【正文】 環(huán)信息學院 2022 屆本科畢業(yè)設計說明書 1 第一章 緒 論 本文研究的目的及意義 本題的設計目標為利用可編程控制器及變頻器實現(xiàn)對龍門刨床的自動控制和平滑調速，消除換向沖擊，提高工作效率，減少噪聲，取締原控制系統(tǒng)，從而達到既經(jīng)濟又快捷地運行龍門刨床的目的。龍門刨床主要分為機械和電氣控制兩大組成部分嗎，機械部分相對比較穩(wěn)定，而使龍門刨床運行在最優(yōu)狀態(tài)主要取決于電氣控制系統(tǒng)控制方式。 近幾年來在工業(yè)自動化，機電一體化，改造傳統(tǒng)產業(yè)等方面， PLC 得到廣泛的應用。采用可編程序控制器 (PLC)對龍門刨床的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)進行改造，將具有投資小、改造周期短，節(jié)能降耗、提高功效顯著的優(yōu)點。龍門刨床主要用于銑削大型工件，也可以在工作臺上裝夾多個零件同時加工。橫梁上一般裝有兩個垂直刀架，刀架滑座可在垂直 面內回轉一個角度，并可沿橫梁作橫向進給運動；刨刀可在刀架上做垂直或斜向進給運動；橫梁可在倆立柱上作上下調整。 目前我國生產的刨床其主要拖動方式有：做大切削寬度 1m以下的刨床采用帶傳動，而 1m以上的刨床采用直流發(fā)電機 — 電動機組拖動以及 晶閘管 — 電動機系統(tǒng)。濟南第二機床廠還設計制造了 E 系列龍門刨床，它的 晶閘管 調速裝置是電樞可逆的邏輯無環(huán)流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。 A系列龍門刨床由 B1010A、 B1012A、 B1016A、 B2022A、 B2022A、 B2022A等六種。第一個數(shù)字 1表示單立柱稱為單臂， 2表示雙立柱稱為龍門。第三第四個數(shù)字表示最大刨銷寬的 1/100，單位為 mm，因此 11分別表示刨銷寬度最大為 、 、 等，他們是成等比級數(shù)的，公比為 。 天津理工大學中環(huán)信息學院 2022 屆本科畢業(yè)設計說明書 4 表 A 系列龍門刨床主要技術規(guī)格 Table A series double housing planer main technical specifications 型號 項目 B1010A B1012A B1016A B2022A B2022A B2022A 工 件 最 大 尺 寸 （ m m） 長 3000 4000 6000 3000 4000 4000/ 6000 寬 1000 1250 1600 1000 1250 1600 高 800 1000 1250 800 1000 1250 可加工工件最大重量（ t） 5 8 15 5 8 10/15 工作臺齒條上允許的最大拉力（ N） V=1230M/MIN 49000 V=1020M/MIN 62022 V=1230M/MIN 59000 V=1020M/MIN 78500 工作臺行程速度 低速檔 660 440 660 440 高速檔 990 880 990 880 天津理工大學中環(huán)信息學院 2022 屆本科畢業(yè)設計說明書 5 龍門刨床基本結構 龍門刨床加工機床床身、箱體、橫梁、立柱、導軌等大型機件的水平面、垂直面以及導軌面等。 ，用于安置工作。 。 ，安裝在橫梁上，可沿水平方向移動，刨刀也可沿刀架本身的導軌垂直移動。 。 工作過程 龍門刨床的刨削過程是工件與刨刀作相對運動的過程。在切削天津理工大學中環(huán)信息學院 2022 屆本科畢業(yè)設計說明書 6 過程中只有工作臺由返回行程轉到工作行程的期間刀架才進行一定量的進給。 運動分析 龍門刨床因由一個由頂梁和立柱組成的龍門式框架結構而得名，工作臺帶著工件通過龍門框架作直線往復運動，多用于加工大平面（尤其是長而窄的平面），一般可刨銷的工件寬度達 1 米，長度在 3 米以上，也用來加工溝槽或者同時加工數(shù)個中小零 件的平面。與牛頭刨床相比，從結構上看，其形體大，結構復雜，剛性好，從機床運動上看，龍門刨床的主運動是工作臺的直線往復運動，而進給運動則是刨刀的橫向或垂直間歇運動，這剛好與牛頭刨床的運動相反。龍門刨床的所有刀架在水平和垂直方向都可平動。后退時，撞塊 B 使 SQ5 復位，撞塊 A 使 SQ3 復位。工件退出刀具后，撞塊 C 撞擊 SQ4 使電機減速， D 撞擊 SQ6 使電機換向，經(jīng)過一段越位后，刨臺從后退換成前進。 