专用镗孔机床的电气控制系统设计说明书

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。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YV1YV2YV3YV4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；快进快退（手动操作）原位起动SQ5SQ1工进1SQ3（停）快进快退（手动操作）原位起动SQ5SQ2工进2SQ4（停）（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........................................11.1镗床的主要结构...............................................11.3镗床的电力拖动方式及电气控制要求.............................12专用镗床继电器接触器控制系统设计..................................22.1专用镗床继电器-接触器控制系统主电路设计......................22.2专用镗床接触器-继电器控制系统控制线路设计....................32.3专用镗床接触器-继电器控制系统控制流程........................42.4镗床接触器-继电器控制系统控制过程............................43镗床继电器接触器控制系统主要原件的选择............................53.1电动机的选择.................................................53.2接触器的选择.................................................63.3中间继电器的选择.............................................63.4熔断器的选择.................................................63.5专用镗孔机床各主要电气元件型号选择一览表.....................74专用镗孔机床可编程控制器控制系统设计..............................74.1专用镗孔机床可编程控制器控制系统I/O口分配表.................74.2专用镗床可编程控制器控制系统硬件接线图.......................94.3专用镗孔机床可编程控制器控制系统梯形图......................104.4专用镗床可编程控制器控制系统控制过程........................124.5专用镗床可编程控制器控制系统CPU的选择......................125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。3镗床继电器接触器控制系统主要原件的选择3.1电动机的选择专用镗孔机床所应用的电动机主要有：主电动机、静压电动机、液压泵拖动电动机。主电动机型号：Y100L—6型(1.5kW-4A)三相异步电动机静压电动机型号：Y100L—6型(1.5kW-4A)三相异步电动机液压泵拖动电动机型号：为Y801-2型(750W、1.9A)3.2接触器的选择接触器选型主要依据：种类、负载类型、主回路参数。负载类型：在镗孔机床中接触器负载为交流电源（380V）；负载情况：需要频繁启动，所控制的电动机功率为750W；使用环境：为厂房使用，环境恶劣；参数：额定电流为9A；额定电压为220V。综上选择接触器型号为：3TS29~32。3.3中间继电器的选择中间继电器可作为保护用，也可作为自动装置控制用，以增加保护的控制回路的触点数量及容量、扩大控制范围的提高控制能