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普通车床控制电路的设计,普通,车床,控制电路,设计
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西安文理学院物理与机械电子 工程学院 本科毕业设计（论文）题 目 普通车床控制线路的设计 专业班级 08 级机械设计制造及其自动化 2 班 学 号 08102080238 学生姓名 王敏 指导教师 任顺英 设计所在单位 西安文理学院 2012 年 5 月 普通车床控制线路的设计普通车床控制线路的设计摘要摘要: :车床是机械加工中使用最广泛的金属切削机床，它可以用于切削各种工件的外圆、内孔、端面、螺纹、螺杆以及车削定型表面等。现代生产机械多采用机械、电气、液压、气动相结合的控制技术。其中电气控制技术起联接中枢作用，应用最为广泛。本设计的主要任务是依据车床的工作情况确定其传动形式和控制方案，从而选择所用的电动机和电气元件，如交流接触器，继电器，熔断器等，进一步设计其电气控制线路，并能对控制线路进行分析维护。本设计通过顺利完成了车床的主电路和控制电路的设计分析，初步实现了所要求的车床的基本功能。关键词关键词：车床，电动机，控制电路，交流接触器。The Design Of Ordinary Lathe Control CircuitAbstract：The lathe is the most widely used in machining metal cutting tools, it can be used for cutting all kinds of the outer circle、hole、end、thread、screw、and turning shaping surface and so on. Modern production machinery mostly uses the control technology of the combination of mechanical technology、electrical technology、hydraulic technology、and pneumatic technology. Among them the electrical control technology is on the central role of connection, which is the most widely used. The main task of this design is based on the lathe work to determine the form of transmission and control scheme, so as to select the motor and electrical components, such as AC contactors, relays, fuses, further design the electric control circuit, and the control circuit analysis maintenance。This design through successfully completed the lathe of the main circuit and control circuit design analysis, and then preliminary realized the requirements of the basic functions of the lathe. Keywords: lathe, electric motor, control circuit, AC contactor. 目录目 录第一章第一章 绪论绪论.11.1 选题目的和意义 .11.2 本课题概述及其国内外发展趋势.1第二章第二章 车床简介车床简介.32.1 功能描述 .32.2 需求分析.42.2.1 主轴电动机 M1 控制分析： .42.2.2 进给电动机 M2 的控制分析： .42.2.3 冷却泵电动机 M3 的控制分析： .42.2.4 照明装置控制分析：.42.2.5 电源指示灯 L1： .42.3 具体功能 .4第三章第三章 电动机简介电动机简介.63.1 电动机简介 .63.2 电动机的正反转控制原理 .73.2.1 电动机正反转控制电路的概念及其电路.73.2.2 电动机正反转控制电路的电路图及其工作原理.8第四章第四章 主电路、控制电路及其设计原理主电路、控制电路及其设计原理.114.1 主电路设计及其原理 .114.1.1 主电路设计.114.1.2 主电路设计原理.114.2 控制线路设计及其原理.124.2.1 控制电路设计.124.2.2 控制电路设计原理.124.3 电路中的保护环节.14第五章第五章 主要元器件的选择主要元器件的选择.155.1 主要元件的选择及其明细表 .155.2 系统元器件的选择 .17目录5.2.1 交流接触器的选择.175.2.2 保护电器的选择.17第六章第六章 MULTISIMMULTISIM 软件简介软件简介.196.1 软件简介 .196.2 使用方法简介 .21第七章第七章 车床变频调速设计车床变频调速设计.267.1 普通齿轮调速与变频调速的比较 .267.2 三相异步电机变频调速的工作原理 .277.2.1 交流变频调速器.277.2.2 交流变频调速器基础知识.287.2.3 变频器的主要外接电路.297.3 车床的变频调速 .317.3.1 主运动的负载性质.317.3.2 系统框图.31第八章第八章 常见故障分析常见故障分析.328.1 常见故障分析 .328.1.1 电动机 M 不能启动 .328.1.2 电动机 M 断相运行 .328.1.3 电动机启动后不能自锁.338.1.4 电动机不能停止.338.1.5 电动机 M 运行中突然停车 .338.1.6 电动机过热.338.1.7 其他常见问题及其原因.35总结总结.37致谢致谢.38参考文献参考文献.39附录一附录一.40附录二附录二.41西安文理学院本科毕业设计（论文）第 页1第一章第一章 绪论绪论1.11.1 选题目的和意义选题目的和意义本课题是研究车床线路控制的总体设计，通过对该课题的研究，了解车床内部结构并运用所学知识完成车床线路的设计。本课题的设计重点在于主电路的设计，设计时须对车床各种运转方式按具体情况，从设计到设备造价,传动效率和电耗的大小,使用和维修等多方面进行综合分析和对比,最后确定设计方案。车床的线路控制设计是典型的机电一体化课题，通过毕业设计可使所学机械学、力学、电工学知识得到综合应用。结构设计及控制系统设计能力都能受到训练，可有力的提高学生的分析问题、解决问题能力及机电一体化水平。此设计的技术经济指标高低对于机械加工企业具有十分重要的意义。1.2 本课题概述及其国内外发展趋势本课题概述及其国内外发展趋势随着制造业对机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步,我国的机床业的科学技术含量也得到了较大的发展,虽然目前我国是机床生产大国,但我国离机床制造强国还差很远,国产机床的发展仍然还难以支撑国民经济和国防军工的需要,与世界先进水平相比差距仍然十分明显。一我国的产品与中国市场需求反差较大,产品结构亟待快速调整。国产高档数控机床在品种、水平和数量上远远满足不了国内发展需求。尽管近几年国产机床市场销售量不断提高,但是进口的机床在国内还是占有较大的市场。二是国产功能部件和数控系统发展滞后,成为数控机床产业发展的瓶颈,尤其是为高档数控机床配套的关键功能部件和数控系统。三是机床制造企业技术装备水平不高,企业的自主创新能力不强,中国机床企业的地位、工业化水平和品牌影响力要想变强,就必须走自主创新的道路。 我国是一个制造大国,机床业的发展关系到我国的经济发展,我们应该在加大我国传统机床发展速度的同时积极利用先进的技术手段大力发展数控机床。力争早日实现数控机床产品从低端到高端、从初级产品加工到高精尖产品制造的转变,实现从中国制造到中国创造、从制造大国到制造强国的转变。在国内，机床发展已有多年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自自动线几乎都是从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品的生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，西安文理学院本科毕业设计（论文）第 2 页由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。在国外，据专家分析，机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。国外的加工中心，主轴转速可达 1000020000r/min，最高进给速度可达 2060m/min；复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时，加工的形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用，信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高，操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累有关数据；通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。随着科技日新月异的发展，车床的装备应该向着高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用方向发展。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 3 页第二章第二章 车床简介车床简介2.12.1 功能描述功能描述图图 2.12.1 普通卧式车床结构简图普通卧式车床结构简图车床由主轴运动和刀具进给运动完成切削加工，车床的主轴、冷却泵、刀架快速移动均由三相异步电动机拖动。该车床的切削加工包括主运动，进给运动和辅助运动。主运动既为工件的旋转运动，由主运动通过卡盘和顶尖带动工件旋转。进给运动即为刀具的直线运动，由进给箱调节加工时的纵向或横向进给。辅助运动完成刀架的快速移动及工件的夹紧，放松等。主轴的旋转运动由主电动机，经传动机构实现。机床车削加工时，要求车床主轴能在较大范围内变速。通常根据被加工零件的材料性能、零件尺寸精度要求、车刀材料、冷却条件及加工方式等来选择切削速度，采用机械变速方法。车床纵、横两个方向的进给运动由主轴变速箱的输出轴，经挂轮箱、进给箱、光杆传入溜板箱而获得，其运动方式有手动与机动两种。根据切削加工工艺的要求和车床的基本功能，确定控制线路方案为：主轴的正反转由主轴电动机的正反转控制来实现，进给电动机由刀架手柄控制，冷却泵电动机则要在车床工作时就要工作。调速采用机械齿轮变速方法。中小型车床采用直接启动的方法。除此之外，并要具有必要的保护环节，如失压保护，过载保护，短路保护等和辅助的照明装置。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 4 页2.22.2 需求分析需求分析2.2.1 主轴电动机 M1 控制分析：主轴电动机带动工件旋转，要求电动机可以进行正转和反转调节，而开机过程中，为达到一定目的，也有一定可能需要在启动时就为反转。所以对于电动机 M1的控制，要求有两个启动按钮分别对应正转开机和反转开机。其中交流接触器 KM1对应正转开机，KM2 对应反转开机。