车床电气控制系统设计.docx

机床卷控制技术课程设计汇报设计课题：一台一般卧式车床的电气控制系统设计姓名：学院：专业：班级：学号：日期指导教师:绪论车床是机械加工中最广泛B金属切削机床，它可以用于切削多种工件B¾外圆、内孔、端面、螺纹、螺杆及车削定型表面等。现代生产机械多采用机械、电气、液压、气动结合的控制技术。其中电气控制技术起联接中枢作用，应用最为广泛。电气控制系统是生产机械设备的重要构成部分，是保证J机械设备按生产工艺规定，完毕多种运动状态与协调工作，并保证机械设备安全可靠工作以及实现操作自动化。本设计0¾重要任务是根据车床0工作状况确定电气设计0技术条件、电力拖动形式B¾选择、电动机B¾选择及其他电器元件、电气控制原理图，绘制机电设备B¾位置图和接线图，最终按规定写出设计汇报，绘出设计图样。第一章车床的运动形式1. 1主运动车床的I主运动是工件B旋转运动，它是由主轴通过卡盘或顶尖带动工件旋转。电动机B动力通过主轴箱传给主轴，主轴一般只要单方向的旋转运动，只有在车螺纹时才需要用反转来退刀。2. 2进给运动车床的进给运动是溜板带动刀具作纵向或横向的直线移动，也就是使切削能持续进行下去的I运动。所谓纵向运动是指相对于操作者的!左右运动，横向运动是指相对于操作者B¾前后运动。车螺纹时规定主轴0¾旋转速度和进给的移动距离之间保持一定0¾比例，因此主运动和进给运动要由同一台电动机拖动，主轴箱和车床的溜板箱之间通过齿轮传动来联接，刀架再由溜板箱带动，沿着床身导轨作直线走刀运动。第二章电力拖动的特点及控制规定3. 1电力拖动的特点（1）采用老式的继电器接触器控制系统。（2）传动方式采用多电动机拖动，即一台设备由多台电动机分别驱动各个工作机构。这种拖动方式不仅大大简化了生产机械的传动机构，并且控制灵活，为生产机械的自动化提供了有利的条件，现代化机电传动基本上均采用这种拖动形式。（3）机床主运动和进给运动由主轴电动机MI集中传动，主轴电动机选用三相笼式异步电动机，不进行电气调速，主轴采用齿轮箱进行机械有级调速，由车床主轴箱通过变速箱与主轴电动机0连接来完毕（为减小振动，主拖动电动机通过几条传动皮带将动力传递到主轴箱）；刀架时给进运动方式有手动和自动两种，在进行螺纹加工时，工作的旋转与刀架时进给速度之间应有严格的比例关系，因此，车床刀架的纵向或横向两个方向进给运动是由主轴箱输出轴依次经挂轮箱、进给箱、光杠传入溜板箱而获得的。车削螺纹时规定主轴有正反转，主轴电动机只作单向旋转，主轴的正反转一般由机械措施实现，采用多片摩擦片离合器实现；主轴制动采用液压制动器；主轴电动机0启动、停止采用按钮操作；主轴电动机B¾容量不大，可采用直接启动。（4）冷却泵由电动机M2拖动，只需要单向旋转。车削加工时，由于刀具及弓箭温度过高，有时需要冷却，因而配有冷却泵电动机，冷却泵电动机与主轴电动机有连锁关系，即冷却泵电动机应在主轴电动机之后启动，并在主轴电动机停车时，冷却泵电动机也应立即停车。（5）刀架迅速移动由单独的迅速电动机M3拖动，刀架移动和主轴转动有固定的比例关系，以便满足对螺纹的J加工需要。进给运动的纵向左右运动，横向前后运动以及迅速移动都集中由一种手柄操纵。（6）车床控制电路应具有必要的短路、过载、欠压和零压等保护环节，并有安全、可靠0¾局部照明和信号指示。1. 3辅助运动车床的辅助运动包括刀架的快进与快退，尾架的移动与工件的夹紧与松开等。2. 2电源形式主电路采用交流380V电源直接供电，对于比较复杂0控制线路，应采用控制电源变压器，将控制电压由交流380V或220V降至IlOV或48V、24V等，这是从安全角度考虑的。本设计由控制变压器将交流380V变换成UOV、24V、和6V分别供应控制回路、照明回路和信号回路。