3253 平面磨床電氣控制系統(tǒng)設計

3253 平面磨床電氣控制系統(tǒng)設計,平面磨床,電氣,控制系統(tǒng),設計 XXXXXXXX畢業(yè)設計說明書題 目： 平面磨床電氣控制系統(tǒng)設計 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 號： XXXXXXXX 姓 名： XXXXXXXX 指導教師： XXXXXXXX（副教授） 完成日期： 2012 年 5 月 26 日 XXXXXXXX畢業(yè)論文（設計）評閱表學號 XXXXXXXX 姓名 XXXXXXXX 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計）題目： 平面磨床電氣控制系統(tǒng) 評價項目 評 價 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的；2.難度、份量是否適當；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結(jié)合。能力1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運用知識的能力；3.是否具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力；4.是否具備一定的外文與計算機應用能力；5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。論文（設計）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；3.有無理論價值或?qū)嶋H應用價值，有無創(chuàng)新之處。目錄中英文摘要 .............................................................................................1緒論 ........................................................................................................31.磨床的作用 ...........................................................32.課題意義 .............................................................33.同時用 PLC 改造老機床有很多的優(yōu)點 .....................................3一．磨床功能介紹 ...................................................................................41.1 磨床的結(jié)構圖 .......................................................41.2 磨床的組成及功能 ...................................................41.3 砂輪工作方式 .......................................................41.4 主要技術參數(shù) .......................................................4二．磨床控制系統(tǒng)改造 ............................................................................52.1 磨床原理圖分析 ..........................................................................................................................5三．PLC 介紹 ...........................................................................................93.1 際電工委員會（IEC）PLC 定義 .........................................93.2 PLC 的特點 .........................................................93.3 PLC 的分類及原理 ..................................................93.4 PLC 的發(fā)展 .........................................................9四．PLC 控制電路相對于早期的繼電器控制電路的優(yōu)點 ...............................9五．PLC 控制的 I/O 分配表 .............................................................................11六．PLC 外部接線圖 .........................................................................................11綜合評價該同學的論文選題符合培養(yǎng)目標要求，能體現(xiàn)學科專業(yè)特點，達到了綜合訓練的目的。該生具有一定的文獻查閱、資料綜合歸納整理的能力，基本上能在設計工作中運用所學知識，畢業(yè)設計設計方案可行，說明書內(nèi)容較全面，平面布局較合理，技術用語準確。研究內(nèi)容具有一定的實際應用價值。評閱人： 2012 年 5 月 日七．梯形圖和語句表 .........................................................................................12八．PLC 電氣控制系統(tǒng) I/O 設備的選擇 ..........................................................14九.