機(jī)床電氣控制綜合實(shí)驗(yàn)

1/26機(jī)床電氣控制綜合實(shí)驗(yàn)上海第二工業(yè)大學(xué)學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院上海第二工業(yè)大學(xué)班級(jí)：10機(jī)工A1姓名：田小東學(xué)號(hào)：104812212指導(dǎo)老師：何成地點(diǎn)：14號(hào)樓412時(shí)間：2013.7.8~2013.7.12第9題XA613型立式升降臺(tái)銑床電氣控制線路設(shè)計(jì)XA613型立式升降臺(tái)銑床主要由3臺(tái)電動(dòng)機(jī)組成，它們分別是：主軸電動(dòng)機(jī)M1、進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2、冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3。其設(shè)計(jì)任務(wù)如下：設(shè)計(jì)要求：三臺(tái)電動(dòng)機(jī)均直接啟動(dòng)；M1可實(shí)現(xiàn)正/反轉(zhuǎn)，點(diǎn)動(dòng)長動(dòng)/控制；M1可實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)；M1可實(shí)現(xiàn)變速?zèng)_動(dòng)；M2可實(shí)現(xiàn)正/反轉(zhuǎn)，點(diǎn)動(dòng)/長動(dòng)控制；M3在M1后啟動(dòng)；M3可實(shí)現(xiàn)Y/△啟動(dòng)控制；三臺(tái)電動(dòng)機(jī)均有過載保護(hù)；機(jī)床具有照明燈，照明電路電壓為24V，由控制變壓器TC提供；思考題：工作臺(tái)有垂直的上-下，縱向的左-右，橫向的前-后6個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)只可一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2的控制電路如何設(shè)計(jì)？按下停車按鈕后M1不停，分析故障原因目錄一．銑床的主要結(jié)構(gòu)及要求： 41.主要結(jié)構(gòu)： 42.主要運(yùn)動(dòng)形式： 4二．電氣控制電路圖設(shè)計(jì)： 51.主電路的設(shè)計(jì)： 52.控制電路的設(shè)計(jì)： 53.控制電源設(shè)計(jì)： 64.局部照明設(shè)計(jì)： 6三．電氣元件的選擇： 61.電動(dòng)機(jī)的選擇： 6（1）類型的選擇： 6（2）.功率的選擇： 7(3).電壓的選擇： 7(4).轉(zhuǎn)速的選擇： 8(5).外型結(jié)構(gòu)的選擇： 8(6).安裝形式的選擇： 9(7).型號(hào)的選擇 92.電源開關(guān)的選擇 103.接觸器的選擇 104.熱繼電器的選用 115.按鈕的選擇： 126.熔斷器的選擇： 127.照明的選擇 138.控制變壓器的選擇： 13四．元器件明細(xì)表： 13五．電氣原理圖： 15六．銑床控制原理： 171.主軸電機(jī)啟動(dòng)控制 172.主軸電機(jī)能耗制動(dòng)制動(dòng) 173.主軸電機(jī)變速?zèng)_動(dòng) 174.進(jìn)給電機(jī)控制 185.冷卻泵電機(jī)控制 18七．元器件布局圖： 19八．思考題目解答 19九．實(shí)訓(xùn)小結(jié) 21十．參考資料： 22機(jī)床電氣控制綜合實(shí)驗(yàn)一．銑床的主要結(jié)構(gòu)及要求：1.主要結(jié)構(gòu)：銑床是一種高效的加工設(shè)備，在一般加工中，銑床的數(shù)量僅次于車床，數(shù)量上占第二位。銑床可用來加工平面，溝槽等。裝上分度頭還可以加工齒輪和螺旋面，如果裝上圓工作臺(tái)還可以銑切凸輪和弧形槽。銑床的種類很多，按結(jié)構(gòu)形式和加工性能的不同，可分為臥式銑床、立式銑床、仿形銑床和龍門銑床和各種專用銑床等。XA613是應(yīng)用最廣泛的銑床之一。XA613普通銑床主要由底座、床身、懸梁及刀桿支架、工作臺(tái)、溜板和升降臺(tái)組成。箱型床身固定在底座上，床身內(nèi)裝有主軸的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和變速機(jī)構(gòu)。在床身的底部有水平導(dǎo)軌，在床身的前方有垂直導(dǎo)軌。2.主要運(yùn)動(dòng)形式：XA613普通機(jī)床的運(yùn)動(dòng)有主運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)。