機床電氣控制課程設(shè)計

1、機床電氣控制技術(shù)大作業(yè)題目:專業(yè)名稱：班級:學(xué)號:姓名:指導(dǎo)教師：成績:日期：2017年6月4日目錄引 言 11 鉆鏜組合機床設(shè)計 21.1 組合機床發(fā)展史 21.2 組合機床加工方式 22 組合機床的電氣控制線路設(shè)計 32.1 選擇并確定控制方案 32.1.1 機械動力滑臺控制線路 32.2.2 液壓動力滑臺控制線路 32.2 確定機床的工作循環(huán) 42.3 確定液壓動力華滑臺統(tǒng)的工作過程 42.4 機床電氣控制線路設(shè)計 52.4.1 電動機控制電路 52.4.2 液壓動力滑臺控制 62.4.3 保護與調(diào)節(jié)環(huán)節(jié) 62.4.4 繪制電氣控制原理圖 63 電氣元件的選擇 83.1 電動機 M 83

2、.2 電源引入開關(guān) Q 83.3 熱繼電器 FR 選用 83.4 壓力繼電器 KP 93.5 中間繼電器 KA1 93.6 熔斷器 FU1 93.7 接觸器 KM1 103.8 控制變壓器 T1 103.9 行程開關(guān) SQ1 113.10 控制開關(guān) SB1 11參考文獻 12II引言隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展， 國民經(jīng)濟各個部門迫切需要各種各樣的質(zhì) 量 優(yōu)、性能好、能耗低、價格廉的機床產(chǎn)品。其中，產(chǎn)品設(shè)計是決定產(chǎn)品性能、質(zhì)量、 水平、市場競爭能力和經(jīng)濟效益的重要環(huán)節(jié)。 產(chǎn)品的設(shè)計包括電氣系統(tǒng)系統(tǒng)的功能分析、 工作原方案設(shè)計和傳動方案設(shè)計等。這些設(shè)計內(nèi)容可作為機電傳動課程設(shè)計的內(nèi)容。很 明

3、顯，機電系統(tǒng)設(shè)計本身如果存在問題，常常屬于根本性的問題，可能造成機床的災(zāi)難 性的失誤。因此我們必須重視對學(xué)生進行機電傳動設(shè)計能力的培養(yǎng)。作為一種高效率的專用機床，組合機床在大批、大量機械加工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。本 次課程設(shè)計將以組合機床電氣傳動系統(tǒng)設(shè)計為例， 介紹該組合機床電氣傳動系統(tǒng)的設(shè) 計方法和設(shè)計步驟，其中包括組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)的工況分析、主要參數(shù)確定、 液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)原理圖的擬定、元件的選擇以及系統(tǒng)性能驗算等。組合機床是以通用部件為基礎(chǔ)， 配以按工件特定外形和加工工藝設(shè)計的專用部件 和 夾具而組成的半自動或自動專用機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多 面或多工位同時加工的

4、方式，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。組合機床兼有低成 本和 高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。 組合機 床通常采用多軸、多刀、多面、多工位同時加工的方式，能完成鉆、擴、鉸、 鏜孔、攻 絲、車、銑、磨削及其他精加工工序，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。 液壓系統(tǒng) 由于具有結(jié)構(gòu)簡單、動作靈活、操作方便、調(diào)速范圍大、可無級連讀調(diào)節(jié)等 優(yōu)點，在組 合機床中得到了廣泛應(yīng)用。1 鉆鏜組合機床設(shè)計1.1 組合機床發(fā)展史二十世紀(jì) 70 年代以來，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀具自 動補償技術(shù)的發(fā)展，組合機床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達(dá) 0

5、.05 毫 米/1000毫米，表面粗糙度可低達(dá)2.50.63微米；鏜孔精度可達(dá)IT76級，孔距精度 可達(dá)0.03O.02微米。專用機床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機床中 某些部件因重復(fù)使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機床。最早的組合機床是 1911 年在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，各機床制造 廠都有各自的通用部件標(biāo)準(zhǔn)。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶使用 和維修， 1953年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協(xié)商，確定了組合機床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則， 即嚴(yán)格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸， 但對部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。1.2 組合機床加工方式組合機床一

6、般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生 產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù) 需要靈活配置，能縮短設(shè)計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的 優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。組合機床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀 具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具與工件的相對進給運動，來實現(xiàn)鉆孔。擴孔、鉸孔、鏜孔、銑削平 面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。 有的組合機床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)， 由刀具作進給運動，也可實現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)類零件的外圓和端面的加工。2 組合機床的電氣控制線路設(shè)計2.1 選擇

