专用镗孔机床的电气控制系统设计说明书.docx
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东北林业大学
课程设计
论文题目：
专用镗孔机床的电气控制系统设计
学生：
指导教师：
学院：
机电工程学院
专业：
机械电子工程2009级3班
2012年7月
课程设计任务书
论文题目专用镗孔机床的电气控制系统设计
指导教师
专业机械电子工程2009级3班
学生
2012年7月13日
题目名称：
专用镗孔机床的电气控制系统设计
任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求）
机床概述：
专用镗孔机床用于大批量生产某零件的镗孔与铰孔加工工序。
机床主运动采用动力头，由Y100L—6型（1.5kW-4A）三相异步电动机拖动，单向运转。
该设备能进行镗孔加工，当更换刀具和改变进给速度时，亦能进行铰孔加工（有镗孔与铰孔加工选择），加工动作流程如图1所示。
快进
快退
（手动操作）
原位
起动
SQ5
SQ1
工进1
SQ3
（停）
快进
快退
（手动操作）
原位
起动
SQ5
SQ2
工进2
SQ4
（停）
a） b）
图1加工动作流程图
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，且可以自动变换。
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，动作要求如表1所示。
表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。
控制要求：
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：
先起动静压电动机，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。
任务内容：
1．采用继电器-接触器控制，设计该机床的电气控制系统。
（1）根据控制要求设计主电路；
（2）根据主电路的控制要求设计控制电路；
（3）根据照明、指示、报警等要求设计辅助电路；
（4）正确、合理地选择各电器元件，编制元件目录表。
（5）按GB6988《电气制图》标准绘制电气原理线路图，并按GB5094《电气技术中的项目代号》要求标注器件的项目代号。
2．采用PLC控制，设计该机床的电气控制系统。
1）根据控制要求选择PLC型号，并分配I/O端口；
2）设计I/O电路、选择电气元件。
3）绘制控制程序梯形图，编制用户程序语句表并进行模拟调试。
3．撰写课程设计说明书（按东北林业大学毕业论文格式撰写）。
主要包括以下内容：
①总体方案的选择说明。
②原理线路设计说明（各控制要求如何实现）。
③主要参数计算及主要电器元件选择说明，编制元件明细表。
④附上控制原理图、梯形图等设计图纸。
（注：
要求提交纸质文件和电子版各一份）
设计参考资料
电气控制原理与设计、机电传动控制及其他有关教材；电工手册；工厂常用电气设备手册；低压电器手册；PLC编程手册；其他设计手册等。
目录
1专用镗床的电气控制线路分析 1
1.1镗床的主要结构 1
1.3镗床的电力拖动方式及电气控制要求 1
2专用镗床继电器接触器控制系统设计 2
2.1专用镗床继电器-接触器控制系统主电路设计 2
2.2专用镗床接触器-继电器控制系统控制线路设计 3
2.3专用镗床接触器-继电器控制系统控制流程 4
2.4镗床接触器-继电器控制系统控制过程 4
3镗床继电器接触器控制系统主要原件的选择 5
3.1电动机的选择 5
3.2接触器的选择 6
3.3中间继电器的选择 6
3.4熔断器的选择 6
3.5专用镗孔机床各主要电气元件型号选择一览表 7
4专用镗孔机床可编程控制器控制系统设计 7
4.1专用镗孔机床可编程控制器控制系统I/O口分配表 7
4.2专用镗床可编程控制器控制系统硬件接线图 9
4.3专用镗孔机床可编程控制器控制系统梯形图 10
4.4专用镗床可编程控制器控制系统控制过程 12
4.5专用镗床可编程控制器控制系统CPU的选择 12
5结束语 13
参考文献
1专用镗床的电气控制线路分析
1.1镗床的主要结构
镗床的床身是一个整体铸件，在它的一端固定有前立柱，在前立柱的垂直导轨上又安装有镗头架，镗头架可沿垂直导轨上下移动。
在镗头架里集中里装有主轴、变速箱、进给箱和操纵机构等部件。
切削刀具一般安装在镗轴前端的锥形孔里，或安装在花盘的刀具溜板上。
在切削过程中，镗轴一面旋转，一面沿轴向作进给运动，而花盘只能旋转，装在他上面的刀具溜板可作垂直主轴轴线方向的径向进给运动，镗轴和花盘轴分别通过各自的传动链传动，可以独立转动。
