毕业设计《机床电气控制改造》指导书1.docx

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毕业设计《机床电气控制改造》指导书1

《机床电气控制改造》

毕业设计指导书

二0一三年十二月

毕业设计指导书

机床电气控制技术是一门实践性较强的课程，在理论学习后，进行机床电气控制线路在原有的继电器-接触器控制电路上进行改造成PLC控制系统是很有实用意义的，通过典型机床设备电气控制系统的分析，动手改造安装，进一步理解各基本控制环节在各种控制系统中的应用及组成。

学会根据生产工艺和机械设备对电气控制的要求，使用PLC进行电气控制电路设计,为今后进行机械设备以及机床设备的电气控制电路的设计，安装，调试，运行打下一定的基础。

本毕业设计指导书根据二种机床电气控制线路编写毕业设计指导内容，每部分都有目的和要求，机床电气线路原理图，机床主要结构运动形式，电气原理分析，能给同学们在进行PLC控制改造时提供一些帮助和启发.

本毕业设计指导书适用于机电一体化专业学生们毕业设计使用。

一.PLC毕业设计的一般原则和要求:

（1）.供电可靠,保证控制系统安全可靠.

（2）.应根据控制对象的特点及控制要求进行系统设计.

（3）.力争做到安全、经济、合理。

二.PLC毕业设计的步骤:

1.分析被控对象和明确控制要求;

2.PLC选型及相关电气设备的选择;

3.控制流程设计;

4.电路设计;

5.控制程序设计;

6.PLC安装及接线;

7.调试;

三.PLC毕业设计的基本内容:

1.原有机床设备的继电器-接触器控制电路功能分析;

2.明确I/O的点数及类型;

3.PLC选型与配置;

4.硬件设计;

5.软件设计;

6.PLC控制系统抗干扰的设计;

7.编写毕业设计说明书及主要设备材料清单;

8.绘制电气原理图,电气设备平面布置图及其他施工图;

9.绘制PLC程序清单及注释;

四.具体要求及内容:

一、目的和要求：

1、了解机床电器元件的结构、作用及工作原理；

2、分析电气控制线路的功能；

3、掌握机床电气控制线路的PLC控制设计技能；

4、掌握机床电气控制线路调试、运行的方法；

二、毕业设计守则：

1、树立良好的科学态度和细致踏实的工作作风、团结协助精神。

遵守毕业设计的纪律。

在指导老师指导下认真完成每一个毕业设计的环节工作。

2、了解清楚机床电气控制的工作原理。

3、在毕业设计过程中爱护国家财产，正确使用仪器、仪表和工具，不随意损坏电器元件及仪表。

因违反操作规程而损坏仪器者要按章赔偿。

4、机床电气线路接好后，要认真检查。

一般是认真观察和用万用表检查：

导线及电器元件是否接错，电器元件接触是否良好等。

5、通电试验之前要向指导老师申请，应在指导老师指导下按实验步骤：

①不带电动机通电试验；②带电动机通电试验；严禁擅自通电试验。

6、安装调试完成后要切断电源，紧接着进行答辩，答辩完后拆卸连接导线。

导线、工具、仪表要整齐排放回指定位置，并清洁卫生，经指导老师检查后才能离开。

三、答辩的内容和要求：

答辩的内容在该机床电气控制线路范围内。

涉及开机工作操作程序，电器元件的工作原理及作用，桥式整流硅堆直流输出的正负极判别，变速方法指示等。

要求回答问题清楚、准确。

四、毕业设计报告的内容和要求：

编写毕业设计报告是评估教学质量的重要依据。

毕业设计报告由每个学生独立完成，报告内容要层次清楚、文句简明通顺、汉字符合规范整齐、整洁。

毕业设计报告的一般内容如下：

1.毕业设计报告及设计说明书

2.技术资料:

（1）系统电气原理图;

（2）PLC的I/O口定义表及接线图;

（3）控制程序清单及注释;

（4）列出机床电器元件、名称、型号规格数量明细表（及系统所用电气器材清单）;

（5）系统原用继电器-接触器控制原理图;

