机电设备运行与维护钻床控制系统毕业论文设计.doc

0 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 论文题目 摇臂钻床控制系统工程 系 别 机 电 工 程 系 专 业 机电设备运行与维护 班 级 08302 班 姓 名 周 川 指导教师 徐克根 陈林 2011 年 5 月 四川工商职业技术学院教务处制 1 目 录 1. 设计要求.3 1.1 警告符号、标志、项目代号.3 1.1.1 控制装置的标志.3 1.1.2 项目代号和线路标记（线号）.3 1.2 技术要求3 1.3 防护措施.4 1.3.1 电气设备的保护.4 1.3.2 短路保护要求.4 1.3.3 过载保护要求.4 1.3.4 失压保护要求.4 1.3.5 欠压保护要求.4 1.3.6 对急停开关和电源开关要求.4 1.4 对控制和信号电路的规定5 1.4.1 控制和信号电路的电源和保护.5 1.4.2 控制电路.5 1.4.3 信号电路.5 1.5 对成套电气设备的技术要求及电路的安排.5 1.5.1 电器的安排.5 1.5.2 方便性.6 1.5.3 间隔和爬电距离.6 1.5.4 控制箱内电器的安排.6 1.6 对控制器件的规定.6 1.6.1 位置与安装.6 1.6.2 按钮的相对位置及颜色.6 1.7 电线和电缆、布线等规定 6 1.7.1 布线.6 2.摇臂钻床的主要结构及运动行式控制要求.8 2.1 主要结构.8 2.2 运动行式.8 2.3 控制要求.8 3 电动机及电缆的选择.9 3.1 电动机的选择及要求9 2 3.2 电缆的选择9 4.控制线路的设计.9 4.1 根据钻床运动要求设计电气控制原理图9 5.工作过程.10 5.1 主电路10 5.2 主轴电动机的控制10 5.3 摇臂升降控制10 6.元件选择.11 6.1 主回路元件选择11 6.2 控制回路元件表11 6.3 控制变压器选择12 7.元件布置.12 8. 接线图.12 9. 结束语.12 10. 体会.13 3 钻床控制系统工程设计钻床控制系统工程设计 摘摘 要要 钻床是一种孔加工机床。可用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式加工。在各 种钻床中，摇臂钻操作床操作方便、灵活，适用范围广，具有典型性，特别适于单件或 批量生产中加工多孔的大型零件。本文主要是探讨如何对摇臂钻床控制系统进行工 程设计。 关键词关键词：钻床 工程设计 控制系统 1. 设计要求设计要求 我国的工业及生产逐步趋于标准化规范化。“通用技术”是机床电气线路的设计、 安装与检修等工作中不可缺少的指导性文件及准则。实施“通用技术”的目的是：保 障人身和设备的安全；保证机床和电气设备的可靠性；便于机床及其电气设备的使用 和维修。摇臂钻床作为机床的一种，其电气控制系统必须符合机床机床技术的通用要 求。因此该设计满足以下要求： 1.1 警告符号、标志、项目代号警告符号、标志、项目代号 1.1.1 控制装置的标志 控制装置必须在其门或盖板装上数据铭牌。铭牌的内容为：制造厂名称或其商标； 电源额定电压、相数和频率耗电总容量或满载电流总和；总电源短路保护器件的断流 能力或熔断器的额定电流；设备的防护等级；设备的编号。 1.1.2 项目代号和线路标记（线号） 电气设备中每一个元件、器件，必须有与原理图上一致的项目代号必须用耐久的 方法标注在元、器件的附近或其上。所有的接线端子、电缆和导线耐久的、与原理图 上相应接点一致的线号。 1.2 技术要求技术要求 A. 所有元、器件在制造厂所规定的范围内使用。