刨床電氣控制系統(tǒng)

1、刨床電氣控制系統(tǒng)目 錄前言11 刨床相關(guān)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(diǎn)42 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計42.1 硬件設(shè)計4 2.1.1 設(shè)計要求4 2.1.2 三相異步電動機(jī)的調(diào)速方式4 2.1.3 三相異步電動機(jī)的選擇及相關(guān)簡介7 2.1.4 其它元器件的選擇7 2.2 軟件設(shè)計8 2.2.1 CADe_SIMU軟件的簡介8 2.2.2 繪制圖形10 3 軟件仿真11參考文獻(xiàn)14致謝信15前言隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)力得到極大的開發(fā)與應(yīng)用。與此同時，刨床在生產(chǎn)機(jī)械起到越來越重要的作用。本次課程設(shè)計主要以電動機(jī)為控制對象，以繼電器和接觸器為組成機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)

2、構(gòu)，在電氣控制理論的指導(dǎo)下組成電氣控制系統(tǒng)，以達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 按照三相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)不同，分為鼠籠型三相異步電動機(jī)和繞線式三相異步電動機(jī)。本次課程設(shè)計采用繞線式三相異步電動機(jī)，通過轉(zhuǎn)子回路所串阻值的不同實(shí)現(xiàn)調(diào)速機(jī)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(qiáng)的系統(tǒng)性、實(shí)踐性和工程背景，刨床電氣控制系統(tǒng)課程設(shè)計的目的在于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)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(shè)計問題，使學(xué)生建立正確的設(shè)計思想，掌握工程設(shè)計的一般程序、規(guī)范和方法，提高學(xué)生調(diào)查研究、查閱文獻(xiàn)及正確實(shí)用技術(shù)資料、標(biāo)準(zhǔn)、手冊等工具書的能力，理解分析、制定設(shè)計方案的能力，設(shè)計繪圖能力，編寫設(shè)計說明書的能

3、力。 我們在設(shè)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(guān)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(diào)整的工作臺上或夾在工作臺上的平口鉗內(nèi)，利用刨刀的直線往復(fù)運(yùn)動（切削運(yùn)動）和工作臺的間歇移動（進(jìn)刀運(yùn)動）進(jìn)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以內(nèi)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型牛頭刨床；大型牛頭刨床可以加工長度為4001000mm的工件，如B665型和B6

4、9O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6.3m20m，可用幾把刨刀同時刨削，生產(chǎn)率比較高。龍門刨床是利用工作臺的直接往復(fù)運(yùn)動（切削）和刨刀的間歇移動（進(jìn)刀運(yùn)動）來進(jìn)行刨削加工的，按結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)上看，其形體大，結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，剛性好，從機(jī)床運(yùn)動上看，龍門刨床的主運(yùn)動是工作臺的直線往復(fù)運(yùn)動，而進(jìn)給運(yùn)動則是刨刀的 橫向或垂直間歇運(yùn)動，這剛好與牛頭刨床的運(yùn)動相反。龍門刨床主要用來加工大

5、平面，尤其是長而窄的平面，一般可刨削的工件寬度達(dá)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(dǎo)軌上作橫向進(jìn)給運(yùn)動，以刨削工件的水平面;立柱上的側(cè)刀架，可沿立柱導(dǎo)軌作垂直進(jìn)給運(yùn)動，以刨削垂直面。刀架亦可偏轉(zhuǎn)一定角度以刨削斜面。橫梁可沿立柱導(dǎo)軌上下升降，以調(diào)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，主要是用來加工工件的內(nèi)表面。它的結(jié)構(gòu)與牛頭刨床幾乎完全一樣，不同點(diǎn)主要是插床的插刀在垂直方向上作直線往復(fù)運(yùn)動（切削運(yùn)動），工作臺除了能作縱、橫方向的間歇進(jìn)刀運(yùn)動外，還可以

6、在圓周房間上做間歇的回轉(zhuǎn)進(jìn)刀運(yùn)動。1.2 刨床的切削原理滑枕帶著刨刀，作直線住復(fù)運(yùn)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(chǎn)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(yùn)動，大多采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)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(yùn)動?；淼姆祷匦谐趟俣却笥诠ぷ餍谐趟俣取Ｓ捎诓捎脝稳信俚都庸?，且在滑枕回程時不切削，牛頭刨床的生產(chǎn)率較低。機(jī)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(fù)運(yùn)動，刀架可在垂直面內(nèi)回轉(zhuǎn)一個角度，并可手動進(jìn)給，工作臺帶著工件作間歇的橫向或垂直進(jìn)給運(yùn)動，常用于加工平面、溝槽和

