铣床电气控制课程设计(含图纸)

1湖南工业大学课程设计资料袋机械工程学院（系、部）2013~2014学年第二学期课程名称机电控制技术指导教师职称学生姓名专业班级学号题目铣床电气控制课程设计成绩起止日期2014年6月18日～2014年6月23日目录清单序号材料名称资料数量备注1课程设计任务书2课程设计说明书3课程设计图纸张4562湖南工业大学课程设计任务书2013—2014学年第二学期机械工程学院（系、部）专业班级课程名称：机电控制技术设计题目：铣床电气控制课程设计完成期限：自2014年6月18日至2014年6月23日共1周内容及任务一、设计的主要技术参数具体要求见课程设计指导书二、设计任务完成系统的继电器控制原理图、PLC控制原理图及设计说明书一份三、设计工作量电气图2~3张，说明书不少于5000字进度安排起止日期工作内容6.18~6.19讲解设计目的、要求、方法，任务分工制定设计方案、绘制草图6.20~6.21设计方案审核、修改绘制电气原理图、电路计算、元器件选择列表6.22绘制安装布置图，元器件的准备6.23电气CAD制图软件使用电控柜安装／电气CAD制图6.24检查电气控制线路／电气CAD制图通电调试、故障排除、任务验收，编写设计说明书主要参考资料1、齐占庆，电气控制技术课程设计指导书，机械工业出版社，2003。2、张万奎等编，机床电气控制技术，北京大学出版社，20073、程宪平主编，机电传动与控制（第二版），武汉：华中科技大学出版社，2003年9月4、石玉珍，电气制图及图形符号国家标准汇编，中国标准出版社，1989指导教师（签字）：2014年6月25日系（教研室）主任（签字）：2014年6月28日3机电控制技术课程设计设计说明书（题目）铣床电气控制课程设计起止日期：2014年6月18日至2014年6月23日机械工程学院（部）2014年6月18日学生姓名班级学号成绩指导教师(签字)4目录1、引言………………………………………………………………....12、设计任务…………………………………………………………....13、电机功率和转速……………………………………………………14、铣床的电气控制线路设计…………………………………………24.1确定机床的工作过程………………………………………………24.2机床电气传动的特点及控制要求…………………………………34.3控制电路图设计…………………………………………….…...54.4选择电器元件…………………………………………………….114.5制定电动机和电气元件明细表…………………………………….155、铣床的可编程控制器控制系统的设计…………………………….165.1主电路接线图……………………………………………………165.2I/O分配表………………………………….………..................165.3PLC接线图…………………………………………………….....175.4PLC梯形图和指令表语句………………………………………....186、设计总结………………………………………………………….....217、参考文献…………………………………………………………….2211、引言我国传统的铣床控制系统都是采用继电器、接触器等硬件逻辑控制电路，不但接线复杂，而且经常出现故障，可靠性比较差。与传统的继电器控制相比，PLC控制具有可靠性高、柔性好、开发周期短以及故障自诊断等特点，特别适合应用于铣床的控制和故障诊断系统，可以减少强电元件数目，提高电气控制系统的稳定性和可靠性，从而提高产品的品质和生产效率。故在PLC广泛应用的控制时代，本设计系统的思想就是采用PLC控制铣床。以达到预定控制系统的简洁性、经济性，减少了成本，也使得维修变的简单。由于PLC的模块化、易扩展性，可根据控制要求及规模的变化进行方便的系统重组及功能的扩展。以及PLC的通信功能甚至可进行远程控制。2、设计任务⑴主要控制电器为三台电机：主电动机M1，冷却泵电机M3，快速移动电机M2.