立式车床主轴电控系统的设计(毕业论文).doc

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学号

10212507117

毕业设计（论文）

立式车床主轴电控系统的设计

教学系：

信息工程系

指导教师：

薛丽娟

专业班级：

测控1071

学生姓名：

王涛

二〇一一年六月

毕业设计（论文）任务书

学生姓名

王涛

专业班级

指导教师

薛丽娟

工作单位

信息学院

设计（论文）题目:

立式车床主轴电控系统的设计

设计（论文）主要内容：

立式车床是金属加工机械，主要用于加工直径大、长度短的大型、重型工件。

本课题重点研究的是立式车床主轴部分控制系统的设计。

根据设计的要求，采用PLC控制，用MENTORⅡ直流驱动器控制主轴电机的转动，调速控制部分用PLC输出来控制MENTORⅡ直流驱动器的一些端子（如：

正反转、使能端）的接通与断开，完成电机的启动和停止。

提高工作台机械转速，通过液压机构使齿轮与主轴电机挂接不同档位。

要求完成的主要任务及其时间安排:

1、毕业实习。

明确任务，有针对性的调研、查阅文献资料，完成实习报告（1-2周）

2、根据要求完成控制系统的方案设计，完成开题报告。

（3-4周）

3、完成控制系统原理图的设计（5-7周）

4、编制控制程序（8-10周）

5、撰写设计说明书（11-14周）

6、答辩（15周）

必读参考资料：

⑴、现代电气及可编程控制技术王永华北航出版社

⑵、电力拖动自动控制系统陈伯时机械工业出版社

⑶、SIMATICS7-300可编程控制器说明书SIEMENS公司

指导教师签名：

教研室主任签名：

盖章

毕业设计（论文）开题报告

题目

立式车床主轴电控系统的设计

1.目的及意义（含国内外的研究现状分析）；

车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。

在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。

车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。

立式车床的主轴垂直于水平面，工件装夹在水平的回转工作台上，刀架在横粱或立柱上移动。

适用于加工较大、较重、难于在普通车床上安装的工件，一般分为单柱和双柱两大类。

立式车床是一种自动化程度要求较高的机电设备，一般应用于冶金行业，车制各种大型工件。

它通常采用继电器逻辑控制方式，传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于控制触点多，电控系统故障率高，检修周期长。

立式机床使用年月久后，电气控制系统线路老化，继电器故障频繁，检修困难。

用PLC改造传统继电器控制系统是很好的方法。

它可以充分发挥PLC高可靠性、高抗干扰的特点，寿命长、维修量少、查找外部线路简单。

用PLC对系统进行逻辑控制和变速位置的数据处理，较好地实现了原工艺要求，简化了线路，提高了可靠性和机床的运行率。

可编程控制器（PLC）是目前作为工业控制最理想的机型，它是采用计算机技术、按照事先编好并储存在计算机内部一段程序来完成设备的操作控制。

采用PLC控制，硬件简洁、软件灵活性强、调试方便、维护量小。

而在PLC电控系统的基础上配合变频调速装置，运用现在先进的矢量控制技术，不但适合提升机运行工艺的要求，还将解决整套提升机系统的电力拖动方面的一系列问题。

变频装置取代复杂的串联电阻切换装置，提升机运行速度曲线、转矩大小的要求都由变频器来完成，简化了控制操作流程，提高了控制精度。

2.基本内容和技术方案；

基本内容：

本课题重点研究的是立式车床主轴点控制系统的设计，让机床操作和运行起来更加的自动化和提高生产产品的质量。

设计从机床的电机控制系统着手，然后运用PLC可编程控制器件对控制系统进行编程，PLC控制MentorⅡ直流驱动器，实现对立式车床主轴电机的启停，正反转。

具体实施方法如下：

1>画出其硬件原理图

2>画出PLC接线图

3>调试系统

4>编写毕业设计论文

技术方案：

采用西门子S7-300PLC，S7-300系列PLC是一种通用型PLC，能适用自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。

