机械传动与控制课程设计Word格式.docx

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进给系统采用液压控制，为提高工效，进给速度分快进与工进两种且自动变换。

液压系统中的液压泵拖动电机为Y801-2型（750W、1.9A），由电磁阀（YVl～YV4）控制进给速度，为作要求如表2-1所示。

表2-1液压控制动作要求

YV1

YV2

YV3

YV4

快进

＋

－

工进1（镗孔）

工进2（铰孔）

停

快退

为提高加工精度，主轴采用静压轴承，由Y801-2型电动机拖动高压液压泵产生静压油膜。

2．设计要求

1）主轴为单向运转，停车要求制动（采用能耗制动）。

2）主轴电动机与静压电动机的联锁要求是：

先开静压电动机，静压建立后（由油压继电器控制）才能起动主轴电动机，而停机时，要求先停主轴电动机，后停静压电动机。

3）主轴加工操作，采用两地控制。

加工结束自动停止，手动快退至原位。

4）根据加工动作流程要求，设置镗孔加工及铰孔加工选择。

5）应有照明及工作状态显示。

6）有必要的电气保护和联锁。

3.设计目的

通过机械传动与控制技术课程设计，使学生掌握机械设备电器控制的基本知识、基本原理和基本方法，以培养学生对电气控制系统的分析和设计的基本能力，培养正确的设计思想、分析问题和解决问题的能力、运用标准与规范的能力。

二、系统总体方案设计

2.1控制要求的分析

任务书中控制要求有：

1）主轴为单向运转，停车要求制动（采用能耗制动）。

2）主轴电动机与静压电动机的联锁要求是：

由上述控制要求，可分析出以下几点：

（1）在主回路中仅需对电机的启停进行控制和对动力头电机进行能耗制动的设计，不需控制正反转；

（2）在液压回路的液压泵附近处应添加压力继电器，并在液压控制回路的首端加入该压力继电器的常开触点，以实现满足油压后才能进行其他控制的要求；

（3）控制回路中可添加辅助回路，以控制照明；

（4）在每个电动机的连接处，均接入一个适合的热继电器，以实现过热保护，在主回路中各个支路与主电源相连接处均接入一个适合的熔断器，以实现过流保护（短路保护），而在控制回路与变压器相连处也应接入适合的熔断器，同样实现过流保护。

