臥式車床電氣控制系統(tǒng)課程設(shè)計

1、機床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計報告設(shè)計課題：一臺普通臥式車床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計姓 名：學(xué) 院：專 業(yè)：班 級：學(xué) 號：日 期 指導(dǎo)教師：緒論車床是機械加工中最廣泛的金屬切削機床，它可以用于切削各種工件的外 圓、內(nèi)孔、端面、螺紋、螺桿及車削定型表面等?，F(xiàn)代生產(chǎn)機械多采用機械、電 氣、液壓、氣動結(jié)合的控制技術(shù)。其中電氣控制技術(shù)起聯(lián)接中樞作用，應(yīng)用最為 廣泛。電氣控制系統(tǒng)是生產(chǎn)機械設(shè)備的重要組成部分，是保證J機械設(shè)備按生產(chǎn) 工藝要求，完成各種運動狀態(tài)與協(xié)調(diào)工作，并保證機械設(shè)備安全可靠工作以及實 現(xiàn)操作自動化。本設(shè)計的主要任務(wù)是根據(jù)車床的工作情況確定電氣設(shè)計的技術(shù)條 件、電力拖動形式的選擇、電動機的選擇及其

2、他電器元件、電氣控制原理圖，繪 制機電設(shè)備的位置圖和接線圖，最后按要求寫出設(shè)計報告，繪出設(shè)計圖樣。第一章車床的運動形式1. 1主運動車床的主運動是工件的旋轉(zhuǎn)運動，它是由主軸通過卡盤或頂尖帶動工件旋 轉(zhuǎn)。電動機的動力通過主軸箱傳給主軸， 主軸一般只要單方向的旋轉(zhuǎn)運動，只有 在車螺紋時才需要用反轉(zhuǎn)來退刀。2. 2進給運動車床的進給運動是溜板帶動刀具作縱向或橫向的直線移動， 也就是使切削能 連續(xù)進行下去的運動。所謂縱向運動是指相對于操作者的左右運動，橫向運動是 指相對于操作者的前后運動。車螺紋時要求主軸的旋轉(zhuǎn)速度和進給的移動距離之間保持一定的比例，所以主運動和進給運動要由同一臺電動機拖動， 主軸箱和

3、車床的溜板箱之間通過齒輪 傳動來聯(lián)接，刀架再由溜板箱帶動，沿著床身導(dǎo)軌作直線走刀運動。第二章電力拖動的特點及控制要求3. 1電力拖動的特點(1)采用傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)。(2)傳動方式采用多電動機拖動，即一臺設(shè)備由多臺電動機分別驅(qū)動各個 工作機構(gòu)。這種拖動方式不僅大大簡化了生產(chǎn)機械的傳動機構(gòu)，而且控制靈活，為生產(chǎn)機械的自動化提供了有利的條件，現(xiàn)代化機電傳動基本上均采用這種拖動形式。(3)機床主運動和進給運動由主軸電動機 M1集中傳動，主軸電動機選用 三相籠式異步電動機，不進行電氣調(diào)速，主軸采用齒輪箱進行機械有級調(diào)速， 由 車床主軸箱通過變速箱與主軸電動機的連接來完成 (為減小振動，主拖動

4、電動機 通過幾條傳動皮帶將動力傳遞到主軸箱)；刀架的給進運動方式有手動和自動兩 種，在進行螺紋加工時，工作的旋轉(zhuǎn)與刀架的進給速度之間應(yīng)有嚴(yán)格的比例關(guān)系， 因此，車床刀架的縱向或橫向兩個方向進給運動是由主軸箱輸出軸依次經(jīng)掛輪 箱、進給箱、光杠傳入溜板箱而獲得的。車削螺紋時要求主軸有正反轉(zhuǎn)，主軸電 動機只作單向旋轉(zhuǎn)，主軸的正反轉(zhuǎn)一般由機械方法實現(xiàn)，采用多片摩擦片離合器 實現(xiàn)；主軸制動采用液壓制動器；主軸電動機的啟動、停止采用按鈕操作；主軸 電動機的容量不大，可采用直接啟動。(4)冷卻泵由電動機M2拖動，只需要單向旋轉(zhuǎn)。車削加工時，由于刀具 及弓箭溫度過高，有時需要冷卻，因而配有冷卻泵電動機，冷卻泵

