Y3180H滾齒機(jī)改造

1、 CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY專業(yè)綜合設(shè)計與實踐題目： Y3180H型滾齒機(jī)的PLC改造 二級學(xué)院（直屬學(xué)部）： 延陵學(xué)院 專業(yè)： 班級： 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師姓名： 職稱： 2014年 3月8日常州工學(xué)院專業(yè)綜合設(shè)計與實踐任務(wù)書二級學(xué)院：延陵學(xué)院 專業(yè)：電氣工程及其自動化 班級：學(xué)生姓名指導(dǎo)老師職 稱副教授 課題名稱Y3180H滾齒機(jī)的PLC改造課題工作內(nèi)容 將Y3180H滾齒機(jī)由機(jī)電控制改造成由PLC接觸器控制的智能機(jī)床。具體工作內(nèi)容如下:1、 選擇PLC型號2、 元器件選擇3、 PLC外部I/O接線圖的繪制4、 繪制機(jī)床工作流程圖和控制梯形圖

2、指標(biāo)要求做出的改造方案，以及新的工作原理要使得在控制器控制的機(jī)床比原先機(jī)電控制的機(jī)床工作得更加簡單快捷和安全可靠。 進(jìn)程安排1、第一周周一：指導(dǎo)教師下達(dá)任務(wù)，2、第一周周二：分組查閱資料，確定最終課題，寫好任務(wù)書3、第一周周三：分組將任務(wù)書交給指導(dǎo)老師，由指導(dǎo)老師確定課題可行性4、第一周周四：熟悉機(jī)械設(shè)備的工作原理和工作流程，確定改造方案5、第一周周五第二周周一：進(jìn)行改造設(shè)計6、第二周周二：進(jìn)行仿真調(diào)試 7、第二周周三周四：整理資料，撰寫報告8、第二周周五：分組答辯，上交報告和電子檔主要參文獻(xiàn)電氣控制與可編程控制器技術(shù) 史國生 化學(xué)工業(yè)出版社 電氣控制與PLC應(yīng)用 范永勝、王岷 中國電力出版社

3、 可編程序控制器及應(yīng)用 陳曉琴 哈爾濱工程大學(xué)出版社 PLC分析與設(shè)計應(yīng)用 周萬珍、高鴻斌 電子工業(yè)出版社 現(xiàn)代電氣控制PLC應(yīng)用技術(shù) 王永華 北京航空航天大學(xué)出版社 PLC應(yīng)用開發(fā)實用子程序 賈德勝 人民郵電出版社 機(jī)電一體化原理及應(yīng)用 姚伯威 呂強(qiáng) 北京國防工業(yè)出版社PLC應(yīng)用技術(shù) 錢悅 徐峰 北京希望電子出版社 地點秋白樓起止日期2013.3.4-3.15 第一章 改造原因課題的意義是設(shè)備更新，購置新型數(shù)控滾齒機(jī)、提高企業(yè)對產(chǎn)的加工能力，增強(qiáng)產(chǎn)品市場的競爭能力是企業(yè)提高市場競爭能力的首選。但新機(jī)床購置費用高，且舊機(jī)床的閑置必然造成很大的資源浪費。因此對原有機(jī)床的PLC改造顯得尤為重要。利

4、用舊機(jī)床進(jìn)行改造具有一下幾點優(yōu)勢： 1）投資額小、開發(fā)成本低數(shù)控化機(jī)床改造的低成本投入是推動數(shù)控改造市場迅速發(fā)展的關(guān)鍵因素.與購置新機(jī)床相比較,一般可以節(jié)省60%-70%的費用，改造費用低。特別是大型特殊機(jī)床尤其明顯。一般大型機(jī)床改造，只需花費新機(jī)床購置費用的三分之一，即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級，也只需要花費購置新機(jī)床50%的資金。并且企業(yè)可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備那樣重新構(gòu)筑地基。 2）了解設(shè)備、便于操與維修，減少后期的培訓(xùn)、維修成本； 3）使用靈活、性能更穩(wěn)定； 4）可充分利用現(xiàn)有的條件使企業(yè)更快地投入生產(chǎn)； 5）可有效的擴(kuò)大加工范圍，提高加工精度； 6）提高機(jī)床的自動

