400卧式车床电气控制系统设计.docx
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400卧式车床电气控制系统设计
第一章卧式车床简介及运动分析
一、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，C650卧式车床属于中型车床，可加工的最大工件回转直径为1020mm，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。
二、卧式车床的结构分析
图1卧式车床的结构
主要组成部件有：
主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。
主轴箱：
又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。
主轴箱中等主轴是车床的关键零件。
主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低。
进给箱：
又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。
丝杠与光杠：
用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。
丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。
同学们要结合溜板箱的内容区分光杠与丝杠的区别。
溜板箱：
是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。
刀架：
装夹刀具的夹具。
尾架：
装夹锥柄工具加工、辅助加工工件的装置。
如：
钻头、顶尖等
床身：
车床的主要部分。
工作过程和其它类型的车床基本一致。
为了加工出各种表面，车床刀具之间要保持必要的相对运动。
车床必须具备下列运动。
（1）工件的旋转运动
车床通常以工件的旋转运动作为主运动，用n（r／min）表示。
主运动是实现切削最基本的运动，其特点是速度高且消耗的动力较大。
（2）刀具的移动
这是车床的进给运动，常用贝mm／r）表示。
进给运动方向可以是平行于工件的轴线或垂直于工件轴线，也可以是与中心线成一定角度或做曲线运动。
进给运动速度较低，所消耗的动力也较少。
主运动和进给运动是形成被加工表面形状所必需的运动，称为机床的表面成形运动。
此外，机床上还有一些其他运动，如切入运动和分度运动。
卧式车床上的切入运动通常与进给运动的方向相垂直，且由工人手动操纵刀架来实现。
为了减轻工人的劳动强度和节省空行程，时间，CA6140型车床还具有刀架纵向及横向的快速移动。
机床中除了成形运动、切入运动和分度运动等直接影响加工表面和质量的运动外，还有辅助运动（为成形运动创造条件的运动称为辅助运动）。
三、C650卧式车床对电力拖动及控制的要求
C650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，C650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C650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。
C650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C650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3.2kW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。
C650车床的主电动机采用普通笼型异步电动机，功率为40kW。
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。
第二章控制方案设计
一、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；主轴正转可电动
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
二、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
三、电动机的选择（根据功率、转速等要求选择）
本设计中根据C650卧式车床的相关参数及工作要求，选用主电机及冷却泵电动机，快移电动机如下：
主电机：
P=35.5D1.54P=8.66kw
主电机M1：
Y160M-411kW380V22.6A1460r/min;
冷却泵电机M2：
JCB-220.15kW380V0.43A2790r/min;
快移电动机M3：
Y160M1-211kw380V21.8A2930r/min
第三章电气控制线路设计
一、主电路设计
图二主电路图
电路说明和解释：
刀开关QS按下，KM1接通，主电机M1开始启动，当KM3接通时，M1正常运行；若KM1断开，KM2接通时，M1反转；当KM4、KM5接通时，冷却泵电动机M2Y型启动，KM6接通，KM5断开时，冷却泵电动机M2正常运行；当KM7接通时，快移电动机M3工作，此工作为点动。
二、控制电路设计
图三控制电路图
电路说明和解释：
当SB4按下时，KM1接通，此按钮为点动；当SB2按下时，KM3接通，KA接通，KM1接通，此时KM1可以保持接通，KS2闭合，当按下SB1时，KA线圈断电，此时KA的常闭触点闭合，KM2开始工作，由于电机还处于正转，所以此状态称为反接制动；当SB3按下时，KM3接通，KA接通，KM1接通，此时KM1反转，保持接通，KS1闭合，当按下SB1时，由于线圈KA断电，所以KA的常闭触点闭合，KM1开始工作，此状态也为反接制动；；SB6按下时，KM4接通，KM5同时接通，M2Y型启动，过一段时间，通电延时点开动点断开，则KM5断开，KM6接通，M2正常运行；KM7接通，此按钮也为点动；按下SB1，所有电路断开。
第四章电气元件的选择
