完整版半自动轴承圈内圆磨床毕业设计论文.docx
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完整版半自动轴承圈内圆磨床毕业设计论文
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毕业设计（论文）
题 目:
半自动轴承圈内圆磨床
专
论文摘要
随着高速磨削和强力磨削工艺的发展，进一步提高了磨削的效率。
因此，磨床的使用范围日益扩大，在金属切削机床中占的比重不断上升，在工业发达国家占金属切削机床的13%~27%。
目前，我们对轴承加工设备，尤其是高精度、高效率、高可靠性的轴承磨床需求量十分庞大。
轴承，作为机械工业的基础件，其加工设备的重要性非常突出。
本文介绍了如何用可编程序控制器与磨床结合起来，对3MB2024型半自动轴承套圈内圆磨床的电气系统进行设计，它包括了硬件及软件的设计。
对目前在工业生产中大量使用此类设备都具有很好的参考价值。
关键词：
磨削机床轴承可编程序控制器内圆磨床
Abstract
Alongwithourcountrymachineequipments,carindustryetc.professionoffastdevelopment,alsoalongwithourcountryautomationtechniqueofexaltation,automationfactoryalsotopanewofstep,thePLCbeonenewlyarisenofindustrycontroller,withitsphysicalvolumesmall,thefunctionbewell-found,thepricebecheap,credibilityGaoDeng3,.
Inthemeantime,weprocessanequipmentstothebearings,particularlyisaGaoaccuracy,pieceofmachineindustry,itprocesstheimportanceofequipmentsveryoutstanding.
Thistextintroductiondesign,itincluded.Rightnessagreatdealofcurrentlyintheindustrytheproductionusagethiskindtheequipmentsall。
2.3机床的传动系统概述
2.3.1传动系统的分类
本机床的传动系统由机械、液压和电气三部分组成,以实现机床的工作。
1.机械传动系统
（1）砂轮的运动
砂轮的旋转由带传动砂轮轴带动,砂轮轴由电动机经皮带轮,多楔橡胶带带,砂轮座装在工作台上,作往复运动。
（2）工作台的运动
工作台的振荡,由直流电动机经三角皮带传至振荡机构,再由振荡机构传动给工作台,实现工作台的振荡,工作台大行程运动由工作台油缸来实现。
（3）工件的运动
工件的旋转,由双速电动机经三角皮带传动,三级轮可得到六级转速。
工件的进给,由斜楔杠杆传动来得到。
工件的补偿,由补偿箱经丝杠达到。
（4）修整的运动
砂轮修整器装在进给滑板上,可作倒抬运动,并有尺寸调整机构,以调整尺寸。
2.液压传动
（a）液压传动---利用液体压力能实现运动和动力的传动方式。
（b）液压传动系统的概述:
液压传动系统简称液压系统，是由液压能源，执行元件，控制元件和辅助元件等组成，以完成一定动作的系统。
（1）液压用油:
本机床液压系统采用普通液压油，油的运动粘度在13.5~50.6mm2S之间。
由于环境温度对油的黏度影响较大，因此建议在通常情况下采用YA-N32普通液压油，当环境温度在10。
C以下时采用YA-N15普通液压油。
环境温度在30。