電器元件清單 ................................................................................................15十．柜內(nèi)電器元件安裝位置圖 .........................................................................16十一.電柜內(nèi)電器元件接線圖示意圖 ................................................................17十二.電柜外電器元件接線圖示意圖 ................................................................18十三.機床操作面板 ............................................................................................19總結(jié) .....................................................................................................................21主要參考文獻 .....................................................................................................22附錄一： .............................................................................................................23附錄二： .............................................................................................................321磨床電氣控制系統(tǒng)設計摘要：本設計的內(nèi)容主要是（可編程邏輯控制器）進行改造使用的 m7120 平面磨床的控制部分。進行了全面的思考和分析的第一本次設計，使自己的 m7120 平面磨床的基本結(jié)構，運動情況，加工工藝要求等有一定的了解。該 m7120 平面磨床主要成分等車身，尾座主軸齒輪箱，齒輪箱，導螺桿，料桿，刀架。進行分析的 m7120 平面磨床電氣控制部分獲得它需要完成開門斷電功能，主軸電機反向控制功能，刀架的快速遍歷功能，冷卻泵電動機的控制。然后根據(jù)電氣控制電路的電路圖，可編程控制器的梯形圖轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化，進行仿真實驗用可編程序控制器實驗臺。作為一個結(jié)果的可靠性極高，極其豐富的指令集，易于掌握，操作方便，豐富的內(nèi)置集成功能，實時特性。因此導致 m7120平面磨床完成門外原有的功能特點，而且還具有安裝簡便，穩(wěn)定性好，易于使用，擴展能力強等特點。關鍵字：可編程控制器 改造電氣控制 m7120 磨床2Abstract： This design's content is mainly (Programmable Logic Controller) makes the transformation using PLC to the M7120 surface grinding machine's control section. I have carried on the overall ponder and the analysis first to this time design, enables itself to the M7120 surface grinding machine's basic structure, the movement situation, the processing technological requirement and so on to have certain understanding. The M7120 surface grinding machine mainly has compositions and so on automobile body, main axle gear box, tailstock gear box, guide screw, feed rod, tool rest and apron. Carries on the analysis to the M7120 surface grinding machine electric control part to obtain it to need to complete opens the door the power failure function, the main axle electric motor to reverse the control function, tool rest's rapid traverse function, the cooling pump electric motor's control. Then according to the electric control electric circuit's circuit diagram, translates PLC the trapezoidal chart, translates, carries on the experiment simulation using the PLC laboratory bench. As a result of the PLC extremely high reliability, the extremely rich set of instructions, easy to grasp, convenient operation, rich built-in integrated function, real-time characteristic. Therefore causes the M7120 surface grinding machine to complete outside the original function characteristic, but also has the installment to be simple, the stability good, easy to service, the expansion ability strongly and so on characteristics.Key words: PLC transformation Electric control M7120 grinder3緒論1.