三面铣组合机床的电气控制系统设计.doc

电气控制与PLC课程设计设计题目： 三面铣组合机床的电气控制系统设计 专业班级： 电气工程及其自动化1203班 姓 名： 学 号： 指导教师： 某某某 日 期： 2015-6-23至2015-7-3 1.摘要组合机床（transfer and unit machine）组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。 组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。本论文介绍的三面铣组合机床就有以上特点，采用了液压和电气系统控制，能同时进行三面加工，利用液压系统控制，能快速、平稳的进给加工。论文分析了三面铣组合机床的控制原理，制定了液压控制原理图、液压电磁阀工作状态图表、电气控制原理图、电器元件安装位置图、电气接线示意图以及编写了电气控制电路工作原理说明书，同时还完成了电气元件选择计算、列出元件清单。1.1关键词:电气控制系统 、液压控制系统 、 三面铣组合机床1.2任务：设计三面铣组合机床的电气控制系统三面铣组合机床结构示意图及被加工零件示意如图1所示。机床由床身、三台铣削动力头、液压动力滑台、液压站、工作台、夹具及工件松紧油缸等部件组成。机床工作的自动循环过程如图2所示，工件与铣刀的相互位置示意图如图3所示。工作时，操作工放上待加工工件，首先按下液压泵起动按钮起动液压泵电动机，然后按下夹紧按钮，发出加工指令信号，工件松紧油缸动作，当工件夹紧到位，压力继电器动作，发出液压动力滑台快进信号，滑台快进到位转工进，同时起动左、右1两铣削动力头电动机，分别对零件的左右侧端面开始加工，当滑台进给到预定位置时，中间的立铣削动力头起动加工，滑台继续进给直到右1动力头完成右端80端面的铣削加工，右1动力头电动机停机，同时右2动力头电动机起动，对右90端面加工，直到加工终点。此时，左、中间立铣及右2动力头电动机同时停机，待上述铣刀完全停止后，发出滑台快速退回信号，滑台快退到位，夹紧工件的油缸自动将工件松开，完成一次工作循环，操作工取下加工好的工件，再放上待加工工件，重复以上工作过程。控制要求：1）在机床不进行加工时，四台铣削动力头电动机均可实现点动对刀控制。2）工件的夹紧、松开及滑台的快进、快退应能调整控制。液压泵电动机：1.5KW，1410r/min , 380V, 3.49A左铣削头电动机：4KW，1440r/min ，380V，8.4A右1铣削头电动机：3KW，1440r/min，380V,6.8A右2铣削头电动机：4KW，1440r/min ，380V，8.4A立铣削头电动机：3KW，1440r/min ，380V，6.8A各种电磁阀额定电压为直流24V，其余参数自己设定。图1 三面铣组合机床结构示意图及被加工零件示意图 1左铣削动力头 2立铣削动力头 3右2铣削动力头 4右1铣削动力头 5工件 6夹具 7液压动力滑台 8床身图2 机床工作自动循环过程图 图3 工件与铣刀的相互位置示意图2.工件的加工过程及行程开关的安装位置图3.液压工作原理图液压元件动作表 元 件工 序YV1YV2YV3YV4YV5KP1原 位（+）夹 紧+快 进（+）+工 进（+）+死挡铁停留（+）+快 退（+）+松 开+4.液压控制系统原理分析夹紧过程：工作时，操作工放上待加工工件，首先按下液压泵起动按钮起动液压泵电动机，然后按下夹紧按钮，发出加工指令信号，工件松紧油缸动作，夹紧过程中油液的流动情况为:进油路：变量泵减压阀单向阀1换向阀（左位）夹紧油缸左腔回油路：夹紧油缸右腔换向阀（左位）油箱快进过程:当工件夹紧到位，压力继电器KP1动作，发出液压动力滑台快进信号，电磁铁YV3通电，电液换向阀左位接入系统，顺序阀因系统压力不高仍处于关闭状态，这时液压缸作差动连接，限压式变量泵输出最大流量，系统中油液流动情况为：进油路：变量泵单向阀2换向阀（左位）换向阀1（左位）进给油缸左腔回油路：进给油缸右腔换向阀（左位）单向阀3换向阀1（左位）进给油缸左腔工进过程：当滑台快进到预定位置时挡块压下行程阀，这时系统压力升高，顺序阀打开，变量泵输出流量减小，系统中油液流动情况为：进油路: 