7、并確定控制方案組合機床通常是采用多刀、多面、多工序、多工位同時加工，由通用部件和專用部 件組成的工序集中的高效率專用機床。 它的電氣控制線路是將各個部件組合成一個統(tǒng)一 的循環(huán)系統(tǒng)。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、銑削及磨削等 工序。組合機床用于大批量生產(chǎn)。組合機床的控制系統(tǒng)大多采用機械、液壓或氣動、電氣相結(jié)合的控制方式。其中，電氣 控制又起著中樞連接的作用。因此，應(yīng)注意分析組合機床電氣控制系統(tǒng)與機械、液壓或 氣動部分的相互關(guān)系。組合機床組成部件不是一成不變的，它將隨著生產(chǎn)力的向前發(fā)展而不斷更新，因此 與其相適應(yīng)的電氣控制線路也隨著更新?lián)Q代，目前主要有以下兩種：機械動力滑臺控

8、制線路機械動力滑臺和液壓動力滑臺都是完成進給運動的動力部件， 兩者區(qū)別僅在于進給 的驅(qū)動方式不同。 動力滑臺與動力頭相比較， 前者配置成的組合機床較動力頭更為靈活。 在動力頭上只能安裝多軸箱，而動力滑臺還可以安裝各種切削頭組成的動力頭，用來組 成臥式、立式組合機床，以完成鉆、擴、鉸、鏜、刮端面、倒角和攻螺紋等工序，安裝 分級進給裝置后， 也可用來鉆深孔。一般機械動力滑臺由滑臺、 機械滑座及雙電動機 （快 速電動機和進給電動機）傳動裝置三部分組成?；_進給運動的自動循環(huán)是通過傳動裝 置將動力傳遞給絲桿來實現(xiàn)的。液壓動力滑臺控制線路液壓動力滑臺與機械動力滑臺在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別在于： 液壓動力滑臺的進給

9、運動的借 助壓力油通過液壓缸的前腔和后腔來實現(xiàn)的。液壓動力滑臺由滑臺、滑座及液壓缸三部 分組成，液壓缸驅(qū)動滑臺在滑座上移動。液壓動力滑臺也具有前面機械動力滑臺的典型 自動工作循環(huán)過程，它是通過電氣控制線路控制液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)的。滑臺的工進速度是 通過調(diào)整節(jié)流調(diào)速閥進行無級調(diào)速的。電氣控制一般采用行程原則、時間原則控制方式 及壓力控制方式。組合機床電氣控制系統(tǒng)總的特點， 是它的基本電路可根據(jù)通用部件的典型控制電路和一些基本控制環(huán)節(jié)組成，再按加工、操作要求以及自動循環(huán)過程，無須或只要作少量 修改綜合而成。本設(shè)計分析對象是由一個液壓動力滑臺和兩個銑削動力頭來實現(xiàn)兩面加工的組合 機床電氣控制電路。2.2

10、確定機床的工作循環(huán)加工時，工件隨夾具安裝在液壓動力滑臺上，當(dāng)發(fā)出加工指令后，工作臺作快速進 給，工作接近動力頭時，工作臺改為工作進給速度進給，同時，左銑削動力頭啟動加工, 當(dāng)進給到一定位置時，右動力頭也啟動兩面同時加工，直至終點時工作進給停止，兩動 力頭停轉(zhuǎn)，經(jīng)死擋鐵停留后，液壓動力滑臺快速退回原位并停止，工作循環(huán)結(jié)束。2.3確定液壓動力華滑臺統(tǒng)的工作過程根據(jù)設(shè)計任務(wù)和工況分析，所設(shè)計機床對調(diào)速范圍、低 速穩(wěn)定性有一定要求，因 此速度控制是該機床要解決的主要問題。速度的換接、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機床液壓系統(tǒng)設(shè)計的核心。此外，與所有液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求 一樣，該組合機床液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可 能結(jié)構(gòu)簡單，成本

11、低，節(jié)約能源，工作可靠。采用液控順序閥實現(xiàn)低壓大流量泵卸荷，用溢流閥調(diào)整高壓小流量泵的供油壓力。 為了便于觀察和調(diào)整壓力，在液壓泵的出口處、背壓閥和液壓缸無桿腔進口處設(shè)測壓點。 將上述所選定的液壓回路進行整理歸并，并根據(jù)需要作必要的修改和調(diào)整，最后畫出液壓系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示。項目電池鐵1YA2YA3YA4YA5YA夾緊+快進上差動）+一+ 1工進+快退+ 1松開-圖2-1（ a）電磁鐵動作順序表6SYA174?12圖2-1(b)液壓系統(tǒng)原理圖1單向變量泵2 壓力表3 安全閥4、9單向閥5、8、10二位二通電磁換向閥6 壓力繼電器7三位五通電磁換向閥11 溢流閥12 過濾嘴2.4機床電氣控

