数控车床辅助控制系统

1、前言随着机械制造生产模式的演变，对机械制造装备提出了不同的要求.在50年代“刚性”生产模式下，通过提高效率，自动化程度，进行单一或少品种的大批量生产，以“规模经济”实现降低成本和提高质量的目的。在70年代主要通过改善生产过程管理来进一步提高产品质量和降低成本。在80年代，较多地采用数控机床，机器人，柔性制造单元和系统等高技术的集成来满足产品个性化和多样化的要求，以满足社会各消费群体的不同要求。从90年代开始，为了对世界生产进行快速响应，逐步实现社会制造资源的快速集成，要求机械制造装备的柔性化程度更高，采用拟实制造和快速成形制造技术。工业发达国家都非常注重机械制造业的发展，为了用先进技术和工艺装

2、备制造业，机械制造装备工业得到先发展。对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备，数控机床在机械制造装备中的比重还非常低，导致“刚性”强，更新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度基本上还是“一个工人，一把刀，一台机床”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定。因此，要缩小我国同工业发达国家的差距，我们必须在机械制造装备方面大下功夫，其中最重要的一个方面就是增加数控机床在机械制造装备中的比重。通过这次设计，可以达到以下目的：1，培养综合运用专业基础知识和专业技能来解决工程实际问题的能力；2，强化工程实践能力和意

3、识，提高本人综合素质和创新能力；3，使本人受到从事本专业工程技术和科学研究工作的基本训练，提高工程绘图、计算、数据处理、外文资料文献阅读、使用计算机、使用文献资和手册、文字表达等各方面的能力；4，培养正确的设计思想和工程经济观点，理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度以及积极向上的团队合作精神。目录1、 电动机的选择.32、 电器元器件的选择和计算.33、 电气元器件清单.104、 电气原理图115、 辅助控制系统操作说明.126、 设计总结.217、 参考文献.22一.对电动机的选择1）冷却泵电动机M1 型号为JCB4三相异步电动机，性能指标为0.125KW、380V、0.43A、279

4、0r/min.2）快速移动电动机M2 型号为Y90S4三相异步电动机，性能指标为1.1KW、380V、2.7A、1400r/min.二.电器元件的选择 在电气原理图设计完毕后就可以根据电气原理图进行电器元件的选择工作。本设计中需要的电器元件有：1、电源开关的选择 电源开关QS主要用于给M1、M2电动机提供电源，而在控制变压器二次侧的电器在变压器一次侧产生的电流相对要小，因此QS得选择主要考虑M1、M2电动机的额定电流和起动电流。由前面已知M1、M2的额定电流得知，M1是短时间的工作，因而电源开关的额定电流就选为就选2.8A左右，但是我们要具体考虑到主轴电动机的所要承受的电流，所以就三级转换开关

5、（组和开关），HZ1025/3型，额定电流为25A 。2、接触器的选择根据接触器所控制的负载回路的电压、电流以及所需触点的数量来选择接触器。本设计中，KM用来控制主轴电动机，主轴的额定电流为22.6A， 控制回路电源为127V，需主触点三对，辅助常开触点两对，辅助常闭触点一对，所以选择CJ10-40型接触点，主触点电流为40A，线圈电压为127V。3、中间继电器的选择本设计中，采用中间继电器控制电动机M2、M3，其额定电流都较小分别为0.43A和0.7A，所以KA1和KA2都可以选用普通型JZ7-44交流中间继电器代替接触器进行控制，每个中间继电器常开常闭触点各为4对，额定电流为5A，线圈电压