主軸帶動(dòng)銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)；加工中工作臺(tái)帶動(dòng)工件的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；冷卻泵的運(yùn)動(dòng)為輔助運(yùn)動(dòng)?？刂埔螅焊鶕?jù)工件的重量、大小、位置及夾緊，為了減少工作時(shí)間，要求配備主軸運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、冷卻泵電動(dòng)機(jī)；銑削時(shí)產(chǎn)生的高溫，普通冷卻泵電動(dòng)機(jī)加以控制；根據(jù)整個(gè)生產(chǎn)線狀況，要求配有一套局部照明設(shè)備。二．電氣控制電路圖設(shè)計(jì)：1.主電路的設(shè)計(jì)：三相交流電源由低壓熔斷器Q控制。主軸電動(dòng)機(jī)M1由接觸器KM1、KM2控制實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，由熱繼電器FR1做過載保護(hù)。由熔斷器FU1做短路保護(hù)，由接觸繼電器KM3控制能耗制動(dòng)。進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2由接觸器KM4、KM5控制實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，由熱繼電器FR2做過載保護(hù)，由熔斷器FU2做短路保護(hù)。冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3，由接觸器KM6、KM7、KM8控制實(shí)現(xiàn)Y/△啟動(dòng)控制，由FR3做過載保護(hù)，由熔斷器FU3做短路保護(hù)。整個(gè)電氣控制電路由低壓斷路器 QF做過電流保護(hù)、過載保護(hù)。2.控制電路的設(shè)計(jì)：①．主軸電動(dòng)機(jī)M1：由正反轉(zhuǎn)接觸器KM1、KM2來實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)全壓啟動(dòng)，并且通過按鈕控制實(shí)現(xiàn)在正反轉(zhuǎn)的情況下，電機(jī)的點(diǎn)/長動(dòng),并實(shí)現(xiàn)變速?zèng)_動(dòng)。在斷開M1電源按鈕時(shí)，由接觸器KM3控制實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)。②．進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2：由正反轉(zhuǎn)接觸器KM3、KM4來實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)全壓啟動(dòng)，并且通過按鈕控制實(shí)現(xiàn)在正反轉(zhuǎn)情況下的點(diǎn)動(dòng)/長動(dòng)控制。③．冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3：由接觸器KM6、KM7、KM8來實(shí)現(xiàn)Y/△啟動(dòng)，并且通過M1中啟動(dòng)時(shí)所用到的線圈KM1的連鎖，實(shí)現(xiàn)M3在M1后順序啟動(dòng)3.控制電源設(shè)計(jì)：考慮安全可靠和滿足照明指示燈的要求，采用控制變壓器TC降壓供電，其中一側(cè)為交流380V，另一側(cè)為220V、24V；其中220V交流電壓作為控制電路的電源，24V交流電壓為機(jī)床工作低壓照明電路電源。4.局部照明設(shè)計(jì)：照明采用EL器，F(xiàn)U5及旋鈕開關(guān)SA1組成。三．電氣元件的選擇：1.電動(dòng)機(jī)的選擇：（1）類型的選擇：①．技術(shù)要求：根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性、啟動(dòng)性能、制動(dòng)方法、過載能力等要求考慮。②．經(jīng)濟(jì)性要求：節(jié)省初期投資，減少運(yùn)行費(fèi)用；（2）.功率的選擇：技術(shù)性要求:額定功率過大，電動(dòng)機(jī)欠載運(yùn)行，增加設(shè)備投資，降低效率和功率因數(shù)；額定功率太小，電動(dòng)機(jī)過載運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)過熱，降低使用壽命；解決方法：類比法參照同類生產(chǎn)機(jī)械來決定電動(dòng)機(jī)的額定功率。統(tǒng)計(jì)法經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析找出電動(dòng)機(jī)的額定功率與生產(chǎn)機(jī)械的主要參數(shù)之間的計(jì)算公式。