5、電動機與主軸 電動機有連鎖關(guān)系，即冷卻泵電動機應(yīng)在主軸電動機之后啟動， 并在主軸電動機 停車時，冷卻泵電動機也應(yīng)立即停車。(5)刀架快速移動由單獨的快速電動機 M3拖動，刀架移動和主軸轉(zhuǎn)動有 固定的比例關(guān)系，以便滿足對螺紋的加工需要。進給運動的縱向左右運動，橫向 前后運動以及快速移動都集中由一個手柄操縱。(6)車床控制電路應(yīng)具有必要的短路、過載、欠壓和零壓等保護環(huán)節(jié)，并 有安全、可靠的局部照明和信號指示。2. 3輔助運動車床的輔助運動包括刀架的快進與快退，尾架的移動與工件的夾緊與松開3. 2電源形式主電路采用交流380V電源直接供電，對于比較復(fù)雜的控制線路，應(yīng)采用控 制電源變壓器，將控制電壓由

6、交流 380V或220V降至110V或48V、24V等,本設(shè)計由控制變壓器將交流380V變換成110V、24V、這是從安全角度考慮的和6V分別供給控制回路、照明回路和信號回路。第三章電動機及其他電氣元件的選擇4. 1電動機的選擇5. 1.1主軸電動機當(dāng)主運動和進給運動采用同一電動機時，只計算主運動電動機功率即可。多數(shù)機床負(fù)載情況比較復(fù)雜，切削用量變化很大，尤其是通用機床負(fù)載種類更多， 不易準(zhǔn)確地確定其負(fù)載情況。因此通常采用調(diào)查統(tǒng)計類比或采用分析與計算相結(jié) 合的方法來確定電動機的功率。(1)調(diào)查統(tǒng)計類比法目前我國機床設(shè)計制造部門，往往采用這種方法來選擇電動機容量。這種方 法就是對機床主拖動電動機

7、進行實測、 分析，找出了電動機容量與機床主要數(shù)據(jù) 的關(guān)系，根據(jù)這種關(guān)系作為選擇電動機容量的依據(jù)。臥式車床主電動機的功率：P =36.5D1.54式中：P 主拖動電機功率(kW);D工件最大直徑(m)。(2)分折計算法可根據(jù)機床總體設(shè)計中對機械傳動功率的要求，確定機床拖動用電動機功 率。即知道機械傳動的功率，可計算出所需電動機功率：式中：P 電動機功率；P1機械傳動軸上的功率；41生產(chǎn)機械效率；42電動機與生產(chǎn)機械之間的傳動效率P 二旦 1 . 1 1P 一 一 1 2式中：邛為機床總效率，一般主運動為回轉(zhuǎn)運動的機床取0.70.85;主運動為往復(fù)運動的機床取 0.60.7 （結(jié)構(gòu)簡單的取大值，復(fù)

8、雜的 取小值）。根據(jù)實際情況，最后確定電動機的容量為 11KW。3. 1.2冷卻泵電動機冷卻泵電動機的容量比較小，一般選取 90W即可。4. 1.3快速移動電動機快速移動電動機所需要的功率，一般由經(jīng)驗數(shù)據(jù)來選擇，選擇為250W。5. 2電動機轉(zhuǎn)速和結(jié)構(gòu)型式的選擇6. 2. 1轉(zhuǎn)速的選擇電動機功率的確定是選擇電動機的關(guān)鍵， 但也要對轉(zhuǎn)速、使用電壓等級及結(jié) 構(gòu)形式等項目進行選擇。異步電動機由于它結(jié)構(gòu)簡單堅固、維修方便、造價低廉， 因此在機床中使用得最為廣泛。電動機的轉(zhuǎn)速愈低則體積愈大，價格也愈高，功率因數(shù)和效率也就低，因此 電動機的轉(zhuǎn)速要根據(jù)機械的要求和傳動裝置的具體情況加以選定。異步電動機的同步

