机床电气控制课程设计普通卧式车床的电气控制系统设计.docx
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机床电气控制课程设计普通卧式车床的电气控制系统设计
机床电气控制技术课程设计报告
设计课题:
一台普通卧式车床的电气控制系统设计
姓名:
学院:
专业:
班级:
学号:
日期
指导教师:
绪论
卧式车床是机械加工中常用的金属切削机床，电气控制系统是生产机械设备的重要组成部分，保证机械设备生产工艺，它保证机械设备安全可靠工作以及实现操作自动化。
我们主要对其电气系统进行分析与学习。
第一章车床的运动形式
1．1主运动
车床的主运动是工件的旋转运动，它是由主轴通过卡盘或顶尖带动工件旋转。
1．2进给运动
车床的进给运动是带动刀具作纵向或横向的直线移动，也就是使切削能连续进行下去的运动。
1．3辅助运动
车床的辅助运动包括刀架的快进与快退，尾架的移动与工件的夹紧与松开等。
第二章电源形式
2．1电源形式
主电路采用交流380V电源直接供电，对于比较复杂的控制线路，应采用控制电源变压器，将控制电压由交流380V或220V降至110V或48V、24V等，这是从安全角度考虑的。
本设计由控制变压器将交流380V变换成110V、24V、和6V分别供给控制回路、照明回路和信号回路。
第三章电气元件的选择
3．1电器元件的选择
3．1.1热继电器
利用电流的热效原理来工作的保护电器
主要用作：
三相异步电动机的过载保护
由按钮、接触器、热继电器等组成的异步电动机直接起动控制电路
热继电器的图形和文字符号
3．1．2交流接触器KM
用来频繁的接通和分断交直流主回路和大容量控制电路。
主要控制对象是电动机，能实现远距离控制，并有欠（零）电压保护功能。
交流接触器图形符号和文字符号
3．3．3熔断器
作用：
利用金属的熔化来切断电路，以保护电器，短路保护。
熔断器图形符号和文字符号
3．3．4按钮
按钮，是一种常用的控制电器元件，常用来接通或断开‘控制电路’（其中电流很小），从而达到控制电动机或其他电气设备运行目的的一种开关。
3．3．5行程开关
行程开关，位置开关（又称限位开关）的一种，是一种常用的小电流主令电器。
在电气控制系统中，位置开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测。
用于控制机械设备的行程及限位保护。
位置开关的图形符号及文字符号
3．3．6信号灯HL。
型号：
DX1-0规格：
白色，配6V0.15A灯泡作用：
电源指示灯
因为变压后的电源为6V，所以选用DX1-0型的信号灯。
3．3．7机床照明灯EL。
型号：
K-1，螺口规格：
40W36V作用：
机床局部照明
因为在经过电源变压后变为36V的电源电压，所以用36V的K-1型的照明灯。
3．3．8断路器QF。
因为QF保护主电路所以用：
AM2-40、20A型的熔断器。
3．3．9控制变压器TC。
控制变压器和普通变压器原理没有区别.只是用途不同.控制变压器:
用途广泛,可做升压,亦可做降压用.。
表电动机及电器元件明细表
符号
名称
符号
名称
M1
主电动机
SB1
总停按钮
M2
冷却泵电动机
SB2
主电动机正向点动按钮
M3
快速移动电动机
SB3
主电动机正转按钮
KM1
主电动机正转接触器
SB4
主电动机反转按钮
KM2
主电动机反转接触器
SB5
冷却泵电动机停转按钮
KM
短接限流电阻接触器
SB6
冷却泵电动机起动按钮
KM4
冷却泵电动机起动接触器
TC
控制变压器
KM3
快移电动机起动接触器
FU（1~5）
熔断器
KA
中间继电器
FR1
主电动机过载保护热继
电器
KT
通电延时时间继电器
FR2
冷却泵电动机保护热继电器
SQ
快移电动机点动行程开关
R
限流电阻
SA
开关
EL
照明灯
KS
速度继电器
TA
电流互感器
A
电流表
QS
隔离开关
第四章电气控制原理图的分析
4．1主回路的电气系统
如图1所示，在主电路中，一共有三台电动机。
M1为主轴电动机，带动主轴旋转和刀架作进给运动；M2为冷却泵电动机，用来输送切削液；M3为刀架快速移动电动机。