2.2.2 进给电动机 M2 的控制分析：进给电动机由刀架手柄控制启动，当启动后电动机 M2 转动，由于刀具的运转状态调整由进给箱调节，所以 M2 本身由刀架手柄控制启动与停止即可。在刀具工作时，主轴电动机的状态不能确定，所以 M2 电动机的工作不应该受到 M1 的限制，所以两个的工作状态是独立的。2.2.3 冷却泵电动机 M3 的控制分析：冷却泵电动机的作用就是在车床工作时提供冷却液给车床降温，起到润滑保护作用。所以只要车床工作，冷却泵电动机就必须一直启动。所谓车床工作，即电动机 M1 和 M2 工作，所以上述二者之一中任一电动机工作时，冷却泵电动机都应处于启动状态。同时，考虑到电路的故障问题，导致电动机一直工作，也在控制回路中加入开关在必要时切断电路。2.2.4 照明装置控制分析：照明和冷却装置类似，它们都要求在车床工作时进行工作，以保证工作的顺利进行和安全，所以照明装置的要求和冷却泵电动机一致，即当电动机 M1 和 M2 工作时，照明装置必须启动。所以二者之一中任一电动机工作时，照明装置都应处于启动状态。考虑到天气情况，有时不需要照明，所以也必须设置必要的开关，在不需要时切断电路，以节省资源。由于工厂为三相交流电，线电压为 380V，而一般照明电压的额定电压为 220V 或者更低，所以设计照明装置时，应适当采用变压器降压。2.2.5 电源指示灯 L1：电路中还设计了电源指示灯 L1，即车床接通电后，指示灯就会发亮。起到安全警示作用。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 5 页2.32.3 具体功能具体功能主轴电动机 M1 的正反转控制：由电路的自保电路和互锁电路组成。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 5 页 进给电动机 M2 的控制，即刀架快速移动的控制：由转动刀架手柄（行程开关）实现刀架的快速移动。冷却泵电动机 M3 的控制：当 M1 和 M2 工作时，M3 就要工作，提供冷却液，M1 和 M2 停止工作时则冷却泵电动机停止工作。提供必要的保护装置：过载保护、失压保护、短路保护以及电源指示灯 L1，照明装置：照明灯 L2。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 6 页第三章第三章 电动机简介电动机简介3.13.1 电动机简介电动机简介电动机是一种把电能转变为机械能的机械。它的基本原理是利用带电导体和磁场间的相互作用把电能变为机械能。电动机结构主要包括两部分：转子和定子。转子为电动机的旋转部分，由转轴座组成，导体绕组的排列方式决定电动机的类型及其特性。电动机是一种旋转式电动机器，它将电能转变为机械能，它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子。 图图 3.13.1 常用电动机外形图常用电动机外形图 图图 3.23.2 电动机内部图电动机内部图在定子绕组旋转磁场的作用下，其在电枢鼠笼式铝框中有电流通过并受磁场的作用而使其转动。这些机器中有些类型可作电动机用，也可作发电机用。它是将电能转变为机械能的一种机器。通常电动机的作功部分作旋转运动，这种电动机称为转子电动机；也有作直线运动的，称为直线电动机。电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到万千瓦级。电动机的使用和控制非常方便，具有自起动 、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设 图图 3.33.3 电动机内部结构图电动机内部结构图 备等各方面广泛应用。1821 年英国科学西安文理学院本科毕业设计（论文）第 7 页家法拉第首先证明可以把电力转变为旋转运动。最先制成电动机的人，据说是德国的雅可比。他于 1834 年前后制成了一种简单的装置：在两个 U 型电磁铁中间，装一六臂轮，每臂带两根棒型磁铁。通电后，棒型磁铁与 U 型磁铁之间产生相互吸引和排斥作用，带动轮轴转动。后来，雅可比做了一具大型的装置，安在小艇上，用320 个丹尼尔电池供电。1838 年小艇在易北河上首次航行，时速只有 2.2 公里，与此同时，美国的达文波特也成功地研制出驱动印刷机的电动机，印刷过美国电学期刊电磁和机械情报 。但这两种电动机都没有多大商业价值，用电池作电源成本太大，不实用。1888 年南斯拉夫出生的美国发明家特斯拉发明了交流电动机。它是根据电磁感应原理制成，又称感应电动机，这种电动机结构简单，使用交流电，无需整流，无火花，因此被广泛应用于工业的家庭电器中交流电动机通常用三相交流供电。 图图 3.43.4 电动机电磁转化结构图电动机电磁转化结构图 交流换向器电动机，即转子具有换向器的交流电动机。因它既可用于交流又可用于直流，故称作交直流两用电动机或通用电动机，多用于家用电器。此外，AOB-25 系列电泵主要供机床上作为输送冷却液及润滑系统循环专用，电泵外形美观，结构新颖，当邮箱中冷却液满溢时，仍能保证电泵使用安全可靠。该系列油泵电机是由封闭自冷的三相异步电动机和单级离心泵组合而成,主要是给一般机床或其它设备输送循环冷却液(冷动液为肥皂水,苏打水,乳化夜,轻矿物油和其它无严重腐蚀性的液体).该系列泵效率高,体积小,重量轻,运行平稳,安全可靠。3.23.2 电动机的正反转控制原理电动机的正反转控制原理3.2.1 电动机正反转控制电路的概念及其电路使电动机从正向旋转到反向旋转，以及从反向旋转到正向旋转的运动行程控制称为电动机的正反转控制电路。电动机的正反转控制电路，在使机械和设备进行上下，左右和前后运动时作为动力源使用。电动机的正反转控制电路，例如门扇的自动开关控制、窗帘的自动开关控制、电梯的自动升降控制等都采用了这种控制电路。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 8 页对于电动机（三相感应电动机）来说，在改变其旋转方向时，电动机的三条引线中有两条与电源的输入线需要改变连接方式。电动机的 U、V、W 与 R、S、T 相对应，设 R 与 U 相，S 与 V 相和 T 与 W 相连接时，电动机正转。例如，当把上述连接中的R 相与 T 相进行调换，即将三相交流电源的 R、S、T 相中的两相进行调换，使其成为 R 与 W，T 与 U 那样的电动机接线连接形式，那么电动机就会反方向旋转。当电机的正转信号和反转信号同时输入时，因为会发生电源的短路事故，所以备有防止同时加入两种信号的互锁装置。 图图 3.53.5 电动机的正转电路电动机的正转电路 图图 3.63.6 电动机的反转电路电动机的反转电路3.2.2 电动机正反转控制电路的电路图及其工作原理控制线路三相异步电动机接触器联锁的正反转控制的电气原理图如图 3-3 所示。线路中采用了两个交流接触器，即正转用的交流接触器 KM1 和反转用的交流接触器 KM2，它们分别由正转按钮 SB2 和反转按钮 SB3 控制。这两个交流接触器的主触头所接通的电源相序不同，KM1 按 L1L2L3 相序接线，KM2 则对调了两相的相序，即 L3L2L1，符合了电动机的正反转控制原理。即在改变其旋转方向时，电动机的三条引线中有两条与电源的输入线需要改变连接方式。转化为控制线路则如下图所示。控制电路有两条，一条由按钮 SB2 和交流接触器 KM1 线圈等组成的正转控制电路；另一条由按钮 SB3 和交流接触器 KM2 线圈等组成的反转控制电路。这两条控制线路西安文理学院本科毕业设计（论文）第 9 页在电动机工作时不能同时接通，否则就会损坏电动机。西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 页9 图图 3.73.7 电动机的正反转控制电路电动机的正反转控制电路控制原理正转：当按下正转启动按钮 SB2 后，电源相通过热继电器 FR 的动断接点、停止按钮 SB1 的动断接点、正转启动按钮 SB2 的动合接点、反转交流接触器 KM2 的常闭辅助触头、正转交流接触器线圈 KM1，使正转接触器 KM1 带电而动作，其主触头闭合使电动机正向转动运行，并通过接触器 KM1 的常开辅助触头自保持运行。反转：启动过程与上面相似，即当按下反转启动按钮 SB3 后，电源相通过热继电器 FR 的动断接点、停止按钮 SB1 的动断接点、正转启动按钮 SB3 的动合接点、正转交流接触器 KM1 的常闭辅助触头、反转交流接触器线圈 KM2，使反转接触器KM2 带电而动作，其主触头闭合使电动机正向转动运行，并通过接触器 KM2 的常开辅助触头自保持运行。要明白不同的是接触器 KM2 动作后，调换了两根电源线U、W 相（即改变电源相序） ，从而达到反转目的。互锁原理 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 页10接触器 KM1 和 KM2 的主触头决不允许同时闭合，否则造成两相电源短路事故。为了保证一个接触器得电动作时，另一个接触器不能得电动作，以避免电源的相间短路，就在正转控制电路中串接了反转接触器 KM2 的常闭辅助触头，而在反转控制电路中串接了正转接触器 KM1 的常闭辅助触头。当接触器 KM1 得电动作时，串在反转控制电路中的 KM1 的常闭触头分断，切断了反转控制电路，保证了 KM1 主触头闭合时，KM2 的主触头不能闭合。同样，当接触器 KM2 得电动作时， KM2 的常闭触头分断，切断了正转控制电路，可靠地避免了两相电源短路事故的发生。这种在一个接触器得电动作时，通过其常闭辅助触头使另一个接触器不能得电动作的作用叫联锁（或互锁） 。实现联锁作用的常闭触头称为联锁触头（或互锁触头）西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 页11第四章第四章 主电路、控制电路及其设计原理主电路、控制电路及其设计原理4.14.1 主电路设计及其原理主电路设计及其原理4.1.1 主电路设计 图图 4.1 主电路设计图主电路设计图4.1.2 主电路设计原理如电气原理图所示的主电路中有三台电动机的驱动电路，合上电源隔离开关 QS将三相电源引入，若交流接触器 KM1 的主触点闭合，则电机 M1 直接正向启动运行；在交流接触器 KM2 主触点闭合时，则电机 M1 反向启动运行，在交流接触器 KM3 主触点闭合时，则电机 M2 直接启动运行；在交流接触器 KM4 主触点闭合时，电机 M3直接启动运行。 本车床采用总开关 QS 来控制整个车床电路的开闭，各个电动机采用继电器控制，即交流接触器控制。在正常工作中最多有三个电动机同时工作，由于电动机额定功率很大，为了更好起到保护作用，在每个电机各自电路中都加入熔断器和热继电器，保证设备的安全。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 12 页工厂所用的三相交流电线电压为 380V，属于高压，为保护操作者的安全，采用变压器降压来为控制系统提供电能。同时，考虑到照明设备工作的额定电压一般不可能为 380V，所以照明设备也由变压器降压来提供电能。4.24.2 控制线路设计及其原理控制线路设计及其原理4.2.1 控制电路设计 图图 4.2 控制电路设计图控制电路设计图4.2.2 控制电路设计原理主轴电动机主轴电动机 M1 1 控制分析控制分析：电动机的正反转控制电路由自保电路和互锁电路组成。所谓自保电路，是指利用电磁继电器自己的常开触点使电流经过线圈以保持运行的一种电路。自保电路用于即使使电磁继电器的输入信号去除，但仍能使电磁继电器连续运行的情况中。因为输入信号被记忆，所以也称为“记忆电路” 。所谓互锁电路，即正转运行时，接触器闭合，同时辅助接点会将反转启动断开，反之亦然。