Z35型摇臂钻床电气控制电路设计.docx
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Z35型摇臂钻床电气控制电路设计
Z35型摇臂钻床电气控制电路设计
渤海石油职业学院电气自动化技术专业课程论文
Z35型摇臂钻床电气控制电路设计
学生姓名：
闫亚涛
专业班级：
09电气自动化2班
指导教师：
赵凤新
完稿日期：
2011-12-23
课程设计（论文）题目
Z35型摇臂钻床电气控制电路设计
课程设计（论文）任务
要求设计报告严格按照设计要求书写（见附页）。
具体设计包括内容如下：
1、查阅资料，了解钻床的基本结构，掌握运动过程。
2、确定电气传动方案。
3、设计控制电路（包括主电路、控制电路及辅助电路）。
4、详细阐述分析其工作原理。
5、选择各种电器设备（列出清单）。
6、对课程设计进行总结。
指导教师评语及成绩
成绩：
指导教师签字：
赵凤新
年月日
课程设计任务书
一、设计目的
工厂电气控制设备课程设计是培养学生综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力，同时还培养学生查阅图书资料、手册、各种工具书的能力，培养学生绘图和书写技术报告的能力。
二、设计班级2009电气
三、设计题目Z35摇臂钻床的电气控制线路
四、设计内容及要求：
1、设计要求：
Z35摇臂钻床有四台笼型异步电动机拖动，主轴电动机M1的功率3KW,摇臂升降电动机M2功率，点动运行，液压泵电动机M3的功率，冷却泵电动机M4功率。
控制电路采用十字开关操作，它能实现主轴起停和摇臂升降的联锁，它有五个位置，各位置工作情况如下表：
手柄位置
实物位置
接通微动开关触点
工作情况
中
都不通
停止
左
SA1-1
零压保护
右
SA1-2
主轴运动
上
SA1-3
摇臂上升
下
SA1-4
摇臂下降
2、设计内容：
（1）画出主线路和控制线路
（2）有短路、过载和零压保护
（3）有必要的照明电路
（4）并叙述摇臂上升的操作过程
（5）选择电器元件，编制元件目录清单
（6）绘制电器元件的布置图和安装接线图
五、课程设计报告要求：
1、封面：
写清题目、班级、姓名、指导教师。
2、目录
3、正文：
要求字迹工整，思路清晰
4、课程设计的体会
5、参考书目
六、考核办法及成绩
总成绩=模拟控制系统效果成绩+课程设计报告成绩+答辩成绩。
第1章Z35型摇臂钻床的简介1
Z35型摇臂钻床的主要结构1
Z35型摇臂钻床的运动形式1
Z35型摇臂钻床电气拖动特点及控制要求1
摇臂钻床的日常保护2
第2章Z35型摇臂钻床的传动方案3
Z35型摇臂钻床的调速3
Z35型摇臂钻床的正反转3
第3章Z35型摇臂钻床电气控制线路4
主电路设计4
控制电路设计4
第4章Z35型摇臂钻床电器元件选择6
第5章电器元件布置图7
第6章课程设计总结8
参考文献................................................................................................................................9
第1章Z35型摇臂钻床的简介
Z35型摇臂钻床的主要结构
摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。
内立柱固定在底座的一端，在他的外面套有外立柱，外立柱可绕内立柱回转360度摇臂的一端为套筒，它套装在外立柱做上下移动由于丝杆与外立柱连成一体，而升降螺母固定在摇臂上，因此摇臂不能绕外立柱转动，只能与外立柱一起绕内立柱来回转主轴箱是一个复合部件，由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构、机床的操作机构等部分组成主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作使其在水平导轨上沿摇臂移动。
