龙门刨床plc设计作业1..

目录

1.龙门刨床运动形式及改造要求........................ - 1 -

1.1龙门刨床结构及运动形式 .................................. - 1 -

1.2龙门刨床电气控制改造目的及意义 .......................... - 2 -

1.3龙门刨床电气控制改造总体要求 ............................ - 3 -

1.4龙门刨床电气控制改造方案 ................................ - 5 -

2.工作台变频调速及PLC控制......................... - 7 -

2.1工作台运动及调速要求 .................................... - 7 -

2.2工作台调速方案 .......................................... - 9 -

2.3工作台电气控制输入、输出确定 ........................... - 10 -

2.4工作台电气控制接线图 ................................... - 11 -

2.5工作台PLC电气控制程序 ................................. - 12 -

3.刀架变频调速及PLC控制.......................... - 13 -

3.1刀架运动及调速要求 ..................................... - 13 -

3.2刀架调速方案 ........................................... - 13 -

3.3刀架电气控制输入、输出确定 ............................. - 13 -

3.4刀架电气控制接线图 ..................................... - 14 -

3.5刀架PLC电气控制程序 ................................... - 15 -

4.横梁及辅助运动控制............................. - 17 -

4.1横梁运动形式及拖动方式 ................................. - 17 -

4.2油泵控制 ............................................... - 18 -

4.3铣磨头变频调速控制方案 ................................. - 18 -

4.4横梁及其它辅助运动控制接线图 ........................... - 18 -

5.课程设计总结................................. - 20 -

5.1龙门刨床电气控制改造意义与可行性分析 ................... - 20 -

5.2龙门刨床电气控制改造效果和解决的主要问题 ............... - 21 -

5.3心得体会与建议 ......................................... - 30 -

5.4结束语 ................................................. - 31 -

1.龙门刨床运动形式及改造要求1.1龙门刨床结构及运动形式

图1

龙门刨床因有一个由顶梁和立柱组成的龙门式框架结构而得名，工作台带着工件通过龙门框架作直线往复运动，多用于加工大平面（尤其是长而窄的平面），也用来加工沟槽或同时加工数个中小零件的平面。龙门刨床主要加工大型工件或同时加工多个工件。

B2012A 型龙门刨床主要有7部

分组成，包括床身，工作台，横梁，垂直刀架，侧刀架，立柱，龙门顶梁（见图1）。其床身上有导轨，工作台安放在床身上，工作台下面有斜齿条，可以做往复运动。立柱上装有横梁和侧刀架。横梁上安装有垂直刀架，工作台工作时横梁不能工作，只有在工作台停止运动时，横梁才能动作用于调整刀架。工作台1放在床身2上，工作台由直流电动机拖动可在床身上作往复运动。当工作台带动工件运动时，刨刀8对工件进行刨削加工。刨刀装在垂直刀架4或侧刀架3上。侧刀架可上下移动并横向进给，它又分为左侧刀架和右侧刀架。垂直刀架装在横梁5上，它可作横向移动和垂直进给，它又分为左垂直刀架与右垂直刀架。横梁可沿着立柱6作上下移动。7为龙门顶。

龙门刨床的刨削过程是刨刀和工件做相对运动的过程，因此，工件必须和工作台紧密的链接在一起，工件的切削加工只在工作行程中完成，返回行程是空行程。在切削过程中只有工作台由返回行程转到工作行程的期间刀架才给一定的进给量。工作台的往复运动是机床的主运动，其他如横梁的上下移动，垂直刀架沿横梁左右移动，侧刀架沿立柱的上下移动的往复运动称作辅助运动。龙门刨床的运动可分为主运动、进给运动与辅助运动。

1.2龙门刨床电气控制改造目的及意义

本题的改造目标为利用可编程控制器及变频器实现对龙门刨床的自动控制和平滑调速,消除换向冲击,提高工作效率,减少噪声,取缔原控制系统,从而达到既

经济又快捷地运行龙门刨床的目的.而使龙门刨床复杂的电气控制系统变的简单,清晰明了,使龙门刨床处于最佳的工作状态.龙门刨床如控制和使用得当,不仅能提高效率,节约成本,还可大大延长使用寿命. 节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3.即使将原机床的结构进行改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。

