机床电气控制技术课程设计说明书.docx

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机床电气控制技术课程设计说明书

机床电气控制技术课程设计报告

设计课题:

一台摇臂钻床的电气控制技术

姓名:

罗天雄

学院:

安徽农业大学经济技术学院

专业:

08机械设计制造及其自动化

班级:

一班

学号:

08530001

日期

2011年7月1日—2011年7月6日

指导教师:

马德贵

安徽农业大学工学院机电工程系

1.机床电气控制系统设计的基本原则------------------------------------3

2.电气设计的技术要求------------------------------------------------6

3.电力拖动形式-----------------------------------------------------8

4.电气原理图--------------------------------------------------------9

5.电动机及其他元件的选择------------------------------------------10

6.电气位置图-------------------------------------------------------17

7.电气接线图-------------------------------------------------------18

8.电气互连图-------------------------------------------------------19

9.电器元件及导线穿线清单-------------------------------------------20

10.参考文献-------------------------------------------------------21

.

常用的生产机械广泛应用继电接触式控制。

随着计算科学和通信科学的发展，诞生了工业控制计算机的一种典型产品：

可编程控制器（简称：

PLC），随之应用在对生产机械的自动控制中，构成了新型的生产机械可编程控制器控制系统。

在学习了继电接触式典型控制环节、PLC的硬、软件基本知识和一些典型的机床电气设备的控制系统之后，应该能对一般生产机械电力装备控制线路进行分析。

更为重要的是，应能举一反三，对一些生产机械的电气控制系统进行设计并提供一套完整的技术资料。

1.机床电气控制系统设计的基本原则

设计工作的首要问题是必须树立正确的设计思想和群众观点，树立工程实践的观点。

要虚心地向有经验的工人、工程技术人员请教。

由于近代机床的生产效率高，结构型式与机床电气化程度有密切的关系。

因此，机床电气控制系统的设计应与机械部分的设计同时进行并密切配合，共同拟定机床电气控制方案，协同解决在设计中出现的问题。

设计的继电接触式控制系统和PLC控制系统，应同时遵循以下基本原则：

（1）最大限度地满足被控制对象和用户的控制要求，包括功能要求、性能要求；

（2）在满足控制要求的前提下，力求控制系统简单、经济、使用时节约能源；

（3）力求控制系统安全、可靠、使用与维修方便。

1.摇臂钻床简介

摇臂钻床广泛应用于单件和中小批生产中，加工体积和重量较大的工件的孔。

摇臂钻床加工范围广，可用来钻削大型工件的各种螺钉孔、螺纹底孔和油孔等。

摇臂钻床的主要变型有滑座式和万向式两种。

滑座式摇臂钻床是将基型摇臂钻床的底座改成滑座而成，滑座可沿床身导轨移动，以扩大加工范围，适用于锅炉、桥梁、机车车辆和造船等行业。

万向摇臂钻床的摇臂除可作垂直和回转运动外，并可作水平移动，主轴箱可在摇臂上作倾斜调整，以适应工件各部位的加工。

此外，还有车式、壁式和数字遥控摇臂钻床等。

2.摇臂钻床的主要结构

　　摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。

内立柱固定在底座的一端，在他的外面套有外立柱，外立柱可绕内立柱回转360度。

摇臂的一端为套筒，它套装在外立柱做上下移动。

由于丝杆与外立柱连成一体，而升降螺母固定在摇臂上，因此摇臂不能绕外立柱转动，只能与外立柱一起绕内立柱回转。

主轴箱是一个复合部件，由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构、机床的操作机构等部分组成。

主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作，使其在水平导轨上沿摇臂移动。

3.摇臂钻床的运动形式

当进行加工时，由特殊的加紧装置将主轴箱紧固在摇臂导轨上，而外立柱紧固在内立柱上，摇臂紧固在外立柱上，然后进行钻削加工。

钻削加工时，钻头一边进行旋转切削，一边进行纵向进给，其运动形式为：

（1）摇臂钻床的主运动为主轴的旋转运动；

（2）进给运动为主轴的纵向进给；

　　（3）辅助运动有：

摇臂沿外立柱垂直移动，主轴箱沿摇臂长度方向的移动，摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。

4.摇臂钻床控制要求

（1）摇臂钻床运动部件较多，为了简化传动装置，采用4台电动机拖动，他们分别是主轴电动机，摇臂升降电动机，液压泵电动机和冷却泵电动机，这些电动机都采用直接启动方式。

（2）为了适应多种形式的加工要求，摇臂钻床主轴的旋转及进给运动有较大的调速范围，一般情况下多由机械变速机构实现。

主轴变速机构与进给变速机构均装在主轴箱内。

（3）摇臂钻床的主运动和进给运动均为主轴的运动，为此这两项运动有一台主轴电动机拖动，分别经主轴传动机构，进给传动机构实现主轴的旋转和进给。

　（4）在加工螺纹时，要求主轴能正反转。

摇臂钻床主轴正反转一般采用机械方法实现。

因此主轴电动机仅需要单向旋转。

　（5）摇臂升降电动机要求能正反向旋转。

　（6）内外主轴的夹紧与放松、主轴与摇臂的夹紧与放松可用机械操作、电气—机械装置，电气—液压或电气—液压—机械等控制方法实现。

若采用液压装置，则备有液压泵电机，拖动液压泵提供压力油来实现，液压泵电机要求能正反向旋转，并根据要求采用点动控制。

　（7）摇臂的移动严格按照摇臂松开→移动→摇臂夹紧的程序进行。

因此摇臂的夹紧与摇臂升降按自动控制进行。

　（8）冷却泵电动机带动冷却泵提供冷却液，只要求单向旋转。

（9）具有连锁与保护环节以及安全照明、信号指示电路。

主回路:

