09手脈X100X1_SQABOOL3.10換向檢測X1_SQBBOOL3.11X軸運動檢測名稱類型DO地址注釋Y1_SV1_DirBOOL100.00伺服1方向

33、脈沖0Y1_SV1_PulsBOOL100.01伺服1脈沖脈沖0Y1_SV2_DirBOOL100.02伺服2方向脈沖1Y1_SV2_PulsBOOL100.03伺服2脈沖脈沖1Y1_SV_RstBOOL100.04Y/Z軸復(fù)位Y1_SV1_EnBOOL100.05丫軸使能Y1_SV2_EnBOOL100.06Z軸使能Y1_HL10BOOL100.07液壓啟動HL10Y1_HL12BOOL101.00充磁指示HL12Y1_HL13BOOL101.01機床照明HL13Y1_HL15BOOL101.02磁盤開指示HL15Y1_HL16BOOL101.03冷卻啟動HL16Y1_HL18BOOL101

34、.04退磁指示HL18Y1_HL22BOOL101.05快速指示HL22Y1_HL30BOOL101.06磨頭啟動指示HL30Y1_HL1BOOL101.07報警指示HL1Y1_HL2BOOL102.00循環(huán)啟動HL2Y1_KA1BOOL102.01照明中繼Y1_KMX_8BOOL102.02充磁Y1_KMX_7BOOL102.03退磁Y1_HL4BOOL102.04三色燈-紅Y1_HL5BOOL102.05三色燈-黃Y1_HL6BOOL102.06三色燈-綠BOOL102.07備用Y1_KM1ABOOL103.1磨頭啟動Y1_KM1BBOOL103.2磨頭星形Y1_KM1CBOOL103.3

35、磨頭三角型Y1_KM2BOOL103.4油泵電機Y1_KM3BOOL103.5潤滑電機Y1KM4BOOL103.6潤滑抽油電機Y1KM5BOOL103.7冷卻液電機表3-1 I/O 表3.1.3 CPU單元選型由表3-1 I/O 分配表可知，M7163磨床系統(tǒng)有31個輸入，48個輸出，2路脈沖，選擇 CP1H并擴充一個CP1W的 IO 單元沖，下圖3-1所示cpu 元CPU類覽黑也母式w:電凍AM*悄 曲SMtVt 曲V)"沖.DC電.1IK電.件打為梓出區(qū)歩MBMKi KkKi 4ttII. IMMfalMDiikH.-LjrtKHkllUtt inMAWWSi 權(quán)曲扎：4A 穆2

36、gL由療番 m牢IWfcJHl!珊ISA24.6.M 6Im占H-AtCPinH-KaflDft-4CP1iH-KjSDOT-OCP1H-X1DDT1I DCPiH-XA4iX)R-AC?tH-：A40DT-DCPIH-XA40DT1-DCPH-V2P0T-D圖3-1 PLC型號表3.1.4 CP1H的優(yōu)點CP1H的優(yōu)點：(1) 脈沖輸出功能，標(biāo)配4軸，高精度定位控制威力盡顯(2) 高速計數(shù)器功能，標(biāo)配相位差4軸，一臺即可輕松實現(xiàn)多軸控制(3) 中斷輸入功能，最多內(nèi)置8點，憑借指令的高速處理，有助于整個裝置 的高速化(4) 串行通信功能，可根據(jù)選項板任意選擇 2個端口、RS-232G RS-4

37、85(5) Ethernet通信功能(利用選項板實現(xiàn))通過Ethernet與上位計算機進行 通信(6) 內(nèi)置4點輸入、2點輸出的模擬輸入輸出功能(僅限CP1H-X型)(7) 標(biāo)配US外設(shè)端口(8) 也可利用結(jié)構(gòu)化文本(ST)語言簡單運行運算功能(9) 可使用CP1V系列、CJ系列的單元，擴展性超群(10) 可利用LCD顯示設(shè)定功能輕松維護和調(diào)試(利用選項板實現(xiàn))3.2 HMI選型3.2.1人機界面產(chǎn)品的基本功能及選型指標(biāo)(1) 基本功能：設(shè)備工作狀態(tài)顯示，如指示燈、按鈕、文字、圖形、曲線 等；數(shù)據(jù)、文字輸入操作，打印輸出；生產(chǎn)配方存儲，設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄；簡單 的邏輯和值運算；可連接多種工業(yè)控制

