平面磨床电气控制.docx
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平面磨床电气控制
机械工程
课程名称
学生姓名
学院（系、部）
机电控制技术课程设计
陈谷
专业班级
2012
指导教师
机设1005
2013学年第
吴吉平
学期
职称教授
学号10405700420
平面磨床的电气控制
起止日期2013年6月14日〜2013年6月23日
目录清单
序号
材料名称
资料数量
备注
1
课程设计任务书
1份'
2
课程设计说明书
1份
3
课程设计图纸
2张
湖南工业大学
课程设计任务书
2012—2013学年第二学期
自2013年6月14日至2013年6月23日共1周
一、设计内容：
M7130型平面磨床主要由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮架、滑座、立柱等部分组成。
M7130型平面磨床采用三台电动机拖动，砂轮的旋转运动由装入式电动机直接拖动。
液压泵由液压泵电动机拖动，经液压传动装置完成工作台的往复（纵向进给）运动，砂轮架的横向进给运动，砂轮架的快速横向移动以及工作台导轨的润滑等。
拖动冷却泵的电动机为磨削加工提供冷却液。
平面磨床常用电磁吸盘，利用电磁吸力很方便地安装和加工小工件，
且工件在加工过程中由于发热变形，电磁吸盘允许工件有自由伸缩余地，从而保证加工精度
二、设计工作量
（1）继电器电气原理图1张；
（2）PLC电气原理图1张；
（3）设计说明书1份（8000字）。
进度安排
起止日期
工作内容
6.14—6.16
对平面磨床的设计要求分析及确定初步原理方案
6.16—6.18
继电器原理图的设计
6.18—6.22
PLC原理图的设计及写说明书
6..23—6.24
交图纸并答辩
主要参考资料
教材：
张万奎等编.《机床电气控制技术》北京大学出版社，2007
主要参考资料：
1、《机电传动控制》（第三版），邓星钏主编，武汉：
华中科技大学出版社，2001年9月
2、《机电传动与控制》（第二版），程宪平主编，武汉：
华中科技大学出版社，2003年9月。
4、《电力拖动自动控制系统》（第三版），陈伯时主编，北京：
机械工业出版社，2003年8月。
5、《半导体变流技术》（第二版），莫正康主编，北京：
机械工业出版社，2001年8月。
6、《邓星钟等编》、《机电传动控制》（第三版）华中科技大学出版社，2001.3第3版
指导教师（签字）：
2013年6月14日
系（教研室）主任（签字）：
2013年6月24日
机床电气控制技术
设计说明书
西磨床的电气控制
起止日期：
2013年6月日至2013年_6月_J3_日
机设1005
10405700420
指导教师（签字）
机械工程学院
2013年6月23日
、设计要求.
二、电力拖动及控制要求
三、平面磨床电气控制电路
3.1主电路
3.2控制电路
3.3联锁、保护环节..
3.4电磁吸盘控制电路
3.5照明电路与去磁器
.4
.4
5
6
6
四、平面磨床控制电路图及其解析
4.1选用控制线路的设计方法.
4.2.继电器——接触器控制线路
.7
.8
五、电器元件的选用
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5.1电气元件选择的原则.
5.2按钮、组合开关的选用
5.3接触器的选用
5.4热继电器的选择
5.5熔断器的选择
5.6控制变压器的选择
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12
13
13
六、可编程控制器PLC控制系统的设计
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6.1控制线路的改造及PLC的选用
6.2PLC的外部接线
七、设计总结.
