機(jī)械傳動(dòng)與控制課程設(shè)計(jì)

1、實(shí)用文案機(jī)械傳動(dòng)與控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)院 系機(jī)械與動(dòng)力學(xué)院班 級(jí) 20121057姓 名宋朋學(xué) 號(hào) 2012138229指導(dǎo)老師鐘先指標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案實(shí)用文案一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及目的課題：專(zhuān)用鍵孔機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（使用繼電器接觸器電路實(shí)現(xiàn)控制）1 .機(jī)床概況 該設(shè)備用于大批量生產(chǎn)某零件的鏈孔與錢(qián)孔加工工序。機(jī)床主運(yùn)動(dòng)采用動(dòng)力頭，由Y1006型（1.5kW-4A）三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，單向運(yùn)轉(zhuǎn)。該設(shè)備能 進(jìn)行鎮(zhèn)孔加工，當(dāng)更換刀具和改變進(jìn)給速度時(shí)，又能進(jìn)行校孔加工（有鏈孔與錢(qián)孔 加工選擇），加工動(dòng)作流程如圖2-1所示。起動(dòng)快進(jìn)Sq SQ1工進(jìn)1快進(jìn)起動(dòng)SQ3原位.SQ5快退（停）（手動(dòng)操作）

2、SQ5快退SQ2工進(jìn)2SQ4 （停）（手動(dòng)操作）a鍵孔）b較孔）圖2-1加工動(dòng)作流程圖進(jìn)給系統(tǒng)采用液壓控制，為提高工效，進(jìn)給速度分快進(jìn)與工進(jìn)兩種且自動(dòng)變換。液壓系統(tǒng)中的液壓泵拖動(dòng)電機(jī)為 Y801-2型（750W 1.9A）,由電磁閥（YVlYV4空 制進(jìn)給速度，為作要求如表2-1所示。表2-1液壓控制動(dòng)作要求YV1YV2YV3YV4快進(jìn)十一一十工進(jìn)1 （鎮(zhèn)孔）十一一一工進(jìn)2 （較孔）十十一一停一一一一快退十十為提高加工精度，主軸采用靜壓軸承，由Y801-2型電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)高壓液壓泵產(chǎn) 生靜壓油膜。2 .設(shè)計(jì)要求1）主軸為單向運(yùn)轉(zhuǎn)，停車(chē)要求制動(dòng)（采用能耗制動(dòng)）。2）主軸電動(dòng)機(jī)與靜壓電動(dòng)機(jī)的聯(lián)鎖要求是

3、：先開(kāi)靜壓電動(dòng)機(jī)，靜壓建立后 （由 油壓繼電器控制）才能起動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)，而停機(jī)時(shí)，要求先停主軸電動(dòng)機(jī)，后停靜 壓電動(dòng)機(jī)。3）主軸加工操作，采用兩地控制。加工結(jié)束自動(dòng)停止，手動(dòng)快退至原位。4）根據(jù)加工動(dòng)作流程要求,設(shè)置鏈孔加工及銀孔加工選擇。5）應(yīng)有照明及工作狀態(tài)顯示。6）有必要的電氣保護(hù)和聯(lián)鎖。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案3 .設(shè)計(jì)目的通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)與控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)， 使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)備電器控制的基本知識(shí)、基本原理和基本方法，以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電氣控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)的基本能力，培 養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力、運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的能力。二、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1控制要求的分析任務(wù)書(shū)中控制要求有：1）主軸

4、為單向運(yùn)轉(zhuǎn)，停車(chē)要求制動(dòng)（采用能耗制動(dòng)）。2）主軸電動(dòng)機(jī)與靜壓電動(dòng)機(jī)的聯(lián)鎖要求是：先開(kāi)靜壓電動(dòng)機(jī)，靜壓建立后（由油壓繼電器控制）才能起動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)，而停機(jī)時(shí)，要求先停主軸電動(dòng)機(jī)，后停 靜壓電動(dòng)機(jī)。3）主軸加工操作，采用兩地控制。加工結(jié)束自動(dòng)停止，手動(dòng)快退至原位。4）根據(jù)加工動(dòng)作流程要求,設(shè)置鏈孔加工及銀孔加工選擇。5）應(yīng)有照明及工作狀態(tài)顯示。6）有必要的電氣保護(hù)和聯(lián)鎖。由上述控制要求，可分析出以下幾點(diǎn)：（1）在主回路中僅需對(duì)電機(jī)的啟停進(jìn)行控制和對(duì)動(dòng)力頭電機(jī)進(jìn)行能耗制動(dòng)的設(shè)計(jì)，不需控制正反轉(zhuǎn)；（2）在液壓回路的液壓泵附近處應(yīng)添加壓力繼電器，并在液壓控制回路的首端加入該壓力繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)

