机床电气控制技术课程设计说明书.doc

1.1机床电气传动的特点与控制要求1. 摇臂钻床的构成（机械结构示意图如图1）：底座、立柱（内、外）、摇臂、主轴箱、主轴、工作台（固定工件）。图1摇臂钻床外型结构2. 钻床的用途以及传动的特点(1)钻床的用途：钻孔、扩孔、镗孔、绞孔、攻丝等机械加工。(2)摇臂钻床的用途：主要用于加工大、中型零件。(3)机械运动主运动：主轴带动钻头刀具作旋转运动。（主电动机M1驱动）进给运动：主轴的上、下进给运动（主电动机M1驱动） 辅助运动：外立柱和摇臂绕内立柱作回转运动（手动） 摇臂沿外立柱作升降运动（升降电动机M2驱动） 主轴箱沿摇臂水平移动（手动） 夹紧与放松运动，外立柱与内立柱、摇臂与外立柱、 主轴箱与摇臂间的（液压驱动，电动机M3拖动）。3. 控制要求(1)主轴的控制 主轴由机械摩擦片式离合器实现正转、反转及调速的控制 。(2)摇臂升降过程： 放松升/降夹紧 a . 摇臂在完全放松状态下压下放松位置开关SQ2； b. 做升/降运动； c.升降完毕与夹紧之间加入13S的时间延时，以克服惯性； d.升降完毕后，做夹紧运动，完全夹紧，压下夹紧位置开关SQ3，摇臂升降过程结束。位置开关SQ1 用于升降限位保护。(3)冷却控制： 冷却泵电动机M4提供冷却液。(4)工作状态指示 HL1、HL2用于主轴箱和立柱的夹紧、放松工作状态指示HL3用于主轴电动机运转工作状态指示。1.2拖动电动机的选择调查统计类比法：P = 0.0646 D1.10 单位为kW D 最大钻孔直径 单位为 mm 。所以主电动机的功率P=0.0646 *321.10 =2.92 kW ，可得出各个电动机的参数：1.主电动机M1，型号选定为Y100L2-4，性能指标为：3KW、380V、6.82A、1430r/min2.冷却泵电动机M4，型号选定JCB-22，性能指标为：0.125KW、0.43A、2790r/min3.摇臂升降电动机M2，型号选定为Y908-4，性能指标为：1.1KW、2.01A、1390r/min4.液压泵电动机M3，型号选定为J031.性能指标为：0.6KW、1.42A、2880r/min1.3电气控制线路设计1.主电路设计电源由空气隔离开关QS引入，FU1用作系统的短路保护，主轴电动机M1由接触器KM2、KM3控制正反转，FR1作过载保护；接触器KM4、KM5的主触点控制液压泵电动机M3正反转，FR2作过载保护；冷却泵电动机M4的工作由组合开关SA1控制，熔断器FU2用作电动机M2、M3主电路的过流和短路保护。主电动机M1： KM1单向起停控制。摇臂升降M2：KM2、KM3，正反转控制。液压泵机M3：KM4、KM5，正、反转（夹/松）控制。冷却泵M4：组合开关SA1单向手动控制。主电路如下图所示摇臂钻床主电路图2.控制电路设计（1）主轴电动机M1的控制设计根据设计要求，主轴电动机M1的起-停由按钮SB1、SB2和接触器KM1线圈及自锁触点来控制，当主轴电动机M1过载时，热继电器FR1起过载保护。（2）摇臂升降电动机M2和液压泵电动机M3的控制设计根据设计要求，这两个电机需完成升降和夹紧的工作任务，所以，要用行程开关SQ（1-4）和按钮SB（3-6）来控制两个电动机的起-停和正反转，SQ3、SQ4分别为松开与夹紧限位开关，SQ1、SQ2分别为摇臂升降极限开关，SB3、SB4分别为上升与下降按钮，SB5、SB6分别为立柱、主轴箱夹紧装置的松开与夹紧按钮。主轴箱与摇臂,外立柱与内立柱间的夹紧、松开（两者同时进行）：松开：按下SB5KM4线圈通电液压泵电动机M3正转，电磁铁YA线圈不通电，泵入的压力油进入主轴箱和立柱液压缸右腔主轴箱和立柱同时松开 直至位置开关SQ4复位HL1作松开状态指示，此时松开按钮SB5，放松过程结束。夹紧：按下SB6KM5线圈通电液压泵电动机M3反转、YA线圈不通电，泵入的压力油进入主轴箱和立柱液压缸左腔主轴箱和立柱同时夹紧 直至压下位置开关SQ4HL2作夹紧状态指示，此时，松开按钮SB6，夹紧过程。