刨床電氣控制系統(tǒng)設計方案

1、目錄前言 11 刨床相關簡介 21.1 刨床的常見類型 31.2 刨床的切削原理 . 31.3 刨床的作用和特點 . 42 實驗方案的設計 42.1 硬件設計 . 42.1.1 設計要求 42.1.2 三相異步電動機的調速方式 42.1.3 三相異步電動機的選擇及相關簡介 72.1.4 其它元器件的選擇 72.2 軟件設計 82.2.1 CADE_SIMU軟件的簡介 82.2.2 繪制圖形 103 軟件仿真 . 11參考文獻 14致信 15前言隨著科學技術的不斷發(fā)展， 生產力得到極大的開發(fā)與應用。 與此同時， 刨床 在生產機械起到越來越重要的作用。 本次課程設計主要以電動機為控制對象， 以 繼

2、電器和接觸器為組成機構和執(zhí)行機構， 在電氣控制理論的指導下組成電氣控制 系統(tǒng)，以達到控制電機轉速的目的。按照三相異步電動機結構不同， 分為鼠籠型三相異步電動機和繞線式三相異 步電動機。 本次課程設計采用繞線式三相異步電動機， 通過轉子回路所串阻值的 不同實現(xiàn)調速機制。電氣控制系統(tǒng)是自動化專業(yè)的主干專業(yè)課， 具有很強的系統(tǒng)性、 實踐性和工 程背景，刨床電氣控制系統(tǒng)課程設計的目的在于培養(yǎng)學生綜合運用電氣控制系統(tǒng) 的知識和理論分析和解決控制系統(tǒng)設計問題， 使學生建立正確的設計思想， 掌握 工程設計的一般程序、 規(guī)和方法， 提高學生調查研究、 查閱文獻及正確實用技術 資料、標準、手冊等工具書的能力，理

3、解分析、制定設計方案的能力，設計繪圖 能力，編寫設計說明書的能力。我們在設計和仿真過程中雖然花了不少的精力，但仍難免有錯誤和不足之 處，殷切期望老師批評教誨。1 刨床相關簡介1.1 刨床的常見類型牛頭刨床是用來刨削中、小型工件的刨床，工作長度一般不超過lm。工件裝夾可調整的工作臺上或夾在工作臺上的平口鉗， 利用刨刀的直線往復運動 （切 削運動）和工作臺的間歇移動（進刀運動）進行刨削加工的。根據(jù)所能加工工件的長度，牛頭刨床可分為大、中、小型三種：小型牛頭刨 床可以加工長度為 400mm以的工件，如 B635-1 型牛頭刨床；中型牛頭刨床可以 加工長度為 400600mm的工件，如 B650 型牛

4、頭刨床；大型牛頭刨床可以加工長 度為 4001000mm的工件，如 B665 型和 B69O型牛頭刨床。龍門刨床是用來刨削大型工件的刨床， 有些龍門刨床能夠加工長度為幾十米 甚至幾十米以上的工件，如 B2063 型龍門刨床，工作臺面積為 6.3m 20m，可用 幾把刨刀同時刨削，生產率比較高。龍門刨床是利用工作臺的直接往復運動 （切削） 和刨刀的間歇移動 （進刀運 動）來進行刨削加工的， 按結構形式的不同， 龍門刨床又分為單臂龍門刨床和雙 臂柱龍門刨床兩種。龍門刨床主要加工大型工件或同時加工多個工件。 與牛頭刨床相比， 從結構 上看，其形體大，結構 復雜，剛性好，從機床運動上看，龍門刨床的主運

