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1、 目录前沿摘要第一章 绪论本文研究的目的及意义第二章 B2012A龙门刨床的基本情况2.1 龙门刨床简介和基本规格2.2 基本结构2.3 工作过程2.4 运动分析2.5 传动系统第三章 龙门刨床对控制系统的要求3.1 调速范围3.2 电气控制电路3.3 工作台速度调整3.4 刀架的自动给进和快速移动3.5 系统的机械特性3.6 联锁保护第四章 B2012A型龙门刨床的电气控制4.1 系统的总体结构4.2 龙门刨床电力拖动系统主回路设计4.3 逻辑控制电路设计4.3.1 工作台控制逻辑电路设计4.3.2 横梁控制电路4.3.3 刀架控制电路4.3.4 风机油泵控制电路第五章 B2012A型龙门刨
2、床PLC控制系统组成5.1 龙门刨床的特点5.2 PLC的基本概念 5.2.1 PLC的由来5.2.2 PLC的特点5.2.3 PLC的功能5.2.4 PLC的基本结构5.2.5 PLC的工作原理 5.2.6 PLC的分类5.3 PLC的选型5.4 西门子S7-200系列PLC5.5 PLC控制接线图5.6 输入输出I/O分配表5.7 程序设计第六章 变频器技术6.1 变频技术的优越性6.2 系统对变频器的控制要求6.3 变频器的选型6.4 参数设置6.5 组成框图第七章 B2012A型龙门刨床的改造效果毕业设计总结参考文献本文研究的目的及意义 本题的改造目标为利用可编程控制器及变频器实现对龙
3、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。龙门刨床主要分为机械和电气控制两大组成部分吗，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。 近几年来在工业自动化，机电一体化，改造传统产业等方面，PLC得到广泛的应用。学习，掌握和应用PLC技术对提
4、高我国工业自动化水平和生产效率具有十分重要的意义。采用可编程序控制器(PLC)对龙门刨床的传统控制系统进行改造，将具有投资小、改造周期短，节能降耗、提高功效显著的优点。第二章B2012A龙门刨床的基本情况2.1 龙门刨床简介和基本规格铣床是美国人惠特尼于1818年创制的卧式铣床；为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人布朗于1862年创制了第一台万能铣床，这是升降台铣床的雏形；1884年前后又出现了龙门铣床；二十世纪20年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给决速”或“决速进给”的自动转换。 龙门刨床是各类机加工厂中较为常见的设备，是具有门式框架和卧式长床身的刨床。龙门刨床主要用于铣削大型工件
5、，也可以在工作台上装夹多个零件同时加工。龙门刨床的工作台带着工件通过门式框架作直线往复运动，空行程速度大于工作行程速度。横梁上一般装有两个垂直刀架，刀架滑座可在垂直面内回转一个角度，并可沿横梁作横向进给运动；刨刀可在刀架上做垂直或斜向进给运动；横梁可在俩立柱上作上下调整。一般在两个立柱上还安装可沿立柱上下移动的侧刀架，以扩大加工范围工作台回程时能机动抬刀，以免划伤工件表面，机床工作台的驱动可用发电机-电动机组或用可控硅直流调速方式，调速范围较大，在低速时也能获得较大的驱动力。目前我国生产的刨床其主要拖动方式有：做大切削宽度1m以下的刨床采用带传动，而1m以上的刨床采用直流发电机电动机组拖动以及
6、晶闸管电动机系统。济南第二机床厂设计制造的A系列龙门刨床主拖动是采用以电机扩大机作为励磁调节器的直流发电机电动机系统，它采用调节直流电动机电压来调节电动机的速度，并采用两级齿轮变速箱变速的机电联合调速方法。济南第二机床厂还设计制造了E系列龙门刨床，它的晶闸管调速装置是电枢可逆的逻辑无环流双闭环控制系统。由于需要，龙门刨床仍在继续生产，其电气系统在贯彻新的国家标准时作了一系列的改进。A系列龙门刨床由B1010A、B1012A、B1016A、B2010A、B2012A、B2016A等六种。型号中B表示刨床。第一个数字1表示单立柱称为单臂，2表示双立柱称为龙门。第二个数字0表示基型。第三第四个数字表
7、示最大刨销宽的1/100，单位为mm，因此10、12、16、分别表示刨销宽度最大为1.0、1.25、1.6m等，他们是成等比级数的，公比为1.25。A表示第一次改型设计。型号项目B1010AB1012AB1016AB2010AB2012AB2016A工件最大尺寸（mm）长300040006000300040004000/6000宽100012501600100012501600高8001000125080010001250可加工工件最大重量（t）58155810/15工作台齿条上允许的最大拉力（N）V=12-30M/MIN49000V=10-20M/MIN62000V=12-30M/MIN59
