钻床钻孔加工过程自动控制电路设计 课程设计.docx

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钻床钻孔加工过程自动控制电路设计课程设计

<<钻床钻孔加工过程自动控制电路设计>>设计报告

摘要关键字…………………………………………………………………1

第1章系统概述

1.1设计任务及要求………………………………………………………………1

1.2系统框图及实现的原理………………………………………………………2

第2章系统单元的设计与分析

2.1自动循环………………………………………………………………………2

2.2无进给切削……………………………………………………………………3

2.3方案的总体设计………………………………………………………………4

第3章系统电路元器件参数计算及选择

3.1电动机的选择…………………………………………………………………5

3.2低压断路器的选择……………………………………………………………5

3.3熔断器的选择…………………………………………………………………6

3.4交流接触器的选择……………………………………………………………6

3.5继电器的选择…………………………………………………………………6

3.6控制开关的选择………………………………………………………………7

3.7指示灯的选择………………………………………………………………7

3.8控制变压器的选择……………………………………………………………8

3.9电缆线的选择………………………………………………………………8

第4章电气安装接线图的设计

4.1电气安装接线图的原则………………………………………………………8

第5章总结及致谢………………………………………………………8

参考文献…………………………………………………………………………9

附图一元器件清单………………………………………………………9

附图二完整的系统电气图……………………………………………10

摘要：

在现代工业生产中，为了提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的劳动负担，要求实现整个生产工艺过程全盘自动化。

例如机床的自动进刀、自动退刀、工作台往复循环等加工过程自动化，高炉实现整个炼铁过程的自动化等等。

由于自动化程度的提高，只有简单的联锁控制已不能满足要求，需要根据工艺过程的特点进行控制。

这里我们以钻孔加工过程自动化为例介绍实际生产过程自动化的一个重要的基本规律——按控制过程的变化参量进行控制的规律，本文将详细介绍切削加工刀架控制电路系统的设计思路、过程及原理分析，该系统可以实现刀架的自动循环、无进给切削以及快速停车。

最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求，设计方案要合理，机械设计与电气设计应相互配合，确保控制系统安全可靠地工作。

关键字：

刀架无进给切削自动循环

第1章系统概述

1.1设计任务及要求

。

图示1-1出钻床钻孔加工时刀架的自动循环过程。

具体要求如下：

图示为钻床切削加工示意图，钻头和刀架分别由两台5.5kw电机控制、驱动；刀架能够从A点移动到B点自动停车进行无进给切削加工，当孔的加工精度达到要求后自动回到A点停车。

设计相应的控制电路完成上述过程的控制，同时利用热继电器实现电机的过载保护。

画出控制连接图，分析其工作原理；撰写设计报告、调试报告、设计心得。

1.2系统框图及实现的原理

1.2.1系统框图

本系统主要由根据生产工艺要求，用行程作为控制信号，采用行程开关作为测量元件，再将这个变化参量反馈回来作用于控制装置，以达到对控制对象进行自动控制对象进行自动控制的目的。

这一过程可用结构图1-2表示。

图1-2按参量变化进行控制的结构

1.2.2系统具体实现方案

本系统采用继电器为主要控制器件，通过控制电机正反转实现刀架的进退，采用行程开关实现自动循环，利用时间继电器确定无进给切削时间，停车时为了减少辅助工时，采用反接制动来实现快速停车。

系统主要由自动循环、无进给切削和快速停车三个环节组成。

控制方案的实现流程如图1-3：

图1-3控制方案的流程图

第2章系统单元的设计与分析

下面针对控制过程中各自的特殊矛盾，采用不同的控制方法加以解决。

2.1自动循环

为实现刀架自动循环，对电动机的基本要求仍然是启动、停转和反向控制，所不同的是当刀架运动到位置B时能自动地改变电动机工作状态。

总之控制对象要求控制装置根据控制过程位置来改变或终止控制对象的运动。

在实现刀架自动循环过程中，最理想的方法就是由控制装置直接反映控制过程变化参数——行程，使刀架在运动到位置B或A时自动发出控制信号进行控制。

通常采用直接测量位置信号的元件——行程开关来实现这一要求。

采用行程开关直接测量刀架的行程位置，实现钻削加工自动循环。

设计出的控制线路如图2-1所示。

刀架自动循环的控制线路

设计这类电路时大体遵循以下步骤：

1.首先设计主电路因要求电动机实现正反向运转，故采用正反两个接触器KM1和KM2以通、断电路和改变电源相序，如图1-3中主电路所示。

2.确定控制电路的基本部分如起、停按钮及自保环节等，如图1-3所示的控制电路为刀架前进、后退的基本控制线路。

3.设计控制电路的特殊部分在本线路中特殊部分是指自动循环的控制。

这里采用行程开关SQ1和SQ2分别作为测量刀架运动到位置A和B的测量元件，由它们给出的控制信号通过接触器作用于控制对象。

将SQ2的常闭触头串于正向接触器线圈KM1电路中。

SQ2的常开触头于反向起动按钮并联。

这样，当刀架前进到位置B时，SQ2动作，将KM1切断；KM2接通，刀架自动返回。

SQ1的任务是使电动机在刀架反向运动到位置1时自动停转，故将其常闭触头串联于反向接触中，刀架退回到位置A，撞击SQ1，刀架自动停止运动。

4.设置必要的保护环节这里采用了熔断器和热继电器分别实现短路和过载保护。

5.综合审查与简化设计线路上述设计是依据各部分的要求局部进行的。

组成一个整体控制线路后需要全面考虑，检查其动作是否无误，有无寄生电路，能否进一部减少电气元件或触头。

这样对任何按行程控制的自动控制线路，根据生产工艺要求，用行程作为控制信号，采用行程开关作为测量元件，再将这个变化参量反馈回来作用于控制装置，以达到对控制对象进行自动控制对象进行自动控制的目的。