第三章电动机及其他电气元件的选择3. 1电动机的选择4. 1.1主轴电动机当主运动和进给运动采用同一电动机时，只计算主运动电动机功率即可。多数机床负载状况比较复杂，切削用量变化很大，尤其是通用机床负载种类更多,不易精确地确定其负载状况。因此一般采用调查记录类比或采用分析与计算相结合0¾措施来确定电动机B¾功率。（1）调查记录类比法目前我国机床设计制造部门，往往采用这种措施来选择电动机容量。这种措施就是对机床主拖动电动机进行实测、分析，找出了电动机容量与机床重要数据的关系，根据这种关系作为选择电动机容量0根据。卧式车床主电动机0功率：P=36.5D,54式中：P主拖动电机功率（&W）；D工件最大直径（阳）。（2）分折计算法可根据机床总体设计中对机械传动功率的规定，确定机床拖动用电动机功率。即懂得机械传动0功率，可计算出所需电动机功率：P=2冏2式中：P电动机功率；Pl机械传动轴上的功率；l生产机械效率；2电动机与生产机械之间的传动效率。P=-="刃2式中：为机床总效率，一般主运动为回转运动的机床取0.7-0.85；主运动为往复运动0机床取0.60.7（构造简朴B取大值，复杂0取小值）。根据实际状况，最终确定电动机区J容量为IIKW。3.1.2冷却泵电动机冷却泵电动机的容量比较小，一般选用90W即可。3.L3迅速移动电动机迅速移动电动机所需要的功率，一般由经验数据来选择，选择为250W。32电动机转速和构造型式的选择3.2.1转速的选择电动机功率确实定是选择电动机B¾关键，但也要对转速、使用电压等级及构造形式等项目进行选择。异步电动机由于它构造简朴结实、维修以便、造价低廉,因此在机床中使用得最为广泛。电动机的转速愈低则体积愈大，价格也愈高，功率因数和效率也就低，因此电动机0转速要根据机械0规定和传动装置0详细状况加以选定。异步电动机0同步转速有3000人讥、1500rmin.1000rmin.750rnin.600的加等几种，这是由于电动机的磁极对数B¾不同样而决定0¾。电动机转子转速由于存在着转差率，一般比同步转速约低2%5%。一般状况下，可选用同步转速为1500rmin的电动机，由于这个转速下的电动机适应性较强，并且功率因数和效率也高。若电动机的转速与该机械的转速不一致，可选用转速稍高的电动机通过机械变速装置使其一致。根据以上内容选择主轴电动机Ml转速为1450rmin;冷却泵电动机M2转速为3000rmin;迅速移动电动机M3转速为1360rmin.3.2.2构造型式&选择一般地说，金属切削机床都采用通用系列B¾一般电动机。y系列三相异步电动机是机床上常用的三相异步电动机。y系列电动机是封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，是全国统一设计的新的基本系列，它是我国取代J02系列的更新换代产品。安装尺寸和功率等级完全符合/EC原则和。/N42673原则。本系列采用8级绝缘，外壳防护等级为/P44,冷却方式为/CO./4/。因此，主轴电动机选择Y160M-4型电动机；冷却泵电动机采用专门的AoB-25系列油泵电机，由封闭自冷的三星异步电动机和单级离心泵组合而成，重要是给一般机床和其他设备输送循环冷却液（冷却液为肥皂水，苏打水，轻矿物油和其他无腐蚀性的液体），该系列泵效率高，体积小，重量轻，运行平稳，安全可靠。刀架迅速移动电动机选择通用B¾AOS5634型电动机。因此电动机的选择如下：主轴电动机Ml：型号Y160M-4；容量IlKW；转速1450rmin0作用：工件的旋转和刀具时进给冷却泵电动机M2：型号AOB-25；容量90W；转速3000r/min。