CA6140车床的电气控制设计.docx
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CA6140车床的电气控制设计
毕业设计（论文）
CA6140车床的电气控制设计
学院
机电工程学院
年级
专业
机械制造与自动化
学号
学生姓名
指导老师
学号：
毕业论文
题目：
基于51单片机设计的万用表
系部：
机电工程系专业：
机电一体化技术
姓名：
刘凯日期：
2015年12月12日
指导教师：
刘凯
摘要
普通车床是车床中应用最广泛的一种，CA6140普通车床是比较典型的普通车床。
由于CA6140普通车床的加工范围广，适于车削内外圆柱面，圆锥面以及旋转面，各种公制英制，模数和径节螺纹等，所以其结构复杂，而且自动化程度低，适用于单件小批生产。
CA6140普通车床主要由机械本体和电气控制系统等组成。
电气控制系统是普通车床的重要组成部分吧，在机械设备中起着神经中枢的作用。
通过它对电动机的控制，能驱动生产机械，实现各种运动状态，达到生产加工的目的。
不同的生产机械设备，或者同类型的机床设备，由于各自的工作方式、工艺要求不同，其电气控制系统也不尽相同。
本文利用所学知识，以CA6140型卧式车床为例进行车床电气控制分析。
关键词：
CA6140；车床；电气控制
第一章CA6140车床的概述
、CA6240车床的主要功能及特点
CA6140车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹、切断及割槽，并可以装上钻头或铰刀进行钻孔和铰孔等加工。
本机床的主要特点是：
主轴孔径大（φ72mm），变速范围广（11-1600转/分）；主轴支承采用双列向心短柱滚子轴承与60度接触角双向推力向心球轴承组合，动静刚度高，抗震型高。
主传动齿轮全部采用淬火磨削；床身采用超音频淬火，导轨面硬度在HRC45以上；精度保持性好。
床头箱采用外循环润滑，有利于散热、降噪、防泄漏。
操作系统简洁适用，指示明晰，定位准确，手感好。
机床外形美观。
床鞍和横向拖板可以快速进退。
尾座可卸荷；尾座套筒直径大，刚性好。
、CA6140车床的型号意义及主要结构
型号意义：
如图1-1
图1-1CA6140车床型号意义
CA6140车床主要由主轴箱、车身、刀架及溜板、尾座、溜板箱、进给箱、丝杠和光杠等部件组成（如图1-2）。
电动机的动力是由一台笼型异步电动机通过V带传动，由主轴箱传到主轴，再由主轴通过卡盘或顶尖带动工件旋转，变换主轴变速箱外手柄的位置，可以改变主轴的转速。
进给运动也由主轴电动机拖动，主轴电动机传来的动力，经主轴箱，再由光杠或丝杠传至溜板箱，带动刀架作纵、横向进给运动。
图1-2CA6140车床主要结构
1-主轴箱；2-刀架；3-尾座；4-床身；5、9-床腿；
6-光杠；7-丝杠；8-溜板箱；10-进给箱；11-挂轮
第二章CA6140车床对电气控制的要求
CA6140车床主要由主轴电动机、快速移动电机、冷却泵电机来实现各种运动方式，达到生产加工的目的。
1.主轴电动机选用选用三相笼型异步电动机，不进行调速，为满足调速设计要求，采用机械变速。
主轴要求正、反转，对于CA6140车床主轴的正反转由摩擦离合器来实现主轴正反转，电动机只作单向旋转。
电动机容量不大，应采用直接启动。
停车时为实现快速停车，一般采用机械或电气制动
2.快速移动电动机采用点动控制，不需要正反转和调速，靠机械结构实现不同方向的快速移动。
3.冷去泵电机与主拖动电动机有着联锁关系，即冷却泵电动机应在主轴电动机启动后方可选择启动与否；当主轴电动机停止时，冷却泵电动机便立即停止。
冷却泵电机不需要正反转和调速
4.电路中应具有必要的保护环节、安全可靠的照明电路和信号指示。
第三章CA6140车床电气控制电路设计
、主电路设计
根据电气控制的要求，由接触器KM1、KM2、KM3分别控制电动机M1、M2、M3，具体电路图如图3-1所示。
图3-1主电路
主电路中共有三台电动机，图中M1为主轴电动机，用以实现主轴旋转和进给运动；M2为冷却泵电动机；M3为溜板快速移动电动机。
M1、M2、M3均为三相异步电动机，容量均小于10kW，全部采用全压直接起动皆有交流接触器控制单向旋转。
