机床电气立式铣床课程设计.doc

机床电气课程设计任务书一、设计任务设计一台立式铣床的电气控制系统，主要技术参数和拖动控制要求：1、工作台工作面(宽度长度)(mm) 3201325；2、要求主轴电动机直接起动，两地控制，具有制动功能；3、工作台空行程时快速移动；4、要求切削时提供切削液；5、变速时要求点动方式，变速冲动以便齿轮啮合；6、必要的照明、信号显示。7、各电动机参考功率：主轴电动机，7.5KW；进给电动机，1.5 KW，冷却泵电动机，0.125 KW。二、设计分组每45人为一组，原始数据相同，但电气控制方案的拟定、电气元件的选择等可以不同。三、进度安排本课程设计为2周，设计时间：2011.12.312012.1.13，设计进度安排如下：序号设 计 任 务计划时间（天）备注1熟悉任务和设计资料搜集0.52确定各电动机的功率和转速0.53主电路设计14控制电路设计25电气元件的选择26绘制电气控制原理图0.57绘制电气接线图0.58编写设计说明书29答辩1三、成绩评定平时点名占20%，答辩占40%，课程设计说明书及图纸占40%目 录一、课程设计的对象铣床.1（一）铣床的概述.1（二）机床结构及工作要求.1二、电机功率与转速.2三、机床电气控制电路设计.3 （一）主电路设计.3 （二）控制电路设计.34、 选择电气件.12 五、总结.17一 、课程设计的对象铣床（一） 铣床的概述铣床按照结构形式和加工性能的不同，铣床可分为立铣、卧铣、龙门铣、仿形铣和专用铣床。铣销加工一般有顺铣和逆铣两种形式，铣床中刀具的旋转运动为主运动。工件（工作台）的移动或进给箱的移动为进给运动，工作台的快速移动，及圆工作台的旋转 运动为辅助运动。铣床工作台可在垂直、纵向、横向三个方向移动。万能铣床是一种通用的多用途铣床，它可以用铣刀对各种零件进行平面，斜面，沟槽，齿轮及成型表面的加工，还可以加装万能铣头和圆工作台来铣切凸轮及弧行槽。由于这种铣床可以进行多种内容的加工，故称为万能铣床。（二） 机床结构及工作要求 立式铣床是一种通用金属切削机床。本机床的主轴锥孔可直接或通过附件安装各种圆柱铣刀、成型铣刀、端面铣刀、角度铣刀等刀具，立式铣床铣头可在垂直平面内顺、逆时针调整 45；立式铣床X、Y、Z三方向机动进给；立式铣床主轴采用能耗制动，制动转矩大，停止迅速，可靠。底座、机身、工作台、中滑座、升降滑座、主轴箱等主要构件均采用高强度材料铸造而成，并经人工时效处理，保证机床长期使用的稳定性。立铣头可在垂直平面内顺、逆回转调整 45，拓展机床的加工范围；主轴轴承为圆锥滚子轴承，承载能力强，且主轴采用能耗制动，制动转矩大，停止迅速、可靠。其结构如图所示。主要由底座，床身，主轴，刀杆，纵向工作台，横向工作台，升降台等部分组成。铣刀装在与主轴连在一起的刀杆支架上，在床身的前面有垂直导轨，升降台沿其上下移动；在升降台上面的水平导轨上，装有可在平行与主轴轴线方向移动（横向移动）的溜板，在溜板上部转动部分的导轨上可作垂直与主轴轴线方向的移动（纵向移动），这样，工作台上的工件就可以在六个方向（上，下，左，右，前，后）进给。为了加快调整工件与刀具之间的相对位置，可以改变传动比，使工作台在六个方向上作快速移动。此外，由于转动部分相对于溜板可绕垂直轴线左，右转一个角度（通常为45度），因此可以加工螺旋槽。工作台上还可以安装圆工作台以扩大铣削能力。由上述可知，万能铣床的运动方式有：主运动：铣刀的旋转。进给运动：工作台在六个方向上的运动。辅助运动：工作台在六个方向上的快速运动。工作台X/Y/Z向有手动进给、机动进给和机动快进三种，进给速度能满足不同的加工要求；快速进给可使工件迅速到达加工位置，加工方便、快捷，缩短非加工时间。 二 、电机功率和转速机床工作台为320*1325，主轴电机，7.5KW；进给电机，1.5KW；冷却泵电机，0.125KW。