性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。

提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用且可以缩短生产准备周期。

目前机床数控改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3％。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。本文以车床的数控改造为例，介绍了机床数控改造的方法，包括其结构的改造设计，性能与精度的选择以及最后改造方案的确定。

龙门刨床主要分为机械和电气控制两大组成部分,机械部分相对比较稳定,而使龙门刨床运行在最优状态主要取决于电气控制系统控制方式.在传统龙门刨床中,其机械部分刚性好,精度较高,一般其基本性能可达到现代同类机械的水平,但控制和驱动部分则显得不同程度的老化,对老式龙门刨床的改造有很大的实际意义.

1.3龙门刨床电气控制改造总体要求

B2012A型龙门刨床的工作台是往返交替循环直线运动的，工件固定在工作台上与刀具作相对运动。工作台在工作行程是进行切削加工，各种台返回时，刀具自动抬起，不进行切削加工。工作台返回是速度快，以减小空行程时间。

B2012A型龙门刨床的主拖动系统要求比较高，它不仅要求足够大的切削功率，较大的调速范围，而且能够按照要求实现自动的速度循环。对于刀架得移动．进刀．退刀．抬刀．横梁放松与夹紧．横梁上升与下降．工作台步进与步退等各种电动机与控制电器配合实现电器配合实现。B2012A型龙门刨床对电气控制和PLC控制的系统要求综合起来又以下几个方面：

（1）要求有宽广的调速范围

由于在加工过程的材料和零件不同，所使用的刀具也会不同（例高速钢刀具。硬质合金刀具等），这就要求机床有不同的速度，以便满足不同加工工艺的要求。

B2012A型龙们刨床采用电机放大机作为直流发电机励磁调节器的直流发电机-电动机组系统并加一级机械变速，从而保证工作台调速范围达到20：1工作台在低速档的速度为6—60m/min在高速档的速度为9—90m/min在低速档或高速档范围内，可实现电气的无机调速，以便生产时能选择最合理的切削速度。（2）电气控制电路能保证机床可靠地自动工作

工作台往复运动一次吼，刀架自动进给。后退行程中，刀架自动抬起。工作台在行程末尾可进行减速、反向等运动的自动变换。

（3）工作台能够按照需要实现自动往返循环。

在高速切削时，是为了减小刀具的冲击，应使刀具慢速切入工件。若切削速度与冲击为刀具所能承受时，利用转换开关，可以取消慢速切入。在工作台前进与返回行程末尾，工作台能自动调速，以保证刀具慢速离开工件，防止工件边缘剥裂，同时可减小工作台反向时的冲程和对电动机及其他机械的冲击。

（4）工作台速度调整，且无须停车。

用于磨削时，工作台应能降低速度至1m/min，以便保持磨削时工件的精度。能自动调速，以保证刀具慢速离开工件，防止工件边缘剥裂，同时可减小工作台反向时的冲程和对电动机及其他机械的冲击。

（5）刀架能自动进给和快速移动。

进行加工时，工件装在工作台上，工作台沿床身导轨作直线往复运动。横梁上的垂直刀架和立柱上的侧刀架都可以垂直或水平进给。

（6）系统的机械特性要有一定的硬度。

为了避免因起切削符合发生变化引起的工作台速度有较大的波动，以至于影响加工工件表面的质量，同时系统的机械特性应具有下垂特性，当负荷过大时，能使拖动工作台的直流电动机的转速迅速下降，直至停止，从而达到保护电动机及机械装置的目的。

