T68卧式镗床PLC改造实训报告.docx

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T68卧式镗床PLC改造实训报告

T68卧式镗床PLC改造实训报告

一、课程设计目的

通过本课程设计，学生能运用电气控制与PLC课程中的基本理论和实践知识，充分了解设计题目的技术要求和系统控制流程，在此基础上，通过查阅资料，拟定设计方案，自行设计硬件接线图和控制程序设计，并且在相关实验设备上进行调试修改，指导控制程序能成功运行。

通过课程设计，使学生能够将理论知识与实践相结合，提高分析能力和设计能力。

1．掌握硬件系统设计的基本方法

使学生掌握根据电气控制设备的工艺要求，查找相关资料，选择电气元件进行硬件系统的设计，并且学会在相关设备上正确进行硬件连接。

2．掌握控制程序设计的基本方法

能够根据设计题目的要求设计吃工作状态流程图，深入理解和掌握指令系统，并且利用指令进行编程，同时借助相关实验设备进行模拟调试。

遇到问题能够分析原因，并针对问题的原因采取相应的方法解决问题。

二、课题内容：

每位学生在以下课题中选一个项目作为课程设计内容：

（1）、C650车床电气控制系统

（2）、T68镗床电气控制系统

（3）、X62W万能铣床电气控制系统

（4）、生活水泵泵恒压供水电气控制系统

（5）、M7475B平面磨床电气控制线路

（6）、

三、课题要求：

1．根据选定的图纸，读懂电气控制电路图纸，在AUTOCAD或visio中画出图纸。

2．采用PLC控制方式改造原有电路，使之符合原有的功能，完成硬件设计和软件设计，并进行调试。

3.完成课程设计说明书，说明书中应该包含电气控制原理图的基本原理，实现的功能，PLC控制系统的硬件设计和软件实现的说明，并说明设计过程。

4.上交时应包括每一位同学的电气控制电路图纸和PLC硬件接线图纸的电子稿、软件设计的电子稿和课程设计的说明书。

四、T68卧式镗床工作原理分析（如图1）

1-支承架2-后立柱3-工作台4-主轴5-平旋盘6-径向刀架7-前立柱8-主轴箱9-床身10-下滑座11-上滑座

图1

说明：

T68卧式镗床的结构主要由床身、前后立柱、镗头架、工作台、尾架台等部件组成。

在床身的一端固定有前立柱，前立柱的垂直导轨上装有镗头架，镗头架可沿导轨垂直移动，镗头架中装有主轴部件、主轴变速箱、进给箱及操纵机构等部件。

刀具固定在镗轴前端的锥形孔里，或装在花盘的刀具溜板上。

在床身的另一端装有后立柱，后立柱可沿床身导轨做纵向的左右移动。

后立柱的垂直导轨上安装有尾架，用来支撑镗杆的末端，尾架随镗头架同时升降，保证两者的轴心在同一直线上。

下溜板可沿床身中部的导轨做纵向的左右移动，上溜板可沿下溜板上的导轨作横向的前后移动，工作台相对于上溜板可作回旋运动。

2-2．性能特点：

（1）机床及其主轴系统具有较高的钢性，能满足具有多种不同转速的加工要求。

（2）主电动机具有足够的功率。

（3）机床的主轴变速和进给的变速范围大，有较高的生产能力。

　（4）机床上采用了选择式单手柄变速操纵装置。

此外还采用了慢速冲击装置，以便于齿轮能顺利地啮合，从而使机床在开动中能迅速地变换主轴转速和进给量。

　　（5）不许同时开动的机构都设有互锁装置。

　　（6）拉或推操纵杆，就能使各移动部件作双向的快速移动，此时并不需搬动进给换向手柄。

　　（7）各运动机构的操纵位置集中，所以操纵简便，在机构进给时只要先操纵手柄，再按下操纵杆即可分别获得主轴或主轴箱工作台纵、横向等不同两个方向上的机动进给。

　　（8）各运动部件的夹紧是用单手柄操纵的，操作简便，减少了辅助工时。

2-3．用途：

（1）T68卧式镗床是万能性的机床，适用于机器制造业的各种孔和平面的加工。

特别适用于加工黑色金属零件。

（2）T68卧式镗床上具有平旋盘径向刀架，能镗削尺寸较大的孔和平面。

　（3）T68卧式镗床还可以单独的或借增加一定的工艺装备，在各种大、中型零件如变速箱、减速箱及曲轴箱体等进行精度较高的钻、镗、扩及铰孔等工作。

