臥式車床電氣控制系統(tǒng)課程設計

機床電氣限制技術課程設計報告設計課題:一臺一般臥式車床的電氣限制系統(tǒng)設計姓名:學院:專業(yè):班級:學號:日期導老師:緒論車床是機械加工中最廣泛的金屬切削機床，它可以用于切削各種工件的外圓、內(nèi)孔、端面、螺紋、螺桿及車削定型表面等?，F(xiàn)代生產(chǎn)機械多采納機械、電氣、液壓、氣動結合的限制技術。其中電氣限制技術起聯(lián)接中樞作用，應用最為廣泛。電氣限制系統(tǒng)是生產(chǎn)機械設備的重要組成部分，是保證J機械設備按生產(chǎn)工藝要求，完成各種運動狀態(tài)和協(xié)調(diào)工作，并保證機械設備平安牢靠工作以及實現(xiàn)操作自動化。本設計的主要任務是依據(jù)車床的工作狀況確定電氣設計的技術條件、電力拖動形式的選擇、電動機的選擇及其他電器元件、電氣限制原理圖，繪制機電設備的位置圖和接線圖，最終按要求寫出設計報告，繪出設計圖樣。第一章車床的運動形式1．1主運動車床的主運動是工件的旋轉(zhuǎn)運動，它是由主軸通過卡盤或頂尖帶動工件旋轉(zhuǎn)。電動機的動力通過主軸箱傳給主軸，主軸一般只要單方向的旋轉(zhuǎn)運動，只有在車螺紋時才須要用反轉(zhuǎn)來退刀。1．2進給運動車床的進給運動是溜板帶動刀具作縱向或橫向的直線移動，也就是使切削能連續(xù)進行下去的運動。所謂縱向運動是指相對于操作者的左右運動，橫向運動是指相對于操作者的前后運動。車螺紋時要求主軸的旋轉(zhuǎn)速度和進給的移動距離之間保持肯定的比例，所以主運動和進給運動要由同一臺電動機拖動，主軸箱和車床的溜板箱之間通過齒輪傳動來聯(lián)接，刀架再由溜板箱帶動，沿著床身導軌作直線走刀運動。其次章電力拖動的特點及限制要求2．1電力拖動的特點（1）采納傳統(tǒng)的繼電器接觸器限制系統(tǒng)。（2）傳動方式采納多電動機拖動，即一臺設備由多臺電動機分別驅(qū)動各個工作機構。這種拖動方式不僅大大簡化了生產(chǎn)機械的傳動機構，而且限制敏捷，為生產(chǎn)機械的自動化供應了有利的條件，現(xiàn)代化機電傳動基本上均采納這種拖動形式。（3）機床主運動和進給運動由主軸電動機M1集中傳動，主軸電動機選用三相籠式異步電動機，不進行電氣調(diào)速，主軸采納齒輪箱進行機械有級調(diào)速，由車床主軸箱通過變速箱和主軸電動機的連接來完成（為減小振動，主拖動電動機通過幾條傳動皮帶將動力傳遞到主軸箱）；刀架的給進運動方式有手動和自動兩種，在進行螺紋加工時，工作的旋轉(zhuǎn)和刀架的進給速度之間應有嚴格的比例關系，因此，車床刀架的縱向或橫向兩個方向進給運動是由主軸箱輸出軸依次經(jīng)掛輪箱、進給箱、光杠傳入溜板箱而獲得的。車削螺紋時要求主軸有正反轉(zhuǎn)，主軸電動機只作單向旋轉(zhuǎn)，主軸的正反轉(zhuǎn)一般由機械方法實現(xiàn)，采納多片摩擦片離合器實現(xiàn)；主軸制動采納液壓制動器；主軸電動機的啟動、停止采納按鈕操作；主軸電動機的容量不大，可采納干脆啟動。（4）冷卻泵由電動機M2拖動，只須要單向旋轉(zhuǎn)。車削加工時，由于刀具及弓箭溫度過高，有時須要冷卻，因而配有冷卻泵電動機，冷卻泵電動機和主軸電動機有連鎖關系，即冷卻泵電動機應在主軸電動機之后啟動，并在主軸電動機停車時，冷卻泵電動機也應馬上停車。（5）刀架快速移動由單獨的快速電動機M3拖動，刀架移動和主軸轉(zhuǎn)動有固定的比例關系，以便滿意對螺紋的加工須要。進給運動的縱向左右運動，橫向前后運動以及快速移動都集中由一個手柄操縱。（6）車床限制電路應具有必要的短路、過載、欠壓和零壓等愛護環(huán)節(jié)，并有平安、牢靠的局部照明和信號指示。1．3協(xié)助運動車床的協(xié)助運動包括刀架的快進和快退，尾架的移動和工件的夾緊和松開等。