CA6140车床电气控制改造PLC控制

CA6140车床电气控制改造PLC控制系统1四川职业技术学院《数控机床电气控制与PLC》课程设计所属系部机械工程系所属专业数控技术所属班级数控1班学号02学生姓名王倩林指导教师刘帅完成日期2015/4/20四川职业技术学院课程设计报告2任务书设计题目CA6140普通车床的电气翻新及数控改造设计学生姓名王倩林所属班级数控1班设计内容与要求:1.将原机床的手动刀架更换为数控电动刀架，并设计其控制线路；2.将原机床普通丝杠更换成滚珠丝杠，并将其改为半闭环伺服控制，设计其控制线路；3.对与此机床功能相关的主电路、控制电路、输入输出接口电路、驱动器线路等进行设计；4.对整机进行调试，使功能完善、工作正常。拟采用的设计方法、思路: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,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2.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3.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1.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2.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1.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CA6140车床电气控制改造PLC控制系统3摘要数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量一个国家工业现代化的重要标志。数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。但是，发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多中小型企业难以承受。如果淘汰大量的普通机床，而去购买昂贵的数控机床，势必造成巨大的浪费。因此，普通机床的数控化改造大有可为。针对现有常规CA6140普遍车床的缺点提出数控改装方案和单片机系统设计，提高加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率。本论文说明了普通车床的数控化改造的设计过程，较详尽地介绍了CA6140机械改造部分的设计及数控系统部分的设计。采用以8031为CPU的控制系统对信号进行处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮传动减速后，带动滚动丝杠转动，从而实现纵向、横向的进给运动。通过对CA6140A普通车床的数控改造，使其加工精度明显提高，定位准确可靠，操作方便，性能价格比高。这种方法对中小企业设备的数控改造有一定的借鉴与推广作用。本次改造主要针对车床的主轴系统、刀架系统、进给系统、反馈环节、电器控制柜及数控系统进行了改造，改造方法简单、改造操作步骤便于实施。而且掌握了一些CAM、CAD等制图软件的应用和论文的撰四川职业技术学院课程设计报告4目录摘要................................................................3目录...................................................................41绪论..................................................................51.1设计目的及意义..................................................51.2CA6140的现状....................................................51.3设计内容........................................错误!未定义书签。2.CA6140车床电气PLC改造方案设计.......................错误!未定义书签。2.1CA6140车床电气控制原理..........................................62．1.1电气控制原理.................................................62.1.2CA6140卧式车床的主要运动形式及控制要求.......................72.2PLC改造控制电路设计............................................82.2.1控制电路设计..................................................82.2.2照明电路......................................................92.2.3指示电路......................................................92.3I/O统计........................................................103.硬件选型............................................................103.1电气元件明细表.................................................103.1.1电动机的选择.................................................123.1.2电源引入开关Q................................................123.1.3热继电器FR1、FR2............................................133.1.4熔断器FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6..........................133.1.5接触器KM1,KM2及KM3.........................................133.1.6控制变压器TC1...............................................133.1.7开关SA1,SA2.................................................143.1.8导线的选择...................................................143.1.9制定3.10电器位置图.........................................143.2PLC的I/O接线..................................................154.1PLC控制过程分析...............................................165系统调试............................................................176总结.................................................................18参考文献..............................................................18附录...................................................错误!未定义书签。CA6140车床电气控制电路原理图......................................19CA6140车床电气控制改造PLC控制系统51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。四川职业技术学院课程设计报告62.1CA6140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。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CA6140车床电气控制改造PLC控制系统7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】。2.1.2CA6140卧式车床的主要运动形式及控制要求主运动运动形式：主轴通过卡盘或顶尖带动工件的旋转运动：控制要求：（1）主轴电动机选用三相笼型异步电动机，不进行调速，主轴采用齿轮箱进行机械有级调速（2）车削螺纹时要求主轴有正反转，一般由机械方法实现，主轴电动机只作单向旋转（3）主轴电动机的容量不大，可采用直接启动进给运动运动形式：刀架带动刀具的直线运动控制要求：进给运动也由主轴电动