三台电机都要有短路保护措施。⑵主电动机M1能完成主轴主运动和流板箱进给运动的驱动，采用降压启动的方法启动，可以正反两个方向旋转，并且可以正反两个旋转方向的反接制动，为加工方便，还应具有点动控制空能。⑶电动机M3拖动冷却泵，在加工时提供切削液，采用直接启动及停止方式，并且为连续工作方式。⑷主电路负载的电流大小能够监控，但要防止启动电流对电流产生冲击。⑸主电动机和冷却泵电机采用热继电器进行过载保护。⑹机床要有照明设施。3、电机功率和转速机床工作台为320*1325，主轴电机，7.5KW；进给电机，1.5KW；冷却泵电机，0.125KW，查相关资料得主轴电机转速为30～1500r/min由《机床电器控制》第四版王炳实，王兰军机械工业出版社的附录表B常用Y系列电机技术数据选则电机2电机型号额定功率/KW额定转速r/min额定电流A效率%功率因素cos堵转额定电流堵转额定转矩最大额定转矩主轴Y132S2-27.5290015.086.20.887.02.02.2进给Y90S-21.528403.4790.857.02.22.2JCB-22主要技术参数：型号输出功率（瓦）扬程（米）流量（升／分）电流（安）电压（伏）接线方式JCB-221253.3220.6/0.38220/380△/Y油泵电动机（机床冷却泵），是一种浸渍式的三相电泵。它由封闭式交流三相异步电机与单继单极离心泵组合而成。该泵具有安装简单方便、运行可靠、过负荷能力强、效率高、噪声低等优点。该泵适合做各种机床输送冷却液、润滑液的动力，也可应用于其他类似的场合。4、铣床的电气控制线路设计4.1确定机床的工作过程4.1.1机床结构万能铣床具有主轴转速高，调速范围宽，操作方便，工作台能自动循环加工等特点，其结构如图A所示。主要由底座，床身，主轴，刀杆，纵向工作台，横向工作台，升降台等部分组成。如下图所示：34.1.2工作过程：铣刀装在与主轴连在一起的刀杆支架上，在床身的前面有垂直导轨，升降台沿其上下移动；在升降台上面的水平导轨上，装有可在平行与主轴轴线方向移动（横向移动）的溜板，在溜板上部转动部分的导轨上可作垂直与主轴轴线方向的移动（纵向移动），这样，工作台上的工件就可以在六个方向（上，下，左，右，前，后）进给。为了加快调整工件与刀具之间的相对位置，可以改变传动比，使工作台在六个方向上作快速移动。此外，由于转动部分相对于溜板可绕垂直轴线左，右转一个角度（通常为45度），因此可以加工螺旋槽。工作台上还可以安装圆工作台以扩大铣削能力。由上述可知，万能铣床的运动方式有：主运动：铣刀的旋转。进给运动：工作台在六个方向上的运动。辅助运动：工作台在六个方向上的快速运动。4.2机床电气传动的特点及控制要求（1）铣床的主运动和进给运动之间没有速度比例协调的要求，各自采用单独的笼型异步电动机拖动。（2）为了能进行顺铣和逆铣加工，要求主轴能够实现正，反转。（3）为提高主轴旋转的均匀性并消除铣削加工时的震动，主轴上装有飞4轮，其转惯量较大，因此要求主轴电动机有停车制动控制。（4）为适应加工的需要，主轴转速与进给速度应有较宽的调节范围。X62W铣床采用机械变速的方法，为保证变速时齿轮易于齿合，减小齿轮端面的冲击，要求变速时有电动机瞬时冲动。（5）进给运动和主轴运动应有电气联锁。为了防止主轴未转动时，工作台将工件送进可能损坏刀具或工件，进给运动要在铣刀旋转后才能进行。为降低加工工件的表面粗糙度，加工结束必须在铣刀停转前停止进给运动。（6）在六个方向上运动要有联锁，在任何时刻，工作台在上，下，左，右，前，后六个方向上，只能有一个方向的进给运动。（7）为了适应工作台在六个方向上运动的要求，进给电动机应能正，反转。快速运动由进给电动机与快速电磁铁配合完成。（8）圆工作台运动只需一个转向，且要与工作台进给运动有联锁，不能同时进行。（9）冷却泵电动机M3只要求单方向转动。（10）为操作方便，应能在两处控制各部件的启动和停止。