机电控制技术平面磨床电气控制系统设计

1设计说明书（课程设计名称）平面磨床电气控制系统设计起止日期：2014年6月17日至2014年6月21日学生姓名班级机械设计学号成绩指导教师(签字)机械工程学院（部）2014年6月2目录序言...........................................................................................3第一章平面磨床设计要求....................................................41.1平面磨床简析..................................................................41.2M7130平面磨床的原理..................................................41.3平面磨床设计要求..........................................................4第二章M7130型平面磨床电气控制电路...............................72.1电动机主电路控制思路...................................................72.2控制电路思路...................................................................72.3联锁、保护环节...............................................................82.4总电路设计.......................................................................9第三章PLC电气原理图.........................................................133.1PLC的选用.....................................................................133.2I/O地址分配...................................................................133.3PLC的外部接线.............................................................143.4I/O接线图......................................................................143.5梯形图的设计...................................错误!未定义书签。课程设计心得体会....................................................................16参考文献.....................................................................................163序言：现代机械把机械技术与电子技术、控制技术联系在一起，使得机械的动力、机械的运动可以通过电器或电子装置来控制。由电动机或电控装置提供动力是现代机械的主要特征。社会生产力的发展对机械或机器提出了更高的要求，不仅要求对机器的开关进行简单的控制，而且要能对机器的动作特性（速度、加速度、位置等）和动作时间进行控制。这仅仅靠机械自身是很难实现的。控制论、信息论及系统工程这三大理论的提出为现代机械科学的发展提供了理论依据。机电控制技术是解决机电系统中的控制问题的一门技术。本课题的研究意义及必要性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。其中以平面磨床最为普通。4第一章平面磨床设计要求1.1平面磨床简析平面磨床是用砂轮磨削教工各种零件的平面。M7130型平面磨床是平面磨床使用较普遍的一种机床。该磨床炒作方便，磨削精度和光洁度都比较高，适用磨削精密零件和各种工具，并可作镜面磨削M7130磨床型号含义如下所述：M---磨床7---平面1---卧轴柜台式30---工作台的工作面宽为300mm。1.2M7130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，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。1.3平面磨床设计要求（1）要结构形式及运动形式卧轴平面磨床外形结构图M7130型平面磨床主要由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮架、滑座、立柱等部分组成。5在床身上装有液压传动装置，以便工作台在床身导轨上通过压力油推动活塞作往复直线运动，实现水平方向进给运动。工作台面上有T形槽，用以安装电磁吸盘或直接安装大型工件。床身上固定有立柱，滑座安装在立柱的垂直导轨上，实现垂直方向进给。在滑座的水平导轨上安装砂轮架，砂轮架由装入式电动机直接拖动，通过滑座内部的液压传动机构实现横向进给。