6、为127V。4、按钮的选择 根据需要的触点数目、动作要求以及使用场合和颜色的等进行按钮的选择。本设计中，起动按钮SB6选择LA18型按钮，其颜色为黑色 ， SB5选择LA18型按钮，其颜色为红色， 点动按钮SB7型号相同，其颜色为绿色。5、热继电器的选择 根据电动机M1的额定电流，选择如下：FR1应选择JR0-40型热继电器，但热元件额定电流为0.64A，额定电流调试范围为0.400.64A，整定在0.43A。6、熔断器的选择 熔断器fu1对M2和M3进行短路保护,M2和M3的额定电流分别为0.43A和2.7A，故选用RT18-32型熔断器，配用10A熔体。至于熔断器FU2和FU3的选择将同控

7、制变压器的选择结合进行。7、照明灯的以及灯开关的选择照明灯EL和灯开关SA成套购置，EL可选用JC2型，交流36V，40W.8、电流表PA的选择电流表PA可选用62T2型，0到50A9、指示灯的选择指示灯HL1和HL2都选择ZSD-0型，6.3V0，25A ，分别为红色和绿色。10、控制变压器的选择 控制变压器的容量P可根据由它供电的最大工作负载所需要的功率来计算，并留用一定的余量。本设计要考虑到主轴的电压，经过计算选用BK-100VA,380/127V、36V、6.3A。低压元件的选择及电气视图一 常用的低压电器1、继电器 继电器是一种根据电量参数（电压 电流）或非电量参数（时间 温度 压力

8、等）的变化自动接通或断开控制电路，以完成控制或保护任务的电器。继电器触点容量较小，一般不大于5A。 继电器用途广泛，种类繁多，按反应参数可分为电流继电器KI 电压继电器KV 中间继电器KA 时间继电器KT 速度继电器KS和热继电器FR等；按动作原理可分为电磁式 电动式 电子式等。2、接触器 接触器是一种用来频繁的接通或分断带有负载的主电路（如电动机）的自动控制电器。接触器由电磁机构，触点系统 灭弧装置及其他部件四部分组成。接触器主要技术参数有极数和电流种类，额定工作电压 额定工作电流和接通和分断能力。接触器按其主触点通过电流的种类不同，分为直流 交流两种，机床上使用的多为交流接触器。目前，我国

9、常用的交流接触器有CJ20 CJX1 CJX2 CJ12和CJ10的系列3、熔断器 熔断器是一种利用金属导体作为熔体串联于电路中，当电路发生短路或严重过载时，熔体自身发热而熔断，从而分断电路的电器，熔断器主要用于短路保护，是最简单有效的保护电器。熔断器的主要技术参数有额定电压，额定电流和极限分断能力。熔断，机床电气线路中常用RL1系列螺旋式，RC1系列插入式和RT0，RT8系列封闭式等产品。二、电气原理图的画法规则电气控制系统是由许多电器元件按一定的要求和方法连接而成的，为了便于电气控制系统的设计、安装、调试、使用和维修，将电气控制系统中各电器元件及其连接线路用一定的图形表达出来，这就是电气控

10、制系统图。电气控制系统图主要包括电气原理图、电气设备总装接线图、电器元件布置图与接线图。在画图时，应根据简明易懂的原则，来用统一规定的图形符号、文字符号和标准画法来绘制。电气原理图的绘制应注意以下几点： 1、电气原理图一般分为主电路、控制电路、辅助电路。2、在原理图中，各电器元件不画实际的外形图，而采用国家规定的统一标准来画，文字符号也采用最新国家标准。3、原理图中各电器元件和部件在控制电路中的位置，应根据便于阅读的原则安排。4、元器件和设备的可动部分在图中均在没有通电和外力作用（即自然状态）时的状态画出。5、在原理图中，有直接电联系的交叉导线的连接点，要用黑圆点表示。6、在原理图中，无论是主

