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1 第 1 章 緒論 1 1 選題的目的和意義 由于現(xiàn)代加工技術(shù)的日益提高 對加工機床特別是工作母機的要求也越來 越高 由此人們也將注意力集中到機床上來 數(shù)控技術(shù)是計算機技術(shù) 信息技 術(shù) 現(xiàn)代控制技術(shù)等發(fā)展的產(chǎn)物 他的出現(xiàn)極大的推動了制造業(yè)的進步 機床 的控制系統(tǒng)的優(yōu)劣與機床的加工精度息息相關(guān) 特別是 PLC 廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng) 域后 已經(jīng)顯現(xiàn)出它的優(yōu)越性 可編程控制器 PLC 已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的自 動控制 在機械加工領(lǐng)域 機床的控制上更顯示出其優(yōu)點 由于鏜床的運動很 多 控制邏輯復(fù)雜 相互連鎖繁多 采用傳統(tǒng)的繼電器控制時 需要的繼電器 多 接線復(fù)雜 因此故障多維修困難 費工費時 不僅加大了維修成本 而且 影響設(shè)備的功效 采用 PLC 控制可使接線大為簡化 不但安裝十分方便而且工 作可靠 降低了故障率 減小了維修量 提高了功效 1 2 關(guān)于課題的一些介紹和討論 1 2 1 設(shè)計目標 研究內(nèi)容和擬定解決的關(guān)鍵問題 完成對 T6113 機床的整個控制系統(tǒng)的設(shè)計改造 控制核心是 PLC 并使其 加工精度進一步提高 加工范圍擴大 控制更可靠 研究內(nèi)容 1 T6113 的電氣系統(tǒng) PLC 硬件電路設(shè)計和在機床上的布局 2 PLC 程序的編制 解決的關(guān)鍵問題 PLC 對機床各個工作部分的可靠控制 電氣電路的安全問題 的解決 1 2 2 題目的可行性分析 雖然目前數(shù)控機床以其良好的加工性能得到了人們的肯定 但是其昂貴的 價格是一般用戶望塵莫及的 所以改造現(xiàn)有的機床以達到使用要求是比較現(xiàn)實 的 也是必須的 經(jīng)過實踐證明這樣的改造是可以滿足大多數(shù)情況下的精度和 其他加工要求 并且在實踐中已取得的相當好的效益 2 1 2 3 本項目的創(chuàng)新之處 利用 PLC 作為控制核心 替代傳統(tǒng)機床的繼電器控制 使得機床的控制 更加靈活可靠 減少了很多中間的機械故障的可能 利用 PLC 的可編程功能 使得變換和改進控制系統(tǒng)成為可能 1 2 4 設(shè)計產(chǎn)品的用途和應(yīng)用領(lǐng)域 鏜床是一種主要用鏜床刀在工件上加工孔的機床 通常用于加工尺寸較大 精度要求較高的孔 特別是分布在不同表面上 孔距和位置精度要求較高的孔 如各種箱體 汽車發(fā)電機缸體等零件的孔 一般鏜刀的旋轉(zhuǎn)為主運動 鏜刀或 工件的移動為進給運動 在鏜床上除鏜孔外 還可以進行銑削 鉆孔 擴孔 鉸孔 锪平面等工件 因此鏜床的工作范圍較廣 它可以應(yīng)用于機械加工的各 個領(lǐng)域 但因其價格比一般機床貴好多 所以在比較大的加工車間才可見到 1 3 電氣控制技術(shù)的發(fā)展 電氣控制技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展 生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求而 迅速發(fā)展的 從最早的手動控制到自動控制 從簡單的控制設(shè)備到復(fù)雜的控制 系統(tǒng) 從有觸點的硬接線控制系統(tǒng)到以計算機為中心的存儲系統(tǒng) 現(xiàn)代電氣控 制技術(shù)綜合應(yīng)用了計算機 自動控制 電子技術(shù) 精密測量等許多先進的科學(xué) 技術(shù)成果 作為生產(chǎn)機械的電機拖動 已由最早的采用成組拖動方式 發(fā)展到 今天無論是自動化功能還是生產(chǎn)安全性方面都相當完善的電氣自動化系統(tǒng) 繼電接觸式控制系統(tǒng)主要由繼電器 接觸器 按鈕 行程開關(guān)等組成 其 控制方式是斷續(xù)的 所以又稱為斷續(xù)控制系統(tǒng) 由于這種系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單 價格低廉 維護容易 抗干擾能力強等優(yōu)點 至今仍是機床和其他許多機械設(shè) 備廣泛采用的基本電氣控制形式 也是學(xué)習(xí)先進電氣控制的基礎(chǔ) 這種控制系 統(tǒng)的缺點是采用固定的接線方式 靈活性差 工作頻率低 觸點易損壞 可靠 性差 從 20 世紀 30 年代開始 生產(chǎn)企業(yè)為了提高生產(chǎn)率 采用機械化流水作業(yè) 的生產(chǎn)方式 對不同類型的產(chǎn)品分別組成生產(chǎn)線 隨著產(chǎn)品類型的更新?lián)Q代 生產(chǎn)線承擔(dān)的加工對象也隨之改變 這就需要改變控制程序 使生產(chǎn)線的機械 設(shè)備按新的工藝過程運行 而繼電接觸器控制系統(tǒng)采取固定接線方式 很難適 應(yīng)這個要求 大型生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)使用的繼電器的數(shù)量很多 這種有觸點的 3 電器工作頻率很低 在頻繁動作的情況下壽命較短 從而造成系統(tǒng)故障 使生 產(chǎn)線的運行可靠性降低 為了解決這個問題 20 世紀 60 年代初期利用電子技 術(shù)研制出矩陣式順序控制器和晶體管邏輯控制系統(tǒng)來代替繼電接觸式控制系統(tǒng) 對復(fù)雜的自動控制系統(tǒng)則采用計算機控制 由于這些控制裝置本身存在不足 因此均未能獲得廣泛應(yīng)用 1968 年美國最大的汽車制造商通用汽車 GM 公 司 為適應(yīng)汽車型號不斷更新 提出把計算機的完備功能以及靈活性 通用性 好等優(yōu)點和繼電接觸器控制系統(tǒng)的簡單易懂 操作方便 價格低等優(yōu)點結(jié)合起 來 做成一種能適應(yīng)工作環(huán)境的通用控制裝置 并把編程方法輸入方法簡化 美國數(shù)字設(shè)備公司 DEC 于 1969 年率先研制出第一臺可編程控制器 簡稱 PLC 并在通用汽車公司的自動裝配線上試用獲得成功 從此以后 許多國 家的著名廠商竟相研制 各自成為系列 而且品種更新很快 功能不斷增強 從最初的邏輯控制為主發(fā)展到能進行模擬量控制 具有數(shù)字運算 數(shù)據(jù)處理和 通信聯(lián)網(wǎng)等多種功能 PLC 另一個突出的優(yōu)點是可靠性很高 平均無故障運 行可達 10 萬小時以上 可以大大減少設(shè)備維修費用和停產(chǎn)造成的經(jīng)濟損失 當前 PLC 已經(jīng)成為電氣自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的核心控制裝置 