立式车床主轴电控系统的设计毕业设计论文Word文件下载.docx
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Keywords:
MENTORⅡ；
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的保持工作精度。
立式车床一般可分为单柱式和双柱式。
小型立式车床一般做成单柱式，大型立式车床做成双柱式。
立式车床结构的主要特点是它的主轴处于垂直位置。
立式车床的主要特点是：
工作台在水平面内，工件的安装调整比较方便。
工作台由导轨支撑，刚性好，切削平稳。
有几个刀架，并能快速换刀。
从70年代初开始，不到三十年的时间里，PLC生产发展成了一个巨大的产业，据不完全统计，现在世界上生产PLC及其网络的厂家有两百多家，生产大约有400多个品种的PLC产品。
而如今，对旧有机床进行PLC改造已经非常普遍。
针对于旧有的机床，其电气控制为继电器控制，而在继电控制中，接触触点多，所以故障也多，操作人员维修任务较大，机械使用率较低。
本课题来源于生产的需要，对于立式车床用PLC改造其继电器控制电路，克服了以上缺点，降低了设备故障率，提高了设备使用率。
第一章立式车床的基本结构和工作原理
1.1立式车床的概述及加工范围
立车主要用于加工直径大、长度短的大型、重型工件和不易在卧式车床上装夹的工件，回转直径满足的情况下，太重的工件在卧车不易装夹，由于本身自重，对加工精度有影响，采用立车可以解决上述问题。
立式车床一般可分为单柱式和双柱式。
有几个刀架，并能快速换刀，立式车床的加工精度可达到IT9-IT8，表面粗糙度Ra可达3.2-1.6um.立式车床。
立式车床的主参数为最大车削直径D。
1.2立式车床的基本结构和工作原理
立式车床的工作原理大致可分为主轴的移动运动、工作台的回转运动、主轴箱的升降运动、正反向机动进给运动、快速移动运动。
如上诉的这些运动主要靠电磁阀、离合器来实现转换，如要实现某个运动必须使它所对应的电磁阀或离合器动作，除此之外就是添加各运动中的正负限位开关，这主要是起到各运动在动作时的保护作用。
1.3立式车床的主要技术参数
型号
最大加工直径
（毫米）
最大加工高度
主轴转速
电机功率
（千瓦）
重量（吨）
包装箱尺寸
长×
宽×
高
外形尺寸
级数
范围
（转/分）
主电机
总容量
毛重
净重
CQ5250
630
300
1250
16
27-435
18.5/22
26.7
12
11
3550×
3210×
3461
3000×
3610×
3126
C5116
400
60
4000
1
93-122
15
19.4
8.5
8
2490×
2270×
2910
1800×
1925×
2330
CQ5240
320
40
1600
50-80
7.5
11.9
6.5
6
2910×
2270
1260×
1860×
2100
C5116A
500
250
2550
56-307
18.5
24.25
5.7
5.5
2250×
2430
2350×
2030×
2060
CB7740
600
-
2150
4
60-240
2.9
1810×
2000×
1380×
1980×
1900
表1立式车床的技术参数
1.4电力拖动及控制特点
立式车床的主运动与进给运动由同一台双速电动机M拖动，各方向的运动由相应的按键手柄选择，因此对控制提出了以下要求。
（1）为了适应各种工件的加工工艺要求，主轴旋转和进给都应有较大的调速范围。
因此，该机床采用双速笼型异步电动机M作为主拖动电动机，并采用机电联合调速，这样既扩大了调速范围又使机床传动机构简化。
