CA6140车床电气控制线路综合解析与创新设计研究.docx
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CA6140车床电气控制线路综合解析与创新设计研究
摘要3
第一章概述CA6140型卧式车床的结构及原理1
1.1CA66140车床简介1
1.1.1车床的分类1
1.1.2车床的结构组成1
1.1.3车床的符号意义1
1.1.4车床运动形式分析2
1.2车床对电力拖动的要求2
1.2.1控制线路的特点2
1.2.2电气线路概述3
1.2.3车床的控制要求3
第二章CA6140车床运动形式及控制要求4
2.1CA6140车床的运动类型及控制要求4
2.1.1主运动4
2.1.2进给运动4
2.1.3辅助运动4
第三章CA6140车床电气控制线路分析与设计5
3.1各回路的设计5
3.1.1主回路设计5
3.1.2回路分析5
3.2控制回路设计6
3.3控制电路的具体分析6
3.3.1电源开关的控制6
3.3.2电动机M1的控制6
3.3.3冷却泵电动机的控制7
3.3.4快速移动电动机M3的控制7
3.3.5SQ1安全开关7
3.3.6 照明电路和指示电路7
第四章电气元件的选择8
4.1电源引入开关Q8
4.1.1热继电器FR1、FR28
4.1.2熔断器FU、FU1、FU2、FU3、FU48
4.1.3接触器KM1,KM2及KM38
4.1.4控制变压器TC8
4.1.5制定电气元件明细表9
第五章绘制综合电气控制原理图10
5.1电气原理图的要求10
5.2接触器触头在电路图中的使用说明10
5.3绘制车床综合原理图11
第六章注意事项12
6.1安全事项12
6.2车床常见的电气故障的排除12
6.2.1主轴电动机不能启动12
6.2.2主轴电动机启动后不能自锁12
6.2.3主轴电动机不能停止12
6.2.4电源总开关合不上12
6.2.5指示灯亮但各电动机均不能启动12
6.2.6行程开关SQ1、SQ2故障12
6.2.7带钥匙开关SA2的断路器QF故障13
总结14
参考文献15
摘要
随着社会生产和科学技术的飞速发展，机械生产的日益复杂，需要越来越复杂的技术，普通的机床已经不能满足这些要求，所以数控机床得到了发展。
这种新型的机床具有适应性强，加工精度高，加工质量稳定，生产效率高的优点而得到普遍的应用。
它综合应用了电子计算机，自动控制，伺服驱动，机密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是未来机床发展的主流趋势。
在机床改造中引入微观的应用，不但技术上具有先进性，同时，在应用上比其他传统的自动化改装方案，有较大的通用性与可调性。
而且所投入的改造费用低，一套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的三分之一到五分之一。
从若干但未成功应用的比例可以证明，投入使用后，确实成倍的提高了生产效率，减少了废品率，取得了显著的技术经济效益。
因此，我国提出了从大力推广经济型数控这一中间技术的基础上，在足部推广全功能数控这条道路，适合我国的经济水平，教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造的主要方向之一。
同时，它还可以作为全功数控机床应用的准备阶段，为今后使用全功能数控机床，培养人才，积累维护，使用经验，而且也是实现我国传统的机械制造技术向机电一体化的方向过渡的主要内容之一。
机床电气控制线路设计是高职机械专业学生学完大学的课程后进行的，学生已经掌握了机械制造、机械加工的一些基本技能，从事机床电气控制线路的设计是对以前所学电气知识的综合回顾和复习，以后对各种机床控制电路都可触类旁通，能自己动手设计和改进相应电路，也能排除相关电气故障
关键词：
CA6140，机床，控制线
