鉆床電氣控制課程設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上引言1 設(shè)計目的 3一、 鉆床傳動特點與控制要求3二、 機床控制線路的控制4三、 搖臂鉆床電氣控制原理圖7四、 選擇電氣元件1、 電動機的選擇 82、 低壓電器的選擇 83、 熱繼電器 94、 熔斷器 105、 其他電器元件 11五、 主要硬件接線圖PLC IO電氣接線圖 13六、 控制系統(tǒng)設(shè)計 1、控制程序流程圖設(shè)計 14 2、搖臂鉆床PLC程序設(shè)計 14七、 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 1、調(diào)試前安全檢查 18 2、調(diào)試 18 五、總結(jié) 六、參考文獻專心-專注-專業(yè) 引言 鉆床指主要用鉆頭在工件上加工孔的機床。通常鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運動，鉆頭軸向移動為進給運動。鉆床結(jié)構(gòu)簡單，加

2、工精度相對較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具，可擴、锪孔，鉸孔或進行攻絲等加工。加工過程中工件不動，讓刀具移動，將刀具中心對正孔中心，并使刀具轉(zhuǎn)動(主運動)。鉆床的特點是工件固定不動，刀具做旋轉(zhuǎn)運動，并沿主軸方向進給，操作可以是手動，也可以是機動。 20世紀70年代初，鉆床在世界上還是采用普通控制的。如70年代-80年代進入的美國的ELDORADO公司的MEGA50，TBT公司的T30-3-250，NAGEL公司的B4-H30-C/L，神崎高級精工制作所的DEG型等鉆床都是采用繼電器控制的。80年代后期由于技術(shù)的出現(xiàn)才逐漸開始在深孔鉆床上得到應(yīng)用，特別是90年以后這種先進技術(shù)才得到推廣。如TB

3、T公司90年代初上市的ML系列深孔鉆床除進給系統(tǒng)由機械無級變速器改為采用交流伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠副，進給用滑臺導軌采用滾動直線導軌以外，鉆桿箱傳動為了保證高速旋轉(zhuǎn)、平穩(wěn)，由交換皮帶輪及皮帶，和雙速電機驅(qū)動的有級傳動變?yōu)闊o級調(diào)速的變頻電機到電主軸驅(qū)動，為鉆削小孔深孔鉆床和提高深孔鉆床的水平質(zhì)量。Z3040型搖臂鉆床結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示： 1、 設(shè)計目的： 課程設(shè)計是機電控制技術(shù)課程的重要組成部分是考察學生動手能力的主要途徑，能幫助學生提高解決實際問題的能力，做到學以致用。通過電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計實踐，使學生掌握電氣控制的設(shè)計方法、安裝過程、資料整理和電氣繪圖軟件的使用方法。在此過程中培養(yǎng)從事設(shè)計工

4、作的整體觀念，通過較為完整的工程實踐基本訓練，為全面提高學生的綜合素質(zhì)及增強工作適應(yīng)能力打下一定的基礎(chǔ)。二、鉆床傳動特點與控制要求1.傳動特點 搖臂鉆床加工時，主軸箱緊固在搖臂導軌上，而外立柱緊固在內(nèi)立柱上，搖臂緊固在外立柱上，然后進行鉆削加工。鉆削加工時，鉆頭一邊進行旋轉(zhuǎn)切削一邊進行縱向進給，其運動形式為：（1）主運動：主軸的旋轉(zhuǎn)運動；（2）進給運動：主軸的縱向進給；（3）輔助運動：搖臂沿外立柱上下運動，主軸箱沿搖臂水平導軌做長度方向移動，搖臂與外立柱一起繞內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運動。2、控制要求(1)主軸的控制 主軸由機械摩擦片式離合器實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及調(diào)速的控制 。(2)搖臂升降過程： 放松升/降夾