8、000V=10-20M/MIN78500工作台行程速度（m/min）低速档6-604-406-604-40高速档9-908-809-908-802.2龙门刨床基本结构1-床身；2-工作台；3-横梁；4-垂直刀架；5-侧刀架；6-立柱；7-龙门顶梁龙门刨床主要用来加工机床床身、箱体、横梁、立柱、导轨等大型机件的水平面、垂直面以及导轨面等。龙门刨床的基本结构主要有七个部分组成1.床身是一个箱形体，上油V形和U形导轨，用于安置工作台。2.刨台也叫工作台，用于安置工作。下有传动机构，可顺着床身的导轨作往复运动。3.横梁用于安置垂直刀架。在切削过程中严禁动作，仅在更换工作时移动，用以调整刀架的高度。4.
9、左右垂直刀架，安装在横梁上，可沿水平方向移动，刨刀也可沿刀架本身的导轨垂直移动。5.左右侧刀架 安置在立柱上，可上、下移动。6.立柱用于安置横梁和刀架。7.龙门顶用于紧固立柱。2.3工作过程龙门刨床的刨削过程是工件与刨刀作相对运动的过程。为此，工件必须与工作台一起频繁地进行往复运动，工件的切削加工仅在工作行程中，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进行一定量的进给。其中，机床的主运动是工作台纵向往复运动，而横梁的上下移动，刀架沿横梁的左右移动，以及侧刀架在立柱的上下运动称作往复运动。2.4运动分析龙门刨床因由一个由顶梁和立柱组成的龙门式框架结构而得名，工作
10、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），一般可刨销的工件宽度达1米，长度在3米以上，也用来加工沟槽或者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者同时加工多个工件。与牛头刨床相比，从结构上看，其形体大，结构复杂，刚性好，从机床运动上看，龙门刨床的主运动是工作台的直线往复运动，而进给运动则是刨刀的横向或垂直间歇运动，这刚好与牛头刨床的运动相反。龙门刨床由直流电机带动，并可进行无极调速，运动平稳。龙门刨床的所有刀架在水平和垂直方向都可平动。如前文所说，我国现行生产的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，以A系列龙门刨床为例
11、，他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，如下图所示。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段为刨销段，刨台加速至正常的刨销速度。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段为返回段，返回过程中，刨刀不切削工件，为节省时间，提高工作效率，返回速度应尽可能高些。T5段为缓冲区。返回行程即将结束，在反向到工作速度之前，为减小对传
12、动机械的冲击，应将速度降低，之后进入下一周期。2.5传动系统龙门刨床是机械化自动化程度很高的大型机床。龙门刨床的动力及控制回路比较复杂，尤其是刨床工作台主拖动系统完全依靠电气自动化控制来执行的。B2010A龙门刨床的主拖动采用最初50年代的A-G-M调速系统，即电机扩大机-直流发电机-直流电动机组系统。如图一所示。采用机械速比2:1和电气调速范围为10:1的机电联合调速系统。机电联合调速与单纯调压调速比较，电动机的设计功率可以缩小一半，但是电动机的功率仍然比负载所需要的功率大接近一倍，因此A系列龙门刨床直流电动机的功率并没有得到充分利用。同时因为进刀机构采用进刀继电器控制进刀，而继电器铁心和圆
13、盘齿因频繁运动而磨损，使精度下降第三章 龙门刨床对控制系统的要求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。工作台返回时速度快，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。对于刀架的移动、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有以下几个方面：
14、3.1 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型龙门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，可实现电气的无极调速，以便生产时能选择最合理的切削速度。3.2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后，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化。3.3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器械的冲击。3.4工作台速度调整用于磨削时，工作台应能降低速度至1m/mi
