Φ500卧式车床电气控制系统设计.docx
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Φ500卧式车床电气控制系统设计
目录
第一章卧式车床简介及运动分析2
1.1、卧式车床作用2
1.2、卧式车床的结构分析2
1.3、卧式车床的运动分析2
1.4、C650卧式车床对电力拖动及控制的要求4
第二章电气控制系统分析及设计5
2.1、课程设计要求及任务5
2.2、设备电气控制要求5
2.3、主电路设计5
2.4、控制电路设计6
第三章电气元件的选择3
3.1、电动机M1、M2、M3的选择3
3.2、电源引入开关3
3.3、热继电器3
3.4、熔断器3
3.5、接触器的选择3
二、电气元件明细表3
课程设计小结3
参考文献3
第一章卧式车床简介及运动分析
1.1、卧式车床作用
它是机床中应用最为广泛的一种，可以用于切削各种工件的外圆、内孔、端面及螺纹，卧式车床属于中型车床，随着工件材料和材质的不同，应选择合适的主轴转速及进给速度。
目前中小型的车床多采用不变速的异步电动机拖动，而靠齿轮箱来进行有级变速。
为满足生产加工需要，主轴的旋转运动可正转，也可以反转，这就要求可以改变主轴电动机的转向或采用离合器来实现。
进给运动大多是通过主轴运动分出一部分动力，通过挂轮箱传给进给箱配合来实现刀具的进给。
有的车床为了提高效率，刀架的快速运动由单独一台进给电动机来拖动。
车床一般都设有交流电动机拖动的冷却泵，实现刀具切削时的冷却。
1.2、卧式车床的结构分析
平面磨床的结构如图所示，由床身、主轴、刀架、尾架、溜板箱等部分组成。
图1-1卧式车床结构简图
1.床身：
其中之中有变速装置，以以控制车床的转速。
2.主轴：
主轴传动主运动，其中主轴上安装夹具以固定工件。
3.刀架：
安装并夹紧刀具的装置，并且进行必要的进给运动。
4.尾架：
用于固定需要固定两端的工件。
5.溜板箱：
进行进给运动。
1.3、卧式车床的运动分析
车床具有切削运动（主运动和进给运动）和辅助运动。
主运动是主轴通过卡盘或顶尖带动工件作旋转运动。
进给运动是溜板带动刀架的纵向和横向的直线运动。
辅助运动是指刀架的快速移动及工件的加紧与放松。
卧式车床由主轴运动和刀具进给运动完成切削加工，车床的主轴、冷却泵、刀架快速移动均由三相异步电动机拖动。
车床有三种运动形式：
车削加工的主运动是主轴通过卡盘或者鸡心夹头带动工件的旋转运动，它承受车削加工时的主要切削功率；进给运动是溜板带动刀架的纵向或横向运动；辅助运动为溜板箱的快速移动，尾座的移动和工件的夹紧与放松。
主轴的旋转运动由主电动机，经传动机构实现。
机床车削加工时，要求车床主轴能在较大范围内变速。
通常根据被加工零件的材料性能、零件尺寸精度要求、车刀材料、冷却条件及加工方式等来选择切削速度，采用机械变速方法。
车床纵、横两个方向的进给运动由主轴变速箱的输出轴，经挂轮箱、进给箱、光杆传入溜板箱而获得，其运动方式有手动与机动两种。
其工作过程过程如下：
（1）正常车削加工时一般不要求反转，但在加工螺纹时，为保证螺纹的加工质量，为避免乱扣，加工完毕后要求反转退刀，且工件旋转速度与刀具的移动速度之间保持严格的比例关系。
因此，卧式车床溜板箱与主轴变速箱之间通过齿轮传动来连接，由同一台电动机拖动。
（2）卧式车床通过主电动机的正、反转来实现主轴的正、反转，当主轴反转时，刀架也跟着后退。
（3）电流表A经电流互感器TA接在主电动机M1的动力回路上，用来监测电动机的负载情况。
（4）车削加工近似于恒功率负载，主电动机M1通常选用普通笼型异步电动机（功率为30KW），完成主轴运动和刀具进给运动的驱动。
M1电动机采用直接启动的方式，可正反两个方向旋转，为加工方便，还具有点动功能。
