车床电气控制线路设计.docx
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车床电气控制线路设计
第一章低压电器
低压电器是指在交流及直流电压为1200V以下的电器，低压电器的种类繁多，就控制对象不同，低压电器可分为配电电器和控制电器两大类。
低压配电器有刀开关、转换开关等，低压控制电器有接触器、继电器等，在电力线路中起控制、保护或调节等作用。
低压配电开关有刀开关、转换开关、空气断路器等，其作用是接通或断开电路，可作为机床电路的电源开关，也可直接控制小容量电动机的通、断。
低压配电电器主要用于低压配电系统和动力回路，它具有工作可靠、热稳定性和电动力稳定性好、能承受一定电动力等优点。
于是在低压控制线路和小容量电机控制电路中，经常要用到低压电器，因此应认识各种低压电气设备，掌握拆卸和安装工艺，熟悉维修知识，能根据电路参数进行电流、电压整定，能正确选用到合适的电压电器，组成一个完善的控制回
第二章简单的连接线路
2.1电气符号
20世纪60年代初期，国家颁布了电器领域中图形符号和文字符号的国家标准。
为了适应生产技术的发展和国际间的技术交流，1990年开始使用新国标，同时废除旧国标。
新国标中规定，电气图形符号是用于图样或其他文件以表示一个设备或概念的图形、标记。
他是按照电气设备和电气元件的原理设计的，简明易懂，阅读方便，图形一般由一般符号和限定符号两部分组成。
电器文字符号一般用于表明电气设备、装置和电器元件的名称。
功能、形态及特征的字符，一般标注在电气设备、装置和元器件图形符号之上或其近旁。
为适应国际交流，新文字符号采用了通用的拉丁字母和英文字母。
新文字符号由三部分组成，第一字母表示电气设备的类别，第二个字母表示该类中的某一种设备即组别，第三部分用于辅助说明其功能、特征等。
2.2简单电器图的绘制
电气图通常分为电气原理图和安装接线图、电气原理图按照便于阅读与分析电路的原则，根据电路连接关系绘制而成，图中包括所有电气元件的导电部件和接线端子，但是并不反映元件的实际安装位置。
如接触器的主触点画在主回路，而辅助触点和线圈画在副主回路。
安装接线图按照便于安装检测电气设备原则绘制，既表示了控制系统中各电器元件的接线情况，有反应了实物安装位置。
绘制电气原理图的原则：
①将全部电路分为主回路和辅助回路。
从电源向电动机、电热设备等负载提供电能的强电流回路为主回路；主回路以外的回路统称辅助回路，如控制回路、信号回路、测量回路等。
②绘制电路时，一般将主电路画在图纸的上方或左方，辅助回路画在图纸的下方或右方。
为了便于看清电路的工作原理，尽可能按工作顺序排列。
③图中的电气设备和元件应按照规定的图形符号和文字符号表示，同一种电器必须用相同的文字符号表示，如俩个相同的接触器KM，可用1KM,2KM表示或KM1，KM2表示。
但在绘制图形时一定按同一种表示方法。
④电路图中，开关等触点都按常态标出。
⑤导线按实线画出，十字交叉的导线，在交叉处用黑点或圆圈表示电器的连接
⑥为安装检修方便，电动机、电器的接线端子及连接点最好要标记编号。
上图是简单的三相电路图形，左上方为三角型连接，右侧为星型连接，三相电源绕阻的始末端依次连接，组成一个闭合回路，由三个连接点引出三根端线就构成三角型连接方式，三角型连接时，相电压是绕阻上的电压，线电压仍然是相线之间的电压，线电压等于线电压，三相电源三角型连接时，切勿接错。
当三相绕阻正确连接时，三相电动势对称，三相电动势之和为零，闭合回路中无电流。
但是，如有一绕阻接反，则此时三角型回路中电动势为相电动势的2倍，在发电机内部产生很大的环形电流，甚至烧坏绕阻。
为了防止发生这种事故，绕阻在做三角型连接时，在闭合回路前应用电压表检测闭合回路
；右图所示通过绕阻R1、2、3相连接构成星型连接，上图中心点与端点
、
、
之间的电压，称为相电压，用u1、u2、u3表示三相电压的瞬时值，他们的有效值U1、U2、U3表示。
两端线间的电压称为线电压，分别用u12、u23、u31表示各线间的电压瞬时值，用U12、U23、U31表示线电压的有效值。
在对称的三相电路中，三相电压的有效值相等。
=U2=U3=
-表示相电压有效值。
因而三相电压瞬时表达式可写成：
u1=
ωt
u2=
sin（ωt-
）
U3=
sin（ωt+
）
由于图可知，他们之间夹角为
，相应的向量
u12=u1-u2
u23=u2-u3
u31=u3-u1
已知他们之间夹角2/3
，得
U12=U1cos
=
U1
即U12=
U1U23=
U2U31=
U3
终上所知，三相电源连接成星型时，可引出四根导线向负载提供俩种电压。
通常在低压配电系统中，相电压为220V，线电压为380V。
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。
