钻床钻孔加工过程自动控制电路设计专业课程设计Word文档格式.docx
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摘要：
在现代工业生产中，为了提升劳动生产率、降低成本、减轻工人劳动负担，要求实现整个生产工艺过程全盘自动化。
比如机床自动进刀、自动退刀、工作台往复循环等加工过程自动化，高炉实现整个炼铁过程自动化等等。
因为自动化程度提升，只有简单联锁控制已不能满足要求，需要依据工艺过程特点进行控制。
这里我们以钻孔加工过程自动化为例介绍实际生产过程自动化一个关键基础规律——按控制过程改变参量进行控制规律，本文将具体介绍切削加工刀架控制电路系统设计思绪、过程及原理分析，该系统能够实现刀架自动循环、无进给切削和快速停车。
最大程度地满足生产机械和生产工艺对电气控制要求，设计方案要合理，机械设计和电气设计应相互配合，确保控制系统安全可靠地工作。
关键字：
刀架无进给切削自动循环
1.1设计任务及要求
。
图示1-1出钻床钻孔加工时刀架自动循环过程。
具体要求以下：
图示为钻床切削加工示意图，钻头和刀架分别由两台5.5kw电机控制、驱动；
刀架能够从A点移动到B点自动停车进行无进给切削加工，当孔加工精度达成要求后自动回到A点停车。
设计对应控制电路完成上述过程控制，同时利用热继电器实现电机过载保护。
画出控制连接图，分析其工作原理；
撰写设计汇报、调试汇报、设计心得。
1.2系统框图及实现原理
1.2.1系统框图
控制装置
控制对象
命令信号
机械运动
本系统关键由依据生产工艺要求，用行程作为控制信号，采取行程开关作为测量元件，再将这个改变参量反馈回来作用于控制装置，以达成对控制对象进行自动控制对象进行自动控制目标。
这一过程可用结构图1-2表示。
图1-2按参量改变进行控制结构
1.2.2系统具体实现方案
本系统采取继电器为关键控制器件，经过控制电机正反转实现刀架进退，采取行程开关实现自动循环，利用时间继电器确定无进给切削时间，停车时为了降低辅助工时，采取反接制动来实现快速停车。
系统关键由自动循环、无进给切削和快速停车三个步骤组成。
控制方案实现步骤图1-3：
刀架
初始
位置
行程开
关SQ2
延时到
正转
停
转
关SQ1
反转
从
图1-3控制方案步骤图
下面针对控制过程中各自特殊矛盾，采取不一样控制方法加以处理。
2.1自动循环
为实现刀架自动循环，对电动机基础要求仍然是开启、停转和反向控制，所不一样是当刀架运动到位置B时能自动地改变电动机工作状态。
总而言之控制对象要求控制装置依据控制过程位置来改变或终止控制对象运动。
在实现刀架自动循环过程中，最理想方法就是由控制装置直接反应控制过程改变参数——行程，使刀架在运动到位置B或A时自动发出控制信号进行控制。
通常采取直接测量位置信号元件——行程开关来实现这一要求。
采取行程开关直接测量刀架行程位置，实现钻削加工自动循环。
设计出控制线路图2-1所表示。
刀架自动循环控制线路
设计这类电路时大致遵照以下步骤：
1.首先设计主电路因要求电动机实现正反向运转，故采取正反两个接触器KM1和KM2以通、断电路和改变电源相序，图1-3中主电路所表示。
2.确定控制电路基础部分如起、停按钮及自保步骤等，图1-3所表示控制电路为刀架前进、后退基础控制线路。
3.设计控制电路特殊部分在本线路中特殊部分是指自动循环控制。
这里采取行程开关SQ1和SQ2分别作为测量刀架运动到位置A和B测量元件，由它们给出控制信号经过接触器作用于控制对象。
将SQ2常闭触头串于正向接触器线圈KM1电路中。
SQ2常开触头于反向起动按钮并联。
这么，当刀架前进到位置B时，SQ2动作，将KM1切断；
KM2接通，刀架自动返回。
SQ1任务是使电动机在刀架反向运动到位置1时自动停转，故将其常闭触头串联于反向接触中，刀架退回到位置A，撞击SQ1，刀架自动停止运动。
4.设置必需保护步骤这里采取了熔断器和热继电器分别实现短路和过载保护。
5.综合审查和简化设计线路上述设计是依据各部分要求局部进行。
组成一个整体控制线路后需要全方面考虑，检验其动作是否无误，有没有寄生电路，能否进一部降低电气元件或触头。