第一章概述CA6140型卧式车床的结构及原理
1.1CA66140车床简介
CA6140型卧式车床，其结构具有典型的卧式车床布局，它的通用性程度较高。
加工范围较广，适合于中小型的各种轴类和盘套类零件的加工；能车削内外圆柱面、圆锥面、各种环槽、成形面及端面；能车削常用的米制、英制、模数制及径节制四种标准螺纹，也可以车削加大螺距螺纹、非标准螺距及较精密的螺纹；还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、滚花和压光等工作。
1.1.1车床的分类
车床是一种应用极其广泛的金属切削机床，根据其结构和用途不同，分成普通车床、立式车床、六角车床、仿形车床等，主要用于加工各种回转表面（内外圆锥面、圆锥面、成形回转面等）和回转体的端面，并可以通过尾架进行钻孔、铰孔等加工。
1.1.2车床的结构组成
图1-1CA6140外形结构图
CA6140型普通车床的主要组成部件有：
主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身，结构如图1-1所示。
1．床腿2.进给箱3.主轴箱4.床鞍5.中滑板6.刀架7．回转盘8.小滑板9.尾座10.床身11.床尾12.光杠13.丝杠14.溜板箱
1.1.3车床的符号意义
图1-2CA6140车床型号意义
CA6140型卧式普通车床应用广泛，其中：
C—车床；A—改进型；6—组代号（即落地式）；1—系代号（即卧式车床系）；40—最大车削直径为400mm。
CA6140车床型号意义，如图1-1所示。
1.1.4车床运动形式分析
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。
车削加工要求主轴能在很大的范围内调速，普通车床调速范围一般大于70。
主轴的变速是靠主轴变速箱的齿轮等机械有级调速来实现的，变换主轴箱外的手柄位置，可以改变主轴的转速。
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。
为了提高工作效率，车床刀架的快速移动由一台单独的进给电动机拖动
1.2车床对电力拖动的要求
（1）主电动机Ml（功率为30kw），完成主轴主运动和刀具进给运动的驱动，电动机采用直接起动的方式起动，可正反两个方向旋转，并可进行正反两个旋转方向的电气停车制动。
为加工调整方便，还具有点动功能。
（2）电动机M2拖动冷却泵，在加工时提供切削液，采用直接起动停止方式．并且为连续工作状态。
（3）快速移动电动机M3，电动机可根据使用需要，随时手动控制起停。
控制线路特点与电气线路概述
1.2.1控制线路的特点
①控制线路装设有起动按钮和停止按钮。
②主电路、控制线路及照明线路的电源引入开关均采用隔离开关。
③由于电动机容量较小，所以三台异步电动机均采用直接起动控制线路。
④M1、M2采用热继电器做过载保护。
⑤控制线路采取了电气措施，以防止发生电源短路事故。
1.2.2电气线路概述
主电路由三台三相异步交流电动机及其附属电路元件组成。
三台异步电动机均采用接触器直接起动
M1是主轴电机，功率为7.5KW，由交流接触器KM1控制其起动与停止。
热继电器FR1是过载保护电器。
M2是冷却泵电动机，功率为125W，由交流接触器KM2控制M2，热继电器FR2是过载保护电器。
M3是快速移动电动机，功率为250W接触器KM3控制M3。
主电路电源电压为交流380v，隔离开关QS作为电源引入开关。
。
短路保护电器是FU1。
控制线路电源电压为交流110v，照明电压为36v，由控制变压器TC提供电源。
1.2.3车床的控制要求
①主电动机完成主轴主运动和刀具的纵横向进给运动的拖动，一般选用笼型异步电动机，采用直接启动方式，其变速、正反转均采用机械机构。
②冷却泵电动机提供冷却液，防止加工时刀具和工件的温升过高，它应在主电动机后启动，采用单方向直接启动方式和连续工作状态。