S7-300基于模块化、无风扇结构设计，采用DIN标准导轨安装，配置灵活、安装简单、维护容易、扩展方便，各种模块可以进行广泛的组合和扩展。

直流电机的直流驱动单元采用的是c.t公司的MentorⅡ系列单象限全数字直流控制装置及磁场控制模块fxm5，采用磁场换向的控制方式，满足反向工作的要求。

MentorⅡ是一种全数字紧凑型直流驱动器。

它采用Siemens80C517A处理器控制，菜单化设计，逻辑化编程，具有容量大，保护措施和限定设置齐全，模块化组态设计，集成度高等特点。

3.进度安排；

①、毕业实习。

明确任务，有针对性的调研、查阅文献资料，完成实习报告（1-2周）

②、根据要求完成控制系统的方案设计，完成开题报告。

（3-4周）

③、完成控制系统原理图的设计（5-7周）

④、编制控制程序（8-10周）

⑤、撰写设计说明书（11-14周）

⑥、答辩（15周）

3.指导老师意见

指导老师签名：

年月日

郑重声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

本人签名：

王涛日期：

2011-5-12

目录

摘要 -1-

ABSTRACT -2-

绪论 -3-

第一章立式车床的基本结构和工作原理 -4-

1.1立式车床的概述及加工范围 -4-

1.2立式车床的基本结构和工作原理 -4-

1.3立式车床的主要技术参数 -4-

1.4电力拖动及控制特点 -4-

1.5方案设计 -5-

第二章MENTORⅡ直流驱动器的结构及工作原理 -6-

2.1MENTORⅡ概述 -6-

2.2MENTORⅡ的安装及工作原理 -7-

2.3MENTORⅡ的参数设定 -8-

第三章PLC的概述及工作原理 -12-

3.1PLC的定义和分类 -12-

3.2PLC的功能和特点 -12-

3.3PLC的结构和工作过程 -14-

3.4S7-300的系统特性 -17-

第四章电气图的设计 -18-

4.1MENTORⅡ的电气连接图 -18-

4.2PLC的电气连接图 -18-

4.3立式车床主轴电控系统程序设计 -19-

第五章前景展望 -22-

致谢 -23-

参考文献 -24-

摘要

立式车床在现代制造业中起着重要的作用，给金属加工工艺带来了便利，主要用于对体积比较大，结构比较复杂的工件的加工。

本文首先介绍了立式车床的发展和现状，阐述了立式车床在工业控制中的地位和作用以及立式车床的特点，然后介绍了立式车床电气控制要求和本课题研究的意义和方法以及如何实现课题涉及到的立式车床主轴电控制系统的功能。

紧接着，本文由介绍了立式车床主轴电控制系统中两大部件MENTORⅡ直流驱动器和PLC。

详细的讲述了MENTORⅡ的特点，工作原理和接线，然后又分章节的讲述了PLC的结构，工作原理以及编程方式。

最后文章还设计了立式车床主轴电控制系统的电气图和控制版面图，而且对立式车床的发展前景进行了展望。

关键词：

MENTORⅡ；PLC；电气图

ABSTRACT

Verticallatheinthemodernmanufacturingindustryplaysanimportantrole.itbringsconveniencetothemetaltechnology.Itmainlyusedonthelargeandstructurewhichiscomplexworkpieces.

Thispaperdescribesthedevelopmentandcurrentstatusofverticallathe,verticallathedescribedintheindustrialcontrolthepositionandroleofthecharacteristicsofverticallathe,verticallatheandthenintroducestheelectricalcontrolrequirementsandthesignificanceoftheresearchandmethodshowissuesrelatedtotheverticallathespindlepowercontrolfunctionofthesystem.

Then,thispaperintroducesverticallathespindlebytheelectroniccontrolsystemofthetwopartsMENTORⅡDCdrivesandPLCMENTORⅡdescribedindetailthecharacteristicsoftheprincipleandwiring,andthensub-chapterdescribesthePLCstructure,operatingprinciplesandprogramming.

Finally,thepaperalsodesignedaverticallathespindlecontrolsystemofelectricalpowerandcontrollayoutplanmap,andthedevelopmentoftheverticallatheprospect.

Keywords:

MENTORⅡ；PLC；electricaldiagram

绪论

立式车床属于大型机械设备，用于加工径向尺寸大而轴向尺寸相对较小，形状复杂的大型和重型工件。

如各种盘，轮和套类工件的圆柱面，端面，圆锥面，圆柱孔，圆锥孔等。

亦可借助附加装置进行车螺纹，车球面，仿形，铣削和磨削等加工。

相比，工件在卧式车床的夹装饰里面上的夹装。

而立式车床主轴轴线为垂直布局，工作台台面处于水平平面内，因此工件的夹装与找正比较方便。

这种布局减轻了主轴及轴承的荷载，因此立式车床能够较长期