由于是普通机床CA6140的电气控制线路设计，故选用Y系列电动机是封闭自扇冷式笼型三相异步电动机
2.3三相异步电机的正反转控制
如下图所示，俩图均为有自锁保护的正反转三相线路，如图2-1所示，由俩个接触器KM
、KM
，以及热继电器FR,主线路上的过载保护电阻FU
、FU
。
分析线路图：
启动时：
闭合QS，接触器KM
闭合，使右边的KM
常开触头闭合，一方面电流经过4、5点及线圈KM
，构成回路；另一方面由于SB
与4、5间开关为连锁开关，SB
闭合，电流经6、7流过KM
线圈使KM
闭合并使SB
闭合，使接触器KM
断开，KM
闭合，达到反转控制。
同理；分析2-2图，可知双重连锁正反转控制线路，分析可知，选择适当的机床电气控制线路图。
图2-1按钮连锁的正反转控制电路图
图2-2双重连锁正反控制电路图
第三章车床的运动形式
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。
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。
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。
第四章车床结构及其运动特点
4.1车床结构特点及转速选择
普通车床主要由床身、主轴变速箱、挂轮箱、进给箱、溜板箱、溜板与刀架、尾架、光杠和丝杠等部分组成，为了加工各种旋转表面，车床必须具有切削运动与辅助运动。
切削运动包括主运动和进给运动，而切削运动以外的其他必需的运动皆为辅助运动。
车床的主运动为工件的旋转运动，由主轴通过卡盘或顶尖打动工件旋转，它承受车削加工时的主要切削功率。
车削加工时，应根据被加工零件的材料性质、车刀、工件尺寸、加工方式及冷却条件等来选择切削速度，这就要求主轴能在相当大的范围内变速。
对于普通车床，调速范围一般大于70。
车削加工时，一般不要求正反转，但在加工螺纹时，为避免乱扣，要反转退刀，在纵向进刀继续加工，这就要求主轴具有正反转。
主轴旋转是由株洲电动机经传动机构拖动的。
车床的进给运动是刀架的纵向或横向直线运动。
其运动方式有手动或机动两种，加工螺纹时工件的旋转速度与道具的进给速度应有严格的比列关系，所以车床主轴箱输出轴经挂轮箱传给进给箱，再经光杆传入溜班箱，以获得纵、横两个方向的进给运动。
车床的辅助运动有刀架的快速移动及工件的夹紧与放松。
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。
4.2电力驱动系统
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。
4.3电源选择
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。
4.4电机的选择
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）。
根据实际情况，最后确定电动机的容量为11KW；冷却泵电动机的容量比较小，一般选取90W即可；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。
第五章机床的气液压辅助系统
5.1液压辅助系统
液压传动装置中使用工作压力高的油性介质，使传动机构出力大，机械结构更紧凑，动作平稳可靠，易于调节，噪声较小，但要配置液压泵和油箱，当油液渗漏时易污染环境。
一个完整的液压系统由以下几部分组成的。
①能源部分。
主要是指液压泵站装置，它能够输出液压油，把原动机的机械能转化为液体的压力能。
②执行机构部分。
是液压油缸、液压马达等，它们用来带动运动部件，将液体压力能转变成使工作部件运动的机械能。
③控制部分。
是各种液压阀、用于控制液体的压力、流量和流动方向，从而控制执行部件的作用力、运动速度和运动方向，也可以用来卸载，实现过载保护等。
④辅助部分。
是系统中除上述三部分以外的所有其他元件，如油箱、压力表、滤油器、管路、管接头、加热器和冷却器等。
液压系统中，各种控制阀可采用分散局部，就近安装的原则，分别装在数控机床的有关零件上，电磁阀上贴有磁铁号码，便于用户维修。
为减少液压系统的发热，液压泵采用变量泵，油箱内安装过滤器，并定期清洗。
5.2气动辅助系统
气动系统在数控机床中主要用于对工件、刀具定位面和交换工作台的自动吹屑，清理定位基准面，安全防护门的开关以及刀具、工件的夹紧、放松等。
气动系统中的分水滤气器定期放水，分水滤气器和油雾器还应定期清洗。
数控机床上的气动系统用于主轴锥孔吹气和开关防护门。
有些加工中依靠气液转换装置实现机械手臂的动作和主轴换刀。
5.3电气辅助系统
