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1、17目 錄1 緒 論11.1 本課題的研究意義及必要性11.2 相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外應(yīng)用的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢22 M7130平面磨床的原理結(jié)構(gòu)32.1 M7130平面磨床的主要結(jié)構(gòu)32.2 M7130平面磨床的原理43平面磨床的主要運(yùn)動形式與控制要求63.1主運(yùn)動63.2 進(jìn)給運(yùn)動63.3 輔助運(yùn)動74 M7130平面磨床電氣分析84.1電氣控制設(shè)計84.2 主電路分析84.3控制電路分析84.3.1電動機(jī)的控制94.3.2電磁吸盤的控制94.3.3照明及指示燈的控制105 PLC介紹115.1 PLC簡介115.2 PLC基本結(jié)構(gòu)116 M7130平面磨床電氣控制線路的PLC改造126.1 輸入輸出的
2、設(shè)計126.2 PLC的外部接線136.3 PLC改造M7130平面磨床軟件設(shè)計14總 結(jié)15參考文獻(xiàn)16摘 要本次設(shè)計的內(nèi)容主要是設(shè)計M7130平面磨床的電氣控制部分的設(shè)計。首先對對此次設(shè)計的總體思路進(jìn)行了整理和分析,了解M1720平面磨床的基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)動情況、工藝等要求。平面磨床的電氣控制主要有開門斷電功能、主軸電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制功能、刀架的快速移動功能、冷卻泵電動機(jī)控制。關(guān)鍵詞電氣控制 M1730磨床 1 緒 論1.1 研究意義磨床是用砂輪周邊或端面進(jìn)行機(jī)械加工的精密機(jī)床。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(zhì)合金等)。利用磨削可獲得較高加工精度和
3、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(jìn)步,使得零件不經(jīng)其他切削加工而直接磨削成成品。隨著高速磨削和強(qiáng)力磨削工藝的發(fā)展,進(jìn)一步提高了磨削的效率。因此磨床的使用范圍日益擴(kuò)大,在金屬切削機(jī)床中所占比重不斷上升,在工業(yè)發(fā)達(dá)國家占金屬切削機(jī)床的13%-27%。磨床種類很多,按其工藝分為外圓磨床、內(nèi)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(dǎo)軌磨床與無心磨床等。 圖1.1 M7130磨床1.2 本課題的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢磨床是金屬切削機(jī)床中的一個大類,以精度高、品種多著稱,是能源、交通、冶金、航天、軍工等行
4、業(yè)精密加工必備的設(shè)備之一。隨市場經(jīng)濟(jì)體制的建立和不斷完善,以及企業(yè)制度改革的深化,磨床制造企業(yè)和其它企業(yè)一樣,不斷加強(qiáng)適應(yīng)市場的能力。在“以中國的裝備裝備中國”政策的激勵下,磨床生產(chǎn)與市場的需求情況發(fā)生很大的變化。近幾年來,市場對磨床的需求量不斷增長,磨床的產(chǎn)量與銷售量也在逐年增長。中國加入WTO后,中國磨床市場將進(jìn)一步對國外開放,國外產(chǎn)品進(jìn)入中國市場的步伐在加快,國外企業(yè)家會紛紛來中國投資、辦企業(yè),在中國生產(chǎn)磨床以降低成本,國內(nèi)磨床市場的競爭將會更激烈。機(jī)遇與挑戰(zhàn)是并存的,由於中國進(jìn)入WTO,國外磨床市場也對中國開放,中國磨床也有出口競爭的機(jī)遇中國產(chǎn)品有更多機(jī)會進(jìn)入國際市場,國外產(chǎn)品也會以更