5、動是 工作臺的直線往復運動，而進給運動則是刨刀的 橫向或垂直間歇運動，這剛好 與牛頭刨床的運動相反。龍門刨床主要用來加工大平面，尤其是長而窄的平面， 一般可刨削的工件寬度達 1 米，長度在 3 米以 上。龍門刨床的主參數(shù)是最大刨削寬度。 龍門刨床橫梁上的刀架，可在橫梁導 軌上作橫向進給運動，以刨削工件的水平面 ; 立柱上的側刀架，可沿立柱導軌作 垂直進給運動， 以刨削垂直面。 刀架亦可偏轉一定角度以刨削斜面。 橫梁可沿立 柱導軌上下升降， 以調整刀具和工件的相對位置。 龍門刨床主要用于加工大型零 件上的平面或溝槽，或同時加工多個中型零件，尤宜于狹長平面的加工。插床又叫立式刨床， 主要是用來加工

6、工件的表面。 它的結構與牛頭刨床幾乎 完全一樣，不同點主要是插床的插刀在垂直方向上作直線往復運動 （切削運動）， 工作臺除了能作縱、 橫方向的間歇進刀運動外， 還可以在圓周房間上做間歇的回轉進刀運動。1.2 刨床的切削原理滑枕帶著刨刀， 作直線住復運動的刨床， 因滑枕前端的刀架形似牛頭故又名 牛頭刨床。 刨床主要用于單件小批生產中刨削中小型工件上的平面、 成形面和溝 槽。中小型牛頭刨床的主運動， 大多采用曲柄搖桿機構傳動， 故滑枕的移動速度 是不均勻的。大型牛頭刨床多采用液壓傳動， 滑枕基本上是勻速運動。 滑枕的返回行程速 度大于工作行程速度。 由于采用單刃刨刀加工， 且在滑枕回程時不切削，

7、牛頭刨 床的生產率較低。 機床的主參數(shù)是最大刨削長度。 刨床由滑枕帶著刨刀作水平直 線住復運動， 刀架可在垂直面回轉一個角度， 并可手動進給， 工作臺帶著工件作 間歇的橫向或垂直進給運動， 常用于加工平面、 溝槽和燕尾面等。 仿形牛頭刨床 是在普通牛頭刨床上增加一仿形機構， 用于加工成形表面， 如透平葉片。 移動式 牛頭刨床的滑枕與滑座還能在床身 （ 臥式） 或立柱 （立式）上移動，適用于刨削特大 型工件的局部平面。1.3 刨床的作用及特點刨床是用刨刀對工件的平面、溝槽或成形表面進行刨削的機床。刨床是使刀 具和工 刨床 件之間產生相對的直線往復運動來達到刨削工件表面的目的。在 刨床上可以刨削水

8、平面、垂直面、斜面、曲面、臺階面、燕尾形工件、 T 形槽、 V形槽，也可以刨削孔、齒輪和齒條等。 用刨床刨削窄長表面時具有較高的效率， 它適用于中小批量生產和維修車間。 刨床是用刨刀對工件的平面、 溝槽或成形表 面進行刨削的直線運動機床。特點： 通用性好可加工垂直、水平的平面，還可加工 T型槽、 V型槽，燕尾槽等。 生產率低往復運動，慣性大，限制速度，單次加工，但狹長表面不比銑削低。 加工精度不高IT87，Ra為 1.6 6.3 m但在龍門刨床上用寬刀細刨， Ra為0.40.8m2 實驗方案的設計2.1 硬件設計2.1.1 設計要求當按下啟動的 SB1，電機以正轉的中速運行。模擬刨床的正常切削

9、階段。刨 床的前進減速， 前進換向，后退減速和后退換向 4 個工作狀態(tài)分別用 4個鈕子開 關來模擬刨床的行程過程。 (把鈕子開關用作行程開關的作用)。所以鈕子開關 在模擬的狀態(tài)都是立即置位復位的過程。當給定前進減速的信號 K1 迅速置 ON再置 OFF，電機從正轉中速狀態(tài)切入正 轉低速狀態(tài)，刨床進入刨刀開始切入工件階段。當給定前進減速的信號， K2 迅 速置 ON再置 OFF，電機從正轉低速狀態(tài)進入反轉中速狀態(tài)。模擬刨床的正常切 削階段。當給定電機后退減速的信號，把 K3 迅速置 ON再置 OFF，電機從反轉中 速進入反轉低速狀態(tài)。模擬刨床低速返回階段。當在給定后退換向的信號把 K7 置 ON

