電氣自動化畢業(yè)設計---立式鉆床電氣系統(tǒng)改造

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要3</b></p><p><b>　　緒論5</b></p><p>　　一、系統(tǒng)改造方案6</p><p>　　二、改造方案的優(yōu)點7</p><p>　　2.1使用變

2、頻器的優(yōu)點7</p><p>　　2.2伺服電機的特點10</p><p>　　2.3伺服電機于步進電機性能相比的優(yōu)勢10</p><p>　　2.4使用觸摸屏的優(yōu)點13</p><p><b>　　三、機床調(diào)試14</b></p><p>　　3.1觸摸屏功能介紹14</p&g

3、t;<p>　　3.2孔加工流程圖18</p><p>　　3.3攻絲加工流程圖19</p><p>　　3.4 PLC程序20</p><p>　　3.5調(diào)試記錄33</p><p>　　四、 技術資料36</p><p>　　4.1元件清單36</p><p>　　

4、4.2電氣原理圖一39</p><p>　　4.3電氣原理圖二40</p><p><b>　　4.4接線圖41</b></p><p><b>　　4.5位置圖42</b></p><p>　　五、機床改造結(jié)論43</p><p>　　5.1 改造后的加工43&

5、lt;/p><p>　　5.2 論文的主要創(chuàng)新點43</p><p><b>　　附錄44</b></p><p>　　附錄一：伺服驅(qū)動器工作原理44</p><p>　　附錄二：伺服驅(qū)動器的接線45</p><p>　　附錄三：驅(qū)動器簡易模式調(diào)機流程圖46</p><p

6、>　　附錄四：伺服驅(qū)動器基本參數(shù)說明47</p><p>　　附錄五：伺服驅(qū)動報警48</p><p>　　附錄七：變頻器配線圖49</p><p>　　附錄八：變頻器基本參數(shù)50</p><p><b>　　后記51</b></p><p><b>　　參考文獻52&

7、lt;/b></p><p>　　立式鉆床電氣系統(tǒng)改造</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　這篇論文作者主要針對現(xiàn)代制造行業(yè)的發(fā)展，對機床更多更高的要求、實現(xiàn)更快更有效的生產(chǎn)，為增加機床加工適應性和精確性制造，而做出對機床主軸電機、銑頭電機和升降電機驅(qū)動部分的改造設計。隨著社會的進步，制造業(yè)的發(fā)展越來越迅速，各種

8、先進的電氣控制元件普遍運用于各類制造工業(yè)。而在對主要生產(chǎn)的各類軸承的企業(yè)來說更是對產(chǎn)品的精度要求嚴格，特別是在近年來風電行業(yè)的迅速發(fā)展，風電軸承的市場需求量越來越大，各個風電軸承制造企業(yè)更是競爭激烈，以質(zhì)量求發(fā)展，以精度求生存的道理風靡全球！</p><p>　　此篇論文作者主要改造的是機床主軸電機、銑頭電機和升降電機驅(qū)動部分。將銑頭電機和升降電機的驅(qū)動由原來的繼電器驅(qū)動改為更為精確、方便、安全、節(jié)能的變頻器驅(qū)動

9、。將主軸電機由步進電機改為私服電機，驅(qū)動部分也由繼電器驅(qū)動改為私服驅(qū)動，以達到更為精確的控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量。控制部分由以前的全按鈕控制改為觸摸屏控制，以減少控制線路，同時也可減少機床的電氣故障率，提高生產(chǎn)效率。設計圖為兩張加工流程圖、兩張原理圖，一張互聯(lián)圖，一張布置圖。</p><p>　　關鍵詞： 系統(tǒng)改造 伺服驅(qū)動 電氣 PLC 變頻器 觸摸屏</p><p><b&g

10、t;　　Summary</b></p><p>　　This paper aimed at the modern manufacturing industry on the development of more higher demands on the machine, to achieve faster and more efficient production, to increase the

11、 adaptability and precision machine tool manufacturing, and make of the spindle motor, milling head motor and lift motor drive part of the transformation of the design. Along with social progress, the developme

12、nt of the manufacturing sector growing rapidly, a variety of advanced electrical control components generally used</p><p>　　Keywords：System Transformation Servo drive</p><p>　　Electric PLC

13、 Inverter Touch Screen</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　隨著傳統(tǒng)繼電器驅(qū)動的機床使用年限及其功能的限制，出現(xiàn)了主軸電機的損壞、故障頻率較高、功能不完善、達不到加工工藝要求等問題。作為企業(yè)合理節(jié)約資源、提高加工工藝、完善機床性能，做出對車床驅(qū)動部分的電氣改造。</p><p>　　

