教學型數(shù)控車床電氣設計機電一體化

32/32““中央廣播電視大學人才培養(yǎng)模式改革和開放教育"機電一體化專業(yè)專科畢業(yè)論文（設計）論文題目:教學型數(shù)控車床電氣設計學校名稱：呼和浩特市廣播電視大學

呼和浩特市廣播電視大學畢業(yè)設計(論文)開題報告表課題名稱教學型數(shù)控車床電氣設計課題來源現(xiàn)場課題類型導師學生姓名學號專業(yè)機電一體化一．選題背景及意義數(shù)控技術(shù)是以數(shù)字量編程實現(xiàn)控制機械或其他設備自動工作的技術(shù)。如果一種設備的控制過程是以數(shù)字形式來描述的，其工作過程是可編程序的并能在程序控制下自動進行,那么這種設備就稱為數(shù)控設備。作者根據(jù)數(shù)控工作要求編制數(shù)控程序,并將數(shù)控程序記錄在控制介質(zhì)上。數(shù)控程序經(jīng)數(shù)控設備的輸入接口輸入數(shù)字控設備，控制系統(tǒng)按程序控制設備完成工作任務。數(shù)控機床是典型的數(shù)控設備,它的生產(chǎn)和發(fā)展是數(shù)控技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的重要標志。數(shù)控技術(shù)是以數(shù)字量編程實現(xiàn)控制機械或其他設備自動工作的技術(shù)。當前，社會經(jīng)濟也科學技術(shù)的發(fā)展與競爭，使機械產(chǎn)品趨精密、復雜，而且產(chǎn)品的生命周期縮短，改型頻繁。這不僅對機床設備提出精度與效率的要求，也提出了通用性與靈活性的要求。特別是航空、造船、武器、模具生產(chǎn)等工業(yè)部門,所加工零件具有精度高、形狀復雜、經(jīng)常變動的特點。使用普通機床加工這類零件，不僅勞動強度大、生產(chǎn)效率低，而且還難以保證精度,有些零件甚至無法加工.機床數(shù)控系統(tǒng)的出現(xiàn)較好的解決了復雜、精密、多變的零件加工問題,它是機床控制技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。隨著電子、自動化、計算機、精密機械、測量及人工智能技術(shù)的發(fā)展，機床的數(shù)控系統(tǒng)也在迅速發(fā)展和演變，以適應社會生產(chǎn)的需要.二．設計目的本方案用于實驗所需的數(shù)控機床.主要用于學校、工廠、以及科研所用，可用于數(shù)控機床,數(shù)控編程,數(shù)控原理實驗與培訓。本課題是要求在指導的情況下通過查閱相關(guān)的內(nèi)容的資料并進行總體方案的設計（包括機械總體結(jié)構(gòu),電氣控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和控制軟件總體結(jié)構(gòu)設計）進而最終完成適合實驗使用的數(shù)控機床。三。基本要求1．掌握數(shù)控車床的設計方法；2。掌握裝配圖的畫法；3．了解數(shù)控機床的基本工作原理;４.掌握各種元器件的選用方法；5.熟悉機床常用控制電路的結(jié)構(gòu)、工作原理及用途，并能正確選用；6．熟悉機床控制電路的基本環(huán)節(jié)及其應用和分析方法.四。設計內(nèi)容教學型數(shù)控車床是針對數(shù)控技術(shù)課程實驗和數(shù)控加工實訓所開發(fā)研制的,本課題要求設計教學型數(shù)控車床；本文要求完成教學型數(shù)控車床的電氣部分的設計。1。確定電力設備的拖動方案并選擇電動機；２．設計電氣控制電路;3．選擇各種控制電器；4．施工設計—-確定電氣設備的布局,繪制安裝接線圖等。五。技術(shù)路線及方法1。完成原理分析與設計說明書；２.完成電氣原理圖；3。完成主要電器元件組裝圖;4.元件明細表；六。主要內(nèi)容細化1。電氣元件的具體選擇方法（1）接觸器的選擇（ａ)接觸器按其主觸點通過電流的種類不同，分為直流、交流兩種，機床上應用最多的是交流接觸器。（b)根據(jù)接觸器所控制負載的為一般任務(控制中小功率籠型電動機等），選用ＡC3類接觸器。(c）交流接觸器的額定電壓一般為500V或３80V兩種，應大于或等于負載電路的電壓。（d）根據(jù)電動機的功率和操作情況來確定接觸器主觸點的電流等級。(e)接觸器線圈的電流種類和電壓等級應與控制電路相同。（f）觸電數(shù)量和種類應滿足電路和控制電路的要求。(2）繼電器的選擇（a）在機床電氣控制系統(tǒng)中，用得較多的電流繼電器有JL14、JL１5、ＪL3等型號,主要根據(jù)主電路內(nèi)的電流種類和額定電流來選擇.(b)在機床電氣控制系統(tǒng)中，常用的有JT3、JT4型號的電壓繼電器。（c)中間繼電器主要依據(jù)被控制電路的電壓等級，觸電數(shù)量、種類及容量來選用.（3)直流穩(wěn)壓電源的選擇選擇電源時需要考慮的問題主要有：電源的輸出功率輸出路數(shù);電源的尺寸；電源安裝方式和安裝孔位；電源的冷卻方式;電源在系統(tǒng)中的位置及走線;環(huán)境溫度；絕緣強度；電磁兼容性；環(huán)境條件。（4）控制變壓器的選擇（a)在選用控制變壓器時，首先應滿足副邊線圈的個數(shù)和電壓值以及原邊電源電壓的數(shù)值。（ｂ）在繼電器-接觸器控制電路中，控制變壓器的負載,主要是交流接觸器和繼電器的吸引線圈,它們的啟動電流一般要比吸持電流大幾倍，一般情況下,可將副邊連續(xù)負載的總量，乘以1。2~1。5的系數(shù)，選用額定容量大于或等于這個數(shù)值的控制變壓器即可.２.電氣原理圖分析的方法與步驟電氣控制電路一般由主電路、控制電路和輔助電路等部分組成。了解電氣控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、電動機和電氣元件的分布狀況及控制要求等內(nèi)容之后，便可以閱讀分析電氣原理圖。(1)分析主回路。從主回路入手，要根據(jù)伺服電動機、輔助機構(gòu)電動機和電磁閥等執(zhí)行電器的控制要求，分析它們的控制內(nèi)容,控制內(nèi)容包括啟動、方向控制、調(diào)速和制動.（２）分析控制電路.根據(jù)主回路中各伺服電動機、輔助機構(gòu)電動機和電磁閥等執(zhí)行電器的控制要求，逐一找出控制電路中的控制環(huán)節(jié)，按功能不同劃分成若干個局部控制線路來進行分析而分析控制電路的最基本方法是查線讀圖法。（３）分析輔助電路.輔助電路包括電源顯示、工作狀態(tài)顯示、照明和故障報警等部分，它們大多由控制電路中的元件來控制的,所以在分析時，還要回頭來對照控制電路進行分析。(4）分析互鎖與保護環(huán)節(jié)。機床對于安全性和可靠性有很高的要求，實現(xiàn)這些要求，除了合理地選擇元件和控制方案外，在控制線路中還設置了一系列電氣保護和必要的電氣互鎖。（5)總體檢查。經(jīng)過“化整為零”，逐步分析了每一個局部電路的工作原理以及各部分之間的控制關(guān)系之后，還必須用“集零為整"的方法，檢查整個控制線路，看是否存在遺漏，特別要從整體的角度去進一步檢查和理解各控制環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系,理解電路中每個元器件所起的作用.七.重點研究問題1.數(shù)控車床的伺服驅(qū)動元件的選擇2。數(shù)控車床的主軸驅(qū)動元件的選擇3.數(shù)控系統(tǒng)的選擇４.接口電路的設計八。條件因素認真做好畢業(yè)設計，必須按計劃執(zhí)行，必須按老師要求去做,按時出勤，面對困難要積極應對，向老師積極答辯。指導教師意見簽名：年月日論文目錄ＴＯC\ｏ＂1-３”\h＼z\u一、緒論 PAGEREF_Ｔoc２327６６887\h3（一）機床電氣自動控制系統(tǒng)?PAGEＲEF_Toc2３２76688８\h31.電氣控制系統(tǒng)的組成 PAGEREF＿Toc23２766889\h32。