2．2電源形式主電路采納溝通380V電源干脆供電，對于比較困難的限制線路，應采納限制電源變壓器，將限制電壓由溝通380V或220V降至110V或48V、24V等，這是從平安角度考慮的。本設計由限制變壓器將溝通380V變換成110V、24V、和6V分別供應限制回路、照明回路和信號回路。第三章電動機及其他電氣元件的選擇3．1電動機的選擇3．1.1主軸電動機當主運動和進給運動采納同一電動機時，只計算主運動電動機功率即可。多數(shù)機床負載狀況比較困難，切削用量改變很大，尤其是通用機床負載種類更多，不易精確地確定其負載狀況。因此通常采納調(diào)查統(tǒng)計類比或采納分析和計算相結合的方法來確定電動機的功率。（1）調(diào)查統(tǒng)計類比法目前我國機床設計制造部門，往往采納這種方法來選擇電動機容量。這種方法就是對機床主拖動電動機進行實測、分析，找出了電動機容量和機床主要數(shù)據(jù)的關系，依據(jù)這種關系作為選擇電動機容量的依據(jù)。臥式車床主電動機的功率：式中：P主拖動電機功率(kW)；D工件最大直徑(m)。（2）分折計算法可依據(jù)機床總體設計中對機械傳動功率的要求，確定機床拖動用電動機功率。即知道機械傳動的功率，可計算出所需電動機功率：式中：P電動機功率；P1機械傳動軸上的功率；η1生產(chǎn)機械效率；η2電動機和生產(chǎn)機械之間的傳動效率。式中：η：為機床總效率，一般主運動為回轉(zhuǎn)運動的機床取0.7~0.85；主運動為往復運動的機床取0.6~0.7（結構簡潔的取大值，困難的取小值)。依據(jù)實際狀況，最終確定電動機的容量為11KW。3．1.2冷卻泵電動機冷卻泵電動機的容量比較小，一般選取90W即可。3．1.3快速移動電動機快速移動電動機所須要的功率，一般由閱歷數(shù)據(jù)來選擇，選擇為250W。3．2電動機轉(zhuǎn)速和結構型式的選擇3．2．1轉(zhuǎn)速的選擇電動機功率的確定是選擇電動機的關鍵，但也要對轉(zhuǎn)速、運用電壓等級及結構形式等項目進行選擇。異步電動機由于它結構簡潔堅實、修理便利、造價低廉，因此在機床中運用得最為廣泛。電動機的轉(zhuǎn)速愈低則體積愈大，價格也愈高，功率因數(shù)和效率也就低，因此電動機的轉(zhuǎn)速要依據(jù)機械的要求和傳動裝置的具體狀況加以選定。異步電動機的同步轉(zhuǎn)速有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min、600r/min等幾種，這是由于電動機的磁極對數(shù)的不同而確定的。電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速由于存在著轉(zhuǎn)差率，一般比同步轉(zhuǎn)速約低2％~5％。一般狀況下，可選用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min的電動機，因為這個轉(zhuǎn)速下的電動機適應性較強，而且功率因數(shù)和效率也高。若電動機的轉(zhuǎn)速和該機械的轉(zhuǎn)速不一樣，可選取轉(zhuǎn)速稍高的電動機通過機械變速裝置使其一樣。依據(jù)以上內(nèi)容選擇主軸電動機M1轉(zhuǎn)速為1450r/min；冷卻泵電動機M2轉(zhuǎn)速為3000r/min；快速移動電動機M3轉(zhuǎn)速為1360r/min。3．2．2結構型式的選擇一般地說，金屬切削機床都采納通用系列的一般電動機。Y系列三相異步電動機是機床上常用的三相異步電動機。Y系列電動機是封閉自扇冷式籠型三相異步電動機，是全國統(tǒng)一設計的新的基本系列，它是我國取代JO2系列的更新?lián)Q代產(chǎn)品。