磨床PLC控制系统设计.docx

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磨床PLC控制系统设计

本科生毕业设计（论文）

题目：

磨床PLC控制系统设计

姓名：

学号：

学院：

电气工程与自动化学院

专业：

电气工程与自动化（电气方向）

年级：

指导教师：

（签名）

20XX年6月1日

磨床PLC控制系统设计

摘要

磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。

普通磨床的电气系统由液压系统、砂轮、冷却泵和电磁吸盘以及照明电路部分组成。

随着在现代化工业生效率的不断提升，磨床在加工精度、自动化程度、加工的集约性等方面的要求不断提高，传统磨床难以满足现代化的加工工艺要求。

传统磨床在控制方面采用继电器—接触器电气控制系统过于复杂繁琐，且由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰。

可编程控制器PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点。

利用PLC控制磨床运行，使线路得到简化，可靠性提高，响应速度明显加快，精确度更准确；实现了磨床启动、停止、故障停止、紧急停止的功能，可根据运行要求灵活切换磨床的控制方式；提供过载，轻载，断相和电压不平衡保护；现场显示运行状态，实现智能化监控。

节省大量的继电器元件,使机床的工作效率更高。

本文以M7120平面磨床为例，主要介绍对磨床控制系统的PLC改造。

关键词：

平面磨床，PLC，控制系统

GrindingMachinePLCControlSystemDesign

ABSTRACT

Thegrinderistheuseofabrasiveontheworkpiecesurfacegrindingmachinetool.Plaingrindingmachineelectricalsystemfromthehydraulicsystem,thegrindingheel,coolingpumpandelectromagneticsuckerandlightingcircuitpart.Inmodernindustrialproductionefficiencywithrising,grinderintheprocessingprecision,automation,suchasprocessingintensiverequirementscontinuetoincrease,thetraditionalgrindingmachinecannotmeettherequirementsofmodernprocessingtechnology.Intraditionalgrindingincontrolusingarelay-contactorelectricalcontrolsystemistoocomplicated,andbecausethecontactnumber,highfailurerate,lowreliability,largevolumeandothershortcomings,aregraduallybeingphasedout.

PLCisthecomputertechnologyandtraditionalrelaycontactcontroltechnologycombinedwiththeproduct,ithasovercometherelaycontactcontrolsysteminmechanicalcontactofthecomplexwiring,lowreliability,highpowerconsumption,universalityandflexibilityoftheshortcomingsofthepoor,makefulluseoftheadvantagesofamicroprocessor.UseofPLCcontrolgrindingmachinerunning,sothecircuitissimplified,improvedreliability,responsespeedtobeacceleratedapparently,theaccuracyismoreaccurate;thegrinderstart,stop,failuretostop,emergencystopfunction,beundertheoperationalrequirementsofthecontrolswitchgrinderflexible;withlightload,overload,openphaseandvoltageunbalanceprotection;fielddisplayrunningstate,intelligentmonitoringandsavealotofrelaycomponents.Themachinehashigherworkingefficiency.BasedontheM7120planegrindingmachineasanexample,introducesthegrindingmachinecontrolsystem'sPLCtransformation.

Keywords:

surfacegrindingmachine，PLC，controlsystem

第1章绪论

1.1课题的背景及其意义

在十八世纪初，为了适应自行车、钟表、枪械和缝纫机等零件淬硬后的加工，美国、英国和德国分别研制出了使用天然磨料作为砂轮的磨床。

这些磨床是在当时已有的机床如刨床、车床等上面加装磨头改制而成的，这些磨床结构简单，刚度较低，磨削时容易产生振动，操作时要求工人要有很高的技艺才能磨出较为精密的工件。

在1876年的巴黎博览会上展出了由美国布朗夏普公司制造的万能外圆磨床，这是首台具有现代磨床基本特征的磨床。

它的工件头架和尾座安装在往复运动的工作台上，采用箱形床身提高了机床刚度，并且带有内圆磨削附件。

在1883年，这家公司研制出把磨头装在立柱上并且工作台能够作往复运动的平面磨床。

在1900年前后，由于液压传动的应用和人造磨料的发展，对磨床的发展有很大的推动作用。

随着近代工业尤其是汽车工业的发展，各种不同功能、类型的磨床相继问世。

先后研制出加工气缸体的内圆磨床、凸轮轴磨床、曲轴磨床和带电磁吸盘的活塞环磨床等。

到1908年自动测量装置开始在磨床上得到运用。

到了1920年前后，双端面磨床、无心磨床、导轨磨床、轧辊磨床，超精加工机床和珩磨机等先后制成使用；50年代出现了高精度的外圆磨床；60年代末又出现了砂轮线速度可达60～80m/s的高速磨床和缓进给、大切深磨削的平面磨床；70年代，采用微处理机的适应控制和数字控制等先进技术在磨床上得到了广泛应用。