14、變頻器及伺服驅(qū)動能克服傳統(tǒng)繼電器驅(qū)動的缺點，同時可以減少故障出現(xiàn)的頻率、增加使用的壽命、減少主軸電機的損害、合理節(jié)約資源、提高加工工藝、完善機床性能，故采用變頻器及伺服驅(qū)動來控制電機。</p><p>　　本論文寫的是立式鉆床電氣系統(tǒng)驅(qū)動部分的改造過程。里面擁有繪制的原理圖、布置圖、接線圖、加工流程圖、控制程序、元件清單等資料。</p><p>　　衷心感謝xx師傅以及xx學院電氣信息工程

15、系xx老師對我此次機床電氣改造的技術指導和支持。由于作者的能力有限，難免出現(xiàn)錯誤，望有識之士斧正。</p><p><b>　　一、系統(tǒng)改造方案</b></p><p>　　1、將銑頭電機由原來的繼電器驅(qū)動改為變頻器驅(qū)動</p><p>　　2、將升降電機由原來的繼電器驅(qū)動改為變頻器驅(qū)動</p><p>　　3、將主軸電

16、機由原來的步進電機改為伺服電機</p><p>　　4、將主軸電機由原來的繼電器驅(qū)動改為伺服驅(qū)動</p><p>　　5、將控制部分由原來的的按鈕控制改為觸摸屏控制</p><p><b>　　二、改造方案的優(yōu)點</b></p><p>　　2.1使用變頻器的優(yōu)點</p><p>　　(1) 控制

17、電機的啟動電流 當電機通過工頻直接啟動時它將會產(chǎn)生7 到8 倍的電機額定電流這個電流值將大大增加電機繞組的電應力并產(chǎn)生熱量從而降低電機的壽命。而變頻調(diào)速則可以在零速零電壓啟動(當然也可以適當加轉(zhuǎn)矩提升)，一旦頻率和電壓的關系建立變頻器就可以按照V/F或矢量控制方式帶動負載進行工作，使用變頻調(diào)速能充分降低啟動電流提高繞組承受力。用戶最直接的好處就是電機的維護成本 將進一步降低，電機的壽命則相應增加。</p><

18、p>　　(2) 降低電力線路電壓波動 在電機工頻啟動時電流劇增的同時電壓也會大幅度波動，電壓下降的幅度將取決于啟動電機的功率大小和配電網(wǎng)的容量，電壓下降將會導致同一供電網(wǎng)絡中的電壓敏感設備故障跳閘或工作異常，如PC 機、傳感器、接近開關和接觸器等均會動作出錯。而采用變頻調(diào)速后由于能在零頻零壓時逐步啟動，則能最大程度上消除電壓下降。</p><p>　　(3) 啟動時需要的功率更低 電機功率與

19、電流和電壓的乘積成正比，那么通過工頻直接啟動的電機消耗的功率將大大高于變頻啟動所需要的功率，在一些工況下其配電系統(tǒng)已經(jīng)達到了最高極限，其直接工頻啟動電機所產(chǎn)生的電涌就會對同網(wǎng)上的其他設備產(chǎn)生嚴重的影響，如果采用變頻器進行電機起停, 就不會產(chǎn)生類似的問題。</p><p>　　(4) 可控的加速功能 變頻調(diào)速能在零速啟動并按照用戶的需要進行光滑地加速，而且其加速曲線也可以選擇(直線加速、S形加速或者自動加速

20、)，而通過工頻啟動時對電機或相連的機械部分軸或齒輪都會產(chǎn)生劇烈的振動這種振動將進一步加劇機械磨損和損耗，降低機械部件和電機的壽命。</p><p>　　(5) 可調(diào)的運行速度 運用變頻調(diào)速能優(yōu)化工藝過程，并能根據(jù)工藝過程迅速改變，還能通過遠控 PLC 或其他控制器來實現(xiàn)速度變化。</p><p>　　(6) 可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限 通過變頻調(diào)速后能夠設置相應的轉(zhuǎn)矩極限來保護機械不致

21、損壞，從而保證工藝過程的連續(xù)性和產(chǎn)品的可靠性。目前的變頻技術使得不僅轉(zhuǎn)矩極限可調(diào)，甚至轉(zhuǎn)矩的控制精度都能達到35左右。在工頻狀態(tài)下電機只能通過檢測電流值或熱保護來進行控制，而無法像在變頻控制一樣設置精確的轉(zhuǎn)矩值來動作。</p><p>　　(7) 受控的停止方式 如同可控的加速一樣, 在變頻調(diào)速中, 停止方式可以受控并且有不同的停止方式可以選擇(減速停車、自由停車、減速停車、直流制動)，同樣它能減少對機械