作用：输送冷却液用刀架迅速移动电动机M3：型号AOS5634；容量0.25KW；转速13607min0作用：溜板迅速移动用3.3.1热继电器运用电流B¾热效原理来工作B¾保护电器重要用作：三相异步电动机的过载保护由按钮、接触器、热继电器等构成的异步电动机直接起动控制电路fr热继电器的图形和文字符号3.3.2交流接触器KM用来频繁的接通和分断交直流主回路和大容量控制电路。重要控制对象是电动机，能实现远距离控制，并有欠（零）电压保护功能。交流接触器图形符号和文字符号3.3.3熔断器作用：运用金属的熔化来切断电路，以保护电器，短路保护。构造：熔体（保险丝）和熔座（安装熔体）形状：片状、丝状、和笼状型号：常用的熔断器有瓷插式RClA系列、封闭管式及螺旋式RLl系列等多种。FU熔断器图形符号和文字符号3.3.4按钮按钮，是一种常用的控制电器元件，常用来接通或断开，控制电路（其中电流很小），从而抵达控制电动机或其他电气设备运行目0¾B¾一种开关。常开触头3.3.5行程开关行程开关，位置开关（又称限位开关）的一种，是一种常用B¾小电流主令电器。在电气控制系统中，位置开关的作用是实现次序控制、定位控制和位置状态的检测。用于控制机械设备的行程及限位保护。SQ位置开关的图形符号及文字符号3.3.6信号灯HLo型号：DXl-O规格：白色，配6V0.15A灯泡作用：电源指示灯由于变压后的电源为6V,因此选用DXl-O型的信号灯。3.3.7机床照明灯EL。型号：K-I,螺口规格：40W36V作用：机床局部照明由于在通过电源变压后变为36V的电源电压，因此用36V日勺K-I型的照明灯。3.3.8断路器QF。由于QF保护主电路因此用：AM2-40>20A型的J熔断器。3.3.9控制变压器TC。控制变压器和一般变压器原理没有区别.只是用途不同样.控制变压器:用途广泛,可做升压,亦可做降压用表电动机及电器元件明细表符号名称符号名称M1主电动机SB1总停按钮M2冷却泵电动机SB2主电动机正向点动按钮M3迅速移动电动机SB3主电动机正转按钮KM1主电动机正转接触器SB4主电动机反转按钮KM2主电动机反转接触器SB5冷却泵电动机停转按钮KM短接限流电阻接触器SB6冷却泵电动机起动按钮KM4冷却泵电动机起动接触器TC控制变压器KM3快移电动机起动接触器F(1-5)熔断器KA中间继电器FR1主电动机过载保护热继电器KT通电延时时间继电器FR2冷却泵电动机保护热继电器SQ快移电动机点动行程开关R限流电阻SA开关EL照明灯KS速度继电器TA电流互感器A电流表QS隔离开关第四章电气控制原理图的设计如图1所示，在主电路中，一共有三台电动机。Ml为主轴电动机，带动主轴旋转和刀架作进给运动；M2为冷却泵电动机，用来输送切削液；M3为刀架迅速移动电动机。4.1.1主电动机正反转KMl与KM2分别为交流接触器KMI与KM20主触头。根据电气控制基本知识分析可知，KMl主触头闭合、KM2主触头断开时，三相交流电源将分别接入电动机0ULVI、Wl三相绕组中，Ml主电动机将正转。反之，当KMl主触头断开、KM2主触头闭合时，三相交流电源将分别接入Ml主电动机日勺W1、VI、Ul三相绕组中，与正转时相比，Ul与WI进行了换接，导致主电动机反转。4.L2主电动机全压与减压状态当KM主触头断开时，三相交流电源电流将流经限流电阻R而进入电动机绕组，电动机绕组电压将减小。假如KM3主触头闭合，则电源电流不经限流电阻而直接接入电动机绕组中，主电动机处在全压运转状态。4,1.3绕组电流监控电流表A在电动机Ml主电路中起绕组电流监视作用，通过TA线圈空套在绕组一相的接线上，当该接线有电流流过时，将产生感应电流，通过这一感应电流间显示电动机绕组中目前电流值。其控制原理是当KT常闭延时断开触头闭合时,TA产生依J感应电流不通过A电流表，而一旦KT触头断开，A电流表就可检测到电动机绕组中0电流。