機床電力拖動自動控制系統(tǒng)?PAGEＲEＦ_Toc２3276６8９0\h4(二)機床電氣自動控制系統(tǒng)的作用及發(fā)展趨勢?PAGEREＦ＿Tｏｃ2327668９1＼h51。機床電氣自動控制系統(tǒng)的作用?PAGＥRＥF_Toc２32７668９2\h52.機床電氣自動控制系統(tǒng)的發(fā)展 PAGEREF_Tｏc２３2766893\ｈ5二、車床電氣設計的一般原則 PAGＥREＦ_Tｏc232766894＼h7(一）機床電氣設計的基本內(nèi)容?PAGEＲEF＿Ｔoｃ2３2766895＼h7（二）機床電氣設計的基本要求?ＰAGEREF_Toc２3２76６896\h7（三）電氣設計的技術(shù)條件 PAGERＥF＿Toｃ２32766８９7\h8（四）電氣控制電路的設計原則 ２3２76６8９8\h8三、電氣傳動形式與控制方案的確定 PAGEREF_Toｃ２32766899\h9(一）電氣傳動形式的確定 PＡGEＲEF＿Ｔoc２327６6900\h91.傳動方式?PＡＧEREＦ_Tｏc２32７66９0１＼ｈ9２.調(diào)速性能 ＰＡGＥＲEF_Toc2３2766902\h93。負載特性?PAＧEREF＿Toc23２７669０3\h１04．起動、制動和反向要求?PAＧEREＦ＿Ｔoｃ232766９04\h105.結(jié)構(gòu)要求 PAGERＥＦ_Tｏc２3２76690５\h10(二）控制方案的確定?PAGERＥF_Toc23276６90６＼h11１．控制方案的選擇原則?PAGERＥF_Ｔoc2327６6907＼ｈ112．控制方案的確定 PAGERＥＦ_Tｏc2327669０8\ｈ12四、電動機和驅(qū)動裝置的選擇 PAGEＲEF＿Toｃ2３2７669０9\ｈ13(一）電動機的選擇 ＰAGEREF_Toc２３2７66９１0\h131.電動機容量的選擇 ＰAGEREF_Tｏｃ2３276６９1１\h１32．電動機的種類、電壓、轉(zhuǎn)速和結(jié)構(gòu)形式的種類?PAGERＥF_Toｃ２３27６691２\ｈ１５（二）驅(qū)動裝置的選擇 PAＧＥREF_Toc23276691３\h181．進給驅(qū)動裝置的選型?PAGEＲＥF_Toc232766914\h18２.主軸驅(qū)動裝置的選型?２766915\h1９五、電氣控制原理圖 ＰAＧＥREF_Toc232766９16＼h２0(一)電氣原理圖繪制的基本規(guī)則?PAGEREF＿Tｏｃ232７669１7＼h２0（二）控制線路電源的選擇?ＰAＧEＲＥF＿Ｔoｃ232７6691８\h２0（三）主電路的設計 PAGEＲEF_Toc23276６91９\h21（四）主電路的設計分析?PＡGＥRＥF_Tｏc23２76６９20\h２2（五）控制線路的經(jīng)驗設計法?PＡＧＥREF_Toc２３276６921\h23（六）控制線路的邏輯設計法?PＡGＥＲEF_Ｔoc23２７６6９22\h23１．邏輯設計法基本概念?PＡGEREF_Toc232７6692３\h232．邏輯設計法的一般步驟?PＡGＥREF＿Ｔｏc23２7６69２4\h2４（七）控制電路的設計分析 PＡGEREF＿Tｏｃ2３２７6６925\h24(八）車床電源線路 PAＧＥRＥＦ＿Tｏc２32７６69２６\h2７六、電氣元件的選擇 PＡGERＥF＿Toc２32766９２７\h２8（一）低壓電器元件選擇的基本原則?PAGERＥF_Toｃ232766928\h２8（二）低壓斷路器（QF)的選擇?PAＧＥREF_Toc2３2766９2９\h28（三）熔斷器（FU）的選擇 ＰAGＥREF_Ｔoc２３2766930\h30１。熔斷器的基本結(jié)構(gòu)?PAＧEREF＿Toc23２766931\h302．選擇方法?PAGERＥＦ_Toc2３27６6932＼h30（四)接觸器（ＫM）的選擇?ＰＡGEREＦ_Toc23276６93３＼h3２（五）繼電器(KA）的選擇 ＰAGERＥＦ＿Toc2３276693４\h34（六)變壓器（ＴC）的選擇 ＰAＧEREF＿Toc23２7６693５\h３５(七)開關(guān)電器的選擇 PAGEＲEF_Tｏc２3２76６９36＼h36１．行程開關(guān)(SQ)的選擇?PAＧERＥＦ＿Tｏc２３27６６937\h３6２．按鈕的選擇?PAGERＥF_Toc２３2７6６938\h373．指示燈的選擇?PAＧEREF_Ｔoc２３２76６939\ｈ3７４.導線和電纜 PＡGEＲEF＿Toc23２7669４0\h38結(jié)論 PAGERＥＦ_Ｔoｃ23276６94１\h39參考文獻 ＰAGEＲEＦ_Tｏc2３27669４3\h4０附錄元件明細表?ＰAＧＥREF＿Toc2３2766944\h41一、緒論(一）機床電氣自動控制系統(tǒng)機床要運行,一是需要動力，二是需要控制。現(xiàn)代機床的動力主要是由電動機來提供的，即由電動機來拖動機床的主軸和進給系統(tǒng)。機床的控制任務是實現(xiàn)對主軸轉(zhuǎn)速和進給量的控制，有時還要完成諸如各種保護、冷卻、照明等系統(tǒng)的控制。機床的電氣控制系統(tǒng)就是用電氣手段為機床提供動力，并實現(xiàn)上述控制任務的系統(tǒng).１。電氣控制系統(tǒng)的組成電氣自動控制對于現(xiàn)代機床、其他機械設備及生產(chǎn)過程,有著及其主要的作用。通常,電氣控制系統(tǒng)主要包括以下三個主要環(huán)節(jié)。（1)動力部分:是整個系統(tǒng)的電源供給環(huán)節(jié)，是整個系統(tǒng)的主干，是電能轉(zhuǎn)換為其他能量的通道部件,包括動力電源開關(guān)、電氣控制部件、電動機等。（2）生產(chǎn)過程自動控制部件：是生產(chǎn)過程自動化的核心,也是間接控制、指揮動力電器及系統(tǒng)工作的部件，包括繼電器和各種控制儀表、智能儀表等。（3）傳動裝置：是生產(chǎn)機械的連接及傳動環(huán)節(jié),位于電動機和工作機械之間,如減速箱、皮帶、聯(lián)軸器等.２．機床電力拖動自動控制系統(tǒng)生產(chǎn)機械一般是由三個基本部分組成的,即工作機構(gòu)、傳動機構(gòu)和原動機.當原動機為電動機時,也就是說由電動機通過傳動機構(gòu)帶動工作機構(gòu)進行工作時,這種拖動方式就稱為電力拖動。電力拖動系統(tǒng)主要分為直流拖動和交流拖動兩大類，直流拖動是以直流電動機為動力，交流拖動是以交流電動機為動力。(二）機床電氣自動控制系統(tǒng)的作用及發(fā)展趨勢1。機床電氣自動控制系統(tǒng)的作用過去,生產(chǎn)機械由工作機構(gòu)、傳動機構(gòu)、原動機三部分組成.自從電氣元件與計算機應用在機械上后，現(xiàn)代化生產(chǎn)機械已包含第四個組成部分：以電氣為主的自動控制系統(tǒng)，它使機器的性能不斷提高，使工作機構(gòu)、傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)大為簡化。機床經(jīng)過一百多年的發(fā)展，機構(gòu)不斷改進,性能不斷提高，在很大程度上取決于電力拖動與電氣系統(tǒng)的更新。電力拖動在速度調(diào)節(jié)方面具有無可比擬的優(yōu)越性和發(fā)展前途，采用直流或交流無級調(diào)速電動機驅(qū)動機床,使機構(gòu)復雜的變速箱變的十分簡單，簡化了機床機構(gòu)，提高了效率和剛度，也提高了精度.現(xiàn)代化機床在電氣自動控制方面綜合應用了許多先進的科學技術(shù)成果，如計算技術(shù)、電子技術(shù)、自動控制理論、精密測量技術(shù)、傳感技術(shù)等，特別是當今信息時代,微型計算機已廣泛應用于各行各業(yè),機床是最早應用電子計算機的設備之一，早在２０世紀4０年代末期，電子計算機與機床有機的結(jié)合產(chǎn)生了新型機床——數(shù)控機床，選擇價廉可靠地微機在機床行業(yè)中的應用日益廣泛，由微機控制的數(shù)控機床與數(shù)顯裝置越來越多地在中國各類工廠中獲得使用和推廣。