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 13 页电动机 M1 正转启动：合上电源开关，接通 SQ3，按下 SB2,SB2 闭合-SB2断开， （SB2 和 SB2为复合按钮，构成启动时的互锁）-交流接触器 KM1 得电（此时反转回路中常闭触点 KM1断开，KM1 和 KM1构成运行时的互锁）-电路接通，常开触点 KM1 闭合，进入自保状态-电动机 M1 正转启动。电动机 M1 正转停止：断开常闭触电 SB1-电路断电-各触点回复原位-电动机正转停止。电动机 M1 反转启动：合上电源开关，接通 SQ3，按下 SB3,SB3 闭合-SB3断开， （SB3 和 SB3为复合按钮，构成启动时的互锁）-交流接触器 KM2 得电（此时正转回路中常闭触点 KM2断开，KM2 和 KM2构成运行时的互锁）-电路接通，常开触点 KM2 闭合，进入自保状态-电动机 M1 反转启动。电动机 M1 反转停止：断开常闭触电是 SB1-电路断电-各触点回复原位-电动机反转停止。在控制电路中采用的自锁和互锁，就是确保正反转电路不会同时接通，确保电机安全。同时加入了熔断器和热继电器起到了保护作用。进给电动机进给电动机 M2 2 的控制分析的控制分析：进给电动机 M2 由人来控制刀架手柄 ST1 的开闭来接通或者断开 KM3，从而实现电动机 M2 的工作或者停止。进给运动的其他措施完全由进给箱实现。同时加入了熔断器和热继电器起到了保护作用。冷却泵电动机冷却泵电动机 M3 3 的控制分析的控制分析：电动机 M1 和 M2 二者之一中任一电动机工作时，冷却泵电动机都应处于启动状态。因为 M1 和 M2 由 KM1、KM2、KM3 控制的，所以 M3 也应该受到上述三个交流接触器的控制。当 KM1、KM2、KM3 任一处于工作状态时，KM4 接通，即可确保冷却液的供应。考虑到该电路可能因为 KM1、KM2、KM3 接触不良导致 KM4 一直工作，所以在控制回路中加入了动断开关 SQ2 以便在出现故障时切断电路。同时加入了熔断器和热继电器起到了保护作用。照明装置控制分析照明装置控制分析：照明和冷却装置类似，它们都要求在车床工作时进行工作，以保证工作的顺利和安全， 所以当 KM1、KM2、KM3 任一处于工作状态时，电路接通，照明设备启动。考虑到如果天气较好，不需要照明，所以加入动断开关 SQ1,以便在不需要时切断电路，节省资源。同时加入了熔断器和热继电器起到了保护作用。电源指示灯电源指示灯 L1L1：电路中还设计了电源指示灯 L1，即车床接通电源后，指示灯就会发亮，从而很好的起到了安全警示作用。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 14 页 4.34.3 电路中的保护环节电路中的保护环节 短路保护：起短路保护作用的是熔断器 FU。电路中一旦发生短路事故，熔断器立即熔断，主电路和控制电路都失去电压，电动机马上停转。 过载保护： 起过载保护作用的是热继电器 FR。当电动机过载时，它的发热元件发热促使其常闭触头断开，因而接触器线圈断电，主触头断开，电动机停转。为了可靠地保护电动机，常用两个发热元件分别串联在任意两相电源线中。因为，当三相电路中任意一相的熔断器熔断后(这种情况一般不易觉察，因为此时电动机按单相异步电动机运行，但还在转动，只是电流增大了) ，仍保证有一个或两个发热元件在起作用，电动机还可得到保护。 失压和欠压保护：起失压和欠压保护作用的是交流接触器 KM。所谓欠电压保护是指当电动机电源电压降到一定值时自动切断电动机电源的保护；失电压（或者零电压）保护是指运行中的电动机电源断电而停转，而一旦恢复供电时，电动机不至于自行起动的保护。电动机运行中当电源下降，控制电路电源电压相应下降，接触器线圈电压下降，将引起接触器磁通下降，电磁吸力减小，动铁心在反作用弹簧作用下释放，自保触头断开，失去自锁，同时接触器主触头也断开，电动机切断电源，以免电动机因电源电压降低引起电动机电流加大，严重时烧毁电动机。电动机运行时，电源停电，电动机停转。在恢复供电时，由于接触器线圈断电，其主触头与自保触头均已断开，所以主电路和控制电路都不会自行接通，电动机不会自行起动，只有再次按下起动按钮 SB 方可使电机再起动。失压保护的好处是，当电源电压恢复时，如不重新按下启动按钮，电动机就不会自行转动(因自锁触头也是断开的) ，避免了发生事故。如果不是采用继电接触控制，而是直接用闸刀开关进行控制，由于在停电时往往忽视拉开电源开关，电源电压恢复时，电动机就会自行启动，会发事故。欠压保护的好处是，可以保证异步电动机不在电压过低的情况下运行。 西安文理学院本科毕业设计（论文）第 15 页第五章第五章 主要元器件的选择主要元器件的选择5.15.1 主要元件的选择及其明细表主要元件的选择及其明细表如表 5.1 所示为系统主要元器件的选择参数表表 5.15.1 主要元器件的选择及其明细表主要元器件的选择及其明细表代号名称型号及规格数量用途M1主轴电动机Y132M-4,7.5KW,1440r/min1零件加工M2进给电动机Y90L-2,2.2KW,2840r/min1工件进给M3冷却泵电动机AOB-25,90W,2800r/min1工件冷却FR1热继电器JR16-20/2D1M1 主电路过载保护FR2热继电器JR16-10/2D1M2 主电路过载保护FR3热继电器JR16-10/2D 1M3 主电路过载保护KM1交流接触器CJ20-20,线圈电压 110V1控制 M1 电机正转KM2交流接触器CJ20-20,线圈电压 110V1控制 M1 电机的反转KM3交流接触器CJ20-10,线圈电压 110V1控制 M2 电机KM4交流接触器CJ20-10,线圈电压 110V1控制 M3 电机FU1熔断器RL1-203M1 主电路短路保护FU2熔断器RL1-103M2 总电路短路保护FU3熔断器RL1-103M3 总电路短路保护FU4熔断器RL1-152照明电路保护FU5熔断器RL1-151控制电路保护ST1行程开关JWM6-111手动控制进给电机 M2SB2（2 ）复合按钮LAY3-01ZS/11M1 电机正转启动西安文理学院本科毕业设计（论文）第 16 页本设计中主要采用的是 Y 系列电动机，它是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机，Y 系列电机具有效率高，能耗少、噪声低、振动小、重量轻、体积小、性能优良，运行可靠，维护方便等优点。广泛用于工业、农业、建筑、采矿行业的各种无特殊要求的机械设备。如风机、水泵、机床、起重及农副产品加工机械等。该系列电机中心高 80355mm。绝缘等级为 B 级，外壳防护等级 IP44，冷却方式 IC411。基本安装方式有 IMB3、IMB5、IMB35、V1、V3 等。工作方式：S1 连续工作制，环境温度15 +40，海拔 1000 米以下。电压 380V，频率 50HZ。接法：3KW 及以下为 Y 接，4KW 及以上为接。除此之外还用到了 AOB 系列电动机，该系列主要供机床上作为输送冷却液及润滑系统循环只用，电泵外形美观，结构新颖，当油箱中冷却液满溢时，仍能保证电泵使用安全可靠。如表 5.2 所示为所选电动机的主要参数。表表 5.25.2 主轴电机、快进电机、冷却泵电机参数表主轴电机、快进电机、冷却泵电机参数表参数主轴电机 M1进给电机 M2参数冷却泵电机 M3型 号Y132M-4Y90L-2型号AOB-25 额定电压AC 380V 50HzAC 380V 50Hz额定电压AC 380V 额定电流15.4A4.8A油量升/分20额定功率7.5KW2.2KW扬程（米）4额定转速14402840最大功率0.09KW功率因数0.850.86安装尺寸 S7连接方式 Y/Y安装尺寸 M130绝缘等级BE出水管径G1/2SB3（3 ）复合按钮LAY3-01ZS/11M1 电机反转启动QS断路器AM2-40,20A1电源引入TC控制电压器JBK2-100 380V/110V/36V1变配电压L1电源指示灯AD-11/B 交流 36V1电源指示L2照明灯JC-10 36V,40W 灯泡1车床照明西安文理学院本科毕业设计（论文）第 17 页西安文理学院本科毕业设计（论文）第 17 页5.25.2 系统元器件的选择系统元器件的选择5.2.1 交流接触器的选择交流接触器是一种频繁应用于工业电气控制，并用按钮或其他方式来控制其通断的自动切换电器。在功能上除了能自动切换外，还具有刀开关类手动开关所不能实现的远距离操作功能和失压（或欠压）保护功能。其生产方便，价格低廉，应用十分广泛。交流接触器由电磁机构，触点系统、灭弧系统、释放弹簧机构、辅助触点及基座等部分组成。其原理是当接触器的电磁线圈通入交流电时，会产生很强的磁场使装在线圈中心的静衔铁吸动动衔铁，当两组衔铁合拢时，安装在动衔铁上的动触点也随之与静触点闭合，使电气线路接通。当断开电磁线圈中的电流时，磁场消失，接触器在弹簧的作用下恢复到断开的状态 。 在工业电气中，常用交流接触器的型号有 CJX8(B 系列)CJ12、CJ20、CJT1(CJ10)、CJX1(3TB、3TF 系列)、CJ40、SMC 等系列产品。在这次控制系统硬件的设计中，采用了 CJ20 系列的交流接触器，其额定电流应在控制电流的 11.4 倍之间（或经验公式 2PN 选择，PN 为电动机功率）, 在此控制主轴电机的 KM1、KM2，选取交流接触器型号为：CJ20-20，线圈电压 110V；控制快进电机的 KM3 控制冷却泵电机 KM4 和选取交流接触器型号为：CJ2010，线圈电压 110V。5.2.2 保护电器的选择 熔断器熔断器在电路中主要作短路保护和严重过载保护，用于保护线路。熔断器的熔体串接于被保护的电路中，当通过它的电流小于规定值时，其熔体相当于一根导线，起电气连接作用；当通过它的电流超过规定值（电路发生严重过载或短路时）一定时间后，其熔体自动熔断并切断电路，从而起到保护作用。一般电气控制线路用螺旋式熔断器，其常用的产品有 RL1、RL5、RL6、RL7 和 RL8 系列产品，一般选择熔体熔断电流应为电机额定电流的 1.52.5 倍。则主轴电机电路熔断器选取型号为:RL1-20.冷却泵电机电路、快进电机电路熔断器选取型号分别为：RL1-10、RL1-10.控制电路选取型号 RL1-15。热继电器热继电器是利用电流热效应原理来工作的保护电器，具有与电动机容许过载特性相近的反时限保护特性。主要用于电动机的过载保护、断相及电流不平衡运行保护。也常与接触器配合成电池启动器。三相异步电动机在实际运行中，常会遇到因电气或机械原因等引起的过电流(过载和断相)现象，如果过电流不严重，持续时间西安文理学院本科毕业设计（论文）第 18 页短，绕组不超过允许温升，这种过电流是允许；如果过电流情况严重，持续时间较长，则会加快电动机绝缘老化，甚至会烧毁电动机，因此，在电动机回路中应设置热继电器保护。选型原则：应根据被保护对象的使用条件、工作环境、启动情况、负载性质，电动机的形式以及电动机允许的过载能力等加以考虑。一般原则是使热继电器的安秒特性位于电动机的过载特性之下，并尽可能地接近，以充分发挥电动机的过载能力，同时使电动机在短时过载和启动瞬间(56)Ie不受影响。通常热继电器选取的额定电流应为大于或等于电动机额定电流。整定电流一般为电动机额定电流的1.051.1 倍（或按经验公式整定，2 PN 整定，PN 为电动机功率）。主轴电机电路热继电器选取型号为：JR16-20；快进电机电路热继电器的选型为 JR16-10，冷却泵电路热继电器选取型号为：JR16-10。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 19 页第六章第六章 MULTISIMMULTISIM 软件简介软件简介6.16.1 软件简介软件简介随着计算机技术飞速发展，电路设计可以通过计算机辅助分析和仿真技术来完成。