及查相关资料得主轴电机转速为301500r/min由机床电器控制第四版 王炳实王兰军 机械工业出的附录表B常用Y系列电机技术数据选则电机 电机型号额定功率/KW额定转速r/min额定电流A效率%功率因素cos堵转额定电流堵转额定转矩最大额定转矩主轴Y132S2-27.5290015.086.20.887.02.02.2进给Y90S-21.528403.4790.857.02.22.2 JCB-22主要技术参数：型号输出功率（瓦）扬程（米）流量（升分）电流（安）电压（伏）接线方式JCB-221253.3220.6/0.38220/380/Y 油泵电动机（机床冷却泵），是一种浸渍式的三相电泵。它由封闭式交流三相异步电机与单继单极离心泵组合而成。该泵具有安装简单方便、运行可靠、过负荷能力强、效率高、噪声低等优点。该泵适合做各种机床输送冷却液、润滑液的动力，也可应用于其他类似的场合。三、铣床电气控制电路设计（一）主电路的设计根据铣床的电力拖动及控制要求，同时又考虑了以下几个方面：1、电气控制线路与机械配合相当紧密，因此分析中要详细了解机械结构与电气控制的关系，但机械结构相对比较复杂。2、控制线路中设置了变速冲动控制，从而使变速顺利进行。3、为了操作方便，采用多地控制，实现两地启、停。4、具有完善的电气联锁，并具有短路、零压、过载及超行程限位保护环节根据设计要求我们设计了如图所示的主电路和控制电路图。（二）控制电路图设计1主轴电动机M1的控制 控制线路中的SB1和SB2是两地控制的启动按钮，SB3和SB4是两地的停止按钮，他们分别装在机床两处以方便操作。KM1是主轴电动机M1的启动接触器，KM2是主轴电动机M1的反接制动接触器。S Q是主轴变速冲动行程开关。主轴电动机是通过弹性连轴器和变速机构的齿轮传动来传动的，可使主轴获得18级不同的转速。（1）主轴电动机M1的启动。启动前先合上电源开关Q，再把主轴换向开关SA1扳到主轴所需要的旋转方向，然后按下启动按钮SB1（或SB2），则接触器KM1的线圈获电吸合，KM1主触头闭合，主轴电动机M1启动。当电动机M1的转速高于120r/min,速度继电器KS的动合触头KS-1（或KS-2）闭合，为主轴电动机M1的停车制动做好准备。表1 转换开关SA4动作表触点线端标号操作手柄位置顺铣停止逆铣SA1-1+SA1-2+ SA1-3+ SA1-4+（2）主轴电动机M1的停车制动。当需要主轴电动机M1的停转时，按停止按钮SB（或SB4），接触器KM1线圈断电释放，同时接触器KM2线圈获电吸合，KM2主触头闭合，使主轴电动机M1的电源相序改变，进行反接制动。当主轴电动机转速低于120r/min时，速度继电器KS的动合触头自动断开，使电动机M1的反向电源切断，制动过程结束，电动机M1停转。 （3）主轴变速时的冲动控制。主轴变速时的冲动，是利用变速手柄与行程开关SQ通过机械手的联动机构进行控制的。变速时，先把手柄向下压，然后拉到前面，转动变速盘，选择所需的转速，再把变速手柄 以连续较快的速度推回原来的位置；当变速手柄推向原来位置时，其联动机构瞬时压合行程开关SQ，使SQ常闭触点断开，SQ常开触点闭合，接触器KM2线圈瞬时获电吸合，使主轴电动机M1瞬时反向转动一下，以利于变速后的齿轮啮合，行程开关SQ即刻复原，接触器KM2又断电释放，主轴电动机M1断电停转，主轴的变速冲动操作结束。主轴电动机M1在转动时，可以不按停止按钮直接进行变速操作，因为将变速手柄从原位拉向前面时，压合行程开关SQ，使SQ常开触点断开，切断接触器KM1线圈电路，电动机M1便断电；然后行程开关SQ常闭触点闭合，使接触器KM2线圈获电吸合，电动机M1进行反接制动；当变速手柄拉到前面后，行程开关SQ复原，主轴电动机M1断电停转，主轴变速冲动结束。2工作台进给运动控制 工作台的进给运动需在主轴起动之后进行。接触器常开触点（1112）闭合，接通进给控制电源。工作台的左、右、前、后、上、下方向的进给运动均由进给拖动电动机驱动，通过电动机的正、反转及机械结构的联合动作，来实现六个方向的进给运动。控制工作台运动的电路是与左、右机械操作手柄联动的行程开关、及与前、后、上、下操作手柄联动的行程开关、组成复合控制。工作台的升降及横向操作手柄位置见表2。 