3.毕业设计名称和毕业设计同组姓名；

4.叙述毕业设计过程的心得体会及意见和建议；

五.X62W型铣床电气控制电路

1、了解X62W型铣床电器元件的结构.作用及工作原理；

2、分析X62W型铣床电气控制原理图能力；

3.机床设备：

X62W型铣床实训装置；

4.机床的主要结构、运动形式、电气原理：

（一）、X62W型铣床主要结构：

底座、床身、悬架、刀杠挂脚、升降工作台、滑座及工作台组成。

X62W型铣床结构示意图如图2-1所示：

（二）、X62W型铣床运动形式和拖动要求：

铣刀的旋转运动为主运动，工件在工作台上能实现三个方向的进给运动，三个方向的进给运动都配快速移动装置。

铣刀正向安装要求主轴电动机正转，铣刀反向安装时要求主轴电动机反转。

为了减少负载波动影响，实现快速停车，主轴采用制动停车。

纵向、横向、垂直三个方向的进给，由一台电动机拖动。

进给运动的方向，通过操作配合电动机正反转来实现，为了实现停车位置准确性，采用制动停车。

主轴及进给运动要有一定的调速范围，要求主轴和进给电动机有变速冲动控制电路。

为了在铣床的正面，侧面方便操作，对主轴的启动、停机，对工作台进行选向及快速移动控制，设置多地点控制。

有一台冷却泵电动机，提供冷却液，单向旋转。

（三）、电气原理：

X62W型电气控制原理图如图2-2所示：

1、主轴电动机M1有三个方面的控制：

表2-1转换开关SA5动作表

触点

线端标号

操作手柄位置

顺铣

停机

逆铣

SA5-1

U21-W11

-

-

+

SA5-2

U21-U11

+

-

-

SA5-3

W21-W11

+

-

-

SA5-4

W21-U11

-

-

+

注表中：

“-“表示未接通.”+”表示接通

（1）、主轴电动机启动：

主轴电动机的转向预先由转换开关SA5

确定，如表2-1所示。

启动控制按钮SB1或SB2.停机控制按钮SB3或SB4.实现两地控制。

按下按钮SB1或SB2，接触器KM1得电，主触点闭合并自锁，主轴电动机按预先方向起动，带动主轴、铣刀旋转，同时速度继电器KS常开触点闭合，为停机反接制动作准备。

（2）、主轴电动机停机：

停机时，接触器KM2及电阻R和速度继电器KS组成停机反接制动控制。

按下停机按钮SB3或SB4，接触器KM1失电，切断正序电源，同时接触器KM2得电，电动机串电阻实现反接制动，当主轴电动机转速低于120r/min,KV触点断开，KM2断电，电动机反转制动结束。

停机操作时注意按下SB3或SB4到底，要在主轴电动机快停机时才松开按钮。

（3）、主轴的变速冲动：

主轴变速时操作变速手柄在拉出或推回过程中，短时触动冲动限位开关SQ7，主轴电动机瞬时一下而实现。

主轴处于停车状态时，操作变速手柄，触动冲动开关SQ7使接触KM2瞬时得电，电动机定子串电阻冲动一下，带动齿轮转动一下，便于齿轮啮合，完成变速。

主轴已起动工作时，要变速同样操作变速手柄，操作时也触动开关SQ7，使接触器KM1失电，KM2得电一下进行反接制动，使主轴转速下降，以便于在低速下齿轮啮合，完成变速成后，应重新按起动按钮，主轴电动机转动继续工作。

2、工作台进给电动机M2，由五个方面的控制：

工作台的进给运动需在主轴起动之后进行。

接触器KM1常开触点（11-12）闭合，接通进给拖动电动机M2驱动，通过M2电动机的正、反转及机械结构的联合动作，来实现六个方向的进给运动。

控制工作台运动的电路是与左、右机械操作手柄联动的行程开关SQ1、SQ2及与前、后、上、下操作手柄联动的行程开关SQ3、SQ4组成复合控制。

这时圆工作台开关SA1在断开位，即SA1触点（17-18）和（12-22）接通，（22-19）汤开，进给电动机通过工作台方向操作手柄进行控制。

圆工作台开关SA1动作表见表2-2。

（1）、工作台的左右（纵向）进给运动：

由操作手柄控制,当手柄板到右位置时，行程开关SQ1压合,常开触点（18-19）闭合，常闭触点（25-17）断开。

此时控制电源经（12-15-16-17-18-19）接通接触器KM3。

电动机M2正向旋转，工作台右进给运动。

当手柄板在左位置时，行程开关SQ2压合，工作作左进给运动。

当手柄在板在中间位置SQ1，SQ2复原。

KM3，KM4均不吸合，工作停止左右方向运动。

（2）、工作台前后（横向）进给运动和上下（垂直）进给运动：

由共用一套操作手柄控制。

手柄有5个控制位置，处于中间位置为原始状态，进给离合器处于脱开状态，行程开关SQ3、SQ4均复位，工作台不运动。

当操作向前、向后手柄时，通过机械装置连结前、后进给离合器。

当手柄板到向前或向下位置时，行程开关SQ3压合，常开触点闭合，常闭触点断开，控制电源经（12-22-25-17-18-19）接通接触器KM3线圈，电动机M2正向旋转，工作台向前或向下进给运动。