主轴电动机MI的运转和停止由接触器KM1的三个常开主触点的接通和断开来控制。
电动机M1只需作正转，而主轴的正反转是由摩擦离合器改变传动链来实现的。
电动机M1的容量小于10KM,所以采用直接启动。
M2为冷却泵电动机,进行车削加工时,刀具的温度高，需用冷却液来进行冷却。
为此，车床备有一台冷却泵电动机拖动冷却泵，喷出冷却液，实现刀具的冷却。
冷却泵电动机M2由接触器KM2的主触点控制。
M3为快速移动电动机，由接触器KM3的主触点控制。
带钥匙的低压短路器QS是电源总开关。
热继电器FR1和FR2分别作M1和M2的过载保护，快速移动电动机M3是短时工作的，所以不需要过载保护。
M2、M3的容量都很小，加装熔断器FU1作短路保护。
、控制电路设计
控制电路的供电电压是110V，通过控制变压器TC将380V的电压降为110V得到。
控制变压器的一次侧由FU1作短路保护，二次侧由FU2、FU3、FU4分别作短路保护。
如图3-2所示。
图3-2控制电路
SB1是红色的紧急停止按钮，SB2是绿色的启动按钮。
合上QS，主轴电动机M1准备起动，指示灯HL亮，按下SB2，KM线圈得电，KM自锁触头闭合、KM主触头闭合、KM辅助常开触头闭合，主轴电动机M1起动运转。
按下SB1，KM线圈失电，KM1触头复位，电动机M1失电停转。
、冷却泵电动机的控制
如果车削加工过程中，工艺需要使用却液时，合上开关SA1，在主轴电动机M1运转情况下，KM1线圈得电，其主触头闭合，冷却泵电动机启动运转。
由电气原理图可知，只有当主轴电动机M1启动后，冷却泵电动机M2才有可能启动，当M1停止运行时，KM常开触头断开,M2也就自动停止。
快速移动电动机M3的启动是由安装在进给操纵手柄顶端的按钮SB3来控制，它与中间继电器KM3组成点动控制环节。
将操纵手柄扳到所需要的方向，压下按钮SB3，KM3线圈得电，KM3主触头闭合，快速移动电机M3启动，溜板就向指定方向快速移动。
控制变压器TC的副边分别输出24V和6V电压，作为机床低压照明灯和信号灯的电源。
EL为机床的低压照明灯，采用FU4作短路保护，由开关SA2控制；HL为电源的信号灯，FU3为信号灯的短路保护，合上电源开关QS，信号灯HL亮，表明控制电路有电。
、电路的保护环节
1、电路电源开关是带有开关锁SA的断路器QS。
机床接通电源时需用钥匙开关操作，再合上QS，增加了安全性。
需要送电时，先用开关钥匙插入SA开关锁中并右旋，使QS线圈断电，再扳动断路器QS将其合上，此时，机床电源送入主电路380V交流电压，并经控制变压器输出110V控制电路、24V安全照明电路、6V信号灯电压。
断电时，若将开关锁SA左旋，则触头SA（2-3）闭合，QS线圈通电，断路器QS断开，机床断电。
若出现误操作，QS将在内再次自动跳闸。
2、打开机床控制配电箱壁龛门，自动切除机床电源的保护。
在配电箱壁龛门上装有安全行程开关SQ2，当打开配电盘壁箱门时，安全开关的触头SQ2（2-3）闭合，将使断路器QS线圈通电，断路器QS自动跳闸，断开机床电源，以确保人身安全。
3、机床床头皮带罩处设有安全开关SQ1，当打开皮带罩时，安全开关触头SQ1（1—4）断开，将接触器KM1、KM2、KM3线圈电路切断，电动机将全部停止旋转，以确保了人身安全。
4、为满足打开机床配电箱壁龛门进行带电检修的需要，可将SQ2安全开关传动杆拉出，使触头SQ2（2-3）断开，此时QS线圈断电，QS开关仍可合上。
当检修完毕，关上壁龛门后，将SQ2开关传动杆复位，SQ2保护作用照常起作用。
5、电动机M1、M2由热继电器FR1、FR2实现电动机长期过载保护；断路器QS实现全电路的过流、欠电压保护及热保护；熔断器FU、FU1至FU6实现各部分电路的短路保护。
第四章控制电路中各元件的选择与技术数据
、电动机的选择
M1主轴电动机：
Y系列电动机具有体积小、重量轻、运行可靠，结构坚固，外形美观等特点，起动性能好，具有效率高等特点，达到了节能效果。
而且噪声低、寿命长、经久耐用。
Y系列电动机适用于空气中不含易燃、易爆或腐蚀性气体的场所。
Y132-4-B3型号电动机功率为，频率为50Hz，转速为1450转/分，效率为87%，堵转转矩为，最大转矩为，所以此类型电动机能符合电路配置，并能有效完成工作。
M2冷却泵电动机：