5、滿足油壓后才能進(jìn)行其他控制的要求；（3）控制回路中可添加輔助回路，以控制照明；（4）在每個(gè)電動(dòng)機(jī)的連接處，均接入一個(gè)適合的熱繼電器，以實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)，在主回路中各個(gè)支路與主電源相連接處均接入一個(gè)適合的熔斷器，以實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)（短路保護(hù)），而在控制回路與變壓器相連處也應(yīng)接入適合的熔斷器，同樣實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。2.2系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)繼電器接觸器控制系統(tǒng)：1、控制方式：繼電器的控制是采用硬件接線實(shí)現(xiàn)的，是利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)極延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案控制。2、控制速度：繼電器控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低， 毫秒級(jí)，機(jī)械觸點(diǎn)有抖動(dòng)現(xiàn)象。

6、3、延時(shí)控制：靠時(shí)間繼電器的滯后動(dòng)作實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制，而時(shí)間繼電器定時(shí)精度 不高，受環(huán)境影響大，調(diào)整時(shí)間困難。PLC控制系統(tǒng)：1、控制方式：PLC采用存儲(chǔ)邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，要 改變控制邏輯，只需改變程序即可，稱軟接線。2、控制速度：PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，速度快，微秒級(jí)， 嚴(yán)格同步，無(wú)抖動(dòng)。3、延時(shí)控制：PLC用半導(dǎo)體集成電路作定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，調(diào)整時(shí)間方便，不受環(huán)境影響綜上所述：采用繼電器接觸器控制價(jià)格低，檢修調(diào)整方便，簡(jiǎn)單。設(shè)備質(zhì)量 相對(duì)大，安裝空間大，適用于控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，時(shí)間控制要求不高的場(chǎng)合。采用 PLC控制價(jià)格貴，接線簡(jiǎn)

7、單，可靠，結(jié)構(gòu)緊湊體積小，適用于控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安 裝空間小，控制速度高，時(shí)間控制要求精確的場(chǎng)合。三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 原理圖在原理圖的設(shè)計(jì)部分，將其分為2大模塊進(jìn)行分工設(shè)計(jì)。其中包括有主電路 模塊的設(shè)計(jì)、控制電路模塊的設(shè)計(jì)二部分。（圖號(hào)為1）而在控制電路模塊中，將其又分為電機(jī)控制電路與液壓控制回路兩部分。（圖 號(hào)為2）3.1.1 主電路主電路的設(shè)計(jì)中主要應(yīng)滿足一下幾點(diǎn)要求：1）動(dòng)力頭電機(jī)應(yīng)實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)；2）動(dòng)力頭電機(jī)、液泵電機(jī)兩者應(yīng)分開(kāi)接向主電源，并由不同的接觸器控制；3）兩種電機(jī)均應(yīng)實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)（過(guò)流保護(hù)）與 過(guò)熱保護(hù)中間加一個(gè)繼電器 與熔斷器；4）電源處應(yīng)有一個(gè)總閘控制電源的關(guān)斷，設(shè)置為

8、刀開(kāi)關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案對(duì)于要求（1）,動(dòng)力頭的電機(jī)接在一個(gè)接觸器上進(jìn)行控制，然后在接觸器的首位接上一個(gè)可控的直流電源（由變壓器和整流橋組成）來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于要求（2）, 選用二個(gè)接觸器來(lái)控制二種不同功率的電動(dòng)機(jī)，并分開(kāi)二個(gè)回路來(lái)控制即可。對(duì)于要求（3）,選用合適的熔斷器，在三個(gè)回路接向電源出接上相應(yīng)的熔斷器來(lái)實(shí) 現(xiàn)短路保護(hù)；再選用合適的熱繼電器，在接向電動(dòng)機(jī)處接如相應(yīng)熱繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn) 過(guò)熱保護(hù)。對(duì)于要求（4）,在電源處，添加一個(gè)刀開(kāi)關(guān) QG 具體電路圖如下：QGt上FUFUO圖1.主回路電路設(shè)計(jì)圖3.1.2 控制電路在控制回路中，主要有兩部分：電機(jī)控制回路與液壓控制回路。 電機(jī)控制回 路接向110V交