38、設(shè)備組網(wǎng)。(2) 選型指標(biāo)：顯示屏尺寸及色彩，分辨率；HMI的處理器速度性能；輸入方式：觸摸屏或薄膜鍵盤；畫面存貯容量，注意廠商標(biāo)注的容量單位是字節(jié) (byte )、還是位(bit )；通訊口種類及數(shù)量，是否支持打印功能。322 HMI的選型市場上有很多廠商很多系列的人機界面，首先要考慮的是要能實現(xiàn)對機床的 控制，另外性價比要高，功能足夠，還有組態(tài)的時候簡單易學(xué)，制作界面要便于 人工操作。我選擇的是威倫通 KT6070IP的觸摸屏。組態(tài)軟件是威倫通 EB8000原有磨床控制系統(tǒng)的電氣原理4 原有磨床控制系統(tǒng)的電氣原理4.1 原有磨床工藝原有磨床M716裝置3軸，分別為縱向X軸、垂直刑由、橫向Z

39、軸，X軸為液壓往復(fù)運動，縱向運動的工作臺配置了獨立液壓站，獨立液壓站消除了機床 由于液壓油的溫升引起的機床變形，床身內(nèi)部油池中僅為潤滑回油，與導(dǎo)軌 摩擦升溫平衡，有效的減小了機床的熱變形。Y軸和Z軸為普通電機，Z軸還采用變頻來實現(xiàn)磨頭在橫向可以快速移動。磨床的走刀量過大，會帶動磨削 工件，從而使磨削的精度降低。原有磨床的工藝特點：(1) 主軸電機采用的是直接啟動(2) 磨床采用全手動控制(3) 一人只能操作一臺磨床，因為磨床為手動磨削，在磨削零件時必 須有操作人員進行操作。(4) 操作方式單一，可以直接從面板按鈕對磨床進行操作。(5) 磨頭的切削工具由堅硬、鋒利的金屬磨粒結(jié)合而成的多刃工具，并

40、 且做高速旋轉(zhuǎn)的主運動。(6) 適應(yīng)性廣，磨床能加工其他普通機床不能加工的材料和零件，尤其 適用于加工硬度很高的淬火鋼件或其他高硬度材料。(7) 磨床加工范圍廣，由于高速磨削和強力磨削的發(fā)展，磨床已經(jīng)擴展到零件的粗加工領(lǐng)域和精密毛坯制造領(lǐng)域，很多零件可以不必經(jīng)過 其他加工而直接由磨床加工成品。(8) 磨削精度高，表面質(zhì)量好，可進行一般普通精度磨削，也可以進 行精密磨削和高精度磨削加工。4.2原有磨床的部分電氣原理圖說明如圖4-1動力主回路所示，圖上從左到右電源供電供給的分別是：電源及保護電路、主軸電機、油泵電機、主軸快速上升、主軸快速下降。電氣主回路中總開關(guān)QSO為保護空開，當(dāng)機床通電后機床線

41、路發(fā)生過載、短路、欠壓的情況下進原有磨床控制系統(tǒng)的電氣原理行可靠的保護。QM卜QM5空開選用電動機專用保護空開，分別對各電機進行相應(yīng) 保護。原有平面磨床的主軸電機選用2.2KW的電機，主軸電機的啟動采用直接啟 動，主軸電機的丫軸選用0.55KW勺電機，通過觸點KM4A KM4B使電機實現(xiàn)正反 轉(zhuǎn)來達到主軸電機在丫軸的上下運動。C四南林業(yè)人學(xué)嚴(yán)期£1 1 0it VI.）詁曲h 1圖4-1動力主電路圖4-2CPU模塊輸入回路中是主回路上升到位、砂輪向前進/向后退限位的限 位開關(guān)輸入到CPU單元的各個輸入點，輸入點01是對磁盤電流是否正常的一個 檢測輸入。SB11、SB12對應(yīng)面板上的“

42、水泵啟動”、“水泵停止”按鈕，當(dāng)按 下水泵啟動按鈕時開關(guān)SB11閉合，這是有一個水泵啟動的信號輸入到 CPU單元 中，經(jīng)過CPU單元處理將輸出水泵啟動的指令給電機。輸入點 11表示的是砂輪 斷點進刀接近開關(guān)。23原有磨床控制系統(tǒng)的電氣原理 丄j 9 JIP 7西南林業(yè)人學(xué)KtftuttafiiiM<2 VJEutS引£.1蟲帕k謁事越¥昭“ 】口It帝iiwm ir*|fi |i ) X圖4-2 CPU模塊輸入回路在圖4-3砂輪變頻器中，線號為 L11、L21、L31為變頻器提供電源，同時 也是通過變頻器提供給砂輪快速進給電機的電源。 S1、S2、S7是與PLC連接,