平面磨床砂轮的旋转运动为主运动，工作台完成一次往复运动时，砂轮架作一次间断性的横向进给，直至完成整个平面的磨削，然后砂轮架连同滑座沿垂直导轨作间断性的垂直进给，直至达到工件加工尺寸。平面磨床的辅助运动，如砂轮架在滑座的水平导轨上作快速横向移动，滑座在立柱的垂直导轨上作快速垂直移动，以及工作台往复运动速度的调整等。（2）电力拖动及控制要求基于上述磨床的工作性质和加工精度要求，对电力拖动控制方案提出如下要求：1）平面磨床是一种精密加工机床，为了保证其加工精度要求，机床运行时要求平稳。工作台往复运动在换向时要求惯性要小，无冲击力，因此，工作台的往复运动采用液压传动。由电动机拖动液压泵，供应压力油，通过液压传动装置实现工作台的纵向进给运动，并通过工作台上的撞块操纵床身上的液压换向阀（开关），改变压力油的流向，实现工作台的换向和自动往复运动。2）为了简化磨床的机械传动机构，采用多电动机单独拖动。M7130型平面磨床采用三台电动机拖动，砂轮的旋转运动由装入式电动机直接拖动。液压泵由液压泵电动机拖动，经液压传动装置完成工作台的往复（纵向进给）运动，砂轮架的横向进给运动，砂轮架的快速横向移动以及工作台导轨的润滑等。拖动冷却泵的电动机为磨削加工提供冷却液。3）为了提高磨削质量，要求砂轮有较高转速，通常采用两极（理想空载转速为3000r/min50Hz）的笼型异步电动机拖动。为了提高调整运转的砂轮主轴的风度，采用装入式电动机拖动，电动机与砂轮主轴同轴，从而提高了磨床的加工精度。4）平面磨削加工中，由于磨削温度高，为减少工件的热变形，必须使工件得到充分的冷却，同时冷却液能冲走磨屑和砂粒，以保证磨削精度。5）平面磨床常用电磁吸盘，利用电磁吸力很方便地安装和加工小工件，且工件在加工过程中由于发热变形，电磁吸盘允许工件有自由伸缩余地，从而保证加工精度。为了满足上述电力拖动控制方案的要求，对M7130型平面磨床的电力拖动6控制系统提出以下几点要求：1）砂轮、液压泵、冷却泵三台电动机都只要求单方向旋转。2）冷却泵电动机应随砂轮电动机的开动而开动，若加工中不需要冷却液时，可单独关断冷却泵电动机。3）在正常加工中，若电磁吸盘吸力不足或消失时，砂轮电动机与液压泵电动机应立即停止工作，以防止工件被砂轮切向力打飞而发生人身和设备事故。不加工时，即电磁吸盘不工作的情况下，允许砂轮电动机与液压泵电动机开机，机床作调整运动。4）电磁吸盘励磁线圈具有吸牢工件的正向励磁、松开工件的断开励磁、以及为抵消剩磁便于取下工件的反励磁控制环节。5）具有完善的保护环节。各电路的短路保护，各电动机的长期过载保护，零压、欠压保护，电磁吸力不足的欠电流保护，以及线圈断开时产生高电压，而危及电路中其它电器设备的过压保护等等。6）机床照明电路与工件去磁的控制环节。7第二章M7130型平面磨床电气控制电路2.1电动机主电路控制思路由电源引入开关QS1是控制整机电源的接通与断开。三台电动机均要求单向旋转，M1砂轮电动机、M2冷却泵电动机，同时由接触器KM1控制，而M2电动机再经过X1插销实现单独判断控制，M3液压泵电动机由接触器KM3控制。主电路（图1）2.2控制电路思路电动机控制电路的控制电源直接采用交流380V，由按钮SB1、SB2和接触器KM3构成了砂轮电动机M1单向起动和停止控制电路。由按钮SB3、SB4和接触器KM3构成了液压泵电动机M3单向旋转起动和停止控制电路。实现两台电动机独立操作控制。8控制电路（图2）2.3联锁、保护环节平面磨床在加工中出现电磁吸盘吸力不足或消失时，为确保人身和设备的安全，不允许继续加工。因此，在两台电动机的控制电路中应设定欠电流继电器KA常开触点，达到欠磁联锁保护。在不加工时又能单独控制砂轮与液压泵电动机运转工作，因此，在控制电路中KA（3-4）触点处并接转换开关SA1于“去磁”位置时，主电路与控制电路由熔断器FU1、FU2分别实现适中保护。砂轮与液压泵电动机利用热继电器FR1、FR2实现长期过载保护。为了保护工件与砂轮的安全，当有一台电动机过载停机时，另一台电动机也应停止。因此，应将FR1、FR2常闭触点串接在总控制电路中。（2）电磁吸盘控制电路电磁吸盘又称为电磁工作台，它也是安装工件的一种夹具。具有夹紧迅速、不损伤工件、且一次能吸牢若干个工件，工作效率高，加工精度高等优点。但它的夹紧程度不可调整，电磁吸盘要用直流电源，且不能用于加工非磁性材料的工件。（3）照明电路与去磁器照明电路由照明变压器T2，将380V电压降为24V，并由开关SA2控制照明灯EL，照明变压器二次侧装有熔断器FU3作为短路保护。其一次侧短路可由9熔断器FU2实现保护。在平面磨床上加工的零件可能存在有剩磁，若零件对剩磁有严格要求，应在电磁吸盘取下工件后进行去磁处理。交流去磁器是平面磨床的一个附件。使用时，将交流去磁器插头插在床身的XS插座上，再将工件放在去磁器上处理即可去磁。照明电路（图3）2.4总电路设计根据上述思路，设计了如下电路10磨床继电器原理图（图4）11图4中M1M2KM1再经X1插销向M2实现单独判断控制供电。M3为液压泵电动机，由KM2的主触点控制。合上电源开关QS1，若转换开关QS2处于工作位置，KA触点闭合，若SA1KA触点得电，便可进行操作。1、砂轮电动机M1的控制。SB1，SB1闭合——KM1得电自锁——M1启动。SB2SB2断开——KM1失电——M1停止。2、冷却泵电动机M2的控制。M2由于通过插座X1与KM1主触点相连，因此M2与砂轮电动机M1连锁控制，都由SB1和SB2操作。