9、轉(zhuǎn)速有 3000 r/min、1500 r/min、1000 r/min、750 r/min、600 r/min 等幾種， 這是由于電動機的磁極對數(shù)的不同而決定的。電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速由于存在著轉(zhuǎn)差 率，一般比同步轉(zhuǎn)速約低 2%5%。一般情況下，可選用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min的電動機，因為這個轉(zhuǎn)速下的電動機適應(yīng)性較強，而且功率因數(shù)和效率也高。若電動機的轉(zhuǎn)速與該機械的轉(zhuǎn)速不一致，可選取轉(zhuǎn)速稍高的電動機通過機械變速裝 置使其一致。根據(jù)以上內(nèi)容選擇主軸電動機 M1轉(zhuǎn)速為1450r/min；冷卻泵電動機M2轉(zhuǎn) 速為3000r/min；快速移動電動機 M3轉(zhuǎn)速為1360r/min。7. 2. 2結(jié)構(gòu)型式的

10、選擇一般地說，金屬切削機床都采用通用系列的普通電動機。Y系列三相異步電動機是機床上常用的三相異步電動機。Y系列電動機是封閉自扇冷式籠型三相異步電動機，是全國統(tǒng)一設(shè)計的新的基本系列，它是我國取代 JO2系列的更新?lián)Q代產(chǎn)品。安裝尺寸和功率等級完全 符合IEC標(biāo)準(zhǔn)和DIN42673標(biāo)準(zhǔn)。本系列采用B級絕緣，外殼防護等級為IP44, 冷卻方式為IC0.141。因此，主軸電動機選擇 Y160M-4型電動機；冷卻泵電動機采用專門的 AOB-25系列油泵電機，由封閉自冷的三星異步電 動機和單級離心泵組合而成，主要是給一般機床和其他設(shè)備輸送循環(huán)冷卻液（冷 卻液為肥皂水，蘇打水，輕礦物油和其他無腐蝕性的液體），

11、該系列泵效率高， 體積小，重量輕，運行平穩(wěn)，安全可靠。刀架快速移動電動機選擇通用的 AOS5634型電動機。因此電動機的選擇如下：主軸電動機 M1 :型號Y160M-4;容量11KW;轉(zhuǎn)速1450r/min。作用： 工 件的旋轉(zhuǎn)和刀具的進給冷卻泵電動機 M2:型號AOB-25;容量90W;轉(zhuǎn)速3000 r/min。作用：輸 送冷卻液用刀架快速移動電動機 M3:型號AOS5634;容量0.25KW;轉(zhuǎn)速1360r/min。 作用：溜板快速移動用3. 3電器元件的選擇3. 3 .1熱繼電器利用電流的熱效原理來工作的保護電器主要用作：三相異步電動機的過載保護由按鈕、接觸器、熱繼電器等組成的異步電動機

12、直接起動控制電路r fr熱繼電器的圖形和文字符號3. 3. 2交流接觸器KM用來頻繁的接通和分?jǐn)嘟恢绷髦骰芈泛痛笕萘靠刂齐娐?。主要控制對象是電動機，能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，并有欠（零）電壓保護功能3. 3. 3熔斷器作用：利用金屬的熔化來切斷電路，以保護電器，短路保護。結(jié)構(gòu)：熔體（保險絲）和熔座（安裝熔體）形狀：片狀、絲狀、和籠狀型號：常用的熔斷器有瓷插式RCIA系列、封閉管式及螺旋式RL1系列等多熔斷器圖形符號和文字符號3. 3. 4按鈕按鈕，是一種常用的控制電器元件，常用來接通或斷開控制電路（其中電流很?。瑥亩_到控制電動機或其他電氣設(shè)備運行目的的一種開關(guān)。SBSBSB3. 3. 5行程開關(guān)行