43、 當(dāng)PLC輸出電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點動指令時變頻器做出相應(yīng)的動作指令。k 1i2rji+i31117iaiflI10Afirm1咖網(wǎng)A南林業(yè)人學(xué)FMl暫：1餉，.II猜巾;闔I艸 耳二三甲»l】j|卜1或1Hnr：M圖4-3砂輪變頻器磨床控制系統(tǒng)的電氣原理設(shè)計5 磨床控制系統(tǒng)的電氣原理設(shè)計5.1 M7163磨床改造后工藝特點M7163磨床改造后工藝特點（1）主軸電機的在直接啟動的基礎(chǔ)上添加“星三角啟動”，使主軸電機的 啟動更加的平穩(wěn)、降低啟動電流、減少耗損、磨頭磨損等。（2）使用伺服驅(qū)動器，使磨頭在磨削過程中減少磨損并提高磨削過程中的 穩(wěn)定性和加工精度。（3）選用的PLC為CPU單元C

44、P1H,具有脈沖輸出、高精度定位控制等功能。（4）多模式轉(zhuǎn)換下保持位置精度和不易丟失。（5）自動化加工和手動操作相結(jié)合，為方便磨床的磨削不同工件時進行適當(dāng) 選擇磨削操作或者大批量磨削工件。（6）在操作面板上增加人機界面，這使得面板的操作更加的人性化和智能化。（7）人多機操作操作。5.2主回路如圖5-1主回路所示，圖上從左到右電源供電供給的分別是： 總空開、主軸 電機、油泵電機、潤滑電機、抽油電機、冷卻電機。電氣主回路中總開關(guān)QF保護空開，當(dāng)機床通電后機床線路發(fā)生過載、短路、欠壓的情況下進行可靠的保護； QM1QM空開選用電動機專用保護空開,分別對各電機進行相應(yīng)保護。平面磨床 的主軸電機選用11

45、KW專速1750r/min并且用“星三角”啟動，采用“星三角啟 動”降低電機的啟動電流，減小電機啟動對電網(wǎng)的沖擊電流， 減小電機啟動所造 成的能耗損失和發(fā)熱量。在機械方面主電機啟動時有異響，采用“星三角啟動” 后可以有效地改善該缺點；同時，也可以減少主軸頭的磨損，保證機械性能。"4 M叮緯衛(wèi)JRTL'U-U.MI圖5-1主回路在主回路中的電機的主觸點的控制線圈由圖5-2 10 模塊A2輸出控制，KM1AI觸器主觸點由圖5-2 I0模塊A2輸出控制，當(dāng)103.00輸出信號時線圈KMIA 得電接觸器KM1A吸合，主軸電機電源接通電機就直接啟動；主軸電機的“三角 型啟動”的主觸點K

46、M1B圖5-2 IO模塊A2輸出的103.01輸出信號，線圈KM1B 得電接觸器KM1B吸合，主軸電機為三角形啟動；主軸電機的“星型啟動”的主 觸點KM1C圖5-2 IO模塊A2輸出的103.02輸出信號，線圈KM1C得電接觸器 KM1C吸合，主軸電機為星形啟動。在主回路中的油泵電機、潤滑電機、抽油電 機、冷卻電機都是由圖5-2IO模塊A2輸出中輸出信號，使線圈得電來控制電機 的啟動。27呻M 嗎血Mr rr 卯E »JIL” H M¥帕審” irtf. »出| 贛CHIOJfflwniIE IF3I0W5I103M IS2D7 imiDioan hs4XAE K

47、JIffi 10JJjr0 0©JBl0e e eJBl0e00 0 0I,林業(yè)人甞SI于IlJAMlIE 鹿r ftft -I JI It占H V.''Ffi/JI収* I圖5-2 IO模塊A2輸出在圖5-2 PLC模塊A2輸出中，10單元CP1W輸出點102.02、102.03分別輸入 到吸盤控制電路的7和8處，當(dāng)按下面板操作的“充磁”、“退磁”按鈕就可以實 現(xiàn)對工件的充磁與退磁。102.01輸出信號時線圈KA1得電，在圖4-2控制電源 中機床照明燈的觸點KA1吸合機床照明燈亮。5.3控制電源在M7163磨床電源供電設(shè)計中，系統(tǒng)進線電壓為 380VAC由于在后面的

48、元件 PLC伺服等中應(yīng)用到多種不同電壓，中間設(shè)計了多個變壓器以供工藝需求，例 如電源供電為24V直流電源，380V勺交流電源等。在圖4-3控制電源中380v的電壓經(jīng)過變壓后降為220v為2軸、Ytt的伺服提供 輸入電壓，QF側(cè)為伺服電源的總開關(guān)。在圖中采用兩個單獨的變壓為24v直流電 源是不讓機床照明燈出現(xiàn)故障時是 PLC俞錯信號而產(chǎn)生不必要的報警，變壓的兩 個24v直流電源分別為機床照明和PLC及其擴展模塊提供電源輸入。磨床控制系統(tǒng)的電氣原理設(shè)計圖5-3控制電源5.4 Y軸與Z軸伺服電氣原理圖5.4.1伺服概論伺服系統(tǒng)用來控制被控對象的轉(zhuǎn)角（或位移），使其能自動地、連續(xù)地、精確 地輸入指令的