SQSQ1 分別起前進、后退的限位保護?？刂齐娐烦ㄅ倥_的往返運動外，還有刨臺運動與橫梁、刀架之間的配合。 我國現(xiàn)行生產的龍門刨床其主拖動方式以直流發(fā)電機 — 電動機組及 晶閘管 —電動機系統(tǒng)為主，以 A 系列龍門刨床為例，他采用電磁擴大機作為勵磁調節(jié)器的直流發(fā)電機 — 電動機系統(tǒng)，通過調節(jié)直流電動機電壓來調節(jié)輸出速度，并采用兩級齒天津理工大學中環(huán)信息學院 2022 屆本科畢業(yè)設計說明書 7 輪變速箱變速的機電聯(lián)合調節(jié)方法。 圖 工作臺速度圖 Workbench speed map ，刨刀切入工件的階段，為了 減小刨刀剛切入工件的瞬間，刀具所受的沖擊及防止工件被崩壞，此階段速度較低。 ，為防止邊緣被崩裂，同樣要求速度較低。 。 天津理工大學中環(huán)信息學院 2022 屆本科畢業(yè)設計說明書 8 傳動系統(tǒng) 圖 主拖動電路示意圖 Main drag circuit diagram 龍門刨床是機械化自動化程度很高的大型機床。 B2022A龍門刨床的主拖動采用最初 50 年代的 AGM調速系統(tǒng)，即電機擴大機 —— 直流發(fā)電機 —— 直流電動機組系統(tǒng)。采用機械速比 2:1 和電氣調速范圍為 10:1 的機電聯(lián)合調速系統(tǒng)。同時因為進刀機構采用進刀繼電器控制進刀，而繼電器鐵心和圓盤齒因頻繁運動而磨損，使精度下降 。全數(shù)字直流調速系統(tǒng)選用國外的成套設備，設備的運行參數(shù)用英文顯示，設備維護人員要消化和掌握系統(tǒng)的性能，必須 花費相當長的時間和具備一定的技術水平。 圖 龍門刨床電氣改造原理框圖 Schematic diagram of electrical innovation of double housing planer 改造框圖中，保留了原來的按鈕站，這樣可以保證操作人員原有的操作習慣，設備的大部分操作都在按鈕站上完成。 PLC將設備的運行狀態(tài)信號傳送給按鈕站，按鈕站用指示燈顯示相應的信息。 按鈕站的按鈕、外部行程開關盒操作手柄通過 PLC，控制油泵、風機、橫梁升降、橫梁夾緊、垂直刀架、右側刀架、左側刀架的電動機，以及后退行程抬刀電磁鐵線圈。油泵和風機只有在主拖動電機啟動時運行才可啟動，其余電 機在正反向運行之間形成電氣互鎖，主回路設計如圖所示 圖 主回路電路圖 Circuit diagram of main loop 天津理工大學中環(huán)信息學院 2022 屆本科畢業(yè)設計說明書 12 邏輯控制電路設計 工作臺控制電路設計 工作臺控制電路包括自動循環(huán)工作、步進、步退、以及抬刀電磁鐵控制電路 。前進減速開關 SA6，后退減速開關 SA5。假定系統(tǒng)已得電起動，橫梁已夾緊，油泵已上油。當按下前進按鈕 SB8（ 1）時，繼電器 J1得電， J1的常開觸點 J1（ 1）自鎖， JI(2)、 JI(3)、 JI(4)均接通。又因 JI(2)接通，則繼電器 Q得電動作，其所有常閉觸點均斷開，繼電器 H、 2H不得電，刀具處于放下位置，可編程控制器接通調速回路，直流調速器通過調速電位計獲得正向給定，工作臺開始前進加速至穩(wěn)定工作 階段。當可編程控制器檢測到工作臺速度為零時，繼電器 1H動作，其常閉觸點 1H斷開，繼電器 Q失電， Q的所有常閉觸點接通，則工作臺后退控制繼電器 H 得電， H的常開觸電接通，常閉觸點斷開，所以 H得電期間，繼電器 Q不能得電。 當工作臺后退至觸發(fā)減速接近開關 SA5時， SA5(1)、 SA5(2)均接通，減速繼電器 J動作，直流調速器通過 PLC獲得零速給定，工作臺開始減速。如果要求工作臺停止運行，按停止按鈕 SB6,即斷開工作臺控制電路，使繼電器 JI失電，繼電器 Q、 H、 J也相繼失電，工作臺便迅速制動停車。由于無自鎖觸點，故松開按鈕，工作臺就停止前進；當按下步退按鈕 SB10時，工作臺步退，原理同上。另外還串有 SQ5,SQ6兩個天津理工大學中環(huán)信息學院 2022 屆本科畢業(yè)設計說明書 13 正反向極限限位接近開關的常閉觸點，工作臺一觸發(fā)接近開關， JI繼電器即失電，工作臺停止，防止調試時因操作不當而使工作臺沖出去。橫梁在移動（上升或下降）時工作臺不準運動。