【正文】 平面、斜面、溝槽，裝上分度頭可以銑切直齒齒輪和螺旋面，裝上圓工作臺還可以銑切凸輪和弧形槽。 在電氣控制系統(tǒng)中，故障的查找于排除是非常困難的，特別是在繼電器接觸式控制系統(tǒng)，由于定期開展線路觸點多、線路復雜、故障率高、檢修周期長，給生產與維護帶來諸多不便，嚴重地影響生產。為增加銑床加工適應性和精確性制造，為了使銑床控制穩(wěn)定與可靠，具有極高的可靠性和靈活性，更容易檢修，更能適應經常變動的工藝條件，取得較好的經濟效益，而做出對機床主軸電機驅動部分及控制系統(tǒng)的改造設計。這些諸多因素都需要對機床進行大修及數(shù)控化升級改造。 對于機床大修改造業(yè)內公司來說，這不僅為他們的服務企業(yè)產生巨大社會經濟效益，而且也是他們自身生存和發(fā)展的根 本動力。 2）性能更穩(wěn)定。 4）可以更充分的提現(xiàn)用戶的意愿。 6）可以更快的獲取更新的更實用的備件。而在我國，這一產業(yè)才剛剛興起，按照 應具備的條件衡量還相距甚遠。 第一章是緒論，主要介紹了課題的研究背景和機床技術改造行業(yè)的產生和發(fā)展。第五章是結束語，介紹了通過這次龍門銑床的電氣控制系統(tǒng)的改造設計，對 機床的數(shù)控化改造與 PLC 的應用體會。 Z軸導軌 裝設于龍門架上。 性能特點 。 XQ2021 目前采用的直流調速系統(tǒng)是我國 70 年代技術的驅動器。這套控制系統(tǒng)設計調速比為 1:100，目前實際測量穩(wěn)定運行的調速范圍低于 1:10，并且經常發(fā)生爬行和震蕩現(xiàn)象。增加數(shù)顯測量儀系統(tǒng)。 伺服系統(tǒng)主要由三部分組成：控制器、功率驅動裝置、反饋裝置和電動機。根據(jù)系統(tǒng)使用的電機，進給伺服可細分為步進伺服、直流伺服、交流伺服及支線伺服。隨著微處理器技術和大功率晶體管技術的發(fā)展，現(xiàn)在又進入了交流主軸伺服系統(tǒng)的時代。 數(shù)控機床的最高運動速度、跟蹤及定位精度、加工表面質量、生產率及工作可靠性等技術指標，主要由伺服系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能決定，數(shù)控機床的故障也主要出現(xiàn)在伺服系統(tǒng)上，因此，是否選擇高性能和高可靠性的伺服系統(tǒng)對機床改造的成敗也起關鍵作用。 直流伺服電動機工作原理 直流伺服電動機的結構與直流電動機基本相同。勵磁繞組和電樞分別由兩個獨立的電源供電。 用直流伺服電機作為執(zhí)行元件的伺服系統(tǒng)，叫直流伺服系統(tǒng)。穩(wěn)定性 是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調節(jié)過程后到達新的狀態(tài)或者恢復到原有的平衡狀態(tài)的特性。 2）有多種反饋比較原理與方法。而數(shù)字系統(tǒng)的調整時通過改變系統(tǒng)參數(shù)實現(xiàn)的?？珊芎玫慕鉀Q機床控制線路復雜，故障多，維 修困難的問題。 數(shù)顯測量儀的使用 數(shù)顯測量儀裝置 是 一種高 精度、高效率的數(shù)字顯示位移 測量儀器，由于它具有精度高、讀數(shù)直觀、 抗干擾能力強、對環(huán)境要求低及有數(shù)字信息輸出等優(yōu)點，所以被廣泛用于機械加工的位移檢測、工件尺寸測量和數(shù)控機床的位置反饋，以及其他精度測量。 數(shù)顯測量儀的分類 數(shù)顯測量儀按照檢測原理分為：光柵數(shù)顯、磁柵數(shù)顯、容柵數(shù)顯、球柵數(shù)顯、光帶數(shù)顯和感應同步數(shù)顯測量儀等 6種類型。 本設備由于最大檢測距離為 10米，故采用光柵滾動數(shù)顯測量儀。數(shù)顯測量儀裝置 是 一套獨立系統(tǒng)，屬于機床附屬設備。為了充分利用伺服驅動器的自動報警功能，便于機床故障的維修，在電氣系統(tǒng)改造中還增加了故障報警顯示功能。采用電源隔離變壓器和低通濾波器，可以有效的抑制竄入交流電源中的噪聲。以右 側銑頭電路舉例： 圖 在圖 中，空氣開關 QF13 主要用于電機過流和過載保護。工作臺的快速、點動、進給三種工作狀態(tài)由中間繼電器 KA104, KA106 進行控制，中間繼電器 KA102, KA103 控制伺服電機的正反轉，伺服驅動器 VCMD 端的給定輸入電壓由 112V 直流穩(wěn)壓電源經過電阻分壓確定。 原直流電機可產生的輸出轉矩 : M=(9500 x P) / n () 式中 :M—— 伺服電機額定輸出轉矩 (Nm)。 