机电一体化课程设计专用钻床系统设计.docx

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机电一体化课程设计专用钻床系统设计

机床电气控制技术课程设计

——专用钻床系统设计

专业：

机械设计制造及其自动化

班级：

xxxx级x班

姓名：

XX

目录

引言

1课程设计目的2

1.1专用钻床概况2

1.2基本要求2

2机电控制系统原理图2

3.1主电路2

3.2控制电路3

3.电动机及其它电气元件的选择5

3.1电动机的选型5

3.2接触器器的选型5

3.3时间继电器电器的选型6

3.4中间继电器、热继电器的选型7

3.5熔断器的选型8

3.6控制变压器的选型9

3.7其他控制电器的选择9

3.8制定电动机和电气元件明细表9小结13

参考文献14

摘要

基于机电控制基础课程复合性和实践性较强的学科特点,提出了基于项目的一体化教学方法,设定了直线运动模块速度、位置伺服控制系统设计课程项目,建立了机电控制基础课程的一体化内容体系,并应用于机电控制基础课程教学改革中。

实践证明,此教学方法卓有成效地完成了机电控制基础的教学任务,激发了学生的学习兴趣,提高了学生机电装置控制系统的设计能力,取得了很好的教学效果,值得复合性和实践性较强的其他学科教学借鉴和参考。

关键词：

机电控制；项目教学；一体化教学模式 ；机电装置 

引言

机床电气控制技术以继电器-接触器逻辑控制和可编程序控制器（PLC）为主要组成部分的电气控制技术，在现代工业领域特别是机电设备控制技术中发挥着不可替代的作用。

在传统的机床电气控制系统中，继电器-接触器逻辑控制是主要的控制方式。

随着技术的进步和生产过程的日益复杂，PLC技术得到迅速发展，其应用范围也日益广泛，PLC、机器人、CAD/CAM技术已成为现代工业自动化的三大支柱。

由于PLC技术是在继电器-接触器逻辑控制技术的基础上发展起来的，学习继电器-接触器逻辑控制技术对学习PLC技术具有支撑与促进作用。

因此，本书首先介绍继电器-接触器逻辑控制技术，在此基础上再介绍PLC技术。

本课程是机电专业的专业基础课之一，在专业领域内，对提高学生工程实践和增强专业分析问题、解决问题的能力具有重要作用。

1课程设目的

本课程设计是机电控制工程专业与《机床电气控制》专业课程配套的一门专业实践课程，是在学习了本专业《机床电气控制》中一些典型机床控制线路及实验的基础上，通过课程设计的实践，系统地掌握在工业自动化控制系统中，机床电气控制线路设计和应用的知识。

为今后从事专业技术工作打下基础。

1.1专用钻床概况

设计一专用钻床液压系统。

动作循序为：

快进—1工进—2工进—死档铁停留—快退—原位停止卸荷。

动作

1YA

2YA

3YA

4YA

5YA

快进

+

-

-

-

+

一工进

+

-

+

+

+

二工进

+

-

+

-

+

快退

-

+

-

-

+

卸荷

-

-

-

-

-

1.2设计要求

（1）冷却泵电动机直接由K开关QS1控制，即由开关QS1接通和断开；

（2）主轴电动机具有正反转、点动/长动控制功能，并可以实施反接制动；

（3）升降电动机具有正反转控制功能；

（4）液压泵电动机具有正反转控制功能；

（5）主轴电动机具有短路保护、过载保护功能，整个线路具有短路保护功能；

（6）正反转时要具备“互锁”功能

（7）主电路与控制电路之间具有控制变压器TC；

（8）机床具有照明灯，照明电路电压为36V；

（9）机床具有操作指示灯，指示灯电路电压为6.3V；

（10）主轴电动机启动后，可以动态实际测量主电路的电流大小。

2机电控制系统原理图

2.1主回路:

按下开关SB2，使得KM线圈带电，从而使KM的动合触点KM闭合形成闭合回路。

具体的主回路线路如下图所示：

2.2控制线路：

2.2.1电动机M的控制

按下启动按钮SB2→接触器KM1通电→M1转动。

按下停止按钮SB1→接触器KM1断开→M1停止。

2.2.2回路动作控制

按下升起按钮SB4→KM1通电→电磁阀1YA通电，使得实现快速进给，指示灯HL1亮。

当碰到行程开关ST2时，线圈KM3带电→电磁阀3YA、4YA通电，使得实现一工进，指示灯HL2亮。

当碰到行程开关ST3时，使得KM4带电，，KM4的动断触点断开4YA断电，实现二工进，这时指示灯HL3亮。

当碰触行程开关ST4时有延时继电器使得在原位停留（死挡铁停留），延时一定时间，延时开关KT带电使得KM2带电，动合触点KM2闭合，KM2动断触点断开使得只有2YA带电，实现快退。

