卧式车床电气控制系统课程设计

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:绪论车床是机械加工中最广泛的金属切削机床，它可以用于切削各种工件的外圆、内孔、端面、螺纹、螺杆及车削定型表面等。现代生产机械多采用机械、电气、液压、气动结合的控制技术。其中电气控制技术起联接中枢作用，应用最为广泛。电气控制系统是生产机械设备的重要组成部分，是保证J机械设备按生产工艺要求，完成各种运动状态与协调工作，并保证机械设备安全可靠工作以及实现操作自动化。本设计的主要任务是根据车床的工作情况确定电气设计的技术条件、电力拖动形式的选择、电动机的选择及其他电器元件、电气控制原理图，绘制机电设备的位置图和接线图，最后按要求写出设计报告，绘出设计图样。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。电动机的动力通过主轴箱传给主轴，主轴一般只要单方向的旋转运动，只有在车螺纹时才需要用反转来退刀。1．2进给运动车床的进给运动是溜板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。所谓纵向运动是指相对于操作者的左右运动，横向运动是指相对于操作者的前后运动。车螺纹时要求主轴的旋转速度和进给的移动距离之间保持一定的比例，所以主运动和进给运动要由同一台电动机拖动，主轴箱和车床的溜板箱之间通过齿轮传动来联接，刀架再由溜板箱带动，沿着床身导轨作直线走刀运动。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。第二章电力拖动的特点及控制要求2．1电力拖动的特点（1）采用传统的继电器接触器控制系统。（2）传动方式采用多电动机拖动，即一台设备由多台电动机分别驱动各个工作机构。这种拖动方式不仅大大简化了生产机械的传动机构，而且控制灵活，为生产机械的自动化提供了有利的条件，现代化机电传动基本上均采用这种拖动形式。（3）机床主运动和进给运动由主轴电动机M1集中传动，主轴电动机选用三相笼式异步电动机，不进行电气调速，主轴采用齿轮箱进行机械有级调速，由车床主轴箱通过变速箱与主轴电动机的连接来完成（为减小振动，主拖动电动机通过几条传动皮带将动力传递到主轴箱）；刀架的给进运动方式有手动和自动两种，在进行螺纹加工时，工作的旋转与刀架的进给速度之间应有严格的比例关系，因此，车床刀架的纵向或横向两个方向进给运动是由主轴箱输出轴依次经挂轮箱、进给箱、光杠传入溜板箱而获得的。车削螺纹时要求主轴有正反转，主轴电动机只作单向旋转，主轴的正反转一般由机械方法实现，采用多片摩擦片离合器实现；主轴制动采用液压制动器；主轴电动机的启动、停止采用按钮操作；主轴电动机的容量不大，可采用直接启动。（4）冷却泵由电动机M2拖动，只需要单向旋转。车削加工时，由于刀具及弓箭温度过高，有时需要冷却，因而配有冷却泵电动机，冷却泵电动机与主轴电动机有连锁关系，即冷却泵电动机应在主轴电动机之后启动，并在主轴电动机停车时，冷却泵电动机也应立即停车。（5）刀架快速移动由单独的快速电动机M3拖动，刀架移动和主轴转动有固定的比例关系，以便满足对螺纹的加工需要。进给运动的纵向左右运动，横向前后运动以及快速移动都集中由一个手柄操纵。（6）车床控制电路应具有必要的短路、过载、欠压和零压等保护环节，并有安全、可靠的局部照明和信号指示。2．2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。第三章电动机及其他电气元件的选择3．1电动机的选择3．1.1主轴电动机当主运动和进给运动采用同一电动机时，只计算主运动电动机功率即可。多数机床负载情况比较复杂，切削用量变化很大，尤其是通用机床负载种类更多，不易准确地确定其负载情况。因此通常采用调查统计类比或采用分析与计算相结合的方法来确定电动机的功率。（1）调查统计类比法目前我国机床设计制造部门，往往采用这种方法来选择电动机容量。这种方法就是对机床主拖动电动机进行实测、分析，找出了电动机容量与机床主要数据的关系，根据这种关系作为选择电动机容量的依据。卧式车床主电动机的功率：式中：P主拖动电机功率(kW)；D工件最大直径(m)。（2）分折计算法可根据机床总体设计中对机械传动功率的要求，确定机床拖动用电动机功率。即知道机械传动的功率，可计算出所需电动机功率：式中：P电动机功率；P1机械传动轴上的功率；η1生产机械效率；η2电动机与生产机械之间的传动效率。式中：η：为机床总效率，一般主运动为回转运动的机床取0.7~0.85；主运动为往复运动的机床取0.6~0.7（结构简单的取大值，复杂的取小值)。54.15.36DP211PP211PP根据实际情况，最后确定电动机的容量为11KW。3．1.2冷却泵电动机冷却泵电动机的容量比较小，一般选取90W即可。3．1.3快速移动电动机快速移动电动机所需要的功率，一般由经验数据来选择，选择为250W。3．2电动机转速和结构型式的选择3．2．1转速的选择电动机功率的确定是选择电动机的关键，但也要对转速、使用电压等级及结构形式等项目进行选择。异步电动机由于它结构简单坚固、维修方便、造价低廉，因此在机床中使用得最为广泛。电动机的转速愈低则体积愈大，价格也愈高，功率因数和效率也就低，因此电动机的转速要根据机械的要求和传动装置的具体情况加以选定。异步电动机的同步转速有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min、600r/min等几种，这是由于电动机的磁极对数的不同而决定的。电动机转子转速由于存在着转差率，一般比同步转速约低2％~5％。一般情况下，可选用同步转速为1500r/min的电动机，因为这个转速下的电动机适应性较强，而且功率因数和效率也高。若电动机的转速与该机械的转速不一致，可选取转速稍高的电动机通过机械变速装置使其一致。根据以上内容选择主轴电动机M1转速为1450r/min；冷却泵电动机M2转速为3000r/min；快速移动电动机M3转速为1360r/min。3．2．2结构型式的选择一般地说，金属切削机床都采用通用系列的普通电动机。Y系列三相异步电动机是机床上常用的三相异步电动机。Y系列电动机是封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，是全国统一设计的新的基本系列，它是我国取代JO2系列的更新换代产品。安装尺寸和功率等级完全符合IEC标准和DIN42673标准。本系列采用B级绝缘，外壳防护等级为IP44，冷却方式为IC0.141。因此，主轴电动机选择Y160M-4型电动机；冷却泵电动机采用专门的AOB-25系列油泵电机，由封闭自冷的三星异步电动机和单级离心泵组合而成，主要是给一般机床和其他设备输送循环冷却液（冷却液为肥皂水，苏打水，轻矿物油和其他无腐蚀性的液体），该系列泵效率高，体积小，重量轻，运行平稳，安全可靠。刀架快速移动电动机选择通用的AOS5634型电动机。因此电动机的选择如下：主轴电动机M1：型号Y160M-4；容量11KW；转速1450r/min。作用：工件的旋转和刀具的进给冷却泵电动机M2：型号AOB-25；容量90W；转速3000r/min。作用：输送冷却液用刀架快速移动电动机M3：型号AOS5634；容量0.25KW；转速1360r/min。作用：溜板快速移动用3．3电器元件的选择3．3.1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3．3．2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。结构：熔体（保险丝）和熔座（安装熔体）形状：片状、丝状、和笼状型号：常用的熔断器有瓷插式RCIA系列、封闭管式及螺旋式RL1系列等多种。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设计4．1主回路的设计如图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