组 合 机 床 的 电 气 控 制 系 统 设 计 ( 总1 9 页 ) -本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可- -内页可以根据需求调整合适字体及大小- 目 录 第一章 设计概述 . 错误!未定义书签。 组合机床的概述 . 错误!未定义书签。 设计要求 . 错误!未定义书签。 第二章 组合机床的电气控制线路设计 . 错误!未定义书签。 选择并确定控制方案 . 错误!未定义书签。 确定机床的工作循环 . 错误!未定义书签。 确定液压动力滑台系统的工作过程 . 错误!未定义书签。 机床电气传动的特点及控制要求 . 错误!未定义书签。 机床电气控制线路设计 . 错误!未定义书签。 选择电气元件 . 错误!未定义书签。 制定电动机和电气元件明细表 . 错误!未定义书签。 第三章 组合机床的可编程控制器控制系统的设计 . 错误!未定义书签。 在设计可编程控制器系统时，应遵循以下基本原则 . 错误!未定义书签。 工艺要求及动作流程 . 错误!未定义书签。 PLC 选型 . 错误!未定义书签。 I/O 点地址编号及硬件接线 . 错误!未定义书签。 软件编制 . 错误!未定义书签。 第四章 总结 . 错误!未定义书签。 第五章 参考文献 . 错误!未定义书签。 1 第一章 设计概述 组合机床的概述 组合机床通常是采用多刀、多面、多工序、多工位同时加工，由通用部件和专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。它的电气控制线路是将各个部件组合成一个统一的循环系统。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、铣削及磨削等工序。组合机床用于大批量生产。 组合机床的控制系统大多采用机械、液压或气动、电气相结合的控制方式。其中，电气控制又起中枢连接的作用。因此，应分析组合机床电气控制系统与机械、液压或气动部分的相互关系。 设计要求 设计两面加工组合机床的电气控制线路及其可编程控制器的控制系统。 要求如下： 1）能按照本组最终要求合理设计继电器电气原理图， PLC 电气原理图，再做成控制板，最后连线试验。 2）要求上交 1 份设计说明书，2 张图纸，测试结果。 2 第二章 组合机床的电气控制线路设计 选择并确定控制方案 组合机床组成部件不是一成不变的，它将随着生产力的向前发展而不断更新，因此与相适应的电气控制线路也随着更新换代，目前主要有以下两种： 1）机械动力滑台控制线路 机械动力滑台和液压动力滑台都是完成进给运动的动力部件，两者区别仅在于进给的驱动方式不同。动力滑台与动力头相比较，前者配置成的组合机床较动力头更为灵活。在动力头上只能安装多轴箱，而动力滑台还可以安装各种切削头组成的动力头，用来组成卧式、立式组合机床，以完成钻、扩、铰、镗、刮端面、倒角和攻螺纹等工序，安装分级进给装置后，也可用来钻深孔。一般机械动力滑台由滑台、机械滑座及双电动机（快速电动机和进给电动机）传动装置三部分组成。滑台进给运动的自动循环是通过传动装置将动力传递给丝杆来实现的。 2）液压动力滑台控制线路 液压动力滑台与机械动力滑台在结构上的区别在于：液压动力滑台的进给运动的借助压力油通过液压缸的前腔和后腔来实现的。液压动力滑台由滑台、滑座及液压缸三部分组成，液压缸驱动滑台在滑座上移动。液压动力滑台也具有前面机械动力滑台的典型自动工作循环过程，它是通过电气控制线路控制液压系统来实现的。滑台的工进速度是通过调整节流调速阀进行无级调速的。电气控制一般采用行程原则、时间原则控制方式及压力控制方式。 组合机床电气控制系统总的特点，是它的基本电路可根据通用部件的典型控制电路和一些基本控制环节组成，再按加工、操作要求以及自动循环过程，无须或只要作少量修改综合而成。 本设计采用一个液压动力滑台和两个铣削动力头来实现两面加工的组合机床电气控制电路。 3 确定机床的工作循环 组合相床由底座、床身、液压动力滑台、铣削动力头、液压站等通用部件以及有关的专用部件组成，如图2-1 所示。