　（4）主轴的钢性较强，除使用平旋盘进行铣削外，还可以在主轴上安装铣刀来进行铣削。

　（5）机床备有常用的附件，其中包括加工螺纹用的附件。

2-4．动作分析：

（1）主运动：

镗轴和花盘的旋转运动

（2）进给运动：

镗轴的轴向进给运动，花盘的径向进给运动，镗头架的垂直进给运动，工作台横向、纵向进给运动。

（3）辅助运动：

工作台的旋转运动，后立柱的水平移动，尾架的垂直移动

说明：

在工作时，镗轴一面旋转一面沿轴向作进给运动，而花盘只能旋转，装在其上的刀具溜板可作垂直于主轴轴线方向的径向进给动作。

镗轴和花盘主轴分别有各自的传动链传动，因此镗轴于花盘可独自旋转，也可以不同转速同时旋转。

2-5．电气控制：

（1）主电机：

拖动主运动和进给运动

要求：

a）直接启动

b）可逆运行

c）反接制动

d）变极调速

e）点动控制

f）变速冲动（反复）

（2）快速移动电机：

拖动镗床各部分，缩短调整工件和刀具间相对位置的时间。

要求：

a）直接启动b）可逆运行

说明：

主电机低速时直接起动，高速时先低速启动，延时后转为高速运转。

为了确保制动准确，迅速，设电气制动环节。

工作台或镗头架的自动进给与主轴或花盘刀架的自动进给设联锁。

由于镗床运动较多，故有必要的连锁保护以及过载和限位保护。

为便于变速时齿轮的顺利啮合，设有低速冲动环节。

2-6．原理图

根据T68镗床的结构、功能特点和电气控制要求，设计电气原如图2：

电气原理设计思路概述：

2-6-1．主电路设计概述：

主电机M1的正反转由接触器KM1和KM2控制，接触器KM3的主触点和制动电阻R并联，当M1起动和运行时，KM3通电吸合，将电阻R短接，反接制动时KM3通电释放，主电路中有两相串入电阻R进行制动停车。

KM6与KM7和KM8的主触点控制定子绕组联结来选择主电机M1的高、低、转速。

KM6通电吸合时，定子绕组三角形联结，低速。

KM7和KM8通电吸合时，定子绕组双星形联结，

图2

高速。

热继电器FR做M1的长期过载保护。

快速移动电机M2用KM4和KM5做正反转控制。

用FU2做短路保护。

因M2是短时工作，因此不加过载保护。

2-6-2．控制电路设计概述：

各行程开关名称及作用：

SQ9：

高低速行程开关（闭合为高速，断开为低速）

SQ1、SQ3：

变速行程开关（变速时断开，未变速时闭合）

1．主电机M1的可逆运行控制设计：

（假设为低速，SQ断开）

1）原理：

改变通电相序。

2）执行元件：

SB1（正转），SB2（反转）。

3）过程分析：

3-1）正转：

按下SB1，中间继电器KA1通电吸合并自锁，触电动作，使KM3通电吸合（SQ1、SQ3闭合）.KM3的主触点动作，使R短接。

保证M1在全压下直接启动。

同时KM3的辅助触点闭合，触点KA1闭合，使接触器KM1通电吸合，触点KM1闭合，使接触器KM6通电吸合。

这样，主电路中KM1、KM3、KM6主触点闭合，电动机M1在三角形接法下正向全压直接启动（低速运行）.

3-2）反转：

按下SB2中间继电器KA2通电吸合并自锁，触电动作，使KM3通电吸合（SQ1、SQ3闭合）.KM3的主触点动作，使R短接。

保证M1在全压下直接启动。

同时KM3的辅助触点闭合，触点KA2闭合，使接触器KM2通电吸合，触点KM2闭合，使接触器KM6通电吸合。

这样，主电路中KM2、KM3、KM6主触点闭合，电动机M1在三角形接法下反向全压直接启动（低速运行）

2．主电机M1的变极调速控制设计

1）原理：

改变磁极对数。

2）执行元件：

SQ9（通过机械控制实现闭合或断开）

3）过程分析：

3-1）低速：

低速时，SQ9断开。

电动机定子绕组被接成三角形。

正反转控制如上所述。

3-2）高速：

设计原则：

高速时先低速启动，延时后转为高速运转。

高速时，SQ9闭合，按下启动按钮后，在KM3通电的同时，KT也通电吸合，电动机在三角形接法下低速启动并经一段时间的延时后，触点KT断开，KM6断电释放，触点KT闭合，KM7与KM8通电吸合。

