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龙门刨床改造

发布时间:2014-01-18 14:05:48  

目录

1.龙门刨床运动形式及改造要求 ................................................................................................................. 1

1.1龙门刨床结构及运动形式 .............................................................................................................. 1

1.2龙门刨床电气控制改造目的及意义 .............................................................................................. 2

1.3龙门刨床电气控制改造总体要求 .................................................................................................. 3

1.4龙门刨床电气控制改造方案 .......................................................................................................... 4

2.工作台变频调速及PLC控制 ..................................................................................................................... 5

2.1工作台运动及调速要求 .................................................................................................................. 5

2.2工作台调速方案.............................................................................................................................. 7

2.3工作台电气控制输入、输出确定 .................................................................................................. 7

2.4工作台电气控制接线图 .................................................................................................................. 7

3.刀架变频调速及PLC控制......................................................................................................................... 8

3.1刀架运动及调速要求.............................................................................................................................. 8

3.2刀架调速方案.................................................................................................................................. 8

3.3刀架电气控制输入、输出确定 ...................................................................................................... 9

3.4刀架电气控制接线图 ...................................................................................................................... 9

3.5刀架PLC电气控制程序 ................................................................................................................ 10

4.横梁及辅助运动控制............................................................................................................................... 11

4.1横梁运动形式及拖动方式 ............................................................................................................ 11

4.2油泵控制 ....................................................................................................................................... 11

4.3铣磨头变频调速控制方案 ............................................................................................................ 11

4.4横梁及其它辅助运动电气控制输入、输出确定 ........................................................................ 11

4.5横梁及其它辅助运动PLC控制原理图 ........................................................................................ 12

4.6横梁及其它辅助运动控制程序 .................................................................................................... 13

4.7变频器设置 ................................................................................................................................... 13

5.课程设计总结 .......................................................................................................................................... 14

5.1龙门刨床电气控制改造意义与可行性分析 ................................................................................ 14

5.2龙门刨床电气控制改造效果和解决的主要问题 ........................................................................ 14

5.3心得体会与建议............................................................................................................................ 15

5.4结束语 ........................................................................................................................................... 15

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:

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图2

运动形式主要有工作台的往复运动,刀架的移动为进给运动。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。

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技术的不断发展,用PLC设计电气控制系统是简便可行的方法。

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,还具有结构简单、运行稳定和便于维护等特点。特别是其硬件简单可靠,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。

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1.3龙门刨床电气控制改造总体要求

根据龙门刨床的生产工艺特点,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刀具,又要求具有经济的切削速度。例如A系列龙门刨床最低刨削速度是4.5m/min,最高刨削速度是90m/min,调速范围为20:1。龙门刨床的调速采取两级齿轮变速箱的机电联合调速方法,即45m/min以下为低速挡,45m/min以上为高速挡;

2)静差度小。龙门刨负载变动时,要求工作台速度的变化不超过允许范围,驱动电动机要有较硬的机械特性。因此靜差率一般要求为0.05~0.1,B2012A型刨床为0.1;

3)具有较高的切削速度和足够的切削力;

4)在低速范围内,切削力基本保持恒定;

5)能单独调整工作行程与返回行程速度,且返回速度高于工作速度;

6)工作台的运行速度能自动调整,在刀具切入与切出工件时,自动地减速;

7)工作台运动方向应迅速而平滑地改变,动态品质好;

8)操作简单,节省辅助工时,工作台要有可靠地自半动往复循环,调速时不必停车;

9)安全可靠,为提高加工表面的精度,工作台反向时应迅速、平稳、冲击小;

10)驱动效率高,耗电量小;

11)系统简单,易于修理和维护;

12)通用化程度高,成本低;

13)进刀机构:

进刀机构的要求:(1)进刀准确;(2)线路简单;(3)工作可靠;

进刀机构可分为:膨胀环,摆杆机构等机械传动;精到继电器控制;磁电机进刀控制;步进电机进刀的数字控制;晶体管延时进刀控制;计数管进刀控制和直流电动机进刀控制;

14)抬刀机构:

(1)线路和结构简单;(2)足够的抬刀高度;

抬刀机构有:电磁铁抬高;电机旋转抬高;电机垂直位移抬刀;电磁铁抬刀的优点是线路和结构简单。缺点是抬刀角度较小,一般只有15°左右。

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1.4龙门刨床电气控制改造方案

基于以上分析,我们采用PLC和变频器对其进行改造。工作台的主运动只需一台59KV·A 交-直-交、电压型变频器和能量回馈装置作为主拖动控制装置,实现无级变速。工作台换向制动利用变频器自带的能量反馈装置,使制动速度快,能量又反馈到电网中。对于进刀机构可以采用3台6.5KV·A小变频器分别控制垂直刀架和左右侧刀架3台2.2KW异步电动机,实现无级调速,形成了新的进给系统,使进刀量准确,提高了加工精度。另外增加一个11KW的变频器控制铣刀头,作为附加组件。系统原理图如图5所示。

