M2110A内圆磨床实地机床电气设备改造.docx
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M2110A内圆磨床实地机床电气设备改造
2011届毕业设计任务书
一、课题名称：
M2110A内圆磨床（实地机床）电气设备改造
二、指导老师：
李岚
三、设计内容与要求
1、课题概述
M2110A内圆磨床M2110A普通内圆磨床可削孔径6～10mm，最大深度150mm的圆柱孔，适用于单件小批生产，机床床头轴线回转角度为20度，所以也能磨削锥度不大的锥孔。
机床工作台速度由液压五级传动，快进、快退工作和修整会自动变速，砂轮微量横进给有手动、液动两种。
要求采用三棱FX2N型可偏程序控制器（PLC）对M2110A内圆磨床进行电气控制改造。
2、设计内容与要求
1）M2110A内圆磨床电气控制设计
（1）M2110A内圆磨床的主要结构、运行形式与电气控制要求分析
（2）主电路工作原理分析
（3）控制电路工作原理分析
（4）辅助电路分析
2）M2110A内圆磨床PLC电气控制系统总体设计
（1）总体设计说明
（2）PLC成型磨床控制原理图设计
2.1主电路设计
2.2主要参数计算
2.3PLC控制电路设计
（3）控制系统的I/O点及地址分配
3.1制定电器元件目录表
3.2PLC系统选型
3.3绘制PLC控制接线图
3.4PLC控制程序设计
3.5PLC的梯形图
3.6语句表
3.7PLC外部电源的设计
3）电气屏柜设计
（1）电气屏柜结构设计
（2）柜内电器布局图设计
（3）柜内电器安装接线图设计
（4）电器元件选型设计
（5）电器元件明细表
4）系统设计要求
（1）应根据M2110A电气控制系统的要求，确定PLC控制的基本方式与控制系统的保护措施、信号指示、系统故障指示等
（2）根据控制任务，确定PLC的机型，进行I/O地址分配，画出I/O接线图
（3）根据机床的运行形式画出工作流程图，以便与程序梯形图的设计
（4）根据机床的控制要求、运行方式与流程图设计梯形图
（5）根据梯形图写出相应的语句指令表
（6）完成程序调式后，进行资料整理
五、设计说明书要求
1、封面
2、内容摘要（200-400字左右，中英文）
3、目录
4、引言
5、正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说明及特点）
6、结束语
7、附录
六、毕业设计进程安排
1、前2周对内圆磨床的结构、工作原理、特性及操作流程进行了解，并收集相关资料，确定改造方案。
2、3~5周进行PLC改造
3、6周资料整理
4、7周论文初稿完成
5、8周完成设计任务书
6、准备毕业设计答辩
七、毕业设计答辩及论文要求
1、毕业设计答辩要求
答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导老师审阅，由指导老师写出审阅意见。
学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。
答辩小组咨询课题的关键问题，咨询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、试验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力
2、毕业设计论文要求
文字要求：
说明书要求打印（除图纸外），不能手写。
文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不许抄袭。
图纸要求：
按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。
摘要
可编程控制器PLC是计算机家族中的一员，是为了工业控制应用而设计制造的，是工厂自动化的强有力工具。
它把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来。
它不仅实现单机的控制，同时能实现多机的控制，随着PLC技术的不断发展，在自动化技术的领域中PLC起到了不可忽略的作用，由于PLC的功能优于继电器，从而逐步代替继电器实现逻辑控制。
这样无论在操作，维修和保养等方面使用更加方便。
本文就根据PLC的优点对M2110A内圆磨床（实地机床）电气设备改造，将原来继电器控制电路部分进行改造，用PLC来代替继电器，实现同样的控制，使得改造后机床不仅从线路上有了优化，而且在控制，保养维修各方面多更加的简单方便，其工作的稳定性高，故障低，从而大大的改善解决了M2110A内圆磨床原有的缺点和不足。
ABSTRACT
ComputerPLCprogrammablecontrollerisamemberofthefamily,isforindustrialcontrolapplicationandthedesignandmanufactureispowerful,factoryautomationtools.Ithadthecomputerprogrammingflexible,functionalandwideapplicationadvantagesandrelaysystemcontrolissimple,easy-to-use,stronganti-jammingcapability,cheapadvantagescombined.Itnotonlyrealizethesinglecontrol,andcanachievemoremachinecontrol,withPLCtechnologyunceasingdevelopment,inautomationtechnologyinthefieldsofPLChasplayedanoversightrole,becausethefunctionofPLCissuperiortorelay,thusgraduallyreplacerelaysrealizelogiccontrol.Sonomatterinoperation,repairandmaintenanceetc,usemoreconvenient.
