Y3180H滚齿机改造.docx
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Y3180H滚齿机改造
CHANGZHOUINSTITUTEOFTECHNOLOGY
专业综合设计与实践
题目：
Y3180H型滚齿机的PLC改造
二级学院（直属学部）：
延陵学院
专业：
班级：
学生姓名：
学号：
指导教师姓名：
职称：
2014年3月8日
常州工学院《专业综合设计与实践》任务书
二级学院：
延陵学院专业：
电气工程及其自动化班级：
学生姓名
指导老师
职称
副教授
课题名称
Y3180H滚齿机的PLC改造
课
题
工
作
内
容
将Y3180H滚齿机由机电控制改造成由PLC接触器控制的智能机床。
具体工作内容如下:
1、选择PLC型号
2、元器件选择
3、PLC外部I/O接线图的绘制
4、绘制机床工作流程图和控制梯形图
指标要求
做出的改造方案，以及新的工作原理要使得在控制器控制的机床比原先机电控制的机床工作得更加简单快捷和安全可靠。
进
程
安
排
1、第一周周一：
指导教师下达任务，
2、第一周周二：
分组查阅资料，确定最终课题，写好任务书
3、第一周周三：
分组将任务书交给指导老师，由指导老师确定课题可行性
4、第一周周四：
熟悉机械设备的工作原理和工作流程，确定改造方案
5、第一周周五~第二周周一：
进行改造设计
6、第二周周二：
进行仿真调试
7、第二周周三~周四：
整理资料，撰写报告
8、第二周周五：
分组答辩，上交报告和电子档
主
要
参
文
献
《电气控制与可编程控制器技术》史国生化学工业出版社《电气控制与PLC应用》范永胜、王岷中国电力出版社《可编程序控制器及应用》陈晓琴哈尔滨工程大学出版社《PLC分析与设计应用》周万珍、高鸿斌电子工业出版社《现代电气控制PLC应用技术》王永华北京航空航天大学出版社《PLC应用开发实用子程序》贾德胜人民邮电出版社《机电一体化原理及应用》姚伯威吕强北京国防工业出版社
《PLC应用技术》钱悦徐峰北京希望电子出版社
地点
秋白楼
起止日期
2013.3.4-3.15
第一章改造原因
课题的意义是设备更新，购置新型数控滚齿机、提高企业对产的加工能力，增强产品市场的竞争能力是企业提高市场竞争能力的首选。
但新机床购置费用高，且旧机床的闲置必然造成很大的资源浪费。
因此对原有机床的PLC改造显得尤为重要。
利用旧机床进行改造具有一下几点优势：
1）投资额小、开发成本低
数控化机床改造的低成本投入是推动数控改造市场迅速发展的关键因素.与购置新机床相比较,一般可以节省60%-70%的费用，改造费用低。
特别是大型特殊机床尤其明显。
一般大型机床改造，只需花费新机床购置费用的三分之一，即使将原机床的结构进行彻底改造升级，也只需要花费购置新机床50%的资金。
并且企业可以充分利用现有地基，不必像购入新设备那样重新构筑地基。
2）了解设备、便于操与维修，减少后期的培训、维修成本；
3）使用灵活、性能更稳定；
4）可充分利用现有的条件使企业更快地投入生产；
5）可有效的扩大加工范围，提高加工精度；
6）提高机床的自动化程度及生产效率；
7）缩短生产和生产准备周期；
8）减轻工人劳动强度，改善劳动条件。
同时经过PLC数控改造的滚齿机直接采用伺服电机驱动内联传动链两端件，取消中间传动齿轮，通过PLC控制装置控制各电机的转速实现远程控制，向最终实现齿轮加工的集成化迈进。
1.1滚齿机简述
齿轮加工机床是一种用途广泛的机床，可进行多种齿轮加工。
包括直齿轮加工、斜齿轮加工、蜗轮加工等。
在各种机床中，滚齿机操作方便，灵活，适用范围广，具有典型性。
本次论文主要介绍了Y3180H滚齿机控制系统的改造。
1.1.1Y3180H滚齿机电气控制的缺点
a、行程开关目前存在的缺点：
1．由于长期使用，使得行程开关易损坏、影响生产，增加了电器人员的维修工作量。
2．电磁铁在使用一段时间后，容易失灵。
导致电器系统执行动作不可靠，影响了生产，不便管理。
3.线路复杂，维修不方便。
b、Y3180H滚齿机采用了传统的接触器——继电器控制系统。
继电接触器控制系统是使用按钮、开关、行程开关、接触器、继电器组成的控制系统。
它通过电气触电的闭合和分断来控制电路的接通与断开。
实现对电动机拖动系统的启动、停止、调速、自动循环和保护等自动控制。
它具备控制结构简单、价格低廉、控制方式直观、容易掌握等优点，但体积较大、控制速度慢、改变控制功能必须改变接线来完成，在工厂实际操作中，越来越不适应现场系统。
第二章工作原理
滚齿加工是由一对交错轴斜齿轮齿合传动原理演变而来。
在加工不同类型的齿轮时，其传动链有不同的要求，归纳起来主要包括的传动链有：
