磨床M7130电气设计要点.pdf

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1、1 1 目 录 1 绪 论. 1 1.1 本课题的研究意义及必要性 2 1.2 相关领域国内外应用的现状及发展趋势 3 2 M7130平面磨床的原理结构 4 2.1 M7130 平面磨床的主要结构 . 4 2.2 M7130 平面磨床的原理 . 5 3 平面磨床的主要运动形式与控制要求 7 3.1 主运动 . 7 3.2 进给运动 7 3.3 辅助运动 8 4 M7130平面磨床电气分析 9 4.1 电气控制设计 . 9 4.2 主电路分析 9 4.3 控制电路分析 . 9 4.3.1 电动机的控制 10 4.3.2 电磁吸盘的控制 10 4.3.3 照明及指示灯的控制 11 5 PLC介绍

2、. 12 5.1 PLC 简介 12 5.2 PLC 基本结构 12 6 M7130平面磨床电气控制线路的PLC改造 . 13 6.1 输入输出的设计. 13 6.2 PLC 的外部接线 14 6.3 PLC 改造 M7130平面磨床软件设计 14 总 结 15 参考文献 . 16 1 摘 要 本次设计的内容主要是设计M7130平面磨床的电气控制部分的设计。 首先对 对此次设计的总体思路进行了整理和分析，了解 M1720平面磨床的基本结构、 运 动情况、工艺等要求。 平面磨床的电气控制主要有开门断电功能、主轴电动机的 正反转控制功能、刀架的快速移动功能、冷却泵电动机控制。 关键词 电气控制 M

3、1730 磨床 2 1 绪 论 1.1 研究意义 磨床是用砂轮周边或端面进行机械加工的精密机床。它不但能加工一般金属材 料，而且能加工一般金属刀具难以加工的硬材（如淬火钢，硬质合金等）。利用 磨削可获得较高加工精度和光洁度，而且加工余量较其他加工方法小的多。所以 磨床广泛用于零件加工。 由于精密铸造和精密锻造工艺的进步，使得零件不经其 他切削加工而直接磨削成成品。 随着高速磨削和强力磨削工艺的发展，进一步提 高了磨削的效率。 因此磨床的使用范围日益扩大， 在金属切削机床中所占比重不 断上升，在工业发达国家占金属切削机床的13%-27% 。磨床种类很多，按其工艺 分为外圆磨床、 内圆磨床、平面磨

4、床、工具磨床以及一些专用磨床， 如螺纹磨床、 齿 轮 磨 床 、 球 面 磨 床 、 花 键 磨 床 、 导 轨 磨 床 与 无 心 磨 床 等 。 图 1.1 M7130 磨床 3 1.2 本课题的现状及发展趋势 磨床是金属切削机床中的一个大类，以精度高、品种多着称，是能源、交 通、冶金、航天、军工等行业精密加工必备的设备之一。随市场经济体制的建立 和不断完善， 以及企业制度改革的深化， 磨床制造企业和其它企业一样，不断加 强适应市场的能力。 在“以中国的装备装备中国”政策的激励下，磨床生产与市 场的需求情况发生很大的变化。近几年来， 市场对磨床的需求量不断增长，磨床 的产量与销售量也在逐年

5、增长。 中国加入 WTO 后，中国磨床市场将进一步对国外开放，国外产品进入中国 市场的步伐在加快， 国外企业家会纷纷来中国投资、办企业，在中国生产磨床以 降低成本， 国内磨床市场的竞争将会更激烈。机遇与挑战是并存的， 由於中国进 入 WTO ，国外磨床市场也对中国开放，中国磨床也有出口竞争的机遇 中国产品有更多机会进入国际市场，国外产品也会以更大的增长幅度进入 中国磨床市场，中国磨床的高新技术含量和数控化率会在市场竞争得到提高和发 展。相信中国磨床市场的发展空间会更大，磨床市场的竞争也会更激烈。 磨削技术经过近几年的快速发展，已进入了一个成熟化、精细化、实用化 的平稳发展阶段。 在展会上， 虽

6、未发现全新的概念性的机型，但几年前一些国际 顶级磨床制造商引领的磨削新理念已得到了世界磨床制造领域的广泛认同。 首先能够实现多种磨削工艺的数控复合磨床（包括卧式和立式）受到了大 多数国际知名磨床制造商的认同和追捧。例如：STUDER 公司的 S31、S33、S120, 勇克（ JUNKER ）公司的 QUICKPOINT 3000 ，达诺巴特（ DANOBAT）公司的 HG-71 和克林贝格（ KELLENBERGER ）公司的 RS125/430。此类机床普遍采用数控转塔 式砂轮架。 我国在磨床技术水平与世界前沿水平还存在很大差距，总之，许多在几年 前的前沿性的、 概念性的磨削技术当今已得到