4.1.4电动机转速监控KS是和Ml主电动机主轴同转安装的速度继电器检测元件，根据主电动机主轴转速对速度继电器触头0闭合与断开进行控制。主轴电动机由热继电器FRl作过载保护，熔断器FUl作短路保护。4.1.5冷却泵电动机电路冷却泵电动机M2喷出冷却液，实现刀具的冷却，由接触器KM4控制，热继电器FR2作为它的过载保护，熔断器FU4作短路保护。4.1.6快移电动机电路刀架迅速移动电动机M3接触器KM3控制，由于是点动控制，故不设过载保护,熔断器FU5作短路保护。主电路通过TC变压器与控制线路和照明灯线路建立电联络。TC变压器一次侧接入电压为380V,二次侧有36V、IIOv两种供电电源，其中36V给照明灯线路供电，而IlOV给车床控制线路供电。FU2作控制电路短路保护。QSFU4.2控制回路的设计1）主电动机点动控制按下SB2,KMl线圈通电，根据原态支路常断现象，其他所有线圈均处在断电状态。因此主电路中为KMl主触头闭合，由QS隔离开关引入欧!三相交流电源将经KMI主触头、限流电阻接入主电动机M10三相绕组中，主电动机Ml串电阻减压起动。一旦松开SB2,KMI线圈断电，电动机Ml断电停转。SB2是主电动机M2的点动控制按钮。2）主电动机正转控制按下SB3,KNl线圈通电与KT线圈同步通电，并通过20区时常开辅助触头KM3闭合而使KA线圈通电，KA线圈通电又导致11区中0¾KA常开辅助触头闭合，使KMI线圈通电。而79区0¾KMl常开辅助触头与KA常开辅助触头对SB3形成自锁。主电路中KM主触头与KMl主触头闭合，电动机不经限流电阻R则全压正转起动。绕组电流监视电路中，因KT线圈通电后延时开始，但由于延时时间尚未抵达，因此KT常闭延时断开触头保持闭合，感应电流经KT触头短路，导致A电流表中没有电流通过，防止了全压起动初期绕组电流过大而损坏A电流表。KT线圈延时时间抵达时，电动机己靠近额定转速，绕组电流监视电路中0KT将断开，感应电流流入A电流表将绕组中电流值显示在A表上。3）主电动机反转控制按下SB4,通过6、7、5、6线路导致KM线圈与KT线圈通电，与正转控制相类似,11区的KA线圈通电，再通过7、8、9使KM2线圈通电。主电路中KM2、KM主触头闭合，电动机全压反转起动。KMl线圈所在支路与KM2线圈所在支路通过KM2与KMl常闭触头实现电气控制互锁。4）主电动机反接制动控制正转制动控制右KS是速度继电器的正转控制触头，当电动机正转起动至靠近额定转速时，右KS闭合并保持。制动时按下SBl,控制线路中所有电磁线圈都将断电，主电路中KMl、KM2、KM主触头所有断开，电动机断电降速，但由于正转转动惯性，需较长时间才能降为零速。一旦松开SBl,则经1、6、右KS、8、9,使KM2线圈通电。主电路中KM2主触头闭合，三相电源电流经KM2使UI、Wl两相换接，再经限流电阻R接入三相绕组中,在电动机转子上形成反转转矩，并与正转的惯性转矩相抵消，电动机迅速停车。在电动机正转起动至额定转速，再从额定转速制动至停车的过程中，右KS反转控制触头一直不产生闭合动作，保持常开状态。反转制动控制左KS在电动机反转起动至靠近额定转速时闭合并保持。与正转制动相类似，按下SBL电动机断电降速。一旦松开SBl,则经1、6、左KS、2、3,使线圈KMI通电，电动机转子上形成正转转矩，并与反转0惯性转矩相抵消使电动机迅速停车。5）冷却泵电动机起停控制按下SB6,线圈KM4通电，并通过KM4常开辅助触头对SB6自锁，主电路中KM4主触头闭合，冷却泵电动机M2转动并保持。按下SB5,KM4线圈断电，冷却泵电动机M2停转。6）快移电动机点动控制行程开关由车床上B¾刀架手柄控制。