C以上采用YA-46普通液压油。
液压油应保持清洁，无污物、水分等，要定期进行检查和更换新机床的液压油在使用1500h后就需更换，同时清洗油箱和管道。
以后每使用3000h左右更换新油。
加新油时需用滤油车进行过滤后才能使用。
如环境条件较好（温差小，清洁等），可适当延长液压油的使用期，一般可在5000h左右。
反之则应缩短其使用期。
为净化油箱的液压用油，在油箱上设置了加油和泄油的过滤装置。
加油时将油箱盖板上的TY65B加油滤气器标有注油的盖取下，将经过滤的油从加油器内注入油箱，将油加至油标上限位置，然后将注油盖旋好，注油盖内装有微孔塑料，由此将经过滤的空气吸入油缸内，维持油箱内的压力与大气压力平衡，以避免油泵可能出现的空穴现象。
床身贮油面内的油，通过管道进入FCu-40*180Z分水磁性过滤器，床身内的泄油首先经FCu-40*180Z将杂质和水分过滤后通过接头将清洁的油液流入液压油箱。
如发现过滤器内水分过多应卸下将水分清除，然后再行装上。
油泵吸油口装有过滤黏度为250um的网式滤油器。
为保持油泵及系统中液压元件的经久耐用，该过滤器也应经常清洗，一般在工作了1500h后需清洗一次。
如堵塞严重则应调换滤油器。
（2）传动调压:
本机床采用齿轮油泵，通过两只溢流阀串联获得P1和P2两种压力。
P1压力为控制磨床进出和进给系统，压力总值可在调压装置将压力表开关放至P1位置，即可表示系统压力P1的值。
观察完毕将手把旋至“0”位，使压力表复零，P2压力控制砂轮修整等动作。
调压在标有P2的溢流阀进行调整，通过压力表开关旋向F2即可得出P2的值。
为促使压力表的使用寿命及其完好无损，在压力调整结束后，应将压力表开关旋向“0”位，使压力表复零。
（c）机床的动作
（1）磨架运动
——磨架手动
当液压开关阀至开的位置，工作台往复油缸两腔同时接通压力油，使油缸两腔压力相等。
转动凸轮手把，将工作台的齿轮与齿条吻合，摇动手轮，就可使磨架作纵向运动。
——磨架液动
当液压开关阀扳至“开”的位置，工作台往复油缸的两腔油路的改变，是通过电磁阀YV2a及YV2b来控制。
磨架的速度通过电磁阀YV1来控制工作台油缸的回油，以获得磨架所需的快速及修整速度，两种速度可由装在机床正面的左边节流阀进行无极调速。
本机床采用振荡磨削，震荡机构连接在工作台往复油缸的活塞杆上，由振荡机构带动磨架来完成磨削工作。
而工作台往复油缸主要是完成磨架进退及修整砂轮的工作。
当电磁阀YV2a通电，磨架带动砂轮进入工件，由振荡机构带动磨架进行磨削，此时工件台往复油缸和活塞之间没有相对运动，其振荡频率由振荡电机的转速来决定，振幅的大小由振荡机构的偏心套来调整，所以振荡动作可不受液压系统中油液阻尼等影响，待磨削结束后，电磁阀YV2a,YV2b通电，砂轮退出工件，调整行程开关的位置，使电磁阀YV2a,YV2b断电，使磨架实现中停，减少空行程，缩短辅助时间，提高单件效率。
本机床工作台往复油缸具有两个方向的缓冲，设有自动排气装置，在工作中系统内有时会将空气带入工件往复油缸，可能会使磨架在低速时产生自爬行，此时应及时排除工作台往复油缸内的空气，排气时可将磨架退至油缸的极限位置，使油缸两腔接通，就能将油缸内的空气自动排除。
工作台往复油缸退至极限位置时设有缓冲装置，可使磨架退到底时的速度由快减慢，直到停止。
振荡机构与工作台往复油缸的活塞杆连接当需要磨削时工件台往复油缸带动工作台向左（工件方向）运动，左行接近极限位置时，工作台往复油缸的主回槽由活塞遮盖，此时工作台往复油缸的回油经分流缓冲器中的节流回油池，调节该节流阀就能调节磨架到达振荡磨削位置的速度，使振荡机构与磨架缓慢接触，避免撞击。
在缓冲分流器上设有单向装置，使工作台往复油缸在反向时迅速启动，以减少不必要的辅助时间。
