机床控制系统改造本科毕业论文(编辑修改稿)

机床控制系统改造本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

架 9— 工作台 10—床身 图 21 龙门刨床示意图 龙 门刨床的 发展 在机械加工业中，龙门刨床是加工大型工件时必不可少的加工设备，是一种广泛使用的金属切削加工机床，是许多大型企业不可缺少的设备。 我国的第一台龙门刨床于1953 年 4 月在济南第二机床厂问世。 20 世纪 60 年代，龙门刨床广泛采用 AGM 调速系统，目前该系统在国有大中型企业仍占有相当大的比重， AGM 主要通过交换放大机控制直流发电机的励磁电压，励磁电压控制直流发电机的输出电压，从而控制直流电动机的电枢电压，以达到控制直流电动机转速的目的，但是 AGM 龙门刨床的电气系统占地面积大、噪音大、耗电量大、效率低，由 于采用的是继电器逻辑控制系统，其故障率高、可靠性差、检修难度大等不足。 20 世纪 80 年代，随着工业生产的需要，许多企业对龙门刨床进行了电气改造，用SCRD 模拟直流调速系统取代 AGM 调速系统，虽然进行改造之后系统缩小了占地面积，减少了噪音，在节能等方面有了很大的改善，但由于仍采用的是继电器逻辑控制系安徽理工大学毕业设计 6 统，其故障率仍较大，可靠性低，仍存在维护和检修难度大的问题。 随着半导体和计算机技术的不断发展，晶闸管全数字直流调速系统得到推广并成功地应用在工业实践中，但由于系统低速性能不好，且所有的电气参数均英文显示，在 其应用过程中对工作人员的技术水平提出很高的要求。 20 世纪 90 年代， 由于变频技术的不断成熟，人们通过积累使用变频器的经验，尝试将变频系统运用于拖动系统，使拖动系统得到进一步的改善，这在一定程度 上 推动了机械制造业的发展，龙门刨床也不例外。 但变频调速系统应用于龙门刨床的缺点是低速开环运行时机械特性较软，对维护人员的水平要求较高。 如今 PLC 技术的发展和成熟，用 PLC 设计刨床的电气控制系统是行之有效的方法。 龙门刨床的运动可分为主运动、进给运动及辅助运动。 主运动是指工作台连续重复往返运动，进给运动是指刀架的进给，辅 助运动是为了调整刀具而设置的，如横梁的夹紧放松，横梁的上、下移动，刀架的快速移动、润滑等。 龙门刨床工作台是做往复直线运动的，前进时为工作行程，此时带动工作台的电机有负载。 后退时为返回行程，刀具抬起，电机为空载。 安徽理工大学毕业设计 7 3 B20xxA 型 龙门刨床 B20xxA 型龙门刨床的基本结构 B20xxA 型龙门刨床主要由 7 部分组成，如图 21 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，可以往复运动。 横梁用于安装垂直刀架，刨削加工时严禁动作，只有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。 B20xxA 型龙门刨床的工作过程 B20xxA 型龙门刨床的工作台是往返交替循环作直线运动的，工件规定在工作台上与道具做相对运动。 工作台在工作行程是进行切削加工，工作台返回时，刀具自动抬起，不进行切削加工。 工作台返回时速度较快， 以减小 空 载 行程时间。 我国现行生产的龙门刨床其主拖动方式以直流发电机 — 电动机组及晶闸管 — 电动机系统为主，以 A 系列龙门刨床为例 ，它采用电磁扩大机作为励磁调节器的直流发电机— 电动机系统，通过调节直流电动机电压来调节输出速度，并采用两级齿轮变速箱变速的机电联合调节方法。 其主运动为刨台频繁的往复运动，在往复一个周期中，对速度的控制有一定的要求，如图 31 所示。 t2 t3 t4 t5高速空车返回后退减速tv低速切入 前进加工 低速切出t1 图 31 龙门刨床工作台自动运行图 图中： t1 段表示刨台起动，刨台切入工件的阶段，为了减小刨台刚切入工件的瞬间，刀具所受的冲击及防止工件被崩坏，此阶段速度较低。 安徽理工大学毕业设计 8 t2 段为刨削段，刨台加速至正常的刨削速度。 t3 段为刨刀退出工件段，为防止边缘被崩裂，同样要求速度较低。 