13、程開關(guān)，位置開關(guān)（又稱限位開關(guān)）的一種，是一種常用的小電流 主令電器。在電氣控制系統(tǒng)中，位置開關(guān)的作用是實現(xiàn)順序控制、定位控制和位置狀態(tài)的檢測。用于控制機械設(shè)備的行程及限位保護。位置開關(guān)的圖形符號及文字符號3. 3. 6信號燈HL。型號：DX1-0規(guī)格：白色，配6V0.15A燈泡 作用：電源指示燈因為變壓后的電源為6V,所以選用DX1-0型的信號燈。3. 3. 7機床照明燈EL。型號：K-1,螺口 規(guī)格：40W36V作用：機床局部照明因為在經(jīng)過電源變壓后變?yōu)?6V的電源電壓，所以用36V的K-1型的照明 燈。3. 3. 8斷路器QF。因為QF保護主電路所以用：AM2-40、20A型的熔斷器。3

14、. 3. 9控制變壓器TC控制變壓器和普通變壓器原理沒有區(qū)別.只是用途不同.控制變壓器：用途廣泛，可做升壓，亦可做降壓用表電動機及電器元件明細(xì)表符號名稱符號名稱M1主電動機SB1總停按鈕M2冷卻泵電動機SB2主電動機正向點動按鈕M3快速移動電動機SB3主電動機正轉(zhuǎn)按鈕KM1主電動機正轉(zhuǎn)接觸器SB4主電動機反轉(zhuǎn)按鈕KM2主電動機反轉(zhuǎn)接觸器SB5冷卻泵電動機停轉(zhuǎn)按鈕KM短接限流電阻接觸器SB6冷卻泵電動機起動按鈕KM4冷卻泵電動機起動接觸器TC控制變壓器KM3快移電動機起動接觸器FU(15)熔斷器KA中間繼電器FR1主電動機過載保護熱繼電器KT通電延時時間繼電器FR2冷卻泵電動機保護熱繼電器SQ快

15、移電動機點動行程開關(guān)R限流電阻SA開關(guān)EL照明燈KS速度繼電器TA電流互感器A電流表QS隔離開關(guān)第四章 電氣控制原理圖的設(shè)計4. 1主回路的設(shè)計如圖1所示，在主電路中，一共有三臺電動機。 M1為主軸電動機，帶動主 軸旋轉(zhuǎn)和刀架作進給運動；M2為冷卻泵電動機，用來輸送切削液； M3為刀架 快速移動電動機。4. 1.1主電動機正反轉(zhuǎn)KM# KM汾別為交流接觸器KM# KM酌主觸頭。根據(jù)電氣控制基本知識分析可知，KM6觸頭1合、KM左觸頭斷開時，三相交流電源將分別接入電動機的U1、VI、WE相繞組中，M4電動機將正車專。反之,當(dāng) KM左觸頭斷開、KM2主觸頭閉合時，三相交流電源將分別接入 M住電動機

16、的W1 VI、U一相繞組中，與正轉(zhuǎn)時相比，UW W進行了換接，導(dǎo)致主電動機反轉(zhuǎn)。4. 1.2主電動機全壓與減壓狀態(tài)當(dāng)KM主觸頭斷開時，三相交流電源電流將流經(jīng)限流電阻 R而進入電動機繞組，電動機繞組電壓將減小。如果 KM出觸頭閉合，則電源電流不經(jīng)限流電阻而 直接接入電動機繞組中，主電動機處于全壓運轉(zhuǎn)狀態(tài)。4. 1.3 繞組電流監(jiān)控電流表A在電動機M住電路中起繞組電流監(jiān)視作用， 通過TA線圈空套在繞 組一相的接線上，當(dāng)該接線有電流流過時，將產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過這一感應(yīng)電流間顯示電動機繞組中當(dāng)前電流值。其控制原理是當(dāng)KT常閉延時斷開觸頭閉合時,TA產(chǎn)生的感應(yīng)電流不經(jīng)過 A電流表，而一旦KT觸頭斷開，A