（2）工件进给运动
本机床的进给运动由进给油缸通过斜楔—杠杆传动滑板，带动工件来完成的，当需要进给时，由电磁阀YV9通电，使装在杠杆上的快跳油缸上腔通压力油，使杠杆跳向斜楔，其跳进速度可由装于管道中的L1-6进行调节，快跳结束，进给油缸开始动作。
进给油缸由电磁阀YV10，YV11,YV12组合控制使其获得磨削时所需的快进、快退、粗精和无进磨削的要求。
电磁阀YV10和YV11通电，进给油缸两端通压力油，由于差动使活塞快速运动，其运动的速度可由装于进给电磁阀的板上节流螺钉进行调节，此时连在进给油缸活塞杆上的斜楔随之快速运动，使杠杆顶端与斜楔压住。
并使杠杆环绕支点旋转，进给丝杆向前，使工件快速向砂轮靠近。
在进给油缸的座子上还装有可预先按磨削要求调整的挡杆和行程开关，当快进结束，粗磨讯号哦发出，电磁阀YV10断电，YV11,YV12通电，进给油缸的进油量通过粗进节流阀进入油缸使工件按粗磨速度进行磨削，粗磨结束后，无进给讯号发出，此时电磁阀YV10,YV11,YV12都处于断电状态，进给油缸两端都接通回油，使其处于停止实现无火花磨削，无进给延时结束，精磨开始，除电磁阀YV12通电外，其余均为断电状态，这是因为当精磨结束后只有一个电磁阀有切换动作，可使油路变化不大，减少系统的冲击，油路切换平稳，从而起到使最后精加工质量的保证作用。
粗进、精进均可通过装在正面的节流阀手把进给无极调速。
精磨无进给结束，电磁阀YV9断电，回跳油缸压力油消失，藉弹簧之力使杠杆脱开斜楔，由于回跳油缸上腔接通单向阀，其油液很快流回油池，使其复位，作好下次跳进的准备。
工件跳离砂轮之后，电磁阀YV10通电，YV11,YV12断电，进给油缸大腔直通回油，快速退回。
进给补偿由电磁阀YV8控制补偿及返回两油缸实现，电磁阀YV8通电，压力油通往补偿油缸，补偿油缸的行程可由螺母来进行调整电磁阀YV8通电一次，作定量补偿一次，当电磁阀YV8断电后，补偿油缸接通回油，补偿返回油缸将补偿机构返回，作好下一次补偿的准备。
（3）砂轮修整
本机床砂轮修整有计数修整和自动循环中每次修整两种方式。
砂轮修整器的倒抬动作由YV4控制，电磁阀YV4通电，砂轮修整器倒下，此时磨架应辅以修整速度作纵向运动。
电磁阀YV4断电，砂轮修整器抬起，为使砂轮修整平稳可靠，动作迅速，在电磁阀的两出口装有L1-6单向节流阀进行速度调节。
（4）仪表测量
仪表架进出由电磁阀YV5控制，进出的速度可分别由L1-6进行回油节流。
（d）液压传动系统的特点:
（A）具有一定压力的液体来传动。
（B）传动过程中必须经过两经能量转换。
（C）传动必须在密封容器中进行,而且容积要进行变化,是机械能量转换为液压与气压能必要的条件。
（e）液压传动系统的辅件:
液压传动系统辅件主要包括:
密封元件,油箱,油管和管接头,滤油器和蓄能器等,从液压传动的原理看，这些元件是辅助作用。
但它们对保证液压传动系统有效地工作和一定的工作性能却至关重要。
油箱:
油箱的基本功能是储存液压传动系统的工作液体，同时兼有散热、沉淀杂质、分离混入的水、气等作用。
3.电气传动
电气传动包括了系统的硬件设计，软件设计，将在后续内容讲述。
第3章3MB2024型机床的硬件系统设计
3.1PLC的介绍
3．1．1PLC的概述
可编程序控制器简称PC，在办公自动化和工业自动化中广泛使用的个人计算机也称为PC，为了避免混淆，现在一般将可编程序控制器简称为PLC。
PLC是以微处理器为基础的新型工业控制装置，是将计算机技术应用于工业控制领域的通用产品。
1.PLC的组成
PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程组成。
2.PLC的特点
（1）编程方法简单易学
（2）硬件配套齐全，用户使用方便
