卧式镗床电气控制电路设计.docx
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卧式镗床电气控制电路设计
辽宁工业大学
《电气控制技术》课程设计（论文）
题目：
T617型卧式镗床电气控制电路设计
院（系）：
软件工程学院
专业班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
李宝国
教师职称：
教授
起止时间：
2013.06.17—06.28
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：
教研室：
学号
学生姓名
课程设计（论文）题目
T617型卧式镗床电气控制电路设计
课程设计（论文）任务
要求设计报告严格按照设计要求书写（见附页）。
具体设计包括内容如下：
1、查阅资料，了解镗床的基本结构，掌握运动过程。
2、确定电气传动方案。
3、设计控制电路（包括主电路、控制电路及辅助电路）。
4、详细阐述分析其工作原理。
5、选择各种电器设备（列出清单）。
6、对课程设计进行总结。
指导教师评语及成绩
成绩：
指导教师签字：
年月日
第1章绪论1
第2章T617机床的用途、主要结构和运动2
2.1T617机床的基本组成2
2.2T617卧式镗床加工时运动2
第3章T617卧式镗床的改造原则和流程3
3.1T617卧式镗床改造原则3
3.2T617卧式镗床改造流程3
3.3T617卧式镗床，采用PLC改造其电控系统的具体过程4
第4章设计控制电路6
4.1控制电路的分析6
4.2联锁保护环节分析8
4.3辅助电路分析9
4.4T617型卧式镗床电气图9
第5章调试过程10
5.1主电动机的启动与停止控制10
5.2主电动机的反接制动控制11
5.3主轴变速或进给变速时主电动机的缓转控制12
5.4主轴箱、工作台的快速移动控制13
第6章课程设计总结14
参考文献.................................................................................................................................15
第一章绪论
目前，部分中小型企业及高校仍广泛使用传统的继电器控制机床，这些机床经历了比较长的历史，虽然它能在一定范围内满足单机和自动生产线的需要，但由于它的电控系统是以继电器、接触器的硬连接为基础的，技术上比较落后，特别是其触点的可靠性问题，直接影响了产品质量和生产效率。
而用PLC对它进行技术改造，便能取得很好的效果。
对T617镗床的电气控制线路进行了分析与研究后,T617镗床具有主轴转速高、调速范围宽等功能外；T61镗床的电气控制系统,还存在控制线路上一些复杂性、故障率高、维护工作量大、可靠性差、灵活性差等缺点;给生产与维护带来诸多不便，严重地影响生产。
采用可编程序控制器（PLC）对T617镗床传统的电气控制系统进行改造,在实际生产线上有着明显的效率，这也使整个生产系统带来推动的力量。
PLC对T617镗床控制改造的设计梯形图,提高了T617镗床电气控制系统的可靠性和抗干扰能力；然而PLC对T617镗床的继电器接触式控制系统进行技术改造,从而保证了电控系统的快速性、准确性、合理性,更好地满足了实际生产的需要,提高了经济效益。
使用PLC改造该机床电气系统后，去掉了原机床的5只中间继电器，中间硬件环节的减少使线路简化，电气故障减少，生产效率得到明显提高。
第二章T617机床的用途、主要结构和运动
目前采用继电器控制的旧式普通机床设备仍在企业中广泛使用，特别是在一些工业欠发达地区，这些设备的使用率还比较高，在企业中仍然起着较大的作用。
卧式镗床应用较多，它可以进行钻孔、镗孔、扩孔、铰孔及加工端平面等，使用一些附件后，还可以车削圆柱表面、螺纹，装上铣刀可以进行铣削。