、设计要求
M7130型平面磨床主要由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮架、滑座、立柱等部分组成。
在床身上装有液压传动装置，以便工作台在床身导轨上通过压力油推动活塞作往复直线
工件。
床身上固定有立柱，滑座安装在立柱的垂直导轨上，实现垂直方向进给。
在滑座的水平导轨上安装砂轮架，砂轮架由装入式电动机直接拖动，通过滑座内部的液压传动机构实现横向进给。
平面磨床砂轮的旋转运动为主运动，工作台完成一次往复运动时，砂轮架作一次间断性的横向进给，直至完成整个平面的磨削，然后砂轮架连同滑座沿垂直导轨作间断性的垂直进
滑座在立柱的垂
给，直至达到工件加工尺寸。
平面磨床的辅助运动，如砂轮架在滑座的水平导轨上作快速横向移动，直导轨上作快速垂直移动，以及工作台往复运动速度的调整等。
二、电力拖动及控制要求
基于上述磨床的工作性质和加工精度要求，对电力拖动控制方案提出如下要求：
（1）平面磨床是一种精密加工机床，为了保证其加工精度要求，机床运行时要求平稳。
工作台往复运动在换向时要求惯性要小，无冲击力，因此，工作台的往复运动采用液压传动。
由电动机拖动液压泵，供应压力油，通过液压传动装置实现工作台的纵向进给运动，并通过工作台上的撞块操纵床身上的液压换向阀（开关），改变压力油的流向，实现工作台的换向和自动往复运动。
（2）为了简化磨床的机械传动机构，采用多电动机单独拖动。
M7130型平面
拖动冷却
磨床采用三台电动机拖动，砂轮的旋转运动由装入式电动机直接拖动。
液压泵由液压泵电动机拖动，经液压传动装置完成工作台的往复（纵向进给）运动，砂轮架的横向进给运动，砂轮架的快速横向移动以及工作台导轨的润滑等。
泵的电动机为磨削加工提供冷却液。
（3）为了提高磨削质量，要求砂轮有较高转速，通常采用两极（理想空载转速为3000r/min频率为50Hz）的笼型异步电动机拖动。
为了提高调整运转的砂轮主轴的风度，采用装入式电动机拖动，电动机与砂轮主轴同轴，从而提高了磨床的加工精度。
（4）平面磨削加工中，由于磨削温度高，为减少工件的热变形，必须使工件得到充分的冷却，同时冷却液能冲走磨屑和砂粒，以保证磨削精度。
（5）平面磨床常用电磁吸盘，利用电磁吸力很方便地安装和加工小工件，且工件在加工过程中由于发热变形，电磁吸盘允许工件有自由伸缩余地，从而保证加工精度。
为了满足上述电力拖动控制方案的要求，对M7130型平面磨床的电力拖动控
制系统提出以下几点要求：
（1）砂轮、液压泵、冷却泵三台电动机都只要求单方向旋转。
（2）冷却泵电动机应随砂轮电动机的开动而开动，若加工中不需要冷却液时，可单独断开冷却泵电动机。
（3）在正常加工中，若电磁吸盘吸力不足或消失时，砂轮电动机与液压泵电动机应立即停止工作，以防止工件被砂轮切身力打飞而发生人身和设备事故。
加工时，即电磁吸盘不工作的情况下，允许砂轮电动机与液压泵电动机开支，床作调整运动。
（4）电磁吸盘励磁线圈具有吸牢工件的正向励磁、松开工件的断开励磁、以
及为抵消剩磁便于取下工件的反励磁控制环节。
（5）具有完善的保护环节。
各电路的短路保护，各电动机的长期过载保护，零压、欠压保护，电磁吸力不足的欠电流保护，以及线圈断开时产生高电压，而危及电路中其它电器设备的过压保护等等。
（6）机床照明电路与工件去磁的控制环节。
三、平面磨床电气控制电路
3.1主电路
由电源引入开关Q控制整机电源的接通与断开。
三台电动均要求单向旋转，M1砂轮电动机、M2冷却泵电动机，同时由接触器KM1控制，而M2电动机再经过X1插销实现单独判断控制，M3液压泵电动机由接触器KM2控制。
如下图3.1所示
FLJ1
KM2
2〜才
企
图
3.1主电路图
X1
M1
IVI3
3.2控制电路
电动机控制电路的控制电源直接采用交流380V,由按钮SB1、SB2和接触器KM2构成了砂轮电动机M1单向起支和停止控制电路。
由按钮SB3SB4和接触器KM2构成了液压泵电动机M3单向旋转起动和停止控制电路。
实现两台电动机独立操作控制。
如下图3.2所示:
FR1
N
AkF尽送
B4
图3.2控制电路
3.3联锁、保护环节
平面磨床在加工中出现电磁吸盘吸力不足或消失时，为确保人身和设备的安全，不允许继续加工。