（3）通用性和适应性强
（4）可靠性高，抗干扰能力强
（5）系统的设计、安装、调试工作量少
（6）维持工作量小，维修方便
（7）体积小，能耗低
3.PLC的应用领域
（1）开关量逻辑控制
（2）运动控制
（3）闭环过程控制
（4）数据处理
（5）通信联网
3.1.2PLC的选型
此磨床的PLC模块需要54个输入点，26个输出点。
经查资料知FX2N-128MR可编程序控制器满足。
FX2N-128MR的技术指标：
（1）、FX2N-128MR有64个输入点，64个输出点；继电器输出形式；
（2）、额定电压AC100～240V；
（3）、额定频率5060Hz。
所以选用FX2N-128MR可编程序控制器
3.2系统的硬件设计及IO分配表
3.2.1系统硬件的设计
任何一种继电器系统都有三个部分组成，即输入部分，逻辑部分和输出部分。
系统输入部分由所有行程开关、仪表触点、方式选择开关、控制按钮等组成。
逻辑部分是指由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路。
输出部分包括电磁阀线圈，指示灯和接通各种负载的接触器线圈。
在控制系统中使用PLC就是代替继电器控制系统中的逻辑线路部分。
3MB2024型磨床的电气系统，所有行程开关（SQ0~SQK9，SQ11~SQ13），选择开关（SA1，SA2），控制按钮（SB1~SB6，SB10）等为系统的输入信号；而电磁阀线圈（YV1~YV12，YV2a,YV2b），指示灯（HL3~HL8,HL10）等为系统的输出信号。
其系统的硬件接线图如图3所示：
图3PLC硬件接线图
3.2.2IO分配表
表1IO分配表
输入
元件号
功能
输出
功能
X0
SQ0
测爪进入工件
Y0
磨架进度
X1
SQ1
磨架右限位
Y1
磨架进
X2
SQ2
修整右位
Y2
磨架退
X3
SQ3
修整左位
Y3
修整器倒抬
X4
SQ4
砂轮进入工件
Y4
仪表进
X5
SQ5
进给返回
Y5
润滑
X6
SQ6
快进结束
Y6
补偿
X7
SQ7
粗磨结束
Y7
工件架快跳
X10
SQ8
精磨结束
Y10
进给
X11
SQ9
砂轮进入工件23
Y11
进给
X12
SQ11
跳出复位
Y12
进给
X13
SQ12
砂轮磨损
Y13
工件电机控制
X14
SQ13
新砂轮位压
Y14
磨架振荡
X15
SB2
开车复位
Y15
延时选通
X16
SB5
循环启动
Y16
卡盘激磁
X17
SB6
复位
Y17
测爪收张
X20
SA1
半自动
Y20
光磨
X21
SA1
调整修整
Y21
精磨
X22
SA10
工件电机试转
Y22
粗磨
X23
SA6
磨架振荡
Y23
砂轮磨损
X24
A10
工件毛坯尺寸正常
Y24
卡盘失磁
X25
A11
仪表粗磨完
Y25
新砂轮位
X26
A12
仪表精磨完
Y26
循环启动
X27
A13
仪表尺寸到
X30
SB3
砂轮停止
X31
SB4
砂轮启动
X32
SA3
定程仪表
X33
SA4
返修
X34
SA5
计数修整
X35
SA11
单向修整
X36
SA7
粗进给
X37
SA8
精进给
X40
SB10
补偿
X42
SA12
跳进
X43
SA13
修整器倒
X44
SA14
测爪张
X45
SA16
卡盘激磁
X47
KA10
欠磁保护
X50
X51
X52
X53
X54
X55
X56
X57
X60
X61
X62
X63
X64
X65
X66
X67
3.3机床的工作原理及电路设计
3.3.1机床的工作原理
3.3.2机床的主电路设计
根据电路设计要求，该电路需选用油泵电机、冷却泵、磁性分离器、砂轮电机、工件电机、振荡电机及调速器各一台。
当磨床在电源合闸时，油泵电机、冷却泵及磁性分离器同时工作。
