￠400臥式車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

1、三 江 學 院機電傳動與控制課程設(shè)計題目400臥式車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計機械工程學院 機械設(shè)計制造及其自動化（機電技術(shù)）專業(yè) 學生姓名 姜波 學號12011158003 起訖日期 2014.6.16-2014.6.20 指導(dǎo)教師姓名（簽名）王卓君目 錄第一章 臥式車床簡介及運動分析3一、臥式車床作用3二、臥式車床的結(jié)構(gòu)分析3三、C650臥式車床對電力拖動及控制的要求4第二章控制方案設(shè)計6一、課程設(shè)計要求及任務(wù)6二、設(shè)備電氣控制要求6.第三章電氣控制線路設(shè)計7一、主電路設(shè)計7二、控制電路設(shè)計8第四章電氣元件的選擇9一、熔斷器的選用9二、接觸器的選用9三、熱繼電器的選用10四、電氣元件明細表10課程

2、設(shè)計小結(jié)12參考文獻12第一章 臥式車床簡介及運動分析一、臥式車床作用它是機床中應(yīng)用最為廣泛的一種，可以用于切削各種工件的外圓、內(nèi)孔、端面及螺紋，C650臥式車床屬于中型車床，可加工的最大工件回轉(zhuǎn)直徑為1020mm，隨著工件材料和材質(zhì)的不同，應(yīng)選擇合適的主軸轉(zhuǎn)速及進給速度。目前中小型的車床多采用不變速的異步電動機拖動，而靠齒輪箱來進行有級變速。為滿足生產(chǎn)加工需要，主軸的旋轉(zhuǎn)運動可正轉(zhuǎn)，也可以反轉(zhuǎn)，這就要求可以改變主軸電動機的轉(zhuǎn)向或采用離合器來實現(xiàn)。進給運動大多是通過主軸運動分出一部分動力，通過掛輪箱傳給進給箱配合來實現(xiàn)刀具的進給。有的車床為了提高效率，刀架的快速運動由單獨一臺進給電動機來拖動。

3、車床一般都設(shè)有交流電動機拖動的冷卻泵，實現(xiàn)刀具切削時的冷卻。二、臥式車床的結(jié)構(gòu)分析圖1臥式車床的結(jié)構(gòu) 主要組成部件有：主軸箱、進給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠和床身 。主軸箱：又稱床頭箱，它的主要任務(wù)是將主電機傳來的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)過一系列的變速機構(gòu)使主軸得到所需的正反兩種轉(zhuǎn)向的不同轉(zhuǎn)速，同時主軸箱分出部分動力將運動傳給進給箱。主軸箱中等主軸是車床的關(guān)鍵零件。主軸在軸承上運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性直接影響工件的加工質(zhì)量，一旦主軸的旋轉(zhuǎn)精度降低，則機床的使用價值就會降低。 進給箱：又稱走刀箱，進給箱中裝有進給運動的變速機構(gòu)，調(diào)整其變速機構(gòu)，可得到所需的進給量或螺距，通過光杠或絲杠將運動傳至刀架以進行切削。絲杠

4、與光杠：用以聯(lián)接進給箱與溜板箱，并把進給箱的運動和動力傳給溜板箱，使溜板箱獲得縱向直線運動。絲杠是專門用來車削各種螺紋而設(shè)置的，在進行工件的其他表面車削時，只用光杠，不用絲杠。同學們要結(jié)合溜板箱的內(nèi)容區(qū)分光杠與絲杠的區(qū)別。溜板箱：是車床進給運動的操縱箱，內(nèi)裝有將光杠和絲杠的旋轉(zhuǎn)運動變成刀架直線運動的機構(gòu)，通過光杠傳動實現(xiàn)刀架的縱向進給運動、橫向進給運動和快速移動，通過絲杠帶動刀架作縱向直線運動，以便車削螺紋。刀架：裝夾刀具的夾具。 尾架：裝夾錐柄工具加工、輔助加工工件的裝置。如：鉆頭、頂尖等 床身：車床的主要部分。工作過程和其它類型的車床基本一致。為了加工出各種表面，車床刀具之間要保持必要的相