9、流電壓，故該回路與主回路相連接時(shí)，應(yīng)將主電源的電壓用變壓 器來(lái)降壓，以提供110V的兩相交流電。液壓控制回路采用 PLC來(lái)控制。（1）電機(jī)控制回路在控制電機(jī)時(shí)，為滿足動(dòng)力頭電機(jī)的能耗制動(dòng)，利用時(shí)間繼電器來(lái)控制直流電源 的延時(shí)斷開(kāi)。在二種電機(jī)的啟停控制上，利用接觸器的“起保?！彪娐穪?lái)控制， 分別加入啟停按鈕。而在動(dòng)力頭電機(jī)的停止上，利用聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)控制，以其常閉 觸點(diǎn)為停止，常開(kāi)觸點(diǎn)為直流電源的接入。這樣，保證了動(dòng)力頭電機(jī)的停止，同標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案時(shí)也接入了能耗制動(dòng)具體電路圖如下：SB5r-o<(KM1_SB6mKM2KM2SQ3KM3SQ4SE2ESB4rnSB 3mkrO1 丁00SElpO

10、1KMO 03圖2.電機(jī)控制回路設(shè)計(jì)圖（2）液壓控制回路在液壓控制回路中，應(yīng)分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩部分。在自動(dòng)控制中，主要由行程開(kāi)關(guān)（SQ1到SQ3、和按鈕SB1來(lái)共同控制電磁 閥（YV1到Y(jié)V4來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)動(dòng)作。在手動(dòng)控制中有啟動(dòng)和復(fù)位按鈕其動(dòng)作表如下：YV1YV2YV3YV4快進(jìn)(SB77十一一十工進(jìn)1 （SQ1鏈孔旋鈕）十一一一工進(jìn)2 （SQ2t孔旋鈕）十十一一停起(SQ3, SQ4)一一一一快退(SB8)十十標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案由上表可知，在設(shè)計(jì)液壓控制回路時(shí)。在表中，SQ1,SQ刻工進(jìn)彳9號(hào)，SQ3SQ4為工進(jìn)停止信號(hào)。則只要有一個(gè)行程開(kāi)關(guān)的信號(hào)，則應(yīng)該立即動(dòng)作。然后自 動(dòng)結(jié)束。在手動(dòng)控制中

11、，利用旋鈕的轉(zhuǎn)換控制鏈孔較孔。另外，在控制PLC上加入SB8來(lái)手動(dòng)復(fù)位。3.2 元件選型(1)電動(dòng)機(jī)的選型根據(jù)任務(wù)書(shū)中要求得知?jiǎng)恿︻^電動(dòng)機(jī)的功率為1.5kw,液泵電動(dòng)機(jī)M1的功率為750W而工業(yè)用電一般都為380V三相交流電，故查手冊(cè)得，選擇功率相近 的電動(dòng)機(jī)得一下結(jié)果：M1: Y100L2-4M2: Y801-2其中，M1 功率 1.5kW,轉(zhuǎn)速 1500r/min ; M3功率 0.75kW,轉(zhuǎn)速 1400r/min。(注：在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中，應(yīng)同時(shí)考慮工況、班制等選擇因素)(2)熔斷器的選型根據(jù)選擇出的電機(jī)型號(hào)，可大致計(jì)算該電機(jī)工作時(shí)的最大電流：Ii = P1=照=4AU 380, P3 7

12、50I 3=一U 380= 1.9再根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算出所需熔斷器的最大允許電流值:f單支路：Ir=(1.5L 2.5)In多支路：Ir=(1.5L 2.5)1 max +E In故計(jì)算得:I ni = 8A1 N2 = 4 A另外，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，控制回路中的電流最大不會(huì)超過(guò)5A,故查手冊(cè)，并選擇熔斷器結(jié)果如下：FUQ RL-60/25,最大熔斷電流25A;FU1: RL-160/25,最大熔斷電流25A;標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案FU2 RL-160/25,最大熔斷電流25A;FU3 RL-15/4,最大熔斷電流4A;FU4: RL-15/4,最大熔斷電流4A;(3)熱繼電器的選型根據(jù)前面算出的電動(dòng)機(jī)工作