電氣控制技術(shù)的發(fā)展始終是伴隨著社會生產(chǎn)規(guī)模的擴大 生產(chǎn)水平的提高 而前進的 電氣控制技術(shù)的進步反過來又促進了社會生產(chǎn)力的進一步提高 同 時 電氣控制技術(shù)又是與微電子技術(shù) 電力電子技術(shù) 檢測傳感技術(shù) 機械制 造技術(shù)等緊密聯(lián)系在一起的 21 世紀電氣控制技術(shù)必將給人類帶來更加繁榮 的明天 1 4 PLC 的發(fā)展史 優(yōu)勢及特點 1 4 1 發(fā)展史 可編程控制器 PLC 誕生之前 工業(yè)電氣控制主要使用低壓電器構(gòu)成的繼 電接觸器電路 它是以接線邏輯實現(xiàn)控制功能的 這樣的控制設(shè)備一經(jīng)生產(chǎn)出 來 功能就固定了 若要改變就必須改變控制器內(nèi)部的硬件接線 使用起來不 靈活 也很麻煩 1968 年 美國最大的汽車制造商 通用汽車公司 GM 為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要 要尋找一種比繼電器更可靠 功能更齊全 響應(yīng)速度更快的新型工業(yè)控制器 并從用戶角度提出了新一代控制器應(yīng)具備的 十大條件 立即引起了開發(fā)熱潮 1969 年 美國數(shù)字設(shè)備公司 DEC 研制出了第一臺可編程控制器 4 PDP 14 在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上適用成功 并取得了滿意的效果 可編程控制器由此誕生 可編程控制器自問世以來 發(fā)展極為迅速 1971 年 日本開始生產(chǎn)可編 程控制器 1973 年 歐洲開始生產(chǎn)可編程控制器 到現(xiàn)在 世界各國的一些 著名的電器工廠幾乎都在生產(chǎn)可編程控制器 可編程控制器已作為一個獨立的 工業(yè)設(shè)備被列入生產(chǎn)中 成為當代電控裝置的主導(dǎo) 早期的可編程控制器主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成 它采用了 一些計算機技術(shù) 但簡化了計算機的內(nèi)部電路 對工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性較好 指令系統(tǒng)簡單 一般只具有邏輯計算的功能 隨著微電子技術(shù)和集成電路的發(fā) 展 特別是微處理器和微計算機的迅速發(fā)展 在 20 世紀 70 年代中期 美 日 德等國的一些廠家在可編程控制器中開始更多地引入微機技術(shù) 微處理器及其 他大規(guī)模集成電路芯片成為其核心部件 使可編程控制器具有了自診斷功能 可靠性有了大幅提高 性能價格比產(chǎn)生了新的突破 到 20 世紀 80 年代 可編 程控制器都采用了微處理器 CPU 只讀存儲器 ROM 隨機存儲器 RAM 或是單片機作為其核心 處理速度大大提高 不僅增加了多種特殊 功能 體積還進一步縮小 20 世紀 90 年代末 PLC 幾乎完全計算機化 其速 度更快 各種智能模塊不斷被開發(fā)出來 使其不斷地擴展著它在各類工業(yè)控制 中的作用 現(xiàn)在 PLC 不僅能進行邏輯控制 在模擬量閉環(huán)控制 數(shù)字量的智能控制 數(shù)據(jù)采集 監(jiān)控 通信聯(lián)網(wǎng)及集散控制系統(tǒng)等各方面都得到了廣泛應(yīng)用 如今 大 中型 甚至小型 PLC 都配有 A D D A 轉(zhuǎn)換及算術(shù)運算功能 有的還具 有 PID 功能 這些功能使 PLC 在模擬量閉環(huán)控制 運動控制 速度控制等方 面具有了硬件基礎(chǔ) 許多 PLC 具有輸出和接收高速脈沖的功能 配合相應(yīng)的 傳感器及伺服設(shè)備 PLC 可實現(xiàn)數(shù)字量的智能控制 PLC 配合可編程終端設(shè) 備 可實時顯示采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)及分析結(jié)果 為系統(tǒng)分析 研究工作提供依 據(jù) 利用 PLC 的自檢信號還可以實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控 PLC 具有較強有利的通信功 能 可以與計算機或其他智能裝置進行通訊及聯(lián)網(wǎng) 從而能方便地實現(xiàn)集散控 制 功能完備的 PLC 不僅能滿足控制要求 還能滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)管理的需 要 近年來 可編程控制器的發(fā)展更為迅速 展望未來 可編程控制器在規(guī) 模和功能上將向兩大方向發(fā)展 一是大型可編程控制器向高速 大容量和高性 能方向發(fā)展 二是發(fā)展簡易經(jīng)濟的超小型可編程控制器 以適應(yīng)單機控制及小 5 型自動化設(shè)備的需要 另外 不斷增強 PLC 工業(yè)過程控制的功能 模擬量控 制能力 研制采用工業(yè)標準總線 使同一工業(yè)控制系統(tǒng)中能連接不同的控制 設(shè)備 增強可編程控制器的聯(lián)網(wǎng)通信功能 便于分散系統(tǒng)與集中控制的實現(xiàn) 大力開發(fā)智能 I O 模塊 增強可編程控制器的功能等也具有重要意義 1 4 2 PLC 的優(yōu)勢和特點 1 可靠性高 抗干擾能力強 高可靠性往往是用戶選擇控制裝置的首要條件 在繼電器接觸器控制系統(tǒng) 中 由于器件的老化 脫焊 觸點的抖動以及觸點電弧等現(xiàn)象大大降低了系統(tǒng) 的可靠性 而在 PLC 系統(tǒng)中 大量的開關(guān)動作是由無觸點的半導(dǎo)體電路來完 成的 加上 PLC 充分考慮了工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境電磁 粉塵 溫度等各種干擾 在 硬件和軟件上采取了一系列抗干擾措施 PLC 有極高的可靠性 根據(jù)有關(guān)資 料統(tǒng)計 目前個生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的 PLC 其平均無故障時間都大大超過了 IEC 規(guī)定的 10 萬小時 有的甚至達到了幾十萬小時 2 適應(yīng)性強 應(yīng)用靈活 由于 PLC 產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn) 品種齊全 多數(shù)采用模塊式的硬件結(jié)構(gòu) 組合和擴展方便 用戶可根據(jù)自己的需要靈活選用 以滿足系統(tǒng)大小不同及功 能繁簡各異的控制要求 更重要的是 PLC 系統(tǒng)相對繼電器接觸器控制系統(tǒng) 接線很少 3 編程方便 容易使用 PLC 的編程可采用與繼電器電路極為相似的梯形圖語言 直觀易懂 4 功能強 擴展能力強 PLC 中含有數(shù)量巨大的可用于開關(guān)量處理的繼電器類軟元件 可輕松的 