常閉觸點 JI1只在工作臺停止運動時才閉合，只有在此種情況下才能操作橫梁電路。其串入橫梁松緊電機電路的常開觸點閉合，橫梁松緊電機通電反轉，橫梁放松。 SQ1(2)斷開 ,KM1繼電器斷電，橫梁放松完畢。移動至需要位置時，松開按鈕 SB4， JOH繼電器失電，橫梁升降電機停止工作。上升至需要位置后 JOH斷電，它的常閉觸點 JOH(4)閉合，因 KM1繼電器已經(jīng)斷電，其常閉觸點已經(jīng)閉合，故接觸器 KM12得電，其常開觸點閉合，橫梁松緊電機通電正轉，將橫梁逐步夾緊。此時接觸器 KM12經(jīng)常閉觸點 SA7與常開觸點 KM122繼續(xù)得電，橫梁繼續(xù)夾緊，因而夾緊電機中電流增大，而串入加緊電機回路的電流繼電器 SA7線圈中的電流亦增大，當電流增加到所整定的數(shù)值時， SA7動作。 控制電路還能保證操作者在橫梁放松尚未完畢時，松開按鈕亦能再夾緊，因為即使松開 SB4或 SB5,JOH 繼電器斷電，但 KM1接觸器通過自鎖出點 KM11仍能繼續(xù)獲電，繼續(xù)放松，放松后既不上升，也不下降，而接觸器 KM12通過 SQ JOH(4)、 KM1(2)得電，進行夾緊。這時除了夾緊電機開始工作外，上油滿足機械加工需要的橫梁稍許回升的動作。當橫梁下降時，常開觸點 KM10(1)閉合， JSH繼電器得電，通過定時器延時開啟常開觸點 KSH閉合，由于常開觸點 JOH(1)、 KM12(1)是斷開，故 KM9繼電器不能得電。 刀架控制電路設計 垂直刀架有兩個， 每個刀架有快速移動和自動給進兩種工作狀態(tài)，每種工作狀態(tài)又包括左右兩個方向的水平進刀和上下兩個方向的垂直進刀等動作。垂直刀架選擇通過機械手柄實現(xiàn)。刀架運動方向選擇手柄放在所需要的方向位置后，在按鈕站操縱 SB1就使 KM3接觸器得電。因為電路中無自鎖觸點，所以手松開按鈕，電機就停止轉動。 自動工作時，快速移動與自動進給選擇手柄放在自動給進位置，此時 SA2(2)接通，SA2(1)斷開，自動工作時，常閉觸點 JI(2)是斷開的，保證工作臺自動工作時不能進行快速移動。當前進換后退時，常開觸點 1H(1)閉合， KM4 接觸器通過 SA2(2)、 1H(1)、 KM3而獲電，電機反轉使進刀機構復位，準備下一次進刀。 SQ SQ2是刀架與橫梁的限位開關，當開動左右側刀架向上運動時，碰到橫梁上限位開關 SQ SQ2，則 1J、 2J得電，其常閉觸點 1J(2)、 2J(2)斷開，就自動使刀架電機停止轉動，防止刀架與橫梁碰撞。 風機油泵控制電路設計 工作臺運行時需加以潤滑，所以工 作臺在開動前必須先開動潤滑泵，否則工作臺干磨是危險的。 SA1打在連續(xù)或自動其中一個位置上， KM11線圈均能通電，潤滑泵電機工作，油泵上油，至一定壓力時壓力繼電器 KM11常開觸點閉合，為工作臺自動工作做好準備。按下 SB11同時接觸器 KM2亦 得電動作，接通直流機冷卻風機電源，風機開始工作。 JW 為熱繼電器的常開觸點，用來對直流電機進行過載保護，系統(tǒng)一上電 JW觸電即閉合，過載時 JW觸電斷開，切斷接觸器 KM13通電回路，直流電機斷電停止。龍門刨床的電氣控制系統(tǒng)分主傳動系統(tǒng)和輔助運動控制系統(tǒng)兩部分。特點是投資小、見效快。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller），簡稱 PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。但是為了避免與個人計算機（ Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱 PLC。當時汽車的每一次改型都直接導 致繼電器控制裝置的重新設計和安裝。為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在 1969年公開招標，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標指標，即： （ 1） 編程方便，現(xiàn)場可修改程序； （ 2） 維修方便，采用模塊化結構； （ 3） 可靠性高于繼電器控制裝置； （ 4） 體積小于繼電器控制裝置； （ 5） 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機； 天津理工大學中環(huán)信息學院 2022 屆本科畢業(yè)設計