臥式車床電氣控制系統(tǒng)課程設(shè)計

機(jī)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:1/201/20緒論車床是機(jī)械加工中最廣泛的金屬切削機(jī)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(jī)械多采用機(jī)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(jī)械設(shè)備的重要組成部分，是保證J機(jī)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(jī)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(jī)的選擇及其他電器元件、電氣控制原理圖，繪制機(jī)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(jī)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。1．2進(jìn)給運動車床的進(jìn)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(jìn)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。2/202/20

車螺紋時要求主軸的旋轉(zhuǎn)速度和進(jìn)給的移動距離之間保持一定的比例，所以主運動和進(jìn)給運動要由同一臺電動機(jī)拖動，主軸箱和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2．1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(jī)拖動，即一臺設(shè)備由多臺電動機(jī)分別驅(qū)動各個工作機(jī)構(gòu)。這種拖動方式不僅大大簡化了生產(chǎn)機(jī)械的傳動機(jī)構(gòu)，而且控制靈活，為生產(chǎn)機(jī)械的自動化提供了有利的條件，現(xiàn)代化機(jī)電傳動基本上均采用這種拖動形式。（3）機(jī)床主運動和進(jìn)給運動由主軸電動機(jī)M1集中傳動，主軸電動機(jī)選用三相籠式異步電動機(jī)，不進(jìn)行電氣調(diào)速，主軸采用齒輪箱進(jìn)行機(jī)械有級調(diào)速，由車床主軸箱通過變速箱與主軸電動機(jī)的連接來完成（為減小振動，主拖動電動機(jī)通過幾條傳動皮帶將動力傳遞到主軸箱）；刀架的給進(jìn)運動方式有手動和自動兩種，在進(jìn)行螺紋加工時，工作的旋轉(zhuǎn)與刀架的進(jìn)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(jìn)給運動是由主軸箱輸出軸依次經(jīng)掛輪箱、進(jìn)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(jī)只作單向旋轉(zhuǎn)，主軸的正反轉(zhuǎn)一般由機(jī)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(jī)的啟動、停止采用按鈕操作；主軸電動機(jī)的容量不大，可采用直接啟動。3/203/20

（4）冷卻泵由電動機(jī)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(jī)，冷卻泵電動機(jī)與主軸電動機(jī)有連鎖關(guān)系，即冷卻泵電動機(jī)應(yīng)在主軸電動機(jī)之后啟動，并在主軸電動機(jī)停車時，冷卻泵電動機(jī)也應(yīng)立即停車。（5）刀架快速移動由單獨的快速電動機(jī)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(jìn)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(hù)環(huán)節(jié)，并有安全、可靠的局部照明和信號指示。1．3輔助運動車床的輔助運動包括刀架的快進(jìn)與快退，尾架的移動與工件的夾緊與松開等。2．2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，將控制電壓由交流380V或220V降至110V或48V、24V等，這是從安全角度考慮的。本設(shè)計由控制變壓器將交流380V變換成110V、24V、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(jī)及其他電氣元件的選擇3．1電動機(jī)的選擇3．1.1主軸電動機(jī)當(dāng)主運動和進(jìn)給運動采用同一電動機(jī)時，只計算主運動電動機(jī)功率即可。多數(shù)機(jī)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(jī)床負(fù)載種類更4/204/20

式中：P電動機(jī)功率；η2電動機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械之間的傳動效率。：式中：η為機(jī)床總效率，一般主運動為回轉(zhuǎn)運動的機(jī)床取0.7~0.85；主運動為往復(fù)運動的機(jī)床取0.6~0.7（結(jié)構(gòu)簡單的取大值，復(fù)雜的取小值)。根據(jù)實際情況，最后確定電動機(jī)的容量為11KW。3．1.2冷卻泵電動機(jī)冷卻泵電動機(jī)的容量比較小，一般選取90W即可。3．1.3快速移動電動機(jī)快速移動電動機(jī)所需要的功率，一般由經(jīng)驗數(shù)據(jù)來選擇，選擇為250W。3．2電動機(jī)轉(zhuǎn)速和結(jié)構(gòu)型式的選擇3．2．1轉(zhuǎn)速的選擇電動機(jī)功率的確定是選擇電動機(jī)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(jìn)行選擇。異步電動機(jī)由于它結(jié)構(gòu)簡單堅固、維修方便、造價低廉，因此在機(jī)床中使用得最為廣泛。電動機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速要根據(jù)機(jī)械的要求和傳動裝置的具體情況加以選定。異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min、600r/min等幾種，這是由于電動機(jī)的磁極對數(shù)的不同而決定的。電動機(jī)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(jī)，因為這個轉(zhuǎn)速下的電動機(jī)適應(yīng)性較強(qiáng)，而且功率因數(shù)和效率也高。若電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與該機(jī)械的轉(zhuǎn)速不一致，可選取轉(zhuǎn)速稍高的電動機(jī)通過機(jī)械變速裝置使其一致。根據(jù)以上內(nèi)容選擇主軸電動機(jī)M1轉(zhuǎn)速為1450r/min；冷卻泵電動機(jī)M2轉(zhuǎn)速為3000r/min；快速移動電動機(jī)M3轉(zhuǎn)速為1360r/min。6/206/20