组合机床的工作循环如图2-2 所示。 1左电动机；2左变速箱；3液压缸；4右变速箱；5右电动机；6滑台； 7工件；8夹具；9机座 图 2-1 组合机床结构示意图 图 2-2 组合相床工作循环图 4 加工时，工件随夹具安装在液压动力滑台上，当发出加工指令后，工作台作快速进给，工作接近动力头时，工作台改为工作进给速度进给，同时，左铣削动力头启动加工，当进给到一定位置时，右动力头也启动两面同时加工，直至终点时工作进给停止，两动力头停转，经死挡铁停留后，液压动力滑台快速退回原位并停止，工作循环结束。 确定液压动力滑台系统的工作过程 图 2-3 液压动力滑台的液压系统图 液压系统工作过程如下。 （1） 快速趋进 液压泵电动机启动后，按 SB3按钮发出滑台快速移动信号，电磁铁 YV1得电，三位五通电磁阀向右移，控制油路开通，控制三位五通液控换向阀向右移，接通工作油路，压力经过行程阀进入液压缸大腔，而小腔内回油经过三位5 五通液控换向阀、单向阀、行程阀再进入大腔，液压缸体、滑台、获得向前快速移动。 （2） 工作进给 滑台快速移动到工件接近铣削动力头时，滑台上的挡铁压下行程阀，切断压力油通路，此时压力油只能通过调速阀进入液压缸大腔，减少进油量，降低滑台移动速度，滑台转为工进进给。此时由于负载增加，工作油路油压升高，顺序阀打开，液压缸小腔的回油不再经单向阀流入液压缸大腔，而是经顺序阀流回油箱。 （3） 死挡铁停留 液压动力滑台工作进给结束时（铣削加工完成），滑台撞上死挡铁，停止前进，但油路仍处于工作进给状态，液压缸大腔内继续进油，至使油压升高，压力继电器 KP 动作。 （4） 快速退回停于原位 死挡铁停留，压力继电器 KP 动作，其常闭触点打开，使电磁铁 YV1失电 ，KP 常开触点闭合，电磁铁 YV2得电，三位五通电磁阀左移，控制油控制阀左移，工作压力油直接进入液压缸小腔，使液压缸体、滑台、工件迅速退回。同时大腔内的回油经单向阀、三位五通液控换向阀无阻挡地流回油箱。工作台快速退回原位时，压下原位行程开关，电磁铁 YV2失电，在弹簧作用下，液控换向阀处于中间状态，切断工作油路，系统中各元件均恢复原位状态，滑台停于原位，一个工作循环结束。 表 2-1 元件动作表 工步 YV1 YV2 KP 原位 快进 + 工进 + 死挡铁停留 + /+ 快退 + 6 机床电气传动的特点及控制要求 （1）两台铣削动力头分别由两台笼型异步电动机拖动，单向旋转，无须电气变速和停机制动控制，但要求铣刀能进行点动对刀。 （2）液压泵电动机单向旋转，机床完成一次半自动工作循环后，液压泵电动机不停机，当按下总停机按钮时才停机。 （3）加工到终点，动力头完全停止后，滑台才能快速退回。 （4）液压动力滑台前进、后退能点动调整。 （5）电磁铁 YV1、YV2采用直流供电。 （6）机床具有照明、保护和调整环节。 机床电气控制线路设计 （1）电动机控制电路 M1为液压泵电动机，操作按钮 SB2或 SB1，使 KM1得电或失电，控制电动机启动或停止。机床所有的操作都必须在液压泵电动机启动以后进行。SA1为机床半自动工作与调整工作的选择开关。SA1开关置于 A 位置时机床实现半自动工作，左、右铣削动力头的电动机 M2与 M3分别由滑台移动到位，压下行程开关SQ2与 SQ3，使 KM2、KM3得电并自锁，M2、M3分别启动工作。加工到终点时，滑台压下终点行程开关 SQ4，使 KM2、KM3断电，两动力头停转。 （2）液压动力滑台控制 液压泵电动机启动工作后，按下按钮 SB3，继电器 KA1得电并自锁，电磁铁YV1得电，控制液压滑台快速趋近，至滑台压下行程阀，滑台转为工作进给速度进给。工作进给至终点，死挡铁停留，进油路油压升高，到压力继电器KP动作。KA1失电，电磁铁 YV1失电，同时 KA2得电，电磁铁 YV2得电，滑台快速退回到原位，压下原位行程开关 SQ1，KA2失电，YV2失电，滑台停在原位，一个工作循环结束。 （3）照明电路 机床照明灯 EL 通过控制变压器 T1 降压为 24V，由开关 SA2控制。 （4）保护与调整环节 7 熔断器 FU1用于对电动机 M1，变压器 T1、T2一次侧进行短路保护。FU2用于对电动机 M2、M3短路保护，FU3用于对控制电路短路保护，FU4用于对照明电路短路保护，FU5用于对电磁铁线圈电路短路保护。 三台电动机的过载保护分别由 FR1、FR2、FR3热继电器实现，为了保护刀具与工件安全，当其中一台电动机过载时，要求其余两台电动机均应停止工作。因此，热继电器的常闭触点均应接在控制电路的总电路中。 组合机床是由通用部件和专用部件组成。组合机床在整机的安装、调试过程中，希望各部件能灵活方便地进行单独调试，而不影响其它部件。因此，控制电路应具有对自动加工与调整工作状态的控制作用。 左、右动力头调整点动对刀时，通过操作转换开关 SA1于调整位置 M，分别按下按钮 SB7、SB8，实现左、右动力头点动对刀的调整。 液压动力滑台前进、后退的调整是将 SA1开关置于M位置，切断 KM2、KM3线圈电路，使滑台移动到 SQ2、SQ3位置时，左、右铣削动力头不应起动工作。按下点动按钮 SB5、SB6，分别使 KA1、KA2得电，获得滑台前进与后退的点动调整工作。 （5）绘制电器原理图 根据各局部线路之间的相互关系和电气保护线路，完成电气原理图，如(附录一)所示。 选择电气元件 电动机 M1、M2、M3的选择 合理地选择电动机是指从驱动机床的具体对象、加工规范，也就是要从机床的使用条件出发，即从经济、合理、安全等多方面考虑，使电动机能够安全可靠地运行。 在机床中，现阶段 Y 系列电动机具有高效，节能，性能好，振动小，噪声小，寿命长，可靠性高，维护方便，启动转矩大等优点而得到广泛的应用。 考虑到以上情况，所以选择液压泵电动机 M1的型号为 Y160M4，额定功率为 11kW，额定电压为 380V ，额定电流为，额定转速为 1460r/min。 选择左、右动力头电动机 M2、M3的型号为 Y90L4，额定功率为，额定电压为 380V ，额定电流为，额定转速为 1400r/min。 8 电源引入开关的选择 开关选用原则： （1）开关的额定工作电压线路额定电压； （2）开关的额定电流线路负载电流； （3）有热继电器装置的开关，其热继电器整定电流应当与所控制负载额定电流一致； （4）有电磁继电器装置的开关，其电磁继电器瞬时整定电流应不小于负载电路正常工作峰值电流； （5）有欠电压继电器装置的开关，其欠电压继电器额定电压就不小于线路额定电压。 Q 主要作为电源隔离开关用，并不用它来直接启停电动机，可按电动机额定电流来选。中、小型机床常用组合开关，选用 HZ1025/3 型，额定电流为 25A，为三级组合开关。 热继电器的选择 热继电器的选用原则： （1）用做断相保护时，对 Y 接法应使用一般不带断相保护装置的两相或三相热继电器。对接法应使用带断相保护装置的继电器。 （2）用做长期工作保护或间断长期保护时，根据电动机启动时间，选取 6倍的额定电流（6IN）以下具有可返回时间的热继电器。其额定电流或热元件整定电流应等于或大于电动机或被保护电路的额定电流。继电器热元件的整定值一般为电动机或被保护电路额定电流的 1倍。 液压泵电动机 M1 的额定电流为，所以 FR1 应选用 JR2025，元件号 3T 型热继电器，热元件电流为 25A，整定电流调节范围为 172125A，工作时将额定带暖流调整为。 同理，FR2、FR3应选用 JR2010 型,热元件号为 10R 的热继电器，热元件电流为 4A，整定电流调节范围为4，工作时将额定电流调整为。 9 压力继电器 KP 选用原则是：根据被控制电路的电压等级，所需触点数量、种类和容量等要求来选择。 应选用 JZ744 型中间继电器作为压力继电器，额定电流 5A。 中间继电器的选择 选用原则是：根据被控制电路的电压等级，所需触点数量、种类和容量等要求来选择。 应选用 JZ744 型中间继电器，额定电流 5A。 熔断器的选择 熔断器的选用原则： （1）熔断器的额定电压应符合电动机的运行电压。 （2）熔断器的额定电流应大于电动机回路长期通过的最大电流。 （3）熔断器的极限断路电流应大于流过电路的最大短路电流。 （4）熔断器的保护特性必须与保护对象的过载特性有良好的配合，使其在整个曲线范围内获得可靠的保护。 熔断器熔体的选用原则：对负载电流比较平稳，没有冲击电流的短路保护，熔体额定电流等于或稍大于负载工作电流； a. 单台直接启动电动机：熔体额定电流=（）电动机额定电流； b. 多台直接启动电动机：熔体额定电流=（）各台电动机电流之和。 FU1用于对电动机 M1，变压器 T2、T3一次侧进行短路保护。其熔体电流为AIR2 .45，查阅电工手册，常用螺旋式熔断产品型号以及主要技术参数，可选用 RL160 型熔断器，配 50A 的熔体。 FU2用于对电动机 M2、M3 短路保护。其熔体电流为AIR84.115 . 27 . 377 . 3，查阅电工手册，常用螺旋式熔断产品型号以及主要技术参数，可选用RL115 型熔断器，配 15A 的熔体。 FU3用于对控制电路短路保护，FU4用于对照明电路短路保护，FU5用于对电磁铁线圈电路短路保护。可选用RL115 型熔断器，配 4A 的熔体。 10 接触器的选择 接触器的选用主要考虑以下技术参数： （1）电源种类：交流或者直流。 （2）主触点额定电压，额定电流。 （3）辅助触点种类，数量以及触点额定电压。 （4）电磁线圈的电源种类，频率和额定电压。 （5）额定的操作频率，即允许的每小时接通的最多次数。 综上所述，参考电工手册，接触器 KM1，根据液压泵电动机 M1 的额定电流，控制回路电源为 127V，需主触点三对，动合辅助触点两对，动断辅助触点一对等情况，选用 CJ1625 型接触器，电磁线圈电压为 127V。 由于 M2、M3 电动机额定电流比较小，M2、M3 可选用 JZ744 型交流中间继电器，其线圈电压为 127V，触点电流为 5A，可完全满足要求，对小容量的电动机常用中间继电器充任接触器。 控制变压器的选择 变压器最大负载时 KM1、KM2 及 KM3 同时工作，根据机床电气可控制技术教材，式（49）得 VAVAPKPxcbb8 .16)1125 . 1 (2 . 1 由式（410）得:VAPPPsTxcb9 .24115 . 1146 . 05 . 16 . 0 可知变压器的容量应大于，考虑到照明灯等其他电器容量，可选用BK100 型变压器，电压等级为 380V/，可满足辅助回路的各种电压需要。 行程开关的选择 行程开关的一般选用原则是： （1）根据使用场合及控制对象选用种类； （2）根据安装环境选用防护形式； （3）根据控制回路的额定电压和额定电流选用系列； （4）根据机械与行程开关的传动与位移关系选用合适的操作头形式。 查阅电工手册, JLXK1 系列行程开关具有瞬时换接动作机构，适用于交流 50HZ，电压到 380V 及直流电压到 220V 的电路中，作为机床的自动控制，限制运动机构动作以及程序控制用。 11 综上所述，所以 SQ1、SQ4 应选 JLXK1111（单轮）型行程开关，其额定电压为 380V，约定发热电流为 5A。 SQ2、SQ3 应选 JLXK1311（直动不带轮）型行程开关，其额定电压为AC380V, DC220V，约定发热电流为 5A。 控制开关的选择 按钮开关的一般选用原则是： （1）根据使用场合选用按钮开关的种类； （2）根据用途选用合适的形式； （3）根据控制回路需要，确定不同按钮数； （4）按工作状态指示和工作情况要求，选用按钮和指示灯的颜色。 所以 SB1、SB5、SB6 应选 LA101 型按钮开关，颜色为红色。 SB2、SB3、SB4、SB7、SB8 应选应选 LA101 型按钮开关，颜色为黑色。 制定电动机和电气元件明细表 电气元件明细表要注明各元器件的型号、规格及数量等，见表 2-2。 