5、大的增長幅度進(jìn)入中國磨床市場,中國磨床的高新技術(shù)含量和數(shù)控化率會在市場競爭得到提高和發(fā)展。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。磨削技術(shù)經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展,已進(jìn)入了一個成熟化、精細(xì)化、實用化的平穩(wěn)發(fā)展階段。在展會上,雖未發(fā)現(xiàn)全新的概念性的機(jī)型,但幾年前一些國際頂級磨床制造商引領(lǐng)的磨削新理念已得到了世界磨床制造領(lǐng)域的廣泛認(rèn)同。首先能夠?qū)崿F(xiàn)多種磨削工藝的數(shù)控復(fù)合磨床(包括臥式和立式)受到了大多數(shù)國際知名磨床制造商的認(rèn)同和追捧。例如:STUDER 公司的 S31、S33、S120,勇克(JUNKER)公司的 QUICKPOINT 3000,達(dá)諾巴特(DANOBAT)公司的 H
6、G-71和克林貝格( KELLENBERGER )公司的RS125/430。此類機(jī)床普遍采用數(shù)控轉(zhuǎn)塔式砂輪架。我國在磨床技術(shù)水平與世界前沿水平還存在很大差距,總之,許多在幾年前的前沿性的、概念性的磨削技術(shù)當(dāng)今已得到了廣泛的應(yīng)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(rèn)真分析用戶零件工藝的基礎(chǔ)上,虛心學(xué)習(xí)并吸收先進(jìn)的技術(shù),扎扎實實的發(fā)展自己的產(chǎn)品,才能跟上世界機(jī)床技術(shù)的發(fā)展潮流。同時,應(yīng)大力鼓勵前沿性、原創(chuàng)性的研究。2 M7130平面磨床的原理結(jié)構(gòu)2.1 M7130平面磨床的主要結(jié)構(gòu)M7230 是臥軸圓臺平面磨床:適用于磨削圓形薄片工件,并可利
7、用工作臺傾斜磨出厚薄不等的環(huán)形工件。臥軸矩臺平面磨床,國家標(biāo)為M71系列平面磨床,即帶有臥式磨頭主軸,矩形工作臺的平面磨床。主要功能是用砂輪的周邊磨削工件的平面,也可以用砂輪的端面磨削工件的槽和凸緣的側(cè)面,磨削精度和光潔度都較高。適宜于磨削各種精密零件和工模具,可供機(jī)械加工車間、機(jī)修車間和工具車間作精密加工使用。中國傳統(tǒng)的臥軸矩臺平面磨床是從原蘇聯(lián)引進(jìn)并消化改進(jìn)的M71系列,特點(diǎn)是磨床主軸側(cè)掛,主軸采用軸瓦支承,適合粗加工重切削。近年來歐美國家更流行是十字鞍座結(jié)構(gòu)的臥軸矩臺平面磨床,主軸采用精密精珠軸承支承,更適合于精密磨削。M7130具有以下特點(diǎn):(1)機(jī)床布局采用立柱右置,磨頭、拖板與立柱
8、的結(jié)構(gòu)有新的突破,整機(jī)剛性更好。 (2)磨頭采用國際通行的滾動軸承結(jié)構(gòu)形式。 (3)機(jī)床的垂直、橫向進(jìn)給運(yùn)動采用滾珠絲杠副,進(jìn)給靈敏度高。 (4)工作臺縱向運(yùn)動由葉片泵驅(qū)動,運(yùn)動平穩(wěn),噪聲小。油池配有冷卻裝置,溫升低,熱變形小。 (5)磨頭垂直運(yùn)動有快速升降裝置,操作方便,橫向運(yùn)動由變頻電機(jī)驅(qū)動,可無級調(diào)速。 (6)機(jī)床的垂直、橫向進(jìn)給部分留有伺服電機(jī)安裝位置,根據(jù)需要可配置數(shù)控系統(tǒng)成為數(shù)控機(jī)床。 圖2.1 臥軸平面磨床外形結(jié)構(gòu)圖 1立柱;2滑座;3砂輪箱;4電磁吸盤;5工作臺;6床身2.2 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(dǎo)軌上作往復(fù)運(yùn)動(縱向運(yùn)動)。
9、固定在床身上的立柱上帶有導(dǎo)軌,滑座在立柱導(dǎo)軌上作垂直運(yùn)動;而砂輪箱在滑座的導(dǎo)軌上作水平運(yùn)動(橫向運(yùn)動),砂輪箱內(nèi)裝有電動機(jī),電動機(jī)帶動砂輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。平面磨床在加工工件過程中,砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是主運(yùn)動,工作臺往復(fù)運(yùn)動為縱向進(jìn)給運(yùn)動,滑座帶動砂輪箱沿立柱導(dǎo)軌的運(yùn)動為垂直進(jìn)給運(yùn)動,砂輪箱沿滑座導(dǎo)軌的運(yùn)動為橫向進(jìn)給運(yùn)動。工作時,砂輪旋轉(zhuǎn),同時工作臺帶動工件右移(如圖2.2所示),工件被磨削。然后工作臺帶動工件快速左移,砂輪向前作進(jìn)給運(yùn)動,工作臺再次右移,工件上新的部位被磨削。這樣不斷重復(fù),直至整個待加工平面都被磨削。 圖2.2 矩形工作臺平面磨床工作圖1砂輪;2主運(yùn)動;3縱向進(jìn)給運(yùn)動;4工作臺;5橫向