安裝尺寸和功率等級完全符合IEC標準和DIN42673標準。本系列采納B級絕緣，外殼防護等級為IP44，冷卻方式為IC0.141。因此，主軸電動機選擇Y160M-4型電動機；冷卻泵電動機采納特地的AOB-25系列油泵電機，由封閉自冷的三星異步電動機和單級離心泵組合而成，主要是給一般機床和其他設備輸送循環(huán)冷卻液（冷卻液為肥皂水，蘇打水，輕礦物油和其他無腐蝕性的液體），該系列泵效率高，體積小，重量輕，運行平穩(wěn)，平安牢靠。刀架快速移動電動機選擇通用的AOS5634型電動機。因此電動機的選擇如下：主軸電動機M1：型號Y160M-4；容量11KW；轉(zhuǎn)速1450r/min。作用：工件的旋轉(zhuǎn)和刀具的進給冷卻泵電動機M2：型號AOB-25；容量90W；轉(zhuǎn)速3000r/min。作用：輸送冷卻液用刀架快速移動電動機M3：型號AOS5634；容量0.25KW；轉(zhuǎn)速1360r/min。作用：溜板快速移動用3．3電器元件的選擇3．3.1熱繼電器利用電流的熱效原理來工作的愛護電器主要用作：三相異步電動機的過載愛護由按鈕、接觸器、熱繼電器等組成的異步電動機干脆起動限制電路熱繼電器的圖形和文字符號3．3．2溝通接觸器KM用來常見的接通和分斷交直流主回路和大容量限制電路。主要限制對象是電動機，能實現(xiàn)遠距離限制，并有欠（零）電壓愛護功能。溝通接觸器圖形符號和文字符號3．3．3熔斷器作用：利用金屬的熔化來切斷電路，以愛護電器，短路愛護。結構：熔體（保險絲）和熔座（安裝熔體）形態(tài)：片狀、絲狀、和籠狀型號：常用的熔斷器有瓷插式RCIA系列、封閉管式及螺旋式RL1系列等多種。熔斷器圖形符號和文字符號3．3．4按鈕按鈕，是一種常用的限制電器元件，常用來接通或斷開‘限制電路’（其中電流很?。?，從而達到限制電動機或其他電氣設備運行目的的一種開關。3．3．5行程開關行程開關，位置開關（又稱限位開關）的一種，是一種常用的小電流主令電器。在電氣限制系統(tǒng)中，位置開關的作用是實現(xiàn)依次限制、定位限制和位置狀態(tài)的檢測。用于限制機械設備的行程及限位愛護。位置開關的圖形符號及文字符號3．3．6信號燈HL。型號：DX1-0規(guī)格：白色，配6V0.15A燈泡作用：電源指示燈因為變壓后的電源為6V，所以選用DX1-0型的信號燈。3．3．7機床照明燈EL。型號：K-1，螺口規(guī)格：40W36V作用：機床局部照明因為在經(jīng)過電源變壓后變?yōu)?6V的電源電壓，所以用36V的K-1型的照明燈。3．3．8斷路器QF。因為QF愛護主電路所以用：AM2-40、20A型的熔斷器。3．3．9限制變壓器TC。限制變壓器和一般變壓器原理沒有區(qū)分.只是用途不同.限制變壓器:用途廣泛,可做升壓,亦可做降壓用.。表電動機及電器元件明細表符號名稱符號名稱M1主電動機SB1總停按鈕M2冷卻泵電動機SB2主電動機正向點動按鈕M3快速移動電動機SB3主電動機正轉(zhuǎn)按鈕KM1主電動機正轉(zhuǎn)接觸器SB4主電動機反轉(zhuǎn)按鈕KM2主電動機反轉(zhuǎn)接觸器SB5冷卻泵電動機停轉(zhuǎn)按鈕KM短接限流電阻接觸器SB6冷卻泵電動機起動按鈕KM4冷卻泵電動機起動接觸器TC限制變壓器KM3快移電動機起動接觸器FU(1~5)熔斷器KA中間繼電器FR1主電動機過載愛護熱繼電器KT通電延時時間繼電器FR2冷卻泵電動機愛護熱繼電器SQ快移電動機點動行程開關R限流電阻SA開關EL照明燈KS速度繼電器TA電流互感器A電流表QS隔離開關第四章電氣限制原理圖的設計4．1主回路的設計如圖1所示，在主電路中，一共有三臺電動機。M1為主軸電動機，帶動主軸旋轉(zhuǎn)和刀架作進給運動；M2為冷卻泵電動機，用來輸送切削液；M3為刀架快速移動電動機。4．1.1主電動機正反轉(zhuǎn)