7、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(jī)構(gòu)，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(diǎn)刨床是用刨刀對工件的平面、溝槽或成形表面進(jìn)行刨削的機(jī)床。刨床是使刀具和工 刨床 件之間產(chǎn)生相對的直線往復(fù)運(yùn)動來達(dá)到刨削工件表面的目的。在刨床上可以刨削水平面、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(chǎn)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(jìn)行刨削的直線運(yùn)動機(jī)床。特點(diǎn)：通用性好 可

8、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(chǎn)率低 往復(fù)運(yùn)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1.66.3m但在龍門刨床上用寬刀細(xì)刨，Ra為0.40.8m2 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計2.1硬件設(shè)計2.1.1 設(shè)計要求當(dāng)按下啟動的SB1，電機(jī)以正轉(zhuǎn)的中速運(yùn)行。模擬刨床的正常切削階段。刨床的前進(jìn)減速，前進(jìn)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(guān)來模擬刨床的行程過程。（把鈕子開關(guān)用作行程開關(guān)的作用）。所以鈕子開關(guān)在模擬的狀態(tài)都是立即置位復(fù)位的過程。當(dāng)給定前進(jìn)減速的信號K1迅速置ON再置OFF，電機(jī)從正轉(zhuǎn)中速狀態(tài)切入正轉(zhuǎn)低速狀態(tài)，刨

9、床進(jìn)入刨刀開始切入工件階段。當(dāng)給定前進(jìn)減速的信號，K2迅速置ON再置OFF，電機(jī)從正轉(zhuǎn)低速狀態(tài)進(jìn)入反轉(zhuǎn)中速狀態(tài)。模擬刨床的正常切削階段。當(dāng)給定電機(jī)后退減速的信號，把K3迅速置ON再置OFF，電機(jī)從反轉(zhuǎn)中速進(jìn)入反轉(zhuǎn)低速狀態(tài)。模擬刨床低速返回階段。當(dāng)在給定后退換向的信號把K7置ON立即置OFF，電機(jī)從反轉(zhuǎn)低速進(jìn)入正轉(zhuǎn)中速狀態(tài)。這時就形成了循環(huán)往復(fù)的工作過程。SB3正轉(zhuǎn)點(diǎn)動，,SB4反轉(zhuǎn)點(diǎn)動高速狀態(tài)是電機(jī)高速進(jìn)入和返回階段的模擬狀態(tài)。K5,K6模擬后退極限和前進(jìn)極限的信號給定，分別起保護(hù)刨床刨刀的作用。當(dāng)刨刀在運(yùn)行過程中，碰到刨床的極限位，電機(jī)會自動停止，起到保護(hù)刨床刨刀工件的作用。2.1.2 三相

10、異步電動機(jī)的調(diào)速方式按照課程設(shè)計要求，在電動機(jī)運(yùn)動過程中出現(xiàn)三種速度的自動切換，由此可得應(yīng)首先選擇電動機(jī)的不同調(diào)速方式。通過相關(guān)知識可以得到三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式為：n=60f/p(1-s)，從上式可見，改變供電頻率f、電動機(jī)的極對數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s均可達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的，故此主要由七種調(diào)速方式：1、 變極對數(shù)調(diào)速方法 這種調(diào)速方法是用改變定子繞組接紅方式來改變籠型電動機(jī)定子極對數(shù)達(dá)到調(diào)速目，特點(diǎn)如下： 具有較硬機(jī)械特性，穩(wěn)定性良好； 無轉(zhuǎn)差損耗，效率高； 接線簡單、控制方便、價格低； 有級調(diào)速，級差較大，不能獲平滑調(diào)速； 可以與調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器配合使用，獲較高效率平滑調(diào)速特性。 2、 變

11、頻調(diào)速方法 變頻調(diào)速是改變電動機(jī)定子電源頻率，改變其同步轉(zhuǎn)速調(diào)速方法。其特點(diǎn)： 效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗； 應(yīng)用范圍廣，可用于籠型異步電動機(jī)； 調(diào)速范圍大，特性硬，精度高； 技術(shù)復(fù)雜，造價高，維護(hù)檢修困難。 三、串級調(diào)速方法 串級調(diào)速是指繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)附加電勢來改變電動機(jī)轉(zhuǎn)差，達(dá)到調(diào)速目。大部分轉(zhuǎn)差功率被串入附加電勢所吸收，再利用產(chǎn)生附加裝置，把吸收轉(zhuǎn)差功率返回電網(wǎng)或轉(zhuǎn)換能量加以利用。 其特點(diǎn)為： 可將調(diào)速過程中轉(zhuǎn)差損耗回饋到電網(wǎng)或生產(chǎn)機(jī)械上，效率較高； 裝置容量與調(diào)速范圍成正比，投資省，適用于調(diào)速范圍額定轉(zhuǎn)速7090生產(chǎn)機(jī)械上； 調(diào)速裝置故障時可以切換至全速運(yùn)行，避免