4．1.1主电动机正反转
KM1与KM2分别为交流接触器KM1与KM2的主触头。
根据电气控制基本知识分析可知，KM1主触头闭合、KM2主触头断开时，三相交流电源将分别接入电动机的U1、V1、W1三相绕组中，M1主电动机将正转。
反之，当KM1主触头断开、KM2主触头闭合时，三相交流电源将分别接入M1主电动机的W1、V1、U1三相绕组中，与正转时相比，U1与W1进行了换接，导致主电动机反转。
4．1.2主电动机全压与减压状态
当KM主触头断开时，三相交流电源电流将流经限流电阻R而进入电动机绕组，电动机绕组电压将减小。
如果KM3主触头闭合，则电源电流不经限流电阻而直接接入电动机绕组中，主电动机处于全压运转状态。
4．1.3 绕组电流监控
电流表A在电动机M1主电路中起绕组电流监视作用，通过TA线圈空套在绕组一相的接线上，当该接线有电流流过时，将产生感应电流，通过这一感应电流间显示电动机绕组中当前电流值。
其控制原理是当KT常闭延时断开触头闭合时，TA产生的感应电流不经过A电流表，而一旦KT触头断开，A电流表就可检测到电动机绕组中的电流。
4．1.4 电动机转速监控
KS是和M1主电动机主轴同转安装的速度继电器检测元件，根据主电动机主轴转速对速度继电器触头的闭合与断开进行控制。
主轴电动机由热继电器FR1作过载保护，熔断器FU1作短路保护。
4．1.5冷却泵电动机电路
冷却泵电动机M2喷出冷却液，实现刀具的冷却，由接触器KM4控制，热继电器FR2作为它的过载保护，熔断器FU4作短路保护。
4．1.6快移电动机电路
刀架快速移动电动机M3接触器KM3控制，由于是点动控制，故不设过载保护,熔断器FU5作短路保护。
主电路通过TC变压器与控制线路和照明灯线路建立电联系。
TC变压器一次侧接入电压为380V，二次侧有36V、110V两种供电电源，其中36V给照明灯线路供电，而110V给车床控制线路供电。
FU2作控
制电路短路保护。
图1
4．2控制回路的设计
1）主电动机点动控制
按下SB2，KM1线圈通电，根据原态支路常断现象，其余所有线圈均处于断电状态。
因此主电路中为KM1主触头闭合，由QS隔离开关引入的三相交流电源将经KM1主触头、限流电阻接入主电动机M1的三相绕组中，主电动机M1串电阻减压起动。
一旦松开SB2，KM1线圈断电，电动机M1断电停转。
SB2是主电动机M2的点动控制按钮。
2）主电动机正转控制
按下SB3，KM线圈通电与KT线圈同时通电，并通过20区的常开辅助触头KM3闭合而使KA线圈通电，KA线圈通电又导致11区中的KA常开辅助触头闭合，使KM1线圈通电。
而7~9区的KM1常开辅助触头与KA常开辅助触头对SB3形成自锁。
主电路中KM主触头与KM1主触头闭合，电动机不经限流电阻R则全压正转起动。
绕组电流监视电路中，因KT线圈通电后延时开始，但由于延时时间还未到达，所以KT常闭延时断开触头保持闭合，感应电流经KT触头短路，造成A电流表中没有电流通过，避免了全压起动初期绕组电流过大而损坏A电流表。
KT线圈延时时间到达时，电动机已接近额定转速，绕组电流监视电路中的KT将断开，感应电流流入A电流表将绕组中电流值显示在A表上。
3）主电动机反转控制
按下SB4，通过6、7、5、6线路导致KM线圈与KT线圈通电，与正转控制相类似，11区的KA线圈通电，再通过7、8、9使KM2线圈通电。
主电路中KM2、KM主触头闭合，电动机全压反转起动。
KM1线圈所在支路与KM2线圈所在支路通过KM2与KM1常闭触头实现电气控制互锁。
4）主电动机反接制动控制
正转制动控制
右KS是速度继电器的正转控制触头，当电动机正转起动至接近额定转速时，右KS闭合并保持。
制动时按下SB1，控制线路中所有电磁线圈都将断电，主电路中KM1、KM2、KM主触头全部断开，电动机断电降速，但由于正转转动惯性，需较长时间才能降为零速。
一旦松开SB1，则经1、6、右KS、8、9，使KM2线圈通电。
主电路中KM2主触头闭合，三相电源电流经KM2使U1、W1两相换接，再经限流电阻R接入三相绕组中，在电动机转子上形成反转转矩，并与正转的惯性转矩相抵消，电动机迅速停车。