因为当电源合闸时油泵电机启动，磁性分离器工作，在磁性分离器的作用下它将细小的铁削带走，同时卡盘激磁，把工件固定在工作台上，以避免工件的移动而造成工件磨削不到位。
同时也需要冷却泵工作，用冷却液对工件进行冷却。
又因为它们的功率都比较小，所以都用同一个交流接触器控制。
在工作期间它们都设有各自的保护装置。
在手动上好料时，当油泵电机、冷却泵及磁性分离器工作后，砂轮电机、工件电机、振荡电机及调速器才工作。
由于它们的功率都比较大，所以都用不同的接触器控制。
在电路中也装了振荡电机和调速器，它们是为了使工件磨得更标准，所以应用振荡电机来控制，由于工件的大小不一，振荡电机振荡的速度也不一样，因此需要用一台调速器来控制。
其机床的其主电路图如下：
图1
3.3.3机床控制电路设计
当电源合闸时，控制变压器（TC1）工作，将380V电压转换成了110V电压，起了变压和隔离的作用。
当空气开关（FA9）闭合，磨床动作时，各电机转动会产生很大的热量，为了安全和提高电机的使用寿命，因此装了一台风扇进行散热处理。
当按下启动按钮SB2时，电动机保护开关FS1，FS7，FS4，FS5得电闭合，KM1线包得电并自锁，油泵电机、冷却泵及磁性分离器工作。
要使KM2线包得电，就必须使控制继电器KA8得电，工件电机转。
当按下砂轮启动按钮SB4，线包KM3得电并自锁，砂轮电机启动。
按下砂轮停止按钮SB3，砂轮电机停止。
当按下停止按钮SB1，油泵电机，冷却泵、磁性分离器、砂轮电机、工件电机、振荡电机及调速器均不工作。
当空气开关（FA9）得电的同时，KA6得电，卡盘激磁，电磁吸盘吸磁，将工件牢牢的吸在工作台上，避免发生事故及造成不利于工件的磨削。
同时在上面设有欠磁保护（KA10）。
由于所磨削的工件部位为特殊部位，其精度要求很高，用普通的方发是无法满足的，所以在磨床上配有一台测量放大指示议（A1），用以测量工件被磨削的尺寸是否到位。
由于过载指示灯、通电指示灯、照明指示灯以及PLC控制器采用的均是24V直流电供电。
因此在控制电路中需装一个直流稳压电源为其供电。
其机床控制图为：
3.3.4保护环节
1.电动机保护开关FS1、FS4、FS5、FS6、FS7、FR3
它们分别作为油泵电机，工件电机，冷却泵电机，磁性分离器电机的过载保护关，避免流过电机的电流过大，造成电机的烧毁，事故的产生。
2.空气开关FA9、FA10
FA9是控制电路中控制保护开关，对控制电路进行保护，以免大电流通过时，直接对电路产生损坏。
FA10是作为调速器保护开关。
3.FU1是作为卡盘的保护开关，也称为保险丝。
它也是阻止大电流通过，一般它的电流值为2A。
4.KA10是中间继电器具有欠磁保护的作用。
3.4系统工作流程图的设计
3.4.1程序结构
轴承磨削的工艺十分复杂，磨削的方式有多种，其本机床包括半自动、调整、修整三种工作方式，由转换开关进行选择。
本机床主要采用的是振荡磨削，由振荡机构带动磨架来完成磨削工作的。
在三种方式下工作必须满足下列表所示的通断状态：
表2开关方式状态表为：
方式
SA1-1（X1）
SA1-1（X2）
半自动
0
0
调整
0
1
修整
1
1
表2中“0”表示断开，“1”表示接通。
如用二进制表示X1和X2的状态，即为00，01，11三种。
如图3所示，半自动方式时驱动X1，调整方式时驱动X2，修整方式驱动X3。
其工作方式梯形图为：
3.4.2其工作流程图为
3.5电器元件的选型
3.5.1电器元件选型
1．电动机的选型：
电力拖动系统中拖动生产机械运行的原动机，即驱动电机，包括直流和交流电动机两种。
交流电动机又有异步电动机和同步电动机两种。
这里根据需要考虑到：
（1）电动机的机械性能。
如，负载变化时要求转速恒定不变的，就应选用同步电动机。