Thispaper,basedonPLCstrengthsinM2110Ainsidegrinder（fieldmachine）electricalequipmentrenovation,theoriginalrelaycontrolcircuitofreforming,usePLCtoreplacerelays,realizethesamecontrol,makenotonlyafterreformingmachinefromthewiringisoptimized,andincontrol,maintenanceallaspectsofhowmuchmoresimpleandconvenientoperation,theworkhighstability,lowtrouble,thusgreatlyimprovesolvedM2110Ainsidegrinderoriginalshortcomingsandtheinsufficiency.
目录
第一章M2110A型内圆磨床10
1.1M2110A内圆磨床特点10
1.2M2110A内圆磨床的特点和电气原理分析11
1.3M2110A内圆磨床工作原理分析12
1.4M2110A型内圆磨床的操纵13
1.5内圆磨床的操作要求15
第二章三菱PLC的知识18
2.1三菱PLC简介18
2.2三菱PLC主要特点20
2.3三菱FXPLC的特点21
2.4Plc控制系统的特点与优点22
2.5传统继电器可控制与PLC控制方法的比较23
第三章M2110A内圆磨床的PLC改造26
3.1PLC总体设计说明：
26
3.2PLC外接电路图：
27
3.4I/O分配图29
3.5PLC语句30
3.6PLC调试：
31
第四章改造后的保养33
4.1内圆磨床日常维护保养常识33
4.2机床电气设备的故障与维修37
4.3M2110A内圆磨床检修周期39
4.4磨床的电气保养40
第五章电器屏柜的设计43
5.1电器屏柜：
43
5.2电器屏柜的大小：
43
5.3电器屏柜的布局：
44
心得体会46
附录50
参考文献52
第一章M2110A型内圆磨床
1.1M2110A内圆磨床特点
M2110型普通内圆磨床是用来磨削内圆的一种专用机床。
用于磨削各种圆柱孔（通孔、盲孔、阶梯孔和断续表面的孔等）和圆锥孔，其磨削方法有不同内圆磨削、无心内圆磨削及行星内圆磨削。
它主要的任务是磨削被加工元件的内圆，提高其表面光洁度，以达到使用的目的。
这种机床比较专一，但很实用，也是一种比较常见的机床之一。
内圆磨床电器图：
1.2M2110A内圆磨床的特点和电气原理分析
磨床是用磨料磨具（砂轮、砂带、磨床和研磨料等）作工具进行切削加工的机床。
磨床主要应用于零件表面的精加工，尤其是淬硬的钢件和高硬度特殊材料的精加工。
在一般加工条件下，磨削精度为IT5~IT6级，表面粗糙度为Ra0.32~1.25μm；在高精度外圆磨床上进行精密磨削时，尺寸精度可达0.2μm，圆度可达0.1μm，表面粗糙度可控制Ra0.01μm；精密平面磨削的平面度可达0.0015mm/1000mm。
M2110型内圆磨床的外形结构，它由床身、工作台、头架、内圆磨具和砂轮修整器等部件组成。
头架通过地板固定在工作台左端。
头架主轴的前端装有卡盘或其他夹具，以夹持并带动工作盘旋实现圆周进给运动。
头架可相对于底板绕垂直轴线转动一定角度，以便磨削圆锥孔。
底板可沿着工作台台面上的纵向导轨调整位置，以适应磨削各种不同工作的需要。
磨削时，工作台有液压传动，沿床身纵向导轨做直线往复运动（由撞块自动控制转向），是工件实现纵向进给运动。
装卸工作或磨削过程中测量工作尺寸时，工作台需向左退出较大距离，为了缩短辅助时间，当工件退了砂轮一点距离后，安装在工作台前侧的挡块，课自动控制油路转换为快速行程，使工作台很快的退至左边极限位置。
重新开始工作时，工作台先快速向右，而后自动转换为进给速度。
另外，工作台也可用手轮转动。
内圆磨具是内圆磨床的关键部件，它安装在磨具座中。
M2110型内圆磨床有两套船速不提的内圆磨具，可根据磨削孔径的大小进行调换。
砂轮主轴由电动机通过平胶带直接传动，实现内圆磨削的主运动。
磨具座固定在横滑板上，后者可沿固定于床身上的桥板上的导轨移动，是砂轮实现横向进给运动。
砂轮的横向进给运动有手动和自动两种，手动进给由手轮实现，自动进给由固定在工作台上的撞块纵横向进给机构实现。
砂轮修整器是修整砂轮用的，它安装在工作台中部台面上，根据需要可调整起纵向和横向位置。