如电压、电流、温度等极限值以 及冷却和预防冲击、振动、油雾、蒸汽等方面的技术要求。 B. 本控制系统根据用户指定的电源电压和频率设计，电动机工作电压为 4 50Hz/380V，控制线路 50Hz/220V。 C. 把摇臂钻床电气设备联接到一个电源上。照明用电设立变压器引出单独电源， 电源电压为交流 36V。 除摇臂钻床电气设备与供电系统采用插销连接外，电源线应直接联到电源切断开 关的电源端子上。接地方式采用外部保护导线（PE）并接机壳端子。 1.3 防护措施防护措施 1.3.1 电气设备的保护 电气设备在正常工作和事故情况下，具备保护人身安全防止电击能力。自动切断 电源的防护。本控制系统防护方法采用：把裸露导体零件接到保护电路上和采用漏电 自动切断电源的保护开关。 1.3.2 短路保护要求 A. 总保护 该总保护器件无脱扣机构时，允许电动机有最长的起动时间。如果总 保护器件具有瞬时切断功能，瞬时动作电流的整定值，至少等于由它负责同时联接、 起动或控制的所有电动机和装置的峰值电流总和的 110%。 B. 电路和支路的保护 所有导线必须用短路保护器件作保护，该熔断器的额定电 流和其他短路保护器件的整定电流，尽可能选小些。但必须满足电动机起动电流和变 压器合闸电流的要求。所有的动力导线必须设置短路电流探测和切断器件。短路保护 采用熔断器，具体计算与选用见相关内容。 1.3.3 过载保护要求 A. 对 1kW 以上的、连续工作电动机每台电动机有过载保护。过载保护采用热继 电器，计算与选用见后相关内容。经常起动的电动机，配合过载保护很困难，因为时 间常数与被保护的绕组的时间常数（例如快速移动、锁紧、快速退回等的电动机）相 差太大。因此本控制系统中只配备短路保护。 B. 电动机过载保护部件复原后，必须手动复位，电动机才能重新启动。 1.3.4 失压保护要求 在电源中断又恢复后，电动机重新自行开动可能危及人身、摇臂钻床，因此采用 失压保护，防止重新开动。 1.3.5 欠压保护要求 由于电压降低会引起电气设备误动作，从而对人身、摇臂钻床和正在加工的工作 有潜在危险时，给设备配上最低电压保护器，以确保在预定电平上起到保护作用。 5 1.3.6 对急停开关和电源开关要求 摇臂钻床电气设备必须具备下述电器，即出现险情时停止摇臂钻床控制系统工作， 脱离危险；断开电气设备电源的开关。 A. 急停开关 当出现险情时，操作急停开关，必须能尽快地停止摇臂钻床故障部 分，或者整台摇臂钻床的工作。因此采用急停开关切断出现险情的电路。急停开关复 位后，摇臂钻床的任何部分不能自行开始动作。急停开关的操纵按钮为红色，手柄或 按钮底部面板上必须衬托以黄色，使得容易识别。必须使得事先动作的所有操作件在 人工复位后，才能重新开摇臂钻床。 B. 电源开关 电源开关的操作件为手动。在清冼、维修和长期停车期间，电源开关 必须能把摇臂钻床的全部电气设备的电源切断。 电源开关满足下列要求：只能有一个断开位置和一个接通位置；看得见的间隔或 位置指示；有外部操作手柄。在断开位置上，有能锁住的机构；能切断电源电路的所 有带电导线，为黑色，急停开关为红色。 1.4 对控制和信号电路的规定对控制和信号电路的规定 1.4.1 控制和信号电路的电源和保护 A. 变压器的使用 由于摇臂钻床具有 5 个以上电磁线圈（5 个接触器、1 个时间继 电器、1 个电磁阀等），因此采用控制变压器给控制和信号电路供电，并应接在电源 切断开关的负载侧，接在两条相线之间。 B. 过电流保护 直接与电源电压联接的控制和信号变压器供电的电路，有短路保 护。当控制和信号电路是通过变压器供电时，变压器二次侧的一根线接保护电路，而 另一根线接短路保护器件。 