(7)有必要的联锁保护。

为了使发电机和电动机的换向器不致过大的换向火花而烧坏。

1.4龙门刨床电气控制改造方案

机床电气参数：

主电机型号：Z2-93D2 功率：60KW 电流：210A 转速：1460转/分

其余电机功率分别为：油泵电机0.25KW，进给电机1.5KW 3台，刹紧电机0.75KW，横梁升降电机5.5KW。

电气改造方案：

原主电机为老型号电机，负载能力差，建议更换工作台运行的直流电机，采用上海南洋Z4-200/41系列60KW、400V电机（带测速机和风机），该电机过载能力强，可靠性好。主电机控制采用西门子四象限直流调速装置进行控制，保证控制精度和高低速性能。采用可编程控制器MITSUBISHI PLC FX2N-31MR，取代原继电器逻辑控制，留有不少于10%的I/O点。直流调速装置采用USS协议与MITSUBISHI PLC通讯。直流调速装置按标准配置电抗器、制动单元、制动电阻，可以实现主电机无极调速及快速启动/停止。各电机保护信号、限位信号单设（不可串接）接进PLC。其余电器元件采用天水二一三厂产品，控制熔断器选择RT18带灯的座。更换全部机床线缆及穿线管。配线使用软线；按钮站使用多芯软护套电缆。所有导线要求具有耐油性。电柜采用新型仿威图电气控制柜，电柜一侧安

装宝鸡雷博空调机，电柜上安装报警指示和电流指示。原机床悬挂按钮站更换成新式铣刨按钮站。电柜、按钮站各器件的安装要便于维修。除满足原电气控制系统的要求和联锁保护外，逻辑控制作如下改进：横梁升降控制：横梁下降结束等待1秒，同升0.5秒；上升结束等待1秒开始刹紧；升降动作没执行就松开升降按钮立即开始刹紧动作。电柜风机总电源在按动急停时都断电；照明不受总电源控制；总停能停止所有的机床动作。工作台控制：工作台运行具有步进/步退功能，能实现前进/后退自动换向，采用一级极限位，工作台超越限位自动停车，工作台具有1级减速功能。更新原机床的换向开关。工作台的减速及返向环节，采用“软换向”，可以大大减轻减速及换向时蜗杆与齿条之间的撞击。采用PLC 和开关磁阻电机调速系统对B2012A龙门刨床电控系统进行改造,主拖动部分用开关磁阻电机代替电机扩大机一直流发电机一直流电动机的组合方式,控制部分采用PIC实现逻辑控制和连锁控制

电气元器件选择(见表1)

表 1

2.工作台变频调速及PLC控制

2.1工作台运动及调速要求

主运动是指工作台的往复运动，进给运动是指刀架的进给，辅助运动是调整刀具运动（如横梁的夹紧与放松、横梁的上升与下降、刀架的快速移动与抬刀等）。

B2012A型龙门刨床其主拖动方式以直流发电机—电动机组及晶闸管—电动机系统为主，采用电磁扩大机作为励磁调节器的直流发电机—电动机系统，通过调节直流电动机电压来调节输出速度，并采用两级齿轮变速箱变速的机电联合调

图2

节方法。其主运动为刨台频繁的往复运动，在往复一个周期中，对速度的控制有一定要求，如图1所示。

图中：

t1段表示刨台起动，刨刀切入工件的阶段，为了减小刨刀刚切入工件的瞬间，刀具所受的冲击及防止工件被崩坏，此阶段速度较低。

t2段为刨削段，刨台加速至正常的刨削速度

t3段为刨刀退出工件段，为防止边缘被崩裂，同样要求速度较低。

t4段为步退返回段。

t5返回过程中，刨刀不切削工件，为节省时间，提高加工效率，返回速度应尽可能高些。

t6段为缓冲区。返回行程即将结束，再反向到工作速度之前，为减小对传动机械的冲击，应将速度降低，之后进入下一周期。

2.2工作台调速方案

刨台运动的机械特性曲线与很多切削机床相同，刨台运动特性分两种情况分析。 a低速区

刨台运动速度较低时，此时刨刀允许的切削力由电动机最大转矩决定。电动机确定后，即确定了低速加工时的最大切削力。因此，在低速加工区，电动机为恒转矩输出。

b.高速区

速度较高时，此时切削力受机械结构的强度限制，允许的最大切削力与速度成反比，因此，电动机为恒功率输出。

由此可得，主拖动系统直流电动机的运行机械特性曲线分为如图2所示两段。

图3 负载机械特性

主拖动机组电动机M1控制电路

由交流电动机M1拖动直流发电机G和励磁发电机GE组成主拖动机组，其控制电路如图6（c）所示。其中33区中的按钮SB2为交流电动机M1的启动按钮；按钮SN1为交流电动机M1的停止按钮。

