T6113机床控制系统的设计改造PLC【5张CAD图纸+毕业答辩论文】
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第1章 绪论
1.1选题的目的和意义
由于现代加工技术的日益提高，对加工机床特别是工作母机的要求也越来越高，由此人们也将注意力集中到机床上来，数控技术是计算机技术、信息技术、现代控制技术等发展的产物，他的出现极大的推动了制造业的进步。机床的控制系统的优劣与机床的加工精度息息相关，特别是PLC广泛应用于控制领域后，已经显现出它的优越性。可编程控制器PLC已广泛应用于各行各业的自动控制。在机械加工领域，机床的控制上更显示出其优点。由于镗床的运动很多、控制逻辑复杂、相互连锁繁多，采用传统的继电器控制时，需要的继电器多、接线复杂，因此故障多维修困难，费工费时，不仅加大了维修成本，而且影响设备的功效。采用PLC控制可使接线大为简化，不但安装十分方便而且工作可靠、降低了故障率、减小了维修量、提高了功效。
1.2 关于课题的一些介绍和讨论
1.2.1 设计目标、研究内容和拟定解决的关键问题
完成对T6113机床的整个控制系统的设计改造，控制核心是PLC，并使其加工精度进一步提高，加工范围扩大，控制更可靠。
研究内容：
（1） T6113的电气系统（PLC）硬件电路设计和在机床上的布局。
（2） PLC程序的编制。
解决的关键问题：PLC对机床各个工作部分的可靠控制 电气电路的安全问题的解决
1.2.2题目的可行性分析
虽然目前数控机床以其良好的加工性能得到了人们的肯定，但是其昂贵的价格是一般用户望尘莫及的，所以改造现有的机床以达到使用要求是比较现实的，也是必须的。经过实践证明这样的改造是可以满足大多数情况下的精度和其他加工要求，并且在实践中已取得的相当好的效益。
1.2.3本项目的创新之处
利用PLC作为控制核心，替代传统机床的继电器控制，使得机床的控制更加灵活可靠，减少了很多中间的机械故障的可能。利用PLC的可编程功能使得变换和改进控制系统成为可能。
1.2.4设计产品的用途和应用领域
镗床是一种主要用镗床刀在工件上加工孔的机床。通常用于加工尺寸较大、精度要求较高的孔。特别是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求较高的孔，如各种箱体，汽车发电机缸体等零件的孔。一般镗刀的旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。在镗床上除镗孔外，还可以进行铣削、钻孔、扩孔、铰孔、锪平面等工件。因此镗床的工作范围较广。它可以应用于机械加工的各个领域，但因其价格比一般机床贵好多，所以在比较大的加工车间才可见到。
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1 第 1 章 绪论 1.1 选题 的目的和 意义 由于现代加工技术的日益提高，对加工机床特别是工作母机的要求也越来越高，由此人们也将注意力集中到机床上来，数控技术是计算机技术、信息技术、现代控制技术等发展的产物，他的出现极大的推动了制造业的进步。机床的控制系统的优劣与机床的加工精度息息相关，特别是 PLC 广泛应用于控制领域后，已经显现出它的优越性。 可编程控制器 PLC 已广泛应用于各行各业的自动控制。在机械加工领域，机床的控制上更显示出其优点。由于镗床的运动很多、控制逻辑复杂、相互连锁繁多，采用传统的继电器控制时，需要的继 电器多、接线复杂，因此故障多维修困难，费工费时，不仅加大了维修成本，而且影响设备的功效。采用 PLC 控制可使接线大为简化，不但安装十分方便而且工作可靠、降低了故障率、减小了维修量、提高了功效。 1.2 关于课题的一些介绍和讨论 1.2.1 设计目标、研究内容和拟定解决的关键问题 完成对 T6113机床的整个控制系统的设计改造，控制核心是 PLC，并使其加工精度进一步提高，加工范围扩大，控制更可靠。 研究内容： （ 1） T6113 的电气系统（ PLC）硬件电路设计和在机床上的布局。 （ 2） PLC 程序的编制。 解决的 关键问题： PLC 对机床各个工作部分的可靠控制 电气电路的安全问题的解决 1.2.2 题目的可行性分析 虽然目前数控机床以其良好的加工性能得到了人们的肯定，但是其昂贵的价格是一般用户望尘莫及的，所以改造现有的机床以达nts 2 到使用要求是比较现实的，也是必须的。经过实践证明这样的改造是可以满足大多数情况下的精度和其他加工要求，并且在实践中已取得的相当好的效益。 1.2.3 本项目的创新之处 利用 PLC 作为控制核心，替代传统机床的继电器控制，使得机床的控制更加灵活可靠，减少了很多中间的机械故障的可能。利用PLC 的可编程功能 使得变换和改进控制系统成为可能。 1.2.4 设计产品的用途和应用领域 镗床是一种主要用镗床刀在工件上加工孔的机床。通常用于加工尺寸较大、精度要求较高的孔。特别是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求较高的孔，如各种箱体，汽车发电机缸体等零件的孔。一般镗刀的旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。在镗床上除镗孔外，还可以进行铣削、钻孔、扩孔、铰孔、锪平面等工件。因此镗床的工作范围较广。 