17、電流表就可檢測到電動機繞組中的電流。4. 1.4 電動機轉(zhuǎn)速監(jiān)控KS是和M住電動機主軸同轉(zhuǎn)安裝的速度繼電器檢測元件，根據(jù)主電動機主軸轉(zhuǎn)速對速度繼電器觸頭的閉合與斷開進行控制。主軸電動機由熱繼電器FR1作過載保護，熔斷器FU1作短路保護。4. 1.5冷卻泵電動機電路冷卻泵電動機M2噴出冷卻液，實現(xiàn)刀具的冷卻，由接觸器 KM4空制，熱繼 電器FR2作為它的過載保護，熔斷器FU4作短路保護。4. 1.6快移電動機電路刀架快速移動電動機M3接觸器KM3控制，由于是點動控制，故不設(shè)過載 保護,熔斷器FU5作短路保護。主電路通過TC變壓器與控制線路和照明燈線路建立電聯(lián)系。TC變壓器一次側(cè)接入電壓為380V

18、,二次側(cè)有36M 110V兩種供電電源， 其中36V給照明燈線路供電，而110V給車床控制線路供電。FU2乍控 制電路短路保護。FUFU1| 口ru4I (I KMi、XKM2S.KM3TAKMMEPEML 3|Rfre?M3圖14. 2控制回路的設(shè)計1）主電動機點動控制按下SB? KM線圈通電，根據(jù)原態(tài)支路常斷現(xiàn)象，其余所有線圈均處于斷電狀態(tài)。因此主電路中為KM左觸頭閉合，由QS隔離開關(guān)引入的三相交流電源將經(jīng)KM任觸頭、限流電阻接入主電動機 M酌三相繞組中，主電動機M仰電阻減壓起動。一旦松開SB2 KM線圈斷電，電動機 M慚電停轉(zhuǎn)。SB21主電動機M2的點動控制按鈕。2）主電動機正轉(zhuǎn)控制按下

19、SB3 KM線圈通電與KT線圈同時通電，并通過20區(qū)的常開輔助觸頭KMM合而使KA線圈通電，KA線圈通電又導(dǎo)致11區(qū)中的KA常開輔助觸頭閉合，使KM1 線圈通電。而79區(qū)的KM1T開輔助觸頭與KA常開輔助觸頭對SB兆成自鎖。主 電路中KM主觸頭與KM1E觸頭閉合，電動機不經(jīng)限流電阻 R則全壓正轉(zhuǎn)起動。繞組電流監(jiān)視電路中，因KT線圈通電后延時開始，但由于延時時間還未到達，所以KT常閉延時斷開觸頭保持閉合，感應(yīng)電流經(jīng)KT觸頭短路，造成A電流表中 沒有電流通過，避免了全壓起動初期繞組電流過大而損壞 A電流表。KT線圈延 時時間到達時，電動機已接近額定轉(zhuǎn)速，繞組電流監(jiān)視電路中的 KT將斷開，感 應(yīng)電流

20、流入A電流表將繞組中電流值顯示在 A表上。3）主電動機反轉(zhuǎn)控制按下SB4,通過6、7、5、6線路導(dǎo)致KM線圈與KT線圈通電，與正轉(zhuǎn)控制相類似， 11區(qū)的KA線圈通電，再通過7、8、9使KM2I圈通電。主電路中KM2 KM主觸頭 閉合，電動機全壓反轉(zhuǎn)起動。KM線圈所在支路與 KM武圈所在支路通過 KM2f KM侑閉觸頭實現(xiàn)電氣控制互鎖。4）主電動機反接制動控制正轉(zhuǎn)制動控制右KS是速度繼電器的正轉(zhuǎn)控制觸頭，當(dāng)電動機正轉(zhuǎn)起動至接近額定轉(zhuǎn)速時，右KS閉合并保持。制動時按下SB1,控制線路中所有電磁線圈都將斷電， 主電路中KM1 KM2 KM主觸頭全部斷開，電動機斷電降速，但由于正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動慣性，需較 長時

