龙门刨床plc设计作业1Word文档格式.docx
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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，可实现电气的无机调速，以便生产时能选择最合理的切削速度。
（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吼，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换。
（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机械的冲击。
（4）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）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。
（6）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。
（7）有必要的联锁保护。
为了使发电机和电动机的换向器不致过大的换向火花而烧坏。
1.4龙门刨床电气控制改造方案
机床电气参数：
主电机型号：
Z2-93D2功率：
60KW电流：
210A转速：
1460转/分
其余电机功率分别为：
油泵电机0.25KW，进给电机1.5KW3台，刹紧电机0.75KW，横梁升降电机5.5KW。
电气改造方案：
原主电机为老型号电机，负载能力差，建议更换工作台运行的直流电机，采用上海南洋Z4-200/41系列60KW、400V电机（带测速机和风机），该电机过载能力强，可靠性好。
主电机控制采用西门子四象限直流调速装置进行控制，保证控制精度和高低速性能。
采用可编程控制器MITSUBISHIPLCFX2N-31MR，取代原继电器逻辑控制，留有不少于10%的I/O点。
直流调速装置采用USS协议与MITSUBISHIPLC通讯。
直流调速装置按标准配置电抗器、制动单元、制动电阻，可以实现主电机无极调速及快速启动/停止。
各电机保护信号、限位信号单设（不可串接）接进PLC。
其余电器元件采用天水二一三厂产品，控制熔断器选择RT18带灯的座。
更换全部机床线缆及穿线管。
配线使用软线；
按钮站使用多芯软护套电缆。
所有导线要求具有耐油性。
电柜采用新型仿威图电气控制柜，电柜一侧安装宝鸡雷博空调机，电柜上安装报警指示和电流指示。
原机床悬挂按钮站更换成新式铣刨按钮站。
电柜、按钮站各器件的安装要便于维修。
除满足原电气控制系统的要求和联锁保护外，逻辑控制作如下改进：
横梁升降控制：
横梁下降结束等待1秒，同升0.5秒；
上升结束等待1秒开始刹紧；
升降动作没执行就松开升降按钮立即开始刹紧动作。
电柜风机总电源在按动急停时都断电；
照明不受总电源控制；
总停能停止所有的机床动作。
工作台控制：
工作台运行具有步进/步退功能，能实现前进/后退自动换向，采用一级极限位，工作台超越限位自动停车，工作台具有1级减速功能。
更新原机床的换向开关。
工作台的减速及返向环节，采用“软换向”，可以大大减轻减速及换向时蜗杆与齿条之间的撞击。
采用PLC和开关磁阻电机调速系统对B2012A龙门刨床电控系统进行改造,主拖动部分用开关磁阻电机代替电机扩大机一直流发电机一直流电动机的组合方式,控制部分采用PIC实现逻辑控制和连锁控制
电气元器件选择（见表1）
符号
名称
型号规格
用途
数量
M1
电动机
Y250M-455KW1480r/min
刨台拖动
1
M2
Y90L-41.5KW1400r/min
左刀架拖动
M3
右刀架拖动
M4
垂直刀架拖动
M5
Y802-40.75KW1390r/min
横梁夹紧、放松
M6
Y100L1-43.0KW1430r/min
横梁升降
M7
JCL22-40.25KW1410r/min
泵油
M8
1.5KW960r/min
磨头
FR1
热继电器
JR15-150/24.5A380V
M5过载保护
FR2
JR15-104.5A380V
M6过载保护
FR3
M7过载保护
KM1
接触器
CJ10-150150A380V
UF1通/断电
KM2
CJ10-1010A380V
UF2通/断电
KM3
M2电机通/断电
KM4
M3电机通/断电
KM5
UF3通/断电
KM6
CJ10-55A380V
M5正转
KM7
M5反转
KM8
M6正转
KM9
M6反转
KM10
M7通/断电
KM11
CJ12-250250A380V
电源总开关
KM12
UF4通/断电
QF1
空气开关
DZX10200A380V
隔断电源
QF2
DZ520A380V
QF3
QF4
QF5
QF6
QF7
DZ10250A380V
QF8
FU1
熔断器
RL1-200200A380V
总电路保险
3
FU2
RL1-6020A380V
左右刀架电路保险
FU3
RL1-1510A380V
垂直刀架电路保险
FU4