它可以应用于机械加工的各个领域，但因其价格比一般机床贵好多，所以在比较大的加工车间才可见到。 1.3 电气控制技术的发展 电气控制技术是随着科学技术的不断发展、生产工艺不断提出新的要求而迅速发展的，从最早的手动控制到自动控制，从简单的控制设备到复杂的控制系统，从有触点的硬接线控制系统到以计算机为中心的存储系统。现代电气控制技术综合应用了计算机、自动控制、电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果。作为生产机械的电机拖动，已由最早的采用成组拖动方式，发展到今天无论是自动化功能还是生产安全性方面都相当完善的电气自动化系统。 继电接触式控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，其控制方式是断续的，所以又称为断续控制 系统。由于这种系统具有结构简单、价格低廉、维护容易、抗干扰能力强等优点，至今仍是机床和其他许多机械设备广泛采用的基本电气控制形式，也是学习先进电气控制的基础。这种控制系统的缺点是采用固定的nts 3 接线方式，灵活性差，工作频率低，触点易损坏，可靠性差。 从 20 世纪 30 年代开始，生产企业为了提高生产率，采用机械化流水作业的生产方式，对不同类型的产品分别组成生产线。随着产品类型的更新换代，生产线承担的加工对象也随之改变，这就需要改变控制程序，使生产线的机械设备按新的工艺过程运行，而继电接触器控制系统采取固定接线方 式，很难适应这个要求。大型生产线的控制系统使用的继电器的数量很多，这种有触点的电器工作频率很低，在频繁动作的情况下寿命较短，从而造成系统故障，使生产线的运行可靠性降低。为了解决这个问题， 20 世纪 60 年代初期利用电子技术研制出矩阵式顺序控制器和晶体管逻辑控制系统来代替继电接触式控制系统。对复杂的自动控制系统则采用计算机控制，由于这些控制装置本身存在不足，因此均未能获得广泛应用。 1968年美国最大的汽车制造商通用汽车（ GM）公司，为适应汽车型号不断更新，提出把计算机的完备功能以及灵活性、通用性好等优点和继电接触 器控制系统的简单易懂、操作方便、价格低等优点结合起来，做成一种能适应工作环境的通用控制装置，并把编程方法输入方法简化。美国数字设备公司（ DEC）于 1969 年率先研制出第一台可编程控制器（简称 PLC），并在通用汽车公司的自动装配线上试用获得成功。从此以后，许多国家的著名厂商竟相研制，各自成为系列，而且品种更新很快，功能不断增强，从最初的逻辑控制为主发展到能进行模拟量控制，具有数字运算、数据处理和通信联网等多种功能。 PLC 另一个突出的优点是可靠性很高，平均无故障运行可达 10 万小时以上，可以大大减少设备维修费用和 停产造成的经济损失。当前 PLC 已经成为电气自动化控制系统中应用最广泛的核心控制装置。 电气控制技术的发展始终是伴随着社会生产规模的扩大，生产水平的提高而前进的。电气控制技术的进步反过来又促进了社会生产力的进一步提高。同时，电气控制技术又是与微电子技术、电力电子技术、检测传感技术、机械制造技术等紧密联系在一起的。 21世纪电气控制技术必将给人类带来更加繁荣的明天。 1.4 PLC 的发展史、优势及特点 nts 4 1.4.1 发展史 可编程控制器 PLC 诞生之前，工业电气控制主要使用低压电器构成的继电接触器电 路，它是以接线逻辑实现控制功能的。这样的控制设备一经生产出来，功能就固定了，若要改变就必须改变控制器内部的硬件接线，使用起来不灵活，也很麻烦。 1968 年，美国最大的汽车制造商 通用汽车公司（ GM）为了适应生产工艺不断更新的需要，要寻找一种比继电器更可靠，功能更齐全，响应速度更快的新型工业控制器，并从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件，立即引起了开发热潮。 1969 年，美国数字设备公司（ DEC）研制出了第一台可编程控制器 PDP 14，在美国通用汽车公司的生产线上适用成功，并取得了满意的效果，可编程 控制器由此诞生。 可编程控制器自问世以来，发展极为迅速。 1971 年，日本开始生产可编程控制器， 1973 年，欧洲开始生产可编程控制器，到现在，世界各国的一些著名的电器工厂几乎都在生产可编程控制器。可编程控制器已作为一个独立的工业设备被列入生产中，成为当代电控装置的主导。 早期的可编程控制器主要由分立元件和中小规模集成电路组成，它采用了一些计算机技术，但简化了计算机的内部电路，对工业现场环境适应性较好，指令系统简单，一般只具有逻辑计算的功能。随着微电子技术和集成电路的发展，特别是微处理器和微计算机的迅速发展，在 20 世纪 70 年代中期，美、日、德等国的一些厂家在可编程控制器中开始更多地引入微机技术，微处理器及其他大规模集成电路芯片成为其核心部件，使可编程控制器具有了自诊断功能，可靠性有了大幅提高，性能价格比产生了新的突破。到 20 世纪 80年代，可编程控制器都采用了微处理器（ CPU）、只读存储器（ ROM）、随机存储器（ RAM）或是单片机作为其核心，处理速度大大提高，不仅增加了多种特殊功能，体积还进一步缩小。 20 世纪 90 年代末，PLC 几乎完全计算机化，其速度更快，各种智能模块不断被开发出来，使其不断地扩展着它在各类工业控制 中的作用。 现在， PLC 不仅能进行逻辑控制，在模拟量闭环控制、数字量的nts 5 智能控制、数据采集、监控、通信联网及集散控制系统等各方面都得到了广泛应用。