主电路中KM6和KM7与KM8分别动作，使M1定子绕组改接成双星形，高速运转。

实现电动机按低速档启动再自动转接成高速档运转的自动控制，降低启动时的机械冲击的损耗。

主电机M1的点动控制设计

1）原理：

不要自锁。

2）执行元件：

SB3（正转）,SB4（反转）。

3）过程分析：

3-1）正转：

按下点动按钮SB3，KM1和KM6通电吸合，M1定子绕组串入R联结成三角形低速启动，松开SB3后，电动机自然停车，实现电动控制。

3-2）反转：

按下点动按钮SB4，KM1和KM6通电吸合，M1定子绕组串入R联结成三角形低速启动，松开SB4后，电动机自然停车，实现电动控制。

4．主电机M1的反接制动和停车设计

1）原理：

由于系统惯性较大，制动要求迅速且不频繁。

故采用电源反接制动

通过改变电动机的通电相序，达到制动的目的。

由于电源反接制动时，转子和定子旋转磁场的相对速度接近于2倍的同步转速，以致使反接制动电流相当于全压启动时启动电流的2倍。

为防止绕组过热和减小制动冲击，设计在电动机定子电路中串入反接制动电阻R。

此外，根据电源反接的机械特性，当电动机转速接近零时应及时切断三相电源，否则，电动机将会反向启动。

为此，设计在控制电路中用速度继电器KS进行自动控制。

2）执行元件：

SB6，KS（自动控制）。

3）过程分析（假设为正转）：

当电动机在运行时，KS的正向动合触点KS-1（21-25）闭合。

按下SB6，触点SB6断开。

KA1，KM1，KM3，KM6（高速时为KA1，KM1，KM3，KM7，KM8，KT）相继断电。

同时触点SB6闭合，使KM2通电吸合并自锁，使KM6通电吸合。

电动机M1在三角形接法下串入电阻R反接制动。

当电动机转速下降到KS的复位转速时，触点KS-1断开，使KM2断电释放，触点KM2断开，使KM4断电释放。

主电路中KM2、KM4主触点断开，切断电动机的三相电源，防止反向启动。

反接制动结束，电动机自由停车至零。

主电机变速冲动控制设计

1）原理：

设变速冲动环节是为了便于变速时齿轮的顺利啮合。

由于镗轴的变速是通过操纵盘的操作手柄实现。

为减少能耗，在拉出操作手柄后应使电动机的转速下降，设计一反接制动环节来实现。

在推入操纵杆时，如果齿轮顶住手柄而推合不上时，就需要电动机间隙地启动和反接制动，使电动机M1处于低速运行状态，以利于变速齿轮的啮合。

在齿轮啮合好后，变速操纵手柄推回原位，此时让电动机正常启动运转。

2）执行元件：

由于变速时通过机械操作实现，因此，设有行程开关来发出电信号。

各行程开关名称及作用如下：

SQ1、SQ2：

主运动变速行程开关。

SQ1：

拉出手柄时动作；SQ2：

推入手柄时动作。

SQ3、SQ4：

主运动变速行程开关。

SQ3：

拉出手柄时动作；SQ4：

推入手柄时动作。

3）过程分析（镗轴）：

拉出手柄时，触点SQ1不再被压，触点SQ1断开，KM3、KT断电释放，触点KM3断开，使KM1断电，电动机M1处于自然停车状态。

同时触点SQ1闭合，此时电动机在惯性作用下转速仍很高，KS正向触点KS-1断开，KS-1闭合，使KM1断电，KM2通电，电动机反接。

KT的断电使KM4通电，KM5断电，使电动机定子绕组接成三角形。

电动机M1串电阻反接制动，转速迅速下降。

推入手柄时，若齿轮顶住手柄。

将压下SQ2，触点SQ2闭合。

当电动机转速下降到KS的复位转速时，触点KS-1断开，触点KS-1闭合，KM1通电，KM2断电，电动机串电阻正向启动，转速重新上升。

转速上升到KS的动作转速时，KS-1闭合，KS-1断开，KM1断电，KM2通电电动机串电阻反接制动，转速迅速下降。

转速下降到KS的复位转速时，M1又正向启动。

这样间隙地启动和反接制动，使电动机处于低速运转状态，有利于变速齿轮的啮合。

当齿轮啮合好后，SQ1重被压下，SQ2不受压，KM3通电，使KM1也通电，电动机便在新的转速下重新启动运转。

进给运动变速时工作情况与镗轴变速相同，但是与其对应的行程开关是SQ3、SQ4。

快速电动机M2可逆运行的控制设计

1）原理：

快速移动电机用来拖动镗床各部分，缩短调整工件和刀具间相对位置的时间。

在操作时通过操作手柄来控制。

因此，设计使用行程开关来转变信号。

2）执行元件：

SQ7：

正向快速移动行程开关

SQ8：

反向快速移动行程开关

3）过程分析：

手柄在“正向”的位置时，SQ7被压下，KM6通电，使M2正转，拖动机床进给机构快速正向移动。

手柄在“反向”的位置时，SQ8被压下，KM7通电，使M2反转，拖动机床进给机构快速反向移动。

连锁保护设计

由于T68镗床运动部件较多，为防止机床或刀具损坏，保证主轴进给和工作台进给不能同时进行。

设计用SQ5和SQ6来进行连锁保护。

SQ5和SQ6的动断触点并联后串接在控制电路中，当工作台和镗头架自动进给手柄扳到自动进给位置时，SQ5被压下，触点断开；当镗轴和花盘刀架自动进给手柄扳到自动进给位置时，SQ6被压下，触点断开。

无论哪种都会使控制电路被切断，使机床不能工作。

实现连锁保护。

5、T68卧式镗床PLC改造

1.按照其电器原理所写梯形图为（如下截图）：

2.外部接线图：

6、总结：

参考质料：

PLC电气控制技术/漆汉宏主编机械工程出版社，2006.12（2011.1重印）

成绩评定细则：

1．上课出勤及迟到、早退情况（10分）…………（）分

2．图纸（20分）…（）分

3．硬件设计（20分）…………（）分

5．设计实现性或模拟调试（30分）…………（）分

6．课程设计报告书（20分）…………（）分

最终给定成绩：

五级制成绩：

优良中及格不及格

教师签名