由于伺服驅動器的電源電壓為三相 200VAC，因此要用一臺 380V/200V 的伺服變壓器。 根據(jù)伺服驅動器的額定輸出電流 30A，計算伺服變壓器容量為 P， UI =200x30=6kVA 考慮到留有一定的余量選擇 的伺服變壓器。 進線電源導線 (即 L1/L2/L3 和 1 L1 /1 L2/1 L3)的選擇 求總電流 I: I=P/U () 式中 I 為 用電設備的額定電流。 4)右排屑電機 :。 8)工作臺夾緊泵電機 :。 12)右側銑頭電機 :。 16)滑枕銑頭潤滑電機 :。 根據(jù)《鋼鐵企業(yè)電力設計參考資料》的銅導線。 三相交流電機導線的選擇 根據(jù)電氣原理圖可知三相交流電機的額定電流。 其它三相交流電機由于其額定電流均小于 10A，查表 ，都選擇截面積為 lmm2 的銅導線。 電機的啟動電流一般可 達到其額定電流的 5^10 倍。 一般用途空氣開關的選擇 這種類型的 空氣開關主要用于用電設備和線路的過流和短路保護。 同理，選擇其它一般用途空氣開關的容量。同理，選擇其它交流接觸器的容量。 以 24V 直流穩(wěn)壓電壓 GS1 為例。 所有熔斷器都選用正泰集團公司的 RT 18 系列產品。 首先選擇進給調速電位器 RP1 為 10k S2，根據(jù)電阻分壓 原理，串聯(lián)一個阻值為 2k Q 的電阻 (R15)，保證電位器調到最大時， VCMD 端得到 110V 電壓，而輸入電流為 : 1=U /R =12/(12x103)=1mA 滿足要求。 當機床為點動移動時，要求電機轉速較低，約為最高轉速的 5%左右，即 VCMD 的 輸入電壓為 左右。 校驗輸入電流 I=U /R =12/ (10+) =1. 146mA 滿足設計要求。因此，為了滿足現(xiàn)代生產的要求，人們自然對控制系統(tǒng)提出了更可靠、 更 經濟、更通用、更靈活、易維護等要求 。今天的可編程控制器正在成為工 業(yè)控制領域的主流控制設備，受到廣大工程技術人員的歡迎， 在世界各地發(fā)揮著越來越 大的作用 。 可編程控制器的應用領域 目前， PLC 在國內外己廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽 車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 為了使可編程控制器處理模擬量， PLC 廠家都生產配套的 A/D和 D/A 轉換模塊， 使可編程控制器用于模擬量控制。 PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。 (5)數(shù)據(jù)處理。 一個可編程控制器系統(tǒng)的基本組成包括以下幾個部分 : (a)編程設備。 (c)電源模塊。 輸 入 輸出模塊是可編程控制器與現(xiàn)場設備連接的接口。執(zhí)行用戶程序的操作 。掃描周期與用戶程序的長短和掃描速度有關 。選擇 ID212 標 準 I/0 單元作為 DC輸入單元， 16 點輸入 。 PLC 輸入輸出接口控制原理圖的設計 根據(jù) XA2130x100 4 龍門銑床電氣技術改造方案，要求改造完成后機床所有被控 部件的控制由 PLC 完成。 3) PLC 輸入接口 /，急液壓站控制原理圖 。 7) PLC 輸入接口 /滑枕銑頭變速控制原理圖 。 11) PLC 輸入接口 /伺服報警碼輸入原理圖 。因此，要提高 PLC 控制系統(tǒng)的 可靠性，抗干擾能力是整個系統(tǒng)的可靠運行的關鍵。其中空間干擾主要通過電磁波輻射的方式竄入系統(tǒng)，供 電系統(tǒng)干擾是由于電源和傳輸線內阻的存在而產生的 疊加干擾，過程通道干擾是指外界 干擾通過與控制系統(tǒng)相連的通道引入系統(tǒng)。 (b)來自電源的干擾。尤其是電網內部的變 化，大開關 操作浪涌、大型電動機設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網短路暫 態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊，再通過電源變壓器的初級 融合 到次級，形成 對控制系統(tǒng)的干擾。 與 PLC 控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有 外部干擾信號侵入。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成 邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機。