5、緊 a . 搖臂在完全放松狀態(tài)下壓下放松位置開關(guān)SQ2； b. 做升/降運動； c.升降完畢與夾緊之間加入13S的時間延時，以克服慣性； d.升降完畢后，做夾緊運動，完全夾緊，壓下夾緊位置開關(guān)SQ3，搖臂升降過程結(jié)束。位置開關(guān)SQ1 用于升降限位保護。(3)冷卻控制： 冷卻泵電動機M4提供冷卻液。（4）工作狀態(tài)指示：HL1、HL2用于主軸箱和立柱的夾緊、放松工作狀態(tài)指示HL3用于主軸電動機運轉(zhuǎn)工作狀態(tài)指示。三、機床控制線路的控制1主軸電動機控制 主軸電動機為單向旋轉(zhuǎn)，由按鈕、和接觸器實現(xiàn)起動和停止控制。主軸的正、反轉(zhuǎn)則由電動機拖動齒輪泵送出壓力油，通過液壓系統(tǒng)操縱機構(gòu)，配合正、反轉(zhuǎn)摩擦離合器驅(qū)

6、動主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。2搖臂升降控制 搖臂鉆床在加工時，要求搖臂應(yīng)處于夾緊狀態(tài)，才能保證加工精度。但在搖臂需要升降時，又要求搖臂處于松開狀態(tài)，否則電動機負載大，機械磨損嚴重，無法升降工作。搖臂上升或下降時，其動作過程是，隨著升降指令發(fā)出，先使搖臂與外立柱處于松開狀態(tài)，而后上升或下降，待升降到位時，要自行重新夾緊。由于松開與夾緊工作是由液壓系統(tǒng)實現(xiàn)，因此，升降控制必須與松緊機構(gòu)液壓系統(tǒng)緊密配合。為升降電動機，由按鈕、點動控制接觸器、接通或斷開，使電動機正、反向旋轉(zhuǎn)，拖動搖臂上升或下降移動。為液壓泵電動機，通過接觸器，接通或斷開，使電動機正向帶動雙向液壓泵送出壓力油，經(jīng)二位六通閥至搖臂夾緊機構(gòu)實現(xiàn)夾緊

7、與松開。下面以搖臂上升為例簡述動作過程：按下按鈕，時間繼電器線圈通電，瞬時常開觸點(13-14)閉合，接觸器線圈得電，液壓泵電動機起動旋轉(zhuǎn)帶動液壓泵送出壓力油，同時斷電延時斷開的常開觸點(1-17)閉合，使電磁閥線圈得電，液壓泵輸出的壓力油經(jīng)二位六通閥進入搖臂夾緊機構(gòu)的松開油腔，推動活塞和菱形塊，將搖臂松開。同時，活塞桿通過彈簧片壓上行程開關(guān)發(fā)出搖臂已松開信號。此時，觸點(6-13)斷開，使接觸器線圈斷電，液壓泵電動機停轉(zhuǎn)，油路單向閥保壓，搖臂處于松開狀態(tài)。與此同時，觸點(6-7)閉合，接觸器線圈得電，升降電動機得電起動旋轉(zhuǎn)，帶動搖臂上升，待搖臂上升至所需位置時，松開按鈕，線圈斷電，電動機停轉(zhuǎn)

8、，搖臂停止上升。同時線圈也斷電，常閉觸點(17-18)瞬時閉合，而其延時斷開的常開觸點(1-17)仍未打開，使電磁閥繼續(xù)得電，同時接觸器線圈得電，液壓泵電動機反轉(zhuǎn)，反向送出壓力油，經(jīng)二位六通閥反方向推動活塞和菱形塊，將搖臂夾緊。延時打開觸點，經(jīng)過13延時后斷開，同時活塞桿通過彈簧壓下行程開關(guān)，使觸點 (1-17)也斷開，電磁閥、線圈斷電。液壓泵電動機停轉(zhuǎn)，搖臂上升后重新夾緊過程結(jié)束。行程開關(guān)為搖臂放松信號開關(guān)。行程開關(guān)為搖臂夾緊信號開關(guān)。時間繼電器延時斷開常開觸點是為保證當瞬間操作或，使得電搖臂開始松開后放開或時，若過早斷電，可能造成搖臂處于半松開狀態(tài)。有了延時斷開觸電(1-17)后，則能在線

