基于PLC及变频器的B2012A龙门刨床改造

课程设计任务书

题目龙门刨床控制系统PLC变频器改造

小组组长李利杰

小组成员齐运沼、赵国杰

主要内容:

1.工作台变频调速及PLC控制

2.刀架变频器调速及PLC控制

3.横梁及辅助运动控制

4.课程设计总结

基本要求:

1.龙门刨床的工艺加工方法不变

2.在保留主电路的原有原件基础上，不改变原控制系统操作

方法

3.电气控制系统控制元件(包括按钮、行程开关、热继电器、

接触器)，作用与原电气线路相同

4.主轴和进给起动、制动和变速的操作方法不变

5.改造原继电器控制中的硬件接线，改为PLC编程实现

主要参考资料：

1.刘洪涛，黄海《PLC应用开发从基础到实践》，北京：

电子工业出版社，2007年

2.卢伟岸《大型龙门刨床电控系统的研制》，[学位论文]，

武汉，中南大学，2004年

3. 向六昭《龙门刨床电气控制系统的改造设计》，载《中

国西部科技》2008年第10期

4. 李发海，王岩《电机与拖动基础》，北京:清华大学出

版社, 2005年

5. 蔡红斌《电气与PLC控制技术》，北京：清华大学出版社，

2007年

6. FR-A740变频器用户手册

完成期限：

指导教师签名：

课程负责人签名：

2012年 6 月 6 日

目录

1.龙门刨床运动形式及改造要求 (3)

1.1龙门刨床结构及运动形式 (3)

1.2龙门刨床电气控制改造目的及意义 (4)

1.3龙门刨床电气控制改造总体要求 (5)

1.4龙门刨床电气控制改造方案 (7)

2.工作台变频调速及PLC控制 (8)

2.1工作台运动及调速要求 (8)

2.2工作台调速方案 (9)

2.3工作台电气控制输入、输出确定 (11)

2.4工作台电气控制接线图 (12)

3.刀架变频调速及PLC控制 (15)

3.1刀架运动及调速要求 (15)

3.2刀架调速方案 (15)

3.3刀架电气控制输入、输出确定 (16)

3.4刀架电气控制接线图 (17)

3.5刀架PLC电气控制程序 (18)

4.横梁及辅助运动控制 (19)

4.1横梁运动形式及拖动方式 (19)

4.2油泵控制 (19)

4.3铣磨头变频调速控制方案 (19)

4.4横梁及其它辅助运动电气控制输入、输出确定 (20)

4.5横梁及其它辅助运动PLC控制原理图 (21)

4.6横梁及其它辅助运动控制程序 (23)

5.课程设计总结 (24)

5.1龙门刨床电气控制改造意义与可行性分析 (24)

5.2龙门刨床电气控制改造效果和解决的主要问题 (24)

5.3心得体会与建议 (24)

5.4结束语 (26)

1.龙门刨床运动形式及改造要求

1.1龙门刨床结构及运动形式

龙门刨床主要由七部分组成，如图1所示。

其中床身为箱体型零件，其上有V形导轨。工作台安放在床身上，工作台下面有斜齿条与传动机构齿轮相啮合，可作往复运动。横梁用于安装垂直刀架，刨削加工时严禁动作，只在工作台停止运动时才能移动，以调整刀架高度。两个垂直刀架可沿横梁导轨在水平方向，或沿刀架本身的滑板导轨在垂直方向作快速移动或工作进给。左右侧刀架及进给箱可沿立柱导轨上下快速移动或自动进给。

图1龙门刨床B2012A的组成：

图2龙门刨床结构示意图

如图2所示，工作台放在床身上，工作台由直流电动机拖动可在床身上作往复运动。当工作台带动工件运动时，刨刀对工件进行刨削加工。刨刀装在垂直刀架或侧刀架上。侧刀架可上下移动并横向进给，它又分为左侧刀架和右侧刀架。垂直刀架装在横梁上，它可作横向移动和垂直进给，它又分为左垂直刀架与右垂直刀架。横梁可沿着立柱作上下移动。横梁上的刀架，可在横梁导轨上作横向进给运动，以刨削工作的水平面；立柱上的侧刀架，可沿立柱导轨作垂直进给运动，以刨削垂直面。刀架亦可偏转一定角度以刨削斜面。横梁可沿立柱导轨上下升降，以调节刀具和工件的相对位置。

龙门刨床的运动可分为主运动、进给运动与辅助运动。主运动是指工作台的往复运动，进给运动是指刀架的进给，辅助运动是调整刀具运动（如横梁的夹紧与放松、横梁的上升与下降、刀架的快速移动与抬刀等）。

1.2龙门刨床电气控制改造目的及意义

今天继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域，他们比以往的产品具有更高的可靠性。但是，这也是随之带来的一些问题。如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。

传统的龙门刨床控制系统可靠性差、维护困难、加工质量及生产效率低。如今PLC 及变频器技术不断发展，用PLC设计电气控制系统是简便可行的方法。

本题的改造目的是利用可编程控制器及变频器实现对龙门刨床的自动化控制和平

滑调速，消除换向冲击，提高工作效率，减少噪声，取缔原控制系统，从而使龙门刨床既经济又快捷的运行，让龙门刨床复杂的电气控制系统变的简单、清晰、明了，使龙门刨床运行稳定和便于维护。本次用PLC设计龙门刨床的电气控制系统，不但满足了所需的各种控制要求，在保留原始控制功能的前提下，还具有硬件简单可靠，软件丰富灵活，运行效果好。对促进企业的技术进步具有一定意义。

1.3龙门刨床电气控制改造总体要求

1 要求有宽广的调速范围

由于加工的材料和零件不同，所使用的刀具也会不同（例高速钢刀具。硬质合金刀具等），这就要求机床有不同的速度，以便满足不同加工工艺的要求。

2 电气控制电路能保证机床可靠地自动工作

在高速切削时，是为了减小刀具的冲击，应使刀具慢速切入工件。若切削速度与冲击为刀具所能承受时，利用转换开关，可以取消慢速切入。在工作台前进与返回行程末尾，工作台能自动调速，以保证刀具慢速离开工件，防止工件边缘剥裂，同时可减小工作台反向时的冲程和对电动机及其他机械的冲击。

3工作台能够按照需要实现自动往返循环

工作台前进行程中，刀架自动进给。后退行程中，刀架自动抬起。工作台在行程末尾可进行减速、反向等运动的自动变换。

4 工作台速度调整无须停车

5 刀架能自动进给和快速移动

6系统的机械特性要有一定的硬度

为了避免因起切削符合发生变化引起的工作台速度有较大的波动，以至于影响加工工件表面的质量，同时系统的机械特性应具有下垂特性，当负荷过大时，能使拖动工作台的电动机的转速迅速下降，直至停止，从而达到保护电动机及机械装置的目的。

7有必要的联锁保护