實現(xiàn)大規(guī)模的開關(guān)量邏輯控制 這是一般的繼電器系統(tǒng)所不能實現(xiàn)的 5 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 安裝 調(diào)試方便 PLC 中相當于繼電器接觸器系統(tǒng)中的中間繼電器 時間繼電器 計數(shù)器等 軟元件 數(shù)量巨大 又用程序 軟接線 代替硬接線 安裝接線工作量 小 設(shè)計人員只要具有 PLC 就可進行控制系統(tǒng)設(shè)計并可在實驗室進行模擬 調(diào)試 而繼電器接觸器系統(tǒng)的調(diào)試是靠在現(xiàn)場改變接線進行的 十分煩瑣 6 維修方便 維修工作量小 PLC 有完善的自診斷 履歷情報存儲及監(jiān)視功能 對于其內(nèi)部工作狀態(tài) 6 通信狀態(tài) 異常狀態(tài)和 I O 點的狀態(tài)均有顯示 工作人員可以通過它查出故障 原因 便于迅速處理 7 PLC 體積小 重量輕 易于實現(xiàn)機電一體化 第 2 章 鏜床的概況 2 1 T6113 臥式鏜床主要結(jié)構(gòu)及機械運動 2 1 1T6113 臥式鏜床主要結(jié)構(gòu) 鏜床是一種精密加工機床 主要用于加工精密圓柱孔 這些孔的軸線往往 要求嚴格地平行或垂直 相互間的距離也要求很準確 鏜床本身剛性好 其可 動部分在導(dǎo)軌上活動間隙很小 而且有附加支撐 臥式鏜床用于加工各種復(fù)雜大型工件 如箱體零件 機床等 是一種功能 很大的機床 除了鏜孔外 還可以進行鉆 擴 絞孔以及車削內(nèi)外螺紋 用絲 錐攻螺紋 車外圓柱面和端面 7 臥式鏜床外形結(jié)構(gòu)如圖中所示 1 床身 2 前立柱 3 主軸箱 4 尾筒工作臺 5 下滑座 6 上滑座 7 工作臺 8 后立柱 9 懸掛按鈕站 10 固定按鈕站 臥式鏜床的床身是由整體的鑄件制成 床身的一端有固定不動的前立柱 在前立柱的垂直導(dǎo)軌上裝有鏜頭架 它可以上下移動 鏜頭架上集中了主軸部 件 變速箱 進給箱與操縱機構(gòu)等部件 切削刀具安裝在鏜軸前端的錐孔里 或裝在平盤的刀具溜板上 在工作過程 鏜軸一面旋轉(zhuǎn) 一面沿軸向做進給 運動 平旋盤只能旋轉(zhuǎn)裝在它的上面刀具溜板可在垂直于主軸軸線方向的徑向 進給運動 平旋盤主軸是空心軸 鏜軸穿過其中空心部分 通過各自的傳動鏈 運動 因此可獨立轉(zhuǎn)動 在大部分工作情況下使用鏜軸加工 只有在用車刀切 削端面時才使用平旋盤 臥式鏜床后立柱上安裝在尾架 用來夾持裝夾在鏜軸上的鏜桿的末端 它 可隨鏜頭架同時升降 并且某軸心線與鏜頭架軸心線保持在同一直線上 后立 柱可在床身導(dǎo)軌上沿鏜軸軸線方向上做調(diào)整 移動 加工時 工件放在床身中 部的工作臺上 工作臺在上滑座上面 上滑座下面是下滑座 下滑座安裝在床 身導(dǎo)軌上 并可沿床身導(dǎo)軌運動 上滑座又可沿下滑座上的導(dǎo)軌運動 工作臺 數(shù) 顯 表879 26514103 8 就可在床身上作前后左右任一方向運動 并可作回轉(zhuǎn)運動 再配合鏜頭架的垂 直運動 就可以加工工件上一系列與軸線相平行或垂直的孔 加工時 刀具裝在主軸箱的鏜軸或平旋盤上 由主軸箱可獲得各種轉(zhuǎn)速和 進給量 主軸箱可沿前立柱的導(dǎo)軌上下移動 工件安在工作臺 可與工作臺一 起隨上滑座或下滑座作橫向或縱向移動 此外 工作臺還可以繞上滑座的圓導(dǎo) 軌在水平面內(nèi)移動一定的角度 以便加工互成一定角度的孔或平面 裝在鏜軸 上的鏜刀還可以隨鏜軸軸向運動 以實現(xiàn)軸向進給或調(diào)整刀具的軸位置 當鏜 軸及刀桿伸出較長時 可用后立柱來支撐左端 以增加鏜軸和刀桿的剛度 當 刀具裝在平旋盤的徑向刀架時 徑向刀架可帶著刀具作徑向進給 以車削端面 2 1 2 機械運動 鏜桿的旋轉(zhuǎn)運動 主軸箱垂直進給運動 工作臺縱向進給運動 1 2 3 工作臺橫向進給運動 鏜桿的軸向運動 平旋盤的旋轉(zhuǎn)運動 平旋盤 4 5 6 7 徑向刀架進給運動 輔助運動 主軸箱 工作臺在進給方向的快速調(diào)位運動 8 后立柱縱向調(diào)位運動 后支架的垂直調(diào)位運動 工作臺的轉(zhuǎn)位運動 這些輔助 運動可以手動 也可以由快速電動機轉(zhuǎn)動 2 2 電氣控制 2 2 1 臥式鏜床電力拖動及控制要求 1 主軸應(yīng)有較大調(diào)速范圍 要求恒功率調(diào)速 采用機電聯(lián)合調(diào)速 2 變速時 為使滑移齒輪能順利進行嚙合位置 應(yīng)有低速或斷續(xù)變速沖動 3 主軸能作正反轉(zhuǎn)低速點動調(diào)整 要求對主軸電動機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)及點動控 制 4 為使主軸迅速準確停車 主軸電動機應(yīng)有機械制動 5 主運動與進給運動由一臺主軸電動機拖動由各自傳動鏈運動 主軸和工 作臺除工作進給外 還應(yīng)有快速移動由另一臺快速移動電動機拖動 6 鏜床運動部件多 設(shè)置必要的聯(lián)鎖和保護 2 2 2 T613 臥式鏜床的電氣 控制 9 機床的電氣系統(tǒng)是按三相交流電源設(shè)計的 其電源電壓與頻率為 380V 50Hz 機床采用可編程控制器 PC 控制 可編程控制器的電源為 220V 接觸器的 電壓交流 110V 電磁閥 電磁離合器為 DC24V 信號指示燈為交流 6V 手 把燈 最大 100W 電為 24V 均由變壓器供電 機床照明燈電壓為 24V 機床上裝有五臺交流電動機 主電機 M1 快速移動電機 M2 后立柱快速移動電機 M3 下滑 座液壓油泵電機 M4 主軸箱液壓油泵電機 M5 可編程控制器 PLC 安裝在配電盤下部 配電盤安裝在立柱后面的電器 柜內(nèi) 機床上裝有懸掛按鈕站對機床進行集中操作 各部分簡要說明 1 可編程控制器 PLC 本機床采用 SIEMENS S7 200 系列可編程控制器對機床實行控制 它能夠 控制各種設(shè)備以滿足自動化控制需求 S7 200 的用戶程序中包括了位邏輯 計數(shù)器 定時器 復(fù)雜數(shù)學(xué)運算以及與其它智能模塊通訊等指令內(nèi)容 從而使 它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài) 改變輸出狀態(tài)以達到控制的目的 緊湊的結(jié)構(gòu) 靈活的 配置和強大的指令集使 S7 200 成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案 本系統(tǒng)采用的可編程控制器為 S7 200 系列 CPU 224 外形尺寸為 120 5 80 62 單位 程序存儲區(qū) 4096 字節(jié) 數(shù)據(jù)存儲區(qū) 2560 字節(jié) 掉 電保持時間 190 小時 I O 數(shù)量 14 入 10 出 本機擴展模塊 7 個 脈沖輸出 DC 為 2 路 20KHz 模擬電位器 實時時鐘為內(nèi)置 通訊口 1RS 485 擴展模塊選用的是四塊 EM223 8I 8Q 223 1PH22 0XAO 2 輸入信號 