这么对任何按行程控制自动控制线路，依据生产工艺要求，用行程作为控制信号，采取行程开关作为测量元件，再将这个改变参量反馈回来作用于控制装置，以达成对控制对象进行自动控制对象进行自动控制目标。
2.2无进给切削
为了提升加工精度，当刀架移动到位置B时，要求无进给情况下继续切削，短临时间后刀架再开始退回。
这一控制信号严格讲应依据切削表面情况进行控制。
但切削表面不易直接测量，所以不得不采取间接参数——切削时间来表征无进给切削过程。
切削时间可采取时间继电器来反应。
采取时间继电器来间接测量无进给切削过程控制电路在图2-1基础上增加了时间继电器KT，图2-2所表示（主电路相同不在绘出）。
当刀架抵达位置B撞击行程开关SQ2，使其常闭触头切断正向接触器KM1，使电动机停止，工作刀架不再进给，但钻头继续旋转进行无进给切削。
同时SQ2常开触头接通时间继电器KT线圈，开始计算无进给切削时间。
抵达预定无进给切削时间后，时间继电器继续动作，使反向接触器KM2线圈通电吸合，于是刀架开始返回。
时间继电器延时值应依据无进给切削所需要时间进行调整。
2.3方案总体设计
上面叙述了根据联锁控制规律和根据控制过程改变参量进行控制基础规律。
依据这些基础规律结合生产机械要求，本系统总体设计以下图2-4：
钻床钻孔加工电路总体设计图
按下开启按钮SB2——KM1线圈通电、自锁——电机正转，刀架前进。
抵达B时，撞击行程开关SQ1——其动断触点断开，KM1线圈失电，电机停止正转，刀架停止进给，钻头则继续旋转。
同时SQ1动合触点接通时间继电器KT线圈电路，开始无进给切削计时。
KT延时时间到后，延时动合触点闭合--KM2线圈通电并自锁，其主触点闭合--电动机反转，刀架开始返回，抵达位置A时，撞击行程开关SQ2，其动断触点断开，KM2线圈失电，电动机停止运转，一个周期工作结束。
3.1电动机选择
在电动机类型选择中，优先考虑采取结构简单、价格廉价、使用维护方便三相交流异步电动机，如通常机床、自动生产线、传送带、风机及各类机泵等电力拖动场所，大量选择一般三相鼠笼式异步电动机。
在本切削加工刀架电路设计中，我们优先选择Y系列电动机Y132S-4。
Y系列电动机为全封闭自扇冷式三相鼠笼型异步电动机，根据国际电工委员会（IEC）标准设计，本系列电动机含有体积小、重量轻、运行可靠，结构坚固，外形美观等特点，起动性能好，含有效率高等特点，达成了节能效果。
而且噪声低、寿命长、经久耐用。
Y系列电动机适适用于空气中不含易燃、易爆或腐蚀性气体场所，比如金属切削、泵、风机、运输机、农业机机械等。
电动机Y132S-4参数以下表：
型号
功率
千瓦
（KW）
电流
（安）
转速（转每分）
效率（%）
因数（COSφ
堵转转矩/额
定转矩
堵转电流/额定电流
最大转矩/额定转矩
Y132S-4
5.5
11.6
1440
85.5
0.84
2.2
7.0
我们采取直接开启，开启电流较大，能够达成额定电流4~7倍，对于一些国产笼型异步电机甚至能够达成8~12倍，我们可取其开启电流I1st=11.6*8=92.8A。
3.2低压断路器选择
低压断路器又称为自动空气开关，可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动电动机。
它功效相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部功效总和，是低压配电网中一个关键保护电路。
自动空气开关通常选择标准是：
1、自动空气开关额定电压≥线路额定电压（380V）。
2、自动空气开关额定电流≥线路计算负载电流。
3、热脱扣器整定电流=所控制负载额定电流。
4、电磁脱扣器瞬时脱扣整定电流≥负载电路正常工作时峰值电流。
5、自动空气开关欠电压脱扣器额定电压=线路额定电压（380V）。
对于保护鼠笼型异步电动机其瞬时电流整定值为8－15倍电动机额定电流，这里取15倍即I=15×
11.6＝174A。
依据要求采取DW15-200型（额定电流为200A，过流脱扣器范围为60～200A，额定电压为380V，电流有效值为20A）。
3.3熔断器选择熔断器关键由熔体、安装熔体熔管和熔座三部分组成。
熔断器通常不宜作过载保护关键用作短路保护。
熔断器类型应满足电路要求；