因此，在两台电动机的控制电路中应使欠电流继电器KA
常开触点，达到欠磁联锁保护。
在不加工时又能单独控制砂轮与液压泵电动机运转工作，因此，在控制电路中KA（3-4）触点处并接转换开关SA仃“去磁”位置时，触点（3-4）接通来实现。
如下图3.3所示：
图3.3连锁保护
主电路与控制电路由熔断器FU1FU2分别实现适中保护。
砂轮与液压泵电动机利用热继电器FR1FR2实现长期过载保护。
为了保护工件与砂轮的安全，当有一台电动机过载停机时，另一台电动机也应停止。
因此，应将FR1、FR2常
闭触点串接在总控制电路中。
3.4电磁吸盘控制电路
电磁吸盘又称为电磁工作台，它也是安装工件的一种夹具。
具有夹紧迅速、不损伤工件、且一次能吸牢若干个工件，工作效率高，加工精度高等优点。
但它的夹紧程度不可调整，电磁吸盘要用直流电源，且不能用于加工非磁性材料的工件。
3.5照明电路与去磁器
照明电路由照明变压器T1,将380V电压降为24V,并由开关SA2控制照明灯EL,照明变压器二次侧装有熔断器FU3作为短路保护。
其一次侧短路可由熔断器FU2实现保护。
在平面磨床上加工的零件可能存在有剩磁,若零件对剩磁有严格要求,应在电磁吸盘取下工件后进行去磁处理。
交流去磁器是平面磨床的一个附件。
使用时,将交流去磁器插头插在床身的X2插座上，再将工件放在去磁器上处理即可去磁。
四、平面磨床控制电路图及其解析
4.1选用控制线路的设计方法
控制线路的设计大体可分为二种，分别为经验设计法和逻辑设计法
4.1.1经验设计法的基本步骤
（1）收集分析国内外现有同类设备的相关资料，使所设计的控制系统合理满足设计要求。
控制线路设计，一般的机床控制线路设计包括主电路，控制电路和辅助电路的设计。
首先进行主电路设计：
主要是考虑从电源到执行元件（例如电动机）之间的线路设计。
然后进行控制线路设计：
主要考虑如何满足电动机的各种运动功能及生产工艺要求，包括实现加工过程自动化或半自动化的控制等，也就是完成正确地“选择”和有机地“组合”的任务；最后考虑如何完善整个控制电路的设计，各种保护，联琐以及信号，照明等辅助电路的设计。
全面检查所设计电路，有条件时，可以进行模拟试验，以进一步完善设计。
经验设计法的基本特点
设计过程是逐步完善的，一般不易获得最佳的设计方案。
但该方法简单易行，应用很广。
（2）
（3）
（4）
4.1.3
需反复修改，这样会影响设计速度。
需要一定的经验，设计中往往会因考虑不周而影响电路的可靠性。
一般需要进行模拟试验。
逻辑设计法的基本概念逻辑设计法，主要是根据生产工艺的要求（工作循环，液压系统图等），将控制线路中的接触器，继电器线圈的通电与断电，触点的闭合与断开，以及主令元件的接通和断开等看成逻辑变量，并将这些逻辑变量关系表示为逻辑函数的关系式，再运用逻辑函数基本公式和运算规律，对逻辑函数式进行简化，然后根据简化的逻辑函数式画出相应的线路原理图，最后再进一步检查，化简和完善，以期获得既满足工艺要求，又经济合理的最佳设计方案。
4.1.4逻辑设计法的一般步骤
（1）按工艺要求作出工作循环图。
（2）确定执行元件与检测元件，并作出执行元件节拍表和检测元件状态表。
（3）根据检测元件状态表写出各程序的特征数，并确定分组，设置中间记忆元件，各分组所有程序能区分开。
（4）列写中间记忆元件开关函数及其执行元件动作逻辑函数表达式，并画出相应的电路图。
（5）对按逻辑函数表达式画出的控制逻辑电路图进行检查，化简和完善。
逻辑设计法与经验设计法相比，采用逻辑设计的电路较为合理，能节省所用元件的数量，能获得某种逻辑功能的最简电路，但是逻辑设计法整个设计过程较为复杂，对于一些复杂的控制要求，还必须设计许多新的条件，同时对电路竞争问题也较难处理。
因此，在一般的电器控制线路设计中，逻辑设计法仅为经验设计法的辅助和补充。
4.2.继电器一一接触器控制线路
4.2.1平面磨床控制电路图
通过上面的分析，对于线路的设计我们采用的是经验设计法。
其控制线路设
计图4.1
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M7130S平面磨床电气控制电路
图4.1M7130型平面磨床电气控制电路
图4.1为M7130平面磨床电气控制电路图。