這些新的科學技術(shù)的應用,使機床電氣設備不斷實現(xiàn)現(xiàn)代化,從而提高了機床自動化程度和機床加工效率,擴大了工藝范圍，縮短了新產(chǎn)品試制周期，加速產(chǎn)品更新?lián)Q代.現(xiàn)代化機床還可提高產(chǎn)品加工質(zhì)量,減少工人勞動強度,降低產(chǎn)品成本等.近2０年來出現(xiàn)的各種機電一體化產(chǎn)品、數(shù)控機床、機器人、柔性制造單元及系統(tǒng)等均是機床電氣設備實現(xiàn)現(xiàn)代化的成果，總之，電氣自動控制在機床中占有及其重要的地位。2．機床電氣自動控制系統(tǒng)的發(fā)展在機床電氣自動控制方面，最初采用手動控制,如少數(shù)容量小、動作單一的機床（小型臺鉆、砂輪機等),使用手動直接控制。后來由于切削工具、機床結(jié)構(gòu)的改進、切削功率的增大，機床運動的增多，手動控制已不能滿足要求,于是出現(xiàn)了以繼電器、接觸器為主的控制電路所組成的控制裝置和控制系統(tǒng)；這種控制系統(tǒng),可實現(xiàn)對機床的各種運動的控制，如啟停、反轉(zhuǎn)、改變速度等的控制。它們的控制方法簡單直接、工作穩(wěn)定可靠、成本低,使機床自動化向前邁進了一大步.近年來，可編程控制器(PＬＣ）在工業(yè)過程自動化系統(tǒng)中應用日益廣泛.可編程控制器是以硬接線的繼電器接觸器控制為基礎的，逐步發(fā)展為既有邏輯控制、計時、計數(shù)，又有運算、數(shù)據(jù)處理、模擬量調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的控制裝置?？删幊炭刂破骷坝嘘P(guān)外部設備，都按既易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一整體,又易于擴充其功能的原則設計?？删幊炭刂破鲗⒊蔀樯a(chǎn)機械設備中開關(guān)量控制的主要電氣控制裝置。在一般數(shù)控機床的基礎上，近年來加工中心機床（ＭC）有了很大發(fā)展它可以自動選刀、換刀,自動連續(xù)地對各個加工面完成銑削、鏜削、鉸孔及攻螺紋等多工序加工。改變了過去一小批量生產(chǎn)中一人、一機、以刀的局面，而把許多相關(guān)的分散工序集中在一起,形成一個以工件為中心的多工序自動加工機床。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，由小型或微型計算機再加上通用或?qū)Ｓ么笠?guī)模集成電路組成的計算機數(shù)控裝置(CNＣ）性能更為完善，幾乎所有的機床品種都實現(xiàn)了數(shù)控化。自２0世紀70年代以來，電氣控制相繼出現(xiàn)了直接數(shù)字控制(ＤDC)系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)（FMS），計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)，綜合運用計算機輔助設計(CＡＤ）、計算機輔助制造(CAM）、智能機器人、集散控制系統(tǒng)(DCS）、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)等多項高技術(shù)，形成了從產(chǎn)品設計與制造和生產(chǎn)管理的智能化生產(chǎn)地完整體系，將自動制造技術(shù)推進到更高的水平。二、車床電氣設計的一般原則(一）機床電氣設計的基本內(nèi)容在生產(chǎn)實際中，無論是批量生產(chǎn)地機械裝備，還是在老設備上進行技術(shù)改造，或是用動力部件組合成的專用機床,在進行機械設計的同時，都必須進行相應的電氣設計。通常，機床電氣設計的基本內(nèi)容應包括:1。擬定電氣設計的技術(shù)條件(任務書）；２．選擇并確定電氣傳動形式與控制方案；３.根據(jù)拖動方案選擇電動機;４．設計電氣控制原理圖；5．選擇各種電氣元件,制定電機和電氣元件明細表；6．畫出電動機、執(zhí)行電磁鐵、電氣控制部件以及檢測元件的總布置圖；7。設計電器柜、操作臺、電氣安裝板以及非標準電器和專用安裝零件;8.施工設計——確定電氣設備的布局，繪制安裝接線圖等;９．編寫設計計算說明書和使用說明書。根據(jù)機械設備的總體技術(shù)要求和大氣系統(tǒng)的復雜程度不同，以上步驟可以有增有減，某些圖紙和技術(shù)文件也可適當合并或增減。（二）機床電氣設計的基本要求1．熟悉所設計的機械設備的總體技術(shù)要求及工作過程。弄清其他系統(tǒng)對電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)要求;2．了解所設計機械設備的現(xiàn)場工作條件、電源及測量儀表種類等情況；３．依據(jù)總體技術(shù)要求，通過技術(shù)經(jīng)濟分析，選擇出最佳的傳動方案和控制方案;4。設計機構(gòu)簡單、技術(shù)先進、工作可靠、維護方便、經(jīng)濟耐用的大氣控制電路，進行模擬試驗,驗證其能滿足所設計機床的工藝要求；5．保證使用安全，貫徹最新的國家標準。（三）電氣設計的技術(shù)條件電氣設計的技術(shù)條件通常是以設計技術(shù)任務書的形式表達的,它是整個電氣設計的依據(jù)。在任務書中，除了簡要說明所設計的機械設備的型號、用途、工藝過程、技術(shù)性能、傳動參數(shù)以及現(xiàn)場工作條件外還必須說明以下內(nèi)容:1．用戶供電電網(wǎng)的種類(直流或交流)、電壓、頻率及容量；2。有關(guān)電氣傳動的基本特性,如運動部件的數(shù)量和用途、負載特性、調(diào)速范圍和平滑性,電動機的起動、反向和制動的要求等；3.有關(guān)電氣控制的特性,如電氣控制的基本方式,自動工作循環(huán)的組成,自動控制的動作程序,電氣保護及聯(lián)鎖條件等；4。有關(guān)操作方面的要求，如操作臺的布置，操作按鈕的設置和作用，測量儀表的種類以及顯示、報警和照明要求等;５．機械設備主要電氣設備（如電動機、執(zhí)行電器和行程開關(guān)等）的布置草圖。電氣設計的技術(shù)條件，是由參與設計的各方面人員根據(jù)所設計機械設備的總體技術(shù)要求共同討論擬定的。（四）電氣控制電路的設計原則1．最大限度地實現(xiàn)機械設計和工藝的要求；數(shù)控機床是機電一體化產(chǎn)品,數(shù)控機床的主軸、進給軸伺服控制系統(tǒng)絕大多數(shù)是機電式的，其輸出都包含有某種類型的機械環(huán)節(jié)和元件,它們是控制系統(tǒng)的重要組成部分,其性能直接影響數(shù)控機床的品質(zhì)。２.保證數(shù)控機床能穩(wěn)定、可靠地運行；數(shù)控機床運行的穩(wěn)定性、可靠性在某種程度上決定于電氣控制部分的穩(wěn)定性、可靠性.數(shù)控機床在加工車間，其使用的條件、環(huán)境比較惡劣，極易造成數(shù)控系統(tǒng)的故障.尤其在工業(yè)現(xiàn)場,因各種設備產(chǎn)生的電磁干擾，造成電磁環(huán)境惡劣，所以就要求數(shù)控系統(tǒng)對電磁干擾應有足夠的抗干擾水平，否則設備就無法正常運行。3。便于組織生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量；電氣控制電路設計時就應該充分考慮元器件的品質(zhì)、供應，并便于安裝、調(diào)試和維修,以便于保證產(chǎn)品質(zhì)量和組織生產(chǎn)。４．安全。三、電氣傳動形式與控制方案的確定（一）電氣傳動形式的確定電氣傳動形式的選擇是電氣設計的主要內(nèi)容之一，也是以后各部分設計內(nèi)容的基礎和先決條件.1.傳動方式(１）單電機拖動.用一臺電動機拖動一臺生產(chǎn)機械，通過機械傳動鏈將動力傳送到每個工作機構(gòu)。當一臺生產(chǎn)機械的運動部件較多時,這種拖動方式的機械傳動機構(gòu)十分復雜。（２）多電機拖動。一臺設備由多臺電動機分別驅(qū)動各個工作機構(gòu).