10、 立即置 OFF，電機從反轉低速進入正轉中速狀態(tài)。這時就形成了循環(huán)往復 的工作過程。SB3正轉點動，,SB4 反轉點動高速狀態(tài)是電機高速進入和返回階段的模擬狀 態(tài)。 K5,K6 模擬后退極限和前進極限的信號給定，分別起保護刨床刨刀的作用。 當刨刀在運行過程中， 碰到刨床的極限位， 電機會自動停止， 起到保護刨床刨刀 工件的作用。2.1.2 三相異步電動機的調速方式按照課程設計要求， 在電動機運動過程中出現(xiàn)三種速度的自動切換， 由此可 得應首先選擇電動機的不同調速方式。 通過相關知識可以得到三相異步電動機轉 速公式為： n=60f/p(1-s) ，從上式可見，改變供電頻率 f 、電動機的極對數(shù)

11、p 及 轉差率 s 均可達到改變轉速的目的，故此主要由七種調速方式：一、變極對數(shù)調速方法 這種調速方法是用改變定子繞組接紅方式來改變籠型電動機定子極對 數(shù)達到調速目，特點如下：具有較硬機械特性，穩(wěn)定性良好； 無轉差損耗，效率高；接線簡單、控制方便、價格低； 有級調速，級差較大，不能獲平滑調速； 可以與調壓調速、電磁轉差離合器配合使用，獲較高效率平滑調速特 性。二、變頻調速方法 變頻調速是改變電動機定子電源頻率，改變其同步轉速調速方法。 其特點：效率高，調速過程中沒有附加損耗； 應用圍廣，可用于籠型異步電動機； 調速圍大，特性硬，精度高； 技術復雜，造價高，維護檢修困難。三、串級調速方法 串級調

12、速是指繞線式電動機轉子回路中串入可調節(jié)附加電勢來改變電動 機轉差，達到調速目。 大部分轉差功率被串入附加電勢所吸收， 再利用產生附加 裝置，把吸收轉差功率返回電網(wǎng)或轉換能量加以利用。其特點為： 可將調速過程中轉差損耗回饋到電網(wǎng)或生產機械上，效率較高； 裝置容量與調速圍成正比，投資省，適用于調速圍額定轉速70 90生產機械上；調速裝置故障時可以切換至全速運行，避免停產； 晶閘管串級調速功率因數(shù)偏低，諧波影響較大。四、繞線式電動機轉子串電阻調速方法 繞線式異步電動機轉子串入附加電阻， 使電動機轉差率加大， 電動機較低轉速下運行。串入電阻越大，電動機轉速越低。此方法設備簡單，控制方便，但轉 差功率以

13、發(fā)熱形式消耗電阻上。屬有級調速，機械特性較軟 .五、定子調壓調速方法當改變電動機定子電壓時， 可以到一組不同機械特性曲線， 獲不同轉速。 電 動機轉矩與電壓平方成正比， 最大轉矩下降很多， 其調速圍較小， 使一般籠型電 動機難以應用。 擴大調速圍， 調壓調速應采用轉子電阻值大籠型電動機， 如專供 調壓調速用力矩電動機， 繞線式電動機上串聯(lián)頻敏電阻。 擴大穩(wěn)定運行圍， 當調 速 2： 1 以上場合應采用反饋控制以達到自動調節(jié)轉速目。調壓調速主要裝置是一個能提供電壓變化電源， 目前常用調壓方式有串聯(lián)飽 和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調壓等幾種。晶閘管調壓方式為最佳。調壓調速特點：調壓調速線路簡單，