如今，大、中型，甚至小型 PLC 都配有 A/D、 D/A转换及算术运算功能，有的还具有 PID 功能。这些功能使 PLC 在模拟量闭环控制、运动控制、速度控制等方面具有了硬件基础；许多PLC 具有输出和接收高速脉冲的功能，配合相应的传感器及伺服设备， PLC 可实现数字量的智能控制； PLC 配合可编程终端设备，可实时显示采集到的现场数据及分析结果，为系统分析、研究工作提供依据，利用 PLC 的自检信号还可以实现系统监控； PLC 具有较强有利的通信功能，可以与计算机或其他智能装置进行通讯及联网，从而能方便地实现集散控制。功能完备的 PLC 不仅能满足控制要求，还能满足现代化大生产管理的需要。 近年来，可编程控制器的发展更为迅速。展望未来，可编程控制器在规模和功能上将向两大方向发展：一是大型可编程控制器向高速、大容量和高性能方向发展；二是发展简易经济的超小型可编程控制器，以适应单机控制及小型自动化设备的需要。另外，不断增强 PLC 工业过程控制的功能（模拟量控制能力），研制采用工业标准总线，使同一工业控制系 统中能连接不同的控制设备，增强可编程控制器的联网通信功能，便于分散系统与集中控制的实现，大力开发智能 I/O 模块、增强可编程控制器的功能等也具有重要意义。 1.4.2 PLC 的 优势和 特点 1.可靠性高，抗干扰能力强。 高可靠性往往是用户选择控制装置的首要条件。在继电器接触器控制系统中，由于器件的老化、脱焊、触点的抖动以及触点电弧等现象大大降低了系统的可靠性。而在 PLC 系统中，大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的，加上 PLC 充分考虑了工业生产环境电磁、粉尘、温度等各种干扰，在硬件和软件上采取了一系列抗干 扰措施， PLC 有极高的可靠性。根据有关资料统计，目前个生产厂家生产的 PLC，其平均无故障时间都大大超过了 IEC 规定的10 万小时，有的甚至达到了几十万小时。 2.适应性强，应用灵活 由于 PLC 产品均成系列化生产，品种齐全，多数采用模块式的nts 6 硬件结构，组合和扩展方便，用户可根据自己的需要灵活选用，以满足系统大小不同及功能繁简各异的控制要求。更重要的是， PLC系统相对继电器接触器控制系统，接线很少。 3.编程方便，容易使用 PLC 的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂。 4.功能强，扩展能力强 PLC 中含有数量巨大的可用于开关量处理的继电器类软元件，可轻松的实现大规模的开关量逻辑控制，这是一般的继电器系统所不能实现的。 5.PLC 控制系统设计、安装、调试方便 PLC 中相当于继电器接触器系统中的中间继电器、时间继电器、计数器等“软元件”数量巨大，又用程序（软接线）代替硬接线，安装接线工作量小，设计人员只要具有 PLC 就可进行控制系统设计并可在实验室进行模拟调试。而继电器接触器系统的调试是靠在现场改变接线进行的，十分烦琐。 6.维修方便，维修工作量小 PLC 有完善的自诊断，履历情报存储及监视功能。对于其内 部工作状态、通信状态、异常状态和 I/O 点的状态均有显示。工作人员可以通过它查出故障原因，便于迅速处理。 7.PLC 体积小，重量轻，易于实现机电一体化 nts 7 第 2 章 镗床的概况 2.1 T6113 卧式镗床主要结构及机械运动 2.1.1T6113 卧式镗床主要结构 镗床是一种精密加工机床，主要用于加工精密圆柱孔，这些孔的轴线往往要求严格地平行或垂直。相互间的距离也要求很准确，镗床本身刚性好，其可动部分在导轨上活动间隙很小，而且有附加支撑。 卧式镗床用于加工各种复杂大型工件，如箱体零件、机床等，是 一种功能很大的机床。除了镗孔外，还可以进行钻、扩、绞孔以及车削内外螺纹，用丝锥攻螺纹，车外圆柱面和端面。 卧式镗床外形结构如图中所示： 1.床身 2.前立柱 3.主轴箱 4.尾筒 工作台 5.下 滑座 6.上 滑座 7. 工作台 8.后立柱 9.悬挂按钮站 10.固定按钮站 数显表8 7 9 26 5 1 4103nts 8 卧式镗床的床身是由整体的铸件制成，床身的一端有固定不动的前立柱，在前立柱的垂直导轨上装有镗头架，它可以上下移动，镗头架上集中了主轴部件、变速箱、进给箱与操纵机构等部件。切削刀具安装在镗轴前端的锥孔里，或装在平盘的刀具溜 板上，在工作过程 ，镗轴一面旋转，一面沿轴向做进给运动，平旋盘只能旋转装在它的上面刀具溜板可在垂直于主轴轴线方向的径向进给运动。平旋盘主轴是空心轴，镗轴穿过其中空心部分，通过各自的传动链运动，因此可独立转动。在大部分工作情况下使用镗轴加工，只有在用车刀切削端面时才使用平旋盘。 卧式镗床后立柱上安装在尾架，用来夹持装夹在镗轴上的镗杆的末端。它可随镗头架同时升降，并且某轴心线与镗头架轴心线保持在同一直线上，后立柱可在床身导轨上沿镗轴轴线方向上做调整、移动。加工时，工件放在床身中部的工作台上，工作台在上滑座上面， 上滑座下面是下滑座，下滑座安装在床身导轨上，并可沿床身导轨运动，上滑座又可沿下滑座上的导轨运动，工作台就可在床身上作前后左右任一方向运动，并可作回转运动，再配合镗头架的垂直运动，就可以加工工件上一系列与轴线相平行或垂直的孔。 