变量泵单向阀1换向阀（左位）调速阀（左位）进给油缸左腔回油路：进给油缸右腔换向阀（左位）顺序阀背压阀油箱快退过程：在动力滑台工进碰到死档块后停止前进，液压系统的压力进一步升高，压力继电器发出动力滑台快速退回的信号电磁铁YV3断电，YV4通电，这时系统压力下降，变量泵流量又增大，系统中油液的流动情况为：进油路: 变量泵单向阀2换向阀（右位）进给油缸右腔回油路：进给油缸左腔单向阀4换向阀（右位）油箱松开过程：滑台快退到位，夹紧工件的油缸自动将工件松开 ，系统中油液流动情况：进油路：变量泵减压阀单向阀1换向阀（右位）夹紧油缸右腔回油路：夹紧油缸左腔换向阀（右位）油箱5.电气部分5.1主电路图205.2控制电路图5.3控制电路分析检查各铣头运转情况合上闸刀开关QS0。按下按钮SB3检查左铣头工作是否正常。按下按钮SB4检查右1铣头工作是否正常按下按钮SB5检查立铣头工作是否正常。按下按钮SB6检查右2铣头工作是否正常。自动工作状态即SA1触点（2-4）接通，电路分析如下：(1)启动液压泵按下按钮SB2，KM1交流接触器线圈KM1得电，KM1主触点闭合，自锁触点闭合，KM1常开触点（27-28）接通，HL2指示灯亮，液压泵电机启动工作,输出高压油。(2)夹紧工件按下工作开始按钮SB7，中间继电器KA1得电，KA1自锁触点闭合，KA1常开触点（27-29）（27-32）闭合，HL3指示灯亮、夹紧电磁阀YV1得电，电磁阀心左移，压力油输出夹紧液压缸大腔，使工件夹紧。(3)工件快进工件夹紧到位，压下行程开关SQ4,触点(4-8)闭合，此时压力继电器KP1动作，压力继电器的常开触点（8-9）接通，使得中间继电器KA2得电并自锁，KA2的常开触点(33-34)闭合，电磁阀YV3线圈得电，进给油缸实现差动连接，滑台快速前进。(4)快进转工进加工工件当工作台压到行程开关SQ2，中间继电器KA3线圈得电，KA3的常开触点（11-13）闭合，电磁阀YV5得电，进给由差动连接转变成普通连接实现工进，与此同时，KM2、 KM3交流接触器线圈得电，KM2、KM3常开触点（27-30）接通，HL4指示灯亮，左铣头M2和右1铣头M3开始工作, 对工件，对工件左端面与右端面进行铣削加工。滑台工进到下行程开关SQ5，使接触器KM4得电并自锁，立铣动力电动机M4启动，对定位面进行加工。滑台继续工进到压下行程开关SQ6，中间继电器KA8和接触器KM5同时得电，常闭触点（14-16）断开，接触器KM3失电，右1动力电动机M3停转。同时，右2动力头M5启动，对右端面进行铣削加工。(5)加工停止，快速退回原位滑台进给到终点，各端面加工结束，压下终点行程开关SQ3,触点（11-19）接通，中间继电器KA4和时间继电器KT同时得电并自锁，中间继电器KA4常闭触点（13-14）打开，接触器KM2、KM3、KM5线圈同时断电，其常开触点（27-30）断开，使HL4指示灯暗，立铣、左、右2三台动力头电动机均停转。此时，当各动力头电动机完全停转后，时间继电器KT的延时闭合的常开触点（8-21）闭合，中间继电器KA5得电并自锁，其常开触点（38-39）闭合，电磁阀YV4得电，滑台快速退回，退回至原位。(6)松开工件退回至原位时，压下行程开关SQ1，SQ1-2的触点（8-22）接通，中间继电器KA6得电，其常开触点（27-31）闭合，常闭触点（6-7）(21-28)、（27-38）断开，中间继电器KA1、KA5失电、电磁阀YV4失电、电磁阀YV2线圈得电，电磁阀心右移，压力油输入液压缸小腔，使工件松开，压力继电器KP1常闭触点（8-24）复位，中间继电器KA7线圈得电，其常闭触点（22-23）断开，中间继电器KA6线圈失电，其常开触点（27-31）复位，电磁阀YV2线圈失电，同时夹紧行程开关SQ4放开，使时间继电器KT线圈断电，HL2夹紧信号灯暗，一个工作循环结束。