機床所使用的按鈕 旋鈕開關(guān) 無觸點開關(guān) 各部的行程開關(guān)及各部的限 位開關(guān) 速度繼電器等均作為輸入信號 3 輸出信號 10 可編程控制器輸出信號分別接通交流接觸器 液壓電磁閥 電磁離合器 和信號燈 4 機床的程序編制利用 STEP7 Micro WIN 軟件來編制 采用梯形圖方式 來實現(xiàn) 詳細情況見系統(tǒng)程序編制部分 2 限位 線路保護說明 1 進給和快速移動的限位 SQ14 SQ15 主軸箱升降終點限位開關(guān) SQ16 SQ17 上滑座移動終點限位開關(guān) SQ18 SQ19 下滑座移動終點限位開關(guān) 當某一移動部件達到極限位置時 相應(yīng)的限位開關(guān)壓開關(guān)動作 切斷進給 和快速移動電路或使換向離合器脫開 可以按相反方向的快速移動按鈕 使其 復(fù)位 2 線路保護和互鎖裝置 短路保護和過載保護 三極自動空氣開關(guān) QF1 QF2 QF3 QF4 和熱繼電器 FR1 FR2 FR3 分別對應(yīng)電動機進行過載或短路保護 電機自動開關(guān) QF5 QF6 QF7 QF8 QF9 QF10 QF11 QF12 分別對相應(yīng)的控制電路進 行短路和過載保護 主軸保護 工作臺處于 松開 狀態(tài) 即分配工作臺后指示燈時 主軸不能旋轉(zhuǎn) 機動進給和快速移動的互鎖 機動進給時 快速移動不能進行 同樣快速移動時 機床不能機動進給 主軸箱前面大手輪狀態(tài) 大手輪扳到 微動 位置 行程開關(guān) SQ4 被壓動作 切斷快速移動和機 動進給 大手輪扳到 手大動 位置 SQ5 被壓動作 使按鈕 SB23 分配到主 軸無效 主軸只能手動移動 保護接地 11 電氣柜底部設(shè)有總的接地銅排 機床各部件之間為滑動面者 均接有跨接 地線 金屬外殼的電器件如電動機等也接有保護地線 并為樹叉式接法 這些 地線均接在銅排上 3 導(dǎo)軌潤滑說明 機車已放置很長時間在使用 機床通電后先按導(dǎo)軌潤滑按鈕 SB19 多按 幾次 間隔 10 秒鐘 每按一次 導(dǎo)軌潤滑泵來一次潤滑導(dǎo)軌 以后導(dǎo)軌自動 潤滑 三 主電機制動說明 主電機采用電子制動器制動 主軸停車快而平穩(wěn) 主電機的制動電流及制 動時間均可調(diào) 主軸旋轉(zhuǎn)時 制動器的 允許 燈亮 表示制動器可以工作了 按下停止按鈕 制動器 電源 燈亮 制動 燈亮 兩秒鐘后 制動 和 電源 燈滅 制動結(jié)束 主軸沒有剎車 即制動器不工作 制動器報警燈亮 12 第 3 章 鏜床電力拖動電動機的選擇 3 1 概述 正確的的選擇電動機具有重要意義 合理的選擇電動機是從驅(qū)動機床的具 體對象 加工規(guī)范 也就是要從機床的使用條件出發(fā) 經(jīng)濟 合理 安全等多 方面考慮 使電動機能夠安全可靠的運行 電動機功率的確定是選擇電動機的 關(guān)鍵 但也要對轉(zhuǎn)速 使用電壓等級及結(jié)構(gòu)形式等項目進行選擇 異步電動機 由于它結(jié)構(gòu)簡單堅固 維修方便 造價低廉 因此在機床中使用的最為廣泛 電動機的轉(zhuǎn)速越低則體積越大 價格也越高 功率因數(shù)和效率越低 因此電動 機的轉(zhuǎn)速要根據(jù)機械的要求和傳動裝置的具體情況而定 異步電動機的電壓等 級是 380 伏 一般的說金屬切削機床都采用通用系列的普通電動機 在選擇電 動機時 也應(yīng)考率機床的轉(zhuǎn)動條件 對易產(chǎn)生懸浮飛揚的鐵屑或廢料 或冷卻 液 工業(yè)用水等有損于絕緣的介質(zhì)能侵入電動機的場合 選用封閉式的 按機 床的電氣設(shè)備通用技術(shù)條件中規(guī)定 機床應(yīng)采用全封閉扇冷式電動機 3 2 鏜床用電動機容量的選擇 根據(jù)機床的負載功率 例如切削功率 就可選擇電動機的容量 然而機 床的載荷是經(jīng)常變化的 而每個負載的工作時間也不盡相同 這就產(chǎn)生了使電 動機功率如何最經(jīng)濟的滿足機床負載功率的問題 機床上常用 Y 系列三相異 步電動機 Y 系列電動機是封閉自扇冷式攏型三相異步電動機 3 2 1 鏜床主運動電動機容量的選擇 多數(shù)機床負載情況比較復(fù)雜 切削用量變化很大 尤其是通用機床負載種 13 類更多 不易準確地確定其負載情況 因此通常采用調(diào)查統(tǒng)計類比法來確定電 動機的功率 調(diào)查統(tǒng)計類比法 分析切削用量 確定切削用量最大值 在同類同規(guī)格的機床上進行切削實 驗 并測出電動機的輸出功率 再考慮機床最大負載情況 以及采用先進切削 方法及新工藝 類比同類機床電動機的功率 最后確定所設(shè)計的機床電動機功 率來選擇電動機 臥式鏜床主電動機功率 1 70 4pD 式中 D 鏜桿直徑 D 120mm P 13 698KW 取電動機功率 15KW 型號 Y180L 6 額定電流 31 4 效率 89 5 6P 極 功率因數(shù) 0 81 額定轉(zhuǎn)矩 2 0 額定轉(zhuǎn)速 970r min 3 2 2 快速移動電動機容量的選擇 6120ePGuv 式中 G 移動部件的重量 移動速度 u 動摩擦系數(shù) 效率 機床傳動 G 9500 0 85 v 2 5m min 4 565KWkg eP 取電動機功率 5 5KW 型號 Y132M2 6 額定電流 17 A 效率 86 功 率因數(shù) 0 78 額定轉(zhuǎn)速 960 r min 3 2 3 后立柱電動機容量的選擇 6120ePGuv 14 式中 G 移動部件的重量 移動速度v u 動摩擦系數(shù) 效率 機床傳動 G 2000 0 85 v 2 5m min 0 961KWkg eP 取電動機功率 1 1KW 型號 Y90L 6 額定電流 3 15A 效率 73 5 功率 因數(shù) 0 72 額定轉(zhuǎn)速 910 r min 3 2 4 主軸箱油泵電動機和工作臺油泵電動機容量的選擇 工作臺油泵電動機功率 0 75KW 型號 Y802 4 額定電流 2 1A 效率 72 5 功率因數(shù) 0 76 額定轉(zhuǎn)速 1400r min 主軸箱油泵電動機功率 1 5KW 型號 Y90L 4 額定電流 3 7 效率 79 功率因數(shù) 0 79 額定轉(zhuǎn)速 1400r min 15 第 4 章 鏜床電氣控制用低壓電器的選擇 4 1 概述 地壓電器通常是指工作在交流 1200V 或直流 1500V 以下的電器 常用低 壓電器可分為配電電器和控制電器兩大類 配電電器主要用于低壓配電系統(tǒng)及 動力設(shè)備 兼有保護的職能 這類電器包括熔斷器 自動開關(guān)等 控制電器主 要用于電氣傳動自動控制系統(tǒng)之中 這類電器包括接觸器 電磁鐵等 4 2 低壓電器的選擇 4 2 1 低壓斷路器的選擇 低壓斷路器又稱自動空氣開關(guān) 可用來分配電能 不頻繁地啟動異步電動 機 對電動機及電源保護等 具有過載 短路 欠電壓等保護功能 選用裝置 式低壓斷路器 又稱塑料外殼式低壓斷路器 用絕緣材料制成的封閉型外殼將 所有構(gòu)件組裝在一起 用作配電網(wǎng)絡(luò)的保護和電動機 