1.4.2 控制电路 线圈和触点的联接 每个电磁动作器件的线圈、信号灯或信号灯供电的变压器一次 线圈，联接在控制电路接地的一边各个器件的触点应接在线圈和控制电路的另一边之 间。各种操作同时进行会引起事故时，对这些操作设置可靠的互锁，如内外立柱加紧 与放松之间的互锁。 1.4.3 信号电路 采用独立的信号电路，电路电压为交流 36V，根据要求选择指示灯的颜色。 1.5 对成套电气设备的技术要求及电路的安排对成套电气设备的技术要求及电路的安排 1.5.1 电器的安排 电器在安排上尽可能组装在一起，使其成为一套控制装置。只有那些必须安装在 6 特定位置上的器件，如按钮、手动控制开关、位置传感器、离合器、电动机等，才允 许分散安装在指定的位置上。 1.5.2 方便性 所有电器必须安装在便于更换、检测方便的地方。 为了便于维修或调整，箱内电气元件的部位，离地 0.42m 之间。所有接线端子， 位于离地至少 0.2m 处，便于装坼导线。 1.5.3 间隔和爬电距离 安装器件必须符合规定的间隔和爬电距离，并应考虑有关的维修条件。 控制箱中的裸露、无电弧的带电零件与控制箱导体壁板间间隙为：对于控制电压 间隙应15；对于主回路的电压，间隙应25。 1.5.4 控制箱内电器的安排 A. 除了手动控制开关、信号灯，门上不安装任何器件。 B. 电源开关安装在箱内右上方,其操作手柄装在控制箱前面或侧面。电源开关的上 方不安装其他电器。 C. 箱内电器安接原理图上的编号顺序，牢固安装在控制箱底板上，并标注符号。 D. 控制箱内电器安装板的大小可自由通过控制箱门，便于装卸。 1.6 对控制器件的规定对控制器件的规定 1.6.1 位置与安装 控制器件安装在干燥和清洁的地方，便于维护和检修，避免装卸材料或其他移动 设备时对其损害。手控开关的手柄，必须安装在操作者容易摸到的范围内，不低于操 作者站台的 0.5m。 1.6.2 按钮的相对位置及颜色 A. 对应的“运动”和“停止”按钮相邻安装。“停止”按钮在“起动”按钮的下 边或上边。 B. 按钮的颜色，“停止”和急停按钮为红色。当按下红色按钮时，必须使设备停 止工作或断电。“起动”按钮的颜色是绿色。 1.7 电线和电缆、布线等规定电线和电缆、布线等规定 1.7.1 布线 A. 选用导线 7 导线的选用要求如下： a.硬线在固定安装于不动部件之间，且导线的截面积应小于 0.5若在有可能出 2 mm 现振动的场合或导线的截面积在大于等于 0.5 时，则采用软导线。 2 mm b.导线必须经过 CCC 认证。 c.导线的截面积，必须在能承受正常条件下流过的最大稳定电流的同时，还应考虑 到线路允许的电压降、导线的机械强度和熔断器相配合，导线的计算与选用见相关内 容。 B. 缚线方法 所有导线从一个端子到另一个端子的走线中间不得有接头，有接头的地方应加装 接线盒。 C. 接线方法 所有导线的联接牢固，不得松动。联接器件必须与联接的导线截面积和材料性质 相适应。导线与端子的接线，一般一个端子只联接一根导线。有些端子不适合联接软 导线时，在导线端头上采用针形、叉形等冷压接线头。 D. 导线的标志 a.动力电路的中线（N）和中间线（M）为浅蓝色；交流或直流动力电路应采用黑 色；交流控制电路采用红色；直流控制电路采用蓝色。用作控制电路联锁的导线，如 果是与外边控制电路连接，而且当电源开关断开仍带电时，应采用桔黄色或黄色；与 保护导线联接的电路采用白色。 b.导线线号的标志应与原理图和接线图相符合。在每一根连线的线头上套上标有线 号的套管，位置应接近端子处。线号的应按主电路和控制电路与照明、指示电路分别 编制。控制电路与照明、指示电路：应从上至下、从左至右，用数字依次编号。每经 过一个电器元件的接线端子，编号要依次递增。