转动刀架手柄，行程开关SQ将被压下而闭合，KM3线圈通电。主电路中KM3主触头闭合，驱动刀架快移的电动机M3起动。反向转动刀架手柄复位，SQ行程开关断开，则电动机M3断电停转。7）照明电路灯开关SA置于闭合位置时，EL灯亮。SA置于断开位置时，EL灯灭。4.3车床照明灯与电源指示灯的控制照明、信号电路分析控制变压器TC日勺二次侧分别输出36V和IlOV电压，作为车床低压照明灯和信号灯的电源。EL作为车床B低压照明灯由开关SA控制，HL为电源信号灯。它们由FU3作为短路保护4.4电气保护环节（1）不要漏接接地线，不能用金属软管作为接地的通道。（2）在控制箱外部进行布线时，导线必须穿在导线通道内或敷设在机床底座内0导线通道里。所有导线不得有接头。（3）在导线通道内敷设导线进行接线时，必须作到查出一根导线，套一根线号。（4）在进行迅速进给时，注意将运动部件处在行程的中间位置，以防止运动部件与车头或尾架相撞。（5）主轴电动机不能启动发生主轴电动机不能启动0故障时，首先检查故障是发生在主电路还是控制电路，若按下启动按钮，接触器KMl不吸合，此故障则发生在控制电路，重要应检查FU2与否熔断，过载保护FRl与否动作，接触器KMl的线圈接线端子与否松脱，按钮SB1、SB2的触点接触与否良好。若故障发生在主电路，应检查车间配电箱及主电路开关的J熔断器的J熔丝与否熔断，导线联接处与否有松脱现象，KMI主触点的接触与否良好。（6）主轴电动机启动后不能自锁当按下启动按钮后，主轴电动机能启动运转，但松启动动按钮后，主轴电动机也随之停止。导致这种故障的原因是接触器KMI的自锁触点的联接导线松脱或接触不良。（7）主轴电动机不能停止导致这种故隙的原因多数为KMl的主触点发生熔焊或停止按钮击穿所致。（8）电源总开关合不上电源总开关合不上的原因有两个，一是电气箱子盖没有盖好，以致SQ2（1-11）行程开关被压下；二是钥匙电源开关SA2没有右旋到SA2断开的位置。（9）指示灯亮但各电动机均不能启动导致这种故障B¾重要原因是FU3日勺熔体断开，或挂轮架的皮带罩没有罩好,行程开关SQ断开。4. 5机电设备的电气位置图“"Il I ITI端子板卜叫FU矶FU寸FlMl卜IlqIQSIIKMll IKMq WI Wd km3IFRilIFRa端子板 Ill川IlllIIIiIlllIllMLISA I SQ I SBl SB2 SB3 SB4 SB5 SB6叵 叵 匹 端子排4.6电气接线图21713 - s*-30 U；U 2-，一 - »，y W ®-<)-» z. i > U t u -L-I- w r ©方 K 6 Nm>1 31 JljOjOJo,1 3IrlAIWVWlIllIlH电源 Ml M2 M3结束语此设计，在“电器与可编程控制器B¾应用技术”这门的基础上，对电动机的多种起动，制动，调速措施所对应B¾控制线路进行分析，研究。同步也对电气控制，经典机床和重机械控制线路进行详细的分析和讲解。期间，我们认识了多种电器元件及其作用（继电器、熔断器、主令开关、接触器等等）。这次课程设计,让我们有诸多的机会实际运用一下所学的知识，运用AUtoCAD绘制电气原理图、安装接线图、位置布置图以及对电路B¾分析，在这个过程中提高了我们0额动手能力及处理实际问题能力。通过在学校的学习和前几次的课程设计以及之前日勺兼职工作（运用CAD绘图）、以及通过的老师的讲解和自己的学习，对这方面的知识，使我对电器控制有了更深的理解和增添了对这次运用CAD课程设计的信心。在此非常感谢辅导及教育我们0老师！参照书目:机械设计课程设计手册，第三版，高等教育出版社，吴宗泽主编。电器与可编程控制器应用技术，第三版，机械工业出版社，邓则名主编。