（2）进给传动和主轴旋转采用同一台电动机拖动，由于进给运动有几个方向（主轴轴向、主轴垂直方向、工作台横向、工作台纵向），所以要求电动机能正反转，并有高、低速度选择。
高速运转应先低速启动，各方向的进给应有电气联锁。
（3）为适应调整需要，要求主拖动电动机应能正反方向点动，并且带有制动。
因此，该机床采用电磁铁带动的机械制动装置。
1.5方案设计
根据立式车床主轴电控系统设计的要求，采用西门子公司的可编程控制器S7—300控制，用MENTORⅡ直流驱动器来控制主轴电机的转动，PLC的输出接继电器，再通过继电器来控制MENTORⅡ直流驱动器的一些端子的接通和断开，完成电动机M的正（反）转，加（减）速及制动。
设计流程图如下：
图1系统设计方框图
第二章MENTORⅡ直流驱动器的结构及工作原理
2.1MENTORⅡ概述
2.1.1MENTORⅡ是英国CT公司生产，具有当代水平的全数字直流电动机调速驱动器最新系列产品，输出电流范围是25A—1850A。
全系列产品具有控制、监测、保护和串行通讯的功能。
MENTORⅡ分单象限和四象限两种配置。
单象限驱动器仅能实现正向运行，四象限驱动器是完全可逆的。
这两种配置的驱动器均能对电机的速度和转矩进行全面的控制，四象限驱动器可对正反向运行进行全面控制。
MENTORⅡ运行参数可由面板或通过串行通讯接口进行选择和修改。
参数的设定或修改受三级密码系统的保护。
MENTORⅡ配有作为可选件的智能键盘显示，可以就地或远地安装，提供多语种的用户界面。
图2MENTORⅡ的控制面板
直流电机在实际应用中必须控制的量是速度，输出转矩和转向。
速度与电枢反电势成正比、与磁通成反比。
转矩与电枢电流和磁通成正比。
转向简单的由电枢和励磁电压的相对极性决定。
以下是必须控制的量：
1.电枢电压：
反电势是电枢电压的一部分。
因而若假定磁场不变，控制电枢电压能完全控制速度直到电枢的最大电压设计值。
电枢电流也是电枢电压的函数。
在速度能达到的范围内，转矩也由电压控制。
只要磁场是完全激励的，从零速到最大电枢电压（基速）一般能保持最大转矩。
2.励磁电压：
它决定励磁电流、从而决定磁通量。
若励磁电压能独立于电枢电压变化，在满功率（满电枢电压）下速度可以超过电枢电压提供的基速点并且电流为最大值。
因为转矩直接与磁通成正比，所以当速度由弱磁开始增加时最大转矩减少。
总的来说，直流调速是控制电枢的端电压从而控制送入电机的电流。
如要求速度超过基速，则驱动器必须有控制磁场的能力。
工作在基速以下的系统，采用独立励磁方式，可扩展速度和转矩的控制功能，以满足更复杂的电机应用场合。
如果配有适合的反馈，实现位置控制也是可能的。
2.2MENTORⅡ的安装及工作原理
1.直流调速原理
单项电源给一个可控硅全桥供电，在电阻负载上所产生的电流是断续的。
当可控硅被触发是有电流，当电源电压在每半个周期过零时电流消失。
当触发角完全推前时整流桥得到最大电压输出，即图1的f变为0.触发角后移时电流输出减少。
当负载是感性时，如电机，或者触发角充分推前时电流变为连续，见图1。
电流基波滞后于电压，一部分原因是负载的电感特性，另一部分原因是触发角延迟。
图3直流调速原理图
2.反向
有两种方法是电机反向，这依赖于驱动器整流桥的配置。
最简单的三相全控桥没有输出极性反向的能力。
此种类型叫单象限或单向，若要反向必须在外部切换电机端子。
对某些应用来说，这种简单实用的方法是足够的。
然而，对于那些要求能在两个方向完全控制电机，能快速频繁的改变转矩方向的应用来说，必须采用双桥反并联系统。
此配置不需要倒向接触器，能完成控制电机的正反转及正反方向制动，称为4象限或可逆驱动器。
若单向驱动器要求制动，必须外加电路。
制动时，减速既不可控也
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