③刀架快速移动电动机实现溜板箱的快速移动以提高工作效率，采用点动控制。
④控制线路应有必要的保护措施与安全的局部照明保护。
1.2.4车床的主要应运范围
CA6140车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹、切断及割槽等，并可以装上钻头或铰刀进行钻孔和铰孔等。
第二章CA6140车床运动形式及控制要求
2.1CA6140车床的运动类型及控制要求
2.1.1主运动
（1）运动形式：
主轴通过卡盘或顶尖带动工件的旋转运动
（2）控制要求：
主轴电动机选用三相笼型异步电动机，不进行调速，主轴采用齿轮箱进行机械有级调速
车削螺纹时要求主轴有正反转，一般由机械方法实现，主轴电动机只作单向旋转
主轴电动机的容量不大，可采用直接启动
2.1.2进给运动
（1）运动形式：
刀架带动刀具的直线运动
（2）控制要求：
进给运动也由主轴电动机拖动，主轴电动机的动力通过挂轮箱传递给进给箱来实现刀具的纵向和横向进给。
加工螺纹时，要求刀具移动和主轴转动有固定的比例关系
2.1.3辅助运动
（1）运动形式：
刀架的快速移动
控制要求：
由刀架快速移动电动机拖动，该电动机可直接启动，也不需要正反转和调速
（2）运动形式：
尾架的纵向移动
控制要求：
由手动操作控制
（3）运动形式
工件的夹紧与放松
控制要求：
由手动操作控制
（4）运动形式：
加工过程的冷却
控制要求：
冷却泵电动机和主轴电动机要实现顺序控制，冷却泵电动机也不需要正反转和调速
第三章CA6140车床电气控制线路分析与设计
3.1各回路的设计
根据电气传动的要求，由接触器KM1、KM2、KM3分别控制电动机M1、M2、M3，具体电路图，如图3-1所示。
3.1.1主回路设计
图3-1主控制电路设计
3.1.2回路分析
在主电路中，M1为主轴电动机，拖动主轴的旋转并通过传动机构实现车刀的进给。
主轴电动机M1的运转和停止由接触器KM1的三个常开主触点的接通和断开来控制，电动机M1只需作正转，而主轴的正反转是由摩擦式离合器改变传动链来实现的。
电动机M1的容量小于10KW，所以采用直接启动。
M2为冷却泵电动机，进行车削加工时，刀具的温度高，需用冷却液来进行冷却。
为此，车床备有一台冷却泵电动机拖动冷却泵，喷出冷却液，实现刀具的冷却。
冷却泵电动机M2由接触器KM2的主触点控制。
M3为快速移动电动机，由接触器KM3的主触点控制。
M2、M3的容量都很小，加装熔断器FU1作短路保护。
热继电器FR1和FR2分别作M1和M2的过载保护，快速移动电动机M3是短时工作的，所以不需要过载保护。
带钥匙的低压短路器QF是电源总开关。
3.2控制回路设计
控制电路的供电电压是127V，通过控制变压器TC将380V的电压降为127V得到。
控制变压器的一次侧由FU1作短路保护，二次侧由FU2、FU3、FU4分别作短路保护，如图3-2所示。
图3-2控制电路设计
3.3控制电路的具体分析
控制电路在整个电器原理图中有非常大的作用，是整个系统正常工作的必备条件，车床所有的控制基本都是由控制电路来协调完成所需功能的，主要包括三台电机的启停、正传、反转、开关、按钮、电路照明以及信号指示。
3.3.1电源开关的控制
电源开关是带有开关锁SA2的低压断路器QF，当要合上电源开关时，首先用开关钥匙将开关锁SB右旋，再扳动断路器QF将其合上。
若用开关钥匙将开关锁SB左旋，其触点闭合，QF线圈通电，断路器QF将自动跳开。
若出现误操作，又将QF合上，QF将在0.1s内再次自动跳闸。
由于机床的电源开关采用了钥匙开关，接通电源时要先用钥匙打开开关锁，再合断路器，增加了安全性，同时在机床控制配电盘的壁龛门上装有安全行程开关SQ2，当打开配电盘壁龛门时，行程开关的触点SQ2闭合，QF的线圈通电，QF自动跳闸，切除机床的电源，以确保人身安全。