22、部件和電機的沖擊，從而使整個系統(tǒng)更加可靠，壽命也會相應增加。</p><p>　　(8) 節(jié)能 電機在采用變頻器后都能大幅度地降低能耗，這在十幾年的工程經(jīng)驗中已經(jīng)得到體現(xiàn)，由于最終的能耗是與電機的轉(zhuǎn)速成立方比，所以采用變頻控制后投資回報就更快，廠家也能樂意接受。</p><p>　　(9) 可逆運行控制 在變頻器控制中，要實現(xiàn)可逆運行控制無須額外的可逆控制裝置，只需要通過內(nèi)

23、部的短接方式（CM和RVE、FWD）來改變輸出電壓的相序即可，這樣就能降低維護成本和節(jié)省安裝空間。</p><p>　　變頻器驅(qū)動已被公認為是最理想、最有發(fā)展前途的驅(qū)動方式之一。采用變頻器驅(qū)動的主要目的，一是為了滿足提高勞動生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高設備自動化程度、提高生活質(zhì)量及改善生活環(huán)境等要求；二是為了節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本。所以我們改用變頻器控制是為了長遠的目標，而且無論從節(jié)能、性能、控制等方面還是從安全方

24、面考慮都比繼電器控制要好的多。</p><p>　　2.2伺服電機的特點</p><p>　　其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象、轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降、控制比較容易、體積小重量輕、輸出功率和轉(zhuǎn)矩大、方便調(diào)速。啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速一般為變頻調(diào)速。在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。</p><p>　　有刷電機成本低，結(jié)構簡單，

25、啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。 無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝碗s，容易實現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。</p><p>　　2.3伺服電機于步進電機

26、性能相比的優(yōu)勢</p><p>　　步進電機作為一種開環(huán)控制的系統(tǒng)，和現(xiàn)代數(shù)字控制技術有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異。

27、</p><p>　　1、低頻特性比較 步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅(qū)動器性能有關，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用阻尼技術來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器，或驅(qū)動器上采用細分技術等。 交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流

28、伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整。 2、矩頻特性比較 步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。 3、過載能力比較 步進

29、電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。就我們所用臺達交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的二到三倍，可用于克服慣性負</p><p>　　2.4使用觸摸屏的優(yōu)點</p><p>　　控制部分由以前的全按鈕控制改為觸摸屏控制，這樣一來就減少了控制回路的線路，同時也可減少機床的電氣故障率，提高生產(chǎn)效率。還可監(jiān)控機床運行狀態(tài)，便于操作及故障的分析

30、處理。</p><p><b>　　三、機床調(diào)試</b></p><p>　　3.1觸摸屏功能介紹</p><p>　　型號：顯示當前選擇的加工型號。</p><p>　　現(xiàn)在位置：顯示伺服電機當前所在的位置。</p><p>　　現(xiàn)在度數(shù)：顯示當前加工工件所在的角度。</p>&l

31、t;p>　　原點確定：設置工作臺的相對原點位置，即多少度多少分。</p><p>　　上排孔、下排孔：用于選擇加工位置。</p><p>　　上一孔：用于返回當前加工工作位置的前一位置。</p><p>　　下一孔：當加工完成后點擊下一孔主軸自動尋找下一孔的加工位置。</p><p>　　冷卻啟動：點擊此鍵即可啟動冷卻電機。</p

32、><p>　　冷卻停止：點擊此鍵即可使冷卻電機停止。</p><p>　　基準孔完成：在加工工件時須先加工一個基準孔，后續(xù)加工則以基準孔為基準加工，只有當基準孔加工完成后點擊此鍵才能使PLC接受的信號。</p><p>　　升降電機上升、下降：用于點動控制升降電機的正反轉(zhuǎn)來調(diào)整銑頭工作臺的位置，點擊啟動，松開則自動停止。</p><p>　　銑頭

33、電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)：用于控制銑頭電機的正反轉(zhuǎn)，點擊則可啟動銑頭電機，使其按設定頻率運轉(zhuǎn)，再次點擊則使電機減速停止。</p><p>　　基準孔完成，鉆孔啟動：只有當基準孔加工完成后點擊此鍵才能完成后續(xù)加工。</p><p>　　參數(shù)設置：用于設置加工工件的各種參數(shù)，點擊后顯示參數(shù)設置界面。</p><p><b>　　型號選擇</b></p&