机床的电气辅助系统，在加工过程中，机床所存在的环境及周围温度对于机床加工精度和机床寿命有很大影响，所以机床在合适的温度下，合理的照明设施等，使加工过程更加方便。
第六章CA6140机床的控制线路
设计出某机床的控制线路然后安装制作电气控制要求是：
1.电动机M1启动后经10S电动机M2自动启动；
2.M2拖动运动部件至指定位置后电动机M3自动Y接启动；
3.M3启动后经8S自动△接运行，并经1min后自动停止；
4.M2拖动运动部件返回至原位置后M1和M2都自动停止；
5.要求有各种基本保护功能。
电气原理图
线路设计及分析：
6.1分析控制电路图
控制电路可分为主电动机
的控制电路和电动机
与
的控制电路两部分。
由于主电动机控制电路部分比较复杂，因而还可以进一步将主电动机控制电路分为正反转启动和点动局部控制电路与停机制动局部控制电路，它们的局部控制电路如图所示：
电动机M1,M2顺序直接控制：
合上电源隔离开关QS→按下SB1启动→按钮→交流接触器KM1线圈得电自
时间继电器KT1线圈得电计
锁→电机M1直接启动
时→KT1常开触点闭合→电机M1正向直接启动
2）电机M3Y-△降压启动：
当电机M2正向运动到指定位置时，
SQ1常开触点闭合→交流接触器KM4线圈得电自锁→交流接触器KM5线圈得电自锁→
时间继电器KT2线圈得电计时→
电机M3Y型启动
交流接触器KM6线圈得电自锁→电机M3△型启动（同时KT3得电计）
3）M2的反向启动：
当KT3计时到指定时间时，
KT3常开触点闭合→交流接触器KM3线圈得电自锁→电机M2反向直接启动
电机M3停止
4）电机M1,M2停止控制：
当M2反向运行到指定位置时
SQ2常开触点闭合→中间继电器KA线圈得电→中间继电器KA的常闭触点断开→电机M1，M2停止，电机M1,M2停止控制：
当M2反向运行到指定位置时，照明显示辅助回路：
电源变压器TC将380V的交流电压降到36V安全电压，供照明显示所用，FU5用作电路的短路保护，HL1,HL2,HL3,HL4,HL5分作电机M1,M2,M3启动显示的指示。
主要元件从选择如表所示
代号
名称
型号及规格
数量
用途
M1
冷却泵电动机
AOB-25
90W,3000r/min
1
工件冷却
M2
进给电动机
AOS5634
250W,1360r/min
1
工件进给
M3
主轴电动机
Y132M-4-B3
11kW,1450r/min
1
零件加工
FR1
热继电器
JR16-20/2D,0.32A
1
M1主电路过载保护
FR2
热继电器
JR16-20/2D,0.32A
1
M2主电路过载保护
FR3
热继电器
JR16-20/2D,15.4A
1
M3主电路过载保护
KM1
交流接触器
CJ20-20,线圈电压110V
1
控制M1电机
KM2
交流接触器
CJ20-20,线圈电压110V
1
控制M2电机的正转
KM3
交流接触器
CJ20-20,线圈电压110V
1
控制M2电机的反转
KM4
交流接触器
CJ20-20,线圈电压110V
1
控制M3电机
KM5
交流接触器
CJ20-20,线圈电压110V
1
控制M3电机星型连接
KM6
交流接触器
CJ20-20,线圈电压110V
1
控制M3电机三角型连接
KA
中间继电器
JZ7-44,线圈电压110V
1
控制M1,M2
SQ1
行程开关
JWM6-11
1
断电保护
SQ2
行程开关
JWM6-11
1
断电保护
SB1
按钮
LAY3-01ZS/1
1
启动M1电机
QS
断路器
AM2-40,20A
1
电源引入
TC
控制电压器
JBK2-100
380V/110V/36V
1
变配电压
FU1
熔断器
RL1-10,55×78、25A
3
M1主电路短路保护
FU2
熔断器
RL1-10,55×78、25A
3
M2总电路短路保护
FU3
熔断器
RL1-10,55×78、25A
3
M3总电路短路保护
FU4
熔断器
RL1-15，5A
1
控制电路保护
FU5
熔断器
RL1-15，5A
1
指示灯电路保护
FU6
熔断器
RL1-10,55×78、25A
1
变压器短路保护
6.2线路安装步骤
根据原理图、安装图、主要元件等进行CA6140安装控制回路:
①检测电器元件是否符合质量要求。
②根据安装图布置固定电气元件或熟悉电气元件的位置。
③用单股连接壁龛内电气元件。
要求横平竖直。
④用多股导线连接电动机与主令电器元件。
⑤电路连接好后，用兆赫表测电动机绕阻及变压器主绕阻的绝缘电阻。
⑥用万用表测量电器元件的金属外壳对地电阻是否为零。
⑦用万用表的交流电压档检测电路是否正确。
A检测电源线电压是否为380V。
B检测变压器输出电压110V、24V、6V是否正确。
C当
、
闭合、SB分段时，按下
启动电路。
用万用电表测电压：