磨床的作用磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床。磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金等，也能加工脆性材料，如玻璃、花崗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進行高效率的磨削，如強力磨削等。大多數(shù)的磨床是使用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進行磨削加工，少數(shù)的是使用油石，砂帶等其他磨具和游離磨料進行加工。如超精加工機床、砂帶磨床、研磨機和拋光機等。2.課題意義由于老式磨床的電氣線路都是用繼電器作為邏輯控制，其觸點多相對的故障也多，給生產(chǎn)帶來諸多不便。例如：（1）電動機不能啟動；（2）電磁吸盤 YH 沒有吸力，等等。而現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中，中、小批量零件的生產(chǎn)占產(chǎn)品數(shù)量的比例越來越高，零件的復雜性和精度要求迅速提高，以繼電器線路的傳統(tǒng)普通磨床已經(jīng)越來越難以適應現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，制造業(yè)的競爭已從早期降低勞動力成本、產(chǎn)品成本、提高企業(yè)整體效率和質(zhì)量的競爭，發(fā)展到全面顧客要求、積極開發(fā)新產(chǎn)品的競爭，將面臨知識，技術產(chǎn)品的更新周期越來越短，產(chǎn)品批量越來越小，面對質(zhì)量、性能的要求更高。同時社會對環(huán)境保護、綠色制造的意識不斷加強。因此敏捷先進的制造技術將成為企業(yè)贏得競爭和生存、發(fā)展的主要手段。但新機床購置費用高，且生產(chǎn)準備周期長。因此對原有機床的現(xiàn)代化改造顯得尤為重要。3.同時用 PLC 改造老機床有很多的優(yōu)點（1）節(jié)省資金，減少投資額，交貨期短。機床的 PLC 改造，可大大減少資金的投入，同購置新機床相比，一般可節(jié)省 60%-80%的費用，改造費用低。特別是大型、特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造，只需花新機床購置費得 1/3。即使將原機床的結(jié)構進行徹底改造升級，也只需花費購買新機床 60%的價格。可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設備那樣重新購筑基地。（2）性能穩(wěn)定可靠，因原機床各基礎件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應力變形而影響精度，且各部件已經(jīng)長期磨合，使改造后的機床性能穩(wěn)定可靠，質(zhì)量好可作為新設備繼續(xù)長期使用。（3）有利于使用和維護，由于改造前機床已使用多年，操作者對機床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓時間短、見效快。改造的機床一經(jīng)安裝好，就可以實現(xiàn)全負荷運轉(zhuǎn)。4（4）可以采用最新的控制技術，提高生產(chǎn)效率?？筛鶕?jù)技術革新的發(fā)展速度，及時地提高生產(chǎn)設備的自動化水平和效率，提高設備質(zhì)量和檔次，將舊機床改成當今水平的機床。機床經(jīng)改造后，即可實現(xiàn)加工的自動化，效率可比傳統(tǒng)機床提高 3 至 7 倍。對復雜零件而言，難度越高，功能提高的越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用，而且可以縮短生產(chǎn)準備周期。提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品率，零件的加工精度高，尺寸分散度小，使裝配更加靈活。一．磨床功能介紹1.1 磨床的結(jié)構圖圖 1.11.2 磨床的組成及功能M7120 磨床主要結(jié)構由床身、工作臺、磨頭、立柱、拖板、行程檔塊、砂輪修正器、5驅(qū)動工作臺手輪、垂直進給手輪、橫向進給手輪等組成。立柱——支承滑座及砂輪架。垂直進給手輪——砂輪向工件深度方向移動。橫向進給手輪——砂輪沿其軸線間隙運動。床身——用于支承和連接磨床各個部件。為提高機車剛度，磨床床身一般為箱型結(jié)構，內(nèi)部裝有液壓傳動裝置，上部有縱向和橫向兩組導軌以安裝工作臺和砂輪架。 工作臺——由上下兩層組成，上工作臺可相對于下工作臺偏轉(zhuǎn)一定角度，以便磨削錐面；下工作臺下裝有活塞，可通過液壓機構使工作臺往復運動。 尾架——安裝在工作臺右端，尾架套筒內(nèi)裝有頂尖，可與頂尖一起支承工件。它在工作臺上的位置可根據(jù)工件長度任意調(diào)整。1.3 砂輪工作方式砂輪電動機直接帶動砂輪旋轉(zhuǎn)，對工件進行磨削加工，在 M7120 型平面磨床中，砂輪并不要求調(diào)速，所以通常采用籠型異步電動機來拖動，這是平面磨床的主運動；砂輪升降電動機使砂輪在立柱導軌上作垂直運動，用以調(diào)整砂輪與工件位置。工作臺和砂輪的往復運動是靠液壓泵電動機進行液壓傳動的，液壓傳動較平穩(wěn)，能實現(xiàn)無級調(diào)速，換向時慣性小，換向平穩(wěn)。M7120 型平面磨床工作臺的往返運動采用液壓傳動，能保證加工精度。由液壓電動機拖動液壓泵，經(jīng)液壓傳動裝置實現(xiàn)工作臺的往復運動。