磨床机电控制.docx
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磨床机电控制
目录
第1章绪论1
第2章M7130平面磨床的原理结构2
2.1M7130平面磨床的主要结构2
2.2M7130平面磨床的原理3
2.3电力拖动特点及控制要求4
2.3.1电力拖动特点4
2.3.2控制要求5
2.3.3电源形式5
第3章平面磨床的主要运动形式与控制要求5
3.1主运动5
3.2进给运动6
3.3辅助运动6
第4章M7130平面磨床电气分析7
4.1电气控制设计7
4.2主电路分析8
4.3控制电路分析9
4.3.1电动机的控制9
4.3.2电磁吸盘的控制9
4.3.3照明及指示灯的控制10
第5章PLC介绍10
5.1PLC简介10
5.2PLC基本结构10
第6章M7130平面磨床电气控制线路的PLC改造11
6.1输入输出的设计11
6.2PLC的外部接线11
6.3PLC改造M7130平面磨床软件设计12
参考文献13
第1章绪论
磨床是用砂轮周边或端面进行机械加工的精密机床。
它不但能加工一般金属材料，而且能加工一般金属刀具难以加工的硬材（如淬火钢，硬质合金等）。
利用磨削可获得较高加工精度和光洁度，而且加工余量较其他加工方法小的多。
所以磨床广泛用于零件加工。
由于精密铸造和精密锻造工艺的进步，使得零件不经其他切削加工而直接磨削成成品。
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，在金属切削机床中所占比重不断上升，在工业发达国家占金属切削机床的13%-27%。
磨床种类很多，按其工艺分为外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床以及一些专用磨床，如螺纹磨床、齿轮磨床、球面磨床、花键磨床、导轨磨床与无心磨床等。
其中以平面磨床最为普通。
图1.1M7130磨床
第2章M7130平面磨床的原理结构
2.1M7130平面磨床的主要结构
M7130是卧轴圆台平面磨床:
适用于磨削圆形薄片工件,并可利用工作台倾斜磨出厚薄不等的环形工件。
卧轴矩台平面磨床，国家标为M71系列平面磨床，即带有卧式磨头主轴，矩形工作台的平面磨床。
主要功能是用砂轮的周边磨削工件的平面，也可以用砂轮的端面磨削工件的槽和凸缘的侧面，磨削精度和光洁度都较高。
适宜于磨削各种精密零件和工模具，可供机械加工车间、机修车间和工具车间作精密加工使用。
中国传统的卧轴矩台平面磨床是从原苏联引进并消化改进的M71系列，特点是磨床主轴侧挂，主轴采用轴瓦支承，适合粗加工重切削。
近年来欧美国家更流行是十字鞍座结构的卧轴矩台平面磨床，主轴采用精密精珠轴承支承，更适合于精密磨削。
M7130具有以下特点：
（1）机床布局采用立柱右置，磨头、拖板与立柱的结构有新的突破，整机刚性更好。
（2）磨头采用国际通行的滚动轴承结构形式。
（3）机床的垂直、横向进给运动采用滚珠丝杠副，进给灵敏度高。
（4）工作台纵向运动由叶片泵驱动，运动平稳，噪声小。
油池配有冷却装置，温升低，热变形小。
（5）磨头垂直运动有快速升降装置，操作方便，横向运动由变频电机驱动，可无级调速。
（6）机床的垂直、横向进给部分留有伺服电机安装位置，根据需要可配置数控系统成为数控机床。
图2.1M7130磨床结构图
2.2M7130平面磨床的原理
工作台上装有电磁吸盘，用以吸持工件。
工作台在床身导轨上作往复运动（纵向运动）。
固定在床身上的立柱上带有导轨，滑座在立柱导轨上作垂直运动；而砂轮箱在滑座的导轨上作水平运动（横向运动），砂轮箱内装有电动机，电动机带动砂轮作旋转运动。