表 2-2 电动机和电气元件明细表 符号 名称 型号 规格 数量 M1 液压泵电动机 Y140M4 11Kw 380V 1460r/min 1 M2 左动力头电机 Y90L4 380V 910r/min 1 M3 右动力头电机 Y90L4 380V 1400r/min 1 Q 组合开关 HZ1025/3 三级 500V 25A 1 FR1 热继电器 JR2025 额定电流 25A 整定电流 1 FR2、FR3 热继电器 JR2010 额定电流 4A 整定电流 2 KP 压力继电器 JZ744 额定电流 5A 1 KA1、KA2 中间继电器 JZ744 额定电流 5A 2 FU1 熔断器 RL160 380V 熔体 50A 1 FU2 熔断器 RL115 380V 熔体 15A 1 FU3、FU4、熔断器 RL115 380V 熔体 4A 3 12 FU5 KM1 交流接触器 CJ1625 20A 线圈电压 127V 1 KM2、KM3 交流中间接触器 JZ744 5A 线圈电压 127V 2 T1、T2 控制变压器 BK100 100VA 380V/ 2 符号 名称 型号 规格 数量 SQ1、SQ4 行程开关 JLXK1111 额定电压 380V 约定电流 5A 2 SQ2、SQ3 行程开关 JLXK1311 额定电压 380V 约定电流 5A 2 SB1、SB5、SB6 控制按钮 LA101 红色 3 SB2、SB3、SB4、SB7、SB8 控制按钮 LA101 黑色 5 YV1、YV2 电磁铁 4 13 第三章 组合机床的可编程控制器控制系统的设计 在设计可编程控制器系统时，应遵循以下基本原则 1. 最大限速地满足控制要求 充分发挥可编程控制器功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计中最重要的一条原则。设计人员要深入现场进行调查研究，收集资料。同时要注意和现场工程管理和技术人员及操作人员紧密配合，共同解决重点问题和疑难问题。 2. 保证系统安全可靠 保证可编程控制器控制系统能够长期安全，可靠，稳定运行，是设计控制系统的重要原则。 3. 力求简单，经济，使用与维修方便 在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断扩大工程的效益，另一方面也要注意不断降低工程的成本，不宜盲目追求自动化和高指标。 4. 适应发展的需要 适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。 工艺要求及动作流程 电力拖动控制要求 1）两台铣削动力头分别由两台笼型异步电动机拖动，单向旋转，无须电气变速和停机制动控制，但要求铣刀能进行点动对刀。 2）液压泵电动机单向旋转，机床完成一次半自动工作循环后，液压泵电动机不停机，当按下总停机按钮时才停机。 3）加工到终点，动力头完全停止后，滑台才能快速退回。 4）液压动力滑台前进、后退能点动调整。 14 5）电磁铁 YV1、YV2 采用直流供电。 6）机床具有照明、保护和调整环节。 PLC 选型 本系统有输入信号 16 个，输出信号 8 个，均为开关量。根据 I/O 数量、类型及控制要求，同时考虑到维护、改造和经济性等诸多因素，可以选择FX2N-48MR，这样共有 24 个输入点、24 个输出点，可以满足控制要求。 I/O 点地址编号及硬件接线 将输入信号、输出信号按功能类型分配，与 PLC 的 I/O 端一一对应连接。 表 3-1 输入/输出设备与 PLC 的 I/O 地址分配表 输 入 设 备 输 出 设 备 符号 功 能 输入继电器 符号 功 能 输出继电器 SA1(A) 半自动与调整工作选择开关 X0 KM1 M1 启动接触器 Y0 SA1(M) X1 KM2 M2 正向接触器 Y1 SA2 照明灯开关 X2 KM3 M2 反向接触器 Y2 SQ1 原位行程开关 X3 KA1 YV1 得失电继电器 Y3 SQ2 行程开关 X4 KA2 YV2 得失电继电器 Y4 SQ3 行程开关 X5 YV1 进给电磁铁 Y5 SQ4 加工终点行程开关 X6 YV2 退回电磁铁 Y6 SB1 液压泵停止按钮 X7 EL 照明灯 Y7 SB2 液压泵启动按钮 X10 SB3 快进按钮 X11 SB4 快退按钮 X12 SB5 前进点动调整开关 X13 SB6 后退点动调整开关 X14 SB7 左动力点动对刀开关 X15 15 SB8 右动力点动对刀开关 X16 KP 压力继电器 X17 图 3-1 PLC 与 I/O 端的分配图 软件编制 根据系统要求可知，当系统开始运行时，组合机床处于复原状态，用启动脉冲 M8002 直接使程序进入等待状态，M0 常开触点闭合。