AOB-25机床冷却泵是一种浸渍式的三相电泵，它由封闭式三相异步电动机与单极离心泵组合而成，具有安装简单方便.运行安全可靠.过负荷能力强.效率高.噪声低等优点，适合作为各种机床输送冷却液、润滑液的动力。
此电动机输出功率为90W，扬程为4米，流量为25升/分，出口管径为1/2寸，能有效配合M1电动机使用。
M3快速移动电动机：
AOS5634功率为250W，电压为380V，频率为50Hz，转速为1360转/分，E级
、控制变压器的选择
首先查看电源电压、实际用电载荷和地方条件，然后参照变压器铭牌标示的技术数据逐一选择，一般应从变压器容量、电压、电流及环境条件综合考虑，其中容量选择应根据用户用电设备的容量、性质和使用时间来确定所需的负荷量，以此来选择变压器容量。
在正常运行时，应使变压器承受的用电负荷为变压器额定容量的75～90%左右。
运行中如实测出变压器实际承受负荷小于50%时，应更换小容量变压器，如大于变压器额定容量应立即更换大变压器。
同时，在选择变压器根据线路电源决定变压器的初级线圈电压值，根据用电设备选择次级线圈的电压值，最好选为低压三相四线制供电。
这样可同时提供动力用电和照明用电。
对于电流的选择要注意负荷在电动机起动时能满足电动机的要求（因为电动机起动电流要比下沉运行时大4～7倍）。
JBK2-100VA机床控制变压器适用交流50-60Hz，输出额定电压不超过220V，输入额定电压不超过500V，可作为各行业的机械设备，一般电器的控制电源工作照明，信号灯的电源之用。
此类控制变压器初级电压为380V，次级电压分别为110V、24V、6V。
、熔断器的选择
其类型根据使用环境、负载性质和各类熔断器的适用范围来进行选择。
例如：
用于照明电路或小的热负载，可选用RCIA系列瓷插式熔断器；在机床控制电路中，较多选用RL1系列螺旋式熔断器
熔断器的额定电压必须大于或等于被保护电路的额定电压；熔断器的额定电流必须大于或等于所装熔体的额定电流。
、导线的选择
在安装电器配电设备中，经常遇到导线选择的问题，正确选择导线是项十分重要的工作，如果导线的截面积选小了，电器负载大易造成电器火灾的后果；如果导线的截面积选大了，造成成本高，材料浪费。
导线的载流量与导线截面有关，也与导线的材料、型号、敷设方法以及环境温度等有关，根据以下数据，主电路选择铜芯导线，控制电路BVR-1mm2铜芯导线。
铜线安全载流量（25℃）：
1平方毫米铜电源线的安全载流量——6A
平方毫米铜电源线的安全载流量——14A
平方毫米铜电源线的安全载流量－－28A
4平方毫米铜电源线的安全载流量－－35A
6平方毫米铜电源线的安全载流量－－48A
10平方毫米铜电源线的安全载流量－－65A
16平方毫米铜电源线的安全载流量－－91A
25平方毫米铜电源线的安全载流量－－120A
、电路中各元件数据
各元器件的型号、规格及数量等，如表4-1所示。
表4-1CA6140车床电气元件表
符号
元件名称
型号
规格
数量
作用
M1
主轴
电动机
Y132M-4-B3
1450r/min
1
工件的旋转和刀具的进给
M2
冷却泵电动机
AOB-25
90W3000r/min
1
供给冷却液
M3
快速移动电机
AOS5634
250W1360r/min
1
刀架的快速移动
KM1
交流接触器
CJ0-10A
110V10A
1
控制主轴电动机M1
KM2
交流接触器
CJ0-10A
110V10A
1
控制冷却泵电动机M2
KM3
交流接触器
CJ0-10A
110V10A
1
快速移动电动机M3
QS
低压断路器
DZ5-20
380V20A
1
电源总开关
SB1
按钮
LA型
500V5A
1
主轴停止
SB2
按钮
LA型
500V5A
1
主轴启动
SB3
按钮
LA型
500V5A
1
快速移动电动机M3点动
SA
钥匙式电源开关
1
开关锁
SA1
转换开关
HZ2-10/3
10A,三级
1
控制冷却泵电动机
SA2
转换开关
HZ2-10/3
10A,三级
1
控制照明灯
SQ1
行程开关
LX3-11K
1
打开皮带罩时被压下
SQ2
行程开关
LX5-11K
1
电气箱打开时闭合
FR1
热继电器
JR16-20/30
1
M1过载保护
FR2
热继电器
JR2-1
1
M2过载保护
TC
变压器
JBK2-100