加工时，刀具装在主轴箱的镗轴或平旋盘上，由主轴箱可获得各种转速和进给量，主轴箱可沿前立柱的导轨上下移动，工件安在工作台，可与工作台一起随上滑座或下滑座作横向或纵向移动，此外，工作台还可以绕上滑座的圆导轨在水平面内移动一定的角度，以便加工互成一定角度的孔或平面，装在镗轴上的镗刀还可以随镗轴轴向运动，以实现轴向进给或调整刀具的轴位置。当镗轴及刀杆伸出较长时，可用后立柱来支撑左端，以增加镗轴和刀杆的刚度。当刀具装在平旋盘的径向刀架时，径向刀架可带着刀具作径向进给，以车削端面。 2.1.2 机械运动 1 镗杆的旋转运动； 2 主轴箱垂直进给运动； 3 工作台纵向进给运动； 4 工作台横向进给运动； 5 镗杆的轴向运动； 6 平旋盘的旋转 运动； 7 平旋盘径向刀架进给运动； 8 辅助运动：主轴箱、工nts 9 作台在进给方向的快速调位运动，后立柱纵向调位运动，后支架的垂直调位运动，工作台的转位运动。这些辅助运动可以手动，也可以由快速电动机转动。 2.2 电气控制 2.2.1 卧式镗床电力拖动及控制要求 1.主轴应有较大调速范围，要求恒功率调速，采用机电联合调速； 2.变速时，为使滑移齿轮能顺利进行啮合位置，应有低速或断续变速冲动； 3.主轴能作正反转低速点动调整，要求对主轴电动机实现正反转及点动控制； 4.为使主轴迅速准确停车，主轴电动机应有机械制动； 5.主运动与进给运动由一台主轴电动机拖动由各自传动链运动，主轴和工作台除工作进给外，还应有快速移动由另一台快速移动电动机拖动； 6.镗床运动部件多，设置必要的联锁和保护。 2.2.2 T613 卧式镗床的电气控制 机床的电气系统是按三相交流电源设计的，其电源电压与频率为 380V 50Hz. 机床采用可编程控制器（ PC）控制，可编程控制器的电源为 220V；接触器的电压交流 110V；电磁阀，电磁离合器为 DC24V；信号指示灯为交流 6V；手把灯（最大 100W）电为 24V；均由变压器供电。机床照明灯电压为 24V。 机床上装有五台交流电动机； 主电机（ M1），快速移动电机（ M2），后立柱快速移动电机（ M3），下滑座液压油泵电机（ M4），主轴箱液压油泵电机（ M5）。 可编程控制器（ PLC）安装在配电盘下部，配电盘安装在立柱后面的电器柜内。 nts 10 机床上装有悬挂按钮站对机床进行集中操作。 各部分简要说明： （ 1） 可编程控制器（ PLC） 本机床采用 SIEMENS S7-200 系列可编程控制器对机床实行控制，它能够控制各种设备以满足自动化控制需求。 S7-200 的用户程序中包括了位逻辑、计数器 、定时器、复杂数学运算以及与其它智能模块通讯等指令内容，从而使它能够监视输入状态，改变输出状态以达到控制的目的。紧凑的结构，灵活的配置和强大的指令集使S7-200 成为各种控制应用的理想解决方案。 本系统采用的可编程控制器为 S7-200 系列， CPU 224，外形尺寸为 120.5 80 62（单位），程序存储区 4096 字节，数据存储区2560 字节，掉电保持时间 190 小时， I/O 数量 14 入 /10 出，本机扩展模块 7 个，脉冲输出（ DC）为 2 路 20KHz，模拟电位器，实时时钟为内置，通讯口 1RS-485。 扩展模块选 用的是四块 EM223（ 8I/8Q）（ 223-1PH22-0XAO）。 2. 输 入 信号 机床所使用的按钮、旋钮开关、无触点开关、各部的行程开关及各部的限位开关、速度继电器等均作为输入信号。 3. 输出信号 可编程控制器输出信号分别接通交流接触器，液压电磁阀，电磁离合器和信号灯。 4. 机床的程序编制利用 STEP7-Micro/WIN 软件来编制，采用梯形图方式来实现。详细情况见系统程序编制部分。 （ 2） . 限位、线路保护说明 1. 进给和快速移动的限位 SQ14、 SQ15 主轴箱升降终点 限位开关 SQ16、 SQ17 上滑座移动终点限位开关 nts 11 SQ18、 SQ19 下滑座移动终点限位开关 当某一移动部件达到极限位置时，相应的限位开关压开关动作，切断进给和快速移动电路或使换向离合器脱开，可以按相反方向的快速移动按钮，使其复位。 2. 线路保护和互锁装置 短路保护和过载保护 三极自动空气开关 QF1、 QF2、 QF3、 QF4 和热继电器 FR1、 FR2、FR3 分别对应电动机进行过载或短路保护，电机自动开关 QF5、 QF6、QF7、 QF8、 QF9、 QF10、 QF11、 QF12 分别对相应的控制电路进行短 路和过载保护。 主轴保护 工作台处于“松开”状态，即分配工作台后指示灯时，主轴不能旋转。 机动进给和快速移动的互锁 机动进给时，快速移动不能进行；同样快速移动时，机床不能机动进给。 主轴箱前面大手轮状态 大手轮扳到“微动”位置，行程开关 SQ4 被压动作，切断快速移动和机动进给；大手轮扳到“手大动”位置， SQ5 被压动作，使按钮 SB23 分配到主轴无效，主轴只能手动移动。 保护接地 电气柜底部设有总的接地铜排，机床各部件之间为滑动面者，均接有跨接地线，金属外壳的电器件如电动机等也接有保护地线，并为树 叉式接法，这些地线均接在铜排上。 3. 导轨润滑说明 机车已放置很长时间在使用，机床通电后先按导轨润滑按钮SB19，多按几次（间隔 10 秒钟）。每按一次，导轨润滑泵来一次润nts 12 滑导轨，以后导轨自动润滑。 （三） . 主电机制动说明： 主电机采用电子制动器制动，主轴停车快而平稳，主电机的制动电流及制动时间均可调，主轴旋转时，制动器的“允许”灯亮，表示制动器可以工作了，按下停止按钮，制动器“电源”灯亮、“制动”灯亮，两秒钟后，“制动”和“电源”灯灭，制动结束。