根据设计要求我们设计了如图所示的主电路和控制电路图。54.3控制电路图设计4.3.1主轴电动机的控制1M为主轴拖动电动机。从主电路看出，主轴电动机的转向由转换开关5SA预选确定。转换开关5SA触点动作见表1。主轴电动机的起动、停止由接触器1KM控制，接触器2KM及电阻R和速度继电器KV组成停机反接制动控制。表1转换开关5SA动作表触点线端标号操作手柄位置顺铣停止逆铣15SA1121WU－－+25SA1121UU+－－25SA1121WW+－－45SA1121UW－－+（1）主轴电动机起动接通电源开关Q，选择主轴电动机转向，操作转换开关5SA于所需位置。主轴电动机起动、停止分别由装于工作台上与床身上的控制按钮1SB、2SB和3SB、4SB实现两地控制。按下按钮1SB或2SB，接触器1KM得电，主触点闭合并自锁，主轴电动机按预选方向起动，带动主釉、铣刀旋转，同6时速度继电器KV常开触点闭合，为停机反接制动作准备。（2）主轴电动机停机按下停机按钮3SB或4SB。接触器1KM失电，切断正序电源，同时接触器2KM得电，电动机串电阻实现反接制动，当主轴电动机转速低于120min/r，KV触点断开，2KM断电，电动机反接制动结束；停机操作时应注意在按下3SB或4SB要按到底，否则反接制动电路未接入，电动机只能实现自然停机。如果在按下按钮时间太短，反接制动的时间也太短，制动效果差，因此，操作时要在主轴快停机时再松开按钮。（3）主轴的变速冲动主轴的变速采用圆孔盘式结构，变速时操作变速手柄在拉出或推回过程中短时触动冲动开关7SQ，主轴电动机瞬动一下而实现。主轴处于停车状态时，操作变速手柄，触动冲动开关7SQ使接触器2KM瞬时得电，电动机定子串电阻冲动一下，带动齿轮转动一下，便于齿轮啮合，完成变速。主轴已起动工作时，要变速同样操作变速手柄，操作时也触动冲动开关7SQ，使接触器2KM失电，2KM得电一下进行反接制动，使主轴转速迅速下降，以便于在低速下齿轮啮合，完成变速后，应重新按起动按钮，主轴电动机转动继续工作。主轴在变速操作时，以较快速度将手柄推入啮合位置，因为7SQ的瞬动是靠手柄上凸轮的一次接触达到，如果推入动作缓慢，凸轮与7SQ接触时间延长，会使主油电动机转速过高，从而使齿轮啮合不上，甚至损坏断轮。4.3.2．工作台进给运动控制工作台的进给运动需在主轴起动之后进行。接触器KM常开触点（11－12）闭合，接通进给控制电源。工作台的左、右、前、后、上、下方向的进给运动均由进给拖动电动机2M驱动，通过2M电动机的正、反转及机械结构的联合动作，来实现六个方向的进给运动。控制工作台运动的电路是与左、右机械操作手柄联动的行程开关1SQ、2SQ及与前、后、上、下操作手柄联动的行程开关3SQ、4SQ组成复合控制。这时圆工作台开关1SA在断开位置，即1SA触点（17－18）和（12－22）接通，（12－19）断开，进给电动机通过工作台方向操作手柄进行控制。圆工作台开关1SA动作表见表2。表2圆工作台开关1SA动作表7触点线端标号操作手柄位置圆工作台工作圆工作台不工作11SA17－18－+21SA22－19+－31SA12－22－+（1）工作台的左、右（纵向）进给运动工作台的左、右进给运动由工作台前面的纵向操作手柄进行控制。当将操作于柄扳到向右位置时，行程开关1SQ压合，其常开触点（18－19）接通，常闭触点（25－17）断开，此时，控制电源经（12－15－16－17－18－19）接通接触器3KM，3KM吸合，主触点接通2M电动机正序电源，2M正向旋转，工作合作向右进给运动。同理，当将操作手柄扳到向左位置时，行程开关2SQ压合，工作台向左进给运动。若将手柄置于中间位置，1SQ、2SQ复原，3KM、4KM均不吸合，工作台停止左右方向运动。8（2）工作台前后（横向）进给运动和上、下（垂直）进给运动工作台的前后及上下进给运动，共用一套操作于柄控制，手柄有5个控制位置，处于中间位置为原始状态，进给离合器处于脱开状态，行程开关3S