例如，數(shù)控機床，除必需的內(nèi)在聯(lián)系外，主軸、每個刀架、工作臺及其他輔助運動機構(gòu)，都分別由單獨的電動機驅(qū)動。這種拖動方式不僅大大簡化了生產(chǎn)機械的傳動機構(gòu)，而且控制靈活,為生產(chǎn)機械的自動化提供了有利的條件,所以，現(xiàn)代化機電傳動基本上均采用這種拖動形式.２．調(diào)速性能金屬切削機床的主運動和進給運動,起吊設備、機械手的某些運動機構(gòu)，以及要求具有快速平穩(wěn)的動態(tài)性能和準確定位的設備(如龍門刨床、鏜床、數(shù)控機床等），都要求一定的調(diào)速范圍。為了達到一定的調(diào)速范圍,可采用齒輪變速箱、液壓調(diào)速裝置、雙速或多速電動機以及電氣的無級調(diào)速傳動方案。在選擇調(diào)速方案時,可參考以下幾點:（1）重型或大型設備。主運動及進給運動，應盡可能采用無級調(diào)速.這有利于簡化機械結(jié)構(gòu),縮小齒輪箱體積，降低制造成本,提高機床利用率。（２)精密機械設備。坐標鏜床、精密磨床、數(shù)控機床以及某些精密機械手，為了保證加工精度和動作的準確性，便于自動控制，也應采取電氣的無級調(diào)速傳動方案。3.負載特性不同機械設備的各個工作機構(gòu)，具有各部相同的負載特性；.例如,一般機床的主運動為恒功率負載,而進給運動為恒轉(zhuǎn)矩負載。在選擇電動機調(diào)速方案時，要使電動機的調(diào)速特性與負載特性相適應,以求得電動機充分合理的應用.例如△/YＹ雙速鼠籠式異步電動機，當定子繞組由三角形連接改成雙星形連接時,轉(zhuǎn)速增加一倍，功率卻增加很少，因此它適用于恒功率傳動.而Y/ＹY雙速鼠籠式異步電動機,對于低速為星形連接改接成高速為雙星形連接后,轉(zhuǎn)速和功率都增加一倍,而電動機所輸出的轉(zhuǎn)矩卻保持不變,適用于恒轉(zhuǎn)矩傳動.4。起動、制動和反向要求一般說來,由電動機完成機床的起動、制動和反向要比機械方法簡單、容易，因此機床主軸的起動、停止、正反轉(zhuǎn)運動和調(diào)速操作，只要條件允許最好由電動機完成.機床主運動傳動系統(tǒng)的起動轉(zhuǎn)矩一般都比較小，因此,原則上可采用任何一種起動方式。對于機床的輔助運動，在起動時往往要克服較大的靜轉(zhuǎn)矩，所以在必要時也可選用高起動轉(zhuǎn)矩的電動機，或采用提高起動轉(zhuǎn)矩的措施。另外,還要考慮電網(wǎng)容量。對于電網(wǎng)容量不大而起動電流較大的電動機一定要采取限制起動電流的措施，如在定子電路中串入電阻或電抗降壓起動等，以免電網(wǎng)電壓波動較大而造成事故.電動機的頻繁起動、制動或反向會使過度過程中的能量損耗增加，導致電動機過熱。因此，在這種情況下，必須限制電動機的起動或制動電流，或者在選擇電動機的類型時加以考慮。5。結(jié)構(gòu)要求電動機的結(jié)構(gòu)形式應當適應機械結(jié)構(gòu)的要求。應用凸緣或內(nèi)聯(lián)式電動機可以在一定程度上改善機械結(jié)構(gòu)。考慮到現(xiàn)場環(huán)境,可選用防護式、封閉式、防腐式甚至是防爆式的電動機結(jié)構(gòu)形式。（二）控制方案的確定隨著近代電子技術(shù)、計算技術(shù)、自動控制、精密測量以及機械機構(gòu)與工藝的發(fā)展,機床等各種機械設備的控制方式發(fā)生了深刻的變革。各種新型控制系統(tǒng)不斷出現(xiàn),可供選擇的控制方案也越來越多。因此，合理選擇電氣控制方案是簡便、可靠、經(jīng)濟地實現(xiàn)工藝要求的重要步驟。控制方案的選擇與上述傳動形式的選擇緊密相關(guān).在現(xiàn)在傳動形式時，要預先考慮到如何實現(xiàn)控制；而現(xiàn)在控制方案時，一定要在傳動形式現(xiàn)在之后才能進行。1．控制方案的選擇原則選擇控制方案所要遵循的原則如下：(１）控制方式應與設備通用化和專用化的程度相適應.以金屬切削機床為例，對于一般普通機床和專用機床,其工作程序往往是固定的，使用中并不需要經(jīng)常改變原有的程序。因此，可采用繼電器—接觸器控制系統(tǒng)，將控制線路在結(jié)構(gòu)上接成固定式的。（2）控制系統(tǒng)的工作方式應在經(jīng)濟、安全的前提下最大限度地滿足工藝要求。作為控制方案,應考慮采用自動循環(huán)或半自動循環(huán)、手動調(diào)整、動作程序的變更、控制系統(tǒng)的檢測,各個運動之間的聯(lián)鎖、各種保護、故障診斷、信號指示、照明以及操作方便等問題。(3）控制線路的電源.當控制系統(tǒng)所用電器的數(shù)量較多時，可采用直流低壓供電。這樣，可節(jié)省安裝空間，便于與無觸點元件連接,動作平穩(wěn)，檢修操縱安全等。在電氣控制線路比較簡單，電氣元件不多的情況下，應盡可能用主回路電源作為控制回路電源,即可直接用交流3８0V或220V,簡化供電設備。對于比較復雜的控制線路，控制電路應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。一般機床照明電路為36V以下電源。一般這些不同的電壓等級，都是由一個控制變壓器實現(xiàn)的。直流控制線路多用220V或110V。對于直流電磁鐵、電磁離合器,常用２４V直流電源供電。2．控制方案的確定(1)車床的功能概況;臥式車床用途廣、種類多。其中CA６１40型臥式車床是我國自行設計、制造的機床.該機床通用性強適用于加工各種軸類、套筒類、輪盤類零件的回轉(zhuǎn)表面?？绍囃鈭A、車端面、切槽和切斷、轉(zhuǎn)中心孔、鏜孔、鉸孔、車各種螺紋、車內(nèi)外圓錐面、車特型面，滾花和盤繞彈簧等.CA614０型車床因加工范圍廣、結(jié)構(gòu)復雜、自動化程度不高,所以一般用于單件、小批量生產(chǎn).（2)車床的主要結(jié)構(gòu)及運動形式;教學型數(shù)控車床的工作原理與普通車床CA６14０的工作原理相同，車床主要由床身、主軸變速箱、進給變速箱、溜板箱、溜板與刀架、尾架、光杠和絲杠等幾部分組成。切削時,車床有3種運動形式：主軸通過卡盤或頂尖帶動工件的旋轉(zhuǎn)運動,稱為主運動;刀具與滑板一起隨溜板箱實現(xiàn)進給運動；其他運動稱為輔助運動。電動機的動力由三角皮帶通過主軸變速箱傳給主軸。主軸的旋轉(zhuǎn)運動由主軸電動機拖動，經(jīng)傳動機構(gòu)實現(xiàn).切削加工時，要求車床主軸能在較大范圍內(nèi)變速.通常根據(jù)被加工零件的材料性能、車刀材料、零件尺寸精度要求、加工方式及冷卻條件等來選擇切削速度,采用機械變速方法。變速主軸變速箱外的手柄位置，可以改變主軸轉(zhuǎn)速。主軸一般只要求單方向旋轉(zhuǎn)，只有在車螺紋時才需要反轉(zhuǎn)來退刀。它是用操縱手柄通過機械的方法來改變主軸旋轉(zhuǎn)方向的。由于進給運動消耗的功率很小，所以也由主軸電動機拖動，不再另加單獨的電機拖動。（3）車床的電力拖動要求與控制特點；①車削加工近似于恒功率負載，主軸電動機M１通常選用籠型異步電動機,完成主軸主運動和刀具進給運動的驅(qū)動.電動機采用直接起動的方式起動,可正反兩個方向旋轉(zhuǎn)，并可實現(xiàn)正反兩個旋轉(zhuǎn)方向的電氣停車制動。為加工調(diào)整方便，還具有點動功能.②車削螺紋時,刀架移動與主軸旋轉(zhuǎn)運動中間必須保持準確的比例關(guān)系,因此，車床主軸運動和進給運動由一臺電動機拖動,刀架移動主軸箱通過機械傳動鏈來實現(xiàn).③車削加工中,為防止刀具和工件的溫度過高、延長刀具使用壽命、提高加工質(zhì)量，車床附有一臺單方向旋轉(zhuǎn)電動機M2，與主軸電動機實現(xiàn)順序起停,也可單獨操作。④必要的保護環(huán)節(jié)、聯(lián)鎖環(huán)節(jié)、照明和信號電路.四、電動機和驅(qū)動裝置的選擇（一)電動機的選擇正確選擇電動機具有重要的意義，要在了解電動機發(fā)熱和冷規(guī)律的基礎上，重點掌握電動機容量的選擇，熟悉電動機種類、電壓、轉(zhuǎn)速和形式的選用原則。