具体回路如下图所示：

2.2.3.照明电路

变压器T提供36V交流照明电源电压。

而显示灯所需电源为6.3V交流电。

故将它们分别有变压器TC的不同变压接口引出即可。

照明灯用一个刀闸开关S2控制，在需要照明时就开启，不需要照明时就关闭，是手动控制。

显示灯在相应的地方有标志，用HL标识。

控制回路的起始端（即由变压器TC引出的3端110V、36V、6.3V）应设置短路保护。

故在该处分别接上相合适的熔断器FU2。

3.电动机及其它电气元件的选择

3.1电动机的选型

根据任务书中要求得知液泵电动机M的功率为5W。

而工业用电一般都为380V三相交流电，故查手册得，选择功率相近的电动机得一下结果：

M：

Y132S-4

M功率5.5kW，额定电压380V，额定电流11.6A。

3.2.交流接触器的选用：

接触器用途广泛,其额定工作电流或额定控制功率是随使用条件不同而变化的,只有根据不同使用条件正确选用,才能保证接触器在控制系统中长期可靠运行，充分发挥其技术经济效果。

因为这时接通时的冲击电流可达额定电流的十几倍,这时，宜选用JK4使用类别的接触器,如果选用JK3类的接触器,建议降低70~80%额定容量来使用。

接触器主触点额定电流，一般根据电机容量Pd计算,Ic≥Pd×103/KUd，取K=1.2，可得,Ic≥12，再根据380V三相交流电的要求，查手册，可选出交流接触器为：

KM型号为CJ0—10，线圈电压为110V。

所以交流接触器选用：

CJ0-10

3.3时间继电器的选用

通过对各种时间继电器工作原理和典型线路的分析可知,每一种时间继电器都有其各自的特点,所以要合理选用以发挥它们的特长。

时间继电器：

JS7-4A。

3.4中间继电器、热继电器的选用

由于控制回路中，电压为110V交流电，且根据控制回路设计图得知中间继电器所需触点不超3常开1常闭，故查手册，可选择中间继电器如下：

JZ7—62，6动合，2动断。

热继电器选择是否得当,往往是决定它能否可靠地对电动机进行过载保护的关键因素。

应按电动机的工作环境要求、起动情况、负载性质等方面来考虑。

根据前面算出的电动机工作电流，查手册可直接选出热继电器，

所以热继电器选用：

JR0-40

3.5熔断器的选型:

熔断器的选择主要是熔断器类型的选择和熔体额定电流的确定。

1）熔断器类型的选择

根据负载的保护特性和短路电流的大小来选择熔断器的类型。

例如,电动机过载保护用的熔断器采用具有锌质熔体和铅锡合金熔体的熔断器。

对于车间配电网路的保护熔断器,如果短路电流较大,就要选用分断能力大的熔断器,有时甚至还需要选用有限流作用的熔断器，如RT0系列熔断器。

在经常要发生故障的地方,应考虑选用“可拆式”熔断器,如RC1A、RL1、RM7、RM10等系列产品。

2）熔体额定电流的确定

在选择和计算熔体电流时,应区别两种负载情况：

一种是有冲击电流的负载如电动机；

另一种是负载电流比较平稳的情况，如一般照明电路。

用熔断器保护电动机时,要达到过载保护的目的,其熔体的额定电流尽可能接近电动机的额定电流,但又为保证电动机能正常起动,熔断器在通过起动电流时不应当动作。

综合上要求,通常对笼型感应电动机取熔体的额定电流为

IeR=（l.5~2.5）IeD

式中IeD——电动机的额定电流,单位为A。

在轻载起动或起动时间较短的情况下,上式中的系数取1.5；而在较重负载下起动或起动次数较多和起动时间较长的情况下,系数取为2.5。

如果数台电动机共用一个总的熔断器来保护,则熔体的额定电流为

IeR=（1.5~2.5）IeDmax+∑Id

式中IeDmax——容量最大的一台电动机的额定电流,单位为A。

∑Id——其余各台电动机额定电流之和,假如其中还有照明电路,则将该电路的额定电流也计入∑Id内,单位为A。

在负载电流比较平稳的场合,基本上可按额定负载电流来确定熔体的额定电流。

3）熔管额定电流的确定

在熔体的额定电流已经确定以后,还要确定熔管的额定电流。

通常,熔管的额定电流应大于（至少等于）熔体的额定电流。

另外，根据经验，控制回路中的电流最大不会超过5A，照明显示回路电流最大不会超过2A，故查手册，并选择熔断器结果如下：

FU1：

RL1-60/25,最大熔断电流25A；

FU2：

RL-15/4,最大熔断电流4A；

FU3：

RL-15/2,最大熔断电流2A。

3.6控制变压器的选择

控制变压器一般用于降低控制电路或辅助电路电压,以保证控制电路安全可靠。

选择控制变压器的原则为：

1）控制变压器原、副边电压应与交流电源电压、控制电路或辅助电路电压相符。

2）应保证控制电路中,所有交流电磁器件在起动时可靠地吸合。

3）系统在正常运行中变压器不应超过允许温升。

我们设计的系统中，需要将380V三相交流电转换成110V、36V、6.3V等三种不同压值的交流电，故选择变压器时应同时考虑变压器的容量与接处的点数。

查手册，选择变压器结果如下：

TC：

JBK3-2500，4变压接出头。

3.7其它控制电器的选择

1）刀开关：

HK1额定电流15A，级数3。

2）按钮:

LA25-40（四常开）;LA25-06（六常闭）

3）位置开关：

JLXK1-311（4个）。

3.8制定电动机和电气元件明细表

电气元件明细表要注明各元器件的型号、规格及数量等，见表1。

.

表1电动机和电气元件明细表

符号

名称

型号

规格

数量

M

液压泵电动机

Y132S-4

11．6A380V

1

FR

热继电器

JR0-40

额定电流25A整定电流22.6A

1

K1、K2

K3、K4

中间继电器

JZ7—62

额定电流5A

4

FU1

熔断器

RL-60/25

380V熔体25A

1

FU2

熔断器

RL1-15/4

380V熔体4A

1

FU3

熔断器

RL-15/2

380V熔体2A

3

KM

交流接触器

CJ0—10

10A线圈电压110V

1

T1、T2

控制变压器

JBK3-2500

110A

2

符号

名称

型号

规格

数量

S

单刀双掷开关

HK1

约定电流15A3级

1

ST1、ST2、ST3、ST4

行程开关

JLXK1-311

额定电压380V

额定电流5A

4

SB2、SB1、

控制按钮

LA25-40

红色

3

SB3、SB4、

控制按钮

LA25-06

黄色

2

YA1、YA2、YA3、YA4、YA5

电磁铁

5

KT

时间继电器

JS7-4A

额定电压380V

额定电流5A

小结

在原理图的设计上，学会如何灵活利用“起保停”电路来实现我们所需的控制要求。

另外还学会了如何分工，将整个原理图划分为主回路‘控制回路‘辅助回路灯3个部分，然后分别进行设计。

而在控制回路中，还可以划分为电机控制回路和液压控制回路等两个模块。

这样，经过细分后的原理图，就变得简单明了，设计起来就很容易明确目的，快速的完成任务。

同时，为了实现半自动半手动控制的生产线要求，利用万能转换开关，在设计自动回路时，同时也添加了手动控制按钮，这样就更方便手动调节。

在元器件的选型上，查资料，查询电工手册。

通过查手册中的元器件性能指标表格，。

同时，们在资料中查到了许多经验公式，利用这些经验公式，计算出工业中一些额定电流的裕度。

比如，在熔断器的选择上，就是将电机的参数所计算出的电流值带入经验公式，得出一个电流裕度，然后选取熔断器。

另外，一些工业接线方面的工艺知识；比如，在接点接线时线头不可超过3个；再比如按钮与指示灯的颜色选取是根据工业中约定俗成的习惯而定。

在接线图的设计上，如何将原理图中的电器连接表达到接线图中去。

在此部分，使用接线端子，将各个元件连接到箱体外部的各元件上。

首先，将箱体内部的元件位置进行布置，布置的原则是尽量使箱体内接线路径最短。

然后将各引出线进行编号，临近的元件则不用上端子，直接接到元件即可。

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］.北京：

高等教育出版社，2004.

［5］常晓玲.电气控制系统与可编程控制器［M］.北京：

机械工业出版社，2004.

［6］周军.电气控制与PLC［M］.北京：

机械工业出版社，2001.

［7］邓则名，邝穗芳，程良伦.电器与可编程控制器应用技术（第2版）［M］.北京：

机械工业出版社，2002.