Z35型摇臂钻床的运动形式
当进行加工时，由特殊的加紧装置将主轴箱紧固在摇臂导轨上，而外立柱紧固在内立柱上摇臂紧固在外立柱上，然后进行钻削加工一边进行纵向进给，其运动形式为：
（1）摇臂钻床的主运动为主轴的旋转运动；
（2）入给运动为主轴的纵向入给；
（3）辅助运动有：
摇臂沿外立柱垂直移动，主轴箱沿摇臂长度方向的移动，摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。
Z35型摇臂钻床电气拖动特点及控制要求
（1）摇臂钻床运动部件较多，为了简化传动装置采用多台电动机拖动例如Z35型摇臂钻床采用4台电动机拖动。
他们分别是主轴电动机，摇臂升降电动机，液压泵电动机和冷却泵电动机，这些电动机都采用直接启动方式。
（2）为了适应多种形式的加工要求，摇臂钻床主轴的旋转及入给运动有较大的调速范围，一般情况下多由机械变速机构实现主轴变速机构与进给变速机构均装在主轴箱内。
（3）摇臂钻床的主运动和进给运动均为主轴的运动，为此这两项运动有一台主轴电动机拖动，分别经主轴传动机构，进给传动机构实现主轴的旋转和进给。
（4）在加工螺纹时，要求主轴能正反转摇臂钻床主轴正反转一般采用机械方法实现因此主轴电动机仅需要单向旋转。
（5）摇臂升降电动机要求能正反向旋转。
（6）内外主轴的夹紧与放松、主轴与摇臂的夹紧与放松可用机械操作、电气-机械装置，电气-液压或电气-液压-机械等控制方法实现若采用液压装置则备有液压泵电机。
摇臂钻床的日常保护
1.清洗钻床时，注意要内外清洗，要顾及到每一个死角。
对于工作台面上的毛刺要也认真清洗；
2.对于各个部件的灵活性也可不间断的检查，以免在运行是发生故障；
3.在检查主轴进刀箱时，要记得检查油质，保证油量的供给；
4.检查电源、门盖等基本部位是否有松动问题；
5.时刻检查各电器控制开关的灵活程度；
6.注意液压系统的正常运行，是否有漏洞现象发生。
这些都是一般最基本的摇臂钻床检查与保养的小常识，但却需要大家多多注意这些小细节。
第2章Z35型摇臂钻床的传动方案
Z35型摇臂钻床的调速
钻床可以进行多种形式的加工，如：
钻孔，镗孔，铰孔及攻螺纹。
因此要求钻床的主轴运动和进给运动有较宽的调速范围。
Z35型摇臂钻床的主轴的调速范围为50：
1，正转最低转速为40r/min，最高为2000r/min，进给范围为～r/min。
它的调速是通过三相交流异步电动机和变速箱来实现的。
也有的是采用多速异步电动机拖动，这样可以简化变速机构。
钻床的种类很多，有台钻，立钻，卧钻，专门化钻床和摇臂钻床。
台钻和立钻的电气电路比较简单，其他型式的钻床在控制系统上也大同小异。
摇臂钻床除了主轴的旋转和进给运动外,还有摇臂的上升，下降及立柱的夹紧和放松。
摇臂的上升，下降由一台交流异步电动机拖动，主轴箱，立柱的夹紧和放松由另一台交流电动机拖动。
通过电动机拖动一台齿轮泵，供给夹紧装置所需要的压力油。
而摇臂的回转和主轴箱的左右移动通常采用手动。
此外还有一台冷却泵电动机对加工的刀具进行冷却。
Z35型摇臂钻床的正反转
摇臂钻床适合于在大，中型零件上进行钻孔，扩孔，铰孔及攻螺纹等工作，在具有工艺装备的条件下还可以进行镗孔。
摇臂钻床的主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动机拖动，主轴的正反向旋转运动是通过机械转换实现的。
故主电动机只有一个旋转方向。
摇臂钻床主轴正反转一般采用机械方法来实现，这样主轴电动机只需单方向旋转。
摇臂的升降由升降电动机拖动，要求电动机能正，反转。
