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1、目 录简 介- 1 -1龙门刨床运动形式及改造要求- 2 -1.1龙门刨床结构- 2 -1.2工作过程- 2 -1.3主运动行程分析以及各阶段工作状况- 2 -1.4刨台运动的机械特性曲线- 3 -1.5龙门刨床电气控制改造目的及意义- 3 -1.6龙门刨床电气控制改造总体要求- 4 -1.7龙门刨床电气控制改造方案- 6 -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 PLC的选型- 8 -2.3工作台调速方案- 8 -2.4工作台电气控制输入、输出确定- 10 -2.5工作台电气控制接线图- 10 -2.6工作台PLC电气控制程序- 11 -3.刀架变
2、频调速及PLC控制- 12 -3.1刀架运动及调速要求- 12 -3.2刀架调速方案- 14 -3.3刀架电气控制输入、输出确定- 14 -3.4刀架电气控制接线图- 16 -3.5刀架PLC电气控制程序- 17 -4 横梁及辅助运动控制- 18 -4.1横梁运动形式及拖动方式- 18 -4.2油泵控制。- 19 -4.3铣磨头变频调速控制方案- 20 -4.4横梁及其它辅助运动PLC控制及程序- 20 -4.5横梁及其它辅助接线图- 21 -4.6横梁及其它辅助运动控制原理图- 22 -5 课程设计总结- 23 -5.1龙门刨床电气控制改造意义与可行性分析- 23 -5.2龙门刨床电气控制改
3、造效果和解决的主要问题- 24 -5.3心得体会与建议- 24 -5.4总程序图- 26 -5.5 结束语- 29 -简 介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。图一 龙门刨床示意图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。龙门刨床主要用于刨削大型工件，也可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
4、，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；刨刀可在刀架上作垂直或斜向进给运动；横梁可在两立柱上作上下调整。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。龙门铣床还有一些变型以适应不同的加工对象。龙门铣镗床：横梁上装有可铣可镗的铣镗头，其主轴（套筒或滑枕）能作轴向机动进给并有运动微调装置,微调速度可低至5毫米/分。桥式龙门铣床：加工时工作台和工件不动,而由龙门架移
5、动。其特点是占地面积小，承载能力大，龙门架行程可达20米，便于加工特长或特重的工件 ，其外形与龙门刨床相似，区别在于它的横梁和立柱上装的不是刨刀刀架而是带有主轴箱的铣刀架，并且龙门铣床的纵向工作台的往复运动不是主运动，而是进给运动，而铣刀的旋转运动是主运动。在龙门铣床上可以用多把铣刀同时加工表面，所以生产效率比较高，适用与成批和单件生产，用以加工中型和大型工件。 1龙门刨床运动形式及改造要求1.1龙门刨床结构图二 龙门刨床结构图 B2012A型龙门刨床主要由7部分组成，如图1所示，其中床身为箱体型零件，其上有V形导轨。工作台安放在床身上，工作台下面有斜齿条，可以往复运动。横梁用于安装垂直刀架，
6、刨削加工时严禁动作，只有在工作台停止运动时才能移动，以调整刀架高度。两个垂直刀架可沿横梁导轨在水平方向。或沿刀架本身的滑板导轨在垂直方向作快速移动或工作进给。左右侧刀架及进给箱可沿立柱导轨上下快速移动或自动进给。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。1.2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
7、返回行程转到工作行程的期间刀假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往复运动称作往复运动。 1.3主运动行程分析以及各阶段工作状况 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，它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，有高速、低速、中速、低速后退、高速后退、中速后退。主运动是工作台纵向往复运动
8、，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往复运动称作往复运动。 1.4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 。如右图21低速区图2 机械特性曲线 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。2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。小于等于25r 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。1.5龙门刨床电气控制改造目的及意义龙门刨床改造的目的