12、制線路設(shè)計電動機控制電路M1為液壓泵電動機，操作按鈕 SB2或SB1,使KM1得電或失電，控制電動機啟動或 停止。機床所有的操作都必須在液壓泵電動機啟動以后進行。 SA1為機床半自動工作與 調(diào)整工作的選擇開關(guān)。SA1開關(guān)置于A位置時機床實現(xiàn)半自動工作，左、右銑削動力頭 的電動機M2與M3分別由滑臺移動到位，壓下行程開關(guān)SQ2與 SQ3使KM2 KM3得電并自鎖，M2 M3分別啟動工作。加工到終點時，滑臺壓下終點行程開關(guān)SQ4使KM2 KM3斷電，兩動力頭停轉(zhuǎn)。2.4.2 液壓動力滑臺控制液壓泵電動機啟動工作后，按下按鈕 SB3繼電器KA1得電并自鎖，電磁鐵YV1得 電，控制液壓滑臺快速趨近，至

13、滑臺壓下行程閥，滑臺轉(zhuǎn)為工作進給速度進給。工作進 給至終點，死擋鐵停留，進油路油壓升高，到壓力繼電器 KP 動作。 KA1 失電，電磁鐵 YV1失電，同時KA2得電，電磁鐵YV2得電，滑臺快速退回到原位，壓下原位行程開關(guān) SQ1 KA2失電，YV2失電，滑臺停在原位，一個工作循環(huán)結(jié)束。機床照明燈EL通過控制變壓器T1降壓為24V，由開關(guān)SA2控制。2.4.3 保護與調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)熔斷器FU1用于對電動機M1,變壓器T1、T2 一次側(cè)進行短路保護；FU2用于對電 動機M2 M3短路保護，F(xiàn)U3用于對電磁鐵線圈電路短路保護，F(xiàn)U4用于對控制電路短路 保護，F(xiàn)U5用于對照明電路短路保護。三臺電動機的過載保

14、護分別由FR1、FR2 FR3熱繼電器實現(xiàn)，為了保護刀具與工件 安全，當(dāng)其中一臺電動機過載時，要求其余兩臺電動機均應(yīng)停止工作。因此，熱繼電器 的常閉觸點均應(yīng)接在控制電路的總電路中。組合機床是由通用部件和專用部件組成。組合機床在整機的安裝、調(diào)試過程中，希 望各部件能靈活方便地進行單獨調(diào)試，而不影響其它部件。因此，控制電路應(yīng)具有對自 動加工與調(diào)整工作狀態(tài)的控制作用。左、右動力頭調(diào)整點動對刀時，通過操作轉(zhuǎn)換開關(guān) SA1 于調(diào)整位置 M ，分別按下 按鈕SB7 SB8實現(xiàn)左、右動力頭點動對刀的調(diào)整。液壓動力滑臺前進、后退的調(diào)整是將 SA1開關(guān)置于M位置，切斷KM2 KM3線圈電 路，使滑臺移動到SQ2

15、 SQ3位置時，左、右銑削動力頭不應(yīng)起動工作。按下點動按鈕 SB5 SB6分別使KA1 KA2得電，獲得滑臺前進與后退的點動調(diào)整工作。2.4.4 繪制電氣控制原理圖根據(jù)各局部線路之間的相互關(guān)系和電氣保護線路，完成電氣控制原理圖，如圖 2-2所示。電氣控制原理圖3 電氣元件的選擇本設(shè)計所使用電氣元件均為標(biāo)準(zhǔn)電氣元件， 因此只需確定各電氣元件的主要參數(shù)和規(guī) 格，然后根據(jù)現(xiàn)有的電氣元件產(chǎn)品進行選擇即可。3.1 電動機 M合理地選擇電動機是指從驅(qū)動機床的具體對象、加工規(guī)范，也就是要從機床的使用 條件出發(fā)，即從經(jīng)濟、合理、安全等多方面考慮，使電動機能夠安全可靠地運行。液壓泵電動機單向旋轉(zhuǎn)，要能夠保證機床

16、液壓滑臺快進、快退、工進等運動狀態(tài)準(zhǔn) 確的完成。考慮到以上情況，所以選擇液壓泵電動機 M的型號為丫132-4,額定功率為7.5kW, 額定電壓為380V，額定電流為15.8A，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min。3.2 電源引入開關(guān) Q開關(guān)選用原則：1 ）開關(guān)的額定工作電壓線路額定電壓；2 ）開關(guān)的額定電流線路負(fù)載電流；3 ）有熱繼電器裝置的開關(guān)，其熱繼電器整定電流應(yīng)當(dāng)與所控制負(fù)載額定電流一致；4 ）有電磁繼電器裝置的開關(guān)，其電磁繼電器瞬時整定電流應(yīng)不小于負(fù)載電路正常 工作峰值電流；5 ）有欠電壓繼電器裝置的開關(guān)，其欠電壓繼電器額定電壓就不小于線路額定電壓。Q 主要作為電源隔離開關(guān)用，并不用它來直接