3．2．2結(jié)構(gòu)型式的選擇一般地說，金屬切削機(jī)床都采用通用系列的普通電動機(jī)。Y系列三相異步電動機(jī)是機(jī)床上常用的三相異步電動機(jī)。Y系列電動機(jī)是封閉自扇冷式籠型三相異步電動機(jī)，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(hù)等級為IP44，冷卻方式為IC0.141。因此，主軸電動機(jī)選擇Y160M-4型電動機(jī)；冷卻泵電動機(jī)采用專門的AOB-25系列油泵電機(jī)，由封閉自冷的三星異步電動機(jī)和單級離心泵組合而成，主要是給一般機(jī)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），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(jī)選擇通用的AOS5634型電動機(jī)。因此電動機(jī)的選擇如下：主軸電動機(jī)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(jìn)給冷卻泵電動機(jī)M2：型號AOB-25；容量90W；轉(zhuǎn)速3000r/min。作用：輸送冷卻液用刀架快速移動電動機(jī)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7/207/20

主要用作：三相異步電動機(jī)的過載保護(hù)由按鈕、接觸器、熱繼電器等組成的異步電動機(jī)直接起動控制電路熱繼電器的圖形和文字符號3．3．2交流接觸器KM交流接觸器圖形符號和文字符號3．3．3熔斷器作用：利用金屬的熔化來切斷電路，以保護(hù)電器，短路保護(hù)。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系列等熔斷器圖形符號和文字符號按鈕，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?。?，從而達(dá)到控制電動機(jī)或其他電氣設(shè)備運行目的的一種開關(guān)。3．3．5行程開關(guān)行程開關(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(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。9/209/20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(jī)床照明燈EL。型號：K-1，螺口規(guī)格：40W36V作用：機(jī)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(hù)主電路所以用：AM2-40、20A型的熔斷器。3．3．9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(jī)及電器元件明細(xì)表10/2010/20符號M1M2M3名稱符號名稱主電動機(jī)SB1SB2SB3SB4SB5SB6總停按鈕冷卻泵電動機(jī)主電動機(jī)正向點動按鈕主電動機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕快速移動電動機(jī)KM1主電動機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器KM2主電動機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器主電動機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕冷卻泵電動機(jī)停轉(zhuǎn)按鈕冷卻泵電動機(jī)起動按鈕KM短接限流電阻接觸器冷卻泵電動機(jī)起動接KM4TCFU(1~5)FR1控制變壓器觸器快移電動機(jī)起動接觸器KM3KA熔斷器主電動機(jī)過載保護(hù)熱繼中間繼電器電器冷卻泵電動機(jī)保護(hù)熱繼電器KT通電延時時間繼電器FR2快移電動機(jī)點動行程開關(guān)SQR限流電阻SAKSA開關(guān)ELTAQS照明燈速度繼電器電流表電流互感器隔離開關(guān)11/2011/20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(jī)。M1為主軸電動機(jī)，帶動主軸旋轉(zhuǎn)和刀架作進(jìn)給運動；M2為冷卻泵電動機(jī)，用來輸送切削液；M3為刀架快速移動電動機(jī)。4．1.1主電動機(jī)正反轉(zhuǎn)KM1與KM2分別為交流接觸器KM1與KM2的主觸頭。根據(jù)電氣控制基本知識分析可知，KM1主觸頭閉合、KM2主觸頭斷開時，三相交流電源將分別接入電動機(jī)的U1、V1、W1三相繞組中，M1主電動機(jī)將正轉(zhuǎn)。反之，當(dāng)KM1主觸頭斷開、KM2主觸頭閉合時，三相交流電源將分別接入M1主電動機(jī)的W1、V1、U1三相繞組中，與正轉(zhuǎn)時相比，U1與W1進(jìn)行了換接，導(dǎo)致主電動機(jī)反轉(zhuǎn)。4．1.2主電動機(jī)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(jìn)入電動機(jī)繞組，電動機(jī)繞組電壓將減小。如果KM3主觸頭閉合，則電源電流不經(jīng)限流電阻而直接接入電動機(jī)繞組中，主電動機(jī)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(jī)M1主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(jī)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電流表就可檢測到電動機(jī)繞組中的電流。12/2012/20