第3章Z35型摇臂钻床电气控制线路
主电路设计
主电路设计（2～7区），三相电源L1L2L3由电源开关QS控制，熔断器FU1实现对全电路的短路保护（1区）。
从2区开始就是主电路。
主电路有4台电动机。
1）M4（2区）是冷却泵电动机，带动冷却泵供给工件冷却液。
由于M4容量较小，因此不需要过载保护，由转换开关QS2直接控制。
M4直接起动，单向旋转。
2）M1（3区）是主轴电动机，带动主轴的旋转运动和垂直运动，是主运动和进给运动电动机。
它由KM1的主触点控制，其控制线圈在13区。
热继电器FR1做过载保护，其常闭触点在13区。
M1直接起动，单向旋转。
主轴的正反转由液压系统和正反转摩擦离合器来实现，空档，制动及变速也由液压系统来实现。
3）M2（4～5区）是摇臂升降电动机，带动摇臂沿立柱的上下移动。
它由KM2，KM3的主触点控制正反转，其控制线圈分别在15，16区。
电动机M2是短时运行，因此不需要过载保护。
4）M3（6～7区）是液压泵电动机，带动液压泵送出压力油以实现摇臂的松开，夹紧和主轴箱的松开，夹紧控制。
它由KM4,KM5的主触点控制其正反转，控制线圈分别在17，18区。
热继电器FR2作过载保护。
其常闭触点在17区。
熔断器FU2作摇臂升降电动机M2，液压电动机M3和控制电路的短路保护。
图3-1主电路图
控制电路设计
控制电路的设计（13～19控制电区），控制电路由控制变压器TC（8区）将380V交流电源降为127V。
1）主轴电动机M1的控制电路（13区）。
主轴电动机M1的控制电路是典型的电动机单向连续控制电路。
SB1,SB2分别为砂轮电动机M1的停止和启动按钮。
2）摇臂升降的控制电路（14～19区）。
摇臂升降由摇臂升降电动机M2作动力，按钮SB3,SB4分别为摇臂上升，下降的点动按钮，和KM3,KM2组成接触器按钮双重连锁的正反转点动控制电路（15～16区）。
由于摇臂的升降控制须与夹紧机构液压系统紧密配合：
摇臂升降前，先把摇臂松开，再由M2驱动升降；摇臂升降到位后，再重新夹紧。
由此可见，摇臂升降的电气控制是与松紧机构液压－机械系统（M3与YV）的控制配合进行的。
现以摇臂上升为例，来分析控制的全过程：
摇臂的下降由SB4控制KM3使M2反转来实现，工作过程与摇臂上升相似。
摇臂松开由行程开关SQ2控制，摇臂夹紧由行程开关SQ3控制。
如果夹紧机构液压系统出现故障，摇臂不能夹紧；或者因SQ3的位置安装不当，在摇臂已夹紧后SQ3仍不能动作，那么SQ3的常闭触点长时间不能断开，会使液压泵电动机M3处于长期过载状态。
因此，M3采用热继电器FR2作过载保护。
3）主轴箱和立柱松紧的控制（17～18区）。
主轴箱和立柱的松紧控制是同时进行的。
SB5和SB6分别为松开和夹紧控制按钮，和KM4,KM5组成接触器连锁的正反转电动控制电路。
其工作过程如下：
由于SB5,SB6的常闭触点串联在YV线圈支路中，因此在按下SB5,SB6使M3点动正反转的过程中，电磁阀YV线圈不吸合，液压泵送出压力油，进入主轴箱和立柱的松开，夹紧油箱，推动松紧机构实现主轴箱的松开和夹紧。
3辅助电路设计（8～12区）
4辅助电路包括信号灯电路（9～11区）和照明电路（12区）。
5信号灯的工作电压6V由控制变压器TC提供。
6照明灯的工作电压36V仍有控制变压器TC提供。
按下照明灯开关SA，钻床照明指示灯EL亮。
为保证安全，EL的一端接地。
熔断器FU3作照明电路的短路保护。
图3-2Z35型摇臂钻床控制原理图
第4章Z35型摇臂钻床电器元件选择
Z35型摇臂钻创电器元件中关于热继电器FR1的选择型号为JR16-20/3D，用此型号的继电器做过载保护，因为其;热元件为11A,调节范围-11A适合摇臂钻创的控制线路系统最大电流及其过载保护电路的范围。
FR2选择原因同上。