合理的選擇電動機是從驅(qū)動機械設備的具體對象、加工規(guī)范,也就是要從機械設備的使用條件出發(fā)，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。1.電動機容量的選擇如果電動機容量選的過大，雖然能保證正常工作,但電動機長期不能滿負載工作,得不到充分利用,用電效率和功率因數(shù)下降，從而增加設備投資和運行費用；如果電動機容量選的過小，生產(chǎn)效能不能充分發(fā)揮，長期過載將導致電動機燒毀。因此，必須合理的選擇電動機容量.但是準確選擇電動機容量是比較困難的，因為機械設備負載情況比較復雜，傳動系統(tǒng)損失也難于計算得十分準確.因此，電動機容量的選擇通常采用調(diào)查統(tǒng)計類比或采用分析與計算相結(jié)合的方法。選擇電動機容量應根據(jù)以下三項基本情況進行：(1)發(fā)熱。電動機在運行時，必須保證電動機的實際最高工作溫度等于或略小于電動機絕緣的允許最高工作溫度，即。（2)過載能力。電動機在運行時必須具有一定得過載能力。特別是在短期工作時，由于電動機的熱慣性很大,電動機在短期內(nèi)承受高于額定功率的負載功率時仍可保證,故決定電動機容量的主要因素不是發(fā)熱而是電動機的過載能力。所選電動機的最大轉(zhuǎn)矩(對于異步電動機)或最大允許電流（對于直流電動機）必須大于運行工程中可能出現(xiàn)的最大負載轉(zhuǎn)矩和最大負載電流。（3）起動能力。①調(diào)查統(tǒng)計類比法.確定電動機功率前，首先應進行廣泛調(diào)查研究，分析確定所需要的切削用量,然后用已確定的較常用的切削用量的最大值,在同類同規(guī)格的機床上進行切削實驗并測出電動機的輸出功率，以此測出的功率為依據(jù)，再考慮到機床最大負載情況，以及采用先進切削方法及新工藝等,然后類比國內(nèi)外電動機的功率，最后確定所設計的機床電動機功率來選擇電動機.這種方法有實用價值，以切削實驗為基礎進行分析類比，符合實際情況。目前我國機床設計制造部門,往往采用這種方法來選擇電動機容量。這種方法就是對機床主拖動電動機進行實測、分析，找出了電動機容量與機床主要數(shù)據(jù)的關(guān)系，以這種關(guān)系作為選擇電動機容量的依據(jù).臥式車床主電動機的功率:（４．1）式中——主拖動電動機功率，kW；——工件最大直徑，m。②分析計算法。可根據(jù)機械設備總體設計中對機械傳動功率的要求,確定機械設備拖動用電動機功率。即可知道機械傳動的功率，可計算出所需電動機功率：(４。2）式中——電動機功率;——機械傳動軸上的功率;——生產(chǎn)機械效率；—-電動機與生產(chǎn)機械之間的傳動效率.計算出電動機的功率,僅僅是初步確定的數(shù)據(jù),還要根據(jù)實際情況，進行分析，對電動機進行校驗，最后確定其容量。另外，電動機銘牌上的額定功率是在一定得工況下電動機允許的最大輸出功率，如果工況變了，也應作適當?shù)恼{(diào)整。如常年環(huán)境溫度偏離+4０℃較多時，電動機容量可作相應修正。一般地，變化℃，所選電動機的可修正％左右；風扇冷式電動機長期處于低速運行時，散熱條件惡劣,電動機的功率必須降低使用;海拔高于100０ｍ的高原地區(qū)，空氣稀薄，散熱條件差,電動機的功率也應降低使用.2．電動機的種類、電壓、轉(zhuǎn)速和結(jié)構(gòu)形式的種類除了正確選擇電動機的容量外，還需要根據(jù)生產(chǎn)機械的要求、技術(shù)經(jīng)濟指標和工作環(huán)境等條件,來正確選擇電動機的種類、電壓、轉(zhuǎn)速和電動機的結(jié)構(gòu)形式.（1）根據(jù)生產(chǎn)機械的負載性質(zhì)選擇電動機的類型。電動機類型選擇的基本依據(jù)是在滿足生產(chǎn)機械對拖動系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)特性要求的前提下,力求結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便、價格低廉。①對于不要求調(diào)速、對起動性能亦無過高要求的生產(chǎn)機械，應優(yōu)先考慮使用一般鼠籠式異步電動機（如ＹL系列、JＳ系列、Y系列等).若要求起動轉(zhuǎn)矩較大，則可選用高起動轉(zhuǎn)矩的鼠籠式異步電動機（如JS２1××型、ＪQ２和ＪQO2系列等)。②對于要求經(jīng)常起動、制動,且負載轉(zhuǎn)矩較大、又有一定調(diào)速要求的生產(chǎn)機械,應考慮選用線繞式異步電動機(如ＹR、YZR系列等);對于周期性波動負載的生產(chǎn)機械，為了削平尖峰負載，一般都采用電動機帶飛輪工作，這種情況下也應選用線繞式異步電動機。③對于只需要幾種速度，而不要求無級調(diào)速的生產(chǎn)機械,為了簡化變速機構(gòu),可選用多速異步電動機(如YＤ系列小型多速異步電動機等）。④對于要求恒速穩(wěn)定運行的生產(chǎn)機械，且需要補償電網(wǎng)功率因數(shù)的場合,應優(yōu)先考慮選用同步電動機（如TＤ系列等）.⑤對于需要大的啟動轉(zhuǎn)矩又要求恒功率調(diào)速的生產(chǎn)機械,常選用直流串勵或復勵電動機。目前應用比較廣泛的驅(qū)動裝置主要有步進電動機驅(qū)動和交流伺服驅(qū)動兩大類，步進電動機一般采用對加工精度和進給速度要求不高的經(jīng)濟型數(shù)控機床，采用步進電動機的數(shù)控機床分辨率一般在０.０1ｍm,最高快移速度則在５m/min以下,步進電動機一般在1０00r/min以下工作。交流伺服電動機則用于中高檔的數(shù)控機床,分辨率可以達到０．00１mm，最高快移速度則在10m/mｉn以下,交流伺服電動機的額定轉(zhuǎn)速一般200０r/ｍiｎ左右。所以此設計題目所選擇的為步進電動機。（2)電動機電壓等級的選擇。交流電動機額定電壓主要根據(jù)電動機運行場所供電電網(wǎng)的電壓等級而定的。我國工廠內(nèi)的交流供電電壓，低壓一般為380V，高壓一般為１0kV。中等功率以下的交流電動機，額定電壓一般為38０V；１０0kW以上大功率交流電動機額定電壓一般為1０kV。直流電動機一般由單獨電源供電，選擇電動機額定電壓時只需考慮供電電源電壓配合恰當即可。直流電動機額定電壓一般為1１０Ｖ、220V和4４0V，最常用的電壓等級為220Ｖ。當交流電源為3８0V時，若采用無整流變壓器的三相橋式可控整流電路供電,則直流電動機的額定電壓應選為440V；若采用無整流變壓器的三相半波可控整流電路供電,則直流電動機的額定電壓應選為220V.（3)電動機額定轉(zhuǎn)速的選擇。選擇電動機額定轉(zhuǎn)速時要全面進行考慮，如：①對于不需要調(diào)速的高轉(zhuǎn)速與中轉(zhuǎn)速的機械，一般應選相應額定轉(zhuǎn)速的異步電動機或同步電動機,直接與機械相連接;②對于不需要調(diào)速的低速運轉(zhuǎn)的機械，一般是選用適當轉(zhuǎn)速的電動機通過減速機構(gòu)來傳動，但電動機額定轉(zhuǎn)速也不宜太高，否則減速機構(gòu)會很龐大;③對于需要調(diào)速的機械，電動機的最高轉(zhuǎn)速應與生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速相適應，采用直接傳動或通過減速機構(gòu)來傳動;④對于經(jīng)常起動、制動和反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械，要著重考慮縮短過度過程，減少起動、制動時間，提高生產(chǎn)率,而決定起動、制動時間的主要因素是電動機的飛輪轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩。（4）電動機結(jié)構(gòu)式的選擇.。生產(chǎn)機械安裝的位置和場所不同,電動機的工作環(huán)境就不一樣。