计算机仿真在教学中的应用，代替了大包大揽的试验电路，大大减轻验证阶段的工作量；其强大的实时交互性、信息的集成性和生动直观性，为电子专业教学创设了良好的平台，极大地激发了学生的学习兴趣，能够突出教学重点、突破教学难点；并能保存仿真中产生的各种数据，为整机检测提供参考数据，还可保存大量的单元电路、元器件的模型参数。采用仿真软件能满足整个设计及验证过程的自动化。Multisim 软件是一个专门用于电子线路仿真与设计的 EDA 工具软件。作为Windows 下运行的个人桌面电子设计工具，是一个完整的集成化设计环境。Multisim 计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。Multisim 有如下的特点：(1)直观的图形界面：整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。 仪器仪表栏 仿真电源开关 菜单栏 工具栏 元器件栏 状态栏 电路工作区 西安文理学院本科毕业设计（论文）第 20 页 图图 6.1 Multisim 软件使用界面软件使用界面(2)丰富的元器件库：Multisim 大大扩充了 EWB 的元器件库， 包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL 和 CMOS 数字 IC、DAC、ADC 及其他各种部件，且用户可通过元件编辑器自行创建或修改所需元件模型，还可通过 liT 公司网站或其代理商获得元件模型的扩充和更新服务。(3)丰富的测试仪器： 除 EWB 具备的数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪外，Multisim 新增了瓦特表、失真分析仪、频谱分析仪和网络分析仪。尤其与 EWB 不同的是：所有仪器均可多台同时调用。 图图6.2 示波器和万用表示波器和万用表(4)完备的分析手段：除了 EWB 提供的直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极点一零点分析、传输函数分析、灵敏度分析、最坏情况分析和蒙特卡罗分析外，Multisim 新增了直流扫描分析、批处理分析、用户定义分析、噪声图形分析和射频分析等，基本上能满足一般电子电路的分析设计要求。 图图6.3 网络分析仪和频谱分析仪网络分析仪和频谱分析仪(5)强大的仿真能力：Multisim 既可对模拟电路或数字电路分别进行仿真，也可进行数模混合仿真，尤其是新增了射频(RF)电路的仿真功能。仿真失败时会显示出错信息、提示可能出错的原因，仿真结果可随时储存和打印。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 21 页6.26.2 使用方法简介使用方法简介1.界面介绍(1)菜单栏：提供文件管理，创建电路和仿真分析等所需的各种命令。(2)工具栏：提供常用的操作命令，用鼠标单击某一按钮，可完成其对应的功能。图图 6.4 工具栏介绍工具栏介绍(3)元器件库栏 图图 6.5 元器件库栏介绍元器件库栏介绍西安文理学院本科毕业设计（论文）第 22 页(4)仪器仪表栏图图 6.6 仪器表栏介绍仪器表栏介绍2.元器件库的使用方法(1)选择元器件(2)选中元器件并对其进行操作(3)元器件特性参数3.导线(1)导线的连接(2)导线的删除(3)导线的颜色(4)导线的连接点(5)在导线中间插入元器件可以非常方便地实现在导线中间插入元器件。选中元器件，用鼠标将其拖至导线上，释放鼠标即可。4.仪器仪表使用方法(1)万用表的使用在万用表控制面板上可以选择电压值、电流值、电阻以及分贝值。参数设置窗口，可以设置万用表的一些参数。图图 6.7 万用表控制面板万用表控制面板(2)函数信号发生器西安文理学院本科毕业设计（论文）第 23 页在函数信号发生器中可以选择正弦波、三角波和矩形波三种波形，频率可在 1999范围内调整。信号的幅值、占空比、偏移量也可以根据需要进行调节。偏移量指的是交流信号中直流电平的偏移。图图 6.8 函数信号发生器控制面板函数信号发生器控制面板(3)双通道示波器操作方法与实际示波器基本相同，在示波器面板上，可以直接点击示波器各功能项进行参数选择。图图 6.9 双通道示波器控制面板双通道示波器控制面板 波形选择 频率设置 电压幅度值设置 占空比设置 偏移量设置 公共端 阴 极 阳 极 西安文理学院本科毕业设计（论文）第 24 页(4)四通道示波器其使用方法与双通道示波器完全一样，只是多了一个通道控制按钮。图图 6.10 四通道示波器控制面板四通道示波器控制面板(5)IV 分析仪IV 分析仪用来分析晶体管的伏安特性曲线，如二极管、NPN 管、PNP 管、NMOS 管和 PMOS 管等器件。IV 分析仪相当于实验室的晶体管图示仪，需要将晶体管与连接电路完全断开开，才能进行 IV 分析仪的连接和测试。图图 6.11 IV 分析仪控制面板分析仪控制面板以下两幅图是用 multisim 绘制的车床控制主电路图和截图画面：西安文理学院本科毕业设计（论文）第 25 页图图 6.12 multisim 绘制的主电路图绘制的主电路图 图图 6.13 multisim 绘图截图绘图截图西安文理学院本科毕业设计（论文）第 26 页第七章第七章 车床变频调速设计车床变频调速设计7.17.1 普通齿轮调速与变频调速的比较普通齿轮调速与变频调速的比较传统的金属切削车床速度控制为多级齿轮齿轮调速，人工换档，调速范围有限，调速精度低，它只有有限的几个档位，无法实现无极调速。再加上电机始终在额定转速运行，利用效率差，齿轮箱体积庞大复杂，电器控制部分故障较多。其工作原理是通过两个齿轮啮合来达到减速的目的。发动机动力通过输出轴传递给小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合，小齿轮转好几圈，大齿轮才转一圈，这样就有一个传动比，这个传动比也就是减速比，达到了减速的目的。二级圆柱齿轮原理也是一样的，不过它有三个齿轮。 图图 7.17.1 齿轮减速器结构图齿轮减速器结构图随着变频技术的提高，交流电动机的应用越来越广泛，采用变频调速，可以提高生产机械的控制精度、生产效率和产品质量，有利于实现生产过程的自动化，使电力拖动系统具有优良的控制性能，而且在许多生产场合具有显著的节能效果。变频调速的核心设备是变频调速器，变频器与电动机的控制配合构成了变频调速系统。将变频器应用于各种大型自动化生产线和机械加工中，会大大提高金属切削车床的调速系统的静态、动态性能，保证系统的安全可靠经济运行。变频调速最大的优点就是节能，并且变频器可以实现电机的软启动，也就是说，可以降低电机的启动电流，减少电机启动过大的冲击电流。而减速器不能改变电机的转速，他是通过西安文理学院本科毕业设计（论文）第 27 页固定的传动比来实现输出轴的速度变化，而且无法实现无级调速。所以相比较，本论文中采取了变频调速而不是传统的齿轮调速。7.27.2 三相异步电机变频调速的工作原理三相异步电机变频调速的工作原理变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。其原理就是 n=60f/p。n 是电机转速，f 是电流的频率，p 是电机的极对数；通过变频器调节输入电流的频率的大小，可以实现无级调速。我们现在使用的变频器主要采用交直交方式（VVVF 变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制 4 个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为 IGBT 三相桥式逆变器，且输出为 PWM 波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。7.2.1 交流变频调速器在交流调速系统中，变频器的作用是将频率固定（通常为工频为 50Hz）的交流电（三相的或单相的）变换成变频连续可调（多数为 0-400Hz）的三相交流电。如下图所示，变频器的输入端（R、S、T）接至频率固定的三相交流电源，输出端输出的是频率在一定的范围内连续变化可调的三相交流电，接至电动机。图图 7.2 变频器的使用变频器的使用西安文理学院本科毕业设计（论文）第 28 页7.2.2 交流变频调速器基础知识根据电机学原理可知，交流电动机的同步转速 （式pf60n107.1）感应电机负载转速 （式ps-1f60s-1nn10）（）（7.2）式中，f1为供电频率、p 为电动机极对数、s 为转差率。由此可见，若能连续的改变感应电动机的供电频率 f1，就可以平滑的改变电动机的同步转速和相应的电动机转速，从而实现感应电动机的无级调速，这就是变频调速的基本原理。变频调速的最大优点是：电动机从高速到低速，其转差率始终保持最小的数值，因此变频调速时，变频调速器的功率因数都很高。可见，变频调速是一种理想的调速方式。但它需要特殊的变频装置供电，以实现电压和频率的协调控制。由电机学知 （式m1111KNf4 . 4E7.3） （式cosamICmTe27.4）式中，E1 为气隙磁通在定子每相中的感应电动势的有效值（V） ，f1 为定子频率（Hz） ，N1 为定子每相绕组串联匝数，KN1 为基波绕组系数，m 为每极气隙主磁通量（Wb） ，Te 为电磁转矩（N.m） ，Cm 为转矩系数，I2 为转子电流折算至定子侧的有效值，cosa 为转子电路的功率因数。 三相感应电动机正常运行时，定子阻抗压降很小，因此可以忽略，则有 （式mN11111KN4.44fEU7.5）式中 U1 为定子相的电压（V） 。于是，主磁通西安文理学院本科毕业设计（论文）第 29 页 （式N1111N1111mKN/4.44fUKN/4.44fE7.6）由于 4.44N1KN1 为常数，因此感应电动势的有效值与定子供电频率和主磁通的乘积成正比，由于 U1 没有变化，因此可以认为 E1 基本不变。现假设从额定频率 fN向下调节频率，此时主磁通将增加。若从额定频率 fN 向上调节频率，此时主磁通将减少。在关于电动机调速时，一个重要的因素是希望保持每极磁通为额定值，由于磁通增加将会引起铁心过分饱和，励磁电流急剧增加，导致绕组过分发热，功率因数降低;磁通太弱，没有充分利用电动机的铁心，是一种浪费。而磁通减少也会使电动机的输出转矩下降，如负载转矩仍维持不变，势必导致定、转子过电流，也要产生过热，因此希望保持磁通恒定。由此可见，只要控制好 E1 和 f1，便可达到控制磁通的目的，对此，我们只需要考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。(1)基频以下调速由上可知，要保持主磁通不变，当频率 f1 从额定值 f1N 向下调节时，必须同时降低 E1，使 E1/f1=常数，即采用恒电动势频比控制方式。然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势较高时，可以忽略定子绕组的漏阻抗压降，而认为定子相电压 U1 和感应电动势的有效值 E1 大约相等，则得 U1/f1=常数，即恒压频比控制方式。低频时，U1 和 E1 都较小，定子阻抗压降所占的分量就比较显著，不能忽略。这时，可以人为地把 U1 抬高一些，以便近似地补偿定子压降。(2)基频以上调速在基频以上调速时，频率可以从 f1N 往上增高，但电压 U1 却不能增加得比额定电压 U1N 还要大，最多只能保持 U1=U1N。由 U1=E1 正比于 f1 与主磁通的乘积可知这将迫使磁通与频率成反比地减少，相当于直流电动机弱磁升速的情况。感应电动机的变频调速必须按照一定的规律同时改变其定子电压和频率，即必须通过变频装置获得电压、频率均可调的供电电源，实现所谓的 VVVF 调速控制。