照明電路及電熱器等的 控制開關(guān) 主要型號有 DZ5 DZ10 DZ20 等系列 選國產(chǎn)低壓斷路器 DW15 系列 自動開關(guān)的特點 一相短路跳閘電動機不會單向運行 整定值受周圍溫度 影響較小 跳閘后不需要調(diào)換 比較方便 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 價格高 適用范圍 適用于容量較大的交直流電動機主電路及控制電路 對起制動 頻繁的電動機應(yīng)選用自動開關(guān)與接觸器聯(lián)合工作 敏感元件電磁脫扣器的選擇 脫扣器的額定參數(shù)應(yīng)根據(jù)被保護電路的負載 情況進行選擇 整定電流應(yīng)大于電動機起動的最大電流 1 主電機電路中低壓斷路器 QF2 的選擇 敏感元件 電動機主電路的電磁 脫扣器額定電流 按下式選取 eZI 16 eZDI 電磁脫扣器的瞬時動作電流 按下式選取以保證頻繁起 制動時不致誤動作 S 鏜床的電動機的起 制動比較頻繁應(yīng)用下式進行計算 12SZQDIKI 63 4 120 58SZI 式中 電動機起動電流 AQDI 電動機額定電流 Ae 電磁脫扣器的負載系數(shù) 對于 DZ 型的自動開關(guān)取1K 1 5 1 71 主體部件 自動開關(guān)主觸頭的額定電流 及額定電壓 可按下式選取 eZIeZU eZI eU 式中 主電路負載額定電流 AeI 主電路額定電壓 V DZX10 200 33 額定電壓 380V 極數(shù) 3 脫扣器額定電流 140A 額定 短路通斷能力 4KA 0 9 電氣機械壽命 15000 次 電氣與 PLCCOS 17 控制技術(shù) 19 頁表 2 4 2 快速電機電路中低壓斷路器 QF3 的選擇 敏感元件 電動機主電路的電磁脫扣器額定電流 按下式選取 eZI eZDI 式中 電動機的額定電流e 電磁脫扣器的瞬時動作電流 按下式選取以保證頻繁起 制動時不致誤動作 SZI 鏜床的電動機的起 制動比較頻繁應(yīng)用下式進行計算 12SZQDIKI 67 65 28SZI 主體部件 自動開關(guān)主觸頭的額定電流 及額定電壓 可按下式選取 eZIeZU eZI eU DZX10 100 33 額定電壓 380V 極數(shù) 3 脫扣器額定電流 20A 額定 短路通斷能力 3KA 0 9 電氣機械壽命 15000 次 電氣與 PLCCOS 控制技術(shù) 19 頁表 2 4 3 后立柱電機電路中的斷路器 QF4 的選擇 18 QF4 主要是對后立柱電動機起短路保護的作用 電動機主電路的電磁脫 扣器額定電流 按下式選取 eZI eZDI 式中 電動機的額定電流e 電磁脫扣器的瞬時動作電流 按下式選取以保證頻繁起 制動時不致誤動作 SZI 鏜床的電動機的起 制動比較頻繁應(yīng)用下式進行計算 12SZQDIKI 63 5 12 096SZI 主體部件 自動開關(guān)主觸頭的額定電流 及額定電壓 可按下式選取 eZIeZU eZI eU DZ163N4 額定電壓 380V 極數(shù) 4 脫扣器額定電流 16A 額定短路通斷 能力 4KA 0 9 電氣機械壽命 15000 次 電氣與 PLC 控制技術(shù)COS 19 頁表 2 4 4 控制電路斷路器 QF4 的選擇 用于控制線路的電磁脫扣器在大型接觸器或電磁鐵等電器 起動時不應(yīng)跳閘 所以電磁脫扣器的瞬時動作電流 按下式選取 SZI 19 21 1 SZQeneIKNU 54380 SZI 7 式中 線路中最大一臺電器 或同時起動的幾臺電器 的起動1QN 容量 VA 線路中除最大一臺電器 或同時起動的 1 en 幾臺電器 以外的其他電器額定容量之和 VA 控制線路的額定電壓 VeU 考慮負載情況的系數(shù) 一般取 1 25 1 32K2K 主體部件 自動開關(guān)主觸頭的額定電流 及額定電壓 可按下式選取 eZIeZU eZI eU DZ15 40 3901 殼架額定電流 40A 額定電壓 380V 極數(shù) 3 脫扣器額 定電流 6A 額定短路通斷能力 3KA 0 9 電氣機械壽命 15000 次 COS 4 2 2 交流接觸器的選擇 接觸器用于帶有負載主電路的自動接通或切斷 分直流 交流兩類 機床 中應(yīng)用最多的是交流接觸器 交流接觸器 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 KM7 和 KM8 主 電動機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)運行由接觸器 KM1 KM2 控制 起動時采用星 三角減 壓起動方式 由接觸器 KM3 KM4 控制 按時間原則控制轉(zhuǎn)換 接觸器 20 KM5 控制主電機的制動 接觸器 KM6 KM7 控制快速移動由電動機 M2 正向 和反向的移動 接觸器 KM11 控制主軸箱油泵電動機 M3 接觸器 KM10 控制 工作臺油泵電動機 選擇接觸器主要考慮以下技術(shù)數(shù)據(jù) 電源種類 主觸點額定電壓 輔助觸 點種類 數(shù)量及觸點額定電流 電磁線圈的電源種類 頻率和額定電壓 主觸點額定電流 一般根據(jù)電動機容量 計算觸點電流 即 dPcI 3 10 cddIPKU 式中 K 經(jīng)驗常數(shù) 一般取 1 1 4 電機功率 KW d 電動機額定線電壓 V U 接觸器主觸點電流 A cI 線路額定電壓 接觸器觸點額定電壓ea cU ea 交流接觸器 的選擇 1KM 根據(jù)上述公式可得 經(jīng)驗常數(shù) K 取 1 2 3 0 cddIPK 51 28c 32 895AcI 選擇接觸器的類型為 CJ10 40 觸頭額定電壓 380V 主觸頭額定電流 40A 輔助觸頭額定電流 5A 可控制電動機最大容量 11KW 吸引線圈電壓 110V 吸引線圈消耗功率 32VA 輔助觸頭數(shù)量 2 常開 2 常閉 外形尺寸 頻率 50HZ10298 m 同理 KM2 KM3 KM4 KM5 交流接觸器的型號為 CJ10 40 觸頭額 定電壓 380V 主觸頭額定電流 40A 輔助觸頭額定電流 5A 可控制電動機 21 最大容量 11KW 吸引線圈電壓 110V 吸引線圈消耗功率 32VA 輔助觸頭 數(shù)量 2 常開 2 常閉 外形尺寸 頻率 50HZ10298 m 4 2 3 快速電動機用接觸器 交流接觸器 KM6 KM7 的選擇 根據(jù)公式可得 經(jīng)驗常數(shù) K 取 1 2 3 10 cddIPKU 5 28c 1 063cIA 選擇接觸器的類型為 CJ10 20 觸頭額定電壓 380V 主觸頭額定電流 20A 輔助觸頭額定電流 5A 可控制電動機最大容量 4KW 吸引線圈電壓 110V 吸引線圈消耗功率 22VA 輔助觸頭數(shù)量 2 常開 2 常閉 外形尺寸 頻率 50HZ9270 m 4 2 4 后立柱電動機用接觸器 交流接觸器 KM8 KM9 的選擇 根據(jù)公式可得 經(jīng)驗常數(shù) K 取 1 2 3 10 cddIPKU 28c A 41cI 選擇接觸器的類型為 CJ10 5 觸頭額定電壓 380V 主觸頭額定電流 5A 輔助觸頭額定電流 5A 可控制電動機最大容量 2 