后立柱位于镗床床身的另一端，后立柱上的尾座用来支撑装夹在镗轴上的镗杆末端，它与镗头架同时升降，两者的轴线始终在同一水平直线上。
根据镗杆的长短，可通过后立柱沿床身水平导轨的移动来调整前、后立柱之间的距离。
1.2镗床的运动形式
（1）主运动：
镗轴和花盘的旋转运动
（2）进给运动：
镗轴是轴向进给、花盘上刀具的径向进给、镗头架的垂
直进给、工作台的横向和纵向进给。
（3）辅助运动：
工作台的回转、后立柱的轴向水平移动、尾座的垂直移动及各部分的快速移动。
1.3镗床的电力拖动方式及电气控制要求
镗床由两台电动机拖动：
主轴电动机M1和静压电动机M2。
主轴电动机M1用来驱动镗轴或花盘的旋转，并通过变速箱的传动产生镗轴、花盘；
静压电机M2用于启动时先于主轴运动产生静压油膜，当停车时，主轴先停止运动之后静压电机停止动作；
工作台及镗头架的进给运动通过液压缸及两个三位五通阀进行控制；
镗床的电气控制要求如下：
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：
先起动静压电动机，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。
2专用镗床继电器接触器控制系统设计
2.1专用镗床继电器接触器控制系统主电路设计图
继电器接触器控制主电路图如图2-1。
图2-1主电路设计图
主电路中设计主电机M1、静压电机M2，熔断器FU和FU1。
熔断器FU用作电源保护、FU1用于短路保护。
接触器KM1主触点控制主电动机的启动、接触器KM2的主触点控制静压电机；接触器KM3主触点以及RP和变压器组成主电动机的能耗制动；FR为热继电器保护电路。
由于主电动机选用Y100L—6型（1.5kW-4A）三相异步电动机，则电动机的空载电流I0为I0=（30%~40%）*4A=（1.2~1.6）A。
变压器二次侧电压取U2=1.11RIZ
变压器二次侧电流I2=1.11IZ。
变压器容量为S=U2I2。
2.2专用镗床接触器继电器控制系统控制线路设计
镗床RLC控制线路如图2-2。
图2-2RLC控制线路设计
其中：
SB1为紧急停止按钮、SB2为启动按钮；
SB3为工作台运动到工进停止位置后的手动复位开关；
SA为镗孔/铰孔选择开关；
SQ1为在镗孔工作下的工进开始位行程按钮；
SQ2为在铰孔工作下的工进开始位行程按钮；
SQ3为在镗孔工作下工进自动结束行程按钮；
SQ4为在铰孔工作下工进自动结束行程按钮；
SQ5为停止位行程开关；
QS为照明电路开关。
2.3专用镗床接触器继电器控制系统控制流程
镗床控制流程图见下图2-3
图2-3控制流程图
2.4镗床接触器继电器控制系统控制过程
按下开始按钮SB2接触器线圈KM2得电，KM2主触点闭合，静压电动机启动；KM2辅助触点闭合，在SB2处形成自锁。
在按下开始按钮SB2的同时，时间继电器KT1得电；延时时间到，时间继电器触点KT1闭合；中间继电器KA1得电；中间继电器KA1触点闭合，在KT1触点处形成自锁并且使接触器KM1线圈得电。
接触器KM1线圈得电，KM1主触点闭合，主电动机启动；KM1辅助触点闭合在KA1辅助触点处形成自锁并且使电磁阀线路接通。
通过主令控制器SA选择工作方式，使KA3或KA4中间继电器得电。
1）选择进行镗孔控制
①线圈KA3得电，中间继电器KA3触点闭合，电磁阀控制部分得电。
②YV1、YV4通电，快进。
③运动到行程开关SQ1，SQ1常闭触点断开；只有YV1通电，工进，镗孔。
④运动到行程开关SQ3，SQ3常闭触点断开；电磁阀控制部分断电，停车。
⑤按下复位按钮SB3，中间继电器KA2线圈得电；KA2辅助触点闭合，在SB3处行成自锁并且YV1、YV3通电，运动台快退。
⑥运动到行程开关SQ5，SQ5组合开关按下；接触器KM1断电，KM1主触点断开，切断电动机电源；接触器KM3、时间继电器KT得电；KM3的主触点闭合，给电动机两相绕组通入直流电流，进行能耗制动；延时时间到，KT触点断开，KM2线圈断电，主触点断开切断直流电源。
2）选择进行铰孔控制
①线圈KA4得电，中间继电器KA3触点闭合，电磁阀控制部分得电。
②YV1、YV4通电，快进。
③运动到行程开关SQ2，SQ2常闭触点断开、常开触点闭合；YV1、YV2通电，工进，铰孔。
④运动到行程开关SQ4，SQ4常闭触点断开；电磁阀控制部分断电，停车。
⑤按下复位按钮SB3，中间继电器KA2线圈得电；KA2辅助触点闭合，在SB3处行成自锁并且YV1、YV3通电，运动台快退。
运动到行程开关SQ5，SQ5组合开关按下；接触器KM1断电，KM1主触点断开，切断电动机电源；接触器KM3、时间继电器KT得电；KM3的主触点闭合，给电动机两相绕组通入直
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