11、电路还是辅助电路，各电气元件一般按动作顺序从上到下、自左而右集资排列，可水平布置或垂直布置。总之，画电气原理图时，应合理安排各电器元件以及它们的主辅触点，并保证电气控制线路运行可靠，节省连接导线，以及施工维修等方便。系统实现方案控制要求和电动机技术参数电气控制线路是生产机械的重要组成部分，对生产机械能否正确可靠地工作起着决定性的作用，因此必须正确合理地设计电路控制路线，合理选择电器元件，使电气控制系统满足生产工艺要求。电气控制路线设计中应注意以下几点：1、 合理选择控制路线电流种类与控制电压数值。2、 正确选择电器元件。3、 合理布置，力求使控制路线简单、经济。4、 保证电气控制线路工作的可靠

12、性。5、 保证电气路线工作的安全性。主电动机的一些技术参数：额定功率1.5KW，额定电流3.4A，起动电流24A，轻载时采用全压起动，所选用的保护电器元件为断路器，型号为DZ520/330，脱扣器整定电流为4.5A，连接导线为绝缘导线截面积及钢管直径分别为2.5,G15。型号为Y90S-2，额定转速为2840r/min，额定效率为79%，堵转转矩为2.2，堵转电流7.0A，最大转矩2.2。电气元件清单序号符号名称型号1M1冷却泵电动机JCB-222M2三相异步电动机Y90S-43QS三极转换开关HZ10-25/34KM交流接触器CJ10-405KA1、KM2、KM3交流中间继电器JZ-446F

13、R1热继电器JR-407FU1、FU2、FU3熔断器RT-18-328SB1、SB2、SB3控制按钮LA189HL1、HL2指示灯ZSD-010EL、SA照明灯及灯开关JC211PA交流电流表62T212TC控制变压器BK-100四、电气原理图主回路控制回路五. 辅助控制系统操作说明 新型生产设备的设计制造中，电气控制系统的投资占有很大比重。控制系统对生产机械运行可好性、稳定性起着重要的作用。因此控制系统设计方案完成后，在投入生产前应经过严格的审定，为了确保生产设备达到设计指标，设备制造完成后，还要经过仔细调试，使设备运行处于最佳状态。设计说明及使用说明是设计审定以及调试、使用、维护过程中必不

14、可少的技术资料。 1）、（1）、刀架抬起 当数控装置发出换刀指令后，压力油由a孔进入压紧液压缸的下腔，活塞1上升，刀架体2抬起，使定位用的活动插销10与固定插销9脱开。同时，活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮5结合。 （2）、刀架转位 当刀架抬起后，压力油从c孔进入转位液压缸左腔，活塞6向右移动，通过联接板带动齿条8移动，使空套齿轮5作逆时针方向转动。通过端齿离合器使刀架转过60。活塞的行程应等于齿轮5分度圆周长的1/6，并由限位开关控制。 (3)、刀架压紧 刀架转位之后，压力油从b孔进入压紧液压缸上腔，活塞1带动刀架体2下降。齿轮3的底盘上精确地安装有6个带斜楔的圆柱固定插销9，利用活动插销1

15、0消除定位销与孔之间的间隙，实现反靠定位。刀架体2下降时，定位活动插销10与另一个固定插销9卡紧，同时齿轮3与齿圈4的锥面接触，刀架在新的位置定位并夹紧。这时，端齿离合器与空套齿轮5脱开。 (4)、转位液压缸复位 刀架压紧之后，压力油从d孔进入转位液压缸的右腔，活塞6带动齿条复位，由于此时端齿离合器已脱开，齿条带动齿轮3在轴上空转。如果定位和夹紧动作正常，推杆11与相应的触头12接触，发出信号表示换刀过程已经结束，可以继续进行切削加工。刀架除了采用液压缸转位和定位销定位之外，还可以采用电动机带动离合器定位，以及其他转位和定位机构。2）液压传动装置由于使用工作压力高的油性介质，因此机构出力大，机