實(shí)驗(yàn)法用同類或者相進(jìn)類型的生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)出功率大小。計(jì)算法根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況，從發(fā)熱、過載能力、起動(dòng)能力等方面考慮，通過計(jì)算求出所需功率。(3).電壓的選擇：①．技術(shù)性要求：根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定功率和供電電壓情況選擇電動(dòng)機(jī)的額定電壓；②．一般處理方法：三相異步電動(dòng)機(jī)：Un=380V/3000V/6000V/10000V由于高壓電器設(shè)備的初期投資大，維護(hù)費(fèi)用高，所以Pn<200kW采用380V電機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)：Un=110V/220V/160V/440V(4).轉(zhuǎn)速的選擇：根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)方式，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后確定轉(zhuǎn)速；①．對(duì)于額定功率相同的電動(dòng)機(jī)，如果額定轉(zhuǎn)速高,則重量輕、體積小、價(jià)格低、效率和功率因數(shù)高；②．對(duì)于生產(chǎn)機(jī)械，如果轉(zhuǎn)速低，則傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)效率低，增加傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的成本和維修費(fèi)用。綜合分析電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械兩方面的各種因素確定。(5).外型結(jié)構(gòu)的選擇：根據(jù)電動(dòng)機(jī)的使用環(huán)境選擇電動(dòng)機(jī)的外形結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)的外形結(jié)構(gòu)分類：①．開啟式電動(dòng)機(jī)的定子兩側(cè)和端蓋開有很大的通風(fēng)口，散熱好，價(jià)格低，易進(jìn)灰塵、水滴、鐵屑，只能在清潔干燥的環(huán)境中使用。②．防護(hù)式電動(dòng)機(jī)的機(jī)座和端蓋下方開有通風(fēng)口，散熱好，能防止灰塵、水滴、鐵屑從上方落入，但是外部的潮氣和灰塵可以進(jìn)入，在比較清潔干燥的環(huán)境中使用。③．封閉式電動(dòng)機(jī)的機(jī)座和端蓋下無通風(fēng)口，完全封閉，外部的潮氣和灰塵不易進(jìn)入，多用于灰塵多、潮濕、有腐蝕性氣體、易引起火災(zāi)的惡劣環(huán)境中。④．密封式電動(dòng)機(jī)的密封程度高，外部的氣體和液體都不能進(jìn)入電動(dòng)機(jī)，可以浸在液體中使用。⑤．防爆式電動(dòng)機(jī)不僅有嚴(yán)密的封閉結(jié)構(gòu)，外殼有足夠的機(jī)械強(qiáng)度?？梢猿惺苌倭勘ㄐ詺怏w在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部爆(6).安裝形式的選擇：根據(jù)電動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)機(jī)械中的安裝方式選擇電動(dòng)機(jī)的安裝型式： ①．B3臥式、底腳安裝②．B5臥式、端蓋凸緣安裝③．V1立式、端蓋凸緣安裝(7).型號(hào)的選擇根據(jù)前述選擇結(jié)果選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)。國產(chǎn)電動(dòng)機(jī)為了滿足生產(chǎn)機(jī)械的不同需要，形成結(jié)構(gòu)型式、應(yīng)用范圍、性能水平不相同、功率按一定比例遞增并成批生產(chǎn)的系列產(chǎn)品。Y系列為封閉型籠型三相異步電動(dòng)機(jī)YR系列為線繞型三相異步電動(dòng)機(jī)YD系列為三相多速異步電動(dòng)機(jī)YB系列為防爆型三相異步電動(dòng)機(jī)T系列為三相同步電動(dòng)機(jī)Z系列為直流電動(dòng)機(jī)因?yàn)槲覀円O(shè)計(jì)的屬于小型機(jī)床，考慮到安全性，費(fèi)用，還有使用成本上面，我們根據(jù)XA613的銑床性能指標(biāo)，滿載轉(zhuǎn)速1440r/min，額定功率7.5kw，以及主軸的最大回轉(zhuǎn)角度±45°。