9、圈斷電13內(nèi)處于閉合狀態(tài)，使線圈得電，液壓泵電動機反向旋轉(zhuǎn)，使搖臂重新夾緊，直到延時時間到，觸點斷開，動作，斷電為止，這樣就保證了搖臂在加工工件前總是處于夾緊狀態(tài)。3夾緊、松開控制 Z3040型搖臂鉆床除了上述搖臂上升下降過程需要夾緊、松開控制外，還有主軸箱和立柱的松開、夾緊控制。主軸箱和主柱的松開、夾緊從液壓系統(tǒng)中看出二者是同時進行的。當按下松開按鈕，接觸器線圈得電，液壓泵電動機正轉(zhuǎn)，拖動液壓泵輸送出壓力油，經(jīng)二位六通閥，進入主軸箱與立柱的松開油缸推動活塞和菱形塊，使主軸箱與立柱實現(xiàn)松開，此時由于不得電，壓力油不會進入搖臂松開活塞，搖臂仍處于夾緊狀態(tài)。當主軸箱與立柱松開時，行程開關(guān)不受壓，觸

10、點(10l-102)閉合，指示燈亮，表示主軸箱與立柱處于松開狀態(tài)，可以手動操作主軸箱在搖臂的水平導軌上移動至適當位置。同時推動搖臂(套在內(nèi)立柱上)使外立柱繞內(nèi)立柱旋轉(zhuǎn)至適當?shù)奈恢?，按下夾緊按鈕，接觸線圈得電，電動機反轉(zhuǎn)，拖動液壓泵輸送出反向壓力油至夾緊油缸，使主軸箱和立柱夾緊。同時行程開關(guān)壓下，觸點(101-102)斷開，燈暗，而(101-103)閉合，燈亮，指示主軸箱與立柱處于夾緊狀態(tài)，可以進行鉆削加工。4冷卻泵電動機控制 冷卻泵電動機容量小(0.125)，由開關(guān)控制單向旋轉(zhuǎn)。5聯(lián)鎖、保護環(huán)節(jié) 電路中利用實現(xiàn)搖臂松開到位，開始升降的聯(lián)鎖控制，利用，實現(xiàn)搖臂完全夾緊的聯(lián)鎖控制。通過延時斷開的常

11、開觸點實現(xiàn)搖臂松開后自動夾緊的聯(lián)鎖控制。搖臂升降除了按鈕、機械互鎖外，還采用、電氣的雙重互鎖控制。主軸箱與立柱進行松開、夾緊工作時，為保證壓力油不供給搖臂夾緊油路，通過、常閉觸點切斷線圈電路，達到聯(lián)鎖目的。電路利用熔斷器作為總電路和電動機、的短路保護。利用熔斷器作為電動機、及控制變壓器一次側(cè)的短路保護，利用熱繼電器為電動機的過載保護，為電動機的過載保護。組合行程開關(guān)作為搖臂上升、下降的極限位置保護，有兩對常閉觸點，當搖臂上升下降至極限位置時，相應(yīng)觸點動作切斷與其對應(yīng)的上升下降接觸器、，使電動機停止轉(zhuǎn)動，搖臂停止升降，實現(xiàn)升降極限位置保護，電路中失壓或欠壓保護由各接觸器實現(xiàn)。6照明與信號指示電路

12、 通過控制變壓器降壓提供照明燈安全電壓，由SA2開關(guān)操作。熔斷器作為短路保護。當主軸電動機工作時，觸點(101-104)接通，指示燈亮，表示主軸工作；當主軸箱、立柱處于夾緊狀態(tài)時，觸點(101-l03)接通，燈亮。主軸箱、立柱處于松開狀態(tài)，觸點(101-102)接通，燈亮。四、搖臂鉆床電氣控制原理圖Z3040型搖臂鉆床采用4臺電動機拖動，他們分別是主軸電動機，搖臂升降電動機，液壓泵電動機和冷卻泵電動機 。主軸電動機控制鉆床的進給運動；搖臂升降電動機要求能正反向旋轉(zhuǎn)，可用手動操作；搖臂和主軸之間的夾緊、發(fā)松可用電氣、液壓、機械來實現(xiàn)，液壓電動機需可正反轉(zhuǎn)，搖臂的移動嚴格按照搖臂松開移動搖臂夾緊的