镗床在加工时，一般是将工件固定在工作台上，由镗杆或平旋盘（花盘）上固定的刀具进行加工。
2.1T617机床的基本组成
1）床身：
机床上用于支承和连接若干部件，并带有导轨的基础零件。
2）前立柱：
固定地安装在床身的右端，在它的垂直导轨上装有可上下移动的主轴箱。
3）主轴箱：
其中装有主轴部件，主运动和进给运动变速传动机构以及操纵机构。
4）后立柱：
可沿着床身导轨横向移动，调整位置，它上面的镗杆支架可与主轴箱同步垂直移动。
如有需要，可将其从床身上卸下。
5）工作台：
由下溜板，上溜板和回转工作台三层组成。
下溜板可沿床身顶面上的水平导轨作纵向移动，上溜板可沿下溜板顶部的导轨作横向移动，回转工作台可以上溜板的环形导轨上绕垂直轴线转位，能使要件在水平面内调整至一定角度位置，以便在一次安装中对互相平等或成一角度的孔与平面进行加工。
2.2T617卧式镗床加工时运动
1）主运动：
主轴的旋转与平旋盘的旋转运动。
2）进给运动：
主轴在主轴箱中的进出进给；平旋盘上刀具的径向进给；主轴箱的升降，即垂直进给；工作台的横向和纵向进给。
以上运动合用一台三相异步电动机拖动，用齿轮调速。
3）辅助运动：
回转工作台的转动；主轴箱、工作台等的进给运动上的快速调位移动；后立柱的纵向调位移动；尾座的垂直调位移动。
第三章T617机床的改造原则和流程
3.1T617卧式镗床改造的原则
1）应最大限度地满足被控设备或生产过程的控制要求。
2）在满足要求的前提下，力求系统简单经济、操作方便。
3.2T617卧式镗床改造的流程
1）确定控制对象，明确控制任务和设计要求，要了解工艺过程和机械运动与电气执行元件之间的关系和对电控系统的控制要求，拟定控制系统设计的技术条件。
2）制定控制方案，进行PLC选型。
根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定电控系统的工作方式。
通过研究工艺过程和机械运动的各个步骤和状态，来确定哪些信号需要输入PLC，哪些信号要由PLC输出，哪些负载要由PLC驱动，分门别类统计出各输入输出点。
3）设计I/O连接。
编制I/O分配表、绘制I/O接线图。
同类型的输入或输出点尽量集中在一起，连续分配，这样有利于程序编写和阅读。
3.3T617卧式镗床，采用PLC改造其电控系统的具体过程
1）首先必须对原始资料进行详细的了解，明确机床的各控制过程后确定改造方案。
2）通过了解电力拖动控制要求与控制特点，进而详细分析了原有电力拖动控制线路
3）编制I/O分配表，绘制I/O接线图。
各个输入、输出点的PLCI/O地址分配如表1所示，I/O接线图如图2所示。
表1各个输入/输出点的PLCI/O地址分配
序号
输入器件
输入地址
序号
输入器件
输入地址
1
1TA停止按钮
X0
1
KM1（1C）接触器
Y1
2
2QA正转启动按钮
X1
2
KM2（2C）接触器
Y2
3
3QA反转启动按钮
X2
3
KM3（3C）接触器
Y3
4
4QA正转点动
X3
4
KM4（4C）接触器
Y4
5
5QA反转点动
X4
5
KM5（5C）接触器
Y5
6
1XK主轴变速
X5
6
2ZSD低速脉动指示灯
Y6
7
2XK进给变速
X6
8
3XK快进
X10
9
4XK快退
X11
10
SDJ2速度继电器（正转通）
X12
11
SDJ3速度继电器（反转通）
X13
图2I/O接线图
第四章设计控制电路
4.1控制电路的分析
（1）M1主电动机的点动控制。
由主电动机正反转接触器KM1、KM2、正反转电动按钮SB3、SB4组成M1电动机正反转控制电路。
点动时，M1三相绕组接成三角形且串入电阻R实现低速点动。
以正向点动为例，合上电源开关QS，按下SB3按钮，KM1线圈通电，主触头接通三相正相序电源，KM1（4-14）闭合，KM6线圈通电，电动机M1三相绕组结成三角形，串入电阻R低速启动。