冷卻泵電動機帶動冷卻泵供給砂輪和工件冷卻液，同時利用冷卻液帶走磨削下來的鐵屑。1.4 主要技術參數(shù)：1、輸入電源：AC380V±%（三相四線）50HZ2、故障考核 13 項3、工作環(huán)境：溫度-100C±400C二．磨床控制系統(tǒng)改造2.1 磨床原理圖分析6圖 2.1M7120 型平面磨床的電氣控制線路如圖所示。該線路由主電路、控制電路、電磁吸盤控制電路和輔助電路四部分組成。（1）主電路分析主電路中有 4 臺電動機。其中 M1 為液壓泵電動機，由 KM1 主觸點控制；M2 為砂輪電動機，M3 為冷卻泵電動機，同由 KM2 的主觸點控制；M4 為砂輪箱升降電動機，由KM3、KM4 的主觸點分別控制。FU1 對 4 臺電動機和控制電路進行短路保護，F(xiàn)R1、FR2、FR3 分別對 M1、M2、M3 進行過載保護。砂輪升降電動機因運轉(zhuǎn)時間很短，所以不設置過載保護。主電路圖如下：7圖 2.2(2)控制電路分析當電源電壓正常時，合上電源總開關 QS1，位于 7 區(qū)的電壓繼電器 KV 的常開觸點閉合，便可進行操作。1 液壓泵電動機 M1 的控制 其控制電路位于 7 區(qū)、8 區(qū)，啟動過程為：按下 SB3→KM1 得電→M1 啟動；停止過程為：按下 SB2→KM1 失電→M1 停轉(zhuǎn)。運動過程中若 M1 過載，則 FR1 常閉觸點分斷，M1 停轉(zhuǎn)，起到過載保護作用。2 砂輪電動機 M2 的控制 其控制電路位于 9 區(qū)、10 區(qū)，啟動過程為：按下 SB5→KM2 得電→M2 啟動；停止過程為：按下 SB4→KM2 失電→M2 停轉(zhuǎn)。3 冷卻泵電動機控制 冷卻泵電動機 M3 通過接觸器 KM2 控制，因此 M3 于砂輪電動機 M2 是聯(lián)動控制。按下 SB5 時 M3 與 M2 同時啟動，按下 SB4 時 M3 與 M2 同時停止。FR2 與 FR3 的常閉觸點串8聯(lián)在 KM2 線圈回路中。M2、M3 中任一臺過載時，相應的熱鍵電器動作，都將使 KM2 線圈失電，M2、M3 同時停止。4 砂輪升降電動機控制 其控制電路位于 11 區(qū)、12 區(qū)，采用點動控制。砂輪上升控制過程為：按下SB6→KM3 得電→M4 啟動正轉(zhuǎn)。當砂輪上升到預定位置時，松開 SB6→KM3 失電→M4 停轉(zhuǎn)。砂輪下降控制過程為：按下 SB7→KM4 得電→M4 啟動反轉(zhuǎn)。當砂輪下降到預定位置時，松開 SB7→KM4 失電→M4 停轉(zhuǎn)。（3）電磁吸盤控制電磁吸盤是固定加工工件的一種夾具。它是利用通電線圈產(chǎn)生磁場的特性吸牢鐵磁性材料的工件，便于磨削加工。電磁吸盤的內(nèi)部裝有凸起的磁極，磁極上繞有線圈。吸盤的面板也用鋼板制成，在面板和磁極之間填有絕磁材料。當吸盤內(nèi)的磁極線圈通以直流電時，磁極和面板之間形成兩個磁極，既 N 極和 S 極，當工件放在兩個磁極中間時，使磁路構成閉合回路，因此就將工件牢固地吸住。1 電磁吸盤的組成 工作電路包括整流、控制和保護三個部分，位于圖中的 16～20 區(qū)。整流部分由整流變壓器和橋式整流器 VC 組成，輸出 110V 直流電壓。2 電磁吸盤充磁的控制過程 按下 SB9→KM5 得電（自鎖）→YC 充磁。3 電磁吸盤的退磁控制過程 工件加工完畢需取下時，先按下 SB8，切斷電磁吸盤的電源，由于吸盤和工件都有剩磁，所以必須對吸盤和工件退磁。退磁過程為：按下 SB8、SB10→KM6 得電→YC 退磁，此時電磁吸盤線圈通入反向的電流，以消除剩磁。由于去磁時間太長會使工件和吸盤反向磁化，因此去磁采用點動控制。松開 SB10 則去磁結(jié)束。電磁吸盤是一個比較大的電感，當線圈斷電瞬間，將會在線圈中產(chǎn)生較大的自感電動勢。為防止自感電動勢太高而破壞線圈的絕緣，在線圈兩端接有 RC 組成的放電回路，用來吸收線圈斷電瞬間釋放的磁場能量。當電源電壓不足或整流變壓器發(fā)生故障時，吸盤的吸力不足，這樣在加工過程中，會使工件高速飛離而造成事故。為防止這種情況，在線路中設置了欠電壓繼電器 KV，其線圈并聯(lián)在電磁吸盤電路中，其常開觸點串聯(lián)在控制線路中。當電源電壓不足或為零時，KV 常開觸點斷開，使 KM1、KM2 斷電，液壓泵電動機和砂輪電動機停轉(zhuǎn)，確保安全生產(chǎn)。 (4)輔助電路分析輔助電路主要是信號指示和局部照明電路，位于圖中 21～28 區(qū)。其中，HL6 為局部照明燈，由變壓器 TC 供電，工作電壓為 24V，由手動開關 QS2 控制。其信號燈也由9TC 供電，工作電壓為 6V。HL1 為電源指示燈；HL2 為 M1 運轉(zhuǎn)指示燈；HL3 為 M2 運轉(zhuǎn)指示燈；HL4 為 M4 運轉(zhuǎn)指示燈；HL5 為電磁吸盤工作指示燈。三．PLC 介紹3.1 際電工委員會（IEC）PLC 定義可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。專為工業(yè)環(huán)境應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行內(nèi)部邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出控制各類型的機械和生產(chǎn)活動。3.2 PLC 的特點（1）可靠性高，抗干擾能力強。（2）編程直觀，簡單。（3）環(huán)境要求低，適應性好。（4）功能完善，接口功能強。（5）元件少，結(jié)構較簡單。3.3 PLC 的分類及原理PLC 分類按 INPUT 和 OUTPUT 點數(shù)多少，分為超小型.小型.中型.大型和超大型。按結(jié)構形式分：整體型和模塊型.PLC 工作原理:PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，包括內(nèi)部處理.通訊操作.輸入處理.程序執(zhí)行.輸出處理幾個階段。全過程掃描所須的時間稱為掃描周期。當處于 RUN 狀態(tài)時，上述掃描周期為不斷循環(huán)過程。3.4 PLC 的發(fā)展在制造工業(yè)（以改變幾何形狀和機械性能為特征）和過程工業(yè)（以物理變化和化學變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征）中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。