其电气设备安装在床身后部的壁
盒内，控制按钮安装在床身左前部的电气操纵盒上。
图4.1中M为砂轮电动机，M为冷却泵电动机，都由KM的主触点控制，再
经Xi插销向M实现单独判断控制供电。
M为液压泵电动机，由KM的主触点控制。
4.2.2控制电路
合上电源开关QS若转换开关SA处于工作位置，当电源电压正常时，欠电
流继电器KA触点（3-4）接通，若SA处于去磁位置，SA（3-4）接通，便可进行操作。
（1）砂轮电动机M1的控制。
启动过程为：
按下SB1,SB1（4-5）接通一一KM1吸合一一M1启动；停止过程为：
按下SB2SB2（5-6）+—KM1-M1-停止。
（2）冷却泵电动机M2的控制。
M2由于通过插座X1与KM1主触点相连，因此M2与砂轮电动机M1联锁控制，都由SB1和SB2操作。
若运行中M1或M2过载，触点FR1（1-2）-动作，FR1起保护作用。
（3）液压泵电动机M3的控制。
启动过程为：
按下SB3SB3（4-8）+――KM2——M3+启动；停止过程为：
按下SB4,SB4（8-9）+——KM2-M3-停止。
过载时：
FR2（2-3）-――KM2-——M3-停止，FR2起保护作用。
4.2.3电磁吸盘控制电路
（1）电磁吸盘结构原理。
电磁吸盘与机械夹紧装置相比，具有夹紧迅速，不损伤工件，工作效率高，能同时吸持多个小工件，加工过程中工件发热可以自由伸延，加工精度高等优点。
但也有夹紧力不如机械夹得紧，调节不便，需用直流电源供电，不能吸持非磁性材料工件等缺点。
（2）电磁吸盘控制电路。
它由整流装置、控制装置及保护装置等部分组成。
如图2所示，电磁吸盘整流装置由整流变压器T2与桥式全波整流器VC组成，输出110V直流电压对电磁吸盘供电。
电磁吸盘集中由SA控制。
SA的位置及触点闭合情况为：
充磁：
触点14-16、15-17接通，电流通路为：
15-17-KA-19-YH-16-14。
断电：
所有触点都断开。
退磁：
触点14-18、15-16>3-4（调整）接通，通路为：
15-16-YH-19—KA—R-18-14。
当SA1置于“充磁”位置时，电磁吸盘YH获得110V直流电压，其极性19号线为正极，16号线为负极，同时欠电流继电器KA与YH串联，若吸盘电流足够大，则KA动作，KA（3-4）+反映电磁吸盘吸力足以将工件吸牢，这时可分别操作按钮SB与SB,启动M与M,进行磨削加工。
当加工完成时按下停止按钮SB与SB,电动机M,M与M停止旋转
为便于从吸盘上取下工件，需对工件进行退磁，其方法是将开关SA1扳至“退磁”位置。
当SAi扳至“退磁”位置时，电磁吸盘中通入反向电流，并在电路中串入可变电阻艮，用以调节、限制反向去磁电流大小，达到既退磁又不致反向磁化的目的。
退磁结束将SA拨到“断电”位置，即可取下工件。
若工件对去磁要求严格，在取下工件后，还要用交流去磁器进行处理。
交流去磁器是平面磨床的一个附件，使用时，将交流去磁器插头插在床身的插座X2上，再将工件放在去磁器上适当
地来回移动即可去磁。
4.2.4保护及其他环节
（1）电磁吸盘的欠电流保护。
为了防止平面磨床在磨削过程中出现断电事故
或吸盘电流减小，致使电磁吸盘失去吸力或吸力减小，造成工件飞出，引起工件损坏或人身事故，故在电磁吸盘线圈电路中串入欠电流继电器KA只有当直流
电压符合要求，吸盘具有足够吸力时，KA才能吸合，KA（3-4）触点接通，为启
动电动机做准备。
否则不能开动磨床进行加工。
若已在磨削加工中，则KA因电
流过小而释放，触点KA（3-4厂断开，使得KM,KM2,Mi-停止，避免事故发生。
（2）电磁吸盘线圈YH的过电压保护。
电磁吸盘线圈匝数多，电感大，通电
工作时存储大量磁场能量。
当线圈断电时在线圈两端将产生高电压，可能使线圈绝缘及其他电气设备损坏。
为此，该机床在线圈两端并联了电阻F3作为放电电
阻。
（3）电磁吸盘的短路保护。
在整流变压器T2的二次侧或整流装置输出端装
有熔断器作短路保护。
（4）其他保护。
在整流装置中还设有RC串联支路并联在T2二次侧，用以吸收交流电路产生过电压和直流侧电路通断时在T2二次侧产生浪涌电压，实现整流装置过电压保护。
FU1对电动机进行短路保护，FR对M进行过载保护，FF2对M进行过载保护。