编号的起始数字，除开学电路必须从 阿拉伯数字 1 开始外，其他辅助电路依次递增 100 作为起始数字，如照明电路编号从 101 开始，信号电路编号从 201 开始等。 E. 控制箱内部配线方法 采用正面修改配线的方法，不采用板后配线的方法。 本箱布线采用线槽配线，线槽装线不要超过容积的 70%。从外部控制、信号电路 进入控制箱内的导线超过 10 根时，则接到端子板或联接器件过渡，但动力电路和测量 电路的导线可以直接接到电器的端子上。 F. 控制箱外部配线方法 全部配线一律装在导线通道内，使导线有适当的机械保护，防止液体、铁屑和灰 尘的侵入。导线通道留有余量，允许以后增加导线。导线通道必须固定可靠，内部不 得有锐边和远离设备的运动部件。不同电路的导线可以穿在同一线管内，或处于同一 8 个电缆槽中。如果它们的工作电压不同，则所用导线的绝缘等级必须满足其中的最高 一级电压的要求。 2.摇臂钻床的主要结构及运动行式控制要求摇臂钻床的主要结构及运动行式控制要求 2.1 主要结构主要结构 摇臂钻床由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱、工作台等部分组成，如图 1 所示。 图（1） 1 主轴箱 2 摇臂 3 工作台 4 底座 5 内外立柱 2.2 运动行式运动行式 A. 主运动主轴旋转； B. 进给运动主轴垂直运动 C. 辅助运动摇臂沿外立柱垂直移动，主轴箱沿摇臂径向水平移动，摇臂与外 立柱一起相对于内立柱的回转运动。 2.3 控制要求控制要求 A. 床运动部件较多，因此采用多电机拖动。通常设有主轴电动机、摇臂升降电动 机、液压泵电动机及冷却泵电动机。 B. 为适应多种形式的加工，要求具有多种切削速度，主轴的旋转和进给速度的控 制一般由机械方法实现。主轴的旋转运动与进给运动由一台电动机拖动。 C. 加工螺纹，主轴要求正反转。摇臂钻床主轴正反转一般由液压系统实现。 D. 外立柱的升降由电动机的正反转实现。外立柱绕內立柱的旋转靠人力作用实现。 9 E. 有必要的连锁与保护。 3 电动机及电缆的选择电动机及电缆的选择 3.1 电动机的选择及要求电动机的选择及要求 见表（1）： 电动机功率(KW)电压(V)作用 M1 四级电动机3.0380带动主轴及进给电机 M2 四级电动机1.1380带动摇臂升降运动 M3 四级电动机0.6380液压泵电动机 M4 四级电动机0.12380冷却泵电动机 表（1） 3.2 电缆的选择电缆的选择 由于钻床系统电动机额定电压为交流 380V，钻床工作环境要求耐热、耐压、耐油 污、耐腐蚀等特点故选用型号为 YZW 的三相四芯橡胶电缆。 由此可得 M1、M2、M3、M4 的电流为： 根据计算电流选用电缆 如表（2）： 电动机类别额定电流（A）选用电缆类别 电动机 M16.0 32.5mm+11.5mm 电动机 M22.2 31.5mm+11.0mm 电动机 M31.2 31.0mm+10.75mm 电动机 M40.25 31.0mm+10.75mm 表（2） 4.控制线路的设计控制线路的设计 4.1 根据钻床运动要求设计电气控制原理图根据钻床运动要求设计电气控制原理图 10 图（2）摇臂钻床控制原理图 5.工作过程工作过程 5.1 主电路主电路 主电动机 M1 由接触器 KM1 控制，由热继电器对其过载保护，电动机只作单向 运动。升降电动机 M2 由接触器 KM2、KM3 控制实现正反转。M3 为液压泵电动机， 由接触器 KM4、KM5 实现正反转控制。M4 为冷却泵电动机，由开关 SA 控制。 