13、程序進行。因此搖臂的夾緊與搖臂升降按自動控制進行。冷卻泵電動機帶動冷卻泵提供冷卻液，只要求單向旋轉(zhuǎn)。系統(tǒng)具有連鎖與保護環(huán)節(jié)以及安全照明、信號指示電路。五.選擇電器元件1.電動機的選擇：主電動機容量的統(tǒng)計分析公式如下?lián)u臂鉆床：P = 0.0646 ，D為4201.1，單位為 kW。D是最大鉆孔直徑，單位為 mm 。P=0.0646×4201.1=49.64kw根據(jù)控制要求：M1電動機型號： Y100L2-4 M2電動機型號： Y90S-4 M3電動機型號： JO31-2 M4電動機型號： JCB-222.低壓電器的選擇：(1)接觸器的選用：接觸器用途廣泛, 其額定工作電流或額定控制功率

14、是隨使用條件不同而變化的, 只有根據(jù)不同使用條件正確選用, 才能保證接觸器在控制系統(tǒng)中長期可靠運行，充分發(fā)揮其技術(shù)經(jīng)濟效果。a. 根據(jù)不同使用類別選用產(chǎn)品系列交流接觸器共有五種使用類別, 不同的使用類別，接觸器的工作條件差異很大。JK0 類用于無感或微感負載, 電阻爐負載。接通和分斷額定電壓下的額定電流。 JK1 類用于起動和運轉(zhuǎn)中斷開繞線型電動機。在額定電壓下, 接通和分斷4倍額定電流。JK2 類用于起動、反接制動、反向與密接通斷繞線型電動機。在額定電壓下，接通和分斷4倍額定電流。JK3 類用于起動和運轉(zhuǎn)中斷開籠型感應(yīng)電動機。在額定電壓下接通8倍額定電流, 在額定電壓下分斷6倍額定電流。JK

15、4類用于起動、反接制動、反向與密接通斷籠型感應(yīng)電動機。在額定電壓下接通和分斷6倍額定電流。b.根據(jù)電動機(或其他負載)的功率和操作情況確定接觸器的容量等級接觸器的容量一般是按產(chǎn)品使用說明書提供的數(shù)據(jù)來選擇。但當選用按JK3設(shè)計的接觸器來控制與JK4混合類負載時往往降級使用。表 5一2 列出了CJ10-10 型交流接觸器降級使用情況, 由表可知，當用 CJ10-10 型交流接觸器控制 JK3 類負載的380V、4KW籠型感應(yīng)電動機時 , 其電壽命可達六十萬次。如果用它來控制混合類負載, 由于電壽命降低, 只能降級使用。所以, 是否降級使用, 取決于對電壽命的要求, 而電壽命又決定于生產(chǎn)機械的工藝

16、要求, 也就是操作頻率的要求, 若操作頻率很低時, 也可不降級使用。反過來說, 降級使用后, 其操作頻率也不是可以任意提高的, 因為一方面滅弧有困難, 再則電磁線圈也會因過熱而損壞。倘若接觸器控制的不是電動機, 而是電容器或白熾燈時, 則應(yīng)以“接通”方面來考慮,3、 熱繼電器的選用熱繼電器選擇是否得當, 往往是決定它能否可靠地對電動機進行過載保護的關(guān)鍵因素。應(yīng)按電動機的工作環(huán)境要求、起動情況、負載性質(zhì)等方面來考慮。a. 原則上按被保護電動機的額定電流選取熱繼電器。根據(jù)電動機實際負載選取熱繼電器器的整定值為電動機額定電流的0.95 1.05 倍。但對于過載能力較差的電動機, 它所配用的熱繼電器的

17、額定電流就應(yīng)適當小些, 一般來說, 這時選取熱繼電器的額定電流為電動機額定電流的 60 80 %。b.在非頻繁起動的場合, 必須保證熱繼電器在電動機的起動過程中不致誤動作。通常,在電動機起動電流為其額定電流6倍, 以及起動時間不超過 6s 的情況下, 只要是很少連續(xù)起動，就可按電動機的額定電流來選擇熱繼電器。c.斷相保護用熱繼電器的選用, 對星形接法的電動機, 一般采用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。對于三角形接法的電動機, 若熱繼電器發(fā)熱元件接于電動機每相繞組中, 則選擇三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器, 若發(fā)熱元件接于三角形接線電動機的電源進線中, 則選擇帶斷相保護裝置的三相結(jié)構(gòu)熱繼電器。d.對比較重要的、容量較大