在电动机正转起动至额定转速，再从额定转速制动至停车的过程中，右KS反转控制触头始终不产生闭合动作，保持常开状态。
反转制动控制
左KS在电动机反转起动至接近额定转速时闭合并保持。
与正转制动相类似，按下SB1，电动机断电降速。
一旦松开SB1，则经1、6、左KS、2、3，使线圈KM1通电，电动机转子上形成正转转矩，并与反转的惯性转矩相抵消使电动机迅速停车。
5）冷却泵电动机起停控制
按下SB6，线圈KM4通电，并通过KM4常开辅助触头对SB6自锁，主电路中KM4主触头闭合，冷却泵电动机M2转动并保持。
按下SB5，KM4线圈断电，冷却泵电动机M2停转。
6）快移电动机点动控制
行程开关由车床上的刀架手柄控制。
转动刀架手柄，行程开关SQ将被压下而闭合，KM3线圈通电。
主电路中KM3主触头闭合，驱动刀架快移的电动机M3起动。
反向转动刀架手柄复位，SQ行程开关断开，则电动机M3断电停转。
7）照明电路
灯开关SA置于闭合位置时，EL灯亮。
SA置于断开位置时，EL灯灭。
4．3车床照明灯与电源指示灯的控制
照明、信号电路分析控制变压器TC的二次侧分别输出36V和110V电压，作为车床低压照明灯和信号灯的电源。
EL作为车床的低压照明灯由开关SA控制，HL为电源信号灯。
它们由FU3作为短路保护
4．4电气保护环节
（1）不要漏接接地线，不能用金属软管作为接地的通道。
（2）在控制箱外部进行布线时，导线必须穿在导线通道内或敷设在机床底座内的导线通道里。
所有导线不得有接头。
（3）在导线通道内敷设导线进行接线时，必须作到查出一根导线，套一根线号。
（4）在进行快速进给时，注意将运动部件处于行程的中间位置，以防止运动部件与车头或尾架相撞。
（5）主轴电动机不能启动
发生主轴电动机不能启动的故障时，首先检查故障是发生在主电路还是控制电路，若按下启动按钮，接触器KM1不吸合，此故障则发生在控制电路，主要应检查FU2是否熔断，过载保护FR1是否动作，接触器KM1的线圈接线端子是否松脱，按钮SB1、SB2的触点接触是否良好。
若故障发生在主电路，应检查车间配电箱及主电路开关的熔断器的熔丝是否熔断，导线联接处是否有松脱现象，KM1主触点的接触是否良好。
（6）主轴电动机启动后不能自锁
当按下启动按钮后，主轴电动机能启动运转，但松开启动按钮后，主轴电动机也随之停止。
造成这种故障的原因是接触器KM1的自锁触点的联接导线松脱或接触不良。
（7）主轴电动机不能停止
造成这种故障的原因多数为KM1的主触点发生熔焊或停止按钮击穿所致。
（8）电源总开关合不上
电源总开关合不上的原因有两个，一是电气箱子盖没有盖好，以致SQ2（1-11）行程开关被压下；二是钥匙电源开关SA2没有右旋到SA2断开的位置。
（9）指示灯亮但各电动机均不能启动
造成这种故障的主要原因是FU3的熔体断开，或挂轮架的皮带罩没有罩好，行程开关SQ断开。
4．5机电设备的电气位置图
4．6电气接线图
结束语
此设计，在“电器与可编程控制器的应用技术”这门的基础上，对电动机的各种起动，制动，调速方法所对应的控制线路进行分析，研究。
同时也对电气控制，典型机床和重机械控制线路进行详细的分析和讲解。
期间，我们认识了各种电器元件及其作用（继电器、熔断器、主令开关、接触器等等）。
这次课程设计，让我们有很多的机会实际运用一下所学的知识，运用AutoCAD绘制电气原理图、安装接线图、位置布置图以及对电路的分析，在这个过程中提高了我们的额动手能力及解决实际问题能力。
通过在学校的学习和前几次的课程设计以及之前的兼职工作（运用CAD绘图）、以及通过的老师的讲解和自己的学习，对这方面的知识，使我对电器控制有了更深的了解和增添了对这次运用CAD课程设计的信心。
在此非常感谢辅导及教育我们的老师！
参考书目：
《机械设计课程设计手册》，第三版，高等教育出版社，吴宗泽主编。
《电器与可编程控制器应用技术》，第三版，机械工业出版社，邓则名主编。
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