主轴没有刹车，即制动器不工作，制动器报警灯亮。 nts 13 第 3 章 镗床电力拖动电动机的选择 3.1 概述 正确的的选择电动机具有重要意义，合理的选择电动机是从驱动机床的具体对象、加工规范，也就是要从机床的使用条件出发，经济、合理、安全等多方面考虑，使电动机能够安全可靠的运行。电动机功率的确定是选择电动机的关键，但也要对转速、使用电压等级及结构形式等项目进行选择。异步电动机由于它结构简单坚固、维修方便、造价低廉，因此在机床中使用的最为广泛。电动机的转速越低则体积越大，价格也越高，功率因数和效率越低，因此电动机的转速要根据机械的要求和传动装置的具体情况而定。 异步电动机的电压等级是 380 伏。一般的说金属切削机床都采用通用系列的普通电动机。在选择电动机时，也应考率机床的转动条件，对易产生悬浮飞扬的铁屑或废料，或冷却液、工业用水等有损于绝缘的介质能侵入电动机的场合，选用封闭式的。按机床的电气设备通用技术条件中规定，机床应采用全封闭扇冷式电动机。 3.2 镗床用电动机容量的选择 根据机床的负载功率，（例如切削功率）就可选择电动机的容量，然而机床的载荷是经常变化的，而每个负载的工作时间也不尽相同，这就产生了使电动机功率如何最经济的满足机床负载功率的问题。机床上常用 Y 系列 三相异步电动机， Y 系列电动机是封闭自扇冷式拢型三相异步电动机 3.2.1 镗床主运动电动机容量的选择 多数机床负载情况比较复杂，切削用量变化很大，尤其是通用机床负载种类更多，不易准确地确定其负载情况。因此通常采用调查统计类比法来确定电动机的功率。 调查统计类比法 分析切削用量，确定切削用量最大值，在同类同规格的机床上进行切削实验，并测出电动机的输出功率，再考虑机床最大负载情nts 14 况，以及采用先进切削方法及新工艺。类比同类机床电动机的功率，最后确定所设计的机床电动机功率来选择电动机。 卧式镗床主电动机功率 1 .70 .0 0 4pD= 式中 D-镗杆直径 D=120mm P=13.698KW 取电动机功率 15KW 型号 Y180L-6 额定电流 31.4 效率89.5% 6P 极 功率因数 0.81 额定转矩 2.0 额定转速 970r/min 3.2.2 快速移动电动机容量的选择 / 6 1 2 0eP G u v式中 G-移动部件的重量 v -移动速度 u-动摩擦系数 -效率（机床传动） G=9500 kg =0.85 v=2.5m/min eP 4.565KW 取电动机功率 5.5KW 型号 Y132M2-6 额定电流 17 A 效率86% 功率因数 0.78 额定转速 960 r/min 3.2.3 后立柱 电动机容量的选择 / 6 1 2 0eP G u v式中 G-移动部件的 重量 v -移动速度 u-动摩擦系数 -效率（机床传动） nts 15 G=2000 kg =0.85 v=2.5m/min eP 0.961KW 取电动机功率 1.1KW 型号 Y90L-6 额定电流 3.15A 效率73.5% 功率因数 0.72 额定转速 910 r/min 3.2.4 主轴箱油泵电动机和工作台油泵电动机容量的选择 工作台油泵电动机功率 0.75KW 型号 Y802-4 额定电流 2.1A 效率 72.5% 功率因数 0.76 额定转速 1400r/min 主轴箱油泵电动机功率 1.5KW 型号 Y90L-4 额定电流 3.7 效率 79% 功率因数 0.79 额定转速 1400r/min nts 16 第 4 章 镗床电气控制用低压电器的选择 4.1 概述 地压电器通常是指工作在交流 1200V或直流 1500V以下的电器。常用低压电器可分为配电电器和控制电器两大类。配电电器主要用于低压配电系统及动力设备，兼有保护的职能。这类电器包括熔断器、自动开关等。控制电器主要用于电气传动自动控制系统之中。这类电器包括接触器、电磁铁等。 4.2 低压电器的选择 4.2.1 低压断路器的选择 低压断路器又 称 自动空气开关，可用来分配电能、不频繁地启动异步电动机、对电动机及电源保护等，具有过载、短路、欠电压等保护功能。选用装置式低压断路器，又称塑料外壳式低压断路器，用绝缘材料制成的封闭型外壳将所有构件组装在一起，用作配电网络的保护和电动机、照明电路及电热器等的控制开关，主要型号有DZ5、 DZ10、 DZ20 等系列。选国产低压断路器 DW15 系列 自动开关的特点 ： 一相短路跳闸电动机不会单向运行 ； 整定值受周围温度影响较小 ； 跳闸后不需要调换，比较方便 ； 结构复杂，价格 高 。 适用范围：适用于容量较大的交直流电动机主电路及控制电路。对起制动频繁的电动机应选用自动开关与接触器联合工作 . 敏感元件电磁脱扣器的选择：脱扣器的额定参数应根据被保护电路的负载情况进行选择，整定电流应大于电动机起动的最大电流。 1. 主电机电路中低压断路器 QF2 的选择： 敏感元件：电动机主电路的电磁脱扣器额定电流eZI按下式选取： eZ eDIInts 17 电磁脱扣器的瞬时动作 电流SZI按下式选取以保证频繁起、制动时不致误动作：镗床的电动机的起、制动比较频繁应用下式进行计算： 12SZ QDI K ISZI 2 1 .6 1 .2 3 1 .4SZI 120.58 式中 QDI-电动机起动电流， A eDI-电动机额定电流， A 1K-电磁脱扣器的负载系数。