将CA6140型普通车床改造为数控车床

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1、摘 要车床是机械加工中使用最广泛的机床，它可以用于切削各种工件的外圆、内孔、端面及螺纹等。现代生产机械多采用机械、电气、液压、气动相结合的控制技术。电气控制技术起联接中枢作用，应用最为广泛。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。本设计主要任务是将CA6140型普通车床改造为数控车床。关键词：车床 数控 PLC 机床改造，电气控制系统。目 录摘要.第1章 前 言1第2章 电气控制系统22.1 电气控制系统简介22.2 电路控制2第3章 P

2、LC控制电路44.1 P L C机型选择、 硬件连接及 l O地址分配.44.2 P L C梯形图控制分析5第4章 电动机正反转控制.55.1结构控制55.2. 电动机正反转控制梯形图设计.6第6章 结束语6第7章 致谢7参考文献81第一章 前 言在机床工业的发展过程中，提高机床的加工速度和加工精度，始终是人们努力解决的相互制约的两大课题，也是推动机床电气控制系统发展的动力。电力拖动控制、电力电子、检测、计算机和控制理论的发展，为机床电气控制系统不断发展提供了物质和科技条件。20世纪40年代以前，机床的电气控制主要采用交流电动机拖动的继电器-接触器控制。由于当时的交流电动机难以实现调速，只能通

3、过皮带、齿轮等机械机构来实现有级变速，因而机床的机械结构比较复杂，同时还限制了加工精度的提高。继电器-接触器控制系统可以实现机床的各种运动控制（如启动、制动、反转、变速等），并可实现逻辑控制、联锁控制、异地控制等，因而大大提高了机床的自动化水平，有助于减轻工人的劳动强度。这种控制系统技术简单、易于掌握，至今仍被广泛采用。继电器-接触器控制系统是由各种电器组成的，而这些电器的机械动作寿命是有限的，必须按时更换损坏的电器，以免影响系统的可靠性。另外，根据加工工艺的要求，需要改变控制逻辑关系时，必须修改线路，重新安装配线，这对现代机床的控制要求是很不适应的。20世纪40年代后，发电机-电动机、交磁放

4、大机-电动机等直流调速系统，以其优良的调速性能，被广泛用于大型机床的主拖动和进给拖动系统中。不仅提高了机床的加工性能，还简化了机床的传动机构。近年来，由于电力电子器件及其变换技术的发展和矢量控制技术的应用，交流调速系统有了很大的发展，在调速性能上完全可以与直流调速系统相媲美，加之性能可靠、维护方便，因而在星带机床中逐步取代着直流调速系统。在机床的控制方面，今年出现的可编程控制器（PLC）已广泛用于电气控制系统中。可编程控制器不仅可以按事先编好的程序进行各种逻辑控制，还具有随意编程、自动诊断、通用性好、体积小、可靠性高的特点。因此，可编程控制器正逐步取代着继电器接触器控制系统。可以预料，随着科学

5、季度的发展，机床PLC电气控制系统将继续向更高的方向发展，以不断提高机床的加工精度、生产效率和自动化水平。第2章 电气控制系统2.1电气控制系统简介电气控制系统一般称为电气设备二次控制回路，不同的设备有不同的控制回路，而且高压电气设备与低压电气设备的控制方式也不相同。 为了保证一次设备运行的可靠与安全，需要有许多辅助电气设备为之服务，能够实现某项控制功能的若干个电器组件的组合，称为控制回路或二次回路。这些设备要有以下功能：1）自动控制功能。高压和大电流开关设备的体积是很大的，一般都采用操作系统来控制分、合闸，特别是当设备出了故障时，需要开关自动切断电路，要有一套自动控制的电气操作设备，对供电设

6、备进行自动控制。2）保护功能。电气设备与线路在运行过程中会发生故障，电流(或电压)会超过设备与线路允许工作的范围与限度，这就需要一套检测这些故障信号并对设备和线路进行自动调整(断开、切换等)的保护设备。3）监视功能。电是眼睛看不见的，一台设备是否带电或断电，从外表看无法分辨，这就需要设置各种视听信号，如灯光和音响等，对一次设备进行电气监视。4）测量功能。灯光和音响信号只能定性地表明设备的工作状态(有电或断电)，如果想定量地知道电气设备的工作情况，还需要有各种仪表测量设备，测量线路的各种参数，如电压、电流、频率和功率的大小等。在设备操作与监视当中，传统的操作组件、控制电器、仪表和信号等设备大多可

7、被电脑控制系统及电子组件所取代，但在小型设备和就地局部控制的电路中仍有一定的应用范围。这也都是电路实现微机自动化控制的基础。2.2电路控制常用的控制线路的基本回路由以下几部分组成。1）电源供电回路。供电回路的供电电源有AC380V和220V等多种。2）保护回路。保护(辅助)回路的工作电源有单相220、36V或直流220、24V等多种，对电气设备和线路进行短路、过载和失压等各种保护，由熔断器、热继电器、失压线圈、整流组件和稳压组件等保护组件组成。3）信号回路。能及时反映或显示设备和线路正常与非正常工作状态信息的回路，如不同颜色的信号灯，不同声响的音响设备等。4）自动与手动回路。电气设备为了提高工