平面磨床在加工工件过程中，砂轮的旋转运动是主运动，工作台往复运动为纵向进给运动，滑座带动砂轮箱沿立柱导轨的运动为垂直进给运动，砂轮箱沿滑座导轨的运动为横向进给运动。
工作时，砂轮旋转，同时工作台带动工件右移（如图2.2所示），工件被磨削。
然后工作台带动工件快速左移，砂轮向前作进给运动，工作台再次右移，工件上新的部位被磨削。
这样不断重复，直至整个待加工平面都被磨削。
图2.2M7130磨床的运动形式
2.3电力拖动特点及控制要求
2.3.1电力拖动特点
（1）M7130平面磨床中有三台电动机：
砂轮电动机拖动砂轮旋转。
液压泵电动机拖液压泵，采用多电机单拖动，经液压装置来完成工作台往复纵向运动以及实现横向的自动进给，并承担工作台导轨的润滑。
冷却泵电动机拖动冷却泵，供给磨削加工需要的冷却液。
相互间存在简单的联锁与必要的信号及保护环节，磨床有简单的机械传动。
（2）磨削加工一般不要求调速，因要求砂轮速度高，所以通常采用三相鼠笼式异步电动机拖动。
同时为提高砂轮主轴的刚度，从而提高磨床加工精度，采用装入式感应电动机直接拖动，这样砂轮主轴就是电动机的轴。
（3）平面磨床是一种精密机床，为保证加工精密，要求机床运行平稳，又因工作台为往复运动，要求换向时的惯性小，换向无冲击。
为此平面磨床采用液压传动。
由液压电动机拖动液压泵，经液压传动装置实现工作台的纵向进给运动。
并通过工作台上的撞块操纵床上的液压换向开关，实现方向的反向送进，从而实现工作台的往复运动。
（4）平面磨床采用电磁吸盘，是保证加工工件的精度，同时也为磨削加工一些小工件时，让工件在加工过程中发热可以自由伸缩，更便于夹持。
（5）在磨削过程中为冲走磨屑及沙粒，保证加工精度，也为使工件得到良好的冷却，减少变形，需采用冷却泵为磨削过程输送冷却液。
2.3.2控制要求
（1）砂轮电动机、液压泵电动机和冷却泵电动机都只是要求单方向运转。
（2）冷却泵电动机随砂轮电动机开动，不用冷却液时也可单独关断冷却泵电动机。
（3）具有完善的保护环节：
各电路的短路保护；电动机的长期过载保护；零压保护电磁吸盘的欠电流保护；防止因断电，电磁吸盘工件飞出的保护以及其他保护等。
（4）允许机床分别作调整运动。
（5）具有使电磁吸盘吸牢工件及放开工件并去磁的控制环节。
（6）具有照明电路。
2.3.3电源形式
主电路采用交流380V电源直接供电，对于比较复杂的控制线路，应采用控制电源变压器，将控制电压由交流380V或220V降至110V或48V、24V等，这是从安全角度考虑的。
本设计由控制变压器将交流380V变换成110V、24V、和6V分别供给控制回路、照明回路和信号回路
第3章平面磨床的主要运动形式与控制要求
3.1主运动
主运动指的是砂轮的高速旋转，其控制的要求有三点：
（1）为保证磨削加工质量，要求砂轮有较高的转速，通常采用两级笼型异步电动机。
（2）为提高主轴的刚度，简化机械结构，采用装入式电动机，将砂轮直接装到电动机轴上。
（3）砂轮电动机只要求单向旋转，可直接启动，无调速和制动要求。
3.2进给运动
进给运动有三种形式：
工作台的往复运动（纵向进给）、砂轮架的横向（前后）进给、砂轮架的升降运动（垂直进给）。
工作台的往复运动（纵向进给）：
（1）液压传动，因液压传动换向平稳，易于实现无极调速。
液压泵电动机M3拖动液压泵，工作台在液压作用下纵向运动。
（2）由装在工作台前侧的换相当铁碰撞床身上的液压换向开关控制工作台进给方向。
砂轮架的横向（前后）进给：
（1）在磨削的过程中，工作台换向时，砂轮架就横向进给一次。
（2）在修正砂轮或调整砂轮的前后位置时，可连续横向移动。
（3）砂轮架的横向进给运动可由液压传动，也可用手轮来操作。
砂轮架的升降运动（垂直进给）：