3.3.2电动机M1的控制
SB4是红色蘑菇型的停止按钮，SB3是绿色的启动按钮。
按一下启动按钮SB3，KM1线圈通电吸合并自锁，KM1的主触点闭合，主轴电动机M1启动运转。
按一下SB4，接触器KM1断电释放，其主触点和自锁触点都断开，电动机M1断电停止运行。
3.3.3冷却泵电动机的控制
当主轴电动机启动后，KM的常开触点闭合，这时若按下按钮SB10，则KM2线圈通电，其主触点闭合，冷却泵电动机M2点动启动，提供冷却液。
当按下SB7时，中间继电器M0得电自锁，后KM2线圈得电，冷却泵电动机M2长动启动，按下SB11时可使冷却泵解除长动状态，当主轴电动机M1停车时，KM常开触头断开，冷却泵电动机M2随即停止。
M1和M2之间存在联锁关系。
3.3.4快速移动电动机M3的控制
快速移动电动机M3是由接触器KM3进行的点动控制。
按下按钮SB12，接触器KM3线圈通电，其主触点闭合，电动机M3启动，拖动刀架快速移动；松开SB12，M3停止。
3.3.5SQ1安全开关
当装好皮带罩时，SQ1（1-2）闭合，控制电路才有电，电动机M1、M2、M3才能启动。
当打开机床床头的皮带罩时，SQ1（1-2）断开，使接触器KM1，KM2、KM3断电释放，电动机全部停止转动，以确保人身安全。
3.3.6 照明电路和指示电路
照明电路采用24V安全交流电压。
照明电路由开关SA1接24V低压灯泡EL组成，灯泡的另一端必须接地，以防止变压器原绕组和副绕组间发生短路时发生触电事故。
故熔断器FU5是照明电路的短路保护器件。
指示电路采用6V交流电压供电。
指示灯泡HL接低压6V，熔断器FU4是指示电路的短路保护器件。
第四章电气元件的选择
4.1电源引入开关Q
Q主要作为电源隔离开关用，并不是用它来直接起停电动机，可按电动机额定电流来选。
根据该三台电动机来看，选中小型组合机床常用三极组合开关，型号DZ5-20，电流20A。
4.1.1热继电器FR1、FR2
主电动机M1额定电流15.4A,KH1应选用JR16-20/3D型热继电器，热元件电流为20A整定电流调节范围较大，工作时将额定电流调到15.4A.
M2的工作电流只有0.32A，故选用JR2-1型热继电器，热元件整定电流调节范围较小，工作时调整在0.32A。
4.1.2熔断器FU、FU1、FU2、FU3、FU4
FU对整机进行短路保护的熔断器，选用RL1型熔断器，配用40A的熔断体。
FU1、FU2、FU3、FU4均选用RL1型熔断器，分别配用4A,2A,1A,1A的熔断体。
4.1.3接触器KM1,KM2及KM3
接触器KM1根据主电动机的额定电流等于15.4A，控制回路电源电压127V，需主触点3对，动合辅助触头2对，根据以上情况，选用CJ0-10A型交流接触器，电磁线圈电压为127V，KM2,KM3也采用同样型号的交流接触器。
4.1.4控制变压器TC
控制变压器TC最大负载是KM1,KM2，KM3及指示灯同时工作时，根据总功率计算公式，选用BK-200型控制变压器，380/127、36、6V。
4.1.5制定电气元件明细表
电气元件明细表要注明各元器件的型号、规格及数量等，如表4.1所示。
表4.1电路中各元件的技术数据
第五章绘制综合电气控制原理图
5.1电气原理图的要求
依据国家电气制图规范，按设计要求，绘制详细的电气控制原理图，根据表中所列出的详细信息及各个触头的具体位置和使用情况，逐步绘制原理图，具体说明如表5.1所示。
表5.1接触器触头在电路图中位置的标记
5.2接触器触头在电路图中的使用说明
表5.2继电器触头在电路图中位置的标记
根据继电器触头在各个电路中的具体要求及布线的详细位置列出清单，选择合适的继电器，以及它们各自在电路中的使用情况，具体用法如表5.2所示。
5.3绘制车床综合原理图