2KW 吸引線圈電壓 110V 吸引線圈消耗功率 6VA 輔助觸頭數(shù)量 1 常開 頻率 50HZ 交流接觸器 KM10 KM11 的選擇 根據(jù)公式可得 經(jīng)驗常數(shù) K 取 1 2 3 0 cddIPKU 31 50 28cI 22 A3 29cI 選擇接觸器的類型為 CJ10 5 觸頭額定電壓 380V 主觸頭額定電流 5A 輔助觸頭額定電流 5A 可控制電動機最大容量 2 2KW 吸引線圈電壓 110V 吸引線圈消耗功率 6VA 輔助觸頭數(shù)量 1 常開 頻率 50HZ 4 2 3 電源引入開關(guān) 組合開關(guān)主要是作為電源引入開關(guān) 所以也稱電源隔離開關(guān) 它也可以起 停 5KW 以下的異步電動機 但每小時的接通次數(shù)不應(yīng)超過 10 20 次 開關(guān)的 額定電流一般取電動機額定電流的 1 5 2 5 倍 組合開關(guān)主要根據(jù)電源種類 電壓等級 所需觸點數(shù)及電動機容量進行選用 常用的組合開關(guān)為 HZ 10 系列 額定電流為 10 25 60 和 100A 四種 適用 于交流 380V 以下 直流 220V 以下的電氣設(shè)備中 電源引入開關(guān)的選擇 此電路中的 Q 主要作為電源隔離開關(guān)用 并不用它來直接啟動電動機 可按電動機額定電流來選 顯然應(yīng)該根據(jù)四臺電動機來選 選用 HZ 10 系列 額定電流為 25A 三極 380V 4 2 4 熔斷器的選擇 熔斷器由熔體 俗稱保險絲 和安裝熔體的熔管 或熔座 兩部分組成 在電路中用作短路保護 其中熔體是主要部分 它既是感測元件又是執(zhí)行元件 熔體是由低熔點的金屬材料制成絲狀 帶狀 片狀等 熔管的作用是安裝熔體 和在熔體熔斷時熄滅電弧 熔斷器的熔體串接于被保護電路中 當電路正常工 作時 熔體通過的電流不會使其熔斷 當電路發(fā)生短路和嚴重過載故障時 熔 體中通過很大電流 使其發(fā)熱 當達到融化溫度時熔體自動熔斷 切斷故障電 路 起到保護作用 熔斷器類型的選擇 選擇熔斷器的類型時 主要依據(jù)負載的保護特性和短路電流的大小 通過 比較與考慮我選擇 RL1 系列螺旋式的熔斷器 熔體額定電流的選擇 23 FU 為保護籠型異步電動機 M1 M2 M3 M4 M5 的熔斷器 在出現(xiàn) 尖峰電流時也不應(yīng)熔斷 通常將其中容量最大的一臺電動機起動而其余電動機 正常運行時出現(xiàn)的電流作為其尖峰電流 為此熔體的額定電流應(yīng)滿足如下關(guān)系 即 3 zNU max 1 5 2 reeeIII 式中 為 多臺電動機中容量最大的一臺電動機額定電流 為其maxe eI 余電動機額定電流之和 reI 2 53147 213 5 104 45Are 選用 RL1 200 型號的熔斷器 額定電流 200 熔體額定電流 125A FU1 控制變壓器原邊熔斷器的熔絲額定電流 根據(jù)如下公式進行計算 110 eRqINU 式中 控制變壓器的額定容量e 線路中最大電器的吸引線圈起動容量或幾個電器的吸引q 線圈同時起動容量之和 VA 1250 4 380eRI e 69 選用 2A1eRI FU2 6V 回路指示燈的熔斷器的選擇 根據(jù)如下公式進行計算 22 eRxINU 24 2eRI 10 6 1 67e 選用 2A2eRI FU3 24V 機床照明電路的熔斷器的選擇 根據(jù)如下公式進行計算 33 eRzINU 40 24 68We 34 eRZINU 1 67A3eRI 選用 2Ae 選用 RL1 15 型號的熔斷器 熔斷器的額定電流 15A 熔體額定電流等 級 2 4 5 6 10 15 FU4 28V 整流橋 離合器電路的熔斷器的選擇 根據(jù)如下公式進行計算 34 eRZINU 68 28e 2 43A3eRI 選用 4Ae 熔斷器額定電壓的選擇 熔斷器的額定電壓應(yīng)等于或大于所在電路的額定電壓 4 2 5 行程開關(guān) 25 用于檢測工作機械的位置 發(fā)出命令以控制其運動方向或行程長短的主令 電器 稱為行程開關(guān)或位置開關(guān) 將行程開關(guān)安裝于生產(chǎn)機械行程終點處 可 限制其行程 也稱為限位開關(guān)或終點開關(guān) 行程開關(guān)按結(jié)構(gòu)分為機械結(jié)構(gòu)的接 觸式有觸點行程開關(guān)和電氣結(jié)構(gòu)的非接觸式接近開關(guān) 經(jīng)過分析我選擇機械結(jié) 構(gòu)的接觸式有觸點行程開關(guān) 它靠移動物體碰撞其可動部件使常開觸頭接通 常閉觸頭分斷 實現(xiàn)對電路的控制 移動物體 或工作機械 一旦離開 行程 開關(guān)復(fù)位 其觸點恢復(fù)到原始狀態(tài) 行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動式 滾輪式 三種 行程開關(guān)的選擇 選擇采用有盤形彈簧機構(gòu)瞬時動作的滾輪式行程開關(guān) 因為直動式行程開 關(guān)的缺點是 觸點分合速度取決于生產(chǎn)機械的移動速度 當速度低于 0 4m min 時觸點分斷太慢 易受電弧燒損 而當生產(chǎn)機械的行程比較小而作 用力也小時 才可采用具有瞬時動作和微小動作的微動開關(guān) 電器與 PLC 控 制技術(shù) LX 額定電壓 380 220V 額定電流 5A 觸頭接觸時間 0 04 動作力2K 工作行程 1 3mm 超行程 2 4 觸頭數(shù)量 1 開 1 閉0 4 2 6 其他所需電器的選擇 按鈕的選擇 按鈕通常是用來短時接通或斷開小電流的控制電路的開關(guān) 機床常用的按 鈕為 LA 系列 控制按鈕是一種結(jié)構(gòu)簡單使用廣泛的手動主令電器 在控制電路中發(fā)出手 動指令遠距離控制其他電器 再由其他電器去控制主電路或轉(zhuǎn)移各種信號 也 可以直接用來轉(zhuǎn)換信號電路和電器連鎖電路等 當按下按鈕時 先斷開常閉觸 點 然后才接通常開觸點 按鈕釋放后 在復(fù)位彈簧作用下使觸點復(fù)位 所以 按鈕常用來控制電器的點動 按鈕沒有進線和出線之分 直接將所需的觸點連 入電路即可 在沒有按動按鈕時 接在常開觸頭接線柱上的線路是斷開的 常 閉觸頭的接線柱上的線路是接通的 當按下按鈕時 兩種觸點的狀態(tài)改變 同 時也使與之相連的電路狀態(tài)改變 控制按鈕一般由按鈕 復(fù)位彈簧 觸點和外 26 殼等部分組成 為便于識別各個按鈕的作用 避免誤操作 通常在按鈕帽上作 出不同標志或涂以不同顏色 表示不同作用 一般使用時用紅色代表停止按鈕 綠色作為啟動按鈕 交流電機制電器的選擇 根據(jù)主電機的各項參數(shù)選擇 ZD 15 電子制電器 照明燈和信號燈的選擇 信號燈的選擇 選用 XD1 型號的信號燈 額定電壓 6 3V 功率 1W 燈頭型號 E10 13 紅 黃 藍 綠 乳白無色 機床照明燈的選擇 選用 JC2 型號的照明燈 電源電壓 24V 燈泡功率 40W 燈架總長 565 電磁閥和離合器的選擇 電磁閥 選用 WE 型電磁換向閥 型號 4WE10D10 0A 型濕式電磁換向閥 此電磁 閥有兩個電磁鐵和兩個工作位置 但沒有定位器 