对于 DZ 型的自动开关取1K=1.51.7 主体部件：自动开关主触头的额定电流eZI及额定电压eZU可按下式选取： eZ eIIeZ eUU式中 eI-主电路负载额定电流， A eU-主电 路额定电压， V DZX10-200/33 额定电压 380V 极数 3 脱扣器额定电流140A 额定短路通断能力 4KA（ COS =0.9） 电气机械寿命 15000/次 （电气与 PLC 控制技术 19 页表 2-4） 2. 快速电机电路中低压断路器 nts 18 QF3 的选择 敏感元件：电动机主电路的电磁脱扣器额定电流eZI按下式选取： eZ eDII式中 eDI-电动机的额定电流 电磁脱扣器的瞬时动作电流SZI按下式选取以保证频繁起、制动时不致误动作：镗床的电动机的起、制动比较频繁应用下式进行计算： 12SZ QDI K ISZI 2 1 .6 1 .2 1 7SZI 65.28 主体部件：自动开关主触头的额定电流eZI及额定电压eZU可按下式选取： eZ eIIeZ eUUDZX10-100/33 额定电压 380V 极数 3 脱扣器额定电流20A 额定短路通断能力 3KA（ COS =0.9） 电气机械寿命 15000/次 （电气与 PLC 控制技术 19 页表 2-4） 3.后立柱 电机电路中的断路器 QF4 的选择 QF4 主要是对 后立柱 电动机起短路保护的作用，电动机主电路的电磁脱扣器额定电流eZI按下式选取： nts 19 eZ eDII式中 eDI-电动机的额定电流 电磁脱扣器的瞬时动作电流SZI按下式选取以保证频繁起、制动时不致误动作：镗床的电动机的起、制动比较频繁应用下式进行计算： 12SZ QDI K ISZI 2 1 .6 1 .2 3 .1 5 SZI 12.096 主体部件：自动开关主触头的额定电流eZI及额定电压eZU可按下式选取： eZ eIIeZ eUUDZ163N4 额定电压 380V 极数 4 脱扣器额定电流 16A 额定短路通断能力 4KA（ COS =0.9） 电气机械寿命 15000/次 （电气与 PLC 控制技术 19 页表 2-4） 4. 控制电路断路器 QF4 的选择：用于控制线路的电磁脱扣器在大型接触器或电磁铁等电器起动时不应跳闸，所以电磁脱扣器的瞬时动作电流SZI按下式选取： 2 1 ( 1 ) /S Z Q e n eI K N N Unts 20 SZI 1.25 44 / 380SZI 0.1447式中 1QN-线路中最大一台电器（或同时起动的几台电器）的起动容量， VA ( 1)enN -线路中除最大一台电器（或同时起动的几台电器）以外的其他电器额定容量之和， VA eU-控制线路的额定电压， V 2K- 考 虑 负 载 情 况 的 系 数 ， 一 般 取2K=1.251.3 主体部件：自动开关主触头的额定电流eZI及额定电压eZU可按下式选取： eZ eIIeZ eUUDZ15-40/3901 壳架额定电流 40A 额定电压 380V 极数 3 脱扣器额定电流 6A 额定短路通断能力 3KA（ COS =0.9） 电气机械寿命 15000/次 4.2.2 交流接触器的选择 接触器用于带有负载主电路的自动接通或切断。分直流、交流两类，机床中应用最多的是交流接触器。 交流接触器 KM1、 KM2、 KM3、 KM4、 KM5、 KM6、 KM7 和KM8：主电动机的正转和反转运行由接触器 KM1、 KM2 控制；起动nts 21 时采用星 三角减压起动方式，由接触器 KM3、 KM4 控制，按时间原则控制转换； 接触器 KM5 控制主电机的制动； 接触器 KM6、 KM7控制快速移动由电动机 M2 正向和反向的移动；接触器 KM11 控制主轴箱油泵电动机 M3；接触器 KM10 控制工作台油泵电动机。 选择接触器主要考虑以下技术数据：电源种类；主触点额定电压；辅助触点种类、数量及触点额定电流；电磁线圈的电源种类，频率和额定电压 主触点额定电流，一般根据电动机容量dP计算触点电流cI，即： 3* 1 0 /c d dI P K U式中 K-经验常数，一般取 11.4； dP-电机功率（ KW）； dU-电动机额定线电压（ V）； cI-接触器主触点电流（ A） eaU-线路额定 电压，接触器触点额定电压cU eaU交流接触器1KM的选择： 根据上述公式可得 3* 1 0 /c d dI P K U（经验常数 K 取 1.2） 31 5 1 0 / 1 . 2 3 8 0cI cI 32.895A 选择接触器的类型为 CJ10-40 触头额定电压 380V 主触头额定电流 40A 辅助触头额定电流 5A 可控制电动机最大容量 11KW 吸引线圈电压 110V 吸引线圈消耗功率 32VA 辅助触头数量 2 常开 2 常闭 外形尺寸 1 0 2 9 2 1 0 8 ( )mm 频率 50HZ nts 22 同理： KM2、 KM3、 KM4、 KM5 交流接触器的型号为 CJ10-40 触头额定电压 380V 主触头额定电流 40A 辅助触头额定电流 5A 可控制电动机最大容量 11KW 吸引线圈电压 110V 吸引线圈消耗功率 32VA 辅助触头数量 2 常开 2 常闭 外形尺寸 1 0 2 9 2 1 0 8 ( )mm 频率 50HZ 4.2.3 快速电动机用接触器 交流接触器 KM6、 KM7 的选择： 根据公式可得 3* 1 0 /c d dI P K U（经验常数 K 取 1.2） 35 . 