CA6140车床综合电气控制原理图的绘制必须认真分析每一部分控制电路的具体要求，根据各回路的特性，选择合适的电气元件、所使用交流接触器触头的类型以及它们各自在电路中的具体位置，然后再结合主电路、控制电路、指示电路和站名电路将它们有序而正确的绘制出来，综合线路如图5-3所示。
图5-3CA6140车床整机电气控制原理图
第六章注意事项
6.1安全事项
（1）不要漏接接地线，不能用金属软管作为接地的通道。
（2）在控制箱外部进行布线时，导线必须穿在导线通道内或敷设在机床底座内的导线通道里。
所有导线不得有接头。
（3）在导线通道内敷设导线进行接线时，必须作到查出一根导线，套一根线号。
（4）在进行快速进给时，注意将运动部件处于行程的中间位置，以防止运动部件与车头或尾架相撞。
6.2车床常见的电气故障的排除
6.2.1主轴电动机不能启动
发生主轴电动机不能启动的故障时，首先检查故障是发生在主电路还是控制电路，若按下启动按钮，接触器KM1不吸合，此故障则发生在控制电路，主要应检查FU6是否熔断，过载保护FR1是否动作，接触器KM1的线圈接线端子是否松脱，按钮SB1、SB2的触点接触是否良好。
若故障发生在主电路，应检查车间配电箱及主电路开关的熔断器的熔丝是否熔断，导线联接处是否有松脱现象，KM1主触点的接触是否良好。
6.2.2主轴电动机启动后不能自锁
当按下启动按钮后，主轴电动机能启动运转，但松开启动按钮后，主轴电动机也随之停止。
造成这种故障的原因是接触器KM1的自锁触点的联接导线松脱或接触不良。
6.2.3主轴电动机不能停止
造成这种故障的原因多数为KM1的主触点发生熔焊或停止按钮击穿所致。
6.2.4电源总开关合不上
电源总开关合不上的原因有两个，一是电气箱子盖没有盖好，以致SQ2（1-11）行程开关被压下；二是钥匙电源开关SA2没有右旋到SA2断开的位置。
6.2.5指示灯亮但各电动机均不能启动
造成这种故障的主要原因是FU6的熔体断开，或挂轮架的皮带罩没有罩好，行程开关SQ1（1-2）断开。
6.2.6行程开关SQ1、SQ2故障
CA6140车床在使用前首先应调整SQ1、SQ2的位置，使其动作正确，才能起到安全保护的作用。
但是由于长期使用，可能出现开关松动移位，致使打开床头挂轮架的皮带罩时SQ1（1-2）触头断不开或打开配电盘的壁龛门时SQ2（1-11）不闭合，因而失去人身安全保护的作用。
6.2.7带钥匙开关SA2的断路器QF故障
带钥匙开关SA2的断路器QF的主要故障是开关锁SA2失灵，以致失去保护作用，因此在使用时应检验将开关锁SA2左旋时断路器QF能否自动跳闸，跳开后若又将QF合上，经过0.1s断路器能否自动跳开。
总结
通过本次任务的完成我们应掌握车床的主要结构及运动形式、电气线路分析、电气线路安装步骤、车床常见的电气故障的排除，熟练掌握车床的检修技能训练，养成安全操作，规范操作，文明生产的行为习惯。
通过完成这些电气控制系统的开发，巩固、加深了对相关知识的理解，加强了知识之间的联系，促进了知识的迁移和应用。
而我们并不是一切顺利的，在研究中遇到了各种各样的大大小小问题，是我们自己都无法想象的。
做设计需要设计者具有全面的专业知识、缜密的思维、严谨的工作态度以及较高的分析问题、解决问题的能力，而我在很多方面还有欠缺。
经过老师和同学的细心讲解，帮助最终才得以完成。
本次课程设计，也让我学习了很多，使我本人对机械专业的认识更深，对机床内部传动系统的结构更加清晰，而这些都是大学里课堂上的书本知识所不可能获得的，普通的考试所不可能考核检验的。
从这个方面来说，课程设计不仅仅是考试以外一种考核和检验学生知识掌握情况以及运用能力方面的重要补充方式，同时学生通过课程设计，对专业基础知识和专业领域方面的信息掌握得更加牢固，更加扎实，为以后从事机械工作，以及进行生产实践活动，奠定了良好的基础。
参考文献
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