KM1和KM2分別為溝通接觸器KM1和KM2的主觸頭。依據(jù)電氣限制基本學問分析可知，KM1主觸頭閉合、KM2主觸頭斷開時，三相溝通電源將分別接入電動機的U1、V1、W1三相繞組中，M1主電動機將正轉(zhuǎn)。反之，當KM1主觸頭斷開、KM2主觸頭閉合時，三相溝通電源將分別接入M1主電動機的W1、V1、U1三相繞組中，和正轉(zhuǎn)時相比，U1和W1進行了換接，導致主電動機反轉(zhuǎn)。4．1.2主電動機全壓和減壓狀態(tài)

當KM主觸頭斷開時，三相溝通電源電流將流經(jīng)限流電阻R而進入電動機繞組，電動機繞組電壓將減小。假如KM3主觸頭閉合，則電源電流不經(jīng)限流電阻而干脆接入電動機繞組中，主電動機處于全壓運轉(zhuǎn)狀態(tài)。4．1.3繞組電流監(jiān)控電流表A在電動機M1主電路中起繞組電流監(jiān)視作用，通過TA線圈空套在繞組一相的接線上，當該接線有電流流過時，將產(chǎn)生感應電流，通過這一感應電流間顯示電動機繞組中當前電流值。其限制原理是當KT常閉延時斷開觸頭閉合時，TA產(chǎn)生的感應電流不經(jīng)過A電流表，而一旦KT觸頭斷開，A電流表就可檢測到電動機繞組中的電流。4．1.4電動機轉(zhuǎn)速監(jiān)控

KS是和M1主電動機主軸同轉(zhuǎn)安裝的速度繼電器檢測元件，依據(jù)主電動機主軸轉(zhuǎn)速對速度繼電器觸頭的閉合和斷開進行限制。主軸電動機由熱繼電器FR1作過載愛護，熔斷器FU1作短路愛護。4．1.5冷卻泵電動機電路冷卻泵電動機M2噴出冷卻液，實現(xiàn)刀具的冷卻，由接觸器KM4限制，熱繼電器FR2作為它的過載愛護，熔斷器FU4作短路愛護。4．1.6快移電動機電路刀架快速移動電動機M3接觸器KM3限制，由于是點動限制，故不設過載愛護,熔斷器FU5作短路愛護。主電路通過TC變壓器和限制線路和照明燈線路建立電聯(lián)系。TC變壓器一次側接入電壓為380V，二次側有36V、110V兩種供電電源，其中36V給照明燈線路供電，而110V給車床限制線路供電。FU2作控制電路短路愛護。圖14．2限制回路的設計1）主電動機點動限制

按下SB2，KM1線圈通電，依據(jù)原態(tài)支路常斷現(xiàn)象，其余全部線圈均處于斷電狀態(tài)。因此主電路中為KM1主觸頭閉合，由QS隔離開關引入的三相溝通電源將經(jīng)KM1主觸頭、限流電阻接入主電動機M1的三相繞組中，主電動機M1串電阻減壓起動。一旦松開SB2，KM1線圈斷電，電動機M1斷電停轉(zhuǎn)。SB2是主電動機M2的點動限制按鈕。2）主電動機正轉(zhuǎn)限制

按下SB3，KM線圈通電和KT線圈同時通電，并通過20區(qū)的常開協(xié)助觸頭KM3閉合而使KA線圈通電，KA線圈通電又導致11區(qū)中的KA常開協(xié)助觸頭閉合，使KM1線圈通電。而7~9區(qū)的KM1常開協(xié)助觸頭和KA常開協(xié)助觸頭對SB3形成自鎖。主電路中KM主觸頭和KM1主觸頭閉合，電動機不經(jīng)限流電阻R則全壓正轉(zhuǎn)起動。

繞組電流監(jiān)視電路中，因KT線圈通電后延時起先，但由于延時時間還未到達，所以KT常閉延時斷開觸頭保持閉合，感應電流經(jīng)KT觸頭短路，造成A電流表中沒有電流通過，避開了全壓起動初期繞組電流過大而損壞A電流表。KT線圈延時時間到達時，電動機已接近額定轉(zhuǎn)速，繞組電流監(jiān)視電路中的KT將斷開，感應電流流入A電流表將繞組中電流值顯示在A表上。3）主電動機反轉(zhuǎn)限制