10、進(jìn)給運(yùn)動;6垂直進(jìn)給運(yùn)動3 平面磨床的主要運(yùn)動形式與控制要求3.1主運(yùn)動主運(yùn)動指的是砂輪的高速旋轉(zhuǎn),其控制的要求有三點(diǎn):(1) 為保證磨削加工質(zhì)量,要求砂輪有較高的轉(zhuǎn)速,通常采用兩級籠型異步電動機(jī)。(2) 為提高主軸的剛度,簡化機(jī)械結(jié)構(gòu),采用裝入式電動機(jī),將砂輪直接裝到電動機(jī)軸上。(3) 砂輪電動機(jī)只要求單向旋轉(zhuǎn),可直接啟動,無調(diào)速和制動要求。3.2 進(jìn)給運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動有三種形式:工作臺的往復(fù)運(yùn)動(縱向進(jìn)給)、砂輪架的橫向(前后)進(jìn)給、砂輪架的升降運(yùn)動(垂直進(jìn)給)。工作臺的往復(fù)運(yùn)動(縱向進(jìn)給):(1) 液壓傳動,因液壓傳動換向平穩(wěn),易于實現(xiàn)無極調(diào)速。液壓泵電動機(jī)M3拖動液壓泵,工作臺在液壓作用下
11、縱向運(yùn)動。(2) 由裝在工作臺前側(cè)的換相當(dāng)鐵碰撞床身上的液壓換向開關(guān)控制工作臺進(jìn)給方向。砂輪架的橫向(前后)進(jìn)給:(1) 在磨削的過程中,工作臺換向時,砂輪架就橫向進(jìn)給一次。(2) 在修正砂輪或調(diào)整砂輪的前后位置時,可連續(xù)橫向移動。(3) 砂輪架的橫向進(jìn)給運(yùn)動可由液壓傳動,也可用手輪來操作。砂輪架的升降運(yùn)動(垂直進(jìn)給):(1) 滑座沿立柱的導(dǎo)軌垂直上下移動,以調(diào)整砂輪架的上下位置,或使砂輪磨入工件,以控制磨削平面時工件的尺寸。(2) 垂直進(jìn)給運(yùn)動是通過操作手輪由機(jī)械傳動裝置實現(xiàn)的。3.3 輔助運(yùn)動輔助運(yùn)動主要有工件的夾緊、工件的冷卻。各自的控制與要求:工件的夾緊:(1) 工件可以用螺釘和壓板直
12、接固定在工作臺上。(2) 在工作臺上也可以安裝電磁吸盤,將工件吸附在電磁吸盤上。因此,要有充磁和退磁控制環(huán)節(jié)。為保證安全,電磁吸盤與三臺電動機(jī)M1、M2、M3之間有電氣聯(lián)鎖裝置,即電磁吸盤吸合后,電動機(jī)才能啟動。電磁吸盤不工作或發(fā)生故障時,三臺電動機(jī)均不能啟動。工件的冷卻: (1) 冷卻泵電動機(jī)M2拖動冷卻泵旋轉(zhuǎn)供給冷卻液。(2) 要求砂輪電動機(jī)M1和冷卻泵電動機(jī)要實現(xiàn)順序控制。4 M7130平面磨床電氣分析4.1電氣控制設(shè)計M7130型平面磨床電氣控制線路圖圖4.1 M7130型平面磨床電氣控制電路圖4.2 主電路分析主電路有三臺電動機(jī),M1為砂輪電動機(jī),M2為冷卻泵電動機(jī),M3為液壓泵電動
13、機(jī)。M1由接觸器KM1控制。插上插銷X1后,M2將與M1同時啟動和停止;不用冷卻液時,可將插銷X1拔掉。M3由接觸器KM2控制。三臺電動機(jī)共用熔斷器FU1作短路保護(hù),M1和M2用熱繼電器FR1作長期過載保護(hù),M3用熱繼電器FR2作長期過載保護(hù)。4.3控制電路分析控制電路可分為電動機(jī)控制電路和電磁吸盤控制電路以及照明和指示燈控制。4.3.1電動機(jī)的控制由控制按鈕SB1、SB2與接觸器KM1構(gòu)成砂輪電動機(jī)M1的單向旋轉(zhuǎn)直接啟動控制電路;由控制按鈕SB3、SB4與KM2構(gòu)成液壓泵電動機(jī)單向旋轉(zhuǎn)直接啟動控制電路。這兩臺電動機(jī)的啟動和停止都可獨(dú)立進(jìn)行。但想要啟動電動機(jī),只要在轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2的觸點(diǎn)SA2閉
14、合,或欠電流繼電器KA的常閉觸點(diǎn)KA閉合的條件下方可實現(xiàn)。4.3.2電磁吸盤的控制 電磁吸盤控制電路可分為整流裝置、控制裝置和保護(hù)裝置三部分。 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,輸出110V直流電壓對電磁吸盤供電。電磁吸盤由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1控制。SA1有三個位置:充磁、斷電和去磁。當(dāng)SA1置于“充磁”位置時,觸點(diǎn)SA1(301303)與觸點(diǎn)SA1(302304)接通,整流器的輸出經(jīng)302304KA306YH303301使電磁吸盤YH通電。當(dāng)SA1置于“去磁”位置時,觸點(diǎn)SA1(301305)、SA1(303302)及SA1(86)接通,此時整流器輸出經(jīng)302303YH30