18、的電動機, 可考慮選用半導體溫度繼電器進行護。 4、熔斷器: 熔斷器的選擇主要是熔斷器類型的選擇和熔體額定電流的確定。a.熔斷器類型的選擇根據(jù)負載的保護特性和短路電流的大小來選擇熔斷器的類型。例如, 電動機過載保護用的熔斷器采用具有鋅質(zhì)熔體和鉛錫合金熔體的熔斷器。對于車間配電網(wǎng)路的保護熔斷器, 如果短路電流較大 , 就要選用分斷能力大的熔斷器 , 有時甚至還需要選用有限流作用的熔斷器，如 RT0 系列熔斷器。在經(jīng)常要發(fā)生故障的地方, 應(yīng)考慮選用“可拆式”熔斷器, 如RC1A 、RL1、RM7、RM10 等系列產(chǎn)品。b. 熔體額定電流的確定在選擇和計算熔體電流時, 應(yīng)區(qū)別兩種負載情況：一種是有沖

19、擊電流的負載如電動機；另一種是負載電流比較平穩(wěn)的情況，如一般照明電路。或 用熔斷器保護電動機時, 要達到過載保護的目的, 其熔體的額定電流盡可能接近電動機的額定電流, 但又為保證電動機能正常起動, 熔斷器在通過起動電流時不應(yīng)當動作。綜合上 要求, 通常對籠型感應(yīng)電動機取熔體的額定電流為 式中：Ied 電動機的額定電流； Ist 異步電動機起動電流。對于頻繁啟動的電動機，上式系數(shù)應(yīng)增為33.5如果數(shù)臺電動機共用一個總的熔斷器來保護, 則熔體的額定電流為式中： Iemax 容量最大的電動機之額定電流；除容量最大的電動機之外，其余電動機額定電流之和。在負載電流比較平穩(wěn)的場合, 基本上可按額定負載電流

20、來確定熔體的額定電流。c. 熔管額定電流的確定在熔體的額定電流已經(jīng)確定以后, 還要確定熔管的額定電流。通常, 熔管的額定電流應(yīng)大于（至少等于 ） 熔體的額定電流。型 號熔斷器額定電流（A）熔體額定電流（A）RL1-15RL1-60RL1-100RL1-20015601002002，4，5，6，10，1520，25，30，35，40，50，6060，80，100100，125，150，200表1-4 RL1系列熔斷器的技術(shù)參數(shù)5、其它控制電器的選擇a、按鈕：按鈕通常是用來短時接通或斷開小電流控制電路的開關(guān)b、刀開關(guān)：刀開關(guān)主要用于接通或切斷長期工作設(shè)備的電源。一般刀開關(guān)的額定電壓不超過500V，

21、額定電流由10A到上千安培的多種等級。c組合開關(guān)：組合開關(guān)主要是作為電源引入開關(guān)，所以也稱電源隔離開關(guān)。它也可以起停5kW以下的異步電動機，但每小時的接通次數(shù)不宜超過1020次，開關(guān)的額定電流一般取電動機額定電流的1.52.5倍。常用的組合開關(guān)為HZ10系列，額定電流為l0、25、60和100A四種。適用于交流380V以下，直流220V以下的電氣設(shè)備中。d限位開關(guān)（行程開關(guān)）限位開關(guān)是依生產(chǎn)機械運動的行程位置而動作的小電流開關(guān)。它的選擇主要根據(jù)機械位置對開關(guān)型式的要求、對觸點數(shù)目、電壓種類、電壓電電流等級的要求來確定其型號。機床常用的有LX2型、LX19型、JLXK1型及LXW11型、JLXK