由于KM1、KM6此时都不能自锁故为点动，当松开SB3按钮时，KM1、KM6相继断电，M1断电而停车。
反向点动，由SB4、KM2和KM6控制。
其原理与正向点的相似。
（2）M1电动机正反转控制。
M1电动机正反转由正反转启动按钮SB1、SB2操作，由中间继电器KA1、KA2及正反转接触器KM1、KM2，并配合接触器KM3、KM6、KM7、KM8来完成M1电动机的可逆运行控制。
M1电动机启动前主轴变速，进给变速均已完成，即主轴与进给变速手柄置于推合位置，此时行程开关SQ1、SQ3被压下，触头SQ1（10-11）,SQ3（5-10）闭合。
当选择M1低速运转时，将主轴速度选择手柄置于“低速”档位，此时经速度选择手柄联动机构使高低速行程开关SQ处于释放状态，其触头SQ（12-13）断开。
按下SB1、KA1通电并自锁，触头KA1（11-12）闭合，使KM3通电吸合；触头KM3（5-18）闭合与KA1（15-18）闭合，使KM1线圈通电吸合，触头KM1（4-14）闭合又使KM6线圈通电。
于是，M1电动机定子绕组接成三角形，接入正相序三相交流电源全压起动低速正向运行。
反向低速起动运行是由SB2、KA2、KM3、KM2和KM6控制的，其控制过程与正向低速运行相类似，此处不再复述。
（3）M1电动机高低速的转换控制。
行程开关SQ是高低速的转换开关，即SQ的状
态决定M1是在三角形接线下运行还是在双星形接线下运行。
SQ的状态是由主轴孔盘变速机构机械控制，高速时SQ被压动，低速时SQ不被压动。
以正向高速起动为例，来说明高低速转换控制过程。
将主轴速度选择手柄置于“高速”档，SQ被压动，触头SQ（12-13）闭合。
按下SB1按钮，KA1线圈通电并自锁，相继使KM3、KM1和KM6通电吸合，控制M1电动机低速正向起动运行；在KM3线圈断电的同时KT线圈通电吸合，待KT延时时间到，触头KT（14-21）断开使KM6线圈断电释放，触头KT（14-23）
闭合使KM7、KM8线圈通电吸合，这样，使M1定子绕组由三角形接法自动换接成双
星形接线，M1自动由低速变为高速运行。
由此可知，主电动机在高速档为两级起动控制，以减少电动机高速档起动时的冲击电流。
反向高速档起动运行，是由SB2、KA2、KM3、KT、KM2、KM6和KM7、KM8控制的，其控制过程与正向高速起动运行相类似。
（4）M1电动机的停车的制动控制。
由SB6停止按钮、KS速度继电器、KM1和KM2组成了正反向反接制动控制电路。
下面仍以M1电动机正反运行时的停车反接制动为例加以说明。
若M1为正反低速运行，即由按钮SB1操作，由KA1、KM3、KM1和KM6控制使M1运转。
欲停车时，按下停止按钮SB6,使KM1、KM3、KM1和KM6相继断电释放。
由于电动机M1正转时速度继电器KS-1（14-19）触头闭合，所以按下SB6后，使KM2线圈通电并自锁，并使KM6线圈仍通电吸合。
此时M1定子绕组仍接成三角形，并串入限流电阻R进行反接制动，当速度降至KS复位转速时KS-1（14-19）断开，使KM2和KM6断电释放，反接制动结束。
若M1为正向高速运行，即由KA1、KM3、KM1、KM7、KM8控制下使M1运转。
欲停车时，按下SB6按钮，使KA1、KM3、KM1、KM7、KM8线圈相继断电，于是KM2和KM6通电吸合，此时M1定子绕组接成三角形，并串入不对称电阻R反接制动。
M1电动机的反向高速或低速运行时的反接制动，与正向的类似。
都使M1定子绕组接成三角形接法，串入限流电阻R进行，由速度继电器控制。
（5）停车变速。
由SQ1-SQ4、KT、KM1、KM2和KM6组成主轴和进给变速时的低
速脉动控制，以便齿轮顺利齿合。
因为进给运动未进行变速，进给变速手柄处于推回状态，进给变速开关SQ3、SQ4均为受压状态，触头SQ3（4-14）断开，SQ4（17-15）断开。