1.直齿轮加工时，电动机带动的滚刀旋转的运动链（外联系传动链），滚刀旋转与工作台回转之间的内联系传动链，（内联系传动链），滚刀在刀架的带动下沿轴向的直线运动（外联系传动链）。
2.斜齿轮加工时，由于斜齿轮与直齿轮的不同之处是齿线为螺旋线，因此斜齿轮滚切时，除了与滚直齿一样，需要有滚切旋转与工件旋转之间的展成运动，主运动，轴向进给运动外，为了形成螺旋齿线，在滚刀作轴向进给运动的同时，工件还应作附加旋转运动，而且这两个运动之间必须保持确定的运动关系，即滚刀移动一个工件旋转线导程时，工件应该准确地附加转过一圈。
3.蜗轮加工时，用蜗轮滚刀滚切蜗轮，齿廓的形成方法与加工圆柱齿轮是相同的，但齿线是当滚刀切至全齿深时，在展成齿廓的同时形成的。
因此主要运动包括滚切蜗轮的展成运动，主运动以及滚刀切入工件的进给运动。
对于Y3180H滚齿机，其切入运动是径向进给法。
即在加工齿轮时，还应该由滚刀或工件沿工件径向作切入进给运动，使滚刀从蜗轮顶逐渐切入至全齿深。
第三章主电路、控制电路分析
传统滚齿机的类型较多，控制电路各不相同，但都存在相同的问题，即利用齿轮挂箱实现各运动部件的转速控制和联动。
过长的传动链是导致产品加工精度低的主要原因。
这里先对先对Y3180H型滚齿机做简单电路分析，以明确滚齿机的基本工作原理。
Y3180H型滚齿机的电气控制线路图如下图2.1所示：
图2.1Y3180H型滚齿机的电气控制线路图
2.1.1主电路
图2.1.1Y3180H型滚齿机的主电路图
主电路共有四台电动机，其中M2是主轴电动机，利用KM2与KM3实现正反转控制。
KM2吸合电机M2正传时实施进给加工，KM3吸合M2反转时进行退刀。
轴向快速运动电机由接触器KM4、KM5实现正、反转控制。
液压泵电机由接触器KM1控制。
主轴的运转利用齿轮挂箱可带得刀具高速旋转和刀具的横向进给，加工不同工件时应按要求选择不同的齿轮挂箱，利用齿轮传动实现各主轴转速调节和转速联动；M3是冷却泵电动机，只要求单向旋转；冷却泵电机M3由KM8控制，即KM8吸合则M3工作。
但要注意的是M2必须在M3电动机工作后才能启动，为顺序控制。
M2/M3要进行长时间工作，所以都装有过载保护。
整个线路由一组总熔断器做短路保护。
2.1.2控制电路
图2.1.2Y3180H型滚齿机的控制电路图
㈠液压泵控制
总开关SB1闭合，为控制电路接通做好准备，同时接通接触器KM1线圈电路，KM1得电；液压泵电动机M1主电路闭合工作，为液压系统提供压力油，为传动元件提供润滑油，保证旋转元件在工作之前得到充分的润滑。
㈡主电动机控制
滚齿过程中的主要运动都是由电动机M2提供，先将SA3转换到KM2线圈电路，此时按下按钮SB1，接触器KM2线圈电路接通，利用其常开触点使KM2自锁，主触点闭合，电动机M2正转，主电路接通，电动机M2通过外联系传动链带动滚刀正转（逆铣），由滚刀轴通过内联系或者外联系传动链带动刀架、工作台运动，当刀架运动到上方或者下方的极限位置时，由行程开关SQ2和SQ4进行极限位置保护，压下行程开关，接触器KM2线圈断电，电动机M2停止转动。
当SA3转换到KM3线圈回路位置，按下按钮SB1时，接触器KM3将得电并自锁，电动机M2反转，带动刀具作顺铣加工。
当按下按钮SB3时，其常开触点闭合，接通接触器KM2或KM3电路。
但由于SB1的常闭触点切断了KM2或KM3线圈的自锁回路，接触器线圈回路不能自锁，电动机M2只能点动旋转，为机床点动调整控制状态，有利于调整各个运动部件之间的相对位置。
㈢冷却泵电动机控制
在主电动机的工作工作状态，即KM2或KM3线圈得电的情况下，将SA5置于闭合状态，接触器KM4线圈电路闭合，线圈得电，主触点接通电动机M3主电路，冷却泵工作，为切削过程提供切削液。
㈣轴向快速移动点动控制
刀具在加工完毕，轴向返回初始位置或作刀架的轴向调整时，刀架需要作快速移动。
为了减少传动元件和缩短辅助时间，利用快速电动机带动刀架作轴向运动。
㈤径向运动控制
为了能够调整刀具与工件的径向位置和加工蜗轮的需要，工作台能够作径向运动，其运动由液压系统提供动力，当SA4闭合后，电磁铁YA1得电，液压缸推动工作台作径向运动。
㈥其他控制内容
照明电路采用24V电源，当将SA2闭合时，照明电路接通，灯HL亮。
指示灯电路主要有电源指示灯HL1、润滑油指示灯HL2、主电动机过载指示灯HL3，在合上电源总开关（低压断路器）QF1时，指示灯HL1亮，标志电源接通；当润滑油减少到一定程度时，安装在液压缸中的浮子继电器KF触点闭合，指示灯HL2亮，提醒操作者及时添加润滑油，以监控润滑油；当主电动机过载时，热继电器FR2常开触点闭合，指示灯HL3亮，提示操作者系统有故障，主电动机过载。