RL1-154A380V
横梁松紧电路保险
FU5
RL1-1515A380V
横梁上升电路保险
FU6
油泵电路保险
FU7
RL1-153A380V
磨头电路保险
FU8
刨台主拖电路保险
UF1
变频器
三菱FR-A740-75-CHT
M1的变频调速
UF2
M2、M3的变频调速
UF3
M4的变频调速
UF4
M8的变频调速
SB1-SB20
按钮开关
LA2
手动开关
21
SQ1-SQ10
行程开关
LX19-131
作限位开关使用
25
KAP
电流继电器
定做
夹紧故障保护
信号灯
ZSD-388W
信号指示
9
（表1）
2.工作台变频调速及PLC控制
2.1工作台运动及调速要求
步进
中速前进
正向减速
步退
高速退刀
后退减速
行程
前进速度
后退速度
t1
t2
t3
t4
t5
t6
图2
主运动是指工作台的往复运动，进给运动是指刀架的进给，辅助运动是调整刀具运动（如横梁的夹紧与放松、横梁的上升与下降、刀架的快速移动与抬刀等）。
B2012A型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，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，如图1所示。
图中：
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段为刨削段，刨台加速至正常的刨削速度
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段为步退返回段。
t5返回过程中，刨刀不切削工件，为节省时间，提高加工效率，返回速度应尽可能高些。
t6段为缓冲区。
返回行程即将结束，再反向到工作速度之前，为减小对传动机械的冲击，应将速度降低，之后进入下一周期。
2.2工作台调速方案
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。
a低速区
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。
b.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。
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。
图3负载机械特性
主拖动机组电动机M1控制电路
由交流电动机M1拖动直流发电机G和励磁发电机GE组成主拖动机组，其控制电路如图6（c）所示。
其中33区中的按钮SB2为交流电动机M1的启动按钮；
按钮SN1为交流电动机M1的停止按钮。
当需要主拖动电动机M1拖动直流发电机G和励磁发电机GE工作时，按下33区中的主拖动交流电动机M1的启动按钮SB2，33区中的接触器KM1线圈、35区中的时间继电器KT2线圈、36区中的接触器KMY线圈通电吸合，主拖动交流电动机M1的定子绕组接成Y接法降压启动，被拖动的直流励磁发电机CE利用剩磁开始发电。
接触器KM2通电闭合自琐，其在20区中的主触点闭合，接通交流电动机M2、M3的电源，交流电动机M2、M3分别拖动电机放大机AG和通风机工作。
同时接触器KM△通点闭合。
此时接触器KM1和接触器KM△的主触点将交流电动机M1的定子绕组接成△接法全压运行，交流电动机M1拖动发电机G和励磁发电机GE全速运行，完成主拖动机组的启动控制过程。
工作台自动循环控制电路分为慢速切入控制、工作台工进速度前进控制、工作台前进减速运动控制、工作台后退返回控制、工作台返回减速控制、工作台返回结束并转入慢速控制等。
2.3工作台电气控制输入、输出确定（见表2）
代号
输入点编号
SB1
电动机M1启动按钮
X1
SB2
电动机M1停止按钮
Y0
SB8
工作台步进启动按钮
X2
SB10
工作台自动循环停止按钮
Y2
SB9
工作台自动循环启动按钮
X3
SB11
工作台后退自动循环按钮
Y4
SQ1
工作台前进减速行程开关
X11
SQ3
工作台后退减速行程开关
Y5
SQ2
工作台前进换向行程开关
X14
SQ4
工作台后退换向行程开关
SQ5
工作台前进限位行程开关
X4
SB13
工作台变频器启动按钮
SQ6
工作台后退限位行程开关
X5
SB14
工作台变频故障按钮
HL1
工作台运行指示
HL2
工作台故障指示
RL
工作台低速
RM
工作台中速
RH
工作台高速
STF
工作台前进
HL3
主电路通电显示
Y7
工作台变频器通电
Y6
STR
工作台后退
Y10
表2
2.4工作台电气控制接线图
2.5工作台PLC电气控制程序
工作台自动循环控制主要由安装在龙门刨床工作台侧面上的四个撞块A、B、C、D按一定的规律撞击安装在机床床身上的四个行程开关ST1、ST2、ST3、ST4，使行程开关ST1、ST2、ST3、ST4的触点按照一定的规律闭合或断开，从而控制工作台按预定运动的要求进行运动。
3.刀架变频调速及PLC控制
3.1刀架运动及调速要求
在龙门刨床上装有左侧刀架、右侧刀架和垂直刀架，分别由交流电动机M7、M6、M5拖动。