t4 段为返回段，返回过程中，刨刀不切削工件，为节省时间，调高加工效率，返回速度应尽量可能高些。 t5 段为缓冲区。 返回行程即将结束，再反向到工作速度之前，为减小对传动机械的冲击，应将速度降低，之后进入下一周期。 龙门刨床在加工时，床身水平导轨上的工作台带动工件作直线运动，实现主运动。 装在横梁上的立刀架 4 可沿横梁导轨作间接的横向进给运动，以刨削工件的水平平面。 刀架上的滑板（溜板）可使刨刀上、下移动，作切入运动或刨削竖直平面。 滑板还能绕水平轴调整至一定的 角度位置，以加工倾斜平面。 装在立柱上的侧刀架 5 可沿导轨在上下方向间歇进给，以刨削工件的竖直平面。 横梁还可沿立柱导轨升降至一定位置，以根据工件的高度调整刀具的位置。 B20xxA 型龙门刨床加工工艺的特点 龙门刨床主要用来加工大型工件的各种平面、斜面、槽，特别适宜于加工大型的、狭长的机械零件，但加工精度要求不高， 是 机械加工制造业中广泛使用的大型工件加工设备。 其加工工艺特点是：被加工的工件固定在工作台上，工件连同工作台频繁地进行往复运动，工件地切削加工仅在工作进程内进行，而返回进程只作空运转。 刀架地进给 运动是在工作台于返回行程到工作行程地换向期间内进行的，故龙门刨床的主运动是工件连同工作台的纵向往复，辅助运动是刀架的进给，抬刀、落刀和快速移动，横梁的夹紧、放松和升降，以及工作台的步进、步退等辅助动作。 B20xxA 型龙门刨床对控制系统的要求 B20xxA 它不仅要求有足够大的切削功率，较大的调速范围，而且要能够按照要求实现自动的速度循环。 对于刀架的移动、进刀、退刀、抬刀、横梁放松与夹紧、横梁上升与下降、工作台步进，步退等各种动作，都有电动机和各种控制器配合实现。 B20xxA型龙门刨床对电气控制系统的 要求综合起来有以下几个方面 : 1） 要求有宽广的调速范围。 由于在加工过程中加工材料和零件的不同，所使用的刀具也会不同，这就要求机床有不同的速度，以满足不同的加工工艺的要求。 B20xxA 型龙门刨床采用了电机放大机作为直流发电机励磁调节器的直流发电机 电动机组系统，并加一级机械变速，从而保证了工作台调速范围达到 20:当地速度为 6~60m/min.，在高速档的速度为 9~90m/min。 在低速档或高速档范围内，可实现电气的无极调速，以便生产时能选择最合适的切削速度。 2）电气控制线路能保证机床可靠的 自动工作。 工作台往复运动一次后，刀架自动安徽理工大学毕业设计 9 进给。 后退行程中，刀架自动抬起。 工作台在行程末尾可进行减速、反向等运动的自动变换。 3）工作台能够按照要求实现自动往返循环。 在高速切削时，为了减小对刀具的冲击，应使刀具慢速切入工件。 若切削速度与冲击为刀具所能承受时，利用转换开关，可以取消慢速切入。 在工作台前进和返回形成末尾，工作台能自动调速，以保证刀具慢速离开工件，防止工件边缘剥裂，同时可减小工作台反向的冲击和对电动机和其他机械的冲击。 4）工作台前进与返回形成的速度能分别作无极调整，且无须停车。 用于磨削是，工作台应 能降低速度至 1m/min，以便保持磨削时工件的精度。 5）刀架能自动进给和快速移动：为了提高生产率，要求工作台正反向的起动与制动过程要快。 而且停车要迅速，越位不能超过允许值。 6)系统的 机械特性要有一定的硬度，以避免因为切削负荷发生变化时引起的工作 速度有较 大的波动，以至于影响加工工件表面的质量，同时系统的机械特性应具有以下 特性 ： 当负荷过大时，能使拖动工作台的直流电动机的转速迅速下降，直至停止，从而达到保护电动机及机械装置的目的。 7）有必要的联锁保护：为了保证龙门刨正常而可靠地工作，需要一定连锁保护。 在下列 情况下，工作台应该立即停止：如工作台越位超过允许值、油泵停止工作、横梁在移动、电动机过载等。 安徽理工大学毕业设计 10 4 B20xxA 型龙门刨的电气控制 国内外各型号的龙门刨床虽然 机械结构、规格及性能指标差异过大，但电气原理大同小异。 龙门刨床的电气控制线路比较复杂，它的主拖动系统完全是依靠电气自动控制来执行的。 直流发电拖动系统组成 直流发电拖动系统电路原理图如图 41，它包括电机放大机 AG，直流发电机 G，直流电动机 M 和励磁发电机 GE。 