这时圆工作台开关在断开位置，即触点（1718）和（1121）接通，（2119）断开，进给电动机通过工作台方向操作手柄进行控制。圆工作台开关动作表见表3。表2 工作台的升降及横向操作手柄位置手柄位置工作台运动方向离合器接通的丝杆行程开关接触器动作电动机运转向下向下进给及快速向下垂直丝杆SQ3KM3M2正转向上向上进给或快速向上垂直丝杆SQ4KM4M2反转向前向前进给或快速向前横向丝杆SQ3KM3M2正转向后向后进给或快速向后横向丝杆SQ4KM4M2反转中间升降或横向进给停止表3圆工作台开关动作表触点线端标号操作手柄位置圆工作台工作圆工作台不工作1718+2119+1121+（1）工作台的左、右（纵向）进给运动 工作台的左、右进给运动由工作台前面的纵向操作手柄进行控制。当将操作于柄扳到向右位置时，行程开关压合，其常开触点（1819）接通，常闭触点（2317）断开，此时，控制电源经（111516171819）接通接触器，吸合，主触点接通电动机正序电源，正向旋转，工作合作向右进给运动。同理，当将操作手柄扳到向左位置时，行程开关压合，工作台向左进给运动。若将手柄置于中间位置，、复原，、均不吸合，工作台停止左右方向运动。 （2）工作台前后（横向）进给运动和上、下（垂直）进给运动 工作台的前后及上下进给运动，共用一套操作于柄控制，手柄有5个控制位置，处于中间位置为原始状态，进给离合器处于脱开状态，行程开关、均复位，工作台不运动。当操作向前、向后手柄时通过机械装置连结前、后进给离合器。当操作向上、向下手柄时，连结上、下进给离合器。同时，使或压合接通，电动机正向或反向旋转，带动工作台作前后、上下进给运动。 工作台向前和向下进给运动的电气控制电路相同。当将操作手柄扳到向前或向下位置时，压合行程开关，使其常闭触点断开，常开触点闭合，控制电源经（112122231718l 9）接通线圈，吸合，进给电动机正向旋转并通过机械联动将前、后进给离合器或上、下进给离合器接入，使工作合作向前或向下方向的进给运动。工作台向后和向上进给运动也共用一套电气控制装置。当将操作手柄扳到向后或向上位置时。压合行程开关，进给电动机反向旋转使工作台作向后或向上方向进给运动。（3）圆工作台的工作 圆工作台的回转运动由进给电动机经传动机构驱动。在使用时，首先必须将圆工作台转换开关扳至“接通”位置，即圆工作台的工作位置。此时，的触点（1121）、（1718）断开，（2119）接通，这样就切断了铣床工作台的进给运动控制回路，工作台就不可能作左、右、前、后和上、下方向的进给运动。圆工作台的控制电路中，控制电源经（1115161723222119）接通接触器线圈回路，使电动机带动圆工作台作回转运动。由于线圈回路被切断，所以进给电动机仅能以正向旋转。因此，圆工作台也只能按一个方向作回转运动。 （4）进给变速冲动 进给变速冲动与主轴变速冲动一样，为了便于变速时齿轮的啮合，电气控制上没有进给变速冲动电路。但进给变速时不允许工作台作任何方向的运动。变速时，先将变速手柄拉出，使齿轮脱离啮合，然后转动变速盘至所选择的进给速度挡，最后推入变速手柄。在推入变速手柄时，应先将手柄向极端位置拉一下，使行程开关SQ6被压合一次其常闭触点（1115）断开，常开触点（1519）接通，控制电源经（1121222317161519）接通接触器，进给电动机作瞬时转动，便于齿轮啮合。（5）工作台快速移动 铣床工作台除能实现进给运动外，还可进行快速移动，它可通过前述的方向控制手柄配合快速移动按钮或进行操作。 当工作台已在某方向进给，此时按下快速进给按钮或，使接触器通电，接通快速移动电磁铁，衔铁吸合，经丝杠将进给传动链中的摩擦离台器合上，减少中间传动装置，工作台按原进给运动方向实现快速移动。当放开快速移动按钮或时，接触器电磁铁线圈相继断电。衔铁释放，摩擦离合器脱开，快速移动结束，工作台仍按原进给运动速度和原进给运动方向继续进给。所以工作台的快速移动是点动控制。工作台的快速移动也可以在主轴电动机停转情况下进行。这时应将主轴换向开关SA4扳向“停止”位置，然后按下或，使接触器通电并自锁，操纵工作台手柄，使进给电动机起动旋转。