各刀架可实现自动进给运动和快速移动运动，由装在刀架进刀箱上的机械手柄来进行控制。
刀架的自动进给采用拨叉盘装置来实现，拨叉盘由交流电动机拖动，依靠改变旋转拨叉盘角度的大小来控制每次的进倒量。
在每次进刀完成后，让拖动刀架的电动机反向旋转，使拨叉盘复位，以便为第二次自动进刀作准备。
3.2刀架调速方案
刀架控制电路由自动进刀控制、刀架快速移动控制电路组成。
用两个变频器对水平刀架和垂直刀架进行调速。
3.3刀架电气控制输入、输出确定（表3）
X12
Y12
SB3
垂直刀架快退启动
X22
SB4
左刀快退启动
Y13
SB5
右刀快退按钮
X24
SQc
垂直刀自动控制行程开关
Y15
SQz
左刀自动控制行程开关
X23
SQy
右刀自动控制行程开关
Y17
SA1
仅垂直刀动转换开关
X25
SA2
仅左刀动转换开关
Y14
SA3
仅右刀动转换开关
X27
SA4
仅左右刀动转换开关
Y16
SQ11
垂直刀限位行程开关
X26
SQ13
右刀限位行程开关
Y23
SQ12
左刀限位行程开关
X30
SB16
垂直刀变频器故障按钮
Y30
SB17
左右刀变频器故障按钮
X21
主电路通电
Y24
垂直刀架前进
X20
垂直刀架后退
Y26
左刀架前进
左刀架后退
Y27
右刀架前进
右刀架后退
左抬刀
Y25
右抬刀
垂直刀抬刀
3.4刀架电气控制接线图
3.5刀架PLC电气控制程序
4.横梁及辅助运动控制
4.1横梁运动形式及拖动方式
横梁沿着立柱作上下移动，靠M2电动机拖动
4.2油泵控制
4.3铣磨头变频调速控制方案
铣磨头做旋转运动，分为正转运动和反转运动
4.4横梁及其它辅助运动控制接线图及程序
6（d）
在图6（d）中，50区总共的按钮SB6为横梁上升启动按钮；
51区中的按钮SB7为横梁下降启动按钮；
53区中的行程开关ST7为横梁上升的上限位行程保护行程开关；
55区中的行程开关ST8和ST9为横梁下降的下限位保护行程开关；
52区和59区中的行程开关ST10为横梁放松及上升和下降动作行程开关。
横梁的上升控制。
当需要横梁上升时，按下50区中的横梁上升启动按钮SB6，中间继电器K2线圈通电闭合，接触器KM13通电闭合并自锁。
横梁放松、夹紧电动机M9通电反转，使横梁放松/
此时，行程开关ST10在59区中的常闭触点断开，接触器KM13失电释放，横梁放松、夹紧电动机M9停止反转。
行程开关ST10在52区中的常开触点闭合，接触器KM10通电闭合，交流电动机M8正向运转，带动横梁上升。
当横梁上升到要求高度时，松开衡量上升启动按钮SB6，接触器KM10线圈失电释放，横梁停止上升。
继而接触器KM12闭合，交流电动机M9正向启动运转，使横梁夹紧。
然后行程开关ST10常开触点复位断开，59区中的行程开关ST10常闭触点复位闭合，为下一次横梁升降控制作准备。
横梁下降控制。
当需要横梁下降时，按下51区中的横梁下降启动按钮SB7，中间继点器K2线圈通电闭合，接触器KM13通电闭合并自锁。
横梁放松、夹紧电动机M9通电反转，使横梁放松。
当横梁放松后，行程开关ST10在59区中的常开触点闭合，接触器KM11通电闭合，横梁升降电动机M8反向运转，带动衡梁下降。
当横梁下降到要求高度时，松开横梁下降启动按钮SB7，衡量停止下降。
接触器KM12接通横梁放松、夹紧电动机M9的正转电源，交流电动机M9正向启动运转，使横梁夹紧。
继而接触器KM10通电闭合，电动机M8启动正向旋转，带动横梁作短暂的回升后停止上升，然后横梁的进一步夹紧。
5.课程设计总结
5.1龙门刨床电气控制改造意义与可行性分析
工作方式：
在B2012A改造前，工作时，直流发电机组一直处于运行状态，特别是在工作间隙、测量工件时等，白白消耗大量的空载能量。
改造后，龙门刨床只是在工作台运动时才消耗能量，并且在轻载时变频器自动节能。
进线电流：
在改造前，大刨切削45号钢坯时，吃刀深度10mm，进刀量为1mm，检测进线电流为50A。
改造后，同样加工条件下，进线电流仅为15.5A。
环境改善：
改造前，发电机组工作时噪音严重，可达80dB。
改造后，检测噪音为70dB，大大改善了工作环境，利于操作工人的身心健康。
占地面积：
改造前，机组占地面积大，现在改造后仅为原来的10%。
机床维修：
改造前，机床维修量大，并且难以修理，特别是励磁发电机不发电故障。
改造后，由于变频器控制柜集中，基本上不出大的故障。
机床运行：
改造前，由于原B2012A机床年久失修，各处性能大不如最初，换向惯性大。
改造后，采用了先进的矢量控制，从性能、稳定性上超过原来，换向惯性小，反向快速响应。
5.2龙门刨床电气控制改造效果和解决的主要问题
变频器的正反转由继电器K1、K2控制，速度的切换由继电器K3、K4完成。
变频器故障报警输出触点（30A、30C触点）用于立即停止高速计数器运行，并由指示灯HR指示。
变频器具有多段速度设定功能，当K3、K4两个继电器触点都
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