1.3M2110A内圆磨床工作原理分析
1、主回路
该机床采用50Hz,380V三相交流电源供电，由转换开关Qs引入机床。
机床上装有液压泵电动机M2，砂轮电动机M1，头架电动机M4，冷却泵电动机M3,共4台
交流鼠笼式异步电动机。
其中头架电动机M4为了改变速度，适应工作的需要，采用一台双速电动机。
其速度由接触器KM4、KM5控制。
每台电动机分别都装有热继电器作为它们的过载保护。
有轮换器FU，作为4台电动机的短路保护。
冷却泵由插座连接，如不用时可以将其拔下。
2、控制电路原理分析
1.液压泵电动机M2的控制
液压泵电动机M2由接触器KM2控制，SB5启动按钮，SB4停止按钮，热继电器FR4作为过载保护。
按下SB5,KM2线圈得电自锁，主触点闭合，液压泵电动机运行。
按下SB4，KM2断电释放，液压泵停止。
2.砂轮电动机M1的控制
砂轮电动机M1由接触器KM3控制，SB2是停止按钮,SB3是开始按钮，热继电器FR4作为过载保护。
按下SB3，KM3线圈得电自锁，主触点闭合，砂轮电动机启动。
按下SB2，KM3断电释放，砂轮停止，
3冷却泵电动机M3和头架电机M4的控制
冷却泵电动机M3和头架电机M4由接触器KM1控制，冷却泵电动机有连接插头。
热继电器FR2、FR1分别作为M1和M4的过载保护。
组合开关SA1、SA2作为控制（高速、低速）速度用。
工作前首先把旋钮开关SA、SA2放在工作位置上，把组合开关按工作速度的需要调到合适的位置上。
1.4M2110A型内圆磨床的操纵
1、工作台的操作和调整
1）工作台的启动。
按电器操作板上的油泵启动按钮，使机床液压油路正常进行工作；然后将工作台开停旋钮转至开的位置；再将工作台换向手柄向上抬起，工作台启动阀被压下，工作台快速引进；手放松此手柄时，启动阀借助弹簧力作用而弹起。
2）工作台上的挡铁距离调整和运动速度调整。
调整行程压板的位置，使砂轮在进入工件孔之前，行程压板到达行程阀的位置，将行程阀压下，工作台迅速转入磨削运动速度；调整工作台往复微调挡铁和工作台返回挡铁的位置，使工作台在工件全长磨削范围内来回往复运动；调节工作台磨削速度的旋钮，使工作台运动速度处于磨削所需要的速度。
3）工作台在修整砂轮位置的挡铁距离调整和运动速度调整。
将运动选择旋钮从磨削位置转到修整位置时，砂轮修整器的回转头迅速压下，工作台速度从磨削速度转为修整速度；调整修整挡铁的位置，使工作台在金刚石修整砂轮的距离内来回往复运动；调节坐台修整速度旋钮，使工作台运动速度处于修整时所需要的速度。
4）工作台快速进退位置的挑战。
工作台在磨削结束后，可快速退出，以减少空行程时间。
操作时，只需将工作台换向手柄向上抬起，使换向挡铁越过此手柄，行程压板离开行程阀，行程阀弹起，工作台就快速退出。
当中停压板移动到行程阀位置上，行程阀被压下，工作台停止运动。
摇转手轮，对工作台进行手动调整。
2、床头箱的操作和调整
床头箱床头箱主轴旋转是由双速电动机经皮带传动带动的，在电动机转轴和床头箱主轴上装有塔式皮带轮，以变换工件转速。
在床身的右端有一个工件转速选择开关，可使床头箱电动机在高速或低速的情况下工作；床头箱主轴转速有200、300、400、600r/min四档位置可供选择；旋钮旋在“Ⅰ”、“O”、“Ⅱ”位置时，主轴分别处于“试转”、“停止转动”、“工作”状态。
3、砂轮横向进给机构的操作和调整
砂轮横向进给有手动和自动二种方式。
手动进给是由手轮来实现的，按动手柄可做微量进给。
转动旋钮至“开”位置，砂轮作自动进给；调整顶杆上下行程，可控制进给量的大小。
横向进给量每格为0.005mm，每转一转为1.25mm。
先松开螺母，在拔出挡销，然后转动横向进给手轮刻度盘即可调整“O”。
归“O”后，必须立即推回挡销并锁紧螺母。
1.5内圆磨床的操作要求
一、认真执行《金属切削机床通用操作规程》有关规定。
二、认真执行下述有关磨床通用规定
（一）安装新砂轮必须做到：
1、仔细检查新砂轮，如有裂纹、伤痕严格禁止使用。
2、新砂轮应经过两次认真的静平衡，即安装前一次，装上主轴用金钢石修正后再拆下平衡一次。
3、新砂轮安装时，应在砂轮与法兰盘间衬入0.5~2毫米的纸垫。
法兰盘螺钉应均匀拧紧，但不要过渡压紧，以免压坏砂轮。
4、新砂轮安装好后，以工作转速进行不少于5分钟的空运转，确认安装正确，运转正常后方可工作。
（二）
工作前检查砂轮及砂轮罩应完好无崩裂，安装正确、紧固可靠。
无砂轮罩的机床不准开动。