49、變化規(guī)律。它通常是具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)， 有的場合也可以 用開環(huán)控制來實現(xiàn)其功能。在實際應(yīng)用中一般以機械位置或角度作為控制對象的 自動控制系統(tǒng)。使用在伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動電機要求具有響應(yīng)速度快、定位準(zhǔn)確、 轉(zhuǎn)動慣量 較大等特點，這類專用的電機稱為伺服電機。其工作原理是在開環(huán)控 制的交直流電機的基礎(chǔ)上將速度和位置信號通過旋轉(zhuǎn)編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等反饋給驅(qū)動器做閉環(huán)負(fù)反饋的PID調(diào)節(jié)控制。再加上驅(qū)動器內(nèi)部的電流閉環(huán)，通過這3 個閉環(huán)調(diào)節(jié)，使電機的輸出對設(shè)定值追隨的準(zhǔn)確性和時間響應(yīng)特性都提高很多。 伺服系統(tǒng)是個動態(tài)的隨動系統(tǒng)，達到的穩(wěn)態(tài)平衡也是動態(tài)的平衡。5.4.2 丫軸伺服接線圖M716平面磨床的Z

50、軸、丫軸把原來的普通電機改換為了伺服電機，因為在原磨床控制系統(tǒng)的電氣原理設(shè)計來的磨床上Ytt為普通電機并且為全手動操作，當(dāng)對工件磨削時在向下對刀時可 能因為速度過快把工件打飛，大力的碰撞也會使砂輪磨損并飛濺， 采用伺服系統(tǒng) 后就能有效地改善磨頭在對刀時速度過快的缺陷，達到速度更加穩(wěn)定及磨床在磨削工件時響應(yīng)速度快、定位準(zhǔn)確等優(yōu)點。因為Ytt、Ztt采用的伺服接線原理相同，所以在論文中就不在一一介紹，只 給出Ytt、Z軸的接線原理圖，下面是對YW伺服的部分介紹。在圖5-4 ¥軸伺服中 可以看出伺服的電源是由圖5-3提供給伺服本身并且通過伺服提供給 Y軸主軸電 機，在圖中的3000與400

51、0的線號是24v直流電源給伺服公共端提供的電源。在標(biāo) 有線號為3101表示的是伺服輸出一個準(zhǔn)備好的信號給 PLC 3100線號表示的是伺 服對本身的一個報警檢測，當(dāng)伺服內(nèi)部出現(xiàn)故障時輸出給PLC線號4106與4104是PLC合伺服的指令輸入，如對Y軸的復(fù)位等。線號4100與4101分別表示伺服的正 向脈沖和負(fù)向脈沖。-SvY 0 SAT?HirnTSVl 虛-HH劭書卜r(X乂Iit.fl?!N£ Jaso jc-i+j-wn1叭巾IBWTWi/rii W*曲南林一業(yè)人悄ft ill|plK1H'iv：sJ巫! Ci s rm i35圖5-4 Y軸伺服.-B?IVS-YI1托

52、乜1巾CxZxrxsfilimi i迥 w 3：fr !rn : V, Mm 射 mwi圖5-5 Z軸伺服5.5 PLC電源在圖PLCt源中PLC選用歐姆龍CP單元CP1H-XA40DT型號，其有24個輸入點 15個輸出；根據(jù)I/O表增加10單元CPIW CP1V有24個輸入16個輸出，同時CP1達 到脈沖輸出功能，高精度定位控制威力盡顯，高速計數(shù)器功能，可輕松實現(xiàn)多軸 控制。同時，利用歐姆龍CP單元自帶模擬量輸入來控制砂輪的進給速度。圖5-6 PLC電源56 PLC輸入、相應(yīng)輸入按鈕對應(yīng)的面板5.6.1 PLC 模塊A1輸入1PLC的輸入主要是采集外部的開關(guān)量信號，以及外部的報警信號實現(xiàn)對磨床磨削動作及故障的更好控制。外部信號采集進來以后經(jīng)過PLC運算后輸出來控制外圍的一切動作。如圖5-7所示，主要采集伺服驅(qū)動器的使能信號和報警信號， 0.08和0.09配置了兩路高速計數(shù)器采集電子首輪的脈沖；“SQY+ ”與“SQ-Y-” 為限位開關(guān)，檢測磨頭在垂直方向距離磨頭初始中