7、了广泛的应用。我国的磨床企业既 不能不加选择的盲目照搬和跟随，也决的观望和抵触。 只有立足于充分的市场调 研和认真分析用户零件工艺的基础上，虚心学习并吸收先进的技术， 扎扎实实的 发展自己的产品， 才能跟上世界机床技术的发展潮流。同时，应大力鼓励前沿性、 原创性的研究。 4 2 M7130平面磨床的原理结构 2.1 M7130 平面磨床的主要结构 M7230 是卧轴圆台平面磨床: 适用于磨削圆形薄片工件, 并可利用工作台倾斜磨 出厚薄不等的环形工件。 卧轴矩台平面磨床， 国家标为 M71系列平面磨床， 即带 有卧式磨头主轴， 矩形工作台的平面磨床。 主要功能是用砂轮的周边磨削工件的 平面，也可

8、以用砂轮的端面磨削工件的槽和凸缘的侧面，磨削精度和光洁度都较 高。适宜于磨削各种精密零件和工模具，可供机械加工车间、 机修车间和工具车 间作精密加工使用。 中国传统的卧轴矩台平面磨床是从原苏联引进并消化改进的 M71系列，特点是磨床主轴侧挂，主轴采用轴瓦支承，适合粗加工重切削。近年 来欧美国家更流行是十字鞍座结构的卧轴矩台平面磨床，主轴采用精密精珠轴承 支承，更适合于精密磨削。 M7130具有以下特点： （1）机床布局采用立柱右置，磨头、拖板与立柱的结构有新的突破，整机 刚性更好。 （2）磨头采用国际通行的滚动轴承结构形式。 （3）机床的垂直、横向进给运动采用滚珠丝杠副，进给灵敏度高。 （4）

9、工作台纵向运动由叶片泵驱动，运动平稳，噪声小。油池配有冷却装 置，温升低，热变形小。 （5）磨头垂直运动有快速升降装置， 操作方便， 横向运动由变频电机驱动， 可无级调速。 （6）机床的垂直、横向进给部分留有伺服电机安装位置，根据需要可配置数控 系统成为数控机床。 5 图 2.1 卧轴平面磨床外形结构图 1立柱； 2滑座； 3砂轮箱； 4电磁吸盘； 5工作台； 6 床身 2.2 M7130 平面磨床的原理 工作台上装有电磁吸盘，用以吸持工件。工作台在床身导轨上作往复运动 （纵向运动）。固定在床身上的立柱上带有导轨，滑座在立柱导轨上作垂直运动； 而砂轮箱在滑座的导轨上作水平运动（横向运动），砂轮

10、箱内装有电动机，电动 机带动砂轮作旋转运动。 平面磨床在加工工件过程中，砂轮的旋转运动是主运动，工作台往复运动 为纵向进给运动， 滑座带动砂轮箱沿立柱导轨的运动为垂直进给运动，砂轮箱沿 滑座导轨的运动为横向进给运动。 工作时，砂轮旋转，同时工作台带动工件右移（如图2.2 所示） ，工件被磨削。 然后工作台带动工件快速左移，砂轮向前作进给运动， 工作台再次右移， 工件上 新的部位被磨削。这样不断重复，直至整个待加工平面都被磨削。 6 图 2.2 矩形工作台平面磨床工作图 1砂轮； 2主运动； 3纵向进给运动； 4工作台； 5横向进给运动； 6垂直进给运动 7 3 平面磨床的主要运动形式与控制要求

11、 3.1 主运动 主运动指的是砂轮的高速旋转，其控制的要求有三点： （1）为保证磨削加工质量，要求砂轮有较高的转速，通常采用两级笼型异步电 动机。 （2）为提高主轴的刚度，简化机械结构，采用装入式电动机，将砂轮直接装到 电动机轴上。 （3）砂轮电动机只要求单向旋转，可直接启动，无调速和制动要求。 3.2 进给运动 进给运动有三种形式：工作台的往复运动（纵向进给）、砂轮架的横向（前后） 进给、砂轮架的升降运动（垂直进给） 。 工作台的往复运动（纵向进给） ： （1）液压传动，因液压传动换向平稳，易于实现无极调速。液压泵电动机M3 拖动液压泵，工作台在液压作用下纵向运动。 （2）由装在工作台前侧的