如图 控制电路1主轴箱与摇臂,外立柱与内立柱间的夹紧、松开（两者同时进行）：松开：按下SB5KM4线圈通电液压泵电动机M3正转，电磁铁YA线圈不通电，泵入的压力油进入主轴箱和立柱液压缸右腔主轴箱和立柱同时松开 直至位置开关SQ4复位HL1作松开状态指示，此时松开按钮SB5，放松过程结束。夹紧：按下SB6KM5线圈通电液压泵电动机M3反转、YA线圈不通电，泵入的压力油进入主轴箱和立柱液压缸左腔主轴箱和立柱同时夹紧 直至压下位置开关SQ4HL2作夹紧状态指示，此时，松开按钮SB6，夹紧过程结束。 如图 控制电路23.信号指示与照明电路的设计局部照明设备用照明灯HL、灯开关SA2和照明回路熔断器FU3来组合。信号指示电路由三路构成：一路为“主电动机工作”指示灯HL3（绿）在电源接通后，KM1线圈得电，其辅助常开触点闭合后绿灯立即亮，表示主电动机处于供电状态；一路为（松开）指示灯HL1（红），若行程开关SQ4动断触点合上，红灯亮，表示摇臂放松；另一路为（夹紧）指示灯HL2（黄），若行程开关SQ4动合触点闭合，黄灯亮，表示摇臂夹紧 。4.控制电源的设计考虑安全可靠和满足照明指示灯的要求，采用控制变压器TC降压供电，其一次侧为交流380V,二次侧为127V、36V、6.3V其中127V电压供给控制电路，36V电压控制局部照明电源，6.3V作为信号指示电源。5.绘制电气原理图根据各局部线路之间的相互关系和电气保护线路，可完成电气原理图。如图二所示：1.4选择电气原件1电源引入开关QKQK的作用主要是用于电源的引入及控制M1M4起、停和正反转等。因此QS的选择主要考虑电动机M1M4额定电流和启动电流，由前面已知M1M4的额定电流数值，通过计算可得额定电流之和为10.68A，同时考虑到，M2、M3、M4量为满载启动，在功率较小，M1虽功率较大，但为轻载启动。所以，QS最终选择组合开关HZ5-20型，额定电流为20A。2. 热继电器FR1、FR2。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JR16-20/3D型热继电器。热元件额定电流11A额定电流调节范围为6.811A工作时调整在6.82A.FR2选用JR16-20/3型热继电器。热元件额定电流2.4A额定电流调节范围为1.52.4A工作时调整在1.42A。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。本设计中KM1主要对M1进行控制，而M1额定电流为6.82A，控制回路电源为127V，需要主触点两对，所以，KM1选G0-10型接触器，主触点额定电流为10A，线圈电压为127V。KM2与KM3对M2进行控制，而M2额定电流为2.01A，控制回路电源为127V，各需要主触点两对，KM2的辅助动断触点一对，KM3的辅助动断触点一对，所以，KM2、KM3选CD10-5型接触器，主触点额定电流为5A，线圈电压为127V。KM4与KM5对M3进行控制，而M3的额定电流为1.42A，控制回路电源为127V，各需要主触点三对，KM4的辅助动断触点一对，KM5的辅助动断触点一对，所以，KM4、KM5选CJ10-5型接触器。4.时间继电器的选择本设计中由于摇臂的升降需要延时控制。需要常开触点一个，延时闭合动断触点一个，延时断开动合触点一个，我们选ISSI型时间继电器。额定电压AC127V、DC24V,额定功耗小于5W,动作频率1200次/h。5.熔断器的选择根据熔断器的额定电压、额定电流和熔体的额定电流等进行熔断器的选择。本设计中涉及到熔断器有三个：FU1、FU2、FU3。FU1主要对M1、M4进行短路保护，M1、M4额定电流分别为6.82A、0.43A。因此，熔体的额定电流为 Iful(1.5-2.5)INmax+IN计算可得Iful17.48A，因此FU1选择RL1-60型熔断器，熔体为20A.