再按下快速移动按钮或，工作台便可在主轴不旋转的情况下实现快速移动。 3冷却泵电动机的控制与照明电路 冷却泵电动机通常在铣削时由转换开关操作。当转换开关扳至“接通”位置时，触点 （1214）闭合，接触器通电，起动旋转，拖动冷却泵送出冷却液。机床的局部照明由变压器输出24安全电压，由开关SA2控制照明灯。4控制电路的联锁与保护 铣床的运动较多，电气控制电路较复杂，为了保证刀具、工件和机床能够安全可靠地进行工作，应具有完善的联锁与保护。（1）主运动与进给运动的顺序联锁 进给运动电气控制电路接在主轴电动机接触器触点（813）之后。这就保证了在主电动机起动后，进给电动机才可起动，主轴电动机停止时，进给电动机应立即停止。（2）工作台六个进给运动方向间的联锁 工作台左、右、前、后及上、下六个方向进给运动分别由两套机械机构操作，而铣削加工时只许一个方向的进给运动，为了避免误操作采用机械联锁比较困难，因此采用电气联锁。当工作台实现左、右方向进给运动时，控制电源必须通过控制上、下与前、后进给的行程开关、常闭触点支路。当工作台作前、后和上、下方向进给运动时，控制电源必须通过控制右、左进给的行程开关、常闭触点支路。这就实现了由电气配合机械定位的六个进给运动方向的联锁。（3）圆工作台工作与六个方向进给运动间的联锁 圆工作台工作时不允许六个方向进给运动中作任一方向的进给运动。电路中除了通过开关定位联锁外，还必须使控制电路通过、的常闭服点实现电气联锁。（4）进给变速冲动不允许工作台作任何方向的进给运动联锁 变速冲动时，动作触点（1115）断开，（1519）接通，因此，控制电源必须经过触点（即圆工作台不工作）和、四个常闭触点（即工作台六个方向均无进给运动），才能实现进给变速冲动。（5）保护环节 主电路、控制电路和照明电路都具有短路保护。六个方向进给运动的终端限位保护，是由各自的限位挡铁来碰撞操作手柄，使其返回中间位置以切断控制电路来实现。 三台电动机的过载保护，分别由热继电器FR1、FR2、FR3实现。为了确保刀具与工件的安全，要求主轴电动机、冷却泵电动机过载时，除二台电动机停转外，进给运动也应停止，否则撞坏刀具与工件，因此，FR1 、FR3应串接在相对位置的控制电路中。当进给电动机过载时，则要求进给运动先停止，允许刀具空转一会，再由操作者总停机。因此FR2的常闭触点只串接在进给运动控制支路中。四、选择电气元件一些低压电器的选择在设备电气控制线路中，为了满足生产工艺及电力拖动的需要，电动机要经常地起动、制动、改变运动方向、调节转速；当电路发生过载、短路、欠压或失压等情况时，控制电路的保护环节还应当自动切断电路，保护线路和设备。所有这些要求都需要借助于电器来完成。由于各类电器在设备电气控制系统中所处的位置和所起的作用不同，其因此选用的方法也不尽相同。生产机械常用低压电器的选择，主要依据是电器产品目录上的各项指标或数据。正确合理地选择低压电器是电气系统安全运行、可靠工作的保证。对于电气元件的选择，在选择时我们应注意以下几点： （1） 根据对控制元件功能的要求，确定电气元件功能的要求，确定电气元件 类型。如继电器与接触器，当元件用于通，断功率较大的主电路时，应选择交流接触器；若元件用于切换功率较小的电路（如控制电路）时，则应选择中间继电器；若伴有延时要求时，则应选用时间继电器。（2） 根据电气控制的电压，电流及功率的大小来确定元件的规格，满足元器件的负载能力及使用寿命。（3） 掌握元器件预期的工作环境及供应情况，如防油，防尘，货源等。（4） 为了保证一定的可靠性，采用相应的降额系数，并进行一些必要的技术和校核。1 按钮 按钮通常是用来短时间接通或断开小电流控制电路的开关。 目前按钮在结构上有多种形式：旋钮式手动旋转进行操作；指示灯按钮内装入了信号指示灯；紧急式装有蘑菇形式旋帽，用于紧急操作；等等。一般来说，停止按钮采用红色。按钮主要根据所需要的触点数，使用场合及颜色来选择。2 低压开关 低压开关主要包括如下几种。1)刀开关刀开关主要用于接通或切断长期改组设备的电源。