16、械结构更紧凑，动作可靠，易于调节且噪声较小，但要配置油泵和油箱，且当油液渗漏时会污染环境。数控车床的液压系统及应用数控车床的液压系统与普通液压系统类似，也是由能源部分、执行机构部分、控制部分和附件部分组成。能源部分主要包括泵装置和蓄能器，它们能够输出压力油，把原动机的机械能转变为液压能并储存起来。执行机构部分主要是液压油缸、液压马达等，它们用来带动运动部件，将液体压力能转变为使工作部件运动的机械能。控制部分主要是各种液压阀，用于控制流体的压力、流量和流动方向，从而控制执行部件的作用力、运动速度和运动方向，同时，液压阀也可以用来卸载，实现过载保护等作用。附件部分主要是指液压系统中除以上三部分以外

17、的所有其他元件，如油箱、压力表、滤油器、管路、管接头、加热器、冷却器等。在济南第一机床厂的MJ一50数控车床中，卡盘的夹紧与松开、卡盘加紧时的高低压转换、回转刀架的夹紧与松开、刀架刀盘的正转反转、尾座套筒的伸出与退回都是由液压系统驱动的，液压系统中各个电磁阀的电磁铁的动作均是由数控系统的PLC控制实现的。MJ一50数控车床的液压系统原理图如图41所示。4-1MJ一50数控车床液压系统原理图由图可知，机床的液压系统采用单向变量液压泵，系统压力调整至4IOMPa，由压力表14显示。泵出口的压力油经过单向阀进入控制油路。(1)卡盘动作的控制主轴卡盘的夹紧与松开，由一个二位四通电磁阀控制。卡盘的高压夹

18、紧与低压夹紧的转换由电磁阀2控制。当卡盘处于正卡(也称外卡)且在高压夹紧状态下，夹紧力的大小由减压阀6来调整，由压力表l2显示卡盘压力。系统压力油经减压阀6一电磁阀2(左位)一电磁阀l(左位)一液压缸右腔，活塞杆左移，卡盘夹紧。这时液压缸左腔的油液经阀l(左位)直接回油箱。反之，系统压力油经减压阀6一电磁阀2(左位)一电磁阀l(右位)一液压缸左腔，活塞杆右移，卡盘松开。这时液压缸右腔的油液经阀1(右位)直接回油箱。当卡盘处于正卡且在低压夹紧状态下，夹紧力的大小由减压阀7来调整。系统压力油经减压阀7一电磁阀2(右位)一电磁阀l(左位)一液压缸右腔，活塞杆左移，卡盘夹紧。反之，系统压力油经减压阀7

19、一电磁阀2(右位)一电磁阀l(右位)一液压缸左腔，活塞杆右移，卡盘松开。(2)回转刀架动作的控制回转刀架换刀时，首先是刀盘松开，然后刀盘就近转位到达指定的刀位，最后刀盘复位夹紧。刀盘的夹紧与松开由一个2位四通电磁阀4控制。刀盘的旋转有正转和反转两个方向，它由一个3位四通电磁阀3控制，其旋转速度分别由调速阀9和10控制。电磁阀4在右位时，刀盘松开，系统压力油经电磁阀3(左位)一调速阀9一液压马达，刀架正转。若系统压力油经电磁阀3(右位)一调速阀l0一液压马达，则刀架反转。电磁阀4在左位时，刀盘夹紧。413润滑装置润滑装置对数控车床的正常运行起着非常重要的作用。机床主轴箱内的轴承和传动齿轮一般都设有专门的油箱，单独供油润滑，并通过润滑油的流动带走部分主轴中产生的热量。有的机床由液压站直接供油润滑，润滑油在循环过程中经过专门设置的空气冷却器冷却，这不仅改善了润滑条件，还能降低主轴温升，减少热变形。机床不同部位需要的润滑油流量是不同的。导轨面及滚珠丝杠的润滑可采用定时供油的自动滴油润滑系统。如图42所示为数控车床典型的自动润滑系统。由图可知，常用数控车床的润滑系统由气动柱塞泵、储油器、定量分油器及控制装置组成。气动柱塞泵由电磁阀控制，在一个润滑循环过程中可动作16次，每次间隔6s