5.2 主轴电动机的控制主轴电动机的控制 按钮 SB1、SB2 与接触器 KM1 构成电动机单向旋转控制电路，控制电动机 M1 的 单向旋转启动和停止。 5.3 摇臂升降控制摇臂升降控制 摇臂的升降与摇臂的松开、夹紧是一套连贯的动作。摇臂升降为点动控制，释放 升降按钮 13s 后，夹紧机构工作，将摇臂夹紧，整套动作结束。以摇臂上升为例动 作过程如下：按下 SB3KT 线圈得电 KT（13-14）闭合同时 KT(17-18)断开YV 通电、 KM4 通电夹紧装置放松SQ3 复位，其 SQ3（1-17）闭合为 KM5 通电准备放松 完成SQ2 动作 SQ2（6-13）断开 KM4 断电M3 停止同时 SQ2（6-7）闭合 KM2 通电 M2 正转摇臂上升。上升到预定位置放开 SB3KM2 断电电动机 M2 停止摇臂停止上升；放开 SB3KT 也断电，经过 1 至 3 秒的延时 KT（17-18）闭 11 合，同时 KT（1-17）断，因 SQ3（1-17）闭合 KM5 得；又由于 YV 通电夹紧装置 开始夹紧SQ2 复位，为下次升降准备。 6.元件选择元件选择 6.1 主回路元件选择主回路元件选择 A. 刀开关：由于刀开关在主回路应为总额定电流的 3 倍， Zn=3（6+2.2+1.2+0.25）=28.95A。应选用型号为 HK1-30 刀开关。 B. 熔断器：因四台电动机都是单独启动应选用 M1 额定电流的 2.5 倍： In=2.56=15A ，选用螺旋式熔断器，型号为 RL1-15。 C. 热继电器：由于 M1 和 M2 长期工作，需用热继电器保护，其整定电流为电动机 额定电流，型号为 JR0-20/3D。 6.2 控制回路元件表控制回路元件表 时间继电器及接触器线圈电压统一选择交流 220V，信号灯电压交流 36V。元件清 单详见表（3）： 代号名称型号与规格件数备注 M1主轴电动机Y-160-3 3KW 11430r/m M2摇臂升降电动机Y-160-1.1 1.1KW 11410r/m M3液压泵电动机Y-160-0.16 0.6KW11380r/m M4冷却泵电动机JCB-22 0.12KW12790r/m YV液压分配电磁阀MQJ1-31线圈电压 220V EL照明灯JC2140W 36V FR1主轴电动机热继电器JR0-401热元件 4-6.4A FR2液压泵电动机热继电器JR0-411热元件 1-1.6A FU1熔断器RL1-15/153熔体 15A FU2熔断器RL1-1/153熔体 10A FU3熔断器RL1-2/151熔体 2A HL1立柱主轴放松指示灯LA19-11D1黄色 36V 装于 SB5 内 HL2立柱主轴加紧指示灯LA19-11D1黄色 36V 装于 SB5 内 HL3主轴运转指示灯LA19-11D1黄色 36V 装于 SB5 内 KM1KM5交流接触器CJ0-10B5线圈电压 220V KT时间继电器TST-1A1线圈电压 220V Q主电源组合开关HZ2-30/31板后接线 SA冷却源组合开关HZ2-10/31板后接线 SQ照明灯开关 1装于照明灯上 SB2 SB5 SB6按钮LA19-11D3 分别带绿、黄、红指示 灯 SB1 SB3 SB4按钮LA19-113分别带绿、红、黄指示 12 灯 SQ1摇臂上下限位组合开关HZ4-221 SQ2 SQ3摇臂松开、加紧行程开关LX5-112 SQ4主轴箱加紧松开行程开关LX3-11K1 6.3 控制变压器选择控制变压器选择 液压分配电磁阀吸合容量 350VA、吸持 56VA；交流接触器吸合容量 565VA、 吸持容量 511VA；时间电器机电吸合工作 75VA、吸持工作 12VA。假定各线包同时 吸合，共计总容量 780VA。选取控制变压器总容