同理：FU2选择RL1-15型熔断器，熔体为10A；FU3选择RL1-15型熔断器，熔体为2A。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、SB4选择LA-18型按钮，颜色为红色，选择SB2、SB5选择LA-18型按钮，颜色为绿色，SB3、SB6选择LA-18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36V、40W，与灯开关SA2成套配置；指示灯HL1、HL2、HL3选择ZSD-0型，指标为6.3V，0.25A，颜色为黄色，绿色，红色各一个。8.控制变压器的选择本设计中，变压器选择BK-100VA,380V、220V/127V、36V、6.3V。1.5制定电气元件明细表综合以上的计算，该摇臂钻床的电器元件明细表如表一所示。表一 该摇臂钻床的电器元件明细表符号名称型号规格数量M1三相异步电动机Y100L2-43.0KW,380V,6.82A,1430r/min1M2摇臂升降电动机Y90S-41.1KW,2.01A,1390r/min1M3液压泵电动机JO31-20.6KW,1.42A,2880r/min1M4冷却泵电动机JCB-220.125KW,0.43A,2790r/min1QS组合开关HZ5-20三极，500V,20A1KM1交流接触器CJ-1010A,线圈电压127V1KM2,KM3KM4,KM5交流接触器CJ10-55A,线圈电压127V5KT时间继电器JSSIAC127V,DC24V1FR1热继电器JR16-20/3热元件额定电流11A,整定电流6.82A1FR2热继电器JR16-20/3热元件额定电流2.4A,整定电流2.01A1FU1熔断器RL1-60500V,熔体20A1FU2熔断器RL1-15500V,熔体10A1FU3熔断器RL1-16500V,熔体2A1TC控制变压器BK-100100VA,380V/127,36,6.3V1SB1,SB4控制按钮LA-185A,红色2SB2,SB5控制按钮LA-185A,绿色2SB3,SB6控制按钮LA-185A,黑色2HL1,HL2,HL3指示灯ZSD-06.3V,绿色1红色1黄色13EL,SA1,SA2照明灯，控制开关JC236V,40W31.6绘制电器元件位置图依据电气原理图的布置原则，并结合Z3040型摇臂钻床的电气原理图的控制顺序按电气原理图的控制顺序对电气元件进行合理布局，做到连接导线最短，导线交叉最少。所绘制的电器元件布置图如图三所示。1.7绘制电气接线图机床的电气接线图是根据电气原理图及各电气设备安装的布置图来绘制的。安装电气设备或检查线路故障都要依据电气接线图。电气接线图要表示出各电气元件的相对位置及各元件的相互接线关系，因此要求电气接线图中各电气元件的相对位置与实际安装的位置一致，并且同一个电气的所有元件画在一起，还要求各电气元件的文字符号与原理图一致。对各部分线路之间接线和对外部接线都应通过端子板进行，而且应该注明外部接线的去向。为了看图方便，对导线走向一致的多根导线合并画成单线，可在元件的接线端标明接线的编号和去向。接线图还应标明接线用导线的种类和规格，以及穿管的管子型号、规格尺寸、成束的接线应说明接线根数及其接线号，如图四所示。1.8绘制电气互连图电气互连图表示电气控制柜配电盘之间、以及和外部器件之间的接线关系。图中用导线束将照明灯、操作面板、电动机、电源引入线与控制主盘连接起来，并注明了穿线管的规格、电缆线的参数等数据。 设计时应注意接地装置的设计（安全） 。电气互连图如图五所示。 如图三 电器安装位置图如图四 电气接线图如图五 电气互连图参考文献1 张万奎. 机床电气控制技术M. 北京：中国林业出版社；北京大学出版社，2006.2 叶文荪. 电工技术（第3版）M.北京：机械工业出版社，1998.3 李良洪等. 电工手册M.北京：电子工业出版社，2005.4 秦曾煌. 电工学（第六版）上册，电工技术M.北