當電磁鐵斷電時 滑閥沒有 固定位置 電磁換向閥在液壓系統(tǒng)中的作用是用來實現(xiàn)液壓油路的換向 順序 動作及卸荷等 電磁鐵信號是由電系統(tǒng)的按鈕 開關(guān) 限位開關(guān) 行程開關(guān) 壓力繼電器以及其他電路元件發(fā)出的 離合器 YC 離合器是一種可以通過各種操縱方式 實現(xiàn)主從動部分在同軸線上傳遞運 動和動力時具有結(jié)合或分離功能的裝置 電磁離合器是利用激勵線圈電流產(chǎn)生的電磁力來操縱接合元件 使離合器 接合或脫開 其特點為 起動力矩大 動作反應(yīng)快 離合迅速 結(jié)構(gòu)簡單 安 裝維修方便 使用壽命長 可實現(xiàn)集中控制和遠距離操縱 控制簡單 功率小 選用摩擦式電磁離合器 型號 DLM5 63 許用轉(zhuǎn)矩 2260N m 線圈消耗功率 68W 接通時間 0 45S 斷開時間 0 25 空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 10 0 N m 摩擦片許用相對速度 1800r min 27 整流橋 VC 選擇硅整流橋裝置 是將交流電源改為直流電源的裝置 型號 BKZ 5 直流電壓 24V 直流電流 5A 4 2 7 控制變壓器的選用 當控制線路所用電器較多 線路較為復(fù)雜時 一般需采用經(jīng)變壓器降壓的 控制電源 提高線路的安全可靠性 控制變壓器主要根據(jù)所需要變壓器容量及 一次側(cè) 二次側(cè)的電壓等級來選擇控制變壓器 可根據(jù)以下兩種情況確定起容 量 1 根據(jù)控制線路最大工作負載所需要的功率進行計算 一般可 據(jù)如 下的公式進行計算 TXCPK 式中 所需變壓器容量 變壓器容量儲備系數(shù) 1 1 1 25T TK 控制線路最大負載時工作的電器所需的總功率XCP VA 很顯然對于交流電器 應(yīng)取吸持功率值 XC 變壓器最大負載是 KM1 KM3 KM5 KM6 KM8 KM10 KM11 同時工 作 TXCPK 取 1 2 1 2 326 T 163 2VAP 28 2 變壓器的容量應(yīng)滿足已吸合的電器在又起動吸合另一些電器時仍能 吸合 可根據(jù)下面公式進行計算 0 61 5TXCSTPP 式中 同時起動的電器的總吸持功率 VA S 0 671 54T VA 2P 關(guān)于式中的系數(shù) 變壓器二次側(cè)電壓 由于電磁電器起動時負載電流的增 加要下降 但一般在下降額定值的 20 所有吸合電器不致釋放 系數(shù) 0 6 就 是從這一點來考慮的 式中第二項系數(shù)為經(jīng)驗系數(shù) 它考慮到個電器的起動功 率換算到吸持功率 以及電磁電器在保證起動吸合的條件下 變壓器容量只是 該器件的起動功率的一部分因素 最后所需變壓器容量 應(yīng)由以上兩式中所計算出的最大容量決定 從以上的計算中可知變壓器的容量應(yīng)大于 163 2VA 考慮到照明燈等其他 電路容量 可選用 JBK 250 型號的變壓器 額定容量 250VA 電壓等級 380 110 24 6 可滿足輔助回路的各種電壓需要 機床電氣控制技術(shù) 64 頁 變壓器選擇的第二種方案 1 按連續(xù)工作選變壓器額定容量 應(yīng)滿足如下的條件 eN eN 式中 控制變壓器的額定容量e 所有電磁線圈工作的總?cè)萘?VA VAN323226 28 2 按起動選變壓器額定容量 應(yīng)滿足如下的條件 aN 29 0 35 4aqNN 式中 同時起動的電磁線圈起動容量的總和 VAq 機床同時起動的線圈有兩個 起動容量是 44VA 故 應(yīng)滿足條件 aN 0 3512 4aN 60 3VA 應(yīng)選取以上所算結(jié)果中的較大的值作為控制變壓器的容量 應(yīng)為 228VA 控制電壓按標準選用 110V 本變壓器還包括工作照明用的 24V 和信 號燈用的 6V 照明燈的功率為 40W 信號燈為 W 它們都是平穩(wěn)的電阻負載 無須考慮起動的影響 因此其各自的容量分別選為 45VA 和 5VA 為考慮機 床加數(shù)顯裝置的需要 在控制變壓器的容量上留有 30VA 的備用容量 因此控 制變壓器的總?cè)萘繛?信號燈是 50VA 照明燈 45VA 所以變壓器的總?cè)萘?為 217VA 選用變壓器型號為 JBK 250 額定容量 250VA 電壓等級 380V 110 24 6V 通過以上兩種方案的計算與比較 變壓器的選擇是合理的 30 第 5 章 電氣控制電路中的保護環(huán)節(jié) 5 1 概述 電氣控制系統(tǒng)除了能滿足生產(chǎn)機械的加工工藝要求外 要想長期的正常的 無故障的運行 還必須有各種保護措施 保護環(huán)節(jié)是所有機床電氣控制系統(tǒng)不 可缺少的組成部分 利用它來保護電動機 電氣控制設(shè)備以及人身安全等 電氣控制系統(tǒng)中常用的保護環(huán)節(jié)有過載保護 短電流保護 零電壓和欠電 壓保護以及弱磁保護等 T6113A 臥式鏜床的電氣控制部分同樣需要具備一些 保護環(huán)節(jié) 5 2 短路保護 電動機繞組的絕緣 導(dǎo)線的絕緣損壞或線路發(fā)生故障時 造成短路現(xiàn)象 產(chǎn)生短路電流并引起電氣設(shè)備絕緣損壞和產(chǎn)生強大的電動力使電氣設(shè)備損壞 因此在產(chǎn)生短路現(xiàn)象時 必須迅速的將電源切斷 常用的短路保護元件有熔斷 器和自動開關(guān) 在 T6113A 臥式鏜床的電氣控制系統(tǒng)中用到的是熔斷器的保護 熔斷器的熔體串聯(lián)在電氣控制系統(tǒng)中的主電路部分 在控制電路部分有一個單 相的熔斷器對其進行保護 當電路發(fā)生短路或嚴重過載時 熔體自動熔斷 從 而切斷電路 達到保護的目的 使用低壓斷路器來實現(xiàn)短路保護比熔斷器好 因為當三相電路短路時 很可能只有一相的熔斷器熔斷 造成單相運行 對于 低壓斷路器來說 只要造成短路都會使開關(guān)跳閘 將三相同時切斷 但它結(jié)構(gòu) 復(fù)雜 操作頻率低 價格高 因此適用于要求較高的場合 31 5 3 鏜床的聯(lián)鎖保護 5 3 1 手動與機動聯(lián)鎖 采用手動進給 是將手動手輪放在 微動 位置 不允許 快速 或機動 進給 當手輪在微動位置 壓動行程開關(guān) SQ6 SQ6 的常閉觸頭斷開 KM5 KM6 不能得電 因而不能快速移動 若手柄放在機動位置 由于壓動 了行程開關(guān) SQ24 SQ24 的常閉觸頭斷開 主電動機 M1 控制電路斷開 不能 機動進給 5 3 2 限速保護 平旋盤工作時 轉(zhuǎn)速應(yīng)被限制在 以下 主軸 主軸箱 上滑座 20 minr 下滑座的正反向快速運動都有限位保護 采用限位開關(guān) SQ9 SQ16 可防止快 速移動機構(gòu)超過極限位置 5 3 3 正反轉(zhuǎn)電氣聯(lián)鎖 為防止正反轉(zhuǎn)接觸器的觸點在可逆轉(zhuǎn)換時同時閉合而造成電源短路 應(yīng)有 使兩個吸引線圈不能同時通電的電氣聯(lián)鎖 或同時輔以不許正反轉(zhuǎn)接觸器同時 吸合的機械聯(lián)鎖 而這一點通過 