14、易實現(xiàn)自動控制； 調壓過程中轉差功率以發(fā)熱形式消耗轉子電阻中，效率較低。六、電磁調速電動機調速方法 電磁調速電動機由籠型電動機、電磁轉差離合器和直流勵磁電源（控制器） 三部分組成。直流勵磁電源功率較小， 通常由單相半波或全波晶閘管整流器組成， 改變晶閘管導通角，可以改變勵磁電流大小。電磁調速電動機調速特點： 裝置結構及控制線路簡單、 運行可靠、維修方便； 調速平滑、無級調速 ; 對電網(wǎng)無諧影響；速度失大、效率低。七、液力耦合器調速方法液力耦合器是一種液力傳動裝置， 一般由泵輪和渦輪組成， 它們統(tǒng)稱工作輪， 放密封殼體中。 殼中充入一定量工作液體， 當泵輪原動機帶動下旋轉時， 處于其 中液體受葉

15、片推動而旋轉， 離心力作用下泵輪外環(huán)進入渦輪時， 就同一轉向上給 渦輪葉片以推力， 使其帶動生產機械運轉。 液力耦合器動力轉輸能力與殼相對充 液量大小是一致。 工作過程中， 改變充液率就可以改變耦合器渦輪轉速， 作到無 級調速.其特點為：1 、功率適應圍大， 可滿足從幾十千瓦至數(shù)千千瓦不同功率需要；2 、結構簡單，工作可靠，使用及維修方便，且造價低；3 、控制調節(jié)方便，容易實現(xiàn)自動控制。2.1.3 三相異步電動機的選擇及相關簡介三相異步電動機，按轉子的結構分類電動機按轉子的結構可分為鼠籠型異 步電動機和繞線型異步電動機。 按照課程設計要求， 本次課程設計采用繞線式三 相異步電動機， 通過改變轉

16、子回路串接阻值的不同， 實現(xiàn)調速機制。 下面是繞線 式異步電動機的簡介：繞線式三相異步電動機轉子的繞組和定子繞組相似 , 中型電動機多采用 雙層繞 組, 三相繞組連接成星形 ,三根端線連接到裝在轉軸上的三個銅 （或鋼）滑 環(huán)上 , 通過電刷與外電路相連接 .繞線型異步電機轉子繞組的相數(shù)、極對數(shù)總是跟定子相同 , 每相的匝數(shù)相對 較多,感應電勢較大 ,轉子繞組對地絕緣需絕緣 .繞線式異步電動 機常用啟動方法：繞線式異步電動機啟動時通常采用直接啟動 .轉子串電阻啟動 , 或者是采用 頻敏變阻器啟動 .2.1.4 其它元器件的選擇按照方案的設計，所選器材為以下主要幾種：熔斷器（FU）: 數(shù)量為 5個

17、；熱繼電器（ FR）：數(shù)量為 1 個；交流接觸器（ KM）：數(shù)量為 6 個；空氣開關（ QS）：數(shù)量為 1 個；按鈕開關（ SB）：數(shù)量為 12 個；阻值不等的 R1、R2 和 R3：每組各有三個電阻。2.2.1 CADe_SIMU 軟件的簡介應用 CADE_SIMU這一款繪圖仿真軟件來設計電路， 非常容易上手， 不但 可以快捷繪制電氣線路圖， 而且還能將繪制電氣線路圖實現(xiàn)電路仿真。 現(xiàn)對該軟 件的使用方法和步驟進行了介紹： CADE_SIMU線路圖模擬仿真軟件不但包括各種 電氣元器件符號， 而且對應每種器件還有多種類型， 并做成工具條提供使用， 是 該軟件最突出的特點，也是該軟件和其他軟件相