采用交流变频调速系统,可以通过灵活的预置恒转矩与恒功率调速的转换点,使调速系统的特性更好地满足龙门刨床主拖动负载的调速特性要求,进而降低主拖动电动机的设计功率[2,3]。调速范围可以达到40:1,静差度小于3%,更换不同的工作组件就可使刨床一机多用。为了提高加工精度,工作台的速度不随切削量的变化而变化,自动调速,达到速度曲线的要求,提高了加工质量与效率。如图3所示。

图3变频调速的机械特性

龙门刨床工作台的工艺流程由PLC控制主变频器驱动交流电动机来实现。刨床工作台自动、手动进(退)、点动、换向、速度变换,垂直刀架和左右刀架的自动进给及人工快速移动的控制,横梁升降和夹紧控制,以及互相的联锁和显示等功能都由PLC软件来实现[4]。前进和后退速度及加、减速时间可以任意调节。为方便操作,在控制柜面板上装有床身运动速度显示及各种运行指示及报警信号,并且操作箱完全符合原操作习惯。工作台控制的主程序流程图如图所示。

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1)正向步进:点动,中速;

2)正向前进:自锁,高速;

3)工作台前进减速:自锁,低速;

4)工作台后退到位后自动换向;

控制要求:总停、工作台停、油泵故障停、自动停。

2、工作台反向运动

1)反向前进:自锁,高速;

2)工作台后退减速:自锁,低速;

3)工作台前进到位后自动换向;

控制要求:总停、工作台停、油泵故障停、自动停。

其中

0-a工作台前进起动阶段

a-b刀具慢速切入阶段;

b-c加速至稳定工作速度

c-d工作速度阶段

d-e减速退出工件阶段

f-l返回阶段

慢速切入切出,即防止崩坏工件又可以提高刀具使用寿命。高速切削、返回以提高加工效率。

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2.2工作台调速方案

工作台往复循环中的速度变化。为避免刀具切人工件时的冲击,工作台开始前进时速度较慢,以使刀具慢速切人工件,而后再增加到规定速度。在工作台前进与后退的末尾,工作台能自动减速,以使刀具慢速离开工件,防止工件边缘剥落,同时可减少工作台反向时的超程和对电动机、机械的冲击。当工作台速度低于lOm/min时,减速环节不起作用。

龙门刨床对主拖动系统要求较高,不仅要求有较大的切削功率,而且还要有较宽的调速范围;为满足以上要求,G-M驱动的B2012A型龙门刨床的主枢动系统采用了闭环的电机扩大机-发电机-电动机的直流调速系统。以电机扩大机作为调节器,利用其多控制绕组的特点,在系统中引入多种反馈,从而来扩大发电机-电动机系统的调速范围,提高系统的静特性,同时还改善了动特性。该系统具有给定信号、电压负反馈、电流正反馈、电流截止负反馈和桥形稳定环节等。电机扩大机A的三个控制绕組中AⅠ为桥形稳定绕组,AⅡ为电流正反馈绕组,AⅢ为给定电压、电压负反馈和电流截止负反馈的综合绕组。

2.3工作台电气控制输入、输出确定

2.4工作台电气控制接线图

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2.5工作台PLC电气控制程序

3.刀架变频调速及PLC控制

3.1刀架运动及调速要求

1)刀架既可以自动进给,也可以TLE4241G快速移动,由进刀箱上的机械手柄的位置来决定。快速移动与自动进给不能同时进行。

2)自动进给在每次刨台后退结束时进行,进刀量的多少由机械机构控制。

3)在刨台自动循环时,刀架不能快速移动。

4)刀架的移动都有限位控制。

5)刀架在切削完毕、返回之前,必须“抬刀”,以免刨刀在返回过程中在工件上留下划痕,影响光洁度。抬刀动作由抬刀电磁铁来完成。

3.2刀架调速方案

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由于变频器能够准确地控制运行频率和升降时间,而PLC又计时精确,所以,利用PLC配合变频器控制进刀量,不但简化了系统的机械机构,还能控制进刀量的精度。