手动工作状态即SA1触点（2-39）接通，电路分析如下：(1)启动液压泵按下按钮SB2，KM1交流接触器线圈KM1得电，KM1主触点闭合，自锁触点闭合，KM1常开触点（27-28）接通，HL2指示灯亮，液压泵电机启动工作,输出高压油。(2)夹紧工件合上转换开关SA2，使触点（39-7）接通，中间继电器KA1得电， KA1常开触点（27-29）（27-32）闭合，HL3指示灯亮、夹紧电磁阀YV1得电，电磁阀心左移，压力油输出夹紧液压缸大腔，使工件夹紧。(3)工件快进工件夹紧到位，合上转换开关SA3，使触点（39-10）接通,中间继电器KA2得电，KA2的常开触点(33-34)闭合，电磁阀YV3线圈得电，进给油缸实现差动连接，滑台快速前进。(4)快进转工进加工工件工件当工作台停止时，合上转换开关SA4，使触点（39-12）接通，中间继电器KA3线圈得电，KA3的常开触点（,35-36）闭合，电磁阀YV5得电，进给由差动连接转变成普通连接实现工进，与此同时，KM2、 KM3交流接触器线圈得电，KM2、KM3常开触点（27-30）接通，HL4指示灯亮，左铣头M2和右1铣头M3开始工作, 对工件，对工件左端面与右端面进行铣削加工。滑台工进到下行程开关SQ5，使接触器KM4得电并自锁，立铣动力电动机M4启动，对定位面进行加工。滑台继续工进到压下行程开关SQ6，中间继电器KA8和接触器KM5同时得电，常闭触点（14-16）断开，接触器KM3失电，右1动力电动机M3停转。同时，右2动力头M5启动，对右端面进行铣削加工。(5)加工停止，快速退回原位滑台进给到终点，各端面加工结束，合上转换开关SA5,触点（39-19）接通，同时，断开转换开关SA3，中间继电器KA2失电，中间继电器KA4和时间继电器KT同时得电并自锁，中间继电器KA4常闭触点（13-14）打开，接触器KM2、KM3、KM5线圈同时断电，其常开触点（27-30）断开，使HL4指示灯暗，立铣、左、右2三台动力头电动机均停转。此时，当各动力头电动机完全停转后，合上转换开关KA6,触点（39-20）接通，中间继电器KA5得电，其常开触点（38-39）闭合，电磁阀YV4得电，滑台快速退回，退回至原位。(6)松开工件退回至原位时，合上转换开关SA7,触点（39-22）接通，中间继电器KA6得电，其常开触点（27-31）闭合，常闭触点（27-38）断开，同时断开转换开关SA2、SA6，中间继电器KA1、KA5失电、电磁阀YV4失电、电磁阀YV2线圈得电，电磁阀心右移，压力油输入液压缸小腔，使工件松开，压力继电器KP1常闭触点（8-24）复位，中间继电器KA7线圈得电，其常闭触点（22-23）断开，中间继电器KA6线圈失电，其常开触点（27-31）复位，电磁阀YV2线圈失电，同时夹紧行程开关SQ4放开，使时间继电器KT线圈断电，HL2夹紧信号灯暗，一个工作循环结束。5.4电器元件选择计算在电气原理图设计完毕之后就可以根据电气原理图进行电气元件的选择工作，本设计中需选择的电气元件主要有：（1）电源开关QS0的选择QSO的作用主要是用于电源的引入。由于不直接用于启动和停机，因此QS0的选择主要考虑电动机M1M5额定电流和启动电流，由前面已知M1M5的额定电流数值，通过计算可得额定电流之和为33.89A，同时考虑到，其额定电流只要稍大于电动机的额定电流。所以，QF0最终选择组合开关HK-60/3型，额定电流为60A。（2）热继电器FR的选择 根据电动机的额定电流进行热继电器的选择，由前面M1、M2和M3的额定电流，现选择如下：FR1选用JR10-20 10R型热继电器。热元件额定电流4.8A额定电流调节范围为3.24.8A工作时调整在3.49A.FR2选用JR10-20 14R型热继电器。热元件额定电流10A额定电流调节范围为710A工作时调整在8.4A。FR3选用JR10-20 13R型热继电器。