（5）照明电路。
由照明变压器Ti将380V降为24V,并由开关SA控制照明灯EL^在Ti一次侧装有熔断器FU作短路保护。
五、电器元件的选用
5.1电气元件选择的原则
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。
1）
（3）
（4）和校核。
对于电气元件的选择，在选择时我们应注意以下几点：
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。
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。
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。
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
5.2按钮、组合开关的选用
5.2.1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。
在这里选用四个控制按钮SB1SB2SB3SB4,两个黑色两个红色，选用LA10-1。
5.2.2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1.5~2.5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。
组合开关Q,选用HZ1-25/3，为三极，额定电压380V,额定电流25A。
选择开关SA1,SA2,选用HZ1-2/3，为三极，额定电压380V,额定电流2A。
5.3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。
这里有交流接触器KM1选用CJ10-40,额定电流40A,线圈电压127V,交流中间接触器KM2选用CJ10-5,额定电流5A,线圈电压127V.
5.4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。
常用的热继电器有JRI、JR2,JRO,JRI6等系列。
JRI6B系列双金属片式热继电器，它电流整定范围广，并有温度补偿装置，适用于长期工作或间歇工作的交流电动机的过载保护,而且具有断相运转保护装置。
JR16B是由JR0改进而来的。
该系列产品用来代替JR0的三极和带断相保护的热继电器。
热元件选好后，还需根据电动机的额定电流来调整它的整定值。
电动机M1M2额定电流22.23A,FR1应选用JR0-40型热继电器，热元件
电流为25A,整定电流调节范围为16~25A,工作时将额定电流调整为22.23A。
同理，FR2应选用JR10-10型热继电器，选用I号元件，整定电流凋节范
围是0.40~0.64A，整定在0.43A。
5.5熔断器的选择
熔断器是对电气设备的电流起过载延时和短路瞬时保护作用。
熔断器的种类
很多，其结构也不同，主要有插入式、螺旋式、填料封闭管式等。
机床电气线路中常用的是RLl系列，熔断器的主要元件是熔断体（熔丝或熔片）。
每一种电流等级的熔断器都可选配多种不同电流的熔体。
如RL1-100型有60、80、100A三种
熔体电流等级。
选择熔断器，实际上主要是选择种类、额定电压，熔断器额定电流等级及熔体的额定电流。
而熔断体电流是选择熔断器的关键，熔体的选择又与负载性质有关。
熔断器RU1RU2RU3RU4RU1是对M1M2两台电动机保护的熔断器，其熔体电流是Ir>2x21.8+0.43+2.67=47.13,熔断器FU1选用3个RL1-60,额定电
压500V,熔体额定电流50A；RU2选2个RL1-15,额定电压500V,熔断电流4A;
RU3选1个RL1-15,熔断电流2A,RU4选1个RL1-15,熔断电流10A。
5.6控制变压器的选择
当机床的控制电器较多，线路又比较复杂时，最好采用经变压器降压的控制电源，以提高工作的可靠性。
照明灯变压器的选择：
R>Kt2：
Pxc=1.2咒24=28.8
电磁吸盘变压器的选择：
PbPxc
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