通用变频器可以实现本平台上的基本要求。7.2.3 变频器的主要外接电路（1）单独控制的主电路变频器在实际应用中，还需要和许多外接的配件一起使用，下图所示为单独控制的外接主电路。图中，QF 是空气断路器，KM 是接触器的主触点，UF 是变频器。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 30 页图图 7.3 变频器接入电路主电路变频器接入电路主电路（2）和工频切换的主电路所谓工频，通常是指电的频率是 50 赫兹或者 60 赫兹的交流电,在工厂的实际应用中,为了满足各种不同机械不同速度等方面的工作需要,就要对频率进行调整,这个频率改变就是变频,其过程一般是通过整流把交流电变成直流电,再通过逆变变成需要的频率。 图图 7.4 变频和工频切换电路变频和工频切换电路 和工频切换的必要性： 1）在供水系统中，为了减少设备的投资费用，常常采用有一台变频器来控制两台或三台水泵的方案。其工作过程是：首先由变频器控制一号泵，实行恒压供水，当工作频率已经达到 49HZ 或 50HZ，而供水量尚不足时，则将一号泵切换成工频运行，再由变频器去启动二号泵。 2）某些生产机械是不允许停机的。再“变频”运行时，当变频器因发生故障而跳闸时，需将电动机迅速切换至工频运行，使生产机械不停机。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 31 页 3）用户可根据工作需要选择“工频运行”或“变频运行” 。 该电路特点： 1）由于电动机具有再工频下运行的可能性，因此熔断器 FU 和热继电器 FR 是不能省略的。 2）在进行控制时，变频器的输出接触器 KM2 和工频接触器 KM3 之间必须有可靠的互锁，防止工频电源直接和变频器的输出端相接而损坏变频器。7.37.3 车床的变频调速车床的变频调速金属切削机床的主运动都要求调速，并且调速的范围往往较大。但主运动的调速一般都在停机的情况下进行，在切削过程种是不进行调速的。7.3.1 主运动的负载性质（1）低速段 在刀具耐用程度一定的情况下，允许的进刀量与切削速度成反比。但进刀量又受到刀具和工件的强度等因素的限制。实际上任何机床在低速段的进刀量都是一定的。因此，低速段的最大切削力并无变化，其负载转矩是相同的，属于恒转矩调速范围。（2）高速段在高速段，受刀具耐用程度和机床床身机械强度的限制，速度越高，允许的进刀量越小。即在高速段，转速越高，负载转矩越小，但切削功率保持相同，属于恒功率区。7.3.2 系统框图图图 7.5 变频调速系统框图变频调速系统框图西安文理学院本科毕业设计（论文）第 32 页第八章第八章 常见故障分析常见故障分析8.18.1 常见故障分析常见故障分析 8.1.1 电动机 M 不能启动 三相异步电动机不能起动的原因： 1)、电源未接通 2)、熔丝熔断 3)、定子或转子绕组断路 4)、定子绕组接地 5)、定子绕组相间短路 6)、定子绕组接线错误 7)、过载或传动机械被轧住 8)、转子铜条松动 9)、轴承中无润滑油，转轴因发热膨胀，妨碍在轴承中回转 10)、控制设备接线错误或损坏 11)、过电流继电器调得太小 12)、老式起动开关油杯缺油 13)、绕线式转子电动机起动操作错误 14)、绕线式转子电动机转子电阻配备不当 15） 、轴承损坏 三相异步电动机不能起动因素很多，应根据实际情况及症状作详细分析、仔细检查，不能搞强行多次起动，尤其在起动时电动机发出异常声响或过热时，应立即切断电源，在查清原因且排除后再行起动，以防故障扩大。可以采取以下措施：（1）检查电动机 M 主电路熔断器或控制电路熔断器熔体，若熔断应更换。（2）检查热继电器 FR 动作后动断触点是否复位，查明引起热继电器动作的原因，按原因排除故障后，将热继电器复位即可。（3）检查控制电路接触器 KM 线圈是否松动或烧坏，接触器的主触点及辅助触点接触是否良好，若有问题应修复或更换接触器。(4）检查启动按钮或停止按钮内的触点接触是否良好，若接触不良应修复或更换按钮。（5）检查各连接线导线是否虚接或断线。（6）检查电动机的机械部分是否良好，如果电动机内部轴承等损坏，应更换轴承；如果外部机械有问题，可配合机修钳工进行维修。8.1.2 电动机 M 断相运行 按下启动按钮，振动增大，有异常声响，温度升高，转速下降，电流增大，启动时有强烈的嗡嗡声无法启动。这是电动机断相造成的，此时应立即切断电源，否则易烧坏电动机。产生断相可能的原因是：电源断相；熔断器有一相熔体熔断，应更换；接触器有一对主触头没接触好，应修复。电机缺相运行时，定子的旋转磁场严重不平衡，定子会产生负序电流，负序磁场和转子发生电磁感应出近 100HZ 的电势，使转子电流剧增，会引起转子严重发热。缺相时电机带载能力急剧下降，电机会吸收大量有功，导致定子电流急剧增加，发热由于磁场严重不均匀，会使电机震动严重增加，从而破坏轴承和机座，所以带额定负载的缺相运行电机会立马停下来，西安文理学院本科毕业设计（论文）第 33 页若保护不及时动作，电机就会被烧毁，一般电机都有缺相保护。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 33 页8.1.3 电动机启动后不能自锁 故障原因是控制电路中自锁触点接触不良或自锁接线松开，修复即可。8.1.4 电动机不能停止 按下停止按钮电动机不能停车，故障原因多是接触器主触点熔焊，应修复或更换；热继电器 FR 已动作过，未复位；接触器 KM 线圈或触点已损坏，应修复或更换。8.1.5 电动机 M 运行中突然停车 这种故障的主要原因是由于热继电器 FR 动作。发生这种故障后，一定要找出热继电器 FR 动作的原因，排除后才能将其复位。引起热继电器 FR 动作的原因可能是：三相电源电压不平衡，电源电压较长时间过低，负载过重以及电动机 M 的连线导线接触不良等。8.1.6 电动机过热电源方面使电动机过热的原因 a、电源电压过高 当电源电压过高时，电动机反电动势、磁通及磁通密度均随之增大。由于铁损耗的大小与磁通密度平方成正比，则铁损耗增加，导致铁心过热。而磁通增加，又致使励磁电流分量急剧增加，造成定子绕组铜损增大，使绕组过热。因此，电源电压超过电动机的额定电压时，会使电动机过热。 b、电源电压过低 电源电压过低时，若电动机的电磁转矩保持不变，磁通将降低，转子电流相应增大，定子电流中负载电源分量随之增加，造成绕线的铜损耗增大，致使定、转子绕组过热。 c、电源电压不对称 当电源线一相断路、保险丝一相熔断，或电动机起动设备角头烧伤致使一相不通，都将造成三相电动机走单相，致使运行的二相绕组通过大电流而过热，及至烧毁。 d、三相电源不平衡 当三相电源不平衡时，会使电动机的三相电流不平衡，引起绕组过热。由上述可见，当电动机过热时，应首先考虑电源方面的原因。确认电源方面无问题后，再去考虑其他方面因素。 负载使电动机过热的原因 西安文理学院本科毕业设计（论文）第 34 页a、电动机过载运行西安文理学院本科毕业设计（论文）第 34 页 当设备不配套，电动机的负载功率大于电动机的额定功率时，则电动机长期过载运行（即小马拉大车） ，会导致电动机过热。维修过热电动机时，应先搞清负载功率与电动机功率是否相符，以防盲无目的的拆卸。 b、拖动的机械负载工作不正常 设备虽然配套，但所拖动的机械负载工作不正常，运行时负载时大时小，电动机过载而发热。 c、拖动的机械有故障 当被拖动的机械有故障，转动不灵活或被卡住，都将使电动机过载，造成电动机绕组过热。故，检修电动机过热时，负载方面的因素不能忽视。 电动机本身造成过热的原因 a、电动机绕组断路 当电动机绕组中有一相绕组断路，或并联支路中有一条支路断路时，都将导致三相电流不平衡，使电动机过热。 b、电动机绕组短路 当电动机绕组出现短路故障时，短路电流比正常工作电流大得多，使绕组铜损耗增加，导致绕组过热，甚至烧毁。 c、电动机接法错误 当三角形接法电动机错接成星形时，电动机仍带满负载运行，定子绕组流过的电流要超过额定电流，乃至导致电动机自行停车，若停转时间稍长又未切断电源，绕组不仅严重过热，还将烧毁。当星形连接的电动机错接成三角形，或若干个线圈组串成一条支路的电动机错接成二支路并联，都将使绕组与铁心过热，严重时将烧毁绕组。当一个线圈、线圈组或一相绕组接反时，都会导致三相电流严重不平衡，而使绕组过热。 d、电动机的机械故障 当电动机轴弯曲、装配不好、轴承有毛病等，均会使电动机电流增大，铜损耗及机械摩擦损耗增加，使电动机过热。 通风散热不良使电动机过热的原因： a、环境温度过高，使进风温度高。 b、进风口有杂物挡住，使进风不畅，造成进风量小 。c、电动机内部灰尘过多，影响散热 。d、风扇损坏或装反，造成无风或风量小。 e、未装风罩或电动机端盖内未装挡风板，造成电动机无一定的风路。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 35 页 8.1.7 其他常见问题及其原因 电动机带负载运行时转速缓慢的原因 a、电源电压过低 b、鼠笼转子断条 c、线圈或线圈组有短路点 d、线圈或线圈组有接反处 e、相绕组反接 f、过载 g、绕线式转子一相断路 h、绕线式转子电动机起动变阻器接触不良 i、电刷与滑环接触不良 动机运转时声音不正常的原因 a、定子与转子相擦 b、转子风叶碰壳 c、转子擦绝缘纸 d、轴承缺油 e、电动机内有杂物 f、电动机二相运转有嗡嗡声 电动机外壳带电原因： a、电源线与接地线搞错 b、电动机绕组受潮，绝缘老化使绝缘性能降低 c、引出线与接线盒碰壳 d、局部绕组绝缘损坏使导线碰壳 e、铁心松弛刺伤导线 f、接地线失灵 g、接线板损坏或表面油污过多 绕组式转子滑环火花过大原因 a、滑环表面脏污 b、电刷压力过小 c、电刷在刷内轧住 d、电刷偏离中性线位置 电动机温升过高或冒烟的原因 a、电源电压过高或过低 b、过载 c、电动机单相运行 d、定子绕组接地 e、轴承损坏或轴承太紧 f、定子绕组匝间或相间短路 g、环境温度过高 h、电动机风道不畅或风扇损坏 电动机空载或负载运行时电流表指针来回摆动的原因 a、鼠笼式转子断条 b、绕组式转子一相断路 c、绕线式转子电动机的一相电刷接触不良 d、绕线式转子电动机的滑环短路装置接触不良 电动机振动的原因 a、转子不平衡 b、轴头弯曲 c、皮带盘不平衡 d、皮带盘轴孔偏心 e、固定电动机的地脚螺丝松动 f、固定电动机的基础不牢或不平 电动机轴承过热的原因 a、轴承损坏 b、润滑油过多、过少或油质不良 c、轴承与轴配合过松走内圆或过紧 d、轴承与端盖配合过松走外围或过紧 e、滑动轴承油环轧或转动缓慢 f、电动机两侧端盖或轴承盖未装平 g、皮带过紧 h、联轴器装得不好。 电机在长期运行过程中，经常会出现各种故障：如与减速机之间的连接器传递扭矩较大，法兰面上的连接孔出现严重的磨损，增大了连接的配合间隙，导致传递扭矩不平稳；电机轴轴承损坏后，造成的轴承位磨损；轴头、键槽间的磨损等等。该类问题发生后，传统方法多以补焊或刷镀后机加工修复为主，但两者均存在一定西安文理学院本科毕业设计（论文）第 36 页弊端。补焊高温产生的热应力无法完全消除，易出现弯曲或断裂；而电刷镀受涂层厚度限制，容易剥落，且以上两种方法都是用金属修复金属，无法改变“硬对硬”的配合关系，在各力综合作用下，仍会造成再次磨损。当代西方国家针对以上问题多采用高分子复合材料的修复方法，而应用较多的有美嘉华技术产品，其具有超强的粘着力，优异的抗压强度等综合性能。应用高分子材料修复，既无补焊热应力影响，修复厚度也不受限制，同时产品所具有的金属材料不具备的退让性，可吸收设备的冲击震动，避免再次磨损的可能，并延长了设备部件的使用寿命，为企业节省大量的停机时间，创造巨大的经济价值。 西安文理学院本科毕业设计（论文）第 37 页总结总结通过这次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多的课外知识，开拓了视野，认清了将来机床的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞越。毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次的作业，它既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端。毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力，是我在校期间向学校所交的一份综合性作业。从老师的角度的来说，指导做毕业设计是老师对学生所做的最后一次执手训练。其次，毕业设计的指导是老师检验其教学效果，改进教学方法，提高教学质量的绝好机会。毕业的时间一天天地临近，毕业设计也接近了尾声，在不断努力下我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对毕业设计时才发觉自己原来的想法基本上是错误的。毕业设计不仅设计是对前面所学知识的检验，而且也是对自己的能力的一种提升。通过这次毕业设计使自己明白了以前所学的知识太理论化了，面对单独的课题的是感觉茫然。自己要学的知识还很多，以前总觉得自己什么都懂，什么都会，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的工作和生活中都应不断的学习，努力提高自己的专业知识和综合素质。西安文理学院本科毕业设计（论文）第 38 页致谢致谢 在毕业设计完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!我要特别感谢我的指导老师任顺英老师的热情关怀和悉心指导，在我毕业设计过程中，任老师倾注了大量心血和汗水，无论是在课题选题、构思和资料的收集方面，还是在课题的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了任老师的悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是她广博的知识，深厚的学术素养，严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风，使我终生受益。在此表示真诚的感谢和深深的谢意。在写作过程中，也得到了许多同学们的宝贵建议，在此一并表示诚挚的谢意，感谢所有关心、帮助、支持我的良师益友。最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝意见的各位老师们表示衷心地感谢！向机电系的全体老师们表示衷心感谢：谢谢你们，谢谢你们四年的辛勤栽培！并祝愿我们的西安文理学院教育事业蒸蒸日上！西安文理学院本科毕业设计（论文）第 39 页参考文献参考文献1 冯晓，刘仲恕著. 电机与电器控制.北京：机械工业出版社, 2005.82 大滨庄司著；卢伯英译. 电器控制线路.北京：科技出版社,20053 宋昌才著. 常用机床电气控制电路.北京：化学工业出版社，2009.104 皇永红；张新华著. 低压电器.北京：化学工业出版社,2007.75 徐虎；吴家国著.电机应用技术.北京：机械工业出版社,2009.8 6 顾维邦著.金属切削机床概论.北京：机械工业出版社,1999.77 陈婵娟著.车床设计.北京：化学工业出版社，2006.38 江缉光；刘秀成著.电路原理.北京：清华大学出版社，2007.3 9 齐占庆；王振臣著.机床电气控制技术.北京：机械工业出版社，200910卢秉恒著. 机械制造技术基础.北京：机械工业出版社 2007西安文理学院本科毕业设计（论文）第 40 页附录一附录一附录一附录一 总电气原理图总电气原理图西安文理学院本科毕业设计（论文）第 41 页附录二附录二英文原文英文原文1 LathesLathes are machine tools designed primarily to do turning, facing and boring, Very little turning is done on other types of machine tools, and none can do it with equal facility. Because lathes also can do drilling and reaming, their versatility permits several operations to be done with a single setup of the work piece. Consequently, more lathes of various types are used in manufacturing than any other machine tool.The essential components of a lathe are the bed, headstock assembly, tailstock assembly, and the leads crew and feed rod.The bed is the backbone of a lathe. It usually is made of well normalized or aged gray or nodular cast iron and provides s heavy, rigid frame on which all the other basic components are mounted. Two sets of parallel, longitudinal ways, inner and outer, are contained on the bed, usually on the upper side. Some makers use an inverted V-shape for all four ways, whereas others utilize one inverted V and one flat way in one or both sets, they are precision-machined to assure accuracy of alignment. On most modern lathes the way are surface-hardened to resist wear and abrasion, but precaution should be taken in operating a lathe to assure that the ways are not damaged. Any inaccuracy in them usually means that the accuracy of the entire lathe is destroyed.The headstock is mounted in a foxed position on the inner ways, usually at the left end of the bed. It provides a powered means of rotating the word at various speeds. Essentially, it consists of a hollow spindle, mounted in accurate bearings, and a set of transmission gears-similar to a truck transmissionthrough which the spindle can be rotated at a number of speeds. Most lathes provide from 8 to 18 speeds, usually in a geometric ratio, and on modern lathes all the speeds can be obtained merely by moving from two to four levers. An increasing trend is to provide a continuously variable speed range through electrical or mechanical drives.Because the accuracy of a lathe is greatly dependent on the spindle, it is of heavy construction and mounted in heavy bearings, usually preloaded tapered roller or ball types. The spindle has a hole extending through its length, through which long bar stock can be fed.The size of maximum size of bar stock that can be machined when the material must be fed through spindle.The tailsticd assembly consists, essentially, of three parts. A lower casting fits on the inner ways of the bed and can slide longitudinally thereon, with a means for clamping the entire assembly in any desired location, An upper casting fits on the lower one and can be 西安文理学院本科毕业设计（论文）第 42 页moved transversely upon it, on some type of keyed ways, to permit aligning the assembly is the tailstock quill. This is a hollow steel cylinder, usually about 51 to 76mm(2to 3 inches) in diameter, that can be moved several inches longitudinally in and out of the upper casting by means of a hand wheel and screw.The size of a lathe is designated by two dimensions. The first is known as the swing. This is the maximum diameter of work that can be rotated on a lathe. It is approximately twice the distance between the line connecting the lathe centers and the nearest point on the ways, the second size dimension is the maximum distance between centers. The swing thus indicates the maximum work piece diameter that can be turned in the lathe, while the distance between centers indicates