龙门刨床PLC、变频器控制系统改造

郑州华信学院课程设计任务书题目：龙门刨床PLC、变频器控制系统改造专业： 09电气工程一班学号： 0902120137 姓名：苏如如主要内容：通过对B2012A型国产龙门刨床进行PLC改造，以及变频技术的改造以适应现代化的生产要求，改造中涉及PLC的技术应用，变频技术的应用从而使龙门刨床适应现阶段的生产需要，改造中涉及电机的速度的平滑性，电机的正反转龙门刨床的基本结构，以及龙门刨床的总体性能基本要求：1. 改造后的龙门刨床应能正确执行操作步骤进行工件加工。

2. 工作台能实现自动循环工作和点动,可实时精确调节工作台速度,平稳换向,并有自动和点动工作时的极限保护.3．垂直刀架可方便地在水平和垂直两个方向快速移动和进刀, 并能进行快速移动和自动进给的切换.左右侧刀架可在上、下方向快速移动和进刀,能进行快移/自动切换.并有左右侧刀架限位开关,防止其向上移动时与横梁碰撞.4.横梁可方便地上下移动和夹紧放松,加紧程度可调;横梁下降时有回升延时,延时时间可调.5.改造后用的变频技术，应有较好对手滑行和广泛的调速空间。

6.改造后的刨床应能达到价格低廉和应用广泛。

7.改变中不能改变其基本的操作步骤，不能改变龙门刨床的设计要求。

8.通过改造进一步熟悉和掌握各种刨床的改造工艺和改造过程及改造的注意事项。

主要参考资料：1田春霞数控加工工艺机械工业出版社2于立彪, 郑慕侨, 张英负重轮多体接触问题有限元分析北京理工大学学报3胡学林。

电气控制与plc。

冶金工业出版社4林奕鸿。

机床数控技术及应用。

机械工业出版社5卓迪仕。

数控技术及应用。

国防工业出版社6原魁。

变频器基础及应用。

冶金工业出版社7钟肇新。

可编程控制器原理及应用。

华南理工大学出版社完成期限：2012-6-5 指导教师签名：课程负责人签名：2012年 6 月 5 日郑州华信学院课程设计说明书题目：龙门刨床PLC、变频器控制系统改造姓名：苏如如院（系）：机电工程学院专业班级： 09电气工程一班学号： 0902120137指导教师：成绩：时间：年月日至年月日目录1.龙门刨床的运动形式及技术改造 (3)1.1龙门刨床的结构及运动形式 (3)1.1.1结构及特点 (3)1.1.2运动形式 (4)1.2龙门刨床电气控制的目的及意义 (5)1.3龙门刨床电气控制改造的总体要求 (6)1.4龙门刨床电气控制改造方案 (6)2．工作台变频调速及PLC控制 (7)2.1工作台运动及调速要求 (7)2.2工作台调速方案 (7)2.3入输出的确定 (8)2.4工作台电气控制接线图电机设置 (9)3．刀架变频调速及PLC控制 (14)3.1刀架运动及调速要求 (14)3.2刀架调速方案 (15)3.3刀架输入输出分配 (16)3.4 刀架电气控制接线图 (18)4.龙门刨床的横梁、磨头及其他辅助设备 (22)4.1龙门刨床的横梁控制 (22)4.2横梁的输入输出分配 (23)4.3横梁运动形式梯形图 (24)4.3龙门刨床的磨头控制 (25)5．变频技术和PLC在龙门刨床中的应用 (28)5.1变频技术的选型和电机及其他辅助设备的选择和设定 (28)5.2 PLC的选择及应用 (28)5.2.1PLC容量的选择 (28)5.2.2 PLC未来发展前景及改造后的总体样本图 (29)6．B2012A型龙门刨床的改造。