12、换相当铁碰撞床身上的液压换向开关控制工作台进给 方向。 砂轮架的横向（前后）进给： （1）在磨削的过程中，工作台换向时，砂轮架就横向进给一次。 （2）在修正砂轮或调整砂轮的前后位置时，可连续横向移动。 （3）砂轮架的横向进给运动可由液压传动，也可用手轮来操作。 砂轮架的升降运动（垂直进给） ： （1）滑座沿立柱的导轨垂直上下移动，以调整砂轮架的上下位置，或使砂轮磨 入工件，以控制磨削平面时工件的尺寸。 （2）垂直进给运动是通过操作手轮由机械传动装置实现的。 8 3.3 辅助运动 辅助运动主要有工件的夹紧、工件的冷却。 各自的控制与要求： 工件的夹紧： （1）工件可以用螺钉和压板直接固定在工作台

13、上。 （2）在工作台上也可以安装电磁吸盘，将工件吸附在电磁吸盘上。因此，要有 充磁和退磁控制环节。为保证安全，电磁吸盘与三台电动机M1 、M2 、M3之间有 电气联锁装置， 即电磁吸盘吸合后， 电动机才能启动。 电磁吸盘不工作或发生故 障时，三台电动机均不能启动。 工件的冷却： （1）冷却泵电动机 M2拖动冷却泵旋转供给冷却液。 （2）要求砂轮电动机M1和冷却泵电动机要实现顺序控制。 9 4 M7130平面磨床电气分析 4.1 电气控制设计 M7130型平面磨床电气控制线路图 图 4.1 M7130 型平面磨床电气控制电路图 4.2 主电路分析 主电路有三台电动机， M1为砂轮电动机， M2为

14、冷却泵电动机， M3为液压泵 电动机。 M1由接触器 KM1 控制。插上插销X1后，M2将与 M1同时启动和停止； 不用冷却液时，可将插销X1拔掉。 M3由接触器 KM2 控制。 三台电动机共用熔断器FU1作短路保护，M1和 M2用热继电器 FR1作长期过 载保护， M3用热继电器 FR2作长期过载保护。 4.3 控制电路分析 控制电路可分为电动机控制电路和电磁吸盘控制电路以及照明和指示灯控 制。 10 4.3.1 电动机的控制 由控制按钮 SB1 、SB2与接触器 KM1构成砂轮电动机M1的单向旋转直接启 动控制电路；由控制按钮SB3 、SB4与 KM2构成液压泵电动机单向旋转直接启动 控制

15、电路。 这两台电动机的启动和停止都可独立进行。但想要启动电动机，只要在转 换开关 SA2的触点 SA2闭合，或欠电流继电器 KA的常闭触点 KA闭合的条件下方 可实现。 4.3.2 电磁吸盘的控制 电磁吸盘控制电路可分为整流装置、控制装置和保护装置三部分。 电磁吸盘整流装置由整流变压器T1与桥式全波整流器VC组成，输出 110V 直流电压对电磁吸盘供电。 电磁吸盘由转换开关SA1控制。SA1有三个位置： 充磁、断电和去磁。 当 SA1 置于“充磁”位置时，触点SA1 （301303）与触点 SA1 （302304）接通，整 流器的输出经 302304KA 306YH 303301 使电磁吸盘

16、YH通电。当 SA1 置于“去磁”位置时，触点SA1 （301305） 、SA1 （303302）及 SA1 （86） 接通，此时整流器输出经302303YH 306KA 304R2305301使电磁 吸盘通电。在“充磁”状态时，电磁吸盘获得整流器输出的110V直流电压，极 性为上负下正， 并串入了欠电流继电器KA 。电流足够大时， KA的常开触点闭合， 为电动机控制电路的操作做好准备。 在加工过程中，若吸盘电流大大降低或消失， KA的常开触点断开使电动机控制线路断电，电动机停转，以避免磨削时因吸力 不足而使工件飞出。 但是，在要单独对砂轮或工作台进行调整时，不需要电磁吸 盘工作。这时，为使电