当手柄板到向后或向上位置时，行程开关SQ4压合，电动机M2反转，工作作向上进给运动。

当手柄板在中间位置。

SQ3，SQ4均复位，工作台不运动。

（3）、园工作台的工作：

由电动机M2经传动机构驱动，首先将转换开关SA1板至接通位置如表2-2所示。

此时SA1的触点（12-22）（17-18）断开，（22-19）接通，切断工作台进给运动控制电路。

园工作台控制电路电源经（12-15-16-17-25-22-19）接通接触器KM3线圈，电动机M2拖动园工作台正向旋转运动。

表２－２　圆工作台开关ＳＡ1动作表

　触　点

　线路标号

操作手柄位置

　圆工作台工作　　圆工作台不工作

ＳＡ1-1

17-18

—　　　　　　　　＋

ＳＡ1-2

22-19

　　　＋　　　　　　　　—

ＳＡ1-3

12-22

　　　—　　　　　　　　＋

（4）、进给变速冲动：

进给变速时，操作变速手柄在拉出或推入的过程中，短时冲动行程开关SQ5，进给电动机M2作瞬时转动而实现。

（5）、工作台快速移动：

按下工作台快速移动点动控制按钮SB5或SB6接触器KM5线圈得电，快速移动电磁铁YA衔铁吸合，经丝杠将进给传动链中的摩擦离合器合上，此时工作台实现快速移动。

当松开按钮SB5或SB6,接触器KM5失电,工作台快速移动即刻停止。

3、冷却泵电动机M3的控制：

冷却泵电动机M3，单向旋转，由转换开关SA3和接触器KM6控制。

4、机床照明及控制电路电源：

由控制变压器T2提供，原边380V，副边36V。

由开关SA4控制照明灯EL。

由控制变压器T1提供，原边380V，副边127V，供控制电路电源。

5、控制电路的联锁和保护：

（1）、主轴运动与进给运动顺序联锁：

主轴电动机M1起动后进给电动机M2才可以起动，M1停止时M2应立即停止。

（2）、工作台六个进给运动方向间联锁：

由行程开关SQ1，SQ2和SQ3，SQ4常闭触点来实现，由电气配合机械定位手柄操作六个进给运动方向的联锁。

（3）、圆工作台与六个方向进给运动间联锁：

由转换开关SA1控制联锁。

（4）、保护环节：

热继电器FR1，FR2，FR3分别为M1，M2，M3三台电动机过载保护。

熔断器FU1，FU2，FU3，FU4分别为主电路，控制电路，照明短路保护。

电阻R为限流电阻，防止反转瞬时电流冲击。

六、Z3040型摇臂钻床电气控制线路

1、了解Z3040型摇臂钻床电气元件的结构、作用及工作原理；

2、学会分析Z3040型摇臂钻床电气控制原理图能力；

3.实习机床设备：

Z3040型摇臂钻床实训装置；

4.实习机床的结构、运动形式、电气原理；

（1）、Z3040型摇臂钻床主要结构：

由底座、外立拄、内立拄、摇臂、主轴箱及工作台等组成。

摇臂钻床结构示意图入图4－1所示：

（2）、摇臂钻床钻头旋转为主轴运动。

主轴旋转运动纵向进给运动及其变速结构在主轴箱内，由一台主电动机M1拖动。

主轴的正反转和调速均由机械方法来实现。

摇臂的升降由一台电动机M2拖动，要求能正反转。

摇臂钻床主轴箱和立拄的夹紧与放松由液压系统（电磁阀二位六通阀控制）。

要求一台液压泵电动机M3泵油，该液压泵电动机能正反转，并且能实现点动控制。

提供冷却液由一台冷却泵电动机M4拖动,单向旋转。

（3）、电气原理：

Z3040型摇臂钻床电气控制原理图如图4－2所示：

（1、主轴电动机控制：

主轴电动机M1，为单向旋转，由按钮SB1、SB2和接触器KM1实现起动和停止控制。

主轴的正反转通过液压系统操纵机构，配合正反转摩擦驱动实现主轴正反转。