(29)6.1龙门刨床电气控制改造效果和解决的主要问题 (29)6.2 对于B2012A型龙门刨床改造后的心得体会 (30)结束语 (31)谢词 (32)参考文献 (33)1.龙门刨床的运动形式及技术改造1.1龙门刨床的结构及运动形式1.1.1结构及特点B2012A型龙门刨床主要由7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，可以往复运动。

横梁用于安装垂直刀架，刨削加工时严禁动作，只有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，龙门刨床的结构的具体形式如图1所示总的来说有七部分组成：床身、工作台、横梁、左右刀架、垂直刀架、立柱、龙门顶梁组成的大型加工工件，期还有磨头用于磨工件以及其他辅助设备。

特点：龙门刨床的龙门架定在床身上，在龙门架上装有可以上下移动的刨头架，切削刀固定在刨头架上，工作台安装在床身导轨上，工件固定在工作台上，工作过程中，工作台带动工件低速进给，快速退回，工件在装夹过程中，为了对准刨削位置，工作台的来回运动控制，是既自锁又点动的方式。

龙门刨床的电气控制系统分主传动系统和辅助运动控制系统两部分。

PLC用于龙门刨床控制系统改造方案之一就是:主传动系统即工作台电力拖动系统，仍然保留目前最广泛使用的逻辑无环流可逆调速系统，其调速换向控制以及辅助运动控制系统采用可编程序控制器替代旧的继电控制系统，各部分的信号检测、动作执行机构也基本上保留原有的不变。

特点是投资小、见效快1.1.2运动形式工作台的运动形式工作台的具体运动情况如下图（图2）所示： t2t3t4t5高速空车返回后退减速tv低速切入前进加工低速切出t1在图中具体时间的运动情况解释如下：t1段表示刨台起动，刨刀切入工件的阶段，为了减小刨刀刚切入工件的瞬间，刀具所受的冲击及防止工件被崩坏，此阶段速度较低，而且具有点动功能要求能根据需要进行慢加工或点动。

t2段为刨削段，刨台加速至正常的刨削速度，处于中速运行段，而且要根据工件要求进行工件加工。

t3段为刨刀退出工件段，为防止边缘被崩裂，同样要求速度较低，而且在退刀时要求先抬到，而且还要求具有点动功能。

t4段为返回段，返回过程中，刨刀不切削工件，为节省时间，提高加工效率，返回速度应尽可能高些，返回到位后应为下次工件加工做好准备，同时要求工作台运行到位后准备下次加工。