5 1 0 / 1 . 2 3 8 0cI 12.063cIA选择接触器的类型为 CJ10-20 触头额定电压 380V 主触头额定电流 20A 辅助触头额定电流 5A 可控制电动机最大容量 4KW 吸引线圈电压 110V 吸引线圈消耗功率 22VA 辅助触头数量 2 常开 2 常闭 外形尺寸 9 2 7 0 7 0 ( )mm 频率 50HZ 4.2.4 后立柱 电动机用接触器 交流接触器 KM8、 KM9 的选择： 根据公式可得 3* 1 0 /c d dI P K U（经验常数 K 取 1.2） 31 . 1 1 0 / 1 . 2 3 8 0cI 2.412cI A 选择接触器的类型为 CJ10-5 触头额定电压 380V 主触头额定电流 5A 辅助触头额定电流 5A 可控制电动机最大容量 2.2KW 吸引线圈电压 110V 吸引线圈消耗功率 6VA 辅 助触头数量 1 常开 nts 23 频率 50HZ 交流接触器 KM10、 KM11 的选择： 根据公式可得 3* 1 0 /c d dI P K U（经验常数 K 取 1.2） 31 . 5 1 0 / 1 . 2 3 8 0cI 3.29cI A 选择接触器的类型为 CJ10-5 触头额定电压 380V 主触头额定电流 5A 辅助触头额定电流 5A 可控制电动机最大容量 2.2KW 吸引线圈电压 110V 吸引线圈消耗功率 6VA 辅助触头数量 1 常开 频率 50HZ 4.2.3 电源引入开关 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。它也可以起停 5KW 以下的异步电动机，但每小时的接通次数不应超过 1020 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，额定电流为 10、 25、 60和 100A 四种。适用于交流 380V 以下，直流 220V 以下的电气设备中。 电源引入开关的选择 此电路中的 Q 主要作为电源隔离开关用，并不用它来直接启动电动机，可按电动机额定电流来选。显然应该根据四台电动机来选。选用 HZ-10 系列 额定电流为 25A 三极 380V 4.2.4 熔断器的选择 熔断器由熔体（俗称保险丝）和安装熔体的熔管（或熔座）两部分组成。在电路中用作短路保护。其中熔体是主要部分，它既是感测元件又是执行元件，熔体是由低熔点的金属材料制成丝状、带状、片状等；熔管的作用是安装熔体和在熔体熔断时熄灭电弧。熔nts 24 断器的熔体串接于被保护电路中，当电 路正常工作时，熔体通过的电流不会使其熔断，当电路发生短路和严重过载故障时，熔体中通过很大电流，使其发热，当达到融化温度时熔体自动熔断，切断故障电路，起到保护作用。 熔断器类型的选择 选择熔断器的类型时，主要依据负载的保护特性和短路电流的大小。通过比较与考虑我选择 RL1 系列螺旋式的熔断器。 熔体额定电流的选择 FU 为保护笼型异步电动机 M1、 M2、 M3、 M4、 M5 的熔断器。在出现尖峰电流时也不应熔断。通常将其中容量最大的一台电动机起动而其余电动机正常运行时出现的电流作为其尖峰电流，为此熔体的额 定电流应满足如下关系，即： 3/zNU m a x( 1 . 5 2 . 5 )r e e eI I I式中 maxeI为 多台电动机中容量最大的一台电动机额定电流，eI为其余电动机额定电流之和。 reI 2 . 5 3 1 . 4 1 7 3 . 7 2 . 1 3 . 1 5 reI 104.45A 选用 RL1-200 型号的熔断器 额定电流 200 熔体额定电流125A FU1 控制变压器原边熔断器的熔丝额定电流，根据如下公式进行计算： 110 . 1 /e R e qI N N U式中 eN-控制变压器的额定容量 nts 25 qN-线路中最大电器的吸引线圈起动容量或几个电器的吸引线圈同时起动容量之和， VA 1 2 5 0 0 . 1 4 4 / 3 8 0eRI 1eRI 0.669选用1eRI 2A FU2 6V 回路指示灯的熔断器的选择 根据如下公式进行计算 22/eR xI N U2eRI 10/62eRI 1.67 选用2eRI=2A FU3 24V 机床照明电路的熔断器的选择 根据如下公式进行计算： 33/eR zI N U3eRI 40/24 68W34/eR ZI N U3eRI 1.67A 选用3eRI=2A 选用 RL1-15 型号的熔断器 熔断器的额定电流 15A 熔体额定电流等级 2、 4、 5、 6、 10、 15 FU4 28V 整流桥、离合器电路的熔断器的选择 nts 26 根据如下公式进行计算： 34/eR ZI N U3eRI 68/28 3eRI 2.43A 选用3eRI=4A 熔断器额定电压的选择 熔断器的额定电压应等于或大于所在电路的额定电压 4.2.5 行程开关 用于检测工作机械的位置，发出命令以控制其运动方向或行程长短的主令电器，称为行程开关或位置开关。将行程开关安装于生产机械行程终点处，可限制其行程，也称为限位开关或终点开关。行程开关按结构分为机械结构的接触式有触点行程开关和电气结构的非接触式接近开关。经过分析我选择机械结构的接触式有触点行程开关 ，它靠移动物体碰撞其可动部件使常开触头接通，常闭触头分断，实现对电路的控制。移动物体（或工作机械）一旦离开，行程开关复位，其触点恢复到原始状态。