20 世紀 60 年代末期,在技術改造的浪潮的沖擊下，為使汽車結(jié)構及外型不斷改進，品種不斷增加,需要經(jīng)常變更生產(chǎn)工藝.1969 年,美國數(shù)字設備公司(DEC)首先研制出第一臺符合要求的控制器,即可編程控制器,并在美國 GE 公司的汽車上試用成功 .我國從 1976 年開始研制，1977 年應用于工業(yè)控制.上世紀 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。目前，世界上有 200 多廠家生產(chǎn) 300 多品種 PLC 產(chǎn)品，主要應用在汽車（23%） 、糧食加工（16.4% ） 、化學/制藥（14.6% ） 、金屬/礦山（11.5%） 、紙漿/造紙（11.3%）等行業(yè)。四．PLC 控制電路相對于早期的繼電器控制電路的優(yōu)點10PLC 是一種帶有指令存儲器，數(shù)字或模擬輸入/輸出接口，以位運算為主，能夠完成邏輯，順序，定時，記數(shù)和算術運算等功能，用于控制機器或生產(chǎn)過程的自動控制裝置。PLC 系統(tǒng)的等效工作電路分為三個部分：輸入部分、內(nèi)部控制電路、輸出部分。PLC 的工作過程包括公共處理掃描階段、輸入采樣階段、執(zhí)行擁護程序階段、輸出刷新掃描階段。 1、控制方式方面：電器控制硬接線，邏輯一旦確定，要改變邏輯或增加功能很是困難；而 PLC 軟接線，只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。2、工作方式方面：電器控制并行工作，而 PLC 串行工作，不受制約。3、控制速度方面：電器控制速度慢，觸點易抖動；而 PLC 通過半導體來控制，速度很快，無觸點，顧而無抖動一說。4、定時、記數(shù)精度方面：電器控制定時精度不高，容易受環(huán)境溫度變化影響，且無記數(shù)功能；PLC 時鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時范圍寬；有記數(shù)功能。5、可靠性、維護性能方面：電器控制觸點多，會產(chǎn)生機械磨損和電弧燒傷，接線也多，可靠性、維護性能差；PLC 無觸點，壽命長，且有自我診斷功能，對程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場調(diào)試和維護方便。4.1 德國西門子（SIEMENS）PLC 選擇德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應用也相當廣泛，在工控、冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領域都有應用。在眾多的 PLC 生產(chǎn)廠家中，西門子公司的 PLC 系列產(chǎn)品以其較高的性價比成為眾多客戶的首選。因此我們選擇西門子公司的 PLC 作為本次設計的可編程序控制器4.2PLC 型號的選擇S7-200 系列 PLC 有 CPU21X 和 CPU22X 兩代產(chǎn)品，其中 CPU22X 型 PLC 有CPU221，CPU222，CPU224，CPU226 四種基本型號。選用 PLC 上，考慮到只是對 M7120 磨床做電器氣部分的改造，輸出端口需要 16 個，輸入端口需要 7 個。而且并不通過網(wǎng)絡或其他方式做遠程控制。因此，考慮到經(jīng)濟，實用，穩(wěn)定等方面因素。我們決定選用 SIMATIC S7-200 系列的 S7—224 作為本次設計的 PLC 型號.11五．PLC 控制的 I/O 分配表表一 六．PLC 外部接線圖輸入信號 輸出信號名稱 輸入元件輸入點名稱 輸出元件輸出點電壓繼電器 KV I0.0 液壓泵電機接觸器 KM1 Q0.0總停按鈕 SB1 I0.1 砂輪電機接觸器+冷卻液電動機KM2 Q0.1液壓泵電機 1M 啟動按鈕 SB3 I0.2 砂輪上升接觸器 KM3 Q0.2液壓泵電機 1M 停止按鈕 SB2 I0.3 砂輪下降接觸器 KM4 Q0.3砂輪電機 2M 啟動按鈕 SB5 I0.4 電磁吸盤充磁接觸器KM5 Q0.4砂輪電機 2M 停止按鈕 SB4 I0.5 電磁吸盤去磁接觸器KM6 Q0.5升降砂輪電機 4M 上升按鈕SB6 I0.6升降砂輪電機 4M 下降按鈕SB7 I0.7電磁吸盤充磁按鈕 SB9 I1.0電磁吸盤停止充磁按鈕 SB8 I1.1電磁吸盤去磁按鈕 SB10 I1.2液壓泵電機 1M 熱繼電器 FR1 I1.3砂輪電機 2M 熱繼電器、冷卻泵電機 3M 熱繼電器FR2、FR3I1.412圖 6.1七．梯形圖和語句表13圖 7.1語句表：網(wǎng)絡 1：欠電壓保護LD I0.0= M0.0網(wǎng)絡 2：控制網(wǎng)絡LD M0.0AN I0.1LPSLD I0.2O Q0.0LRD 14LD I0.4O Q0.1ALD AN I0.5A I1.4= Q0.1LRDLPSA I0.6AN Q0.3= Q0.2LPP A I0.7AN Q0.2= Q0.3LRDLD I1.0O I0.4ALD AN I1.1AN Q0.5= Q0.4LPPA I1.2AN I1.1AN Q0.4= Q0.5八．PLC 電氣控制系統(tǒng) I/O 設備的選擇8.1 開關的選擇目前一般有自動空氣斷路器；到開關和熔斷器的組合；組合開關三種。根據(jù)電動機的容量( 主軸電動機 20KW、快速移動電動機 0.75KW、冷卻泵電動機 0.125KW),選用三極單投閘刀開關-100/3 型 100 毫安用作機床電源的引入開關。8.2 控制變壓器的選擇在機床的控制電路中需要用到不同的電壓，例如：PLC 的外電路及電器元件，機床上的照明電路所需電壓，接觸器的電壓，等。它們需要不同的電壓等級，提高系統(tǒng)的安全性。選用控制變壓器的型號為 BK-50 型 500 伏安。8.3 交流接觸器的選擇15主軸電動機的額定功率為 20KW，滿載電流 40A，選用交流接觸器 CJ2O-63 來控制主軸電動機啟動。交流接觸器 CJ2O-63 額定電流 63A，額定電壓 380V，可控電動機的最大功率 30KW。交流接觸器 B9 型線圈電壓為 380 伏用來操作快速移動電動機啟動，冷卻泵電動機的啟動和停止。