热元件额定电流8.4A额定电流调节范围为68.4A工作时调整在6.8A。FR4选用JR10-20 13R型热继电器。热元件额定电流8.4A额定电流调节范围为68.4A工作时调整在6.8A。FR5选用JR10-20 14R型热继电器。热元件额定电流10A额定电流调节范围为710A工作时调整在8.4A。（3）接触器的选择根据负载回路的电压、电流，接触器所控制回路的电压及所需点的数量等来进行接触器的选择。KM1主要对M1进行控制，而M1额定功率为1.5KM，控制回路电源为110V，又由In=Pmn*1000/KUmn，（注：Pmn是电动机功率，K是经验常数11.4，Umn是电动机额定线电压380V）经计算得In=3.94A,由于接触器安装在控制柜内，允许的负载额定电流仅提高（510）%，所以接触器KM1的额定电流取4.3A.故交流接触器KM1选择型号为CJ2020。KM2主要对M2进行控制，而M2额定功率为4KM，控制回路电源为110V，又由In=Pmn*1000/KUmn，（注：Pmn是电动机功率，K是经验常数11.4，Umn是电动机额定线电压380V）经计算得In=10.52A,由于接触器安装在控制柜内，允许的负载额定电流仅提高（510）%，所以接触器KM2的额定电流取11.5A.故交流接触器KM2选择型号为CJ2020。KM3主要对M3进行控制，而M3额定功率为3KM，控制回路电源为110V，又由In=Pmn*1000/KUmn，（注：Pmn是电动机功率，K是经验常数11.4，Umn是电动机额定线电压380V）经计算得In=7.89A,由于接触器安装在控制柜内，允许的负载额定电流仅提高（510）%，所以接触器KM3的额定电流取8.6A.故交流接触器KM3选择型号为CJ2020。KM4主要对M4进行控制，而M4额定功率为3KM，控制回路电源为110V，又由In=Pmn*1000/KUmn，（注：Pmn是电动机功率，K是经验常数11.4，Umn是电动机额定线电压380V）经计算得In=7.89A,由于接触器安装在控制柜内，允许的负载额定电流仅提高（510）%，所以接触器KM4的额定电流取8.6A.故交流接触器KM4选择型号为CJ2020。KM5主要对M5进行控制，而M5额定功率为4KM，控制回路电源为110V，又由In=Pmn*1000/KUmn，（注：Pmn是电动机功率，K是经验常数11.4，Umn是电动机额定线电压380V）经计算得In=10.52A,由于接触器安装在控制柜内，允许的负载额定电流仅提高（510）%，所以接触器KM5的额定电流取11.5A.故交流接触器KM5选择型号为CJ2020。（4）时间继电器的选择本设计中由于工件在终点位置加工完成时需要延时控制。需要常开延时闭合触点一个，我们选JDZ2-S11型时间继电器。额定电压AC110V,额定功耗小于5W,动作频率1200次/h。（5）熔断器的选择首先应确定熔体的额定电流，其次根据熔体的规格，选择熔断器的规格，在根据被保护电路的性质，选择熔断器的类型。本设计中涉及到熔断器有11个：FU0、FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6、FU7、FU8、FU9、FU10。FU0主要对主电路进行短路保护，根据多台长期工作的电动机共用易熔断器：Ifun(1.52.5)Imnmax+Imni(注：Ifun为熔体额定电流，Imnmax为容量最大的一台电动机额定电流，Imni为其余几台电动机额定电流)FU0对M1M5进行短路保护，经计算得42.3A,所以FU0选择RLS1-10型号，熔体额定电流值为50A。(6)按钮的选择根据需要的触点数目、动作要求、使用场合、颜色等进行按钮的选择。本设计中SB1选择LA2-11K型按钮，颜色为红色，选择SB2选择LA2-11K型按钮，颜色为绿色，SB3SB7选择LA2-11K型按钮，颜色为黑色。