行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式三种。 行程开关的选择 选择采用有盘形弹簧机构瞬时动作的滚轮式行程开关，因为直动式行程开关的缺点是：触点分合速度取决于生产机械的移动速度，当速度低于 0.4m/min 时触点分断太慢，易受电弧烧损。而当生产机械的行程比较小而作用力也小时，才可采用具有瞬时动作和微小动作的微动开关。（电器与 PLC 控制技术） LX2K额定电压 380/220V 额定电流 5A 触头接触时间 0.04 nts 27 动作力 20 工作行程 13mm 超行程 24 触头数量 1 开 1 闭 4.2.6 其他所需电器的选择 按钮的选择 按钮通常是用来短时接通或断开小电流的控制电路的开关。机床常用的按钮为 LA 系列 控制按钮是一种结构简单使用广泛的手动主令电器，在控制电路中发出手动指令远距离控制其他电器，再由其他电器去控制主电路或转移各种信号，也可以直接用来转换信号电路和电器 连锁电路等。当按下按钮时，先断开常闭触点，然后才接通常开触点；按钮释放后，在复位弹簧作用下使触点复位，所以按钮常用来控制电器的点动。按钮没有进线和出线之分，直接将所需的触点连入电路即可。在没有按动按钮时，接在常开触头接线柱上的线路是断开的，常闭触头的接线柱上的线路是接通的；当按下按钮时，两种触点的状态改变，同时也使与之相连的电路状态改变。控制按钮一般由按钮、复位弹簧、触点和外壳等部分组成。为便于识别各个按钮的作用，避免误操作，通常在按钮帽上作出不同标志或涂以不同颜色，表示不同作用。一般使用时用红色代表停止按 钮，绿色作为启动按钮。 交流电机制电器的选择 根据主电机的各项参数选择 ZD-15 电子制电器 照明灯和信号灯的选择 信号灯的选择 选用 XD1 型号的信号灯 额定电压 6.3V 功率 1W 灯头型号 E10/13 红、黄、蓝、绿、乳白无色。 机床照明灯的选择 选用 JC2 型号的照明灯 电源电压 24V 灯泡功率 40W 灯架总长 565 电磁阀和离合器的选择 nts 28 电磁阀 选用 WE 型电磁换向阀，型号 4WE10D10/0A 型湿式电磁换向阀。此电磁阀有两个电磁铁和两个工作位置，但没有定位器。当电 磁铁断电时，滑阀没有固定位置。电磁换向阀在液压系统中的作用是用来实现液压油路的换向，顺序动作及卸荷等。电磁铁信号是由电系统的按钮、开关、限位开关、行程开关、压力继电器以及其他电路元件发出的。 离合器（ YC） 离合器是一种可以通过各种操纵方式，实现主从动部分在同轴线上传递运动和动力时具有结合或分离功能的装置 电磁离合器是利用激励线圈电流产生的电磁力来操纵接合元件，使离合器接合或脱开，其特点为：起动力矩大，动作反应快，离合迅速 ； 结构简单，安装维修方便，使用寿命长 ； 可实现集中控制和远距离操纵，控制简单，功率小 。 选用摩擦式电磁离合器： 型号 DLM5-63 许用转矩 2260N.m 线圈消耗功率 68W 接通时间 0.45S 断开时间 0.25 空转转矩 10.0 N.m 摩擦片许用相对速度 1800r/min 整流桥 VC 选择硅整流桥装置，是将交流电源改为直流电源的装置 型号 BKZ-5 直流电压 24V 直流电流 5A 4.2.7 控制变压器的选用 当控制线路所用电器较多、线路较为复杂时，一般需采用经变压器降压的控制电源，提高线路的安全可靠性。控制变压器主要根据所需要变压器容量 及一次侧、二次侧的电压等级来选择控制变压器，可根据以下两种情况确定起容量： （ 1） 根据控制线路最大工作负载所需要的功率进行计算，一般可 据如下的公式进行计算： T T XCP K P 式中 TP-所需变压器容量 nts 29 TK-变压器容量储备系数 TK=1.11.25 XCP-控制线路最大负载时工作的电器所需的总功率（ VA） 很显然对于交流电器，XCP应取吸持功率值。 变压器最大负载是 KM1、 KM3、 KM5、 KM6、 KM8、 KM10、 KM11同时工作 T T XCP K P 取TK=1.2 1 . 2 ( 3 2 3 2 3 2 2 2 6 6 6 )TP TP 163.2VA （ 2）变压器的容量应满足已吸合的电器在又起动吸合另一些电器时仍能吸合，可根据下面公式进行计算： 0 . 6 1 . 5T X C S TP P P式中 STP-同时起动的电器的总吸持功率（ VA） 0 . 6 6 7 1 . 5 4 4TP 106.2TP VA 关于式中的系数：变压器二次侧电压，由于电磁电器起动时负载电流的增加要下降，但一般在下降额定值的 20%，所有吸合电器不致释放，系数 0.6 就是从这一点来考虑的。式中第二项系数为经验系数，它考虑到个电器的起动功率换算到吸持功率，以及电磁电器在保证起动吸合的条件下，变压器容量只是该器件的起动功率的一nts 30 部分因素。 最后所需变压器容量，应由以上两式中所计算 出的最大容量决定。 从以上的计算中可知变压器的容量应大于 163.2VA。考虑到照明灯等其他电路容量，可选用 JBK 250 型号的变压器 额定容量250VA 电压等级： 380/110-24-6，可满足辅助回路的各种电压需要。（机床电气控制技术 64 页） 变压器选择的第二种方案： （ 1）按连续工作选变压器额定
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