正確的接地，既能抑制干 擾的影響，又能抑設備向外發(fā)出干擾 。例如，電纜屏蔽層必須一點接地，如果電 纜屏蔽層兩端都接地，就存在接地電位差，有電流流過屏蔽層，當發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊 時，地線電流將更大。 (e)來自 PLC系統(tǒng)內部的干擾 主 要函系統(tǒng)內部元器件及電路間的相互電磁輻射產生， 如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬接地與邏輯接地的相互影響及元器件 間的不匹配使用等。電網干擾串入 PLC 控制系統(tǒng)主要通 過 PLC 系統(tǒng)的供電電源 (如 CPU 電源等 )、變送器供電電源和與 PLC 系統(tǒng)具有直接電氣 連接的儀表供電電源等 融 合進入的。 PLC 不能 與高壓電器安裝在同一開關柜內，在柜內 PLC 應 遠離動力線。 PLC 的基本單元與擴展單元之間的電纜傳送的 信號電壓低、頻率高，很容易受到干擾，不能將它與別的線敷設在同一管道內。另外，采用低通濾波器 可以有效地抑制電源高次諧波。系統(tǒng) 接地方式有 :浮地方式、直接接地方式和電容接地三種。不接地時，應在 PLC 側接地 。設 計的系統(tǒng)必須易于維護，以及具有足夠的靈活性以適應不斷變化的生產需求，當然也應 滿足降低工程項目成本 的要求。對于控制系統(tǒng)的整體功能要求，可以通過硬件的途徑、軟件的途徑或者軟硬 件結合的途徑來實現(xiàn)。同時 PLC又將處 理的結果送給被控設備，驅動各種執(zhí)行機構實現(xiàn)控制。 I/0 信號及數(shù)據(jù)結構的分析與設計為 PLC 程序編程提供了重要的依據(jù) 。一般應以某一或某組功能要求 為前提，確定這些獨立的軟件模塊 。 XA2130x1004 龍門銑床電氣改造 PLC 控制系統(tǒng)軟件設計原理圖 PLC 控制系統(tǒng)軟件設計采用模塊化的功能設計，不同的模塊完成不同的功能。 1)液壓控制 。 5)左側銑頭轉動控制 。 9)溜板進給控制 。 PLC 控制系統(tǒng)軟件設計原理如圖 所示： 橫梁升降運動控制 橫梁升降運動 PLC 控制程序圖 橫梁升降運動 PLC 控制程序見圖 。當檢測開關 SQ3~SQS 全部閉合時 ,橫梁潤滑電磁閥 YV10 得電 ,橫梁開始潤滑 。 滑枕銑頭主軸運動控制 滑枕銑頭主軸運動 PLC 控制程序框圖 滑枕銑頭主軸運動控制包括滑枕銑頭主軸轉動控制和滑枕銑頭主軸變速控制主軸轉動PLC 控制程序框圖見圖 。本設備采用的是由三相交流電機驅動的交流主軸，即滑枕銑頭 主軸、左側銑頭主軸和右側銑頭主軸?；磴婎^主軸變速的三個變速電磁閥、拉刀電磁閥、拔銷 電磁閥、變速進油電磁閥安裝在滑枕頂部。 各種工作情況分述如下 : (1)啟動。若沒有進給運動時，主軸瞬時停止。 由安裝在滑枕箱體上的轉換開關 ((SA42)進行裝刀、卸刀選擇。變速油缸活塞帶動變速齒輪沿花鍵軸滑動，以達到不同的變速齒輪的組 合，從而實現(xiàn)主軸變速的動作，根據(jù)變速電磁閥通電的不同組合，組成主軸 18 級轉速 (參 見表 滑枕銑頭主軸轉速表 )。 首先將吊掛按鈕 面板上主軸轉速選擇開關 SA408 預選在某一速度級上，后按壓變速 按鈕 SB46，這時發(fā)生如下幾個動作。 (d)接通拔銷機構的電磁閥，從而開始拔銷動作。 (b)接通液壓泵電動機。上、中、下表示變速齒輪在上面、中間、下面三個 位置。 (4)主軸變速。 主軸點動由單獨的微型電機 (M42)進行拖動，用安裝在滑枕銑頭箱體上的點動按鈕 (SB44, SB45)可進行操作，主軸點動時，接通點動電磁離合器 (YC1)，通過它帶動主軸。 按下主軸起動按鈕 SB43 便使主軸電動機啟動，同時啟動銑頭潤滑泵電機。 滑枕銑頭主軸運動條件 :刀具己夾緊、不在橫梁升降期間、液壓和潤滑系統(tǒng)正常。 滑枕銑頭上有五個交流電動機、電磁閥、位置行程開關等電器元件。 滑枕銑頭主軸運動工作原理 主軸是帶動刀具轉動，產生切削力的主要機床部件。移動到位后 ,松開按鈕 ,橫梁上升 ； 若橫梁是在上升時停止 ,則橫梁電機立即停止 ,潤滑停止 ,橫梁夾緊 。 橫梁上升運動 PLC控制程序（梯形圖）見圖 。 11)排屑機 冷 卻泵控制 。 7)右側銑頭進給控制 。 3)工作臺移動控制 。 根據(jù) XA2130x100 4 龍門銑床電氣技術改造方案， PLC 的控制主要包括六大部分， 即 :橫梁升降控制、進給伺服控制、銑頭主軸控制、液壓泵站控