17、啟停電動機，可按電動機額定電流來 選。中、小型機床常用組合開關(guān)，選用 HZ10-25/3型，額定電流為25A，為三級組合 開關(guān)。3.3 熱繼電器 FR 選用1 ）用做斷相保護時，對 丫接法應(yīng)使用一般不帶斷相保護裝置的兩相或三相熱繼電器。對接法應(yīng)使用帶斷相保護裝置的繼電器2 ）用做長期工作保護或間斷長期保護時，根據(jù)電動機啟動時間，選取 6倍的額定 電流（ 6IN ）以下具有可返回時間的熱繼電器。其額定電流或熱元件整定電流應(yīng)等于或 大于電動機或被保護電路的額定電流。 繼電器熱元件的整定值一般為電動機或被保護電 路額定電流的11.15倍。液壓泵電動機M1的額定電流為15.8A，所以FR1應(yīng)選用JR1

18、6B-20/3型熱繼電器, 其額定電流為20A,熱元件額定電流為16A,刻度電流調(diào)節(jié)范圍為1016A工作時將額 定電流調(diào)整為 15.8A。同理，F(xiàn)R2 FR3應(yīng)選用JR16B-20/3型熱繼電器，其額定電流為20A,熱元件電流 為3.5A，整定電流調(diào)節(jié)范圍為2.23.5A，工作時將額定電流調(diào)整為2.67A。3.4 壓力繼電器 KP應(yīng)選用 JZ7-44 型中間繼電器作為壓力繼電器，額定電流 5A。3.5 中間繼電器 KA1選用原則是：根據(jù)被控制電路的電壓等級，所需觸點數(shù)量、種類和容量等要求來選 擇。應(yīng)選用 JZ7-44 型中間繼電器，額定電流 5A。3.6 熔斷器 FU1選用原則：正確選用熔斷器

19、（熔斷器和其熔體）才能起到保護作用。一般情況下應(yīng) 先選擇熔體的規(guī)格，再根據(jù)熔體的規(guī)格來確定熔斷器的規(guī)格。其選用的一般原則如下：1 ）熔體額定電流的選用：對負(fù)載電流比較平穩(wěn)，沒有沖擊電流的短路保護，熔體額定電流等于或稍大于負(fù)載工作電流；用于單臺電動機短路保護時，熔體額定電流 =（1.52.5 ）X電動機額定電 流；用于多臺電動機短路保護時，熔體額定電流 =（1.52.5 ）X額定功率最大的一臺 電動機額定電流 +其余電動機額定電流總和。其中系數(shù)大小的選取原則為：電動機功率越大，系數(shù)選取值越大；相同功率時，啟 動電流越大，系數(shù)選得越大。2)熔斷器選用:熔斷器的額定電壓不得小于線路的工作電壓；熔斷器

20、的額定電流不得小于所裝熔體的額定電流。FU1用于對電動機M1,變壓器T1、T2 次側(cè)進行短路保護。其熔體電流為1 15.8A， 可選用RL1 60型熔斷器，配20A的熔體。2.6772.67-2.5FU2用于對電動機M2 M3短路保護。其熔體電流為：=8.54 A，可選用RL1-15型熔斷器，配10A的熔體。FU3用于對電磁鐵線圈電路短路保護，F(xiàn)U4用于對控制電路短路保護，F(xiàn)U5用于對照 明電路短路保護。可選用 RL1-15型熔斷器，配4A的熔體。3.7接觸器KM1選用原則：1 )根據(jù)所控制的電動機及負(fù)載電流類別選用接觸器的類型；2 )接觸器的主觸點額定電壓應(yīng)大于等于負(fù)載回路額定電壓；3 )接

21、觸器的主觸點額定電流應(yīng)大于等于負(fù)載回路額定電流；4 )根據(jù)吸引線圈的額定電壓選用不同種類接觸器。接觸器吸引線圈分交流線圈(36V, 110V, 127V, 220V, 380V)和直流線圈(24V, 48V, 110V, 220V, 440V)兩種。接觸器KM1根據(jù)液壓泵電動機M的額定電流le = 15. 8A，控制回路電源為127V, 需主觸點三對，動合輔助觸點兩對，動斷輔助觸點一對等情況，選用CJ10-20型接觸器，電磁線圈電壓為127V。3.8控制變壓器T1變壓器最大負(fù)載時KM1 KM2及 KM3同時工作，可得：Pb - K/ Pxc =1.2 (12 2 3.3)VA = 32.76VA由計算得:10Pb _0.6 Pxc 1.5、PsT =0.6 (12 2 3.3) 1.5 12 = 34.38VA可知變壓器的