18、比較體現(xiàn)出的最大好處。 一、介面元器件菜單、繪圖與仿真1、繪圖在器件菜單中選用合適的器件，點擊一下器件，鼠標移到圖紙上，單擊，器 件就放在圖紙上了， 器件被選中的狀態(tài)下， 使用下圖按鈕可以任意變換器件的方 向。2、參數(shù)設置 鼠標左雙擊元件彈出對話框 設置元件名稱序號同一元件要同一名稱，大小寫要相同。3. 、連接導線連線時注意光標前的小黑點要放在元件的連接點上4、仿真仿真按鈕見下圖單擊運行按鈕 , 開始仿真。單擊 停止。（1）在仿真狀態(tài)下，單擊 -FR 線圈，可仿真熱繼電器動作，單擊復位2）在仿真狀態(tài)下，單擊 -FU，可仿真熔斷器燒斷的情況。三，保存在保存時，不要選擇以下保存類型2.2.2 繪制

19、圖形使用該軟件對設計方案電路圖形進行繪制，那么可得其繪制圖形如下圖所示：由圖可得 QS為空氣開關，對電路供電和短路保護作用。FU為熔斷器對線路進行過載和短路保護。FR為熱繼電器，主要用來對異步電動機進行過載保護。 不同的阻值連接方式實現(xiàn)對電動機的調速功能， SB為停止按鈕，SB1為啟動按鈕， 實現(xiàn)正轉中速； SB2為反轉按鈕，實現(xiàn)正轉低速到反轉中速的轉換； SB3為反轉 低速按鈕； SB4為反轉高速點動按鈕； SB5 為正轉極限位按鈕； SB6為反轉極限 位按鈕； SB7為正轉低速按鈕； SB8為正轉點動按鈕。KM1 線圈及相關觸頭為正轉配置； KM2 線圈及相關觸頭為反轉配置 ； KM3 線

20、圈及相關觸頭為慢速配置 ； KM4線圈及相關觸頭為中速配置 ； KM5 線圈及 相關觸頭為高速配置。 KA為中間繼電器線圈，相關觸頭為長動控制。3 軟件仿真使用該軟件進行仿真，并根據(jù)設計要求可以得到以下結果：（ 1）按下啟動按鈕 SB1，電機正轉中速 :由圖可得，當按下啟動按鈕時， KA線圈得電，自鎖觸頭閉合， KM1線圈得電 互鎖觸頭斷開，主觸頭閉合電機正轉；同時， KM4線圈得電，相應觸頭閉合，實 現(xiàn)中速。故此可知，當按下啟動按鈕 SB1時，電機正轉中速。（ 2）按下按鈕 SB7，電機正轉低速 :由圖可得，當按下按鈕 SB7后，KM3線圈得電，相對應的觸頭發(fā)生變化；同 時 KM1線圈和 K

21、A 線圈不變，故此實現(xiàn)正轉中速到正轉低速的轉變。3）當按下按鈕 SB2時，電機反轉中速 :由圖可得，當按下 SB2時，KM1線圈失電， KA線圈失電，主觸頭斷開，互鎖 觸頭閉合，常閉觸頭閉合；同時 KM2線圈得電，主觸頭閉合，電機反轉，自鎖觸 頭閉合，互鎖觸頭斷開；而且 KM4線圈保持不變，其相應觸頭不變，故此，可以 得到反轉中速，從而實現(xiàn)正轉低速到反轉中速的轉變。（4）按下按鈕 S 時，電機反轉低速 :當按下按鈕 S 時，KM3線圈得電，主觸頭閉合實現(xiàn)低速，其它相應觸頭發(fā)生 變化。而且， KM2線圈保持不變，相應觸頭保持不變。由此可以實現(xiàn)電機反轉中 速到反轉低速的轉換。（ 5）按下按鈕 SB4，電機處于反轉高速點動狀態(tài)如圖所示，當按下按鈕 SB4時，KM5線圈得電，主觸頭閉合實現(xiàn)電機高速轉 動，同時， KM2線圈保持不變，其相應觸頭不變，由此實現(xiàn)電機高速運轉點動狀 態(tài)。6