这一过程可用结构图1-2表示。

2.2无进给切削

为了提高加工精度，当刀架移动到位置B时，要求无进给情况下继续切削，短暂时间后刀架再开始退回。

这一控制信号严格讲应根据切削表面情况进行控制。

但切削表面不易直接测量，因此不得不采用间接参数——切削时间来表征无进给切削过程。

切削时间可采用时间继电器来反映。

采用时间继电器来间接测量无进给切削过程的控制电路在图2-1的基础上增加了时间继电器KT，如图2-2所示（主电路相同不在绘出）。

当刀架到达位置B撞击行程开关SQ2，使其常闭触头切断正向接触器KM1，使电动机停止，工作刀架不再进给，但钻头继续旋转进行无进给切削。

同时SQ2的常开触头接通时间继电器KT的线圈，开始计算无进给切削的时间。

到达预定的无进给切削时间后，时间继电器继续动作，使反向接触器KM2线圈通电吸合，于是刀架开始返回。

时间继电器的延时值应根据无进给切削所需要的时间进行调整。

2.3方案的总体设计

上面阐述了按照联锁控制的规律和按照控制过程变化参量进行控制的基本规律。

根据这些基本规律结合生产机械的要求，本系统的总体设计如下图2-4：

钻床钻孔加工电路的总体设计图

按下启动按钮SB2——KM1线圈通电、自锁——电机正转，刀架前进。

到达B时，撞击行程开关SQ1——其动断触点断开，KM1线圈失电，电机停止正转，刀架停止进给，钻头则继续旋转。

同时SQ1的动合触点接通时间继电器KT的线圈电路，开始无进给切削计时。

KT延时时间到后，延时动合触点闭合--KM2线圈通电并自锁，其主触点闭合--电动机反转，刀架开始返回，到达位置A时，撞击行程开关SQ2，其动断触点断开，KM2线圈失电，电动机停止运转，一个周期的工作结束。

第3章系统电路元器件参数计算及选择

3.1电动机的选择

在电动机类型的选择中，优先考虑采用结构简单、价格便宜、使用维护方便的三相交流异步电动机，如一般机床、自动生产线、传送带、风机及各类机泵等电力拖动场合，大量选用普通三相鼠笼式异步电动机。

在本切削加工刀架电路设计中，我们优先选取Y系列电动机Y132S-4。

Y系列电动机为全封闭自扇冷式三相鼠笼型异步电动机，按照国际电工委员会（IEC）标准设计的，本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，例如金属切削、泵、风机、运输机、农业机机械等。

电动机Y132S-4的参数如下表：

型号

功率

千瓦

（KW）

电流

（安）

转速（转每分）

效率（%）

功率

因数（COSφ

堵转转矩/额

定转矩

堵转电流/额定电流

最大转矩/额定转矩

Y132S-4

5.5

11.6

1440

85.5

0.84

2.2

7.0

2.2

我们采取直接启动，启动电流较大，可以达到额定电流的4~7倍，对于某些国产笼型异步电机甚至可以达到8~12倍，我们可取其启动电流I1st=11.6*8=92.8A。

3.2低压断路器的选择

低压断路器又称为自动空气开关，可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。

它功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电路。

自动空气开关的一般选用原则是：

1、自动空气开关的额定电压≥线路额定电压（380V）。

2、自动空气开关的额定电流≥线路计算负载电流。

3、热脱扣器的整定电流=所控制负载的额定电流。

4、电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流≥负载电路正常工作时的峰值电流。

5、自动空气开关欠电压脱扣器的额定电压=线路额定电压（380V）。

对于保护鼠笼型的异步电动机其瞬时电流整定值为8－15倍电动机的额定电流，这里取15倍即I=15×11.6＝174A。

根据要求采用DW15-200型（额定电流为200A，过流脱扣器范围为60～200A，额定电压为380V，电流的有效值为20A）。

3.3熔断器的选择

熔断器主要由熔体、安装熔体的熔管和熔座三部分组成。

熔断器一般不宜作过载保护主要用作短路保护。

熔断器的类型应满足电路要求；熔断器的额定电压应大于或等于电路的额定电压；熔断器的额定电流应大于或等于所装熔体的额定电流。

熔体的额定电流可以有以下几种选择：

1.对于阻性负载的保护，应使熔体的额定电流等于或稍大于电路的工作电流，即：

；

2.对于一台电动机的短路保护，考虑到电动机的起动冲击电流的影响，可按下式选择：

；

3.对于多台电动机应按下式计算：

∑IN

轻载及起动时间短时，系数取1.5，起动负载较重及起动时间长，则取2.5。

3.4交流接触器的选择

正确地选择接触器就是要使得所选用的接触器的技术数据，能满足控制线路对它提出的要求，选择接触器可按下列步骤进行：

1.根据接触器的任务，确定用哪一系列的接触器；

2.根据接触器所控制电路的额定电压确定接触器的额定电压；

3.根据被控制电路的额定电流及接触器安装的条件来确定接触器的额定电流。

如接触器在长期工作制下使用时，其负载能力应适当降低。

这是因为在长期工作制下，触点的氧化膜得不到清除，使接触电阻增大，因而必须降低电流值以保持锄头的允许升温；

4.一般情况下对于控制主电路为交流的应采用交流的控制电路。

电磁线圈的额定电压要与所接