13、電流，查手冊(cè)可直接選出熱繼電器，得如下結(jié) 果：FR1 : JR20-10,整定電流范圍35A;FR2 JR20-10,整定電流范圍35A;(5)交流接觸器、中間繼電器與時(shí)間繼電器的選型根據(jù)前面計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)工作電流值，可知交流接觸器的工作電流應(yīng)在4A以內(nèi)，而由設(shè)計(jì)的原理圖知交流接觸器所需要的主觸點(diǎn)為4對(duì)輔助觸點(diǎn)不超過(guò)3常開(kāi)2常閉，再根據(jù)380V三相交流電的要求，查手冊(cè)，可選出交流接觸器為： KMkKM5®號(hào)為CJ0-20,線圈電壓為110V。由于控制回路中，電壓為110V交流電，且根據(jù)控制回路設(shè)計(jì)圖得知中間繼 電器所需觸點(diǎn)不超5常開(kāi)2常閉，故查手冊(cè)，可選擇中間繼電器如下：JZ8, 6

14、動(dòng)合，2動(dòng)斷根據(jù)使用要求，除開(kāi)兩個(gè)要求觸點(diǎn)多的意外，其余中間繼電器皆可選擇同一 型號(hào)的，查手冊(cè)可選擇：JZX5-4, 2動(dòng)合，2動(dòng)斷；由于動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)時(shí)間較短，故可確定在0.460s的范圍內(nèi)。根據(jù)110V交流電，查手冊(cè)，選擇時(shí)間繼電器如下：KT1: JS10-01, 110V吸引線圈電壓，定時(shí)時(shí)間調(diào)節(jié)范圍 0.460s。(6)壓力繼電器與電磁閥的選型在整個(gè)過(guò)程中，壓力繼電器起到一個(gè)傳感器的作用，而電磁閥在110V電壓下工作，故選其電磁線圈電壓應(yīng)為 110V,查手冊(cè)可得：壓力繼電器：PS6-439,額定電壓110V電磁閥 KP : W220-50, 110V 50Hz(7)照明與顯示燈

15、的選型根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般照明燈使用的是36V交流電，故查手冊(cè)得，照明燈選擇型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案為：PZ220- 60。在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，由于在每一個(gè)指示燈的地方都有標(biāo)注，所以統(tǒng)一選為灰色， 即H1H4,型號(hào)定為：AD什22/212 電壓6V,灰色。(8 )變壓器的選型由于設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，需要將380V三相交流電轉(zhuǎn)換成110M 36V、24V等三種 不同壓值的交流電，故選擇變壓器時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮考慮變壓器的容量與接處的點(diǎn) 數(shù)。查手冊(cè)，選擇變壓器結(jié)果如下：TC: JBK3-2500, 4變壓接出頭。(9)按鈕及刀開(kāi)關(guān)的選型在電路才$制中SB7,SB8為手動(dòng)開(kāi)關(guān)，故選擇為黃色，SB1,SB2,SB4,SB6為電 機(jī)啟動(dòng)停止按鈕，故選擇綠色，SB3,SB4,SB5為電機(jī)停止按鈕，選為紅色。電路中照明電路開(kāi)關(guān)為旋鈕開(kāi)關(guān)，查手冊(cè)得：QS DZ20-100/3,藍(lán)色；而總電源開(kāi)關(guān)選擇的是一個(gè)刀開(kāi)關(guān) QG.SQ1SQ5J行程開(kāi)關(guān)，在電路中的功能幾乎相同，故選擇型號(hào)也相同，查手冊(cè)可得：型號(hào)為JW2- 11Z。四、小結(jié)通過(guò)近幾天的努力，我終于成功地完成了這次課設(shè)，本次我設(shè)計(jì)的是專(zhuān)用鍵 孔機(jī)床PLC控制系統(tǒng)，開(kāi)始我接到這個(gè)課題還真不知道該如何下手，因?yàn)樗婕暗綑C(jī)械類(lèi)的鏈孔機(jī)床，我對(duì)大型的機(jī)床根本沒(méi)有看到過(guò)，更不要說(shuō)有多了解了， 于是我就到圖書(shū)館去搜集專(zhuān)用鏈孔機(jī)床方面的書(shū)籍，經(jīng)過(guò)仔細(xì)閱讀后，我大概了解了專(zhuān)用鍵