12、停產(chǎn)； 晶閘管串級調(diào)速功率因數(shù)偏低，諧波影響較大。 4、 繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法 繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動機(jī)轉(zhuǎn)差率加大，電動機(jī)較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。串入電阻越大，電動機(jī)轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗電阻上。屬有級調(diào)速，機(jī)械特性較軟. 5、 定子調(diào)壓調(diào)速方法 當(dāng)改變電動機(jī)定子電壓時，可以到一組不同機(jī)械特性曲線，獲不同轉(zhuǎn)速。電動機(jī)轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，最大轉(zhuǎn)矩下降很多，其調(diào)速范圍較小，使一般籠型電動機(jī)難以應(yīng)用。擴(kuò)大調(diào)速范圍，調(diào)壓調(diào)速應(yīng)采用轉(zhuǎn)子電阻值大籠型電動機(jī)，如專供調(diào)壓調(diào)速用力矩電動機(jī)，繞線式電動機(jī)上串聯(lián)頻敏電阻。擴(kuò)大穩(wěn)定運(yùn)行范圍，當(dāng)調(diào)速2：1以上

13、場合應(yīng)采用反饋控制以達(dá)到自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目。 調(diào)壓調(diào)速主要裝置是一個能提供電壓變化電源，目前常用調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。晶閘管調(diào)壓方式為最佳。調(diào)壓調(diào)速特點(diǎn)：調(diào)壓調(diào)速線路簡單，易實(shí)現(xiàn)自動控制； 調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗轉(zhuǎn)子電阻中，效率較低。 6、 電磁調(diào)速電動機(jī)調(diào)速方法 電磁調(diào)速電動機(jī)由籠型電動機(jī)、電磁轉(zhuǎn)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(dǎo)通角，可以改變勵磁電流大小。 電磁調(diào)速電動機(jī)調(diào)速特點(diǎn)：裝置結(jié)構(gòu)及控制線路簡單、運(yùn)行可靠、維修方便；調(diào)速平滑、無級調(diào)速;對電網(wǎng)無諧影響；速度失大

14、、效率低。 7、 液力耦合器調(diào)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(dāng)泵輪原動機(jī)帶動下旋轉(zhuǎn)時，處于其中液體受葉片推動而旋轉(zhuǎn)，離心力作用下泵輪外環(huán)進(jìn)入渦輪時，就同一轉(zhuǎn)向上給渦輪葉片以推力，使其帶動生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。液力耦合器動力轉(zhuǎn)輸能力與殼內(nèi)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(zhuǎn)速，作到無級調(diào)速.其特點(diǎn)為： 1、功率適應(yīng)范圍大，可滿足從幾十千瓦至數(shù)千千瓦不同功率需要； 2、結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，使用及維修方便，且造價低； 3、控制調(diào)節(jié)方便，容易實(shí)現(xiàn)自動控制。2.1.3 三相異步電動機(jī)的選擇及相關(guān)簡介

15、 三相異步電動機(jī)，按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類電動機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為鼠籠型異步電動機(jī)和繞線型異步電動機(jī)。按照課程設(shè)計要求，本次課程設(shè)計采用繞線式三相異步電動機(jī)，通過改變轉(zhuǎn)子回路串接阻值的不同，實(shí)現(xiàn)調(diào)速機(jī)制。下面是繞線式異步電動機(jī)的簡介： 繞線式三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子的繞組和定子繞組相似,中型電動機(jī)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(zhuǎn)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(jī)轉(zhuǎn)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(yīng)電勢較大,轉(zhuǎn)子繞組對地絕緣需絕緣.繞線式異步電動 機(jī)常用啟動方法：繞線式異步電動機(jī)啟動時通常采用直接啟動.轉(zhuǎn)子串電阻啟動,或者是采

16、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(shè)計，所選器材為以下主要幾種：熔斷器(FU):數(shù)量為5個；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(guān)（QS）：數(shù)量為1個；按鈕開關(guān)（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(yīng)用CADE_SIMU這一款繪圖仿真軟件來設(shè)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(shí)現(xiàn)電路仿真?，F(xiàn)對該軟件的使用方法和步驟進(jìn)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(yīng)每種器件還有多種類型，并做成工具條