（2、摇臂升降控制：

由点动按钮SB3、SB4起动接触器KM2、KM3接通或断开，使M2电动机正反向旋转，拖动摇臂上升或下降运动。

（3、摇臂夹紧与放松控制：

由接触器KM4、KM5接通或断开，使液压泵电动机M3正反转旋转，带动双向液压泵送出压力油，经二位六通阀至摇臂夹紧机构实现与放松。

摇臂上升举例说明：

按下SB3，KT线圈通电开触点（13-14）瞬时闭合，KM4线圈得电，M3起动旋转，同时.KT延时常开触点（1-17）瞬时闭合使电球阀YV线圈得电，松开阀门方向打开，将摇臂松开。

行程开关SQ2，被松到位的摇臂压合，SQ2触点（6-13）断开，KM4线圈断电，M3停转。

同时SQ2触点（6-7）闭合，KM2线圈得电，M2电动机起动旋转带动摇臂上升。

当摇臂上升至所需位置时，松开SB3，KM2线圈断电，M2停转。

摇臂停止上升。

与此同时，KT线圈断电，KT常闭触点（17-18）闭合，而延时常开触点（1-17）仍未断开，YV继续得电，KM5线圈得电，M3反转，夹紧阀门打开，将摇臂夹紧。

行程开关SQ3，被夹紧到位的摇臂压合，SQ3触点（1-17）断开，KT延时常开触点经1-3延时后断开，YV、KM5线圈断电，M3停转，摇臂上升过程结束。

行程开关SQ2为摇臂放松信号开关。

行程开关SQ3为摇臂夹紧开关。

时间继电器KT延断开的常开触点是为保证当瞬间操作SB3或SB4，使KM4得电摇臂开始松开后马上放开SB3或SB4时，KM4马上断电，可能造成摇臂处于半松开状态。

有了KT延时断开触点（1—17）后，则能在KT线圈断电1~3秒内处于闭合状态，使KM5线圈得电，液压泵电动机M3反向旋转，使摇臂重新夹紧。

直到延时时间到，KT触点断开，SQ3动作，KM5断电为止，这样就保证了摇臂在加工工件前处于夹紧状态。

（4、摇臂钻床除了上述摇臂上升下降过程需要夹紧、松开控制外，还有主轴和立柱的松开、夹紧控制。

当按下松开按扭SB5，接触器KM4线圈得电，液压电动机M3正转，拖动液压泵输送出压力油，经二位六通阀，进入主轴箱与立柱的松开油缸推动活塞和菱形块，使主轴箱与立柱实现松开，此时由于YV不得电，压力油不会打入摇臂松开活塞，摇臂仍处于夹紧状态。

当主轴箱与立柱处于松开时，行程开关SQ4不受压，触点（101-102）闭合，指示灯HL1亮，表示主轴箱立柱处于松开状态，可以手动操作主轴箱在摇臂的水平导轨上移动至适当位置，按下夹紧按钮SB6，接触KM5z线圈得电，M3电动机反转，拖动液压泵输送出反向压力油夹紧油缸，使主轴箱和立柱夹紧。

同时行程开关SQ4压下，触点（101-102）断开，HL1灯暗，而（101-103）闭合，HL2灯亮，指示主轴箱与立柱处于夹紧状态，可以进行钻销加工。

（5、冷却泵电动机控制：

由转换开关SA1控制，单向旋转。

（6、联锁、保护环节：

用SQ2实现摇臂松开到位，开始升降联锁控制。

用SQ3实现摇臂完全夹紧的联锁控制。

通过KT延时断开的常开触点实现摇臂松开后自动夹紧的联锁控制。

用KM2KM3互锁控制。

熔断器FU1为总电路短路保护。

FU2为M2、M3短路保护。

热继电器FR1、FR2为分别为M1和M3过载保护。

（7、照明与信号指示：

照明由控制变压T1原边380V，副边36V，用SA2开关电路控制EL为照明灯。

信号指示由T1副边6.3V，当主轴工作时KM1触点（101-104）接通指示灯HL亮。

当主轴箱主柱处于夹紧状态SQ4触点（101-103）接通反映示灯HL2亮。

处于松开状态SQ4触点（101-102）接通HL1灯亮。