22、-11l型微動開關(guān)等。e、自動空氣開關(guān)：自動開關(guān)又稱自動空氣斷路器。電器元件表符號名稱型號規(guī)格數(shù)量M1三相異步電動機Y100L2-43.0KW,380V,6.82A,1430r/min1M2搖臂升降電動機Y90S-41.1KW,2.01A,1390r/min1M3液壓泵電動機JO31-20.6KW,1.42A,2880r/min1M4冷卻泵電動機JCB-220.125KW,0.43A,2790r/min1QS組合開關(guān)HZ5-20三極，500V,20A1KM1交流接觸器CJ-1010A,線圈電壓127V1KM2,KM3KM4,KM5交流接觸器CJ10-55A,線圈電壓127V5KT時間繼電器JS

23、SIAC127V,DC24V1FR1熱繼電器JR16-20/3熱元件額定電流11A,整定電流6.82A1FR2熱繼電器JR16-20/3熱元件額定電流2.4A,整定電流2.01A1FU1熔斷器RL1-60500V,熔體20A1FU2熔斷器RL1-15500V,熔體10A1FU3熔斷器RL1-16500V,熔體2A1TC控制變壓器BK-100100VA,380V/127,36,6.3V1SB1,SB4控制按鈕LA-185A,紅色2SB2,SB5控制按鈕LA-185A,綠色2SB3,SB6控制按鈕LA-185A,黑色2HL1,HL2,HL3指示燈ZSD-06.3V,綠色1紅色1黃色13EL,SA1

24、,SA2照明燈，控制開關(guān)JC236V,40W3六、繪制硬件接線圖七、控制系統(tǒng)設(shè)計1、系統(tǒng)流程圖2、搖臂鉆床PLC程序設(shè)計利用順控指令，根據(jù)機床的運行原理，把機床分成五個字程序（1）主電動機的起動控制程序 （2）搖臂升降控制程序（3）主軸箱放松或夾緊控制程序（4）搖臂回轉(zhuǎn)控制梯形圖程序（5）冷卻泵開關(guān)控制梯形圖程序 程序如下1）主電動機的起動控制程序X4為主電動機起動輸入繼電器，接通X4，此時輸出繼電器Y1接通并自鎖，從而使電機起動。圖4.1 主電動機的起動梯形圖程序2）搖臂升降控制程序當X5接通時，同時Y4得電，使得液壓泵電動機起動，搖臂放松，當搖臂徹底放松后，X30的常開觸點閉合，常閉觸點斷

25、開，Y4斷電，Y2得電，搖臂開始上升，當上升到極限位置時，X10的常閉觸點斷開，Y2失電。搖臂完成松開，然后上升的過程。如果想要完成搖臂下降的過程，需接通X6，在搖臂放松后，使Y4得電，使搖臂下降，當下降到極限位置時，X10的常閉觸點斷開，Y3失電。搖臂完成松開，然后下降的過程。圖4.2 搖臂升降梯形圖程序3）主軸箱放松或夾緊控制程序 當X012接通后，使Y4得電，主軸箱左移，當X015接通時，Y2得電，主軸箱松開到位。加緊過程與其相似。圖4.3 主軸箱放松或夾緊梯形圖程序4） 搖臂回轉(zhuǎn)控制梯形圖程序 當X033接通后，使Y4得電，同時Y14得電，搖臂開始回轉(zhuǎn)，當X020接通后，搖臂開始逆回轉(zhuǎn)，當X022接通后，使Y7得電，電機反轉(zhuǎn)，搖臂開始加緊。 圖4.4搖臂回轉(zhuǎn)控制梯形圖程序5）冷卻泵開關(guān)控制梯形圖程序 當X024接通后，使Y015得電，冷卻泵開始工作，當X025接通后，冷卻泵停止工作。 圖4.5冷卻泵開關(guān)控制梯形圖程序八、系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析： 1、測試前安全檢查：（1）、檢測電路時，確定三相電源只接進去一端，防止二相進入單相電源供電的電路否則直接燒毀PLC或開關(guān)電源。 (2)、檢查開關(guān)連接是否正常，是否連錯或少。 (3)、確定熔斷器應(yīng)與電源相線L端相連；確定電路沒有短路。(4)、經(jīng)老師同意后，才能通電測試，并按