熔断器额定电压应大于或等于电路额定电压；
熔断器额定电流应大于或等于所装熔体额定电流。
熔体额定电流能够有以下多个选择：
1.对于阻性负载保护，应使熔体额定电流等于或稍大于电路工作电流，即：
；
2.对于一台电动机短路保护，考虑到电动机起动冲击电流影响，可按下式选择：
；
3.对于多台电动机应按下式计算：
∑IN
轻载及起动时间短时，系数取1.5，起动负载较重及起动时间长，则取2.5。
3.4交流接触器选择
正确地选择接触器就是要使得所选择接触器技术数据，能满足控制线路对它提出要求，选择接触器可按下列步骤进行：
1.依据接触器任务，确定用哪一系列接触器；
2.依据接触器所控制电路额定电压确定接触器额定电压；
3.依据被控制电路额定电流及接触器安装条件来确定接触器额定电流。
如接触器在长久工作制下使用时，其负载能力应合适降低。
这是因为在长久工作制下，触点氧化膜得不到清除，使接触电阻增大，所以必需降低电流值以保持锄头许可升温；
4.通常情况下对于控制主电路为交流应采取交流控制电路。
电磁线圈额定电压要和所接电源电压相符，且要考虑安全和工作可靠性。
交流电磁线圈电压等级有：
36V、110V、127V、220V和380V等；
直流电磁线圈电压等级有：
24V、48V、110V、220V和440V等；
5.对于一些机械设备对接触器固有吸合时间、固有释放时间及释放电压所提出要求也应给予考虑。
这里采取电动机是小容量笼型电动机，故使用AC3类能满足要求，工作电压是交流380V，交流接触器主触头额定电流可按下面经验公式计算Iec=1000Pe/KUe式中Iec－主触头额定电流（A），Pe－电动机额定功率（KW）Ue-电动机额定电压（V），K－系数，取1～1.4
这里Iec＝1000*5.5/（1.2*380）=12A,故采取CJ20-16A交流接触器。
3.5继电器选择
3.5.1时间继电器选择
时间继电器种类很多，选择时关键考虑控制线路提出技术要求，如电源电压等级、电压种类（交流还是直流）和触点型式（瞬时触点还是延时触点）、数量、延时时间等。
另外在满足技术要求前提下尽可能选择结构简单、价格廉价型号。
这里要求延时精度不高，而且是用于交流电压，故可采取空气阻尼式延时继电器JS7-2A型（触头额定电压380，吸引线圈电压为220V,触头额定电流为5A,延时范围0.4～60S,通电延时型，延时触头和瞬动触头常开常闭各有1个）。
3.5.3热继电器选择
通常情况下，可选择两相结构热继电器；
对电网电压严重不平衡、工作环境恶劣或较少有些人照管电动机，可选择三相式结构热继电器；
对于三角形接线电动机，为了进行断相保护，可选择带断相保护装置热继电器。
热继电器具体选择以下：
1.保护电动机额定电流，通常选择热继电器额定电流0.95~1.05倍。
2.依据需要整定电流值选择热继电器热元件编号和额定电流。
选择时应使热元件整定电流等于电动机额定电流，同时整定电流应留有一定程度上、下调整范围。
在重载起动和起动时间较长时，为预防热继电器误动作，可将热元件在起动期间给予短路。
常见热继电器有JR16、JR20、JRS1、T系列等，经过计算，我们选择JR16B-20/3。
3.6控制开关选择
3.6.1行程开关选择
行程开关又称限位开关，用于控制机械设备保护。
在实际生产中，将行程开关安装在预先安排位置，当装于生产机械运动部件上模块撞击行程开关时，行程开关触点动作，实现电路切换。
所以，行程开关是一个依据运动部件行程位置而切换电路电器，它作用原理和按钮类似。
行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。
行程开关按其结构可分为直动式（如LX1、JLXK1系列）、滚轮式（如LX2、JLXK1系列）和微动式（如LXW-11、JLXK1-11系列）3种。
因为行程开关触头分合速度取决于机械移动速度，当速度太低时，主触头分断能力太慢，易受电弧烧坏，故应选择有盘型弹簧机构瞬时动作滚轮式行程开关。
JLXK1系列适适用于交流50-60Hz;
AC380V;
DC220V;
电流5A控制线路中，作为限制机床自动控制、限制运动机构动作或自动化程序控制之用应用范围机床自动控制，限制运动机构动作或程序控制技术参数，这里采取JLXK1-111型。