the maximum length of work piece that can be mounted between centers.Engine lathes are the type most frequently used in manufacturing. They are heavy-duty machine tools with all the components described previously and have power drive for all tool movements except on the compound rest. They commonly range in size from 305 to 610 mm(12 to 24 inches)swing and from 610 to 1219 mm(24 to 48 inches) center distances, but swings up to 1270 mm(50 inches) and center distances up to 3658mm(12 feet) are not uncommon. Most have chip pans and a built-in coolant circulating system. Smaller engine lathes-with swings usually not over 330 mm (13 inches ) also are available in bench type, designed for the bed to be mounted on a bench on a bench or cabinet. Although engine lathes are versatile and very useful, because of the time required for changing and setting tools and for making measurements on the work piece, thy are not suitable for quantity production. Often the actual chip-production tine is less than 30% of the total cycle time. In addition, a skilled machinist is required for all the operations, and such persons are costly and often in short supply. However, much of the operators time is consumed by simple, repetitious adjustments and in watching chips being made. Consequently, to reduce or eliminate the amount of skilled labor that is required, turret lathes, screw machines, and other types of semiautomatic and automatic lathes have been highly developed and are widely used in manufacturing.2 Numerical ControlOne of the most fundamental concepts in the area of advanced manufacturing technologies is numerical control (NC). Prior to the advent of NC, all machine tools ere manually operated and controlled. Among the many limitations associated with manual control machine tools, perhaps none is more prominent than the limitation of operator skills. With manual control, the quality of the product is directly related to and limited to the skills of the operator. Numerical control represents the first major step away from 西安文理学院本科毕业设计（论文）第 43 页human control of machine tools. Numerical control means the control of machine tools and other manufacturing systems through the use of prerecorded, written symbolic instructions. Rather than operating a machine tool, an NC technician writes a program that issues operational instructions to the machine tool. For a machine tool to be numerically controlled, it must be interfaced with a device for accepting and decoding the programmed instructions, known as a reader.Numerical control was developed to overcome the limitation of human operators, and it has done so. Numerical control machines are more accurate than manually operated machines, they can produce parts more uniformly, they are faster, and the long-run tooling costs are lower. The development of NC led to the development of several other innovations in manufacturing technology:Electrical discharge machining, Laser cutting ,Electron beam welding.Numerical control has also made machine tools more versatile than their manually operated predecessors. An NC machine tool can automatically produce a wide of parts, each involving an assortment of widely varied and complex machining processes. Numerical control has allowed manufacturers to undertake the production of products that would not have been feasible from an economic perspective using manually controlled machine tolls and processes.Like so many advanced technologies, NC was born in the laboratories of the Massachusetts Institute of Technology. The concept of NC was developed in the early 1950s with funding provided by the U.S. Air Force. In its earliest stages, NC machines were able to made straight cuts efficiently and effectively. However, curved paths were a problem because the machine tool had to be programmed to undertake a series of horizontal and vertical steps to produce a curve. The shorter the straight lines making up the steps, the smoother is the curve, Each line segment in the steps had to be calculated. This problem led to the development in 1959 of the Automatically Programmed Tools (APT) language. This is a special programming language for NC that uses statements similar to English language to define the part geometry, describe the cutting tool configuration, and specify the necessary motions. The development of the APT language was a major step forward in the further development from those used today. The machines had hardwired logic circuits. The instructional programs were written on punched paper, which was later to be replaced by magnetic plastic tape. A tape reader was used to interpret the instructions written on the tape for the machine. Together, all of this represented a giant step forward in the control of machine tools. However, there were a 西安文理学院本科毕业设计（论文）第 44 页number of problems with NC at this point in its development. A major problem was the fragility of the punched paper tape medium. It was common for the paper tape containing the programmed instructions to break or tear during a