按下SB4，通過6、7、5、6線路導致KM線圈和KT線圈通電，和正轉(zhuǎn)限制相類似，11區(qū)的KA線圈通電，再通過7、8、9使KM2線圈通電。主電路中KM2、KM主觸頭閉合，電動機全壓反轉(zhuǎn)起動。KM1線圈所在支路和KM2線圈所在支路通過KM2和KM1常閉觸頭實現(xiàn)電氣限制互鎖。4）主電動機反接制動限制正轉(zhuǎn)制動限制

右KS是速度繼電器的正轉(zhuǎn)限制觸頭，當電動機正轉(zhuǎn)起動至接近額定轉(zhuǎn)速時，右KS閉合并保持。制動時按下SB1，限制線路中全部電磁線圈都將斷電，主電路中KM1、KM2、KM主觸頭全部斷開，電動機斷電降速，但由于正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動慣性，需較長時間才能降為零速。

一旦松開SB1，則經(jīng)1、6、右KS、8、9，使KM2線圈通電。主電路中KM2主觸頭閉合，三相電源電流經(jīng)KM2使U1、W1兩相換接，再經(jīng)限流電阻R接入三相繞組中，在電動機轉(zhuǎn)子上形成反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并和正轉(zhuǎn)的慣性轉(zhuǎn)矩相抵消，電動機快速停車。在電動機正轉(zhuǎn)起動至額定轉(zhuǎn)速，再從額定轉(zhuǎn)速制動至停車的過程中，右KS反轉(zhuǎn)限制觸頭始終不產(chǎn)生閉合動作，保持常開狀態(tài)。反轉(zhuǎn)制動限制

左KS在電動機反轉(zhuǎn)起動至接近額定轉(zhuǎn)速時閉合并保持。和正轉(zhuǎn)制動相類似，按下SB1，電動機斷電降速。一旦松開SB1，則經(jīng)1、6、左KS、2、3，使線圈KM1通電，電動機轉(zhuǎn)子上形成正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并和反轉(zhuǎn)的慣性轉(zhuǎn)矩相抵消使電動機快速停車。5）冷卻泵電動機起停限制

按下SB6，線圈KM4通電，并通過KM4常開協(xié)助觸頭對SB6自鎖，主電路中KM4主觸頭閉合，冷卻泵電動機M2轉(zhuǎn)動并保持。按下SB5，KM4線圈斷電，冷卻泵電動機M2停轉(zhuǎn)。6）快移電動機點動限制

行程開關由車床上的刀架手柄限制。轉(zhuǎn)動刀架手柄，行程開關SQ將被壓下而閉合，KM3線圈通電。主電路中KM3主觸頭閉合，驅(qū)動刀架快移的電動機M3起動。反向轉(zhuǎn)動刀架手柄復位，SQ行程開關斷開，則電動機M3斷電停轉(zhuǎn)。照明電路

燈開關SA置于閉合位置時，EL燈亮。SA置于斷開位置時，EL燈滅。4．3車床照明燈和電源指示燈的限制照明、信號電路分析限制變壓器TC的二次側分別輸出36V和110V電壓，作為車床低壓照明燈和信號燈的電源。EL作為車床的低壓照明燈由開關SA限制，HL為電源信號燈。它們由FU3作為短路愛護4．4電氣愛護環(huán)節(jié)（1）不要漏接接地線，不能用金屬軟管作為接地的通道。（2）在限制箱外部進行布線時，導線必需穿在導線通道內(nèi)或敷設在機床底座內(nèi)的導線通道里。全部導線不得有接頭。（3）在導線通道內(nèi)敷設導線進行接線時，必需作到查出一根導線，套一根線號。（4）在進行快速進給時，留意將運動部件處于行程的中間位置，以防止運動部件和車頭或尾架相撞。（5）主軸電動機不能啟動發(fā)生主軸電動機不能啟動的故障時，首先檢查故障是發(fā)生在主電路還是限制電路，若按下啟動按鈕，接觸器KM1不吸合，此故障則發(fā)生在限制電路，主要應檢查FU2是否熔斷，過載愛護FR1是否動作，接觸器KM