在多數(shù)情況下,電動機工作地周圍大氣中含有不同分量的灰塵和水分,有的還含有腐蝕性氣體甚至含有易爆炸的混合物,有的電動機還處在水下工作狀態(tài)?；覊m會很快玷污電動機繞組，惡化散熱條件.為了保證電動機能在這樣或那樣的環(huán)境中安全運行，外殼的結(jié)構(gòu)就有多種形式，要根據(jù)實際環(huán)境條件加以選擇。①開啟式。開啟式電動機僅適用于干燥和清潔的工作環(huán)境。②防護式。防護式電動機適用于比較干燥、灰塵不多、無腐蝕性氣體得場所。③封閉式.封閉式電動機適用于塵土多、潮濕、易引起火災和有腐蝕性氣體得場所.④防爆式。防爆式電動機適用于易燃、易爆氣體的場所。根據(jù)以上的原則,我們知道普通車床CA６14０的主軸電動機M1的型號為Y132Ｍ-4，額定功率為7。5kW,額定電流為15.４Ａ，額定轉(zhuǎn)速為15０0r/min;冷卻泵電動機M2的型號為ＡＯB-２５，額定功率為90Ｗ，額定電流為0.32A，額定轉(zhuǎn)速為３0000ｒ/min。而教學型數(shù)控車床加工的零件毛坯多為蠟塊，所以選定主軸電動機的額定功率為2．5kW,額定電流為５．１A,額定轉(zhuǎn)速為１5０0r／min，型號為Y１00Ｌ2—4；冷卻泵電動機Ｍ２的型號為AOB-25，額定功率為90W，額定電流為0。3２A,額定轉(zhuǎn)速為30000r/miｎ,刀架電動機M３的型號為AOB－25,額定功率為45Ｗ,額定電流為0。16A,額定轉(zhuǎn)速為３0000r/min。X軸步進電動機M4的型號為13０BYＧ３502,其相數(shù)為３,步距角為,最大靜扭矩為３7N.m；Ｚ軸步進電動機M5的型號為130BＹG550１，為五相混合式，最大靜轉(zhuǎn)矩為20Ｎ.m，十拍驅(qū)動時的步距角為。（二）驅(qū)動裝置的選擇1．進給驅(qū)動裝置的選型進給驅(qū)動裝置的選型是以數(shù)控機床的設計要求為基礎，與數(shù)控裝置的選型緊密聯(lián)系的.數(shù)控機床的設計要求包括各軸的進給速度、整機加工精度、加工范圍、傳動方式等，它直接對進給驅(qū)動系統(tǒng)的性能提出了要求因此是進給驅(qū)動裝置選型的基礎。如圖4-1所示,為進給驅(qū)動裝置的基本接口（以ＳＨ-5０80６A五相步進驅(qū)動器為例)。圖4－2進給驅(qū)動裝置的基本接口２。主軸驅(qū)動裝置的選型主軸驅(qū)動裝置的選型與進給驅(qū)動裝置等其他設備一樣，需要遵循經(jīng)濟實用、穩(wěn)定可靠和易于操作維護的原則，以整機設計對主軸系統(tǒng)的要求和不同類型的主軸系統(tǒng)的特點為依據(jù).（1)普通籠型異步電動機配齒輪變速箱。（２）普通籠型異步電動機配簡易型變頻器。（3)普通籠型異步電動機配通用變頻器。(4）專用變頻電動機配通用變頻器。(5)伺服主軸驅(qū)動系統(tǒng)。(6)電主軸。五、電氣控制原理圖電氣控制線路的設計是在前述的傳動形式及控制方案選擇的基礎上進行的,其中，電氣原理圖的設計是大氣設計中的一個十分重要的環(huán)節(jié)。（一)電氣原理圖繪制的基本規(guī)則1．原理圖中,所有電動機、電器等元件都采用國家統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號和文字符號來表示.屬于同一電器的線圈和觸點，都要用同一文字符號表示。當使用相同類型電器時，可在文字符號后加注阿拉伯數(shù)字序號來區(qū)分。2．原理圖一般分為主電路和輔助電路兩部分畫出。主電路就是從電源到電動機繞組的大電流通過的路徑.輔助電路包括控制回路、照明電路、信號電路及保護電路等，一般由繼電器的線圈和觸點、接觸器的線圈和觸點、按鈕、照明燈、信號燈、控制變壓器等電氣元件組成.一般主電路用粗實線表示,畫在左邊（或上部）;輔助電路用細實線表示,畫在右邊（或下部）。3.原理圖中,各電氣元件的導電部件如線圈和觸點的位置,應根據(jù)便于閱讀和分析的原則來安排,繪在它們完成作用的地方。同一電氣元件的各個部件可以不畫在一起。４。原理圖中,所有電器觸點都按沒有通電或沒有外力作用時的開閉狀態(tài)畫出。如繼電器、接觸器的觸點，按線圈未通電時的狀態(tài)畫;按鈕、行程開關(guān)的觸點按不受外力作用時的狀態(tài)畫；控制器按手柄處于零位時的狀態(tài)畫等。5.原理圖中，有直接電聯(lián)系的交叉導線的連接點，要用黑圓點表示。無直接電聯(lián)系的交叉導線,交叉處不能畫黑圓點。6．原理圖中,無論是主電路還是輔助電路，各電氣元件一般應按動作順序從上到下，從左到右依次排列，可水平或垂直布置。（二)控制線路電源的選擇選擇控制線路的電源,可根據(jù)經(jīng)驗和有關(guān)手冊進行選擇。表5—1列出了常用的電源電壓.表5-1電氣控制線路常用的電源電壓控制線路的類型常用的電壓值(V）電源設備交流電力傳動的控制系統(tǒng)中控制線路較簡單交流３80、22０直接采樣動力電源交流電力傳動的控制系統(tǒng)中控制線路較復雜2２0、1１0采用控制變壓器照明及信號指示線路４8、3６、24、6采用電源變壓器直流電力傳動的控制系統(tǒng)直流２20、110整流器直流電磁鐵及離合器的控制線路２４整流器（三)主電路的設計對于三相鼠籠式異步電動機,主要是根據(jù)工藝要求來選擇動力線路,包括電動機的起動、制動、正反轉(zhuǎn)控制及動力線路的保護環(huán)節(jié)。設計時應注意以下問題.1。確定電動機是全壓起動還是降壓起動.對于一般地小容量的電動機，其容量不超過供電變壓器容量的２0%,一般可采用直接起動.也可以根據(jù)經(jīng)驗公式進行判斷。全壓起動的條件為：（5.1)式中-—電動機全壓起動電流（A)；——電動機額定電流(A）;——電動機額定功率（ｋＷ)；——電源變壓器額定容量（kＶＡ）;２。對于正反轉(zhuǎn)控制方式，應防止誤操作而引起的電源相間短路，必須在控制線路中考慮互鎖保護。3。必須注意主線路中的熔斷器保護、過載保護、過流保護及其他安全保護等元件的選擇與設置。4．主線路與控制線路應保持嚴格的對應關(guān)系。(四)主電路的設計分析圖5-１為車床的主電路.采用經(jīng)驗設計方法進行教學型數(shù)控車床電氣控制電路的設計。先設計主電路,主電路有兩臺電動機，根據(jù)電氣傳動的特點及控制要求，由交流接觸器KＭ1用來控制伺服變壓器TC１;交流接觸器KM2、ＫM3用來控制主軸電動機M1的正反轉(zhuǎn)；交流接觸器ＫM4用來控制冷卻泵電動機M2的啟動和停止;交流接觸器KＭ5、KM６用來控制刀架電動機M3的正反轉(zhuǎn)；滅弧器RＣ1、RC2、RC3及RC4用來保護交流接觸器的主觸點，防止當主觸點斷開時，在動靜觸點間產(chǎn)生強烈電弧，燒壞主觸點。車床的三相電源由低壓斷路器QＦ引入。低壓斷路器QF1對整個動力線路進行過載及短路保護。低壓斷路器ＱF2對伺服強電電路作短路保護。主電動機M1的過載保護及短路保護可由斷路器ＱF3擔任。斷路器QＦ４作為冷卻泵電動機Ｍ2的過載及短路保護.刀架電動機M3的過載保護及短路保護可由斷路器QF５擔任。另外，為防止電動機外殼漏電傷人，電動機外殼均與地線連接。圖5—1車床的主電路（五）控制線路的經(jīng)驗設計法電氣控制線路的設計一般分為經(jīng)驗設計法和邏輯設計法。國家設計研究院通常采用邏輯設計方法,這種方法設計的控制線路不僅完全滿足機械設備的工藝要求，而且是最簡單的。在工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場，通常采用經(jīng)驗設計方法。經(jīng)驗設計方法的基本步驟如下：1．收集分析國內(nèi)外現(xiàn)有的同類設備的相關(guān)資料，使所設計的控制系統(tǒng)合理，滿足設計要求.2.控制線路設計.一般的電氣控制線路設計包括主電路、控制電路和輔助電路的設計。（1）首先進行主電路設計。主要是考慮從電源到執(zhí)行元件（例如電動機）之間的線路設計.（2)然后進行控制線路設計.本部分主要考慮如何滿足電動機的各種運動功能及生產(chǎn)工藝要求,包括實現(xiàn)加工過程自動化或半自動化的控制等。即本部分就是正確地“選擇”和有機的“組合”的任務。