一、熔断器的选用
熔断器在电路中主要作短路保护和严重过载保护，用于保护线路。
熔断器的熔体串接于被保护的电路中，当通过它的电流小于规定值时，其熔体相当于一根导线，起电气连接作用；当通过它的电流超过规定值（电路发生严重过载或短路时）一定时间后，其熔体自动熔断并切断电路，从而起到保护作用。
选择熔断器，主要是选择熔断器的种类、额定电流、熔断器的额定电流等级和熔体的额定电流。
IrN=（1.5~2.5）INIrN=56.5A
熔断器FU1、5：
RT12型熔断器代号A3熔断器稳定电流63A熔体额定电流63A
FU4：
IrN=1.075ARL1-15型2A熔体
FU0：
IrN=（1.5~2.5）INmax+∑IN=79.53A
RT12型熔断器代号A3熔断器稳定电流100A熔体额定电流80A
热继电器FR
二、接触器的选用
交流接触器是一种频繁应用于工业电气控制，并用按钮或其他方式来控制其通断的自动切换电器。
在功能上除了能自动切换外，还具有刀开关类手动开关所不能实现的远距离操作功能和失压（或欠压）保护功能。
其生产方便，价格低廉，应用十分广泛。
交流接触器由电磁机构，触点系统、灭弧系统、释放弹簧机构、辅助触点及基座等部分组成。
其原理是当接触器的电磁线圈通入交流电时，会产生很强的磁场使装在线圈中心的静衔铁吸动动衔铁，当两组衔铁合拢时，安装在动衔铁上的动触点也随之与静触点闭合，使电气线路接通。
当断开电磁线圈中的电流时，磁场消失，接触器在弹簧的作用下恢复到断开的状态。
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。
接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6，根据主电动机M1的额定电流
控制回路电源110V，KM1需要主触点3对；KM2需要主触点3对；KM3需要主触点3对；KM4需要主触点3对；KM5需要主触点3对；KM6需要主触点3对；KM7需要主触点3对根据上述情况，选用CZO-400/20接触器，电磁线圈电压为220V，额定电流为40A。
三、热继电器的选用
热继电器是利用电流热效应原理来工作的保护电器，具有与电动机容许过载特性相近的反时限保护特性。
主要用于电动机的过载保护、断相及电流不平衡运行保护。
也常与接触器配合成电池启动器。
三相异步电动机在实际运行中，常会遇到因电气或机械原因等引起的过电流（过载和断相）现象，如果过电流不严重，持续时间短，绕组不超过允许温升，这种过电流是允许；如果过电流情况严重，持续时间较长，则会加快电动机绝缘老化，甚至会烧毁电动机，因此，在电动机回路中应设置热继电器保护。
选型原则：
应根据被保护对象的使用条件、工作环境、启动情况、负载性质，电动机的形式以及电动机允许的过载能力等加以考虑。
一般原则是使热继电器的安秒特性位于电动机的过载特性之下，并尽可能地接近，以充分发挥电动机的过载能力，同时使电动机在短时过载和启动瞬间[（5～6）Ie]不受影响。
通常热继电器选取的额定电流应为大于或等于电动机额定电流。
整定电流一般为电动机额定电流的1.05～1.1倍。
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：
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22.6A,热继电器
应选用JR0-40型的，热元件的电流为40A,整定电流调节范围16~40A,工作时将额定电流调节为22.6A.
冷却泵电动机M2额定电流0.43A,热继电器
应选用JR0-40型的，热元件的电流为0.64,整定电流调节范围0.4~0.64A,工作时将额定电流调节为0.43A。
快移电动机M3额定电流21.8A,热继电器
应选用JR0-40型的，热元件的电流为40A,整定电流调节范围16~40A,工作时将额定电流调节为21.8A.
四、电气元件明细表
表4电器元件明细表
序号
电器元件
型号
参数
个数
1
主电动机
Y160M-4
11kW380V22.6A1460r/min
1
2
冷却泵电动机
JCB-22
0.15kW380V0.43A2790r/min
1
3
快移电动机
Y160M1-2
11kw380V21.8A2930r/min
1
4
熔断器FU1、5
RT12-A3
IN=63A；63A熔体
2
5
熔断器FU4
RL1-15
2A熔体
1
6
熔断器FU0
RT12-A3
IN=100A；80A熔体
1
7
接触器
CZO-400/20
UN=110V，IN=40A
7
8
主电机热继电器
JR0-40
热元件的电流为40A
1
9
冷却泵热继电器
JR0-40
热元件的电流为0.64A
1
10
快移点击热继电器
JR0-40
热元件的电流为40A
1
课程设计小结
一周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。
在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。
学习了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．
通过这次设计，本人在多方面都有所提高。
通过这次设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。
帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。
参考文献
[1]丁炜.编程控制器在工业控制中的应用.
[2]江志锋.编程控制器原理与应用
[3]方承远.工厂电气控制技术
[4] 王炳实 王兰军.机床电气控制.北京机械工业出版社.2004年
[5] 黄绍平.成套电器技术.北京机械工业出版社.2003年
[6] 李清新.伺服系统与机床电气控制.北京机械工业出版社.2004年
[7] 刘介才.工厂配电.第四版.北京机械工业出版社.2006年
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