8、作效率，一般都设有自动环节，但在安装、调试及紧急事故的处理中，控制线路中还需要设置手动环节，通过组合开关或转换开关等实现自动与手动方式的转换。5）制动停车回路。切断电路的供电电源，并采取某些制动措施，使电动机迅速停车的控制环节，如能耗制动、电源反接制动，倒拉反接制动和再生发电制动等。6）自锁及闭锁回路。启动按钮松开后，线路保持通电，电气设备能继续工作的电气环节叫自锁环节，如接触器的动合触点串联在线圈电路中。两台或两台以上的电气装置和组件，为了保证设备运行的安全与可靠，只能一台通电启动，另一台不能通电启动的保护环节，叫闭锁环节。如两个接触器的动断触点分别串联在对方线圈电路中。第3章 PLC控制电

9、路4.1 P L C机型选择、 硬件连接及 l O地址分配车床电气控制系统所需的 I 0点总数在 2 5 6以下 ， 属于整体式PLC的范围。控制系统只需要逻辑运算等简单功能， 主要用来实现条件控制和顺序控制。为实现 C 6 5 0车床上述的电气控制要求， 所以P L C可以选择欧姆龙公司的C P 1 H系列。它的价格低， 体积小， 非常适用于单机自动化控制系统。 该机床的输入信号是开关量信号， 输出是负载三相交流电动机接触器等。根据表 1可知，车床电气控制系统需要 9个外部输入信号， 5 个输出信号 。P L C所具有的输入点和输出点一般要比所需小于3 0 以便于系统的完善和今后的扩展预留。

10、所以本系统所需的输入点为 1 2个 ，输出点为 7个。现选择欧姆龙公司C P I H系列的C P 1 H一 4 0 C D R A型 P L C， 2 4 V直流 2 4点输入继电器型交流 1 6点输出。4.3 P L C梯形图控制分析(1) 车床正向工作及反接制动过程： 按下 S B 2 ， 接通内部辅助继电器 W2 0 0 0 0 ， 进入联锁程序 ， 由内部辅助继电器接通K M3吸合短接电阻 R ， 同时接通 K M1 ， 主电动机 M1 正转起动运行， 开始车削加工。要停车时， 按下 S B1 ， K M1 、 KM3 线圈失电， 同时 K M2吸合 ， 主电动机 M1串电阻反接制动，

11、 当速度接近零时， 速度继电器正转常开触点 K S 1 断开， K M2释放电动机M1 停转。 反向工作过程与正向相同。( 2) 刀架快速移动过程： 扳动进给操纵手柄压合位置开关Q， KM5吸合 ， M3起动运行， 刀架向指定方向快速移动。(3) 主电动机正向点动过程： 按下 S B 4 ， 使 K M1吸合 ， M1电阻限流点动， 松开 S B 4 ， K M1 失电， M1 停转， 实现点动控制。( 4) 冷却泵工作过程： 如果车削加工过程中， 工件需要使冷却液时，按下S B 6 ， KM4 线圈得电，冷却泵电动机 M2 提供冷却液。要停止， 按下 S B 5即可。第5章 电动机正反转控制

12、5.1结构控制流电源E由PLC内部提供，可直接将PLC电源端子接在开关上。交流电源则是由外部供给。利用PLC控制一台异步电动机的正反转。输入端黄按钮按下：电机正转蓝按钮按下：电机反转红按钮按下：电机停止设计正反转控制过程：机床的工作部件常需要作两个相反方向的运动，大都靠电动机正反转来实现。其控制原理很简单，只要将三相电源中的任意两相对调，就可使电动机实现反转。下面就按此原理设计正反转控制过程原理图。1.利用接触器控制正反转线路，下图为电动机正反转按钮控制设计原理图。在主电路中，两个接触器KM1、KM2触点接法不同，故可改变电动机电源相序，从而改变电动机转向。在控制电路中，SB1、SB2分别正反

13、转控制按钮，SB3为停止按钮。动断触点KM1、KM2为互锁触点，以避免SB1、SB2同时同时按下可能造成的短路故障；电动机换向需先按下停止按钮SB3。5.2. 电动机正反转控制梯形图设计其中，X0为正转启动按钮，X1为反转启动按钮，X2停止按钮地址，Y0正转输出，Y1反转输出。RD X1OR Y0AND.NOT X1AND.NOT X2AND.NOT Y1WRT Y0RD X1OR Y1AND.NOT X0AND.NOT X2AND.NOT Y0WRT Y1第6章 结束语通过实践证明用 P L C代替传统继电一接触器控制能达到很好的效果， 不仅简化了控制线路 ， 缩小了控制装置的体积， 提高了系统工作的可靠性、 通用性， 而且增强了控制系统的功能，实现了C 6 5 0车床的自动控制， 生产效率得到了很大提高， 并能很好地保证其加工精度。我们衷心希望，我国科技界、产业界和教育界通力合作，把握好知识经济给我们带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列，使我国经济继续保持强劲的发展势头而共同努力奋斗。 6