5、對運動。車床必須具備下列運動。(1) 工件的旋轉(zhuǎn)運動車床通常以工件的旋轉(zhuǎn)運動作為主運動，用n(rmin)表示。主運動是實現(xiàn)切削最基本的運動，其特點是速度高且消耗的動力較大。(2) 刀具的移動這是車床的進給運動，常用貝mmr)表示。進給運動方向可以是平行于工件的軸線或垂直于工件軸線，也可以是與中心線成一定角度或做曲線運動。進給運動速度較低，所消耗的動力也較少。主運動和進給運動是形成被加工表面形狀所必需的運動，稱為機床的表面成形運動。此外，機床上還有一些其他運動，如切入運動和分度運動。臥式車床上的切入運動通常與進給運動的方向相垂直，且由工人手動操縱刀架來實現(xiàn)。為了減輕工人的勞動強度和節(jié)省空行程，時

6、間，CA6140型車床還具有刀架縱向及橫向的快速移動。機床中除了成形運動、切入運動和分度運動等直接影響加工表面和質(zhì)量的運動外，還有輔助運動(為成形運動創(chuàng)造條件的運動稱為輔助運動)。三、C650臥式車床對電力拖動及控制的要求C650車床進行車削加工的主運動是主軸通過卡盤或夾頭，帶動工件的旋轉(zhuǎn)運動，它承受車削加工時的主要切削功率。進給運動是溜板帶動刀架的縱向或橫向運動。為保證螺紋加工的質(zhì)量，要求工件的旋轉(zhuǎn)速度與刀具的移動速度具有嚴格的比例關(guān)系。因此，C650臥式車床溜板箱與主軸變速箱之間通過齒輪轉(zhuǎn)動來連接，用同一臺電動機來拖動。車削加工時一般不要求反轉(zhuǎn)，但在加工螺紋時，為避免亂扣，加工完畢后，要求

7、反轉(zhuǎn)退刀，所以C650車床可以通過主電動機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)，當主軸反轉(zhuǎn)時，刀架也跟著后退。 C650臥式車床在車削加工時，刀具的溫度往往很高，因此，要配備一臺冷卻泵及電動機。由于C650車床的床身較長，為減少輔助工時，提高加工效率，專門設(shè)置了一臺3.2kW的電動機來拖動溜板箱快速移動，并采用點動控制。一般車床的調(diào)速范圍大，常用齒輪變速機構(gòu)來調(diào)速，調(diào)速范圍可達40倍以上。C650車床的主電動機采用普通籠型異步電動機，功率為40kW。 由于加工的工件比較大，加工時其轉(zhuǎn)動慣量也比較大，需停車時不易立即停止轉(zhuǎn)動，為提高工作效率，該機床采用了反接制動方法。包含的環(huán)節(jié)：(1)車削加工近似于恒功率

8、負載，主軸電動機M1通常選用籠型異步電動機，完成主軸主運動和刀具進給運動的驅(qū)動。(2)車削螺紋時，刀架移動與主軸旋轉(zhuǎn)運動之間必須保持準確的比例關(guān)系，因此，車床主軸運動和進給運動只由一臺電動機拖動，刀架移動由主軸箱通過機械傳動鏈來實現(xiàn)。(3)為了提高生產(chǎn)效率、減輕工人勞動強度，拖板的快速移動由電動機M3單獨拖動。根據(jù)使用需要，可隨時手動控制啟停。(4)車削加工中，為防止刀具和工件的溫度過高、延長刀具使用壽命、提高加工質(zhì)量，車床附有一臺單方向旋轉(zhuǎn)的冷卻泵電動機M2，與主軸電動機實現(xiàn)順序啟停，也可單獨操作。(5)必要的保護環(huán)節(jié)、連鎖環(huán)節(jié)、照明和信號電路。第二章控制方案設(shè)計一、課程設(shè)計要求及任務(wù)1）設(shè)

9、備機械運動部分說明2）主運動：機床主軸可正反轉(zhuǎn)；直接啟動；停車采用反接制動、定子回路串如電阻；主軸正轉(zhuǎn)可電動3）工作臺進給運動：進給運動由主電動機驅(qū)動，實現(xiàn)縱向、橫向兩個方向的進給4） 快速進給：由快速進給電動機帶動二、設(shè)備電氣控制要求1）主電機M1：三相異步電動機（M1能正反轉(zhuǎn)、反接制動、正向點動）2） 快移電動機：三相異步電動機（單向運轉(zhuǎn)）3）冷卻泵電動機：三相異步電動機直接由轉(zhuǎn)換開關(guān)控制（控制按鈕控制、可實現(xiàn)兩地控制）4）主軸機械變速、要求監(jiān)視主電動機工作電流5）照明電壓24V，控制電壓110V6）要有必要的指示燈三、電動機的選擇（根據(jù)功率、轉(zhuǎn)速等要求選擇）本設(shè)計中根據(jù)C650臥式車床的