四台电动机之间的关系为顺序控制。
第四章改造方案
3.1PLC的选择
因接触器——继电器控制系统体积较大、控制速度慢、改变控制功能必须改变接线来完成，在工厂实际操作中，越来越不适应现场系统。
本文故利用PLC对它进行改造。
根据Y3180H的工作过程和电气参数，本系统可选择PLC型号为：
FX2N——40MR编程序控制器进行改造。
首要考虑保证原有的控制功能不变，尽量保留原来的电气元件，不添加新的元件。
主电路不变，PLC电源电压为交流220V，接触器线圈负载和电磁铁线圈电源为110V。
照明电路和指示灯电路逻辑关系简单并独立，不做改造。
FX2N系列是FX系列PLC家族中先进的系列，它能最大范围地包容了标准特点，程式执行更快，全面补充通讯功能，适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为工厂自动化控制应用提供最大的灵活性和控制能力。
3.2元件清单
序
符号
名称
规格型号
数量
用途
备注
1
M1
异步电动机
Y90L-6-B51.1KW
1
液压
2
M2
异步电动机
Y123S-45.5KW
1
主轴
左出线
3
M3
冷却泵
AB-1000.25KW
1
4
M4
异步电动机
Y90S-41.1KW
1
轴向快速
5
M5
异步电动机
Y80-40.55KW
1
径向快速
6
TC
变压器
BK-300380/110,24,6V
1
7
FU1
熔断器
RL1-15/10A
3
8
FU2-FU4
熔断器
RL1-15/2A
6
9
FU5，FU6
熔断器
RL1-15/4A
2
10
XS
插座头
P28K4S,P28J4A
1
11
KM2，KM3
交流接触器
CJ0-20110V
2
12
KM4-KM7
交流接触器
CJ0-10110V
4
13
KM1，KM8
中间继电器
J27-44110V
2
14
KA1
中间继电器
J27-44110V
1
15
FR1
热继电器
JR16-20/3D整定3.2A
1
热元件7号3.5A
16
FR2
热继电器
JR16-20/3D整定11.6A
1
热元件11号16A
17
FR3
热继电器
JR16-20/3D整定0.69A
1
热元件3号0.72A
18
S1-S3
主气开关
LAY1-11X
3
19
S4
水银开关
PZ212
20
EL
工作灯
JC灯头E27
1
21
SB1
按钮
LAY1
1
带24V，40W灯泡
22
SB2
按钮
LAY1-11
1
总停
蘑菇头，红色
23
SB3，SB4
按钮
LAY1-11
2
红色
24
SA1-SA5
按钮
LAY1-11
5
绿色
25
HL1
信号灯
XD116V
1
绿色
26
HL2
信号灯
XD116V
1
白色
27
SQ1
行程开关
X2-N
1
轴向行程
绿色
28
SQ2
行程开关
X2-N
1
轴向向上极限开关
29
SQ3
行程开关
X2-N
1
进给与快速互锁
30
SQ4
行程开关
X2-N
1
轴向向下极限开关
31
SQ5
行程开关
X2-N
1
径向前进极限
32
SQ6
行程开关
X2-N
1
径向后退极限
33
SQ7
行程开关
JW2-11Z/3
1
切向行程开关
34
SQ8
行程开关
JW2-11Z/3
1
切向向后极限
35
SQ9
行程开关
JW2-11Z/3
切向向前极限
36
SQ10
行程开关
X2-N
1
左挂轮架门开关
组合式
37
SQ11
行程开关
X2-N
1
右挂轮架门开关
38
QF
自动开关
DZ10-100/32030A
1
附DJL5互锁装置
表3-2元器件清单
3.3I/O分配表
输入触点分配
输出触点分配
X0
SB1
Y0
KM1
X1
SB2
Y1
KM2
X2
SB3
Y2
KM3
X3
SB4
Y3
KM4
X4
SB3
Y4
KM5
X5
SA2
Y5
KM6
X6
SA3
Y6
KM7
X7
SA4
Y7
KM8
X10
SA5
Y10
X11
SQ1
Y11
EL
X12
SQ2
Y12
H11
X13
SQ3
Y13
H12
X14
SQ4
Y14
YV1
X15
SQ5
Y15
YV2
X16
SQ6
Y16
X17
SQ7
Y17
X20
SQ8
Y18
X21
SQ9
Y19
X22
SQ10
Y20
X23
SQ11
Y21
X24
QF
Y22
X25
S1
Y23
X26
S2
Y24
X27
S3
Y25
X30
S4
Y26
X31
SA6
表3-3I/O分配表
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