380/110/24/6
1
控制与照明用变压器
FU
熔断器
RL1
40A
1
全电路的短路保护
FU1
熔断器
RL1
4A
1
M2、M3的短路保护
FU2
熔断器
RL1
2A
1
控制回路的短路保护
FU3
熔断器
RL1
1A
1
指示灯回路短路保护
FU4
熔断器
RL1
1A
1
照明回路的短路保护
EL
照明灯
K-1，螺口
40W36V
1
机床局部照明
HL
指示灯
DX1-0
白色,配灯泡
1
电源指示灯
第五章绘制综合电气控制原理图
依据国家电气制图规范，按照设计要求，绘制详细的CA6140车床电气控制原理图，如图5-1所示。
图5-1CA6140车床电气控制原理图
电路图说明如下：
表5-1接触器触头在电路图中位置的标记
栏目
左栏
中栏
右栏
触头类型
主触头所处的图区号
辅助常开触头所处的图区号
辅助常闭触头所处的图区号
举例
KM1
2∣8∣X
2∣10∣X
2∣
表示3对主触头均在图区2
表示一对辅助常开触头在图区8，另一对常开触头在图区10
表示2对辅助常闭触头未用
表5-2继电器触头在电路图中位置的标记
栏目
左栏
右栏
触头类型
常开触头所处的图区号
常闭触头所处的图区号
举例
KM2
3∣
3∣
3∣
表示3对常开触头均在图区3
表示常闭触头未用
结论
毕业设计（论文）的撰写可以反映出一个大学生在这大学三年里对所学知识的掌握情况，以及运用所学知识的情况，也是对着三年来所学知识的一次全面考核。
本次毕业设计通过对CA6140车床的电气控制进行分析，再一次巩固了大学所学的知识。
在对整个电路分析过程中采取化整为零的方法，将整个电路分成若干部分，然后再针对每个部分中每一条线路，每一个元件进行分析。
培养了我综合运用所学的基础理论课，技术基础课，专业课的知识和实践技能去分析和解决实际操作中的一般工程技术问题的能力，使我建立了正确的设计思路，学会了如何把三年所学的理论知识运用到实践当中去。
通过这次毕业设计，也使我认识到了我的不足之处，所学的基础知识还不够扎实。
也充分认识到作为一名合格的技术化人才需要掌握的必备知识，为以后的发展奠定坚实的基础。
致谢
在整个毕业设计写作过程中，我通过查阅资料和参考文献，由原来的被动学习方式转为主动学习方式，增强了自学能力和动手能力，是我在学习方面的突破吧。
同时我学到做任何事情都应该具备那样的心态，首先做学问要一丝不苟，对于发展过程中出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径来解决，再做任何事情的过程中要有耐心和毅力，相信总有方法去解决问题的。
而且要与人合作。
这样做起事来事半功倍。
在这次毕业设计完成之际，谨向我尊敬的指导老师周老师以诚挚的谢意和崇高的敬意。
无论是查阅资料还是论文的撰写，周老师将她所知道的知识毫无保留的传授了给我，给予了我真诚的鼓励、中肯的建议和细心地指导。
她严谨的治学作风给了我深刻的影响，从而慢慢改变着我，促使我在整个毕业设计中更加完善。
另外我还要感谢在大学期间在学习上都给予我帮助和传授知识的老师。
是你们的精心教导使我有了良好的专业知识，这也是我完成毕业设计的基础。
最后，我再次衷心的感谢所有关心、支持、帮助过我的老师和同学，祝你们工作顺利、身体健康、幸福平安。
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黑龙江农垦科技职业学院
毕业论文（设计）评语
论文题目
基于PLC的智能电风扇温度控制设计
指导教师评语:
指导教师签字:
年月日
评审委员会评语:
评审委员会专家签字:
年月日
最后成绩:
□优□良□中□合格□不合格
黑龙江农垦科技职业学院
学生毕业论文答辩情况表
答辩人姓名
姜天文
所学专业
电气自动化
导师姓名
王敏
答辩日期
年月日
论文题目
答
辩
委
员
会
成
员
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职称
所在单位
签名
组长
成
员
系教研室主任或秘书
答辩中提出的问题及回答的简要情况（如不够填写可另附纸）
答辩委员会组长
（签名）教研室主任或秘书
年月日
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