由于加工的工件比较大，加工时其转动惯量也比较大，需停车时不易立即停止转动，必须有停车制动动能，车床的正反停车采用速度继电器控制电源的反接制动，以提高生产效率。
（5）车削加工中，为防止刀具和工件的温度过高，延长刀具使用寿命，提高加工质量，车床附有一台单方向旋转的冷却泵电动机M2。
（6）卧式车床的床身较长，为了提高生产效率、减轻工人的劳动强度，专门设置了一台功率为2.2KW的电动机M3来拖动溜板箱快速移动。
电动机可根据使用需要，随时手动控制起停。
（7）在进行车削加工时，因被加工的工件材料、形状、大小、性质及工艺要求不同，且使用的刀具也不同，所以要求切削速度也不同，这就要求主轴有较大的调速范围。
车床大多采用机械方法调速，变换主轴箱外的手柄位置，可改变主轴的转速。
1.4、卧式车床对电力拖动及控制的要求
车床进行车削加工的主运动是主轴通过卡盘或夹头，带动工件的旋转运动，它承受车削加工时的主要切削功率。
进给运动是溜板带动刀架的纵向或横向运动。
为保证螺纹加工的质量，要求工件的旋转速度与刀具的移动速度具有严格的比例关系。
因此，卧式车床溜板箱与主轴变速箱之间通过齿轮转动来连接，用同一台电动机来拖动。
车削加工时一般不要求反转，但在加工螺纹时，为避免乱扣，加工完毕后，要求反转退刀，所以车床可以通过主电动机的正反转来实现主轴的正反转，当主轴反转时，刀架也跟着后退。
卧式车床在车削加工时，刀具的温度往往很高，因此，要配备一台冷却泵及电动机。
由于车床的床身较长，为减少辅助工时，提高加工效率，专门设置了一台2.2kW的电动机来拖动溜板箱快速移动，并采用点动控制。
一般车床的调速范围大，常用齿轮变速机构来调速，调速范围可达40倍以上，车床的主电动机采用普通笼型异步电动机，功率为30kW。
由于加工的工件比较大，加工时其转动惯量也比较大，需停车时不易立即停止转动，为提高工作效率，该机床采用了反接制动方法。
包含的环节：
（1）车削加工近似于恒功率负载，主轴电动机M1通常选用笼型异步电动机，完成主轴主运动和刀具进给运动的驱动。
（2）车削螺纹时，刀架移动与主轴旋转运动之间必须保持准确的比例关系，因此，车床主轴运动和进给运动只由一台电动机拖动，刀架移动由主轴箱通过机械传动链来实现。
（3）为了提高生产效率、减轻工人劳动强度，拖板的快速移动由电动机M3单独拖动。
根据使用需要，可随时手动控制启停。
（4）车削加工中，为防止刀具和工件的温度过高、延长刀具使用寿命、提高加工质量，车床附有一台单方向旋转的冷却泵电动机M2，与主轴电动机实现顺序启停，也可单独操作。
（5）必要的保护环节、连锁环节、照明和信号电路。
第二章电气控制系统分析及设计
2.1、课程设计要求及任务
1）设备机械运动部分说明
2）主运动：
机床主轴可正反转；直接启动；停车采用反接制动、定子回路串如电阻；主轴正转可点动
3）工作台进给运动：
进给运动由主电动机驱动，实现纵向、横向两个方向的进给
4）快速进给：
由快速进给电动机带动
2.2、设备电气控制要求
1）主电机M1：
三相异步电动机（M1能正反转、反接制动、正向点动）
2）快移电动机：
三相异步电动机（单向运转）
3）冷却泵电动机：
三相异步电动机直接由转换开关控制（控制按钮控制、可实现两地控制）
4）主轴机械变速、要求监视主电动机工作电流
5）照明电压24V，控制电压110V
6）要有必要的指示灯
2.3、主电路设计
图2-1主电路
主电路说明和解释：
主轴电动机M1启动方式为全压启动，带动主轴旋转和刀架做进给运动，允许在空载下直接启动；KM1和KM3控制主电机M1正传，KM2和KM3控制主电机反转。
M2为冷却泵电动机，用来输送切削时的冷却液。
M3为刀架快速移动电动机，溜板箱连续移动时的短时工作。
接通三相交流电源开关QF，主轴电动机M1由接触器KM1控制启动，热继电器FR1作过载保护，熔断器FU作短路保护,接触器KM1，KM2还可作失压和欠压保护。
