专业综合设计与实践报告书 专 业 班 级 学 号 姓 名 目录 第一章YM3150E滚齿机简介 ................................................................................................. 1 1.1整体功能介绍 ..................................................................................................... 1 1.2控制要求 ............................................................................................................. 1 1.3 课题现状分析 .................................................................................................... 1 第二章YM3150E滚齿机的运动分析 ..................................................................................... 4 第三章YM3150E滚齿机的电路分析 ..................................................................................... 5 第四章YM3150E滚齿机的PLC选型...................................................................................... 8 4.1 PLC的基本概念 .......................................................................................................... 8 4.2三菱PLC的主要特点 ................................................................................................. 8 4.3 PLC的选型 .................................................................................................................. 9 第五章YM3150电气控制线路的PLC改造 .......................................................................... 11 5.1输入输出的设计 ....................................................................................................... 11 5.2 YM3150E滚齿机的电气改造图 .............................................................................. 12 5.2YM3150E滚齿机的PLC改造梯形图........................................................................ 14 第六章 仿真与调试 ............................................................................................................... 16 第六章 总结 ........................................................................................................................... 19 参考文献 ................................................................................................................................. 20 1
第一章YM3150E滚齿机简介 1.1整体功能介绍 重庆机床厂生产的YM3150E型精密滚齿机采用了传统的接触器—继电器控制系统．继电接触器控制系统是使用按钮、开关、行程开关、继电器、接触器等组成的控制系统。它通过电气触点的闭合和分断来控制电路的接通与断开，实现对电动机拖动系统的起动、停止、调速、自动循环与保护等自动控制。它具备控制器件结构简单、价格低廉、控制方式直观、容易掌握、工作可靠易维护等优点，但是体积较大、控制速度慢，改变控制功能必须通过改变接线来完成，比较麻烦和困难，在现在工厂的实际操作中，越来越不适应现场控制。本文就针对新的方案解决YM3150E型精密滚齿机难控制的问题，使用PLC对它进行改造。 该机床由液压泵电机、主电机、冷却电机和快速移动电机组成。液压泵电机主要是提供液压阀的压力来润滑机械等功能；冷却电机提供机械的冷却循环系统，使得机械的温度不至于过高，控制在一定的范围里；快速移动电机用于装置的快速移动，提高非工作时段的效率，以提高整体的效率。
1.2控制要求
在这些电机中有一定的启动顺序，只有满足一定的启动要求后才能确保机械的安全使用，保证它的稳定性，所以必须在液压泵电机起动并使水银继电器触点闭合以后主电机才能起动，在主电机起动以后冷却电机才能起动．当液压泵电机停止以后整个机床处于停止工作状态。当电箱门打开时电箱门压动行程开关断开，整个机床处于断电状态，以防止触电。当传动箱门打开时传动箱门压动式行程开关处于断开状态，机床不能起动，必须把门关上以后主电机才能起动。一旦机床起动以后主电机控制系统自锁则可以打开传动箱门观察齿轮润滑情况，并且轴向运动有超行程保护开关为轴向超行程保护开关，切向运动有超行程保护开关为切向超行程保护开关对机床进行轴向和径向运动的保护。
1.3 课题现状分析 国内外的基本研究情况是滚齿机从制造技术和核心技术来看，其发展历程可分为两大阶段：20世纪80年代之前，以传统的机械式滚齿机为主导。传统的机械滚齿机以手动操作为主，以一台主轴电机的运行利用齿轮挂箱实现各运动部件的转速控制和转速联动，劳动量大 2
且传动链长难以保证加工精度；20世纪80年代数控滚齿机问世，数控滚齿机按其机床结构和工作特点及制造技术可分为三代:第一代数控滚齿机为工件轴和滚刀轴的切削线速度，第二代滚齿机应运而生。其工件轴和滚刀轴采用齿轮副传动，速度有了很大提高。但该机床传动链长，加工精度不易保证。同时，加工不同工件时需要进行必要的挂轮操作，劳动强度大，效率低。1997年，美国格里森收购了发明世界上第一台滚齿机的德国普发特公司，联手研发了第三代数控滚齿机。第三代滚齿机的主要特点是在滚刀主轴和工件主轴上采用电动主轴的直接驱动技术，缩短了传动链从而保证了高速度、大转矩和高精度的滚齿加工。近十年间，格里森公司又开发出第四代滚齿机GENESISTM 130H，它比普通数控滚齿机的性能有了很大的提升（见表1—1），这也是当今世界上唯一的第四代数控滚齿机。机床采用西门子840D数控系统，具有7个数控轴（X轴式径向轴，Y轴式切向轴，Z轴式轴向轴，A是刀架旋转轴，B是滚刀主轴，C是工件轴，Z2是尾架轴），其中4个是联动轴（X、Z、B和C）；采用干切技术，高速钢滚刀切削，转速达955r/min，线速度达180m/min，完成单件全部过程仅需19s；精度高于DIN Class7；用于高精密加工时可达到DIN Class5甚至更高，真正达到高精度、高速度。 表1.1 GENESISTM130H数控滚齿机与普通数控滚齿机的切削情况比较
工件 切削参数 项目 GENESISTM130H 普通数控滚齿机 齿数 34 刀具转速 955r/min 300r/min 模数 1.3589mm 表面切削速度 180m/min 71r/min 压力角 14.267° 进给速度 2mm/r 1.75mm/r 螺旋角 19.401° 切削时间 15s 54.9s 全齿深 3.2mm 装夹时间 4s 12s 外径 ￠53.12mm 每件总时间 19s 66.9s 齿宽 28.346mm 件数/h 189.5Pcs 53.8Pcs 注:以上数据根据各机床能力选用的刀具等有所不同
目前，国内的齿轮加工企业却面临很大的窘境。我国机械加工业与发达国家相比总体水平较低，而且大部分中、小型企业的齿轮加工设备仍使用传统的手动机械机床，而传统的齿轮加工机床已越来越难以适应现代化生产的要求。使用传统的机械滚齿机加工齿轮，产品精度得不到保证，并且加工劳动强度大、效率低，这样导致企业生产成本高，企业竞争力差。分析齿轮加工过程，导致产品精度误差的来源很多，但其中大部分误差是由机床自身的问题 3
引起的。另外齿轮加工在国民经济发展中也占有重要位置，据统计：十五期间，中国齿轮行业总产值由250亿元增长到500亿元，平均增长速度接近20%，五年间上升了一倍，排名世界第四，销售规模上亿元企业超50家，行业集中度明显提高。2006年中国齿轮行业的年产值是590亿。但是，传统的机械滚出机床结构非常复杂，一台主电机不仅要驱动展成分度传动链，还要驱动差动和进给传动链，个传动链中的每一个传动元件本身的加工误差都会影响被加工齿轮的加工精度，同时为加工不同齿轮，还需要更换各种挂轮调整起来复杂费时，大大降低了劳动生存率。而现在我国大约有五万台已陈旧滚齿机，加工不出GB10095-88标准的7级齿轮。因此，改造机床、减少机床误差是提高产品精度、增强企业市场竞争力的有效途径。 分析齿轮加工过程，导致产品精度误差的来源很多，但其中大部分误差是由机床自身的问题引起的，因此，改造机床减少机床误差是提高产品精度，增强企业市场竞争能力的有效途径。传统机械滚齿机加工误差分析见下表1.2：
表1.2 普通机床各误差源对加工精度的影响程度