随着机械产品精度、强度、可靠性和寿命等要求的不断提高以及新型材料的广泛使用，磨削加工技术正朝着超精细、超硬度磨削发展，开发精密高刚度的自动化数控磨床的成发展趋势。

1.2课题研究的现状及发展趋势

当今磨床的数控化率不断的提升，平面磨床的发展趋势是转向台阶、成形、切入、快速抖动和三维空间曲线表面磨削加工。

平面磨床是磨床类机床中演变潜力最大的一种机型。

我国平面磨床制造企业正跳出传统的平面磨削思维，转向曲线或轮廓等非平面磨削加工的思路上发展，以形成我们自己特色的技术和产品。

1.2.1平面磨床发展现状

（1）从规格上看，目前平面磨床以小型平磨为主。

台面宽度在200mm以下的占近50%，小规格机床在运输和布展都较为方便；国外的平面磨床并没有普通、精密和高精度的精度等级之分，相对于小规格机床来说，精度容易做得很高；随着工业发展水平的提高，在国际市场上，中、小规格的平面磨床有很大的潜在需求。

（2）从控制上看，目前70%以上的平面磨床为数控型，分为单轴、双轴及三轴数控，最多可达五轴控制，特别是400mm以上的大规格机型，全部为数控型。

随着技术水平的发展，磨床的功能也发生变化，平磨已从传统的平磨向成形磨转变，常规控制方法已难以实现功能的要求。

数控型平面磨床已形成一个市场的潮流。

（3）从功能上看，50%以上的平面磨床不仅仅用于水平平面的加工，而且转向台阶、成形、切入、快速抖动、三维空间曲线等表面磨削加工，在国际上如BLM、ELB公司以平面磨床为基础变化而成的五轴联动磨削中心，可以实现复杂曲面的磨削；Trutech、Unison公司研发的柔性磨削系统，可以实现成形、外圆、无心、工具、轮廓等磨削工艺；还有Parker、裕福公司等的快速抖动平面磨床等，都反映出平面磨床是磨床类机床中最具演变潜力的一种机型。

1.2.2发展呈现三大变化

（1）复合、高速、高刚性、高精度仍是金切机床发展的主要方向，但又有新的变化。

复合，已从原来的为复合而复合转为目前从实用高效考虑为主，如车、铣复合，铣、车、钻的复合，电火花和铣床的复合等；从功能上看，复合型机床的针对性很强，一般都是针对某类零件考虑；从精度上看，定位精度＜2μm，重复定位精度≤±1μm的机床已较为普遍；从主轴转速来看，8.2kW的主轴可达60000转/分钟，13kW的主轴可达42000转/分钟，主轴高速旋转已不是小功率机床的专有特征；从刚性上看，目前已经出现可加工60HRC硬度材料的加工中心。

（2）模块化设计在机床制造中已应用得十分熟练。

横向系列、纵向系列、跨系列、全系列的模块化设计，无论是牧野、大隈等为代表的日本机床，还是Cincinnati、Haas等为代表的美国机床，在外形上看似乎完全一样，不同公司生产的机床功能则完全不同，但所构成的各模块很多则是通用的。

（3）全自动控制的概念已发生变化。

传统的全自动机床是采用一只液动或气动的机械手来实现工件的自动上、下料，而现在是通过采用真正意义上的多关节串联式机器人，来实现工件的上、下料，包括对已加工完成零件的堆放。

控制范围的加大，组线灵活性的加强，同时辅助配套的机械大大减少。

第2章M7120平面磨床的结构及功能

2.1平面磨床的主要结构及运动方式

2.1.1M7120平面磨床的主要结构

M7120型平面磨床是卧轴矩形工作台，主要由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮箱、立柱、滑座等部分组成，如图2-1所示。

磨床工作时采用砂轮周边磨削工件，砂轮由砂轮电动机带动旋转。

在床身中装有液压传动装置，以使工作台在床身的水平导轨上做往复运动，为使运动时能够平稳且容易调节运动速度，采用液压传动将电机的转速转变为直线运动。

而工作台的往复运动换向是通过撞块碰撞床身上的液压换向手柄改变油路来实现的。

在工作台上安装有电磁吸盘是用于固定被加工工件的夹具。

立柱可在床身的横向导轨上作横向给进运动，这一运动可由液压传动，也可用手轮操作。

砂轮箱在立柱上作垂直运动，以实现砂轮箱的垂直进给。

图2-1M7120平面磨床外形结构示意图

2.1.2M7120平面磨床的运动形式

平面磨床的主要运动是指砂轮的的旋转运动，磨削时砂轮的外圆线速度大致在30~50m/s的范围内。

砂轮的旋转只要求单方向旋转，且无调速要求。

平面磨床的进给运动有垂直进给既滑座沿立柱上的垂直导轨移动；横向的进给既砂轮箱在滑座上的水平移动；纵向进给既工作台沿床身的往复运动。

2.2M7120平面磨床的电力拖动特点及控制特点

2.2.1电力拖动特点

平面磨床