（三）工作中认真做到：
1、每次起动砂轮前，应将液压开停伐放在停止位置，调整手柄放在最低速位置，砂轮座快速进给手柄放在后退位置，以免发生意外。
2、每次起动砂轮前，应先启动润滑泵或静压供油系统油泵，待砂轮主轴润滑正常，水银开关顶起或静压压力达到设计规定值，砂轮主轴浮起后，才能启动砂轮回转。
3、刚开始磨削时，时给量要小，切削速度要慢些，防止砂轮因冷脆破裂，特别是冬天气温低时更注意。
4、砂轮快速引进工件时，不准机动进给，不许进大刀，注意工件突出棱角部位、防止碰撞。
5、砂轮主轴温度超过60°C时必须停车，待温度恢复正常后再工作。
6、不准用磨床的砂轮当作普通的砂轮机一样磨东西。
7、开动砂轮前，须将换向的柄放在使砂轮离开工件的位置上，以免发生意外。
主要技术参数：
技术规格
磨孔直径
mm
Ф6-Ф100
磨孔最
大深度
当孔径为6mm时
mm
9
当孔径为100mm时
mm
150
工件最大旋径
罩内
mm
260
罩外
mm
480
工件最大长度
mm
170
工作台最大行程
mm
550
承载工件最大重量（含夹具）
kg
50
床头最大回转角
°
20°
砂轮最大横向移动量
mm
80
砂轮最大进给次数
min
30次/min
砂轮转速
min
10000、18000、24000r/min
电机总功率
kw
3.825
机床外形尺寸
mm
2363×1260×1310
机床重量
kg
1600
工作精度
圆度
mm
0.003
纵截面内直径的一致性
mm
0.004
表面粗糙度
μm
Ra0.63
主要附件
Ф165三爪卡盘
1套
砂轮接长轴
1套
皮带轮
1套
机床垫铁
8套
第二章三菱PLC的知识
2.1三菱PLC简介
三菱PLC英文名又称：
MitsubishPowerLineCommunication，是三菱电机在大连生产的主力产品。
三菱PLC在中国市场常见的有以下型号：
FR-FX1NFR-FX1SFR-FX2NFR-FX3UFR-FX2NCFR-AFR-Q
三菱PLC的产品系列
FX1S系列:
三菱PLC是一种集成型小型单元式PLC。
且具有完整的性能和通讯功能等扩展性。
如果考虑安装空间和成本是一种理想的选择。
FX1N系列:
是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。
具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。
是一款广泛应用于一般的顺序控制三菱PLC。
FX2N系列:
是三菱PLC是FX家族中最先进的系列。
具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。
FX3U:
是三菱电机公司新近推出的新型第三代三菱PLC,可能称得上是小型至尊产品。
基本性能大幅提升，晶体管输出型的基本单元内置了3轴独立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令，从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。
FX1NCFX2NCFX3UC三菱PLC:
在保持了原有强大功能的基础上实现了极为可观的规模缩小I/O型接线接口降低了接线成本，并大大节省了时间。
Q系列三菱PLC:
三菱机公司推出的大型PLC,CPU类型有基本型CPU，高性能型CPU，过程控制CPU,运动控制CPU,冗余CPU等。
可以满足各种复杂的控制需求。
三菱电机中国事业的快速发展，为了更好地满足国内用户对三菱PLC，Q系列产品高性能、低成本的要求，三菱电机自动化特推出经济型QUTESET型三菱PLC，即一款以自带64点高密度混合单元的5槽Q00JCOUSET；另一款自带2块16点开关量输入及2块16点开关量输出的8槽Q00JCPU-S8SET，其性能指标与Q00J完全兼容，也完全支持GX-Developer等软件，故具有极佳的性价比。
A系列三菱PLC:
使用三菱专用顺控芯片（MSP），速度/指令可媲美大型三菱PLC;A2ASCPU支持32个PID回路。
而QnASCPU的回路数目无限制，可随内存容量的大小而改变；程序容量由8K步至124K步，如使用存储器卡，QnASCPU则内存量可扩充到2M字节；有多种特殊模块可选择，包括网络，定位控制，高速计数，温度控制等模块。
FX2N系列PLC的外形图