电源由总开关SK引入，主轴电动机M1单向旋转，由接触器KM1控制。

主轴的正、反转由机床液压系统操作机构配合摩擦离合器实现。

摇臂升降电动机M2由正、反接触器KM2、KM3控制。

液压泵电动机M3拖动液压泵送出压力液以实现摇臂的松开、夹紧以及主轴箱的松开、夹紧，并由接触器KM4、KM5控制正、反转。

冷却泵电动机KM4用开关SA2控制。

控制线路：

1.电动机M1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.摇臂升降电动机M2的控制摇臂上升：

按下升起按钮SB3→时间继电器KT通电→电磁阀YA通电，推动松开机构使摇臂松开。

∟接触器KM4通电→液压泵→电动机M3正转松开机构压下限位开关SQ2→KM4断电→M3停转，停止松开。

∟上升接触器KM2通电→升降电动机M2正转，摇臂上升，到预定位置→松开SB3→上升接触器KM2断电→M2停转，摇臂停止上升。

∟时间继电器KT断电→延时t（s）,KT延时闭合常闭触点闭合→接触器KM5通电→M5反转→电磁阀推动夹紧机构使摇臂夹紧→夹紧机构压动限位开关SQ3→电磁阀YV断电。

∟接触器KM5断电→液压泵电动机M3停转，夹紧停止。

摇臂上升过程结束。

注：

摇臂上升过程和下降过程一样，不同的是由下降启动按钮SB4和下降接触器KM3实现控制。

3.主轴箱和立柱的夹紧与放松控制主轴箱和立柱的夹紧与松开是同时进行的。

松开按下松开按钮SB5→接触器KM4通电→液压泵电动机M3正转，推动松紧机构使主轴箱和立柱分别松开→限位开关SQ复位→松开指示灯HL1亮。

夹紧按下夹紧按钮SB6→接触器KM5通电→液压泵电动机M3反转，推动松紧机构使主轴箱和立柱分别夹紧→压下限位开关SQ4→紧指示灯HL2亮。

4.照明电路变压器T提供24V交流照明电源电压。

5.摇臂升降的限位保护摇臂上升到极限位置压动限位开关SQ2，或下降到极限位置压动限位开关SB1，使摇臂停止升或降。

2.电气设计的技术要求

1.定继电接触式控制系统设计的技术条件；

电气设计的技术条件是整个电气设计的依据，通常以设计技术任务书的形式表示，由有关设计人员根据设备的总体技术方案讨论决定。

在任务书中，除了简要说明所设计的机电设备的名称、型号、用途、工艺过程、技术性能、传动参数以及现场工作条件外，还必须说明以下几点：

1）用户供电电网的种类、电压、频率及容量。

2）有关电力拖动的基本特性，如运动部件的数量和用途、负载特性、调速范围和平滑性，

电动机的起动、反向和制动的要求等。

3）有关电气控制的特性，如电气控制的基本方式。

自动工作循环的组成，自动控制的动

作程序，电气保护及联锁条件等。

4）有关操作方面的要求，如操作台的布置，操作按钮的设置和作用，测量仪器的种类以

及显示、报警和照明要求等。

5）机电设备主要电器元件（如电动机、执行电器和行程开关等）的布置草图。

2.选择电力拖动与控制方案；

3.设计电气控制原理图；

4.选择电动机及其其它电器元件，制定电器元件明细表；

5.绘制机电设备的电气装配图和接线图；

1）绘制电气控制装置的电器布置图

①电器元件在控制板（或柜）上的布置原则

a.体积大和较重的电器应安装在控制板的下面。

b.发热元件应安装在控制板的上面,并注意使感温元件与发热元件隔开。

c.弱电部分应加屏蔽和隔离,防止强电部分以及外界干扰。

d.需要经常维护检修操作调整用的电器（例如,插件部分、可调电阻、熔断器等），安装位置不宜过高或过低。

e.应尽量把外形及结构尺寸相同的电器元件安装在一排,以利于安装和补充加工，而且宜于布置整齐美观。

f.考虑电气维修,电器元件的布置和安装不宜过密,应留有一定的空间位置，以利于操作。

g.电器布置应适当考虑对称,可从整个板考虑对称,也可从某一部分布置考虑对称，具体应根据机床结构特点而定。

②　电器元件的相互位置

各电器元件在控制板上的大体安装位置确定之后,就可着手具体确定各电器之间的距离，它们之间的距离应从如下几方面去考虑。

a.电器之间的距离应便于操作和检修。

b.应保证各电器的电气距离,包括漏电距离和电气间隙。

这些数据可从JB862—66、JB616—65、JB617—65等部颁标准中查阅。

c.应考虑有些电器的飞弧距离,例如自动开关、接触器等在断开负载时形成电弧将使空气电离。

所以在这些地方其电气距离应增加。

具体的电器飞弧距离由制造厂家提供,若由于结构限制不能满足时,则相应的接地或导电部分要用耐弧绝缘材料加以保护。

机床电气控制柜、操纵台、悬挂操纵箱有标准的结构设计,可根据要求进行选择,但要进行补充加工。

如果标准设计不能满足要求,可另行设计。

这时可将所有电器元件按上述原则排在一块板上,移动各个电器元件求出一个最佳排列方案,然后确定控制柜的尺寸。

这种实物排列比用电器元件外形尺寸来考虑排列图更为方便与迅速。

2）绘制电气控制装置的接线图

根据电气原理图和各电气控制装置的电器布置图,绘制电气控制装置的接线图。

绘制机床电气接线图的要求如下：

①电气接线图所有电器元件图形,应按实物,依照左右对称、上下对称的原则绘制。

②电气接线图所有电器元件,应该注明与电气原理图一致的文字符号；接线端子应标注出与电气