接觸器 B9 型的額定工作電壓 380V，額定工作電流 8.5A。8.4 熔斷器的選擇熔斷器是一種用于過載與短路保護的電器，當超出限定值的電流通過熔斷器的熔體時將其熔化而分開電路。主軸電動機的滿載電流是 40A，所選的熔斷器（FU1 ）型號是 RT14-63，額定電壓 380V，熔斷體額定工作電流 50A。快速移動電動機滿載時的電流是 2.3A，冷卻泵電動機滿載時的電流是 0.48A，所選的熔斷器（FU2）型號是RT14-32，額定電壓是 380V，熔斷體額定工作電流是 4A。8.5 熱繼電器的選擇熱繼電器的作用是過載保護。根據(jù)主軸電動機的工作情況和技術參數(shù)，所選熱機電器（KR1 ）的型號為 TSA45，額定整定電流 45A。根據(jù)快速移動電動機的工作情況及技術參數(shù)，所選熱機電器（KR2）的型號為 T45。8.6 速度繼電器的選擇速度繼電器常用于電動機的反接制動電路中。常用的速度繼電器有 JY1 型和 JFZ0型兩種，其中 JY1 型可在 700～3600r/min 范圍內(nèi)可靠地工作。 JFZ0-1 型適用于300～1000r/min；JFZ0-2 型適用于 1000～3000r/min 。主軸電動機滿載時的轉(zhuǎn)數(shù) 1470轉(zhuǎn)/分，因此選用 JY1 型的速度繼電器。一般速度繼電器轉(zhuǎn)軸在 130r/min 左右即能動作，100r/min 時觸頭即能恢復正常位置。8.7 導線的選擇主回路中導線截面積較大，不用考慮機械強度而只按允許載流量選擇。機床上電源和住主電動機使用 BVR10 軟線，快速移動電動機使用 BVR2.5 軟線，其它的控制線路均采用 BVR2.5 軟線。九.電器元件清單表二序號符號 名稱 規(guī)格型號 數(shù)量備注1 KM1 液壓泵電機交流接觸器CJX1-10 10A,220V12 KM2 轉(zhuǎn)動砂輪、冷卻電機交流接觸器CJX1-20 20A,220V13 KM3 上升砂輪電機交流接觸器CJX1-5 5A,220V 14 KM4 下降砂輪電機交流接 CJX1-5 5A,220V 116觸器5 FR1 液壓泵電機熱繼電器 FR16-5/3D 16 FR2 砂輪電機熱繼電器 FR16-16/3D 17 FR3 冷卻電機熱繼電器 FR16-0.72/3D 18 FU1 主電源熔斷器 RC1A-60/35 39 FU2 電磁吸盤熔斷器 RC1A-5/2 210 FU3 PLC 熔斷器 RC1A-30/20 111 FU4 指示燈熔斷器 RC1A-5/2 112 FU5 照明燈熔斷器 RC1A-5/2 113 KV 欠電壓繼電器 DDY-220V 114 SB1 總停止按鈕 LA18—22 1 紅色15 SB2 液壓泵停止按鈕 LA18—22 1 紅色16 SB3 液壓泵啟動按鈕 LA18—22 1 綠色17 SB4 砂輪、冷卻停止按鈕 LA18—22 1 紅色18 SB5 砂輪、冷卻啟動按鈕 LA18—22 1 綠色19 SB6 砂輪上升按鈕 LA18—22 1 黑色20 SB7 砂輪下降按鈕 LA18—22 1 黑色21 SB8 吸盤停止按鈕 LA18—22 1 黑色22 SB9 吸盤通磁按鈕 LA18—22 1 綠色23 SB10 吸盤退磁按鈕 LA18—22 1 黑色24 HL LED 指示燈 6V/AC 9mA 5 綠色25 HL LED 照明燈 24VAC/ 350mA 126 YC 電磁吸盤 HDXP/127V 1.45A 127 C 電容 5mf 128 R 電阻 220 歐姆 1KW 129 VC 整流器 2CZ11C 130 PLC 西門子 S7-200 S7-200/CPU/224 1十．柜內(nèi)電器元件安裝位置圖17圖 10.1十一.電柜內(nèi)電器元件接線圖示意圖18圖 11.1十二.電柜外電器元件接線圖示意圖19圖 12.1十三.機床操作面板20圖 13.121總結(jié)在這個過程中我對利用可編程控制器進行控制系統(tǒng)的設計有了深刻的認識，對機械（M7120 型平面磨床）的工作原理有了進一步的掌握，對控制系統(tǒng)的分析與設計有了親身的認識與體會。控制系統(tǒng)的設計（甚至開發(fā)）是一項復雜的系統(tǒng)工程，必須嚴格按照系統(tǒng)分析，系統(tǒng)設計，系統(tǒng)實施，系統(tǒng)運行與調(diào)試的過程來進行。畢業(yè)設計也暴露出自己專業(yè)基礎的很多不足之處。比如缺乏綜合應用專業(yè)知識的能力，對設備的不了解等等。雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學之路還很長，以后更應該在工作中學習，努力使自己成為一個對社會有所貢獻的人。22主要參考文獻[1]陳簡明.電氣控制與 PLC:機械工業(yè)出版社,2008.5[2]孫平.電氣控制與 PLC.北京:高等教育出版社,2004[3]余雷聲.電氣控制與 PLC 的應用.北京:機械工業(yè)出版社,1998.10[4]連賽英.機床電氣控制技術.北京：機械工業(yè)出版社，1996.10[5]李道霖.電氣控制與 PLC 原理及應用(西門子系列).北京:電子工業(yè)出版社[6]S7-200 系統(tǒng)編程手冊.西門子公司.1999[7]倪遠平.現(xiàn)代低壓電器原理及應用.北京:高等教育出版社,2003[8]周希章.電動機的啟動、控制和調(diào)速.北京:機械工業(yè)出版社,1984[9]王炳實.機床電氣控制.北京: 機械工業(yè)出版社,1995[10]鄭瑜平.可編程序控制器.北京:北京航空航天大學出版社,199223附錄一：過程監(jiān)測與感應元件摘要：提高自動化搭配要求高速度和高性能導致的需要的過程監(jiān)測方法，避免錯誤的或破壞性的條件。本文介紹的新的監(jiān)測方法使用感官工具機。集成了一個感應燈具和自適應過程。相互作用的這些組成部分允許新的監(jiān)測能力。一個新概念的傳感器融合結(jié)果的方法自動自校準和詳細了解的過程。影響從主軸，工件和動態(tài)過程可以分開。1.簡介各種生產(chǎn)技術的發(fā)展，導致越來越多的自動化，靈活性[ 1–3 ]和[ 4]生產(chǎn)力。這樣的結(jié)果是嚴格的要求，對機械零件和監(jiān)測的能力，其條件和加工過程。