冷却泵电动机M2由接触器KM4控制启动，热继电器FR2作为冷却泵电动机M2的过载保护。
刀架快速移动电动机M3由KM5控制，因属于点动,可以省去过载保护的热继电器。
2.4、控制电路设计
图3-2控制电路
控制电路说明和解释：
主电机M1点动：
SB4开关为正传点动开关，按下SB4后KM1继电器通电，KM1的主触点闭合，电动机正传
主电机M1正传：
SB2开关为正传开关，按下SB2后KM3继电器通电，8处的KM3常开触点闭合使中间继电器
KA通电，这时7和9处的KA常开触点闭合使KM1通电，KM1通电后8处的KM1常开触点闭合，电动机正传，
并且电路处于自锁状态，松掉SB2后KM1、KM3、KA仍保持通电状态。
主电机M1反转：
SB3开关为反转开关，按下SB3后KM3继电器通电，8处的KM3常开触点闭合使中间继电器
KA通电，这时10和9处的KA常开触点闭合使KM2通电，KM2通电后10处的KM1常开触点闭合，电动机反传，
并且电路处于自锁状态，松掉SB3后KM2、KM3、KA仍保持通电状态。
主电机M1正传反转制动：
KS为速度继电器，当主电机处于通电正传或反转时10处的KA常闭触点式断开的，切断电动机电源后KM1、KM2、KM3、KA都失电恢复初始状态，这时10处的KS触点接入电路，如果电动机反转停止时速度大于某设定值时KS1开关闭合使KM1继电器通电，KM1主触点闭合给电动机同正传电压，使电动机的反转能加速停止。
如果电动机正传停止时速度大于某设定值时KS2开关闭合使KM2继电器通电，KM2主触点闭合给电动机同反转电压，使电动机的正传能加速停止。
冷却电机M2启动：
SB6为冷却电动机的启动开关，按下SB6后KM4继电器通电，3处的KM4主触点闭合，电动机启动，并且12处的KM4常开触点闭合，电路自锁，松掉SB6后KM4仍处于通电状态。
快速移动电机M3启动：
SQ为限位开关，当限位开关压下时KM5通电，M3启动，当限位开关松掉时KM5失电M3停止。
第三章电气元件的选择
3.1、电动机M1、M2、M3的选择
合理地选择电动机是指从驱动机床的具体对象、加工规范，也就是要从机床的使用条件出发，即从经济、合理、安全等多方面考虑，使电动机能够安全可靠地运行。
在机床中，现阶段Y系列电动机具有高效，节能，性能好，振动小，噪声小，寿命长，可靠性高，维护方便，启动转矩大等优点而得到广泛的应用。
考虑到以上情况，所以选择：
主电机M1：
Y2-200L-430kW380V57.2A980r/min;
冷却泵电机M2：
Y2-801-20.18kW380V1.78A2730r/min;
快速移动电机M3：
Y2-90L-22.2KW380V4.69A2840r/min;
3.2控制变压器的选择
用于降低辅助电路电压，保证控制电路安全可靠工作。
选择原则如下：
（1）一、二测电压应与交流电源电压。
控制电路和辅助电路电压相等；
（2）应能保证接入二次侧的交流电磁器件在启动时可靠吸合；
（3）电路正常运行时，变压器温升不超过允许值；
已知：
原边线圈的电压为380v，副边线圈的电压为110v；设原边线圈为N1，副边线圈为N2，则
由公式K=
=
=
K:
为电压比
其选择规格如下：
BK系列单相控制变压器的技术数据
名称
总容量（VA）
规格
电压
总匝数
导线直径（mm）
25
380/110-36
110
36
668
224
0.29
0.51
电源引入开关Q：
（1）开关的额定电压≥线路额定电压。
（2）开关的额定电流≥线路计算负载电流。
（3）有热继电器装置的开关，电磁继电器电流应与所控制负载额定电流一致。
（4）有电磁继电器的开关，电磁继电器瞬时电流应不小于负载电路正常工作电压。