因此,采用垂直刀架和左、右侧刀架分别由变频器驱动进刀电动机实现进刀量的无级调速方案。

3.3刀架电气控制输入、输出确定

3.4刀架电气控制接线图

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3.5刀架PLC电气控制程序

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4.横梁及辅助运动控制

4.1横梁运动形式及拖动方式

横梁有放松、夹紧及上、下移动等动作。横梁上、 下移动则是由横梁升降电动机来完成的。只有工作台停止工作时,才能使横梁控制 电路工作。如果需要横梁上、下移动时,在电路中自动地使横梁先放松后移动, 如按下按钮站上的横梁上升按钮 SB6 时,使横梁放松接触器 KM11线圈通电,使横梁放松夹紧电动 机工作,横梁逐渐放松。横梁放松时,行程开关 SQ10闭合, 因此 KM8线圈断电,横梁放松完毕。当按下横梁下降按钮 SB7 时, 亦是横梁先放松然后下降, 下降到所需位置时, 松开 SB7 按钮, 这时除了加紧电动机开始工作外, 尚有消除丝杠和螺母间隙的横 梁稍许回升的动作。

4.2油泵控制

油泵只有简单的起停控制,本次设计油泵独立于其它运动形式,但当油泵油压不正常时工作台变频器不能带电,故其它运动也无法实现。

4.3铣磨头变频调速控制方案

铣头转速范围。

1)铣头主轴转速:72~540r/min无级调速。 2)刨刀架横铣速度:0.04~1.6m/min无级调速。 3)刨刀架纵铣速度:0.04~1.6m/min无级调速。

4.4横梁及其它辅助运动电气控制输入、输出确定

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4.5横梁及其它辅助运动PLC控制原理图

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4.6横梁及其它辅助运动控制程序

4.7变频器设置

设置变频器的参数依据 变频调速的指标

1.工作台行程速度(配刨、铣变速箱)。 1)刨削:5~70m/min无级调速。 2)铣削:0.08~2m/min无级调速。 3)磨削:1~3m/min无级调速。 2.刨刀架进给量范围。

1)垂直刀架:垂直方向为0.2~25mm/次;水平方向为0.4~50mm/次。 2)侧刀架:垂直方向为0.4~50mm/次。 3.铣头转速范围。

1)铣头主轴转速:72~540r/min无级调速。 2)刨刀架横铣速度:0.04~1.6m/min无级调速。 3)刨刀架纵铣速度:0.04~1.6m/min无级调速。 4.静差度≤3%(低速时)。 5.换向距离≤250nun。

工作台变频器设置

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刀架变频器设置

磨铣变频器设置

5.课程设计总结

5.1龙门刨床电气控制改造意义与可行性分析

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技术的不断发展,用PLC设计电气控制系统是简便可行的方法。

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,还具有结构简单、运行稳定和便于维护等特点。特别是其硬件简单可靠,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。

5.2龙门刨床电气控制改造效果和解决的主要问题

从电动机调速理论可知,若采用变频调速,在频率低于额定频率时,电动机调速具有恒转矩输出特性,而在高于额定频率区,电动机电压不能升高,具有恒功率输出特性。

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比较可知,采用变频调速时,电动机的机械特性曲线刚好与刨台的运动所对应的特性曲线相符。因此,适宜于采用变频调速对龙门刨床主运动系统进行改造,并使电动机的工作频率适当提高至额定频率以上。

输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后,相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加,因此,点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑,使整个控制系统有较合理的性能价格比。

5.3心得体会与建议

通过这次毕业设计,使我感到高科技、新知识的力量。在毕业设计的过程中,我学到了很多东西,我所学到的知识将对我今后的工作有着非常大的意义。

5.4结束语

首先,我要感谢我所就读的学校——郑州华信学院,是华院给予了我这次机会。最重要的,是华院培育了我三年,在这三年中教导过我的老师他们不仅给我传授了基本的学习本领,还教会了我们一些基本的科学文化知识,更重要的是将我从高中朦胧状态中解脱出来,帮助我树立正确的人生观、价值观和优良的品德。

首先,我要感谢我的校内的指导老师王仁光老师,感谢他一直以来能耐心倾听我的问题,耐心的给我指导,并给予我毕业设计最大的支持,使我能够比较顺利的完成这个设计。同时我也深深感受到王老师一丝不苟的工作作风,处处为学生考虑,许多调试不出的问题也是他给我耐心的帮助,王老师的帮助是至关重要的,也是我顺利的完成这项设计的重要保障。

课程设计即将进入尾声,回顾这段时间的点点滴滴,学校、老师以及同学朋友都曾给了我许多的帮助,以至于我能顺利的完成了这次的毕业设计。在此表示衷心的感谢!

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