毕 业 论 文 课题名称：课题名称：B2012aB2012a 型龙门刨床基于型龙门刨床基于 PLCPLC 的自动的自动 化改造化改造 专 业 机电一体化 2 目 录 前言前言- 3 摘要摘要- 3 第一章第一章绪论绪论- 4 1.1 龙门刨床简介- 5 1.2 PLC 的基本概念- 1.3 本文研究的目的及意义- 第二章第二章 B2012AB2012A 龙门刨床的基本情况龙门刨床的基本情况- 2.1 基本结构- 2.2 工作过程- 2.3 运动分析- 2.4 传动系统- 第三章第三章 龙门刨床对控制系统的要求龙门刨床对控制系统的要求- 3.1 要求有宽广的调速范围- 3.2 电气控制电路能保证机床可靠地自动工作- 3.4 工作台速度调整- 3.5 刀架能自动进给和快速移动- 3.6 系统的机械特性要有一定的硬度- 3.7 有必要的联锁保护- 第四章第四章 B2012AB2012A 型龙门刨床的型龙门刨床的电气控制电气控制- 4.1 交流机组拖动系统组成- 4.2 直流发电拖动系统组成- 4.3 各控制电路概述- 4.3.1 主拖动机组电动机 M1 控制电路- 4.3.2 横梁控制电路- 4.3.3 工作台自动循环控制电路- 4.3.4 工作台步进，步退控制- 4.3.5 刀架控制电路- 第五章第五章 变频技术变频技术- 5.1 变频技术的优越性- 5.2 系统对变频器的控制要求- 5.3 变频器的选型- 5.4 设备组成- 5.5 组成框图- 第六章第六章 B2012AB2012A 型龙门刨床型龙门刨床 PLCPLC 控制系统组成控制系统组成- 6.1 龙门刨床的特点- 6.2 输入/输出分配表- 6.3 PLC 类型选定- 6.4 工作台控制流程- 6.5 PLC 控制接线图- 6.6 设计控制程序- 第七章第七章 B2012AB2012A 型龙门刨床改造效果型龙门刨床改造效果- 毕业设计总结毕业设计总结- 参考文献参考文献- 3 摘摘 要要 分析了龙门刨床的运动特点，利用 PLC 和变频技术对 B2012A 型龙门刨床进行自动化改造，以 提高其加工效率和精度。 关键词： 龙门刨床；PLC；变频。 前 言 龙门刨床是机械工业的主要工作母机之一，在工业生产中占有重要的位置。其电气控制系统包 括工作台的主传动和进给机构逻辑时序控制两大部分。龙门刨床工作台的行程控制多采用传统的继 电器、行程开关控制方式来实现，该方式存在着故障率高、接线复杂、灵活性小、检修不方便等缺 点。这对加工性能及成本有很大的影响，有的甚至无法在一些加工要求稍高的工件场合下使用。 但是，目前部分中小型企业及高校仍广泛使用这种传统的继电器控制机床。在资金紧张的情况 下，更新机床是不太现实的。因此，对龙门刨床加工性能和要求进行分析研究，设计一套低成本高 性能的控制方案，应用于实践，可最大限度发挥龙门刨床的加工潜力，提高可靠性，降低运行成本， 对老式龙门刨床的改造提高有很大的实际意义。 随着 PLC 在工业控制中的迅猛发展，为改变上述缺点提供了有效途径。因此，本文作者将以 B2012A 型龙门刨床为例，根据龙门刨床的加工工艺特点，采用可编程序控制器(PLC)对其传统控制 系统进行改造。 第一章 绪论 1.1 龙门刨床简介 铣床是美国人惠特尼于 1818 年创制的卧式铣床； 为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人布朗于 1862 年 创制了第一台万能铣床，这是升降台铣床的雏形； 1884 年前后又出现了龙门铣床；二十世纪 20 年代 出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给- 决速”或“决速-进给”的自动转换。 龙门刨床是各类机加工厂中较为常见的设备， 是具有门式框架和卧式长床身的刨床。龙门刨床主 要用于刨削大型工件，也可在工作台上装夹多个零 件同时加工。龙门刨床的工作台带着工件通过门式 4 框架作直线往复运动，空行程速度大于工作行程速度。横梁上一般装有两个垂直刀架，刀架滑座可 在垂直面内回转一个角度，并可沿横梁作横向进给运动；刨刀可在刀架上作垂直或斜向进给运动； 横梁可在两立柱上作上下调整。一般在两个立柱上还安装可沿立柱上下移动的侧刀架,以扩大加工范 围工作台回程时能机动抬刀，以免划伤工件表面。机床工作台的驱动可用发电机电动机组或用可 控硅直流调速方式,调速范围较大,在低速时也能获得较大的驱动力。 龙门铣床还有一些变型以适应不同的加工对象。龙门铣镗床：横梁上装有可铣可镗的铣镗头， 其主轴（套筒或滑枕）能作轴向机动进给并有运动微调装置,微调速度可低至 5 毫米/分。桥式龙 门铣床：加工时工作台和工件不动,而由龙门架移动。其特点是占地面积小，承载能力大，龙门架行 程可达 20 米，便于加工特长或特重的工件 ，其外形与龙门刨床相似，区别在于它的横梁和立柱上 装的不是刨刀刀架而是带有主轴箱的铣刀架，并且龙门铣床的纵向工作台的往复运动不是主运动， 而是进给运动，而铣刀的旋转运动是主运动。在龙门铣床上可以用多把铣刀同时加工表面，所以生 产效率比较高，适用与成批和单件生产，用以加工中型和大型工件。 1.2 PLC 的基本概念 PLC 可编程序控制器： PLC 英文全称 Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻 辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编 程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的 指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制系统 （Programmable Logic Controller）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系 统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算 等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。 可编程控制器是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自 动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展， 可编程控制器更多地具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制，还具有了数据处理、通信、网络 等功能。由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性 高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。 1.2.1 PLC 的分类 (1) 小型 PLC 小型 PLC 的 I/O 点数一般在 128 点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除 了开关量 I/O 以外，还可以连接模拟量 I/O 以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、 5 计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。 (2) 中型 PLC 中型 PLC 采用模块化结构，其 I/O 点数一般在 2561024 点之间。I/O 的处理方式除了采用一般 PLC 通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入， 刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫 描速度更快。 (3) 大型 PLC 一般 I/O 点数在 1024 点以上的称为大型 PLC。大型 PLC 的软、硬件功能极强。具有极强的自 诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自 动化。大型 PLC 还可以采用三 CPU 构成表决式系统，使机器的可靠性更高。 1.2.2 PLC 的主要特点 （1）结构灵活，不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资 源保持较高的利用率，在移动性方面可与 WLAN 媲美