（5）有欠电压继电器装置的开关，Q的作用作为电源隔离开关用，并不是用它来直接起停电动机，可按照电动机额定电流来选择，显然根据两台电动机来选择。
中小型常用组合开关，选用HZ10-60/3型，额定电流为60A,三极组合开关。
额定功率5.5KW。
热继电器
热继电器用于电动机的过载保护。
热继电器的选择主要是根据电动机的额定电流来确定其型号和规格。
热继电元件的额定电流IRT应接近或者略大于电动机的额定电流Ied，即：
（电气控制技术与plc公式:
1.6.2）
1）热继电器的整定电流值是指热元件通过的电流超过此值的20%时，热继电器应当在20min内动作。
选用时整定电流应与电动机额定电流一致。
主电动机M1额定电流30A,热继电器FR1选择JR29-45（T45）30-45A，FR2选择JR0-40,额定电压380V,额定电流0.43A。
熔断器
（1）熔断器的额定电压应符合电动机的运行电压
（2）熔断器的额定电流应大于电动机回路长期通过的最大电流
（3）熔断器的额定电流应大于留过电路的最大短路电流
（4）熔断器的保护特性必须与保护对象的过载特性有良好的配合，使其在整个曲线范围内获得可靠的保护
熔断器熔体的选用原则：
对负载电流比较平稳，没有冲击电流的短路保护，熔体额定电流等于或稍大于负载工作电流；
是对M1、M2、M3三台电动机进行保护的熔断器。
熔体的电流为：
可以选用
RL1-100型熔断器，配用80A的熔体，
可以选用RL1-15型熔断器，配用10A的熔体，
可以选用RL1-15型熔断器，配用2A的熔体。
指示灯功率3W，所以额定电流I=0.13A。
FU6选择XRNP1-12配用0.5A的熔体。
接触器的选择
接触器用于带负载主电路的自动接通或切断。
分直流、交流两类，机床中应用最多的是交流接触器。
选择接触器主要考虑一下技术数据：
1）电源种类：
交流、直流。
2）主触点额定电压、额定电流。
3）辅助触点的种类、数量及触点额定电流。
4）电磁线圈的电源种类，频率和额定电压。
5）额定操作频率，即允许的没小时接通的最多次数。
主触点额定电流，一般根据电动机容量Pd计算触点电流Ic，即
式中，K—经验常数，一般取1~1.4；
Pd—电动机功率（kW）；
Ud—电动机额定线电压（V）；
IC—接触器主触点电流（A）；
Uea—线路额定电压，接触器触点额定电压UC≥Uea。
1）交流接触器KM1、KM2、KM3均选择CJT1-100，其主触头额定电压400V,额定电流100A，线圈额定电压选择110V。
2）KM4、KM5选择CJT1-5，其主触头额定电压400V,额定电流3A，线圈额定电压选择110V。
行程开关的选择
行程开关的一般选用原则是：
（1）根据使用场合及控制对象选用种类；
（2）根据安装环境选用防护形式；
（3）根据控制回路的额定电压和额定电流选用系列；
（4）根据机械与行程开关的窗洞与唯一关系选用合适的操作头形式。
查阅实用机械电气技术手册，JLXK1系列行程开关具有瞬时转移动作机构，
适用于交流50HZ,电压380v以下和直流电压220v以下的电路中，作为机床的自动控制按钮下，限制运动机构动作以及程序控制。
综上所述，所以SQ应选JLXK1-111（单轮）型行程开关，其额定电压为380v，约定发热电流为5A。
控制按钮的选择
按钮开关的一般选用原则
（1）根据使用场合选用按钮开关的种类
（2）根据用途选用合适的形式
课程设计小结
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！
参考文献
《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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