当液压泵电动机启动后，系统进入下降状态，开始系统要求的功能。 电动机控制电路、液压动力滑台控制和照明电路能同时进行工作。机床能够选择半自动工作和点动调节 绘制状态转移图（附录二所示），步进梯形图（附录三所示）。 根据步进梯形图写出的指令表如表3-2 所示。 表 3-2 系统指令表 步序 指令 步序 指令 步序 指令 0 LD M8002 32 RST Y1 64 RST Y5 1 SET S20 33 RST Y2 65 LDI Y3 2 STL S20 34 STL S25 66 SET Y6 16 3 LDI X7 35 OUT Y1 67 LD X3 4 OUT M0 36 LD X16 68 SET S31 5 LD M0 37 SET S26 69 STL S31 6 AND X8 38 STL S26 70 RST Y4 7 SET S21 39 OUT Y2 71 RST Y6 8 AND X2 40 LD X13 72 STL S24 9 SET S33 41 SET S27 73 STL S28 10 STL S21 42 STL S27 74 STL S31 11 SET Y0 43 LDI X17 75 LD X3 12 LDI X7 44 ANI Y4 76 AND X7 13 AND X0 45 OUT Y3 77 AND X12 14 AND X4 46 LD X14 78 SET S32 15 SET S22 47 SET S28 79 STL S32 16 AND X1 48 STL S28 80 RST Y0 17 AND X15 49 OUT Y4 81 STL S33 18 SET S25 50 STL S29 82 SET Y7 19 AND X9 51 LDI Y3 83 STL S32 20 SET S29 52 ANI Y5 84 STL S33 21 STL S22 53 SET Y3 85 LD X2 22 LDI X10 54 LDI Y4 86 SET S34 23 SET Y1 55 SET Y5 87 STL S34 24 LD X5 56 LD X4 88 RST Y7 25 SET S23 57 AND X5 89 SET S20 26 STL S23 58 AND X6 90 RET 27 LDI X11 59 SET S30 91 END 28 SET Y2 60 STL S30 29 LD X6 61 RST Y3 30 SET S24 62 SET Y4 31 STL S24 63 LDI Y4 17 第四章 总结 时光飞逝，一周的时间又接近了尽头。回顾一周的学习，感觉蛮充实。 本设计主要介绍了两面加工组合机床的电气控制线路及其可编程控制器控制系统的设计。 经过一周辛苦的课程设计，我将学过的基础理论知识进行综合应用，培养了自已的逻辑思维能力。当然，我也深深认识到自己学习上的不足，书到用时方恨少，只有在真正用到的时候才能发现。比如在查阅资料及处理资料信息或者在设计过程中都遇到了一些问题，这些问题无疑使我们清楚地看到了自己的缺点。当然我也会在接下来的工作学习中改正。 在这次课程设计的过程中我学到了很多，感谢老师的督促指导，感谢我同组同学的帮助。我深知这次课程设计在机械行业可谓是冰山一角，机械与电气在很多大程度上是分不开的。学习之路还遥远，我会更加努力，为接下来的毕业设计做充分的准备！ 18 第五章 参考文献 1电工手册.王其红 何乐如.刘祖喜主编.河南科学技术出版社.2006 年 10月第一版 2机床电气控制技术.张万奎主编.北京大学出版社.2006 年 8 月第一版 3可编程控制器应用技术何献忠等主编.清华大学出版社.2007 年 11 月第一版 4电工学秦曾煌主编.高等教育出版社.2006 年 7 月第一版