（3）最后考慮如何完善整個控制電路的設計、各種保護、聯(lián)鎖以及信號、照明輔助電路的設計.3．全面檢查所設計電路，有條件時，進行模擬試驗,以進一步完善設計。4。合理選擇各電器元件。經(jīng)驗設計方法的基本特點是：（1）其設計過程是逐步完善的,一般不易獲得最佳設計方案。但該方法簡單易行,使用很廣。(2）需反復修改，影響設計速度。(3)需要一定得經(jīng)驗，設計中往往會因考慮不周而影響電路的可靠性。（4）一般需要進行模擬試驗.(六）控制線路的邏輯設計法1。邏輯設計法基本概念邏輯設計法,主要是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求（工作循環(huán)、液壓系統(tǒng)圖等），將控制線路中的接觸器、繼電器線圈的通電與斷電，觸頭的閉合與斷開,以及主令元件的接通和斷開等，看成邏輯變量,并將這些邏輯變量關(guān)系表示為邏輯函數(shù)的關(guān)系式，再運用邏輯函數(shù)基本公式和運算規(guī)律，對邏輯函數(shù)式進行簡化,然后由簡化的邏輯函數(shù)式畫出相應的線路原理圖,最后再進一步檢查、化簡和完善，以期獲得既滿足工藝要求，又經(jīng)濟合理的最佳設計方案.２．邏輯設計法的一般步驟(1)按工藝要求做出工作循環(huán)圖。(2）確定執(zhí)行元件與檢測元件，并做出執(zhí)行元件節(jié)拍表和檢測元件狀態(tài)表。(3）根據(jù)檢測元件狀態(tài)表寫出各程序的特征數(shù)，并確定分組，設置中間記憶元件，使各分組所有程序能區(qū)分開。（4)列出中間記憶元件開關(guān)邏輯函數(shù)及其執(zhí)行元件動作邏輯函數(shù)式，并畫出相應的電路圖。(5）對按邏輯函數(shù)式畫出的控制電路進行檢查、化簡和完善。邏輯設計法與經(jīng)驗設計法相比,采用邏輯設計法設計的電路較為合理,能節(jié)省所用元件的數(shù)量,能求得某邏輯功能的最簡電路,但邏輯設計法整個設計過程較復雜，對于一些復雜的控制要求,還必須設計許多新的條件,同時對電路競爭問題也較難處理.因此，在一般工廠企業(yè)的電氣控制線路設計中，邏輯設計法僅為經(jīng)驗設計法的輔助和補充。（七）控制電路的設計分析1。主軸電動機的控制。圖5—2、圖5-3為車床的交流控制回路圖和直流控制回路圖.在圖5－１中,先將ＱF２、QF3空氣開關(guān)合上，在圖５－３中，當機床未壓限位開關(guān)、伺服未報警、急停未壓下、主軸未報警時,ＫA2、KA3繼電器線圈通電,繼電器觸點吸合，并且PLC輸出點Ｙ０0發(fā)出伺服允許信號，KA１繼電器線圈通電,繼電器觸點吸合，在圖5—２中，KM1交流接觸器線圈通電,交流接觸器觸點吸合，ＫＭ３主軸交流接觸器線圈通電，在圖5-１中,交流接觸器主觸點吸合,主軸變頻器加上ＡＣ３8０V電壓；若有主軸正轉(zhuǎn)或主軸反轉(zhuǎn)及主軸轉(zhuǎn)速指令時（手動或自動）,在圖5—3中,PLC輸出主軸正轉(zhuǎn)Y１０或主軸反轉(zhuǎn)Ｙ1１有效、主軸轉(zhuǎn)速指令輸出對應于主軸轉(zhuǎn)速的直流電壓值(０~１０V)直主軸變頻器上，主軸按指令值的轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn);當主軸速度達到指令值時,主軸變頻器輸出主軸速度到達信號給PＬC，主軸轉(zhuǎn)動指令完成.主軸的啟動時間、制動時間由主軸變頻器內(nèi)部參數(shù)設定.圖5—2車床的交流控制回路圖5—3車床的直流控制回路2。刀架電動機的控制。當有手動換刀或自動換刀指令時，經(jīng)過系統(tǒng)處理轉(zhuǎn)變?yōu)榈段恍盘?這時在圖5-3中，PLC輸出Y06有效,KＡ７繼電器線圈通電,繼電器觸點閉合，在圖5—2中,KM５交流接觸器線圈通電，交流接觸器主觸點閉合,刀架電動機正轉(zhuǎn)；當PLC輸入點檢測到指令刀具所對應的刀位信號時,PLＣ輸出Y０6有效撤銷，刀架電動機正轉(zhuǎn)停止；接著PＬC輸出Y07有效，KA8繼電器線圈通電，繼電器觸點閉合，在圖5—2中，KM6交流接觸器線圈通電,交流接觸器主觸點閉合，刀架電動機反轉(zhuǎn)，延時一定時間后（該時間由參數(shù)設定,并根據(jù)現(xiàn)場情況作調(diào)整)PLC輸出Y07有效撤銷,KＭ6交流接觸器主觸點斷開，刀架電動機反轉(zhuǎn)停止,換刀過程完成。為了防止電源短路和電氣互鎖，在刀架電動機正轉(zhuǎn)繼電器線圈、接觸器線圈回路中串入了反轉(zhuǎn)繼電器、接觸器常閉觸點，反轉(zhuǎn)繼電器、接觸器線圈回路中串入了正轉(zhuǎn)繼電器、接觸器常閉觸點,見圖5-2和圖5—3。３。冷卻電動機的控制。當有手動或自動冷卻指令時，這時在圖5-3中ＰLＣ輸出Y05有效，KA６繼電器線圈通電，繼電器觸點閉合,在圖5－2中KM4交流接觸器線圈通電，交流接觸器主觸點吸合，冷卻電動機旋轉(zhuǎn),帶動冷卻泵工作。圖5-4車床的電源線路（八）車床電源線路圖５—4為車床的電源線路,圖中變壓器TＣ2原邊接三相AC3８0Ｖ,副邊三組繞組分別提供AC２２0V、AＣ24Ｖ、AC11０Ｖ電壓，其中ＡC110Ｖ給交流接觸器線圈和強電柜風扇提供電源；AＣ２４Ｖ給工作燈供電；ＡＣ220V通過低通濾波器給伺服模塊、電源模塊、ＤＣ２4V電源提供電源;VC1為2４V電源，將ＡＣ220V轉(zhuǎn)換為ＤC2４V電源，給世紀星數(shù)控系統(tǒng)、PLC輸入/輸出、24V繼電器線圈、伺服模塊、電源模塊提供電源;QF6～QF９空氣開關(guān)為電路的短路保護.六、電氣元件的選擇電氣控制系統(tǒng)是由各電器元件組成的,一個大型的自動控制系統(tǒng)所需要電器元件有幾千個、甚至幾萬個。例如，一臺初軋機要用400多種、3３０0多件低壓電器進行控制。所以，如何正確選用低壓電器元件，對電氣控制系統(tǒng)的設計是很重要的。低壓電器元件選擇的基本原則選擇低壓電氣元件時應考慮以下方面：1。根據(jù)對控制元件功能的要求，確定電氣元件的類型.如繼電器與接觸器,當元件用于通、斷功率較大的主電路時，應選交流接觸器;若元件用于切換功率較小的電路（如控制電路)時，則應選擇中間繼電器;若伴有延時要求時，則應選擇時間繼電器.2．根據(jù)電氣控制的電壓、電流及功率的大小來確定元件的規(guī)格，滿足元器件的承載能力及使用壽命。3．掌握元器件預期的工作環(huán)境及供應情況。如防油、防塵、貨源等。４.為了保證一定得可靠性,應采用相應的降額系數(shù)，并進行一些必要的計算和校核。(二)低壓斷路器（QＦ)的選擇低壓斷路器又稱為自動空氣開關(guān)，是將控制和保護的功能合為一體的電器。它常作為不頻繁接通和斷開的電路的總電源開關(guān)或部分電路的電源開關(guān)，當發(fā)生過載、短路或欠壓等故障時能自動切斷電路,有效的保護串接在它后面的電器設備，并且在分斷故障電流后一般不需要更換零部件。因此，低壓斷路器在數(shù)控機床上使用越來越廣泛.低壓斷路器的主要參數(shù)有:額定電壓、額定電流、極數(shù)、脫扣器類型及其額定電流整定范圍、電磁脫扣器整定范圍、主觸點的分斷能力等。選擇低壓斷路器時應注意：1。低壓斷路器的額定電流和額定電壓應大于或等于線路、設備的正常工作電壓和工作電流;２。低壓斷路器的極限通斷能力應大于或等于線路的最大短路電流;3．欠電壓脫扣器的額定電壓等于線路的額定電壓；4．過電流脫扣器的額定電流應大于或等于線路的最大負載電流.使用低壓斷路器實現(xiàn)短路保護要比使用熔斷器優(yōu)越。因為當電路短路時，若采用熔斷器保護，很有可能只有一相電源的熔斷器熔斷,造成缺相運行。對于低壓斷路器來說，只要短路都會使開關(guān)跳閘，將三相電源同時切斷。ＤＺ15系列型號意義為:塑料外殼式斷路器塑料外殼式斷路器設計代號殼架等級額定電流級數(shù)3級液壓式電磁脫扣器配電保護用過電流脫扣器表6—1列出了ＤＺ1５系列規(guī)格及參數(shù)。