反之就选择交流异步电动机。
（2）电动机的调速性能。
包括调速的平滑性、调速系统的经济性多方面，都应满足生产机械的要求，如调速性能要求不高的各种机床、水泵、通风机多选用普通三相鼠笼式异步电动机。
（3）电动机的启动性能。
启动转矩要求不高的，例如机床可以选用普通三相鼠笼式异步电动机。
（4）电源。
交流电源比较方便，直流电源一般需要有整流设备。
综合以上几点，本磨床选用三相交流异步电机，油泵电机、冷却泵电机磁性分离器电机、砂轮电机选用普通的三相鼠笼式异步电动机。
振荡电机选用的直流电机。
工件电机选用的是双速异步电动机。
额定转速的选择：
由于各电机完成的功能不一样，其速度也不一样，所以其型号也不一样。
根据本磨床的参数从网上和相关资料上作出以下选型
M1:
V905-4
功率：
110KW速度：
1500r\min
M7:
Y132S2-Z
功率7.5KW速度：
3000r\mi
M4:
YD90L-8\4
功率：
0.45\0.75KW速度：
750\1500r\min
M5:
AB-50
功率：
0.12KW速度：
150r\min
M6:
A025632
功率：
0.18kw速度：
3000r\min
M3:
A025632
功率：
0.335速度：
3000r\min电压：
220v
2.低压断路器的选型：
低压断路器俗称自动开关，可用来分配电能，不频繁地起电动机，对电源电路及电动机等实行保护。
（1）断路器的额定电压和额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压和电流；
（2）断路器的分断能力应大于或等于电路的最大的三相短路电流。
（3）欠压脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压；
（4）过电流脱扣器的额定电流应大于或等于线路的最大负载电流。
所以FS1选:
M6112.5-4A
FS5:
M6110.25-0.4A
FS7:
M6111.6-2.0A
FS4:
M6111.6-2.5A
FS6:
M6110.4-0.63A
QF1:
QZ10-100\32050A
FA9:
DZ5-256A
F10:
DZ5-256A
3、热继电器的选型：
为了充分发挥电动机的潜力，电动机短时过载是允许的，但无论过载量的大小如何，时间长了总会使绕组的温升超过允许值，从而加剧绕组绝缘的老化，缩短电动机的寿命，严重过载会很快烧毁电动机，在本磨床中为了防止电动机长期过载运行，于是在线路中串入按照预定发热程度进行动作的热继电器，以有效监视电动机是否长期过载或短路严重过载，并且在超额过载预定有效值时有效切断控制系统电源，确保电动机安全。
因此，热继电器是专门用来对连续运行的电动机进行过载及断相保护，以防止电动机过热而烧毁的保护电器。
常用的热继电器有JR0、JR10及JR16系列。
（1）选用有断相保护的三个热元件的热继电器作过载和断相保护；
（2）热元件的额定电流等级一般应等于（0.95～1.05）倍电动机的额定电流。
FR3:
（0.95～1.05）*2.5A
FR3选用JR16系列：
JR16-53D；
4.控制按钮的选型：
按钮是一种简单的手动开关，通常用来接通或断开控制电路。
（其中电流很小）从而控制电动机或其他电气设备的运行。
按钮在切换过程中，具有“先断后合”的特点，即总算常闭触点先断开，常开触点后闭合。
我国按钮额定电压为交流500V，直流440V，额定电流大多为5A。
颜色的选择：
红色表示停止按钮；红色蘑菇形表示急停按钮；
绿色表示起动按钮；黄色表示应急或干预；
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