主轴变速时，拉出主轴变速手柄，主轴变速行程开关SQ1、SQ2不受压，此时触头SQ1（4-14），SQ2（17-15）由断开状态为接通状态，使KM1通电并自锁，同时也使KM6通电吸合，则M1串入电阻R低速正向起动。
当电动机转速达到140r/min左右时，KS-1（14-17）常闭触头断开，KS-1（14-19）常开触头闭合，使KM1线圈断电释放，而KM2通电吸合，且KM6仍通电吸合。
于是，M1进行反接制动，当转速降到100r/min时，速度继电器KS释放，触头复原KS-1（14-17）常闭触头由断开变为接通，KS-1（14-19）常开触头由接通变为断开，使KM2断电释放，KM1通电吸合，KM6仍通电吸合，M1又向低速起动。
（6）运行中变速控制。
主轴或进给变速可以再停车状态下运行，也可在运行中进行
变速。
下面以M1电动机正向高速运行中的主轴变速为例，说明运行中变速的控制过程。
M1电动机在KA1、KM3、KT、KM1和KM7、KM8控制下高速运行。
此时要进行主轴变速，欲拉出主轴变速手柄，主轴变速开关SQ1、SQ2不再受压，此时SQ1（10-11）触头由接通变为断开，SQ1（4-14）、SQ2（17-15）触头由断开变为接通，则KM3、KT线圈断电释放，KM1断电释放，KM2通电吸合，KM7、KM8断电释放，KM6通电吸合。
于是M1定子绕组接为三角形联结，串入限流电阻R进行正向低速反接制动，使M1转速迅速下降，当转速下降到速度继电器KS释放转速时，又由KS控制M1进行正向低速脉动转动，以利齿轮啮合。
待推回主轴变速手柄时，SQ1、SQ2行程开关压下，SQ1常开触头由断开变为接通状态。
此时KM3、KT和KM1、KM6通电吸合，M1先正向低速（三角形联结）起动，后在时间继电器KT控控制下，自动转为高速运行。
由上述可知，所谓运行中变速是指机床拖动系统在运行中，可拉出变速手柄进行变速，而机床电气控制系统可使电动机接入电气制动，制动后又控制电动机低速脉动旋转，以利齿轮啮合。
待变速完成后，推回变速手柄又能自动起动运转。
（7）快速移动控制。
主轴箱、工作台或主轴的快速移动，由快速手柄操纵并联动SQ7、SQ8行程开关，控制接触器KM4或KM5,进而控制快速移动电动机M2正反转来实现快速移动。
将快速手柄扳到反向位置，SQ7、SQ8均不被压动，M2电动机停转。
若将快速手柄扳到正向位置，SQ7压下，KM4线圈通电吸合，M2正转，使相应部件正向快速移动。
反之，若将快速手柄扳到反向位置，则SQ8压下，KM5线圈通电吸合，M2反转，相应部件获得反向快速移动。
4.2联锁保护环节分析
（1）主轴箱或工作台与主轴机进给联锁。
为了防止在工作台或主轴箱机动进给时出现将主轴或平旋盘刀具溜板也扳到机动进给的误操作，安装有与工作台、主轴箱进给操纵手柄有机械联动的行程开关SQ5，在主轴箱上安装了与主轴进给手柄、平旋盘刀具溜板进给手柄有机械联动的行程开关SQ6。
若工作台或主轴箱的操作手柄扳在机动进给时，压下SQ5，其常闭触头SQ5（3-4）断开；若主轴或平旋盘刀具溜板进给操纵手柄在机动进给时，压下SQ6，其常闭触头SQ6（3-4）断开，所以，当这两个进给操作手柄中的任一个扳在机动进给位置时，电动机M1和M2都可起动运行。
但若两个进给操作手柄同时扳在机动进给位置时，SQ5、SQ6常闭触头都断开，切断了控制电路电源，电动机M1、M2无法起动，也就避免了误操作造成事故的危险，实现了联锁保护作用。
（2）M1电动机正反转控制、高低速控制、M2电动机的正反转控制均设有互锁控制环节。
（3）熔断器FU1-FU4实现短路保护；热继电器FR实现M1过载保护；电路采用按钮，接触器或继电器构成的自锁环节具有欠电压与零电压保护作用。
4.3辅助电路分析
T617卧式镗床设有36V安全电压局部照明灯EL，由开关SA手动控制。
电路还设有6．3V电源指示灯HL。
4.4T617型卧式镗床电气图
图3电气图
第五章调试过程