表6—１DZ１5系列規(guī)格及參數(shù)型號殼架額定電流/A額定電壓／V極數(shù)脫扣器額定電流/A額定短路通斷能力/kAＤZ15-40/19０14022016,１0，1６,20,2５，32，40３DZ15-40/2９0138０2DZ15—4０/390138０3ＤZ15—4０/390２3８０3DZ15－40/4901３８04DZ15－63/１90163220110,１6,２0,25，32,４０,50，635ＤZ15—63/19013８0２DＺ１5—63/1901380３DZ15-63/1901３8０3DZ1５-６3/１9０138０4根據(jù)主軸電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)，低壓斷路器QF1的型號選用為ＤZ４0—10/3901，其殼架額定電流40A。ＱF2～ＱＦ9的型號見元件名細表。（三）熔斷器（ＦU）的選擇1．熔斷器的基本結(jié)構(gòu)熔斷器是一種廣泛應用的最簡單的有效地保護電器.熔斷器是根據(jù)電流超過規(guī)定值一定時間后，以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開的原理制成的一種電流保護器。熔斷器廣泛應用于低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)及用電設備中，作為短路和過電流保護，是應用最普遍的保護器件之一.熔斷器是一種過電流保護電器.熔斷器主要由熔斷體、外殼和支座3部分組成,其中熔體是控制熔斷特性的關(guān)鍵元件。熔斷體一般由熔點低、易于熔斷、導電性良好的合金材料制成。熔斷體為一次性使用元件,熔斷后，再次工作必須更換。使用時，將熔斷器串聯(lián)于被保護電路中，當被保護電路的電流超過規(guī)定值,并經(jīng)過一定時間后，由熔體自身產(chǎn)生的熱量熔斷熔體,使電路斷開，起到保護作用。它以金屬導體作為熔體而分斷電路的電器。串聯(lián)于電路中,當過載或短路電流通過熔體時,熔體自身發(fā)熱而熔斷，從而對電力系統(tǒng)、各種電工設備及家用電器起到保護作用。具有反時延特性，當過載電流小時，熔斷時間長；當過載電流大時,熔斷時間短。因此，在一定過載電流范圍內(nèi)至電流恢復正常,熔斷器不會熔斷，可以繼續(xù)使用。熔斷器的種類很多，結(jié)構(gòu)也不同，有插入式熔斷器、有／無填料封閉管式熔斷器及快速熔斷器等。選擇熔斷器，主要是選擇熔斷器的種類、額定電壓、熔斷器額定電流等級和熔體的額定電流。額定電壓是根據(jù)所保護電路的電壓來選擇的。熔體電流的選擇是熔斷器選擇的核心.2.選擇方法（1）負載較平穩(wěn),無尖峰電流，如照明、信號、電阻爐等,按額定電流來選用,即:（6。1)式中——熔體額定電流;—-負載工作電流。（2）負載有尖峰電流。如異步電動機，其起動電流為額定電流的4~7倍。這樣就不能按其額定電流來選,采用經(jīng)驗計算方法選用。①、對于單臺工作（不經(jīng)常起動）的電動機,可用下式來選擇:或（6.2）式中—-電動機的額定電流；—-異步電動機起動電流.②、對于頻繁起動的電動機，上述系數(shù)應增為。③、對于多臺電動機由一個熔斷器保護，熔體按下列關(guān)系選擇:（6。3）式中——容量最大的電動機的額定電流；——除容量最大的電動機之外,其余為電動機額定電流之和。也可用下列公式選擇:(6。4）式中——可能出現(xiàn)的最大電流。表6－2RL1系列熔斷器型號熔斷體額定電流（Ａ）熔斷體額定電流等級(A）交流380V時極限分斷能力(A，有效值）RL1-15152、４、5、6、10、15200０RＬ１－606０20、2５、30、35、4０、5０、60500０RL1—1001０060、80、100RL1-20０2001０0、12５、１５0、20０④、如果幾臺電動機不同時起動,則為容量最大一臺電動機的起動電流，加上其他各自的額定電流,即：(6.5)機床電氣線路中常用的是RＬ1系列螺旋式熔斷器,其技術(shù)參數(shù)列于表6—2．根據(jù)以上原則，選擇熔斷器ＦＵ0的型號為BZ00１，熔體額定電流為40Ａ。(四)接觸器（KＭ)的選擇接觸器是一種用來頻繁地接通和分斷電路帶有負載（如電動機)的自動控制電器.從輸出能量看，它是一種功率放大器件。接觸器由電磁機構(gòu)、觸電系統(tǒng)、滅弧裝置及其他部件四部分組成.其工作原理是剛線圈通電后，鐵芯產(chǎn)生電磁吸力將銜鐵吸合。銜鐵帶動觸電系統(tǒng)動作,使常閉觸電斷開,常開觸點閉合.當線圈斷電時，電磁吸力消失,銜鐵在反作用彈簧力的作用下釋放，觸點系統(tǒng)隨之復位。1.其主要技術(shù)數(shù)據(jù)有：（１）電源種類:交流或直流；（2）主觸頭額定電壓、額定電流;(３)輔助觸頭的種類、數(shù)量及觸頭的額定電流；（4）電磁線圈的電源種類、頻率和額定電壓；（5)額定操作頻率(次/h)，即允許每小時接通的最多次數(shù)。交流接觸器型號的含義:接觸器接觸器交流設計代號額定工作電流10選用時，一般交流負載用交流接觸器,直流負載用直流接觸器。當用交流接觸器控制直流負載時，必須降額使用，因為直流滅弧困難。頻繁動作的負載,考慮到操作線圈的溫升，宜選用直流勵磁操作的接觸器。對于單相交流負載可采用多極并聯(lián)（單個接觸器自身的多觸頭并聯(lián)）運行方式，但由于各極電流分布不可能均勻，同時各觸頭也不可能完全同步地接通和分斷，所以允許工作電流應比各極允許工作電流之和小。2．接觸器的主要選用原則：(1）根據(jù)接觸器所控制負載的工作任務（輕任務、一般任務或重任務）來選擇相應使用類別的接觸器；(2)交流接觸器的額定電壓(指觸點的額定電壓)一般為500V或3８0V兩種，應大于或等于負載電路的電壓；(3)根據(jù)電動機（或）其他負載的功率和操作情況來確定接觸器主觸點的電流等級；（4）接觸器線圈的電流種類和電壓等級應與控制電路相同；（5）觸點數(shù)量和種類應滿足電路和控制電路的要求?？刂齐姍C時，一般根據(jù)電動機容量Ｐd計算接觸器的主觸頭電流，即（式6。6）式中-—經(jīng)驗常數(shù)，一般取1～1．4;——電動機功率（kW）;-—電動機額定線電壓（V）;——接觸器主觸頭電流（A）。CＪ１0系列交流接觸器的基本技術(shù)數(shù)據(jù)見表6－３。表6－3CJ1０系列交流接觸器型號額定電流（A)額定操作頻率（次/h)可控電動機最大容量（kＷ）主觸點輔助觸點220V380V５00VＣJ１０-５55600１.2２.22。2CＪ1０－10１0５600２．２4４ＣJ1０—202056００５.510１0CJ10—４０4056０01120２0CJ10—60６0５60０1730３0CＪ10－100１0056003050５0伺服強電接觸器KM1和主軸電動機接觸器KＭ２、KＭ３的型號選為CＪ0－1０，觸頭額定電流為10A，交流線圈額定電壓為１10V；冷卻泵電動機接觸器KM4型號為ＣJ０－5,觸頭額定電流為５A，交流線圈額定電壓為110Ｖ;刀架電動機接觸器KM５、ＫM６型號為ＣJ0—５。（五）繼電器（ＫA）的選擇繼電器是當輸入的物理量達到規(guī)定值時,其電氣輸出電路被接通或阻斷的一種自動電器。廣泛用于生產(chǎn)過程自動化裝置，電力系統(tǒng)保護裝置，各類運動、遙控盒通信裝置,是現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)中最基礎的電器元件之一。工作原理是當某一輸入量(如電壓、電流、溫度、速度、壓力等）達到預定數(shù)值時，使它動作，以改變控制電路的工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)既定的控制或保護的目的。在此過程中,繼電器主要起了傳遞信號的作用.繼電器是一種電子控制器件,它具有控制系統(tǒng)(又稱輸入回路)和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。1．中間繼電器的選擇.中間繼電器實質(zhì)上是電壓繼電器，但它的觸點對數(shù)相對較多,觸頭容量較大，動作靈活。一般來講，中間繼電器的觸頭容量與接觸器的輔助觸頭差不多，其額定電流多數(shù)為5A,對于電動機額定電流不超過5Ａ的電氣控制系統(tǒng)，也可以代替接觸器來使