毕设进度汇报
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1.龙门刨床 了解 根据龙门刨床的生产工艺特点和要求,对自动控制系统提出如下要求 1、调速范围宽。龙门刨床工作时既要求能适应不同的刀具,又要求具有经济的切削速度。因此,调速范围一定要宽,一般不低于 10:1,最好为无级调速。A系列龙门刨床调速范围为 20:1(高速 90 米/分,低速 4.5 米/分)。 2、静差度小。为了提高加工精度,要求工作台的速度不随切削量的变化而变化,一般要求静差度小于 10%。同时,系统的机械特性应具有下垂特性。 3、具有较高的切削速度(一般不低于 75 米/分)和足够的切削力;在低速范围内,切削力基本保持恒定。 4、能单独调整工作行程与返回行程的速度,且退回速度高于工作速度;工作台的运行速度能自动调整,在刀具切入与切出工件时能自动减速。 5、为提高加工表面的精度,工作台反向时应迅速、平稳、冲击小,动态品质要好。 6、操作简单,节省辅助工时,工作台要有可靠的半自动往复循环,调速时不必停车。 7、驱动效率高,耗电量小,安全可靠。 8、系统简单,通用化程度高,成本低,易于修理和维护。
图1-1 龙门刨床结构示意图 1-床身;2-工作台;3-横梁;4-垂直刀架; 5-侧刀架;6-立柱;7-龙门顶 系列龙门刨床控制系统存在问题 我国现行拥有的龙门刨床,其主拖动方式以直流发电机—电动机组和晶闸管—电动机系统为主。以 A 系列龙门刨床为例,主运动为刨台频繁的往复运动,在一个往复周期中,对速度的控制有特定的要求。工作台的控制最早采用交流感应电动机拖动,并实现正反向的方案,或用交流电动机通过电磁离合器实现正反向的方案,以及用交流电动机通过液压系统实现正反向的方案。后来使用较多的是直流发电机—电动机组的拖动方案,而这种方案又有两类:一类是自励放大机控制并改变发电机励磁进行调整;另一类就是采用交磁放大机控制并改变发电机励磁的调整。20 世纪 60 年代,随着微电子技术的发展,出现了由晶闸管直接供电的直流调速系统拖动龙门刨床工作台的方案。但由于直流电动机本身结构上存在严重的问题,它采用的机械接触式换向器,不但结构复杂、制造耗时、价格昂贵,而且在运行中容易出现故障。随着 PLC 技术和交流变频调速技术的发展,使用交流电动机拖动龙门刨床成为可能。 该龙门刨床工作台拖动采用了电机扩大机―直流发电机―直流电动机方式,主要存在以下缺点: 1、主拖动系统体积大、电耗大、故障率高、维护量大、控制精度差。 2、控制系统采用较多的继电器控制电路,可靠性与可维护性差、灵活性差。 3、整个系统保护功能不强,不具备故障自检功能,初开车困难,故障停车时间长。
龙门刨床加工的工件质量不同,用的刀具也不同,所需要的速度就不同,加之 B2012A 型龙门刨床是刨磨联合机床,所以要求调速范围一定要宽,其中工作台调速范围要求达到 20:1(最高速 90m/ min,最低速 4.5 m/min)。在低速档和高速档的范围内,能实现工作台的无级调速。
B2012A 型龙门刨床要求能完成图 2-1 所示的三种速度图的要求。 1、在高速加工时,为了减少刀具承受的冲击和防止工件边缘的剥裂,切削工作的开始,要求刀具慢速切入;切削工作的末尾,工作台应自动减速,以保证刀具慢速离开工件。 2、为了提高生产效率,要求工作台返回速度高于切削速度,见图 2-1(a)。图中,0~t1为工作台前进起动阶段;t1~t2为刀具慢速切入工件阶段;t2~t3为
加速至稳定工作速度阶段;t3~t4为切削工件阶段;t4~t5为刀具减速退出工件阶段;t5~t6为反向制动到后退起动阶段;t6~t7为高速返回阶段;t7~t8为后
退减速阶段;t8~t9为后退反向制动阶段。 3、若切削速度与冲击为刀具所能承受,利用转换开关,可取消慢速切入环节,见图 2-1(b)。当机床作磨削加工时,利用转换开关,把慢速切入和后退减
工作台自动循环 速取消,见图 2-1(c)。 4、为了提高加工精度,要求工作台的速度不因切削负荷的变化而波动过大,即机械特性应具有一定的硬度(静差度不大于 10%)。同时,系统的机械特性应具有下垂特性,即当电动机短路或超过额定转矩时,工作台拖动电动机的转速应迅速下降,以致停止,从而保护电动机和机械设备不被损坏。 5、机床应能单独调整工作行程与返回速度,能作无级变速,且调速时不必停车。要求工作台运动方向能迅速平滑地改变,冲击少。刀架进给和抬刀能自动进行,并有快速回程。有必要的联锁保护,通用化程度高,成本低,系统简单,易于维修。
2.初步设计