回路标号1—7之间电压为零，若为110V，说明该支路有短路故障。
出现故障时，只能用测电阻的方法进行检测。
6.3故障分析及安全注意事项
1）电动机M不能正常启动
①检查电动机M主电路熔断器或控制电路熔断器熔体，若熔断应更换。
②检查热继电器FR动作后动断触点是否复位，查明引起热继电器动作的原因，按原因排除故障后，将热继电器复位即可。
③检查控制电路接触器KM线圈是否松动或烧坏，接触器的主触点及辅助触点接触是否良好，若有问题应修复或更换接触器。
④检查启动按钮或停止按钮内的触点接触是否良好，若接触不良应修复或更换按钮。
⑤检查各连接线导线是否虚接或断线。
⑥检查电动机的机械部分是否良好，如果电动机内部轴承等损坏，应更换轴承；如果外部机械有问题，可配合机修钳工进行维修。
2）电动机M断相运行
按下启动按钮，电动机发出嗡嗡声不能正常启动，这是电动机断相造成的，此时应立即切断电源，否则易烧坏电动机。
产生断相可能的原因是：
电源断相；熔断器有一相熔体熔断，应更换；接触器有一对主触头没接触好，应修复。
3）电动机启动后不能自锁
故障原因是控制电路中自锁触点接触不良或自锁接线松开，修复即可。
4）电动机不能停止
按下停止按钮电动机不能停车，故障原因多是接触器主触点熔焊，应修复或更换；热继电器FR已动作过，未复位；接触器KM线圈或触点已损坏，应修复或更换。
5）电动机M运行中突然停车
这种故障的主要原因是由于热继电器FR动作。
发生这种故障后，一定要找出热继电器FR动作的原因，排除后才能将其复位。
引起热继电器FR动作的原因可能是：
三相电源电压不平衡，电源电压较长时间过低，负载过重以及电动机M的连线导线接触不良等。
6.4安全注意事项
①严格遵守车工安全操作规程。
②通电前检查机床各部分位置正确。
③操作时注意力要集中，以防滑板等碰撞。
④变换转速时应先停车，后变速。
致谢
通过这次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多的课外知识，开拓了视野，认清了将来机床的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞越。
毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次的作业，它既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端。
毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力，是我在校期间向学校所交的一份综合性作业。
从老师的角度的来说，指导做毕业设计是老师对学生所做的最后一次执手训练。
其次，毕业设计的指导是老师检验其教学效果，改进教学方法，提高教学质量的绝好机会。
毕业的时间一天天地临近，毕业设计也接近了尾声，在不断努力下我的毕业设计终于完成了。
在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对毕业设计时才发觉自己原来的想法基本上是错误的。
毕业设计不仅设计是对前面所学知识的检验，而且也是对自己的能力的一种提升。
通过这次毕业设计使自己明白了以前所学的知识太理论化了，面对单独的课题的是感觉茫然。
自己要学的知识还很多，以前总觉得自己什么都懂，什么都会，有点眼高手低。
通过这次毕业设计，我明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的工作和生活中都应不断的学习，努力提高自己的专业知识和综合素质。
在毕业设计完成之际，我要特别感谢我的指导老师王乐老师的热情关怀和悉心指导，老师曾经带过我大学学校的专业课，课堂上风趣幽默，以及其教学方式都是很好的，在毕业设计发下后，老师找了些资料及他往年所带毕业设计的范本给我们参考和学习。
我们都得到了王乐老师的悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他广博的知识，深厚的学术素养，严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风，使我终生受益。
在此表示真诚的感谢和深深的感谢。
同时也得到了许多同学们的宝贵建议，在此并表示诚挚的谢意，感谢所有关心、帮助、支持我的良师益友。
向在曾经教导过我的各位老师们表示衷心地感谢！
并祝愿我们平顶山工业职业技术学院教育事业蒸蒸日上。
参考文献
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[2]梁南丁.《普通电工学》.煤炭工业出版社,2009
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