2.2系统可靠性设计

继电器接触器控制系统：

1、控制方式：

继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。

2、控制速度：

继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。

3、延时控制：

靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。

PLC控制系统：

PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称软接线。

PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。

PLC用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响

综上所述：

采用继电器接触器控制价格低，检修调整方便，简单。

设备质量相对大，安装空间大，适用于控制系统简单，时间控制要求不高的场合。

采用PLC控制价格贵，接线简单，可靠，结构紧凑体积小，适用于控制结构复杂，安装空间小，控制速度高，时间控制要求精确的场合。

三、控制系统设计

3.1原理图

在原理图的设计部分，将其分为2大模块进行分工设计。

其中包括有主电路模块的设计、控制电路模块的设计二部分。

（图号为1）

而在控制电路模块中，将其又分为电机控制电路与液压控制回路两部分。

（图号为2）

3.1.1主电路

主电路的设计中主要应满足一下几点要求：

1）动力头电机应实现能耗制动；

2）动力头电机、液泵电机两者应分开接向主电源，并由不同的接触器控制；

3）两种电机均应实现短路保护（过流保护）与过热保护中间加一个继电器与熔断器；

4）电源处应有一个总闸控制电源的关断，设置为刀开关。

对于要求

（1），动力头的电机接在一个接触器上进行控制，然后在接触器的首位接上一个可控的直流电源（由变压器和整流桥组成）来实现。

对于要求

（2），选用二个接触器来控制二种不同功率的电动机，并分开二个回路来控制即可。

对于要求（3），选用合适的熔断器，在三个回路接向电源出接上相应的熔断器来实现短路保护；

再选用合适的热继电器，在接向电动机处接如相应热继电器来实现过热保护。

对于要求（4），在电源处，添加一个刀开关QG。

具体电路图如下：

图1.主回路电路设计图

3.1.2控制电路

在控制回路中，主要有两部分：

电机控制回路与液压控制回路。

电机控制回路接向110V交流电压，故该回路与主回路相连接时，应将主电源的电压用变压器来降压，以提供110V的两相交流电。

液压控制回路采用PLC来控制。

（1）电机控制回路

在控制电机时，为满足动力头电机的能耗制动，利用时间继电器来控制直流电源的延时断开。

在二种电机的启停控制上，利用接触器的“起保停”电路来控制，分别加入启停按钮。

而在动力头电机的停止上，利用联动开关来控制，以其常闭触点为停止，常开触点为直流电源的接入。

这样，保证了动力头电机的停止，同时也接入了能耗制动。

图2.电机控制回路设计图

（2）液压控制回路

在液压控制回路中，应分为自动控制和手动控制两部分。

在自动控制中，主要由行程开关（SQ1到SQ3）、和按钮SB1来共同控制电磁阀（YV1到YV4）来实现整个动作。

在手动控制中有启动和复位按钮。

其动作表如下：

快进（SB7）

工进1（SQ1镗孔旋钮）

工进2（SQ2铰孔旋钮）

停起（SQ3，SQ4）

快退（SB8）

由上表可知，在设计液压控制回路时。

在表中，SQ1,SQ2为工进信号，SQ3，SQ4为工进停止信号。

则只要有一个行程开关的信号，则应该立即动作。

然后自动结束。

在手动控制中，利用旋钮的转换控制镗孔铰孔。

另外，在控制PLC上加入SB8来手动复位。

3.2元件选型

（1）电动机的选型

根据任务书中要求得知动力头电动机的功率为1.5kw，液泵电动机M1的功率为750W。

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：

M1：

Y100L2—4

M2：

Y801-2

其中，M1功率1.5kW，转速1500r/min；

M3功率0.75kW，转速1400r/min。

（注：

在实际设计当中，应同时考虑工况、班制等选择因素）

（2）熔断器的选型

根据选择出的电机型号，可大致计算该电机工作时的最大电流：

I

=

≈4AI

≈1.9

再根据以下经验公式，计算出所需熔断器的最大允许电流值：

故计算得：

I

=8A

=4A

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

FU0：

RL-60/25,最大熔断电流25A；

FU1：

RL-160/25,最大熔断电流25A；

FU2：

FU3：

RL-15/4,最大熔断电流4A；

FU4：

（3）热继电器的选型

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，得如下结果：

FR1：

JR20-10，整定电流范围3～5A；

FR2：

（5）交流接触器、中间继电器与时间继电器的选型

根据前面计算出的电动机工作电流值，可知交流接触器的工作电流应在4A以内，而由设计的原理图知交流接触器所需要的主触点为4对辅助触点不超过3常开2常闭，再根据380V三相交流电的要求，查手册，可选出交流接触器为：

KM1～KM5型号为CJ0—20，线圈电压为110V。

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5常开2常闭，故查手册，可选择中间继电器如下：

JZ8，6动合，2动断

根据使用要求，除开两个要求触点多的意外，其余中间继电器皆可选择同一型号的，查手册可选择：

JZX5—4，2动合，2动断；

由于动力头电动机的能耗制动时间较短，故可确定在0.4~60s的范围内。

根据110V交流电，查手册，选择时间继电器如下：

KT1：

JS10-01，110V吸引线圈电压，定时时间调节范围0.4~60s。

（6）压力继电器与电磁阀的选型

在整个过程中，压力继电器起到一个传感器的作用，而电磁阀在110V电压下工作，故选其电磁线圈电压应为110V，查手册可得：

压力继电器：

PS6—439，额定电压110V

电磁阀KP：

W220—50，110V50Hz

（7）照明与显示灯的选型

根据经验，一般照明灯使用的是36V交流电，故查手册得，照明灯选择型号为：

PZ220—60。

在设计的系统中，由于在每一个指示灯的地方都有标注，所以统一选为灰色，即H1～H4，型号定为：

AD1—22/212电压6V，灰色。

（8）变压器的选型

由于设计的系统中，需要将380V三相交流电转换成110V、36V、24V等三种不同压值的交流电，故选择变压器时应同时考虑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。

（9）按钮及刀开关的选型

在电路控制中SB7,SB8为手动开关，故选择为黄色，SB1,SB2,SB4,SB6为电机启动停止按钮，故选择绿色，SB3,SB4,SB5为电机停止按钮，选为红色。

电路中照明电路开关为旋钮开关，查手册得：

QS：

DZ20-100/3，蓝色；

而总电源开关选择的是一个刀开关QG.

SQ1~SQ5为行程开关，在电路中的功能几乎相同，故选择型号也相同，查手册可得：

型号为JW2—11Z。

四、小结

通过近几天的努力，我终于成功地完成了这次课设，本次我设计的是专用镗孔机床PLC控制系统，开始我接到这个课题还真不知道该如何下手，因为它涉及到机械类的镗孔机床，我对大型的机床根本没有看到过，更不要说有多了解了，于是我就到图书馆去搜集专用镗孔机床方面的书籍，经过仔细阅读后，我大概了解了专用镗孔机床的构造及其工作原理。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到了许多问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做PLC课设，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

而这次课设也正好锻炼我这一点，这是非常宝贵的经验。