軸向移動(dòng)距離垂直導(dǎo)軌面至工作臺(tái)中心線距離最小/最大255/570，主軸中心線至床身垂直導(dǎo)軌面距離30/410，進(jìn)給切削進(jìn)給速度X，Y：19-950Z：6.3-317我們選擇主軸電機(jī)、進(jìn)給電機(jī)和冷卻泵電機(jī)。主軸電動(dòng)機(jī)M1，型號(hào)Y132M-4-B5性能指標(biāo)：額定功率：7.5kw滿載電流：15.4A滿載轉(zhuǎn)速1440r/min②．進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2，型號(hào)Y90L-4-B5性能指標(biāo)：額定功率：1.5kw滿載電流3.7A滿載轉(zhuǎn)速1400r/min③．冷卻泵電動(dòng)機(jī)：型號(hào)Jcb0性能指標(biāo)：額定功率：1.25kw滿載轉(zhuǎn)速：2790r/min2.電源開關(guān)的選擇：QF的作用是電源的引入，因此，Q的選擇主要考慮電動(dòng)機(jī)M1-M3的額定電流和啟動(dòng)電流。因?yàn)镼刀開關(guān)控制整個(gè)電路的上電，所以，安全起見，Q的電流必須大于三個(gè)電機(jī)的滿載電流，所以，我們最后選擇是帶有熔斷器的組合開關(guān)HZ5-20型，額定電流為20A。3.接觸器的選擇根據(jù)負(fù)載回路的電壓、電流、接觸器所控制的回路電壓及所需要點(diǎn)數(shù)等來進(jìn)行接觸器的選擇。主觸點(diǎn)額定電流，一般根據(jù)電動(dòng)機(jī)容量Pd計(jì)算觸電電流Ic，即Ic≥Pd*103/KUd式中：K經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，一般取1-1.4Pd電動(dòng)機(jī)功率(KW)Ud電動(dòng)機(jī)額定線電壓（V）Ic接觸器主觸點(diǎn)電流(A)Uea線路額定電壓，接觸器觸點(diǎn)額定電壓Uc≥Uea本次設(shè)計(jì)中KM1、KM2主要對(duì)M1進(jìn)行控制，而M1的額定電流15.4A，控制回路電源為220V,需要兩對(duì)主觸點(diǎn)，所以KM1、KM2選CJ20-6.3型接觸器，主觸點(diǎn)額定電流10A，線圈電壓為380V。KM4、KM5對(duì)M2進(jìn)行控制，而M2的額定電流為3.7A，控制回路電源為127V，各需要兩對(duì)主觸點(diǎn)，KM4、KM5選CD10-5型接觸器，主觸點(diǎn)額定電流10A，線圈電壓為380V.KM6、KM7、KM8對(duì)M3進(jìn)行控制，而M3的額定電流為1.42A，控制回路電源為127V,各需要三對(duì)主觸點(diǎn)，所以KM5、KM6、KM7選CJ10-5型接觸器。4.熱繼電器的選用熱繼電器用于電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)。熱繼電器的選擇主要是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流來確定其型號(hào)和規(guī)格。熱繼電器元件的額定電流Irt應(yīng)接近或略大于電動(dòng)機(jī)的額定電流Ied，即Irt=（0.95~1.05）IedM1，M2，M3的額定電流分別為15.4A,3.7A,1.42AFR1選用JR16B-20/3D型熱繼電器，熱元件額定電流11A，額定電流調(diào)節(jié)范圍為6.8-11A，工作時(shí)調(diào)整在6.82A.FR2選用JR16B-20/3型熱繼電器，熱元件額定電流2.4A，額定電流調(diào)節(jié)范圍為1.5-2.4A，工作時(shí)調(diào)整在1.42A.FR3選用JR16B-20/2.5型熱繼電器，熱元件額定電流2A,額定電流調(diào)節(jié)范圍為0.6-1.5A,工作時(shí)調(diào)整為0.9A.5.按鈕的選擇：根據(jù)需要的觸點(diǎn)數(shù)目、動(dòng)作要求、使用場合、顏色等進(jìn)行按鈕的選擇。本設(shè)計(jì)中的SB2、SB3、SB4、SB5、SB7、SB8、SB9、SB10、SB12選擇LA-18型按鈕開關(guān)，顏色綠色。SB0、SB1、SB6、SB11、選擇LA-18，顏色為紅色。6.熔斷器的選擇：選擇熔斷器，主要是選擇熔斷器的種類、額定電壓、熔斷器額定電流等級(jí)和熔體的額定電流。主電路熔斷器選擇：Ir≥（7*7+2.01+1.42）/2.5=20.92A選擇RL2-25型，配一個(gè)25A的熔斷器三個(gè)電動(dòng)機(jī)的熔斷器選擇：M1Ir≥Im/2.5=7/2.5=2.8A選用RL1-15型，配一個(gè)10A的熔斷器M2Ir≥Im*2.5=2.01*2.5=3.015A選用RL1-15型，配一個(gè)10A的熔斷器M3Ir≥Im*2.5=1.42*2.5=2.13A選用RL1-15型，配一個(gè)10A的熔斷器7.