10、相關(guān)參數(shù)及工作要求，選用主電機及冷卻泵電動機，快移電動機如下：主電機：P=35.5D1.54 P=8.66kw主電機M1：Y160M-4 11kW 380V 22.6A 1460r/min;冷卻泵電機M2：JCB-22 0.15kW 380V 0.43A 2790r/min;快移電動機M3：Y160M1-2 11kw 380V 21.8A 2930 r/min第三章電氣控制線路設(shè)計一、主電路設(shè)計圖二主電路圖電路說明和解釋：刀開關(guān)QS按下，KM1接通，主電機M1開始啟動，當KM3接通時，M1正常運行；若KM1斷開，KM2接通時，M1反轉(zhuǎn)；當KM4、KM5接通時，冷卻泵電動機M2Y型啟動，KM6接

11、通，KM5斷開時，冷卻泵電動機M2正常運行；當KM7接通時，快移電動機M3工作，此工作為點動。二、控制電路設(shè)計圖三控制電路圖電路說明和解釋： 當SB4按下時，KM1接通，此按鈕為點動；當SB2按下時，KM3接通，KA接通，KM1接通，此時KM1可以保持接通，KS2閉合，當按下SB1時，KA線圈斷電，此時KA的常閉觸點閉合，KM2開始工作，由于電機還處于正轉(zhuǎn)，所以此狀態(tài)稱為反接制動；當SB3按下時，KM3接通，KA接通，KM1接通，此時KM1反轉(zhuǎn)，保持接通，KS1閉合，當按下SB1時，由于線圈KA斷電，所以KA的常閉觸點閉合，KM1開始工作，此狀態(tài)也為反接制動；SB6按下時，KM4接通，KM5同

12、時接通， M2Y型啟動，過一段時間，通電延時點開動點斷開，則KM5斷開，KM6接通，M2正常運行；KM7接通，此按鈕也為點動；按下SB1，所有電路斷開。第四章電氣元件的選擇一、熔斷器的選用熔斷器在電路中主要作短路保護和嚴重過載保護，用于保護線路。熔斷器的熔體串接于被保 護的電路中，當通過它的電流小于規(guī)定值時，其熔體相當于一根導(dǎo)線，起電氣連接作用；當通過它的電 流超過規(guī)定值（電路發(fā)生嚴重過載或短路時）一定時間后，其熔體自動熔斷并切斷電路，從而起到保護 作用。選擇熔斷器，主要是選擇熔斷器的種類、額定電流、熔斷器的額定電流等級和熔體的額定電流。 IrN=(1.52.5)IN IrN=56.5A熔斷器

13、FU1、5 ：RT12型 熔斷器代號A3 熔斷器穩(wěn)定電流63A 熔體額定電流63A FU4： IrN=1.075A RL1-15型 2A熔體 FU0： IrN=（1.52.5）INmax+IN=79.53A RT12型 熔斷器代號A3 熔斷器穩(wěn)定電流100A 熔體額定電流80A 熱繼電器FR二、接觸器的選用交流接觸器是一種頻繁應(yīng)用于工業(yè)電氣控制，并用按鈕或其他方式來控制其通斷的自動切換 電器。在功能上除了能自動切換外，還具有刀開關(guān)類手動開關(guān)所不能實現(xiàn)的遠距離操作功能和失壓（或 欠壓）保護功能。其生產(chǎn)方便，價格低廉，應(yīng)用十分廣泛。 交流接觸器由電磁機構(gòu)，觸點系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、釋放彈簧機構(gòu)、輔助觸點