龙门刨床变频控制系统框图 (1)主电路设计 主电路部分包括主传动电动机(工作台电动机,Y2-250M-4 55kW)、垂直刀架电动机(Y2-100L-6 1.5kW)、右侧刀架电动机(Y2-100L-6 1.5kW)、左侧刀架电动机(Y2-100L-6 1.5kW)、横梁升降电动机(Y2-100L2-4 3kW)、横梁夹紧与放松电动机(Y2-802-4 0.75kW)、通风用电动机(Y2-90L-4 1.5kW)、润滑泵电动机(Y2-711-4
0.25kW)。控制电路包括工作台控制电路、刀架控制电路、横梁控制电路。电气系统的结构框图如图 所示。 (2) PLC程序设计 <1>程序流程图
刀架快移控制子模块 横梁控制子模块流程 工作台点动控制模块 · 工作台自动控制 <2>PLC梯形图程序 <3>I/O口分布 电气元件 逻辑元件 名称及用途 电气元件 逻辑元件 名称及用途
SB1 X0 变频器通电 M1 自动加工状态 SB2 X1 变频器断电 M3 后退换向 SB3 X2 横梁上升按钮 M4 前进换向 SB4 X3 垂直刀架快移按钮 M5 磨削状态 SB5 X4 右刀架快移按钮 M6 低速运行 SB6 X5 左刀架快移按钮 M8 横梁上升或下降 SB7 X6 横梁下降按钮 M11 抬刀控制用辅助继电器 SB8 X7 工作台步进 变频器端口连接 Y0 正转 SB9 X10 工作台前进 Y1 反转 SB10 X11 工作台停止 Y2 高速 SB11 X12 工作台后退 Y3 中速 SB12 X13 工作台步退 Y4 低速 SA6 X14 慢速切入控制 KM13 Y5 控制变频器电源
SA7 X15 润滑液压泵控制开关 KM1 Y10 通风机控制接触器 SQ1 X16 前进减速 KM2 Y11 横梁上升控制接触器 SQ2 X17 前进换向 KM3 Y12 横梁下降控制接触器
SQ3 X20 后退减速 KM4 Y13 垂直刀架电动机正转控制接触器
SQ4 X21 后退换向 KM5 Y14 垂直刀架电动机反转控制接触器
SQ5 X22 限位行程开关 KM6 Y15 右侧刀架电动机正转控制接触器
SQ6 X23 限位行程开关 KM7 Y16 右侧刀架电动机反转控制接触器
SQ7 X24 工作台速度调节 KM8 Y17 左侧刀架电动机正转控制接触器
SQ8 X25 工作台速度调节 KM9 Y20 左侧刀架电动机反转控制接触器
SQ16 X26 横梁放松限位行程开关 KM10 Y21 横梁夹紧控制接触器
SQ17 X27 横梁顶端极限限位开关 KM11 Y22 横梁放松控制接触器 SQ18 X30 右侧刀架横梁限位开关 KM12 Y6 润滑液压泵电动机控制接触器 SQ19 X31 左侧刀架横梁限位YA1 Y23 右侧刀架 开关 SA1 X32 右侧刀架抬刀控制 YA2 Y24 右垂直刀架
SA2 X33 右垂直刀架抬刀控制 YA3 Y25 左垂直刀架
SA3 X34 左垂直刀架抬刀控制 YA4 Y26 左侧刀架 SA4 X35 左侧刀架抬刀控制 KM17 Y27 后退抬刀 SA20 X36 垂直刀架进给转换开关 ML1 Y7
SA21 X37 右侧刀架进给转换开关 SA22 X40 左侧刀架进给转换开关 KI X41 过电流继电器 KP X42 润滑油道压力继电器 SA8 X43 工作台磨削控制 FR1 X44 主电机热继电器触点
FR3 X45 润滑泵热继电器触点 FR2 X46 通风机热继电器触点
(3) 变频器参数设定 参数号 设定值 注释 P0003 1 用户访问级为标准级 P0010 1 快速调试 P0100 0 供电频率50HZ P0205 0 恒转矩 P0004 3 电动机参数 P0300 1 选择电动机类型 异步电机 P0304 380 电机额定电压 P0305 103 电机额定电流 P0307 55 电机额定功率 P0308 0.87 电动机额定功率因数 P0309 93% 电动机额定效率 P0310 50 电动机额定频率 P0311 1480 电动机额定速度 P0003 1 用户访问级为标准级 P0004 7 命令和数字I/O P0700 2 命令源选择端子排输入 P0003 2 用户访问级为拓展级 P0004 7 命令和数字I/O P0701 1 ON接通正转,OFF停止 P0702 2 ON接通反转,OFF停止 P0704 15 固定频率设定值 P0705 15 固定频率设定值 P0706 15 固定频率设定值 P0003 1 用户访问级为标准级 P0004 10 设定值通道和斜坡函数发生器 P1000 3 选择固定频率设定值 P0003 2 用户访问级为拓展级 P0004 10 设定值通道和斜坡函数发生器 P1004 高速X 设定频率值 P1005 中速X 设定频率值 P1006 低速X 设定频率值