一般刀开关的额定电压不超过500V额定电流为10A到上千安多种等级。有些刀开关附有熔断器。不带熔断器式刀开关主要有HD型及HS型，带熔断器式开关有HK，HR3系列等。刀开关主要根据电源种类，电压等级，电动机容量，所需极数及使用场来选择。 2)组合开关组合开关主要是作为电源引入开关，所以也称电源隔离开关。它可以启停5KW以下的异步电动机，但每小时的接通次数不宜超过10次，开关的额定电流一般取电动机额定电流的1.52.5倍。 组合开关主要根据电源种类，电压等级，所需触点数及电动机容量进行选用。常用的组合开关为HZ-10系列，额定电流10A，25A，60A和100A四种，适用于交流电压380V以下，支流电压220V以下的电气设备中。3)限位开关（行程开关）限位开关是依据生产机械运动的行程位置而动作的小电流开关。它的选用主要根据机械位置对开关形式的要求，对触点数目，电压种类，电压与电流等级的要求来确定。机床常用的有LX2型，LX19型，JLXK1型，LXW11型和JLXK-111型微动开关等。对于要求动作快，灵敏度高的行程控制，可采用接近开关。接近开关也称为无触点限位开关，它是通过运动部件引起的电磁场变化而动作的。接近开关寿命长，可靠性好，但精度和价格不如限位开关。 4)自动开关 自动开关又称自动空气断路器，自动开关在压力机上应用的很广泛。这是因为自动开关既接通或分断正常工作电流，也能自动分断过载或短路电流，分断能力强，有欠压和过载短路保护作用。 选择自动开关应考虑其主要技术参数：额定电压，额定电流和允许切断的极限电流等。自动开关拖扣器的额定电流应等于或大于负载允许的长期平均电流；自动开关的极限分断能力要大于，至少要等于电路最大短路电流；自动开关拖扣器电流整定应按下面的原则：欠电压拖扣器额定电压等于主电路等于主电路额定电压；热拖扣器的整定电流与被控对象（负载）额定电流相等；电磁拖扣器的瞬时拖扣器整定电流应大于负载正常工作时的尖峰电流；保护电动机时，电磁拖扣器的瞬时拖扣电流为电动机启动电流的1.7倍。3 接触器的选用 选择接触器主要依据以下数据：电源种类（直流或交流）；主触点额定电流；辅助触点的种类、数量和触点的额定电流；电磁线圈的电源种类、频率和额定电压；额定操作频率等。机床用的最多的是交流接触器。交流接触器的选择主要考虑主触点的额定电流、额定电压、线圈电压等。交流接触器主触点的额定电压一般按高于线路额定电压来确定。根据控制回路的电压决定接触器的线圈电压。为保证安全，一般接触器吸引线圈选择较低的电压。但如果在控制线路比较简单的情况下，为了省去变压器，可选用380V电压。值得注意的是，接触器产品系列是按使用类 别设计的，所以要根据接触器负担的工作任务来选用相应的产品系列。接触器辅助触点的数量、种类满足线路的需要。 4 继电器的选用 1）一般继电器的选用 一般继电器是指具有相同电磁系统的继电器，又称电磁继电器。选用时，除满足继电器线圈电压或线圈电流的要求外，还应按照控制需要分别选用过电流继电器、欠电流继电器、过电压继电器、欠电压继电器中间继电器等。另外电压、电流继电器还有交流、直流之分，选择时也应当注意。2）时间继电器的选择时间继电器是压力机控制线路中常用电器之一。它的类型有：电磁式，空气阻尼式，电动式及电子式等。用的较多的是空气阻尼式时间继电器，它的特点是工作可靠，结构简单，延时整定范围较宽（可达0.4s180s）时间继电器型式多样，各具特点，选择时应从以下几方面考虑。(1) 根据控制线路的要求来选择延时方式，即通电延时型或断电延时型。(2) 根据延时准确度要求和延时时间的长短来选择。(3) 根据使用场合、工作环境选择合适的时间继电器。 3）热继电器的选择 热继电器的选择应按电动机的工作环境、起动情况、负载性质等因素来考虑。一方面要充分发挥电动机的过载能力，另一方面，对电动机在短时过载与起动瞬间不受影响。热继电器结构形式的选择。星形连接的电动机可以选择两相或三相结构的热继电器，三角形连接的电动机应当选择带断相保护装置的三相结构热继电器。根据以上的选择原则，在本次设计中选用的各中元器件如下表