14、及基座等部分組成。其原 理是當接觸器的電磁線圈通入交流電時， 會產(chǎn)生很強的磁場使裝在線圈中心的靜銜鐵吸動動銜鐵， 當兩 組銜鐵合攏時，安裝在動銜鐵上的動觸點也隨之與靜觸點閉合，使電氣線路接通。當斷開電磁線圈中的 電流時，磁場消失，接觸器在彈簧的作用下恢復(fù)到斷開的狀態(tài) 。選擇接觸器主要考慮一下技術(shù)數(shù)據(jù)：1） 電源種類：交流、直流。2） 主觸點額定電壓、額定電流。3） 輔助觸點的種類、數(shù)量及觸點額定電流。4）電磁線圈的電源種類，頻率和額定電壓。5）額定操作頻率，即允許的沒小時接通的最多次數(shù)。接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6，根據(jù)主電動機M1的額定電流,控制回路電源110V，KM

15、1需要主觸點3對；KM2需要主觸點3對；KM3需要主觸點3對；KM4需要主觸點3對；KM5需要主觸點3對；KM6需要主觸點3對；KM7需要主觸點3對根據(jù)上述情況，選用CZO-400/20接觸器，電磁線圈電壓為220V，額定電流為40A。三、熱繼電器的選用熱繼電器是利用電流熱效應(yīng)原理來工作的保護電器，具有與電動機容許過載特性相近的反時 限保護特性。主要用于電動機的過載保護、斷相及電流不平衡運行保護。也常與接觸器配合成電池啟動 器。三相異步電動機在實際運行中，常會遇到因電氣或機械原因等引起的過電流(過載和斷相)現(xiàn)象，如 果過電流不嚴重，持續(xù)時間短，繞組不超過允許溫升，這種過電流是允許；如果過電流情

16、況嚴重，持續(xù) 時間較長， 則會加快電動機絕緣老化， 甚至會燒毀電動機， 因此， 在電動機回路中應(yīng)設(shè)置熱繼電器保護。 選型原則：應(yīng)根據(jù)被保護對象的使用條件、工作環(huán)境、啟動情況、負載性質(zhì)，電動機的形式以及電 動機允許的過載能力等加以考慮。 一般原則是使熱繼電器的安秒特性位于電動機的過載特性之下， 并盡 可能地接近，以充分發(fā)揮電動機的過載能力，同時使電動機在短時過載和啟動瞬間(56)Ie不受影響。 通常熱繼電器選取的額定電流應(yīng)為大于或等于電動機額定電流。整定電流一般為電動機額定電流的 1.051.1 倍。熱繼電元件的額定電流IRT應(yīng)接近或者略大于電動機的額定電流Ied，即： 熱繼電器的整定電流值是指

17、熱元件通過的電流超過此值的20%時，熱繼電器應(yīng)當在20min內(nèi)動作。選用時整定電流應(yīng)與電動機額定電流一致。主電動機M1額定電流22.6A,熱繼電器應(yīng)選用JR0-40型的，熱元件的電流為40A,整定電流調(diào)節(jié)范圍1640A,工作時將額定電流調(diào)節(jié)為22.6A.冷卻泵電動機M2額定電流0.43A,熱繼電器應(yīng)選用JR0-40型的，熱元件的電流為0.64,整定電流調(diào)節(jié)范圍0.40.64A,工作時將額定電流調(diào)節(jié)為0.43A?？煲齐妱訖CM3額定電流21.8A,熱繼電器應(yīng)選用JR0-40型的，熱元件的電流為40A,整定電流調(diào)節(jié)范圍1640A,工作時將額定電流調(diào)節(jié)為21.8A.四、電氣元件明細表表4電器元件明細表

18、序號電器元件型號參數(shù)個數(shù)1主電動機Y160M-411kW 380V 22.6A 1460r/min12冷卻泵電動機JCB-220.15kW 380V 0.43A 2790r/min13快移電動機Y160M1-211kw 380V 21.8A 2930 r/min14熔斷器FU1、5RT12-A3IN =63A； 63A熔體25熔斷器FU4RL1-152A熔體16熔斷器FU0RT12-A3IN=100A； 80A熔體17接觸器CZO-400/20UN=110V，IN=40A78主電機熱繼電器JR0-40熱元件的電流為40A19冷卻泵熱繼電器JR0-40熱元件的電流為0.64A110快移點擊熱繼電器JR0-40熱元件的電流為40A1 課程設(shè)計小結(jié) 一周的課程設(shè)計結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，與同學分工設(shè)計，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。學習了合作，學會了運