PLC 的編程來實現(xiàn) 32 第 6 章 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計 6 1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容和步驟 6 1 1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容 1 分析控制對象 明確設(shè)計任務(wù)和要求 這是實現(xiàn)本次研究的依據(jù) 2 選定 PLC 的型號及所需要的輸入 輸出模塊 對控制系統(tǒng)的硬件進行配置 3 編制 PLC 的輸入 輸出分配表 并繪制機床采用 PLC 控制的原理圖 4 根據(jù)控制要求對其運動過程進行編程 5 選擇所需的電器元件 6 1 2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟 1 分析控制對象 在確定采用 PLC 控制后 應(yīng)對被控對象特點和 工藝要求作深入的了解 使 PLC 控制系統(tǒng)最大限度地滿足被控制對象的工 藝要求 分析控制過程中輸入和輸出設(shè)備之間的關(guān)系 2 PLC 控制系統(tǒng)的硬件配置 PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括 PLC 機型的選擇 輸入輸出模塊的選擇 3 軟件設(shè)計 軟件設(shè)計就是在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上 分配輸入輸出元 件地址號 同時編制程序 根據(jù)控制要求設(shè)計出梯形圖 這是本次研究的核 心工作 6 2 PLC 控制系統(tǒng)的硬件配置 6 2 1 選擇 PLC 機型 選擇合適的機型是 PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計的關(guān)鍵問題 在滿足控制要 33 求的前提下 選型時應(yīng)選擇最佳的性能價格比 對 I O 點數(shù)的估算 合理 的選擇 I O 點數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求 又可使系統(tǒng)總投資最低 PLC 的 輸入 輸出總點數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控制對象所需控制的模擬量開關(guān)量來確定 一般一個輸入 輸出元件要占用一個輸入 輸出點 考慮到今后的調(diào)整和擴充 一般應(yīng)在估計的總點數(shù)上再加 20 30 的備用量 6 2 2 開關(guān)量 I O 模塊的選擇 為了適應(yīng)各種各樣的控制信號 PLC 有多種模塊供選擇 開關(guān)量輸入模 塊選擇 PLC 內(nèi)部所提供的 DC24V 電源 用做集電極開路傳感器的電源 開 關(guān)量輸出模塊的輸出方式采用繼電器的方式輸出 其使用電壓范圍廣 導(dǎo)通 壓降小 承受瞬時過電壓和過電流的能力較強 且具有隔離作用 6 2 3 PLC 的接線電路 如下圖所示 圖 6 1 CPU224 34 圖 6 2 EM223 35 第 7 章 PLC 在 T619A 臥式鏜床中的應(yīng)用 7 1 T6113 臥式鏜床的 PLC 控制方案 既然是改造 那么一般情況下盡量沿用原機床的結(jié)構(gòu) 少做改動 控制部 分則完全屏棄繼電器控制的原始控制思路 用 PLC 控制替代它 根據(jù) T6113 鏜 床有關(guān)資料及機床電氣改造方面的經(jīng)驗 確定方案如下圖所示 圖 7 1 控制系統(tǒng)方案 7 2 T6113 控制系統(tǒng)設(shè)計 7 2 1 機型的選擇及 I O 接口的分配 采用可編程控制器的 T619A 臥式鏜床的操作及功能應(yīng)與采用繼電接觸器 電路時完全一致 機床原配的按鈕 限位開關(guān) 變壓器 指示燈 熱繼電器等 電器均需保留 作為主要操作器件的按鈕及限位開關(guān)要接入 PLC 的輸入口 每個 組 觸點占用一個輸入口 作為主要執(zhí)行器件的接觸器幾電磁閥要接入 PLC 的輸出口 每個 組 線圈也要占一個口 清點 T619A 臥式鏜床需接入 PLC 的輸入輸出器件后 確定需輸入口 39 個及輸入口 40 個輸出口 根據(jù)第 6 章中關(guān)于 PLC 選擇的要求及此鏜床本身的 工作狀態(tài) 選用西門子 S7 200 系列 CPU224 AC DC RELAY 它是模塊 化的 比較方便和靈活 具有 14 個輸入口及 10 個輸出口 輸出口為繼電器型 它的主要性能完全滿足鏜床的工作需要 但是考慮到鏜床的運動比較多 CPU224 的輸入 輸出口并不能滿足鏜床的需要 所以要對此型號的 PLC 進行 擴展 需 4 個擴展模塊為 EM223 它具有 8 個輸入口和 8 個輸出口 完全滿 足鏜床運動的需要 36 PLC 輸出輸入點的統(tǒng)計和分配 表 7 1 輸入點 信號名稱 元件代號 地址 電源起動 SB I0 0 急停 SB7 I0 1 主軸正轉(zhuǎn) SB1 I0 2 主軸反轉(zhuǎn) SB2 I0 3 主軸正點 SB3 I0 4 主軸反點 SB4 I0 5 制動 SB5 I0 6 主軸變速 SB6 I0 7 主軸保護 QF2 I1 0 工作臺運動分配 SB18 I1 1 上滑座運動分配 SB21 I1 2 下滑座運動分配 SB22 I1 3 主軸運動分配 SB23 I1 4 主軸箱運動分配 SB24 I1 5 進給停止 SB12 I2 0 各部正向快速 SB8 I2 1 各部反向快速 SB9 I2 2 正向機動進給 SB10 I2 3 反向機動進給 SB11 I2 4 瞄準器照明 SB15 I2 5 主軸變速開關(guān) SQ1 I2 6 平旋盤 SQ2 I2 7 插拔銷開關(guān) SQ3 I3 0 37 各部手微動 SQ4 I3 1 手大動 SQ5 I3 2 工作臺夾緊松開開關(guān) SQ6 I3 3 上滑座夾緊松開開關(guān) SQ7 I3 4 下滑座夾緊松開開關(guān) SQ8 I3 5 主軸夾緊松開開關(guān) SQ9 I3 6 主軸箱夾緊松開開關(guān) SQ10 I3 7 進給停止 SQ11 I4 0 各部正向限位 SQ14 SQ16 SQ18 SQ22 I4 1 各部反向限位 SQ15 SQ17 SQ19 SQ23 I4 2 手搖主軸箱切斷快速開關(guān) SQ21 I4 3 主電機反向測速信號 SR 反 I4 4 主電機正向測速信號 SR 正 I4 5 手動潤滑 SB19 I4 6 刀具松開 SB17 I4 7 刀具夾緊 SB16 I5 0 機床照明燈 SA2 表 7 2 輸出點 信號名稱 元件代號 地址 瞄準器照明 EL3 Q0 1 刀具松開指示 HL10 Q0 2 刀具夾緊指示 HL11 Q0 3 工作臺指示燈 HL2 Q0 4 上滑座指示燈 HL3 Q0 5 38 下滑座指示燈 HL4 Q0 6 主軸指示燈 HL5 Q0 7 主軸箱指示燈 HL6 Q1 0 正向機動進給指示燈 HL7 Q1 1 反向機動進給指示燈 HL8 Q3 4 主軸