照明的選擇本設(shè)計(jì)中，照明燈擇JC2，交流24V，與燈開關(guān)的斷路器FU成套配置。8.控制變壓器的選擇：當(dāng)控制線路所用電氣較多，線路較為復(fù)雜時(shí)，一般采用經(jīng)變壓器降壓的控制電源，以提高線路的安全可靠性?？刂谱儔浩髦饕鶕?jù)所需要的變壓器容量及一次側(cè)，二次側(cè)的電壓等級(jí)來選擇。根據(jù)我們所需要的電壓，我們的變壓器的選用方法是根據(jù)一次側(cè)和二次側(cè)的電壓來選用。選擇BK-100VA,380V、220V/127V、36V、6.3V.四．元器件明細(xì)表：符號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量M1主軸電動(dòng)機(jī)Y132M-4-B57.5KW15.4A1440r/min1M2主軸電動(dòng)機(jī)Y90L-4-B51.5KW3.7A1400r/min1M3冷卻泵電動(dòng)機(jī)JCB01.25KW1.42A2790r/min1QF組合開關(guān)HZ10-25/133極500v25A1KM1、KM2、KM3交流繼電器CJ20-6.310A線圈電壓220V3KM4、KM5、KM6KM7、KM8交流接觸器CD10-510A線圈電壓220V5SB2、SB4、SB7、SB9、SB12控制按鈕LA-18綠色5SB0、SB6、SB11控制按鈕LA-18紅色3SB1、SB3、SB5SB8、SB10聯(lián)動(dòng)控制按鈕XB4-BW35351常閉1常開5FU1、FU2、FU3熔斷器RL1-15380~690V10A3FU4、FU5熔斷器KS22220~690V5A2KR1熱繼電器JR16B-20/3D額定電流11A1KR2熱繼電器JR16B-20/3額定電流2.4A1KR3熱繼電器JR16B-20/2.5額定電流2A1TC1控制變壓器BK-100220V/24V1TC2變壓器BK250380V/220V-24V1KS速度繼電器JY-1≤3000r/min1SQ1行程開關(guān)LXK3-20S.H/Z220V0.3A1.75~2mm1R可調(diào)變阻器BX7D<380V1EL照明燈XB4-BV33綠色1五．電氣原理圖：六．銑床控制原理：1.主軸電機(jī)啟動(dòng)控制2.主軸電機(jī)能耗制動(dòng)制動(dòng)3.主軸電機(jī)變速?zèng)_動(dòng)4.進(jìn)給電機(jī)控制5.冷卻泵電機(jī)控制七．元器件布局圖：八．思考題目解答1.銑床工作臺(tái)可做縱向、橫向和垂直方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。由縱向進(jìn)給手柄操作縱向運(yùn)動(dòng)，橫向與垂直方向由另一個(gè)進(jìn)給手柄操作。銑床工作時(shí)，工作臺(tái)的各個(gè)方向進(jìn)給是不允許同時(shí)接通的，因此各方向的進(jìn)給必須相互聯(lián)鎖。實(shí)際上，操縱進(jìn)給的兩個(gè)手柄都只能扳向一個(gè)操作位置，即接通一種進(jìn)給，因此只要使用兩個(gè)操作手柄不能同時(shí)起到操作的作用，就達(dá)到了聯(lián)鎖的目的。通常采用的電氣聯(lián)鎖方案是：當(dāng)兩個(gè)手柄同時(shí)扳動(dòng)時(shí)，就立即切斷進(jìn)給電路，可避免事故。圖中KM3、KM4是進(jìn)給電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器，現(xiàn)假如縱向進(jìn)給手柄已經(jīng)扳動(dòng)，則ST1或ST2已壓下，此時(shí)雖將下面一條之路切斷，但由于上面一條支路仍接通，故KM3、KM4仍能得電。如果再扳動(dòng)橫向的垂直進(jìn)給手柄而使ST3或ST4也動(dòng)作時(shí)，上面一條支路也被切斷。因此接觸器KM3或KM4將失電，使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)自動(dòng)停止。KM1是主電機(jī)接觸器，只有KM1得電主軸旋轉(zhuǎn)后，KM1動(dòng)合觸點(diǎn)閉合才能接通進(jìn)給電路。主電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，KM1打開，進(jìn)給也自動(dòng)停止。這種聯(lián)鎖可以防止工件或機(jī)床受到損傷。按下停車按鈕，M1不停止工作。分析原因有可能是：在設(shè)計(jì)過程中，出現(xiàn)錯(cuò)誤，將M1的接線不是只接在停車按鈕下面，有可能通過并聯(lián)接