17、动机控制电路也能操作，将SA1的一对触点 SA1 （86） 与 KA （86）并联。这样，在需要单独调整砂轮或工作台时，可将SA1扳在“去 磁”位置， SA1 （86）便闭合，使得电动机控制电路被接通。当开关SA1置于 “去磁”位置时，电磁吸盘回路中串入了电阻R2，并且电磁吸盘获得的直流电压 是上正下负，流过的直流电流与充磁时相反，实现了去磁。串入R2是为了适当 减小去磁电流，以不致造成反向磁化。 工件对去磁要求严格， 在取下工件后， 还需要用交流去磁器进行处理。图中 的插座 X2就是为插接去磁器而预备的。 11 电磁吸盘线圈是一个大电感，当线圈断电时，两端会产生很高的自感电压， 会把线圈绝缘

18、损坏，以及在开关SA1上产生很大的火花，导致开关触点的损坏。 为此，电路中接了电阻R3作为其放电回路，以释放线圈中储存的磁场能量。 另外，图中的 R、C是用于吸收交、直侧通断时产生的浪涌电压，作为整流 装置的过电压保护。 4.3.3 照明及指示灯的控制 照明、信号电路分析控制变压器TC的二次侧输出 24V电压，作为车床低压 照灯和信号灯的电源。 EL1为车床的低压照明灯由开关SA2控制，HL为电源信号 灯。 EL2为电动机 M1和 M2的启动指示灯， EL3为电动机 M3的运行指示灯。分 别用交流接触器 KM1和 KM2的常开开关控制。 12 5 PLC介绍 5.1 PLC 简介 早期的可编程

19、控制器称作可编程控制器（Programmable Logic Controller， PLC ） ，它主要用来代替继电器实现逻辑控制，随着技术的发展， 这种采用微型计 算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这 种装置称作可编程控制器，简称PC 。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆， 所以将可编程控制器简称PLC 。PLC自 1966 年美国数据 设备公司研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强 大。 5.2 PLC 基本结构 PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机 相同，基本

20、构成为： a、电源 b、中央处理器（ CPU ） c、存储器 d、输入输出接口电路 e、功能模块 f 、通信模块 5.3 三菱 PLC的主要特点 a、结构灵活 b、传输质量高、速度快、带宽稳定 c、范围广 d、低成本 e、适用面广 13 6 M7130平面磨床电气控制线路的PLC改造 6.1 输入输出的设计 根据其控制要求我们将PLC进行输入输出做出如下的分配： 三菱 PLC（FX2N48MR ）I/O 分配表 14 6.2 PLC 的外部接线 根据输入输出分配表，我们可将PLC的外部接线图画出（如下图） ： PLC外部接线图 15 6.3 PLC 改造 M7130平面磨床软件设计 PLC改造

21、 M7130平面磨床电气控制线路梯形图： 从梯形图中我们可以看出： 在总开关闭合的情况下（ KA得电常开闭合） 1、按下 SB7 （X007 ）时， Y003得电自锁并充磁。 2、M0得电，电磁吸盘充磁且工件吸牢，M0常开闭合。 3、此时按下 SB1 （X001） 砂轮启动或 SB3 （X003 ）液压启动按钮继电器Y000、 Y001得电开始工作。 4、按下 SB2(X002)砂轮停止按钮或 SB4 （X004）液压停止按钮继电器Y000、 Y001失电停止工作。 5、SB5(X005)、SB6 （X006）分别为冷去泵电动机的启停控制按钮。 6、SB8 （X010 ）为电磁吸盘退磁按钮。

22、7、SA （X011）为照明灯控制开关。 16 总 结 历时 4 周 PLC 课程设计结束了，此次的课程设计让我感触很多，不仅仅是 知识上的学习和掌握， 也是对一门课程学习效果的检验。课设期间指导老师一直 关注着我们的进度已经遇到的问题，耐心的为我们去解决问题。 这次课程设计是一个理论与实践结合的过程，让我明白理论知识往往是不够 的，只有把所学的理论与实际行动相结合，才会提高自己的综合实际能力和独立 思考能力在设计的过程中我们都会遇到很多的问题，但往往是一个小问题都会导 致实验的失败，这就要我们花大量的时间去思索和改正，这是一个很艰辛的过程， 但同时也是你收获最大的过程。 最后非常感谢我的指导老师的悉心指导以及各位同学的帮助，谢谢你们！ 17 参考文献 1 谢祥强，梁京章基于PLC的 M7130平面磨床电气控制系统的改造 2009 2 陈鼎宁 机械设备控制技术 1999 3 廖常初 FX 系统 PLC编程及应用 2005 4 胡爱华，孙继东 PLC在平面磨床上的应用 2003 5 邢建国 基于 PLC的磨床控制设计 1999