34、gt;<p>　　可設置4中型號參數(shù)并供操作工在加工時根據(jù)加工工件的不同來選擇對應的參數(shù)型號。</p><p><b>　　型號名稱設置</b></p><p>　　點擊型號后面的數(shù)字顯示框，即彈出一個有數(shù)字及字母的鍵盤輸入界面，可以設置型號名稱。</p><p><b>　　油杯孔設置</b></p&

35、gt;<p>　　油杯孔X：可選擇有或者無，當選擇有時，可對其初始角度進行設置，如xx度xx分，點擊即會彈出一個數(shù)字輸入界面可供對角度的輸入進行設置。并且有均布和等角度設置，選擇均布時，對加工的孔德顆數(shù)設置后即按照360°平均分布，就不能對其后面的角度進行再設置。選擇等角度時，選擇要加工的孔德顆數(shù)，在設置角度即可按照設定的角度進行加工，如要加工3個孔，每個孔相隔45度15分，只需將其設置為等角度，然后設置為3顆，

36、45度15分即可完成加工。油杯孔Y：設置方式同油杯孔X完全相同，設置好后可使機床在加工時能自動完成對兩種不同孔的加工。</p><p><b>　　外徑連接孔</b></p><p>　　沒加工幾個孔后會自動加工一個連接孔，其設置方法和油杯孔相同，但在角度選擇是，PLC會自動在離連接孔角度最近時加工一個連接孔。</p><p><b>

37、;　　返回</b></p><p>　　參數(shù)設置完成后，點擊此鍵即可返回到主操作界面。</p><p><b>　　3.2孔加工流程圖</b></p><p>　　3.3攻絲加工流程圖</p><p><b>　　3.4 PLC程序</b></p><p><

38、;b>　　機床運行程序：</b></p><p><b>　　機型選擇程序：</b></p><p><b>　　3.5調(diào)試記錄</b></p><p><b>　　四、 技術資料</b></p><p><b>　　4.1元件清單</b>

39、;</p><p><b>　　4.2電氣原理圖一</b></p><p><b>　　4.3電氣原理圖二</b></p><p><b>　　4.4接線圖</b></p><p><b>　　4.5位置圖</b></p><p>

40、<b>　　五、機床改造結(jié)論</b></p><p>　　5.1 改造后的加工</p><p>　　在機床改造完成后，機床的加工效率得到顯著提高，而且工藝、精度都得以更好的保證，故障率明顯降低，而且速度可根據(jù)加工的型號不同隨時可調(diào)，并且操作簡單，對機床操作工的要求更低。達到了改造的目的和要求。</p><p>　　5.2 論文的主要創(chuàng)新點<

41、;/p><p>　　該論文的主要創(chuàng)新點是做到了加工工藝可控，可加工各種型號的工件，能達到多種型號的工藝要求的工件加工，且做到了節(jié)能，減少了機床故障發(fā)生率，提高了加工精度。同時也做到了對主軸電機的保護以及對孔加工和攻絲加工的靈活轉(zhuǎn)變。此外該論文作者還大膽采用了學校教學內(nèi)容之外的編程方式，采用omron系列PLC編程控制，觸屏采用EB500編程控制，做到了不拘一格、勤奮好學，并能快速的學以致用，將所學知識運用到系統(tǒng)的改造

42、中。</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　附錄一：伺服驅(qū)動器工作原理</p><p>　　附錄二：伺服驅(qū)動器的接線</p><p>　　附錄三：驅(qū)動器簡易模式調(diào)機流程圖</p><p>　　附錄四：伺服驅(qū)動器基本參數(shù)說明</p><p>　　附錄五

43、：伺服驅(qū)動報警</p><p>　　附錄七：變頻器配線圖</p><p>　　附錄八：變頻器基本參</p><p><b>　　后記</b></p><p>　　此次機床電氣驅(qū)動系統(tǒng)改造歷時17天，在經(jīng)歷改造方案確定、電器原理圖的繪制、電氣柜元件的安裝及配線、PLC及觸摸屏的編程、機床的安裝與調(diào)試后正式投入加工運行。在整

44、個改造過程中，唯調(diào)試階段歷時最長，用了一個周的時間才調(diào)試完畢，同時也是調(diào)試階段對個人的專業(yè)只是要求最高。在歷時17天后，機床已正式投入運行，已能達到不同型號工藝要求的工件加工，做到了節(jié)能，減少了機床故障發(fā)生率，提高了加工精度，達到了預期的改造目標。</p><p>　　同時此次機床電氣驅(qū)動的改造得以順利完成，我要衷心感謝***老師對我此次機床電氣改造的技術指導和支持。</p><p>