当需要主拖动电动机M1拖动直流发电机G和励磁发电机GE工作时，按下33区中的主拖动交流电动机M1的启动按钮SB2，33区中的接触器KM1线圈、35区中的时间继电器KT2线圈、36区中的接触器KMY线圈通电吸合，主拖动交流电动机M1的定子绕组接成Y接法降压启动，被拖动的直流励磁发电机CE利用剩磁开始发电。

接触器KM2通电闭合自琐，其在20区中的主触点闭合，接通交流电动机M2、M3的电源，交流电动机M2、M3分别拖动电机放大机AG和通风机工作。同时接触器KM△通点闭合。此时接触器KM1和接触器KM△的主触点将交流电动机M1

的定子绕组接成△接法全压运行，交流电动机M1拖动发电机G和励磁发电机GE 全速运行，完成主拖动机组的启动控制过程。

工作台自动循环控制电路分为慢速切入控制、工作台工进速度前进控制、工作台前进减速运动控制、工作台后退返回控制、工作台返回减速控制、工作台返回结束并转入慢速控制等。

2.3工作台电气控制输入、输出确定（见表2）

指示指示

RL 工作台低速Y2 RM 工作台中速

RH 工作台高速Y4 STF 工作台前进Y5

HL3 主电路通电

显示Y7 KM1 工作台变频

器通电

Y6

STR 工作台后退Y10 2.4工作台电气控制接线图

2.5工作台PLC电气控制程序

工作台自动循环控制主要由安装在龙门刨床工作台侧面上的四个撞块A、B、C、D按一定的规律撞击安装在机床床身上的四个行程开关ST1、ST2、ST3、ST4，使行程开关ST1、ST2、ST3、ST4的触点按照一定的规律闭合或断开，从而控制工作台按预定运动的要求进行运动。

3.刀架变频调速及PLC控制

3.1刀架运动及调速要求

在龙门刨床上装有左侧刀架、右侧刀架和垂直刀架，分别由交流电动机M7、M6、M5拖动。各刀架可实现自动进给运动和快速移动运动，由装在刀架进刀箱上的机械手柄来进行控制。刀架的自动进给采用拨叉盘装置来实现，拨叉盘由交流电动机拖动，依靠改变旋转拨叉盘角度的大小来控制每次的进倒量。在每次进刀完成后，让拖动刀架的电动机反向旋转，使拨叉盘复位，以便为第二次自动进刀作准备。

3.2刀架调速方案

刀架控制电路由自动进刀控制、刀架快速移动控制电路组成。用两个变频器对水平刀架和垂直刀架进行调速。

3.3刀架电气控制输入、输出确定（表3）

换开关转换开关

SQ11 垂直刀限位

行程开关X26 SQ13 右刀限位行

程开关

Y23

SQ12 左刀限位行

程开关X30 SB16 垂直刀变频

器故障按钮

Y30

SB17 左右刀变频

器故障按钮

X21 主电路通电Y24

STF 垂直刀架前

进X20 STR 垂直刀架后

退

Y26

STF 左刀架前进STR 左刀架后退Y27 STF 右刀架前进Y16 STR 右刀架后退Y17 左抬刀Y25 右抬刀Y26

垂直刀抬刀Y24

3.4刀架电气控制接线图

3.5刀架PLC电气控制程序

4.横梁及辅助运动控制4.1横梁运动形式及拖动方式

横梁沿着立柱作上下移动，靠M2电动机拖动

4.2油泵控制

4.3铣磨头变频调速控制方案

铣磨头做旋转运动，分为正转运动和反转运动4.4横梁及其它辅助运动控制接线图及程序

6（d）

在图6（d）中，50区总共的按钮SB6为横梁上升启动按钮；51区中的按钮SB7为横梁下降启动按钮；53区中的行程开关ST7为横梁上升的上限位行程保护行程开关；55区中的行程开关ST8和ST9为横梁下降的下限位保护行程开关；52区和59区中的行程开关ST10为横梁放松及上升和下降动作行程开关。