t5段为缓冲区。

返回行程即将结束，再反向到工作速度之前，为减小对传动机械的冲击，应将速度降低，之后进入下一周期。

刨床运动的机械特性曲线如图（3）所示与很多切削机床相同，刨台运动特性分两种情况分析。

（1）低速区刨台运动速度较低时，此时刨刀允许的切削力由电动机最大转矩决定。

电动机确定后，即确定了低速加工时的最大切削力。

因此，在低速加工区，电动机为恒转矩输出。

（2）高速区速度较高时，此时切削力受机械结构的强度限制，允许的最大切削力与速度成反比，因此，电动机为恒功率输出。

由此可得，主拖动系统直流电动机的运行机械特性曲线分为如图3所示两段横梁运动横梁只是在工作台停止时方可调整，因此横梁要与工作台架互锁。

横梁运动属于“点动”性质。

为了保证横梁能按要求停在一定的位置上，还设有夹紧机构，从而保证横梁运动准确可靠。

横梁在运动时要求其工作台之间的配合，刀件之间的配合将在横梁运动中解释刀架控制龙门刨床B2012A采用交流电动机拖动的机械进刀方法，由控制机械与电器共同完成。

本刨床有2个垂直刀架，可实现左右（水平）及上下（垂直）四个方向动作，这些都由垂直刀架电机来完成。

左侧、右侧刀架只有上、下两个方向运动，分别由左侧刀架电机、右侧刀架电机完成，且左、右侧刀架上运动均与横梁下运动有限位保护。

磨头的运动磨头的运动只能进行正反转运动，且在进行磨工件的过程中是低速运动，以保证工件的质量。

1.2龙门刨床电气控制的目的及意义对传统的龙门刨床的改造目的：利用可编程控制器及变频器实现对龙门刨床的自动控制和平滑调速,消除换向冲击,提高工作效率,减少噪声,取缔原控制系统,从而达到既经济又快捷地运行龙门刨床的目的.而使龙门刨床复杂的电气控制系统变的简单,清晰明了,使龙门刨床处于最佳的工作状态.龙门刨床如控制和使用得当,不仅能提高效率,节约成本,还可大大延长使用寿命.龙门刨床主要分为机械和电气控制两大组成部分,机械部分相对比较稳定,而使龙门刨床运行在最优状态主要取决于电气控制系统控制方式.在传统龙门刨床中,其机械部分刚性好,精度较高,一般其基本性能可达到现代同类机械的水平,但控制和驱动部分则显得不同程度的老化,对老式龙门刨床的改造有很大的实际意义.而且，近几年来在工业自动化，机电一体化，改造传统产业等方面，PLC技术和变频技术不断得到广泛的应用。

学习，掌握和应用PLC技术对提高我国工业自动化水平和生产效率具有十分重要的意义。

采用可编程序控制器(PLC)和变频器对龙门刨床的传统控制系统进行改造，将具有投资小、改造周期短，节能降耗、提高功效显著的优点。

这为中小型企业的发展节省了大量的资金，为企业的发展提供了技术上的基础。

而且充分利用了PLC与变频技术从而使加工技术更能精确化。

这样对工件加工以及整个行业的自动化打下了基础。

从而使龙门刨长这样的大型机械更好地服务人们的生产及生活使龙门刨床更能适应打进的现代化加工需要。

1.3龙门刨床电气控制改造的总体要求①取消电机扩大机、发电机,以减少噪声,克服诸多控制缺陷.②工作台能实现自动循环工作和点动,可实时精确调节工作台速度,平稳换向,并有自动和点动工作时的极限保护.③垂直刀架可方便地在水平和垂直两个方向快速移动和进刀,并能进行快速移动和自动进给的切换.④左右侧刀架可在上、下方向快速移动和进刀,能进行快移/自动切换.并有左右侧刀架限位开关,防止其向上移动时与横梁碰撞.⑤横梁可方便地上下移动和夹紧放松,加紧程度可调;横梁下降时有回升延时,延时时间可调.⑥润滑泵有连续/自动切换开关,系统一得电,油泵即上油,至一定压力时,油压继电器触点闭合,为工作台工作做准备.⑦有保护环节控制,保证工作台停在后退末了,以免切削过程中发生故⑧障而突然停车造成刀具损坏和影响加工工件表面的光洁度.⑨各回路均有自动空气断路器作短路保护和过载保护.⑩改造后的龙门刨床的总体性能要得到改善，改造后的总体加工精度和运动形式更加完美，且能减少不必要的人工操作1.4龙门刨床电气控制改造方案龙门刨床对其主拖动系统的要求比较高，不仅要求具有足够大的切削功率，较大的调速范围，而且能够按照要求实现自动速度循环；对于刀架的进给、抬刀、退刀和快速移动，横梁的夹紧、放松和升降以及工作台的步进、步退等功能是通过与控制电器配合来实现。

归纳起来，改造后的控制系统要求如下：①工作台主拖动系统具有比较宽的调速范围和较硬的机械特性；②工作台能根据不同工件自由调节工作速度，而且前进和后退的速度要单独调整；③工作台起动和制动快速、平稳，对电网和机械的冲击小，能很好地实现慢速切入、快速换向等要求；④在低速范围内切削力基本保持恒定状态，加工精度高；⑤系统效率高，耗电量小，节能明显；⑥控制系统简单，安全可靠，便于维修。

⑦改造后应使电路结构简单更能满足加工需要，改造后应能使PLC技术和变频技术得到充分的利用和发挥。