5.1主电动机的起动与停止控制
主电动机共有正向点动、反向点动、正向低速转动、反向低速转动、正向高速转动和反向高速转动六种运动方式。
1）主电动机的正向点动控制
按下正向点动按钮SB3，输入继电器I0.3得电，输出继电器Q0.1得电，同时输出继电器Q0.6也得电，交流接触器KMl、KM6通电吸合，其主触点闭合，接通电源。
这时，因为接触器KM7和KM8无电，所以主电动机定子绕组接成三角形。
又因为交流接触器KM3无电，所以限流电阻R串接入主电动机的电源电路中。
这样，主电动机定子绕组接成三角形，经限流电阻R接通三相电源，主电动机起动正向旋转。
松开正向点动按钮SB3，输入继电器I0.3断电，输出继电器Q0.1断电，同时输出继电器Q0.6也断电，接触器KMl和KM6断电释放，他们的主触点断开，切除电源，主电动机停转。
2）主电动机的反转点动控制
控制线路及其控制原理均和正向点动相似，只要把点动按钮SB3换成SB4，输入继电器I0.3换成I0.4，输出继电器Q0.1换成Q0.2，交流接触器KMl换成KM2即可。
3）主电动机正向低速转动控制
主电动机低速转动时，限位开关SQ的动合触点处于断开位置，SQ3和SQl处于闭合位置。
按下主电动机正向起动按钮SB1，输入继电器I0.1得电，内部继电器M0.1得电并自锁，输出继电器Q0.3得电，Q0.3与M0.1的得电，又使输出继电器Q0.1得电，Q0.1的得电，又使输出继电器Q0.6得电。
输出继电器Q0.3、Q0.1、Q0.6的相继得电，使接触器KM3、KMl和KM6得电。
KM3的主触点闭合，将限流电阻R短路。
KMl的主触点闭合，引入三相电源。
KM6的主触点闭合，接通主电动机M1的三相电源。
因为高速转动交流接触器KM7和KM8无电，所以主电动机定子绕组接成三角形，在全电压（不经限流电阻R）下起动正向低速旋转。
4）主电动机反向低速转动控制
控制线路及其控制原理均和正向低速转动时相似，只要把正向转动起动按钮SBl换成反向转动起动按钮SB2，输入继电器I0.1换成I0.2，内部继电器M0.1换成M0.2，输出继电器Q0.1换成Q0.2，接触器KMl换成KM2即可。
5）主电动机正向高速转动控制
需要主电动机高速转动时，通过变速机构的机械动作，将行程开关SQ的动合触点闭合．输入继电器I0.0得电，为时间继电器T37的得电作准备．
按下正向转动起动按钮SBl，输入继电器I0.1得电，内部继电器M0.1得电并自锁．输出继电器Q0.3、Q0.1、Q0.6得电，交流接触器KM3、KMl、KM6先后得电吸合，主电动机定子绕组接成三角形在全电压下正向低速转动。
Q0.3得电的同时，时间继电器T37得电．经过3秒左右的延时，时间继电器T37延时断开的动断触点断开，输出继电器Q0.6断电，低速转动接触器KM6断电释放。
同时，时间继电器T37延时闭合的动合触点闭合，输出继电器Q0.7得电，高速转动接触器KM7和KM8通电吸合，将主电动机定子绕组接成双星形并重新接通三相电源，使主电动机从低速正向转动变为高速正向转动。
6）主电动机反向高速转动控制
控制线路及其控制原理均和正向高速转动相似，只要把正向转动起动按钮SB1换成反向转动起动按钮SB2，输入继电器I0.1换成I0.2，内部继电器M0.1换成M0.2，输出继电器Q0.1换成Q0.2，接触器KMl换成KM即可。
5.2主电动机的反接制动控制
反接制动由停止按钮SB5和速度继电器SR控制。
速度继电器分为正转SRl和反转SR2两种，在电动机转速较高时，SRl（正转时）和SR2（反转时）的动合触点闭合。
当电动机转速降到速度继电器的复位转速时，速度继电器的动合触点断开。
1）主电动机正向转动时的反接制动控制线路
主电动机正向转动时，正向速度继电器SRl的动合触点闭合。
需要停车时，按下停止按钮SB5，输入继电器I0.5动断触点断开。