9、：(1) 减小电机,以减少噪声,克服诸多控制缺陷.(2) 工作台能实现自动循环工作和点动,可实时精确调节工作台速度,平稳换向,并有自动和点动工作时的极限保护.(3) 垂直刀架可方便地在水平和垂直两个方向快速移动和进刀,并能进行快速移动和自动进给的切换.(4) 左右侧刀架可在上、下方向快速移动和进刀,能进行快移自动切换.并有左右侧刀架限位开关,防止其向上移动时与横梁碰撞.(5) 横梁可方便地上下移动和夹紧放松，(6) 润滑泵有连续、自动切换开关,系统得电时,油泵即上油,至一定压力时,油压继电器触点闭合,为工作台工作做准备.(7) 有保护环节控制,保证工作台停在后退末了,以免切削过程中发生故障而突
10、然停车造成刀具损坏和影响加工工件表面的光洁度.(8) 各回路均有自动空气断路器作短路保护和过载保护.龙门刨床改造的意义随着工业化、以及科技的发展，近几年在工业自动化、机电一体化的速度发展得很快，改造传统产业方面已刻不容缓，因此PLC得到广泛的应用。学习，掌握和应用PLC技术对提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 。A2012型龙门刨床电气控制系统既包括交、直流电动机、电器的继电器接触器控制，又包括连续反馈控制及扰动补偿前馈控制，属于复合控制系统。它概括电气控制技术
11、的主要内容，具有一定的典型性、综合性与复杂性。 1.6龙门刨床电气控制改造总体要求1总体设计要求 图三2要求有宽广的调速范围 B2021A型龙门刨床工作台的速度在25m/min以下时为等切削力区，希望输出转矩恒定，负载具有恒转矩特性；工作台速度在25m/min以上时希望输出功率恒定，负载具有恒功率特性。采用交流变频调速系统，可以通过灵活地预置恒转矩和恒功率调速转折点，使调速系统的特性更好地满足龙门刨床主驱动负载的调速特性要求，实现无级调速。工作台换向制动采用能量回馈装置，制动速度快，能量又能回馈给电网，还可以降低主驱动电动机的设计功率。3 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
12、，刀架自动进给，并根据切削的情况自动提速。后退行程中，刀架自动抬起。自动由低速到高速，再低速运动。工作台在行程末尾可进行减速、反向等运动的自动变换。4 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。 5 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
13、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。6 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。7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。8有必要的联锁保护。为了能使机械自动化在龙门刨床中充分利用。以及减少手动操作。提高生产效率。所以对plc和变频器进行了必要的互
14、锁。 1.7龙门刨床电气控制改造方案 龙门刨床工作台的直线往复远东由两台直流电动机拖地，驱动系统为交流放大机。励磁回路为他励。励磁电压为220V。两只流电机的连接方式为：两个电动机的励磁绕着为并联。电枢回路的绕组为串联。具体改造方案是：直流电动机仍然沿用元电动机，其驱动将为由原来的交磁放大机组拖动换为由变频器和plc一起控制的驱动系统。在这个过程中我们也加入了反馈系统，这样也可以更好的提高其控制精度。由于龙门刨床工作台的特点是往返运动，却很频繁。用plc变频器来控制，且加入了限位开关，转换开关，以及电动开关，来控制plc和变频器的电路。2.工作台变频调速及PLC控制2.1工作台运动及调速要求
15、1 PLC与变频器的选型及参数确定 B2010A型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（4）所示。采用的是机械比2：1和电气调速范围为10：1的机电联合调速系统。图四 A-G-M调速系统图 电机扩大机-直流发电机-直流电动机（A-G-M）调速系统，它涉及电机多，占地面积大、噪声污染严重、调速范围很窄，尤其交流电动机拖动发电机浪费电能很严重，而且电控部分采用继电器逻辑控制，线路复杂，故障率高，检修、维修困难。随着科技的进步，电力电子技术和微电子技术得到飞速的发展，以及矢量控制技术的完善，A-G-M调速系统在技术方面远远落后于日新月异的变频调速技术，使得变频调速技术被广泛使用在调速方面。 2 变频器选型 根据前述龙门刨床拖动系统的工作要求，通过查阅有关资料，造多种同类变频器反复比较论证后，决定选用TD3000系列