監(jiān)控策略可以是基于傳動及 control-inherent 數(shù)據(jù)[ 5–7 ]或申請單或多傳感器[ 8 , 9]。在合作研究中心“'gentelligent 組成部分在其生命周期” （crc653）新方法統(tǒng)一傳感器，信號處理，數(shù)據(jù)存儲和通信與物理機器部件調(diào)查在所生產(chǎn)的工程技術工具機（周，萊布尼茨漢諾威大學） 。作為第一次組件''generation '感覺夾具系統(tǒng)已發(fā)達，其中包括不同的傳感器，使傳感器融合[ 10]。最近的研究也導致自適應系統(tǒng)，這允許一個獨立的自適應控制調(diào)整工藝和設備條件以及補償靜態(tài)和動態(tài)誤差的影響[11 , 12]。參。[ 13 , 14 ]一自適應主軸系統(tǒng)工具撓度補償和振動磨的描述。集成傳感器同樣被用來監(jiān)測。使用這些組件在一個安裝程序，銑床提供感官能力兩邊的過程。這是第一步感覺機器工具和過程控制可與手工加工中，刀具和工件手引導。本文介紹（第一次）結(jié)合應用的感覺和夾具主軸的過程監(jiān)控。在介紹的元件，傳感器融合卡拉曼濾波，互相定位，確定過程的力量，和觀察工件的變形的過程。2.工具部件的感應感覺夾具由一個模塊化夾具系統(tǒng)結(jié)合零坐標位置系統(tǒng)（圖 1） 。模塊化夾緊系統(tǒng)包括各種不同的元素（如支持，搖擺夾） ，它可以根據(jù)安排夾持任務。為此，夾緊元件可以是專用夾具，可以使用位于原點坐標。自適應主軸是主動補償靜態(tài)和動態(tài)工具撓度，和穩(wěn)定銑削過程[ 15 , 16]。三壓電致動器設置在傳統(tǒng)的主軸在并聯(lián)配置（圖 2） 。這使得移動主軸在三個自由度的一個±100 毫米范圍。只允許在 z 軸位移結(jié)構和輪換的 x軸 y 軸。因此，因此，工具提示可以方形空間內(nèi)移動。每個驅(qū)動器進行應變個別位置控制。感官系統(tǒng)擴展三個力傳感器之間的上部安裝環(huán)和機結(jié)構。加工試驗，感官元素是安裝在垂直軸銑床（圖 3） 。流程力量測量設備。24253.系統(tǒng)辨識與校正光對主軸的動作是敏感的，而刀具的反應與主軸直接相關。相對位置允許系統(tǒng)自動校準。3.1.傳感器融合卡拉曼濾波器已知的方法傳感器融合的信號水平 Kal man 濾波[ 17]。Kal man 濾波器是一個隨機點型估計[ 18 , 19 ]。基于狀態(tài)空間描述的測量系統(tǒng)與已知噪聲的輸入和輸出該系統(tǒng)固有的國家可以計算和信號噪聲減少。狀態(tài)空間描述的系統(tǒng)顯示環(huán)境質(zhì)量標準。 （1）和（2） ，其中一個狀態(tài)矩陣，是輸入矩陣，丙型介紹了輸出矩陣和矩陣的直接饋通（v 和 w 是誤差正態(tài)分布）：向量表示矢量系統(tǒng)的狀態(tài)，是相對應的傳感器信號。該系統(tǒng)輸入你的過程是力量的行為在工件。這實際上是不知道。因此，向量是通過估計 u[20 , 21]：26（4）和（5）指由此產(chǎn)生的系統(tǒng)描述。本改變 輸入納入錯誤 。如果輸入信號的動態(tài)比較低的采樣率，這一提法的 Kal man 濾波器使得反演該系統(tǒng)的行為和估計的輸入與輸出（這里的傳感器信號） 。該傳感器系統(tǒng)的描述，其中建立了系統(tǒng)的設計[ 10]，也用在這里了。它意味著直接轉(zhuǎn)移（輸入輸出）根據(jù)式（2）的矩陣目前的模型的動態(tài)傳感器系統(tǒng)的特性被忽視的。這是必要的，不僅包括過程也為輸入向量，由于采取方法的不同點的工件取決于刀具路徑：矩陣有來計算參數(shù)的系統(tǒng)。方法是在這里顯示：“'calibration 碰撞”手段接觸與工件的感應主軸；“'inprocess 校準的動態(tài)過程數(shù)據(jù)的收集與利用主軸在加工過程中校準夾具。3.2. 標準的不重合在主軸運動相對于工件的位置。夾具與主軸接觸力的測量。這是重復的不同點工件和不同的方向。由此產(chǎn)生的信號低通濾波以排除噪聲的影響。矩陣計算是采用了最小二階回歸分析，圖 4 描述了校準結(jié)果的不重合。本剩余誤差是由耦合的傳感器。本測量方向是受干擾。支承件（次零件的夾具；見圖 1）反應的支柱力量在 z 方向。在對比這樣，他們的反應作為懸臂梁力的×和 Y 方向。3.3. 過程的標定在線校準使用過程的力量激發(fā)系統(tǒng)的。加工點的改變了工件在校準周期為標定力測量系統(tǒng)。此外，一個有效的校準的強烈耦合系統(tǒng)中的激勵不同的力的方向必須是線性無關的。因此，大量不同的參數(shù)設置已被使用。圖 5 和顯示正常力量銑槽操作的。圖 5 b 描繪了低通濾波信號。夾具顯示更多的信號中的噪聲（圖 5） 。補償這些影響信號的系統(tǒng)可以結(jié)合使用 Kal man 濾波器。信號是用來確定主軸的力的。這些變化的力和時刻用光敏原件檢測。274. 加力測試結(jié)果。過程監(jiān)控可以實現(xiàn)通過觀察力信號預定閾值，信號動態(tài)和統(tǒng)計行為。圖 6 顯示測量銑削力。一個頻率分析使分離的影響和鑒定過程中的失敗。驗證的檢測能力，切削深度的影響，轉(zhuǎn)速，每齒進給，銑削加工策略進行了測試，測試不同參數(shù)。4.1。鑒定過程中的力分數(shù)階乘試驗 60 磨試驗設計。一個立方體工件（alzn8mgcu 干）加工端銑刀（丁=12毫米，2 =3，高速鋼時，=308，=158） 。本切削深度之間 1 和 2 毫米，轉(zhuǎn)速從 3000 到5000 每分鐘轉(zhuǎn)速和每齒進給量從 21 到 33 毫米。十參數(shù)組合進行選擇和優(yōu)化導致空間填充設計。這些參數(shù)組合用于槽銑刀，銑削，銑削。圖 7 描述測量平均值。圖七顯示切割量依靠的是切削力。正如預期的那樣，切削量與切削力成正比。值與理論計算。28在圖 7b 中只有理解狀態(tài)有提高主軸轉(zhuǎn)速速度范圍太小，具有重大影響。圖 7c 描述了影響銑削方式。順銑的原因低進給力，但大的正常的進給力。切削力部分拉工具進給方向。因為影響切割邊緣進入工件，進給力比較高。在這些力的作用不是銑削。切割主要發(fā)生在進給方向。當切割邊緣進入工件金相變化時，推力工具橫向的。后來，切削力拉到的工具工件降低正常的進給力量。