（1）滑座沿立柱的导轨垂直上下移动，以调整砂轮架的上下位置，或使砂轮磨入工件，以控制磨削平面时工件的尺寸。
（2）垂直进给运动是通过操作手轮由机械传动装置实现的。
3.3辅助运动
辅助运动主要有工件的夹紧、工件的冷却。
各自的控制与要求：
工件的夹紧：
（1）工件可以用螺钉和压板直接固定在工作台上。
（2）在工作台上也可以安装电磁吸盘，将工件吸附在电磁吸盘上。
因此，要有充磁和退磁控制环节。
为保证安全，电磁吸盘与三台电动机M1、M2、M3之间有电气联锁装置，即电磁吸盘吸合后，电动机才能启动。
电磁吸盘不工作或发生故障时，三台电动机均不能启动。
工件的冷却：
（1）冷却泵电动机M2拖动冷却泵旋转供给冷却液。
（2）要求砂轮电动机M1和冷却泵电动机要实现顺序控制。
第4章M7130平面磨床电气分析
4.1电气控制设计
M7130型平面磨床电气控制线路图
M7130是卧轴圆台平面磨床:
适用于磨削圆形薄片工件,并可利用工作台倾斜磨出厚薄不等的环形工件。
卧轴矩台平面磨床，国家标为M71系列平面磨床，即带有卧式磨头主轴，矩形工作台的平面磨床。
其电气控制电路图如下：
图4.1M7130型平面磨床电气控制电路图
M7130磨床的主电路控制回路：
图4.2M7130磨床的主电路控制回路
M7130磨床的电磁吸盘回路：
图4.3M7130磨床的电磁吸盘回路
4.2主电路分析
主电路有三台电动机，M1为砂轮电动机，M2为冷却泵电动机，M3为液压泵电动机。
M1由接触器KM1控制。
插上插销X1后，M2将与M1同时启动和停止；不用冷却液时，可将插销X1拔掉。
M3由接触器KM2控制。
三台电动机共用熔断器FU1作短路保护，M1和M2用热继电器FR1作长期过载保护，M3用热继电器FR2作长期过载保护。
4.3控制电路分析
控制电路可分为电动机控制电路和电磁吸盘控制电路以及照明和指示灯控制。
4.3.1电动机的控制
由控制按钮SB1、SB2与接触器KM1构成砂轮电动机M1的单向旋转直接启动控制电路；由控制按钮SB3、SB4与KM2构成液压泵电动机单向旋转直接启动控制电路。
这两台电动机的启动和停止都可独立进行。
但想要启动电动机，只要在转换开关SA2的触点SA2闭合，或欠电流继电器KA的常闭触点KA闭合的条件下方可实现。
4.3.2电磁吸盘的控制
电磁吸盘控制电路可分为整流装置、控制装置和保护装置三部分。
电磁吸盘整流装置由整流变压器T1与桥式全波整流器VC组成，输出110V直流电压对电磁吸盘供电。
电磁吸盘由转换开关SA1控制。
SA1有三个位置：
充磁、断电和去磁。
当SA1置于“充磁”位置时，触点SA1（301—303）与触点SA1（302—304）接通，整流器的输出经302—304—KA—306—YH—303—301使电磁吸盘YH通电。
当SA1置于“去磁”位置时，触点SA1（301—305）、SA1（303—302）及SA1（8—6）接通，此时整流器输出经302—303—YH—306—KA—304—R2—305—301使电磁吸盘通电。
在“充磁”状态时，电磁吸盘获得整流器输出的110V直流电压，极性为上负下正，并串入了欠电流继电器KA。
电流足够大时，KA的常开触点闭合，为电动机控制电路的操作做好准备。
在加工过程中，若吸盘电流大大降低或消失，KA的常开触点断开使电动机控制线路断电，电动机停转，以避免磨削时因吸力不足而使工件飞出。
但是，在要单独对砂轮或工作台进行调整时，不需要电磁吸盘工作。
这时，为使电动机控制电路也能操作，将SA1的一对触点SA1（8—6）与KA（8—6）并联。
这样，在需要单独调整砂轮或工作台时，可将SA1扳在“去磁”位置，SA1（8—6）便闭合，使得电动机控制电路被接通。