4．1.4電動機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控KS是和M1主電動機(jī)主軸同轉(zhuǎn)安裝的速度繼電器檢測元件，根據(jù)主電動機(jī)主軸轉(zhuǎn)速對速度繼電器觸頭的閉合與斷開進(jìn)行控制。主軸電動機(jī)由熱繼電器FR1作過載保護(hù)，熔斷器FU1作短路保護(hù)。4．1.5冷卻泵電動機(jī)電路冷卻泵電動機(jī)M2噴出冷卻液，實現(xiàn)刀具的冷卻，由接觸器KM4控制，熱繼電器FR2作為它的過載保護(hù)，熔斷器FU4作短路保護(hù)。4．1.6快移電動機(jī)電路刀架快速移動電動機(jī)M3接觸器KM3控制，由于是點動控制，故不設(shè)過載保護(hù),熔斷器FU5作短路保護(hù)。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，二次側(cè)有36V、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作控制電路短路保護(hù)。13/2013/20

圖14．2控制回路的設(shè)計1）主電動機(jī)點動控制按下SB2，KM1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KM1主觸頭閉合，由QS隔離開關(guān)引入的三相交流電源將經(jīng)KM1主觸頭、限流電阻接入主電動機(jī)M1的三相繞組中，主電動機(jī)M1串電阻減壓起動。一旦松開SB2，KM1線圈斷電，電動機(jī)M1斷電停轉(zhuǎn)。SB2是主電動機(jī)M2的點動控制按鈕。2）主電動機(jī)正轉(zhuǎn)控制按下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KM3閉合而使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14/2014/20KM1線圈通電。而7~9區(qū)的KM1常開輔助觸頭與KA常開輔助觸頭對SB3形成自鎖。主電路中KM主觸頭與KM1主觸頭閉合，電動機(jī)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(dá)，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(dá)時，電動機(jī)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)電流流入A電流表將繞組中電流值顯示在A表上。3）主電動機(jī)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KM2線圈通電。主電路中KM2、KM主觸頭閉合，電動機(jī)全壓反轉(zhuǎn)起動。KM1線圈所在支路與KM2線圈所在支路通過KM2與KM1常閉觸頭實現(xiàn)電氣控制互鎖。4）主電動機(jī)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(jī)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(jī)斷電降速，但由于正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動慣性，需較長時間才能降為零速。一旦松開SB1，則經(jīng)1、6、右KS、8、9，使KM2線圈通電。主電路中KM2主觸頭閉合，三相電源電流經(jīng)KM2使U1、W1兩相換接，再經(jīng)限流電阻R接入三相繞組中，在電動機(jī)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(jī)迅15/2015/20

速停車。在電動機(jī)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(jī)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(jī)斷電降速。一旦松開SB1，則經(jīng)1、6、左KS、2、3，使線圈KM1通電，電動機(jī)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(jī)迅速停車。5）冷卻泵電動機(jī)起?？刂瓢聪耂B6，線圈KM4通電，并通過KM4常開輔助觸頭對SB6自鎖，主電路中KM4主觸頭閉合，冷卻泵電動機(jī)M2轉(zhuǎn)動并保持。按下SB5，KM4線圈斷電，冷卻泵電動機(jī)M2停轉(zhuǎn)。6）快移電動機(jī)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，KM3線圈通電。主電路中KM3主觸頭閉合，驅(qū)動刀架快移的電動機(jī)M3起動。反向轉(zhuǎn)動刀架手柄復(fù)位，SQ行程開關(guān)斷開，則電動機(jī)M3斷電停轉(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36V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(hù)4．4電氣保護(hù)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。16/2016/20

（2）在控制箱外部進(jìn)行布線時，導(dǎo)線必須穿在導(dǎo)線通道內(nèi)或敷設(shè)在機(jī)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(jìn)行接線時，必須作到查出一根導(dǎo)線，套一根線號。（4）在進(jìn)行快速進(jìn)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(jī)不能啟動發(fā)生主軸電動機(jī)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(hù)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)象，KM1主觸點的接觸是否良好。（6）主軸電動機(jī)啟動后不能自鎖當(dāng)按下啟動按鈕后，主軸電動機(jī)能啟動運轉(zhuǎn)，但松開啟動按鈕后，主軸電動機(jī)也隨之停止。造成這種故障的原因是接觸器松脫或接觸不良。KM1的自鎖觸點的聯(lián)接導(dǎo)線（7）主軸電動機(jī)不能停止造成這種故障的原因多數(shù)為KM1的主觸點發(fā)生熔焊或停止按鈕擊穿所致。（8）電源總開關(guān)合不上17/2017/20

（9）指示燈亮但各電動機(jī)均不能啟動4．5機(jī)電設(shè)備的電氣位置圖4．6電