2.2三菱PLC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。
②传输质量高、速度快、带宽稳定
可以很平顺的在线观赏DVD影片，它所提供的14Mbps带宽可以为很多应用平台提供保证。
最新的电力线标准HomePlugAV传输速度已经达到了200Mbps；为了确保QoS，HomePlugAV采用了时分多路访问（TDMA）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问（CSMA）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。
③范围广
无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。
虽然无线网络可以做到不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设N多个AP才能满足需求，而且同样不能避面信号盲区的存在。
而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。
由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方。
这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。
终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。
④低成本
充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源。
无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了人力。
相对传统的组网技术，PLC成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。
目前国内已开通电力宽带上网的地方，其包月使用费用一般为50-80元/月左右，这样的价格和很多地方的ADSL包月相持平。
⑤适用面广
PLC作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络“最后一公里”的解决方案，广泛适用于居民小区，酒店，办公区，监控安防等领域。
它是利用电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.5~45Mbps的高速网络接入，来浏览网页﹑拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的“四网合一”。
2.3三菱FXPLC的特点
三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超
小程序装置，除输入出16～25点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连
接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。
特点
--系统配置即固定又灵活；
--编程简单；
--备有可自由选择，丰富的品种；
--令人放心的高性能；
--高速运算；
--使用于多种特殊用途；
--外部机器通讯简单化；
--共同的外部设备。
2.4Plc控制系统的特点与优点
目前广泛使用的的检测方法有plc控制，继电器控制，单片机控制等。
其中plc检测控制系统应用最为广泛。
因为其具有以下特点：
（1）可靠性
Plc不需要大量的活动元件和连线电子元件。
它的连线打打减少。
与此同时，系统的维修简单，维修时间短。
Plc采用了一系列可靠性设计的方法进行设计。
例如：
冗余的设计。
断电保护，故障诊断和信息保护及恢复。
Plc有较高的易操作性。
它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不容易发生操作的错误。
Plc是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。
采用了精简化的编程语言。
编程出错率大大降低。
（2）易操作性
对plc的操作包括程序输入和程序更改的操作。
程序的输入直接可接显示
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