5、化程度及生產(chǎn)效率； 7）縮短生產(chǎn)和生產(chǎn)準(zhǔn)備周期； 8）減輕工人勞動強(qiáng)度，改善勞動條件。同時經(jīng)過PLC數(shù)控改造的滾齒機(jī)直接采用伺服電機(jī)驅(qū)動內(nèi)聯(lián)傳動鏈兩端件，取消中間傳動齒輪，通過PLC控制裝置控制各電機(jī)的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，向最終實現(xiàn)齒輪加工的集成化邁進(jìn)。1.1 滾齒機(jī)簡述齒輪加工機(jī)床是一種用途廣泛的機(jī)床，可進(jìn)行多種齒輪加工。包括直齒輪加工、斜齒輪加工、蝸輪加工等。在各種機(jī)床中，滾齒機(jī)操作方便，靈活，適用范圍廣，具有典型性。本次論文主要介紹了Y3180H滾齒機(jī)控制系統(tǒng)的改造。1.1.1 Y3180H滾齒機(jī)電氣控制的缺點a、行程開關(guān)目前存在的缺點：1由于長期使用，使得行程開關(guān)易損壞、影響生產(chǎn)，增加了

6、電器人員的維修工作量。2電磁鐵在使用一段時間后，容易失靈。導(dǎo)致電器系統(tǒng)執(zhí)行動作不可靠，影響了生產(chǎn)，不便管理。3. 線路復(fù)雜，維修不方便。b、Y3180H滾齒機(jī)采用了傳統(tǒng)的接觸器繼電器控制系統(tǒng)。繼電接觸器控制系統(tǒng)是使用按鈕、開關(guān)、行程開關(guān)、接觸器、繼電器組成的控制系統(tǒng)。它通過電氣觸電的閉合和分?jǐn)鄟砜刂齐娐返慕油ㄅc斷開。實現(xiàn)對電動機(jī)拖動系統(tǒng)的啟動、停止、調(diào)速、自動循環(huán)和保護(hù)等自動控制。它具備控制結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、控制方式直觀、容易掌握等優(yōu)點，但體積較大、控制速度慢、改變控制功能必須改變接線來完成，在工廠實際操作中，越來越不適應(yīng)現(xiàn)場系統(tǒng)。第二章 工作原理滾齒加工是由一對交錯軸斜齒輪齒合傳動原理演變

7、而來。在加工不同類型的齒輪時，其傳動鏈有不同的要求，歸納起來主要包括的傳動鏈有：1.直齒輪加工時，電動機(jī)帶動的滾刀旋轉(zhuǎn)的運動鏈（外聯(lián)系傳動鏈），滾刀旋轉(zhuǎn)與工作臺回轉(zhuǎn)之間的內(nèi)聯(lián)系傳動鏈，（內(nèi)聯(lián)系傳動鏈），滾刀在刀架的帶動下沿軸向的直線運動（外聯(lián)系傳動鏈）。2.斜齒輪加工時，由于斜齒輪與直齒輪的不同之處是齒線為螺旋線，因此斜齒輪滾切時，除了與滾直齒一樣，需要有滾切旋轉(zhuǎn)與工件旋轉(zhuǎn)之間的展成運動，主運動，軸向進(jìn)給運動外，為了形成螺旋齒線，在滾刀作軸向進(jìn)給運動的同時，工件還應(yīng)作附加旋轉(zhuǎn)運動，而且這兩個運動之間必須保持確定的運動關(guān)系，即滾刀移動一個工件旋轉(zhuǎn)線導(dǎo)程時，工件應(yīng)該準(zhǔn)確地附加轉(zhuǎn)過一圈。3.蝸輪加工

8、時，用蝸輪滾刀滾切蝸輪，齒廓的形成方法與加工圓柱齒輪是相同的，但齒線是當(dāng)滾刀切至全齒深時，在展成齒廓的同時形成的。因此主要運動包括滾切蝸輪的展成運動，主運動以及滾刀切入工件的進(jìn)給運動。對于Y3180H滾齒機(jī)，其切入運動是徑向進(jìn)給法。即在加工齒輪時，還應(yīng)該由滾刀或工件沿工件徑向作切入進(jìn)給運動，使?jié)L刀從蝸輪頂逐漸切入至全齒深。第三章 主電路、控制電路分析 傳統(tǒng)滾齒機(jī)的類型較多，控制電路各不相同，但都存在相同的問題，即利用齒輪掛箱實現(xiàn)各運動部件的轉(zhuǎn)速控制和聯(lián)動。過長的傳動鏈?zhǔn)菍?dǎo)致產(chǎn)品加工精度低的主要原因。這里先對先對Y3180H型滾齒機(jī)做簡單電路分析，以明確滾齒機(jī)的基本工作原理。Y3180H型滾齒機(jī)