在銑槽的所有力量比較高。圖 7 顯示增加所有力量增加每齒進給。測量結(jié)果表明，該結(jié)合感官元件，可用于監(jiān)測。光接觸條件和由此產(chǎn)生的力量，顯示系統(tǒng)靈敏度。4.2.確定工件變形在銑削薄壁工件的變形工件提出了挑戰(zhàn)，精密制造。由分析測量過程和材料去除率實際材料去除率可監(jiān)測。因此，在準確的測量過程允許鑒定在加工過程中工件的變形。這是測試一個圓角銑削與厚度的減小。本實驗開始在 6 毫米厚度。在一個教學階段切割寬度是從 50 到 600 毫米（圖一） 。一種新型可計算該地圖上的切割寬度。為監(jiān)測，該模型是用來比較的名義寬度用一個估計的切削力（圖 8） 。29另外一個可以接受的協(xié)議的實際和估計值，一個越來越偏離標稱寬度切可觀察降低魚片厚度。從第十八上運行，越來越偏離角銑刀。5.結(jié)論本文介紹了使用相結(jié)合感官工具機組件的力量有關的過程監(jiān)測。組合安裝程序允許自校準傳感器的固有功能。傳感器數(shù)據(jù)融合導致更高的靈敏度和準確。工具和工件的行為可以共同和獨立在運行過程中。未來研究的重點是進一步結(jié)構整合傳感器的功能，延長系統(tǒng)模型信號融合和檢測方式。作者感謝 cronjaeger 教授和教授 L . B denkena為支持的文件，和德國研究基金會（東風集團）資金 crc653 和工程的'adaptronic 主軸系統(tǒng)銑床” （在 spp1156） 。30參考書籍[1] Wiendahl H-P, ElMaraghy HA, Nyhuis P, Za¨h MF, Wiendahl H-H, Duffie N,Brieke M. (2007) Changeable Manufacturing—Classification Design andOperation Annals of the CIRP Manufacturing Technology, 56 (2). p. 783–809.[2] Moriwaki T. (2008) Multi-functional Machine Tool Annals of the CIRP ManufacturingTechnology, 57 (2). p. 736–749.[3] Koren Y, Heisel U, Jovane F, Moriwaki T, Pritschow G, Ulsoy G, van Brussel H.(2008) Reconfigurable Manufacturing Systems Annals of the CIRP ManufacturingTechnology, 48 (2). p. 527–540.[4] Byrne G, Dornfeld D, Denkena B. (2003) Advancing Cutting Technology Annals ofthe CIRP Manufacturing Technology, 52 (2). p. 483.[5] Lapp C (2002) Identifikation und Regelung von Bearbeitungskra¨ften an direktgetriebenen Vorschubeinheiten, Dr.-Ing. Dissertation, University of Hannover.[6] Raibert M, Craig J (1982) Hybrid Position/Force Control of Manipulators. inBrady M, Hollerbach J, Johnson T, Lozano Perez T, Mason M, (Eds.) RobotMotion: Planning and Control. MIT Press, Cambridge, pp. 419–438.[7] Pritschow G, Fritz S (2004) Rekonstruktion von Prozesskra¨ften bei Direktantriebenunter Verwendung des Ferraris-Sensors. Autonome Produktion,Springer, Berlin.[8] To¨ nshoff HK, Inasaki I (2001) Sensors in Manufacturing. Wiley-VCH. ISBN 3-527r-r29558-5.[9] Byrne G, Dornfeld D, Inasaki I, Ketteler G, Ko¨ nig W, Teti R. (1995) Tool ConditionMonitoring (TCM)—The Status of Research and Industrial Application Annals of theCIRP Manufacturing Technology, 44 (2). p. 541–567.[10] Denkena B, Mo¨ hring H-C, Litwinski KM (2008) Design of dynamic multi sensorsystems. Production Engineering and Research, (3). 327–331.[11] Neugebauer R, Denkena B, Wegener K. (2007) Mechatronic Systems forMachine Tools Annals of the CIRP Manufacturing Technology, 56 (2). p. 657–686.[12] Janocha H (2007) Adaptronics and Smart Structures: Basics, Materials, Design andApplications. Springer, Berlin.[13] Denkena B, Mo¨ hring H-C, Will JC (2007) Tool Deflection Compensation with anAdaptronic Milling Spindle. Proceedings of the Int. Conf. on Smart MachiningSystems, Gaithersburg, USA, 2007.[14] Will JC (2008) Ad