CA6140车床电气控制改造PLC控制

1绪论

1.1设计目的及意义

20世纪初，由于电动机的出现，使得机床的拖动发生了变革，用电动机代替蒸汽机，机床的电气传动随电动机的发展而发展。电气传动的控制方式亦经历了一个从低级到高级的发展过程。最初采用手动控制。最早的自动控制是20世纪20、30年代出现的继电接触器控制，它可以实现对控制对象的起动、停车、凋速、自动循环以及保护等控制。它所使用的控制器件结构简单、价廉、控制方式直观、易掌握、工作可靠、易维护，因此在机床控制卜得到长期、广泛的应用。它的缺点是体积大、功耗大、控制速度慢、改变控制程序困难，由于是有触点控制，在控制复杂时可靠性降低。为了解决复杂和程序可变控制对象的需要，在20世纪60年代出现了顺序控制器。它是继电器和半导体元件综合应用的控制装置，具有程序改变容易、通用性较强等优点，广泛用于组合机床、自动线上。随着计算技术的发展，又出现了以微型计算机为基础的具有编程、存储、逻辑控制及数字运算功能的可编程控制器PLC【1】。

1.2CA6140的现状

CA6140是一种应用广泛的金属切削机床，目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业任大量使用。能够车削外圆、内圆、螺纹、螺杆等，它采用继电器接触器电路来实现电气控制系统。但由于大量的使用了继电器与接触器，再加上继电器系统接线复杂，经常造成接触不良，而且原件老化快，设备故障频繁，不便于维修，故障诊断与排除困难，并存在：

（1）触电容易被电弧烧坏而导致接触不良

（2）机械方式实现的触点控制反映速度慢

（3）继电器的控制功能被固定在线路中，功能单一、灵活性差

影响到实际的生产运用。因此当务之急就是对ca6140车床进行技术改造，以提高企业的设备利用率，提高产品的质量和产量。

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1.3设计内容

根据设计条件，采用可编程控制器（PLC）对原有继电接触器控制系统进行改造，使机床故障率下降，可靠性和灵活性大大的提高，实现一定的自动化，具体设计要求如下：

（1）按下启动按钮SB3，主轴电机M1控制接触器得电，主轴电机启动起来

（2）按下停止按钮SB4，主轴电机M1控制接线器失电，主轴电机停止（3）主轴电机启动后，搬动冷却泵电机手动控制开关SB10致闭合位置，冷却泵电机控制继电器KA得电，冷却泵电机启动起来

（4）主轴电机启动后，搬动冷却泵电机M2手动控制开关SB10致断开位置，冷却泵电机控制继电器失电，冷却泵电机停止

（5）按下点动控制按钮SB12，进刀电机M3控制继电器得电，进刀电机启动运行

（6）按下点动控制按钮SB12，进刀电机M3控制继电器失电，进刀电机停止工作

（7）过载、短路保护热继电器FR1\FR2任何一个触电断开，接触器KM1、继电器KM2断电，所以电机停止工作

2.CA6140车床电气PLC改造方案设计

设计要求：1）主轴电机M1先启动，有过载保护，主轴电机M1能控制整个线路的启动和停止

2）冷却泵电机M2实现电动和常动，有过载保护，冷却泵电机能独立的启动和停止

3）进刀电机M3能独立的启动和停止

2.1CA6140车床电气控制原理

2．1.1 电气控制原理

根据电气传动的要求，由接触器KM1、KM2、KM3分别控制电动机M1、M2、M3，具体电路图如图2-1所示。

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图2-1主控制电路设计

在主电路中，M1为主轴电动机，拖动主轴的旋转并通过传动机构实现车刀的进给。主轴电动机M1的运转和停止由接触器KM1的三个常开主触点的接通和断开来控制，电动机M1只需作正转，而主轴的正反转是由摩擦离合器改变传动链来实现的。电动机M1的容量小于10KW，所以采用直接启动。M2为冷却泵电动机，进行车削加工时，刀具的温度高，需用冷却液来进行冷却。为此，车床备有一台冷却泵电动机拖动冷却泵，喷出冷却液，实现刀具的冷却。冷却泵电动机M2由接触器KM2的主触点控制。M3为快速移动电动机，由接触器KM3的主触点控制。M2、M3的容量都很小，加装熔断器FU1作短路保护。热继电器FR1和FR2分别作M1和M2的过载保护，快速移动电动机M3是短时工作的，所以不需要过载保护。带钥匙的低压短路器QF是漏电自动开关。为了防止电动机外壳带电发生人身事故，电动机外壳均与底线连接。

电源经熔断器用QF引入。该开关为漏电自动开关。在自动开关旁有一小孔，其内有漏电实验按钮，以备检查漏电是否正常；电器箱盖内有漏电开关SQ2，当电器箱盖打开，则SQ2的触点闭合，是漏电电阻R通电，电源开关QF自动跳闸；当车床钥匙开关SA2在闭合状态时，操作者把机床关断，使SA2闭合，则机床电源开关合不上，车床无法开动。欲开车床，需用钥匙把SA2触点打开，方可运行【2】。

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2.1.2 CA6140车床的主要功能、结构及型号意义

CA6140车床的主要功能

CA6140车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹、切断及割槽等，并可以装上钻头或铰刀进行钻孔和铰孔等。

CA6140车床的结构

（1）车床外部结构如图3-2 所示。

车床结构：三箱：主轴箱1：内装有主轴实现主运动，主轴端部有三爪

或四爪卡盘以夹持工件。

进给箱10：作用是变换进给量，并把运动传给溜板箱。

溜板箱8：带动刀架实现纵向、横向进给，快速移动或车螺纹。

刀架2：装四组刀具，按需要手动转位使用。

尾座3：支持工件或安装钻头等孔加工刀具。

床身4：部件都安装在床身上，以保持部件间相互位置精度

图3-2 CA6140车床外形图

1-主轴箱；2-刀架；3-尾座；4-床身；5、9-床腿；

6-光杠；7-丝杠；8-溜板箱；10-进给箱；11-挂轮

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（2）车床内部结构如图 3-3 所示：

图3-3 CA6140车床内部结构图

CA6140车床的型号意义

CA6140车床的型号意义如图3-4所示：

图3-4 CA6140车床的型号意义

所以CA6140车床为卧式机床，最大工件回转直径为40mm。（ [注] 主轴内孔直径50mm；最大棒料直径48mm）。

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