9、的電氣控制線路圖如下圖2.1所示： 圖2.1 Y3180H型滾齒機(jī)的電氣控制線路圖2.1.1主電路圖2.1.1 Y3180H型滾齒機(jī)的主電路圖主電路共有四臺電動機(jī)，其中M2是主軸電動機(jī)，利用KM2與KM3實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。KM2吸合電機(jī)M2正傳時實施進(jìn)給加工，KM3吸合M2反轉(zhuǎn)時進(jìn)行退刀。軸向快速運動電機(jī)由接觸器KM4、KM5實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)控制。液壓泵電機(jī)由接觸器KM1控制。主軸的運轉(zhuǎn)利用齒輪掛箱可帶得刀具高速旋轉(zhuǎn)和刀具的橫向進(jìn)給，加工不同工件時應(yīng)按要求選擇不同的齒輪掛箱，利用齒輪傳動實現(xiàn)各主軸轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速聯(lián)動；M3是冷卻泵電動機(jī)，只要求單向旋轉(zhuǎn)；冷卻泵電機(jī)M3由KM8控制，即KM8吸合則M3工

10、作。但要注意的是M2必須在M3電動機(jī)工作后才能啟動，為順序控制。M2/M3要進(jìn)行長時間工作，所以都裝有過載保護(hù)。整個線路由一組總?cè)蹟嗥髯龆搪繁Ｗo(hù)。2.1.2 控制電路圖2.1.2 Y3180H型滾齒機(jī)的控制電路圖 液壓泵控制總開關(guān)SB1閉合，為控制電路接通做好準(zhǔn)備，同時接通接觸器KM1線圈電路，KM1得電；液壓泵電動機(jī)M1主電路閉合工作，為液壓系統(tǒng)提供壓力油，為傳動元件提供潤滑油，保證旋轉(zhuǎn)元件在工作之前得到充分的潤滑。 主電動機(jī)控制 滾齒過程中的主要運動都是由電動機(jī)M2提供，先將SA3轉(zhuǎn)換到KM2線圈電路，此時按下按鈕SB1，接觸器KM2線圈電路接通，利用其常開觸點使KM2自鎖，主觸點閉合，電

11、動機(jī)M2正轉(zhuǎn)，主電路接通，電動機(jī)M2通過外聯(lián)系傳動鏈帶動滾刀正轉(zhuǎn)（逆銑），由滾刀軸通過內(nèi)聯(lián)系或者外聯(lián)系傳動鏈帶動刀架、工作臺運動，當(dāng)?shù)都苓\動到上方或者下方的極限位置時，由行程開關(guān)SQ2和SQ4進(jìn)行極限位置保護(hù)，壓下行程開關(guān)，接觸器KM2線圈斷電，電動機(jī)M2停止轉(zhuǎn)動。當(dāng)SA3轉(zhuǎn)換到KM3線圈回路位置，按下按鈕SB1時，接觸器KM3將得電并自鎖，電動機(jī)M2反轉(zhuǎn)，帶動刀具作順銑加工。當(dāng)按下按鈕SB3時，其常開觸點閉合，接通接觸器KM2或KM3電路。但由于SB1的常閉觸點切斷了KM2或KM3線圈的自鎖回路，接觸器線圈回路不能自鎖，電動機(jī)M2只能點動旋轉(zhuǎn)，為機(jī)床點動調(diào)整控制狀態(tài)，有利于調(diào)整各個運動部件之

12、間的相對位置。 冷卻泵電動機(jī)控制在主電動機(jī)的工作工作狀態(tài)，即KM2或KM3線圈得電的情況下，將SA5置于閉合狀態(tài)，接觸器KM4線圈電路閉合，線圈得電，主觸點接通電動機(jī)M3主電路，冷卻泵工作，為切削過程提供切削液。 軸向快速移動點動控制刀具在加工完畢，軸向返回初始位置或作刀架的軸向調(diào)整時，刀架需要作快速移動。為了減少傳動元件和縮短輔助時間，利用快速電動機(jī)帶動刀架作軸向運動。 徑向運動控制為了能夠調(diào)整刀具與工件的徑向位置和加工蝸輪的需要，工作臺能夠作徑向運動，其運動由液壓系統(tǒng)提供動力，當(dāng)SA4閉合后，電磁鐵YA1得電，液壓缸推動工作臺作徑向運動。 其他控制內(nèi)容照明電路采用24V電源，當(dāng)將SA2閉合