15、6KA304R2305301使電磁吸盤通電。在“充磁”狀態(tài)時,電磁吸盤獲得整流器輸出的110V直流電壓,極性為上負(fù)下正,并串入了欠電流繼電器KA。電流足夠大時,KA的常開觸點(diǎn)閉合,為電動機(jī)控制電路的操作做好準(zhǔn)備。在加工過程中,若吸盤電流大大降低或消失,KA的常開觸點(diǎn)斷開使電動機(jī)控制線路斷電,電動機(jī)停轉(zhuǎn),以避免磨削時因吸力不足而使工件飛出。但是,在要單獨(dú)對砂輪或工作臺進(jìn)行調(diào)整時,不需要電磁吸盤工作。這時,為使電動機(jī)控制電路也能操作,將SA1的一對觸點(diǎn)SA1(86)與KA(86)并聯(lián)。這樣,在需要單獨(dú)調(diào)整砂輪或工作臺時,可將SA1扳在“去磁”位置,SA1(86)便閉合,使得電動機(jī)控制電路被接通。當(dāng)
16、開關(guān)SA1置于“去磁”位置時,電磁吸盤回路中串入了電阻R2,并且電磁吸盤獲得的直流電壓是上正下負(fù),流過的直流電流與充磁時相反,實現(xiàn)了去磁。串入R2是為了適當(dāng)減小去磁電流,以不致造成反向磁化。工件對去磁要求嚴(yán)格,在取下工件后,還需要用交流去磁器進(jìn)行處理。圖中的插座X2就是為插接去磁器而預(yù)備的。電磁吸盤線圈是一個大電感,當(dāng)線圈斷電時,兩端會產(chǎn)生很高的自感電壓,會把線圈絕緣損壞,以及在開關(guān)SA1上產(chǎn)生很大的火花,導(dǎo)致開關(guān)觸點(diǎn)的損壞。為此,電路中接了電阻R3作為其放電回路,以釋放線圈中儲存的磁場能量。另外,圖中的R、C是用于吸收交、直側(cè)通斷時產(chǎn)生的浪涌電壓,作為整流裝置的過電壓保護(hù)。 4.3.3照明及
17、指示燈的控制 照明、信號電路分析控制變壓器TC的二次側(cè)輸出24V電壓,作為車床低壓照燈和信號燈的電源。EL1為車床的低壓照明燈由開關(guān)SA2控制,HL為電源信號燈。EL2為電動機(jī)M1和M2的啟動指示燈,EL3為電動機(jī)M3的運(yùn)行指示燈。分別用交流接觸器KM1和KM2的常開開關(guān)控制。5 PLC介紹5.1 PLC簡介早期的可編程控制器稱作可編程控制器(Programmable Logic Controller,PLC),它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制,隨著技術(shù)的發(fā)展,這種采用微型計算機(jī)技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍,因此,今天這種裝置稱作可編程控制器,簡稱PC。但是為了避免與個
18、人計算機(jī)(Personal Computer)的簡稱混淆,所以將可編程控制器簡稱PLC。PLC自1966年美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司研制出現(xiàn),現(xiàn)行美國,日本,德國的可編程序控制器質(zhì)量優(yōu)良,功能強(qiáng)大。5.2 PLC基本結(jié)構(gòu) PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī),其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同,基本構(gòu)成為:a、 電源b、 中央處理器(CPU)c、 存儲器d、 輸入輸出接口電路e、 功能模塊f、 通信模塊5.3 三菱PLC的主要特點(diǎn)a、 結(jié)構(gòu)靈活b、 傳輸質(zhì)量高、速度快、帶寬穩(wěn)定c、 范圍廣d、 低成本e、 適用面廣6 M7130平面磨床電氣控制線路的PLC改造6.1 輸入輸出的設(shè)計根據(jù)其控制要求我們將PLC進(jìn)行輸入輸出做出如下的分配:三菱PLC(FX2N48MR)I/O分配表6.2 PLC的外部接線根據(jù)輸入輸出分配表,我們可將PLC的外部接線圖畫出(如下圖):PLC外部接線圖6.3 PLC改造M7130平面磨床軟件設(shè)計PLC改造M7130平面磨床電氣控制線路梯形圖:從梯形圖中我們可以看出:在總開關(guān)閉合的情況下(KA得電常開閉合)1、 按下SB7(X007)時,Y003得電自鎖并充磁。2、 M0得電,電磁吸盤充
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