21、間才能降為零速。一旦松開SB1,則經(jīng)1、6、右KS 8、9,使KM2I圈通電。主電路中KM2t觸頭 閉合，三相電源電流經(jīng)KM2£ U1、W兩相換接，再經(jīng)限流電阻R接入三相繞組中， 在電動機轉(zhuǎn)子上形成反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并與正轉(zhuǎn)的慣性轉(zhuǎn)矩相抵消，電動機迅速停車。在電動機正轉(zhuǎn)起動至額定轉(zhuǎn)速，再從額定轉(zhuǎn)速制動至停車的過程中，右KS反轉(zhuǎn) 控制觸頭始終不產(chǎn)生閉合動作，保持常開狀態(tài)。反轉(zhuǎn)制動控制左KS在電動機反轉(zhuǎn)起動至接近額定轉(zhuǎn)速時閉合并保持。與正轉(zhuǎn)制動相類似，按下SB1,電動機斷電降速。一旦松開SB1,則經(jīng)1、6、左KS2、3,使線圈KM1通電，電動機轉(zhuǎn)子上形成正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并與反轉(zhuǎn)的慣性轉(zhuǎn)矩相抵消使電動機

22、迅速停車。5)冷卻泵電動機起?？刂瓢聪耂B6,線圈KM姬電，并通過KM有開輔助觸頭對SB6I鎖，主電路中KM韭觸頭閉合，冷卻泵電動機 M2專動并保才I。按下SB5, KM線圈斷電，冷卻泵電動機M2亭轉(zhuǎn)。6)快移電動機點動控制行程開關(guān)由車床上的刀架手柄控制。轉(zhuǎn)動刀架手柄，行程開關(guān)SQ將被壓下而閉合，KM戰(zhàn)圈通電。主電路中KM出觸頭閉合，驅(qū)動刀架快移的電動機 M3g動。反向轉(zhuǎn)動刀架手柄復(fù)位，SQ亍程開關(guān)斷開，則電動機 M3ff電停轉(zhuǎn)。7)照明電路燈開關(guān)SA置于閉合位置時，EL燈亮。SA置于斷開位置時，EL燈滅。4. 3車床照明燈與電源指示燈的控制照明、信號電路分析控制變壓器 TC的二次側(cè)分別輸出3

23、6V和110V電壓， 作為車床低壓照明燈和信號燈的電源。EL作為車床的低壓照明燈由開關(guān) SA控制，HL為電源信號燈。它們由FU3作為短路保護 4. 4電氣保護環(huán)節(jié)(1)不要漏接接地線，不能用金屬軟管作為接地的通道。(2)在控制箱外部進行布線時，導(dǎo)線必須穿在導(dǎo)線通道內(nèi)或敷設(shè)在機床底 座內(nèi)的導(dǎo)線通道里。所有導(dǎo)線不得有接頭。(3)在導(dǎo)線通道內(nèi)敷設(shè)導(dǎo)線進行接線時，必須作到查出一根導(dǎo)線，套一根 線號。(4)在進行快速進給時，注意將運動部件處于行程的中間位置，以防止運 動部件與車頭或尾架相撞。(5)主軸電動機不能啟動發(fā)生主軸電動機不能啟動的故障時，首先檢查故障是發(fā)生在主電路還是控制 電路，若按下啟動按鈕，接觸器 KM1不吸合，此故障則發(fā)生在控制電路，主要 應(yīng)檢查FU2是否熔斷，過載保護FR1是否動作，接觸器KM1的線圈接線端子 是否松脫，按鈕SB1、SB2的觸點接觸是否良好。若故障發(fā)生在主電路，應(yīng)檢查 車間配電箱及主電路開關(guān)的熔斷器的熔絲是否熔斷，導(dǎo)線聯(lián)接處是否有松脫現(xiàn)