13、時，照明電路接通，燈HL亮。指示燈電路主要有電源指示燈HL1、潤滑油指示燈HL2、主電動機(jī)過載指示燈HL3，在合上電源總開關(guān)（低壓斷路器）QF1時，指示燈HL1亮，標(biāo)志電源接通；當(dāng)潤滑油減少到一定程度時，安裝在液壓缸中的浮子繼電器KF觸點閉合，指示燈HL2亮，提醒操作者及時添加潤滑油，以監(jiān)控潤滑油；當(dāng)主電動機(jī)過載時，熱繼電器FR2常開觸點閉合，指示燈HL3亮，提示操作者系統(tǒng)有故障，主電動機(jī)過載。四臺電動機(jī)之間的關(guān)系為順序控制。第四章 改造方案3.1 PLC的選擇因接觸器繼電器控制系統(tǒng)體積較大、控制速度慢、改變控制功能必須改變接線來完成，在工廠實際操作中，越來越不適應(yīng)現(xiàn)場系統(tǒng)。本文故利用PLC對

14、它進(jìn)行改造。根據(jù)Y3180H的工作過程和電氣參數(shù)，本系統(tǒng)可選擇PLC型號為：FX2N40MR編程序控制器進(jìn)行改造。首要考慮保證原有的控制功能不變，盡量保留原來的電氣元件，不添加新的元件。主電路不變，PLC電源電壓為交流220V，接觸器線圈負(fù)載和電磁鐵線圈電源為110V。照明電路和指示燈電路邏輯關(guān)系簡單并獨立，不做改造。FX2N系列是FX系列PLC家族中先進(jìn)的系列，它能最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)特點，程式執(zhí)行更快，全面補(bǔ)充通訊功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動化控制應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。3.2元件清單序符號名稱規(guī)格型號數(shù)量用途備注1M1異步電動機(jī)

15、Y90L-6-B5 1.1KW1液壓2M2異步電動機(jī)Y123S-4 5.5KW1主軸左出線3M3冷卻泵AB-100 0.25KW14M4異步電動機(jī)Y90S-4 1.1KW1軸向快速5M5異步電動機(jī)Y80-4 0.55KW1徑向快速6TC變壓器BK-300 380/110,24,6V17FU1熔斷器RL1-15/10A38FU2-FU4熔斷器RL1-15/2A69FU5，F(xiàn)U6熔斷器RL1-15/4A210XS插座頭P28K4S,P28J4A111KM2，KM3交流接觸器CJ0-20 110V212KM4-KM7交流接觸器CJ0-10 110V413KM1，KM8中間繼電器J27-44 110V

16、214KA1中間繼電器J27-44 110V115FR1熱繼電器JR16-20/3D 整定3.2A1熱元件7號 3.5A16FR2熱繼電器JR16-20/3D 整定11.6A1熱元件11號 16A17FR3熱繼電器JR16-20/3D 整定0.69A1熱元件3號 0.72A18S1-S3主氣開關(guān)LAY1-11X319S4水銀開關(guān)PZ21220EL工作燈JC 燈頭E27121SB1按鈕LAY11帶24V，40W燈泡22SB2按鈕LAY1-111總停蘑菇頭，紅色23SB3，SB4按鈕LAY1-112紅色24SA1-SA5按鈕LAY1-115綠色25HL1信號燈XD11 6V1綠色26HL2信號燈X

17、D11 6V1白色27SQ1行程開關(guān)X2-N1軸向行程綠色28SQ2行程開關(guān)X2-N1軸向向上極限開關(guān)29SQ3行程開關(guān)X2-N1進(jìn)給與快速互鎖30SQ4行程開關(guān)X2-N1軸向向下極限開關(guān)31SQ5行程開關(guān)X2-N1徑向前進(jìn)極限32SQ6行程開關(guān)X2-N1徑向后退極限33SQ7行程開關(guān)JW2-11Z/31切向行程開關(guān)34SQ8行程開關(guān)JW2-11Z/31切向向后極限35SQ9行程開關(guān)JW2-11Z/3切向向前極限36SQ10行程開關(guān)X2-N1左掛輪架門開關(guān)組合式37SQ11行程開關(guān)X2-N1右掛輪架門開關(guān)38QF自動開關(guān)DZ10-100/320 30A1附DJL5互鎖裝置表3-2 元器件清單3.3 I/O分配表輸入觸點