电机放大机 AG 由交流电动机 M2 拖动。 电机放大机 AG 的主要作用是根据机床各种运动的 需要，通过控制绕组 WC 的各个控制量调节其向直流发电机 G 励磁供电的输出电压，从而调节直流发电机发出的电压。 直流发电机 G 和励磁发电机 GE 有交流电动机 M 拖动。 直流发电机 G 的主要作用是发出直流电动机 M 所需要的直流电压，满足直流电动机 M 拖动刨床运动的需要。 励磁发电机的主要作用是由交流电动机 M1 拖动，发出直流电压， 向 直流电动机 M的励磁绕组供给励磁电源。 直流电动机 M 的主要作用是拖动刨床往返交替做直线运动，对工件进行切削加工。 交流机组拖动系统组成 B20xxA 型龙门刨床主拖动系统就抬刀电路原理图如图 42 所示。 交流机组共由 9台电动机 :拖动直流发电机 G、励磁发电机 GE 用交流电动机 M1，拖动电机放大机用电动机 M2，拖动通风用电动机 M3，润滑泵电动机 M4，垂直刀架电动机 M5，右侧刀架电动机 M6，左侧刀架电动机 M7，横梁升降电动机 M8 和横梁放松、夹紧电动机 M9。 各控制电路概述 主拖动机组电动机 M1 控制电路 由交流电动机 M1 拖动直流发电机 G 和励磁发电机 GE 组成主拖动机组，其控制电路如图 43 所示。 其中 33 区中的按钮 SB2 为交流电动机 M1 的起动按钮，按钮 SB1 为交流电动机 M1 的停止按钮。 当需要主拖 动电动机 M1 拖动直流发电机 G 和励磁发电机 GE 工作时，按下 33 区中主拖动交流电动机 M1 的启动按钮 SB2， 33 区中的接触器 KM1 线圈、 35 区中的时间继电器 KT2 线圈、 36 区中的接触器 KMY 先去通电吸合，主拖动交流电动机 M1 的定子绕组接成 Y 接法降压起动，被拖动的直流励磁发电机 GE 利用剩磁开始发电。 接触器 KM2 通电闭合自锁，其在 20 区中的主触点闭合，接通交流电动机 M M3安徽理工大学毕业设计 11 的电源，交流电动机 M M3 分别拖动电机放大机 AG 和通风机工作。 同时，接触器KM△通电闭合。 此时接触器 KM1 和接触器 KM△的主触点将交流电动机 M1 的定子绕组接成△接法全压运行，交流电动机 M1 拖动直流发电机 G 和励磁发电机 G 全速运行，完成主拖动机组的启动控制过程。 R P 1 3+W A GA G1 12 7 0K T 3R P 71 2AR 3R P 1 0K 1 0R P 8K 446W C 1W CW C 2W C 3BW GR QK T 32 0 1K 1 0 R P 12 0 3S Q Q1 0 11 7 12 2 12 3 12 3 32 3 5R P 12 2 3K 82 2 5K 3G_2 1+4 a2 8 02 0 0K 1 02 0 0W G H2 31 a 1K A 12 2R P 32 3 7K 8R b Q 2 2 12 8 1K T 3ST32(71区)K 8K 7K 62 5 02 3 02 1 0R H2 3 2ST12(73区)V 1V 2R 12 1 02 0 5 2 0 7 2 0 82 0 6R P 5R P 62 42 4 2K 5 K 32 4 0K 5K 4K 42 2 0K 82 2 42 2 6K 82382 3 6R P 42 9 42 9 2R P 9K 1 0K 9Aa 0分 流 器2 9 0R 41 7 31 0 1S A H2 2 22 3 42 0 4K T 32_2 0 0 W M H2 4na 2速 度 表M~3 12 1W M3 2F U 1F UR 1 0 1H L 12K 3K 5K 5K M 23K T 3K 3K M Z75K M Z1 11 31 51 71 9Y A 1R 1 0 2T A 2R 1 0 3Y A 3K M ZR 1 0 4Y A 4R 1 0 5S A 1S A 2S A 3S A 4K M 25 1K T 1R P 1 2W F GG E—机 组 工 作 指 示 灯给 定 电 源 供 电后 退 抬 刀右 侧 刀 架右 垂 刀 架左 垂 刀 架左 侧 刀 架。