如果原来为低速转动，交流接触器KMl、KM3、KM6断电释放；如果原来为高速转动，则交流接触器KMl、KM3、KM7、KM8断电释放，限流电阻R接入电动机电路。
虽然电动机已和电源断开，但由于惯性作用，主电动机仍以较高的速度正向转动，速度继电器SRl触点为闭合状态。
在按下SB5时，输入继电器I0.5其动合触点闭合，输出继电器Q0.2得电，交流接触器KM2的线圈通电吸合。
同时，输出继电器Q0.6得电，接触器KM6的线圈吸合。
接触器KM2和KM6的主触点闭合，经限流电阻R接通主电动机的三相电源，主电动机进行反接制动，转速立即下降。
当主电动机的转速下降到速度继电器的复位转速时，速度继电器SRl的动合触点断开，输入继电器I0.6断电，输出继电器Q0.2、Q0.6断电，接触器KM2和KM6的线圈先后断电释放，它们的主触点断开，切除主电动机的电源，主电动机停转，反接制动结束。
2）主电动机反向转动时的反接制动控制
控制线路及其控制原理均和正向转动时的反接制动相似，只要将正向转动速度继电器SRl换成反向转动速度继电器SR2，输入继电器I0.6换成I0.7，输出继电器Q0.2换成Q0.1，将交流接触器KM2换成KMl，即可．
5.3主轴变速或进给变速时主电动机的缓转控制
该机床的主轴变速和进给变速既可在主电动机停车时进行，也可在机床正常运行时进行。
变速时主电动机可缓转以利于齿轮进入良好的啮合状态。
1）主电动机在主轴变速时的缓转控制
主轴变速时，将变速孔盘拉出，拉动限位开关SQl，使动合触点断开，输入继电器I1.0断电，同时也放开限位开关SQ2，它的动合触点断开，输人继电器I1.1断电，选好主轴转速后，将孔盘推入。
如滑移齿轮和固定齿轮发生碰赤现象，则变速孔盘不能推回原位。
机床主轴变速时，如果主电动机处于停转状态，速度继电器SRl的动合触点断开，输入继电器I0.6断电．由于输入继电器I1.0、I1.1、I0.6的断电，I1.1的动断触点闭合，使输出继电器Q0.1、Q0.6相继得电，所以接触器KMl、KM6通电吸合，其主触点闭合，经限流电阻R接通主电动机的三相电源，主电动机的定子绕组接成三角形，正向旋转。
主电动机的转速逐渐升高到一定程度之后，正向速度继电器SRl的动合触点闭合，输入继电器I0.6得电，输出继电器Q0.1断电，接触器KMl的线圈断电释放。
KMl的主触点断开，切断主电动机的电源，主电动机在惯性作用下继续正向转动。
输入继电器I0.6得电同时输出继电器Q0.2得电，接触器KM2通电吸合．接触器KM6仍然得电吸合。
KM2、KM6的主触点闭合，接通主电动机的电源，主电动机经限流电阻R进行反接制动，转速迅速下降。
当主电动机的转速下降到速度继电器的复位转速时，速度继电器的动合触点断开，KM2断电释放。
KMl又得电吸合，主电动机重复上述动作。
这样间歇地起动与反接制动，使主电动机处于缓慢转动状态，有利于齿轮进行良好啮合。
如果变速前主电动机处于停转状态，则变速后主电动机仍然停转。
如果变速前主电动机处于正向低速转动，内部继电器M0.1仍处于得电自锁状态，则变速后接触器KM3、KMl和KM6又得电吸合，主电动机在变速之后仍然正向低速转动。
如果变速前主电动机处于反向低速转动，由于内部继电器M0.2的工作状态不变，变速后接触器KM2、KM3和KM6又得吸合，所以主电动机仍然反向低速转动。
同样道理，如果变速前主电动机处于正向或反向高速转动状态，变速后先进入正向或反向低速转动，经过3s左右的延时，主电动机自动转为正向或反向高速旋转。
2）进给变速时主电动机的缓转控制原理分析
在进给变速时，如果主电动机正在旋转，也同样能够自行停止转动。
在滑移齿轮和固定齿轮未齿合好之前，主电动机也是进行缓转．在齿轮啮合好之后，主电动机又恢复到变速前的状态。
其控制线路及控制原理均和主轴变速相似，只要把限位
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