17、提供使用，是該軟件最突出的特點(diǎn)，也是該軟件和其他軟件相比較體現(xiàn)出的最大好處。1、 介面元器件菜單二、繪圖與仿真1、繪圖在器件菜單中選用合適的器件，點(diǎn)擊一下器件，鼠標(biāo)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(shè)置鼠標(biāo)左雙擊元件彈出對話框設(shè)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(dǎo)線 連線時注意光標(biāo)前的小黑點(diǎn)要放在元件的連接點(diǎn)上4、仿真仿真按鈕見下圖單擊運(yùn)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(fù)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

18、，不要選擇以下保存類型2.2.2 繪制圖形使用該軟件對設(shè)計方案電路圖形進(jìn)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(guān)，對電路供電和短路保護(hù)作用。FU為熔斷器對線路進(jìn)行過載和短路保護(hù)。FR為熱繼電器，主要用來對異步電動機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)。不同的阻值連接方式實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的調(diào)速功能，SB為停止按鈕，SB1為啟動按鈕，實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)中速；SB2為反轉(zhuǎn)按鈕，實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)低速到反轉(zhuǎn)中速的轉(zhuǎn)換；SB3為反轉(zhuǎn)低速按鈕；SB4為反轉(zhuǎn)高速點(diǎn)動按鈕；SB5為正轉(zhuǎn)極限位按鈕；SB6為反轉(zhuǎn)極限位按鈕；SB7為正轉(zhuǎn)低速按鈕；SB8為正轉(zhuǎn)點(diǎn)動按鈕。 KM1線圈及相關(guān)觸頭為正轉(zhuǎn)配置； KM2線圈及相關(guān)觸頭為反轉(zhuǎn)配置 ； K

19、M3線圈及相關(guān)觸頭為慢速配置 ； KM4線圈及相關(guān)觸頭為中速配置 ； KM5線圈及相關(guān)觸頭為高速配置。KA為中間繼電器線圈，相關(guān)觸頭為長動控制。3 軟件仿真 使用該軟件進(jìn)行仿真，并根據(jù)設(shè)計要求可以得到以下結(jié)果：（1） 按下啟動按鈕SB1，電機(jī)正轉(zhuǎn)中速: 由圖可得，當(dāng)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(jī)正轉(zhuǎn)；同時，KM4線圈得電，相應(yīng)觸頭閉合，實(shí)現(xiàn)中速。故此可知，當(dāng)按下啟動按鈕SB1時，電機(jī)正轉(zhuǎn)中速。（2） 按下按鈕SB7，電機(jī)正轉(zhuǎn)低速:由圖可得，當(dāng)按下按鈕SB7后，KM3線圈得電，相對應(yīng)的觸頭發(fā)生變化；同時KM1線圈和KA線圈不變，故此實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)

20、中速到正轉(zhuǎn)低速的轉(zhuǎn)變。（3） 當(dāng)按下按鈕SB2時，電機(jī)反轉(zhuǎn)中速: 由圖可得，當(dāng)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(jī)反轉(zhuǎn)，自鎖觸頭閉合，互鎖觸頭斷開；而且KM4線圈保持不變，其相應(yīng)觸頭不變，故此，可以得到反轉(zhuǎn)中速，從而實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)低速到反轉(zhuǎn)中速的轉(zhuǎn)變。（4） 按下按鈕S時，電機(jī)反轉(zhuǎn)低速: 當(dāng)按下按鈕S時，KM3線圈得電，主觸頭閉合實(shí)現(xiàn)低速，其它相應(yīng)觸頭發(fā)生變化。而且，KM2線圈保持不變，相應(yīng)觸頭保持不變。由此可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)中速到反轉(zhuǎn)低速的轉(zhuǎn)換。（5） 按下按鈕SB4，電機(jī)處于反轉(zhuǎn)高速點(diǎn)動狀態(tài)如圖所示，當(dāng)按下按鈕SB4時，KM5線圈得電，主觸頭閉合實(shí)現(xiàn)電機(jī)高速轉(zhuǎn)動，同時，KM2線圈保持不變，其相應(yīng)觸頭不變，由此實(shí)現(xiàn)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)動狀態(tài)。（6） 按下按鈕SB3，電機(jī)正轉(zhuǎn)點(diǎn)動狀態(tài) 如圖所示，當(dāng)按下SB8時，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)點(diǎn)動