当开关SA1置于“去磁”位置时，电磁吸盘回路中串入了电阻R2，并且电磁吸盘获得的直流电压是上正下负，流过的直流电流与充磁时相反，实现了去磁。
串入R2是为了适当减小去磁电流，以不致造成反向磁化。
工件对去磁要求严格，在取下工件后，还需要用交流去磁器进行处理。
图中的插座X2就是为插接去磁器而预备的。
电磁吸盘线圈是一个大电感，当线圈断电时，两端会产生很高的自感电压，会把线圈绝缘损坏，以及在开关SA1上产生很大的火花，导致开关触点的损坏。
为此，电路中接了电阻R3作为其放电回路，以释放线圈中储存的磁场能量。
另外，图中的R、C是用于吸收交、直侧通断时产生的浪涌电压，作为整流装置的过电压保护。
4.3.3照明及指示灯的控制
照明、信号电路分析控制变压器TC的二次侧输出24V电压，作为车床低压照灯和信号灯的电源。
EL1为车床的低压照明灯由开关SA2控制，HL为电源信号灯。
EL2为电动机M1和M2的启动指示灯，EL3为电动机M3的运行指示灯。
分别用交流接触器KM1和KM2的常开开关控制。
第5章PLC介绍
5.1PLC简介
早期的可编程控制器称作可编程控制器（ProgrammableLogicController，PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制，随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
PLC自1966年美国数据设备公司研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。
5.2PLC基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：
a、电源b、中央处理器（CPU）c、存储器
d、输入输出接口e、电路功能模块f、通信模块
5.3三菱PLC的主要特点
a、结构灵活b、传输质量高、速度快、带宽稳定
c、范围广d、低成本e、适用面广
第6章M7130平面磨床电气控制线路的PLC改造
6.1输入输出的设计
根据其控制要求我们将PLC进行输入输出做出如下的分配：
三菱PLC（FX2N48MR）I/O分配表
6.2PLC的外部接线
根据输入输出分配表，我们可将PLC的外部接线图画出（如下图）：
PLC外部接线图
6.3PLC改造M7130平面磨床软件设计
PLC改造M7130平面磨床电气控制线路梯形图：
从梯形图中我们可以看出：
在总开关闭合的情况下（KA得电常开闭合）
1、按下SB7（X007）时，Y003得电自锁并充磁。
2、M0得电，电磁吸盘充磁且工件吸牢，M0常开闭合。
3、此时按下SB1（X001）砂轮启动或SB3（X003）液压启动按钮继电器Y000、Y001得电开始工作。
4、按下SB2（X002）砂轮停止按钮或SB4（X004）液压停止按钮继电器Y000、Y001失电停止工作。
5、SB5（X005）、SB6（X006）分别为冷去泵电动机的启停控制按钮。
6、SB8（X010）为电磁吸盘退磁按钮。
7、SA（X011）为照明灯控制开关。
参考文献
【1】张万奎，机床电气控制技术中国林业出版社北京大学出版社2006
【2】赵仁良、王建.《电力拖动控制线路与技能训练》北京.中国劳动社会出版社2001
【3】谢祥强，梁京章基于PLC的M7130平面磨床电气控制系统的改造2009
【4】陈鼎宁机械设备控制技术1999
【5】胡爱华，孙继东PLC在平面磨床上的应用2003
【6】邢建国基于PLC的磨床控制设计1999
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