对于KM1交流接触器的选择型号为CJ10-20原因为其规格整体电流为20A，线圈电压最大为127v控制整体线路电动机M1，实现M1正反转。
对于KM2/KM3及KM4/KM5的选择型号为CJ10-20型。
因其性能稳定，线路电流为10A，电压为127V，其主要负责图3-2中M2电动机的正反转及摇臂的上升和下降，其最大电流和电压包含了Z35摇臂钻床在支路中电压电流在M2电动机和摇臂钻创上升下降的工作最大范围。
对于M3液压泵电动机的选择条件比较通用，不做详细解释，其余电器元件选择原因及注解详询参考文献《机械原理教程》及《机械原理课程设计指导书》等文献，下表为整体控制线路电器元件的选择表，如下：
表电器元器件选择
符号
名称
型号
规格
数量
用途
M1
主轴电动机
Y100l2—4
3KW6.8A1420r/min
1
主运动和进给运动动力
M2
摇臂升降电动机
Y90L-4
3.7A 1400r/min
1
摇臂升降动力
M3
液压泵电动机
Y802-4
2.1A 1390r/min
1
驱动液压泵
M4
冷却泵电动机
AOB-25
90W 2800r/min
1
驱动冷却液泵
FR1
热继电器
JR16-20/3D
热元件整定电流
1
M1的过载保护
FR2
热继电器
JR16-20/3D
热元件整定电流
1
M3的过载保护
KM1
交流接触器
CJ10-20
20A线圈电压127V
1
控制M1
KM2/KM3
交流接触器
CJ10-10
10A线圈电压127V
1
控制M2正/反转（摇臂上升/下降）
KM4/KM5
交流接触器
CJ10-10
10A线圈电压127V
1
控制主轴箱和立柱松开/拉紧
KT
时间继电器
JS7-4A
线圈电压127V
3
摇臂升降夹紧延时
第5章电器元件的布置图
第6章课程设计总结
课程设计终于在我的不懈努力下完成了，皇天不负有心人，每一分耕耘换来每一分收获！
在实践中获取理论知识中的不足，弥补动手能力上的缺憾！
我觉得每一次的课程设计对我自己来说非常有意义，非常实在。
它给我的大学生活添上了精彩的一笔。
让我更贴近实践工作的生活，让我增长了更多的专业知识，让我认识到自己的长处与不足。
摇臂钻床电气拖动特点及控制要求摇臂钻床运动部件较多,为了简化传动装置，采用多台电动机拖动。
例如Z35型摇臂钻床采用4台电动机拖动，它们分别是主轴电动机，摇臂升降电动机，液压泵电动机和冷却泵电动机，这些电动机都采用直接启动方式。
一年后我们就业的时候，就业单位不会像老师一样点点滴滴细致入微的把要做的欧诺工作告诉我们，更多的是需要我们自己去观察和学习。
不具备这种能力就难以胜任未来的挑战。
随着科学的迅猛发展，新技术的广泛应用，会有很多领域是我们未曾接触过的，只有敢于尝试才能有所突破，有所创新。
两周的课程设计给我们带来的不全是我们所接触的那些操作技能，更多的则需要我们每个人在课程设计结束后根自己的情况去感悟，去思考，勤时自勉，有所收获，使这次课程设计达到了它真正的目的。
感谢指导教师的谆谆教导及不厌其烦的给我们的错误进行指导，感谢同学们的帮助及建议，我会在未来的路上更加努力，以不辜负师长及同学的关爱。
参考文献
[1]申永胜.机械原理教程.清华大学出版社,1999
[2]孙桓.机械原理.高等教育出版社,1996
[3]曹志奎.机械原理电算程序集.高等教育出版社,1987
[4]安子军.机械原理.机械工业出版社,1998
[5]濮良贵.机械设计.机械工业出版社,1998
[6]金孟浩.供料过程自动化图册.机械工业出版社,1985
[7]周明溥.机械原理课程设计.上海科学技术出版社,1987
[8]罗洪田.机械原理课程设计指导书.高等教育出版社,1998
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