3.6.2开启按钮选择
应选择带有绿色指示灯起动按钮，且根据GB5226-1985对按钮开关颜色及指示灯颜色含义要求选，常见按钮有LA2，LA10，LA19及LA20等。
这里采取LA19-11D型（指示灯6.3V）。
3.6.3停止按钮选择
应选择带有红色指示灯停止按钮，采取LA19-11D型（指示灯6.3V）。
3.7指示灯选择
选择两种不一样颜色XD1型（6.3V,0.05A）。
3.8控制变压器选择
用于照明和指示灯用，选CXB—100（输入380V输出220V6.3V）。
3.9电缆线选择
在电气安装接线图中，我们能够选择铜芯橡皮绝缘电缆或铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆。
其型号为BBX-4（铜芯橡皮绝缘电缆-4平方）或NA-VV、NB-VV。
第4章电气安装接线图设计
4.1电气安装接线图标准
电气安装接线图是根据电器元件实际位置和实际接线绘制，依据电器元件部署最合理、连线导线最经济等标准来安排。
它为安装电气设备、电器元件之间进行配线及检修电气故障等提供了必需依据。
绘制安装接线图时通常应遵照一下标准：
1.各电器元件用要求图形、文字符号绘制，同一电器元件各部件必需画在一起。
各电器元件位置应和实际安装位置一致。
2.不在同一控制柜或操作台上电器元件电气连接必需经过端子排进行。
各电器元件文字符号及端子应和原理图一致，并按原理图接线进行连线。
3.走向相同多跟导线可用单线表示，但线径不一样导线例外。
4.画连接导线时，应标明导线规格、型号、根数等规格要求，方便施工工人员顺利施工。
第五章总结及致谢
此次课程设计是我收获挺大一次设计。
设计是我们未来必需技能，这次课程设计恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识机会。
首先，要感谢学校给我这次课程设计机会，我们能顺利地完成这次课程设计，是离不开张斌老师关心和指导，和我搭档陆海波帮助。
设计是一个考验人耐心过程，不能有丝毫急躁、马虎，尤其对我们电气自动化专业来说，要求设计系统要有很好可靠安全性。
我们要熟练地掌握书本上知识，而且必需要有足够耐心，要有坚持毅力。
在整个设计过程中，在老师耐心指导下，我仔细地查找资料，深刻地体会到整个设计需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间计算出来数据还是需要重做，那时心中未免有点气馁，有时还尤其想放弃，不过此时愈加需要静下心，查找原因。
总体来说，这次课程设计使我受益匪浅。
在探索怎样设计电路使之实现所需功效过程中，尤其有趣，培养了我设计思维，增强了实践动手能力。
在体会到设计艰辛同时，更让我体会到成功喜悦和愉快，同时也为大四毕业设计积累了不少财富。
经过这次设计，我们能力提升了不少，同时也期望老师给我们作品多提点意见，让我们能掌握更多东西。
参考文件：
[1].陈伯时主编．电力施动自动控制系统．北京：
机械工业出版社1992
[2].朱英韬主编．工厂电气控制技术．北京工业大学出版社，1991
[3].张用，杨定亚编著．机床电气控制．上海，上海科学技术文件出版社，1983
[4].陈伯时主编．自动控制系统一电力传动控制．北京中央广播电视大学出版社，1988
[5].张明达主编．电力拖动自动控制系统．北京：
冶金工业出版社1983
附录一：
元器件清单
表4-1元器件目录表
序号
代号
名称
数量
规格型号
备注
1
M
电动机
2
QS
低压断路器
DW15-200
3
KM1~KM2
接触器
CJ20-16A
4
FR
热继电器
JR16B-20/3
5
KT
时间继电器
JS7-2A
6
TC
变压器
CXB—100
7
FU
熔断器
RL1-15
熔体额定电流为6A
8
SB1
停止按钮
LA19-11D
红色指示灯
9
SB2~SB3
起动按钮
绿色指示灯
10
SQ1~SQ2
行程开关
JLXK1-111
附录二：
完整系统电气图
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