machining process. This problem was exacerbated by the fact that each successive time a part was produced on a machine tool, the paper tape carrying the programmed instructions had to be rerun through the reader. If it was necessary to produce 100 copies of a given part, it was also necessary to run the paper tape through the reader 100 separate tines. Fragile paper tapes simply could not withstand the rigors of a shop floor environment and this kind of repeated use.This led to the development of a special magnetic plastic tape. Whereas the paper carried the programmed instructions as a series of holes punched in the tape, the plastic tape carried the instructions as a series of magnetic dots. The plastic tape was much stronger than the paper tape, which solved the problem of frequent tearing and breakage. However, it still left two other problems.The most important of these was that it was difficult or impossible to change the instructions entered on the tape. To made even the most minor adjustments in a program of instructions, it was necessary to interrupt machining operations and make a new tape. It was also still necessary to run the tape through the reader as many times as there were parts to be produced. Fortunately, computer technology became a reality and soon solved the problems of NC associated with punched paper and plastic tape.The development of a concept known as direct numerical control (DNC) solved the paper and plastic tape problems associated with numerical control by simply eliminating tape as the medium for carrying the programmed instructions. In direct numerical control, machine tools are tied, via a data transmission link, to a host computer. Programs for operating the machine tools are stored in the host computer and fed to the machine tool an needed via the data transmission linkage. Direct numerical control represented a major step forward over punched tape and plastic tape. However, it is subject to the same limitations as all technologies that depend on a host computer. When the host computer goes down, the machine tools also experience downtime. This problem led to the development of computer numerical control. 3 TurningThe engine lathe, one of the oldest metal removal machines, has a number of useful and highly desirable attributes. Today these lathes are used primarily in small shops where smaller quantities rather than large production runs are encountered.The engine lathe has been replaced in todays production shops by a wide variety of automatic lathes such as automatic of single-point tooling for maximum metal removal, 西安文理学院本科毕业设计（论文）第 45 页and the use of form tools for finish on a par with the fastest processing equipment on the scene today.Tolerances for the engine lathe depend primarily on the skill of the operator. The design engineer must be careful in using tolerances of an experimental part that has been produced on the engine lathe by a skilled operator. In redesigning an experimental part for production, economical tolerances should be used.Turret Lathes Production machining equipment must be evaluated now, more than ever before, this criterion for establishing the production qualification of a specific method, the turret lathe merits a high rating. In designing for low quantities such as 100 or 200 parts, it is most economical to use the turret lathe. In achieving the optimum tolerances possible on the turrets lathe, the designer should strive for a minimum of operations.Automatic Screw Machines Generally, automatic screw machines fall into several categories; single-spindle automatics, multiple-spindle automatics and automatic chucking machines. Originally designed for rapid, automatic production of screws and similar threaded parts, the automatic screw machine has long since exceeded the confines of this narrow field, and today plays a vital role in the mass production of a variety of precision parts. Quantities play an important part in the economy of the parts machined on the automatic screw machine. Quantities less than on the automatic screw machine. The cost of the parts machined can be reduced if the minimum economical lot size is calculated and the proper machine is selected for these quantities.Automatic Tracer Lathes Since surface roughness depends greatly on material turned, tooling , and feeds and speeds employed, minimum tolerances that can be held on automatic tracer lathes are not necessarily the most economical tolerances.In some cases, tolerances of 0.05mm are held in continuous production using but one cut . groove width can be held to 0.125mm on some parts. Bores and single-point finishes can be held to 0.0125mm. On high-production runs where maximum output is desirable, a minimum tolerance of 0.125mm is economical on both diameter and length of turn.西安文理学院本科毕业设计（论文）第 46 页中文译文中文译文1.1.车床车床车床主要是为了进行车外圆、车端面和镗孔等项工作而设计的机床。车削很少在其他种类的机床上进行，而且任何一种其他机床都不能像车床那样方便地进行车削加工。由于车床还可以用来钻孔和铰孔，车床的多功能性可以使工件在一次安装中完成几种加工。因此，在生产中使用的各种车床比任何其他种类的机床都多。车床的基本部
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