(7)照明及指示灯的选择本设计中，电源指示灯EL选择JC2，交流24V、40W；指示灯HL1、HL2、HL3、HL4选择YJ-1型，指标为24V，颜色为黄色，绿色，红色，白色各一个。(8)控制变压器的选择本设计中，变压器选择BK-100,380V、110V、24V。5.5电器材料清单符号名称型号规格件数单价(元)作用M1液压泵电动机J02-22-41.5kw380V3.49A1500带动油泵工作M2左铣头电动机J02-32-44.0kw380V8.4A1920带动铣头加工零件M3右1铣头电动机J02-32-43.0kw380V6.8A1420带动铣头加工零件M4立铣头电动机J02-41-43.0kw380V6.8A1420带动铣头加工零件M5右2铣头电动机J02-41-44.0kw380V 8.4A1920带动铣头加工零件QS0转换开关HK-60/3380V 60A125引入电源SA 1转换开关HK-10/136V 10A120切入到手动SA 2转换开关HK-10/136V 10A120手动夹紧开关SA 3转换开关HK-10/136V 10A120手动快进开关SA 4转换开关HK-10/136V 10A120手动工进开关SA 5转换开关HK-10/136V 10A120手动停止开关SA 6转换开关HK-10/136V 10A120手动快退开关SA 7转换开关HK-10/136V 10A120手动松开开关SA 8转换开关HK-10/136V 10A120照明KM1交流接触器CJ20-10110V 40A160控制油泵电机工作KM2交流接触器CJ20-10110V 100A160控制铣头电机工作KM3交流接触器CJ20-10110V 100A160控制铣头电机工作KM4交流接触器CJ20-10110V 100A160控制铣头电机工作KM5交流接触器CJ20-10110V 100A160控制铣头电机工作KA1中间继电器JZ7-44110V 10A115控制电磁阀YV1和KP1KA2中间继电器JZ7-44110V 10A115控制电磁阀YV3和KA7KA3中间继电器JZ7-44110V 10A115控制电磁阀YV5KA4中间继电器JZ7-44110V 10A115控制KM2、KM4、KM5KA5中间继电器JZ7-44110V 10A115控制电磁阀YV4KA6中间继电器JZ7-44110V 10A115控制 KA1KA7中间继电器JZ7-44110V 10A115控制 KA6KA8中间继电器JZ7-44110V 10A115控制KM3KT时间继电器JDZ2-S11110V135加工终点延时退回SB1按钮LA2-11K红色120停止按钮SB2按钮LA2-11K绿色120油泵电机启动SB3按钮LA2-11K黑色120左铣头点动SB4按钮LA2-11K黑色120右1铣头点动SB5按钮LA2-11K黑色120立铣头点动SB6按钮LA2-11K黑色120右2铣头点动SB7按钮LA2-11K黑色120工件夹紧点动SQ1行程开关LX32-1Q110V 6A15控制 KA1SQ2行程开关LX32-1Q110V 6A15控制 KA3SQ3行程开关LX32-1Q110V 6A15控制 KA4SQ4行程开关LX32-1Q110V 6A15控制 KA2SQ1-2行程开关LX32-1Q110V 6A15控制 KA6SQ5行程开关LX32-1Q110V 6A15控制KM4SQ6行程开关LX32-1Q110V 6A15控制KM5FU0熔断器RLS1-1050A13总电源短路保护FU1熔断器RLS1-1010A13M1的短路保护FU2熔断器RLS1-1010A13M2的短路保护FU3熔断器RLS1-1010A13M3的短路保护FU4熔断器RLS1-1010A13M4的短路保护FU5熔断器RLS1-1010A13M5的短路保护FU6熔断器RLS1-1015A13控制电路短路保护FU7熔断器RLS1-104A13指示灯电路短路保护FU8熔断器RLS1-104A13指示灯电路短路保护FU9熔断器RLS1-1015A13控制电路短路保护FU