铣床电气控制设计.docx
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铣床电气控制设计
湖南工业大学
课
程设
计
资
料
袋
机械工程学院(系、部)
2013~2014
学年第二
学期
课程名称机电控制技术指导教师聂宇峰职称_讲
师
学生姓名凌志军专业班级机工1102班学号
11405700814
题目铳床电气控制设计
成绩起止日期2014年_6_月日〜2014年_6_月
22日
目录清单
序号
材料名称
资料数量
备注
1
课程设计任务书
1
2
课程设计说明书
1
3
课程设计图纸
2
张
湖南工业大学
毕业论文(设计)原创性声明
本人所呈交的毕业论文(设计)是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文(设计)不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本
论文(设计)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名:
日期:
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计)的规定,学校有权保留论文(设计)并向相关部门送交论文(设
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保密的论文(设计)在解密后适用本规
作者签名:
指导教师签名:
日期:
日期:
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4)外文摘要、关键词
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8)致谢
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4•文字、图表要求:
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2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符
合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒
手画
3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印
4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5•装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
3)其它
课程设计任务书
2013—2014学年第二学期
机械工程学院(系、部)机械工程及其自动化专业机工1102班级
课程名称:
机床电气控制技术
设计题目:
铣床电气控制设计
完成期限:
自2014年6月日至2014年6月22日共1周
内容及任务
份
3r字LLO
DLO
FO
5书理M导原护指涮明要!
IM量2-3如射如完如电一、一、一一一、一
进度安排
期日k起
容内作工
8
安k
9
改修审r方计设
口苗元
O
2
口昔元
1
2
气电/装
2
2
-三故
主要参考资料
9
8
9
1
,口号献建兴玉何郁明石、、、、1234
指导教师(签字):
2014年6月22日
系(教研室)主任(签字):
2014年6月22日
机电控制
设计说明书
铳床电气控制设计
起止日期:
2014年6月17日至2014年6月_22_日
指导教师(签字)
机械工程学院
2013年6月22日
一、控制对象(铣床)描述3
(一)简介3
(二)机床结构及工作要求3
二、铣床系统的电气控制电路设计5
(一)电气传动的特点及控制要求5
(二)继电器-接触器电气控制电路的设计5
(三)继电器-接触器电气控制电路图分析及介绍5
(四)选择电气元件及明细表13
三、铣床的可编程控制器(PLC设计17
(一)可编程控制器控制系统设计的基本原则17
(二)可编程控制器系统的设计17
四、设计心得20
五、参考文献21
六、附图22
一、控制对象(铣床)描述
(一)简介
铣床(millingmachine)系指主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。
通常铣刀旋转运动为主运动,工件(和)铣刀的移动为进给运动。
它可以加工平面、沟槽,也可以加工各种曲面、齿轮等。
铣床是用铣刀对工件进行铳削加
工的机床。
铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外,还能加工比较复杂的型面,效率较刨床高,在机械制造和修理部门得到广泛应用。
(二)机床结构及工作要求
万能铣床具有主轴转速高,调速范围宽,操作方便,工作台能自动循环加工等特点,其结构如图A所示。
主要由底座,床身,悬梁,刀杆支架,工作台,溜板和升降台等部分组成。
图1卧式万能铣床外形结构图
I-底座2-主轴电动机3-床身4-主轴5-悬梁6-刀杆挂脚
7-工作台8-工作台左右进给操作手柄9-滑座10-工作台前后上下操作手柄
II-进给变手柄及变速盘12-升降工作台13-进给电动机14-主轴变速盘
15-主轴变速手柄
其工作原理:
铣刀装在与主轴连在一起的刀杆支架上,在床身的前面有垂直导轨,升降台沿其上下移动;在升降台上面的水平导轨上,装有可在平行与主轴轴线方向移动(横向移动)的溜板,在溜板上部转动部分的导轨上可作垂直与主轴轴线方向的移动(纵向移动),这样,工作台上的工件就可以在六个方向(上,下,左,右,前,后)进给。
为了加快调整工件与刀具之间的相对位置,可以改变传动比,使工作台在六个方向上作快速移动。
此外,由于转动部分相对于溜板可绕垂直轴线左,右转一
个角度(通常为45度),因此可以加工螺旋槽。
工作台上还可以安装圆工作台以扩大铣削能力。
由上述可知,万能铣床的运动方式有:
主运动:
铣刀的旋转。
进给运动:
工作台在六个方向上的运动。
辅助运动:
工作台在六个方向上的快速运动。
二、铣床系统的电气控制电路设计
(一)电气传动的特点及控制要求
(1)铣床的主运动和进给运动之间没有速度比例协调的要求,各自采用单独的笼型异步电动机拖动。
(2)为了能进行顺铣和逆铣加工,要求主轴能够实现正,反转。
(3)为提高主轴旋转的均匀性并消除铣削加工时的震动,主轴上装有飞轮,其转惯量较大,因此要求主轴电动机有停车制动控制。
(4)为适应加工的需要,主轴转速与进给速度应有较宽的调节范围。
X62W铣床采用机械变速的方法,为保证变速时齿轮易于齿合,减小齿轮端面的冲击,要求变速时有电动机瞬时冲动。
(5)进给运动和主轴运动应有电气联锁。
为了防止主轴未转动时,工作台将工件送进可能损坏刀具或工件,进给运动要在铣刀旋转后才能进行。
为降低加工工件的表面粗糙度,加工结束必须在铣刀停转前停止进给运动。
(6)在六个方向上运动要有联锁,在任何时刻,工作台在上,下,左,右,前,后六个方向上,只能有一个方向的进给运动。
(7)为了适应工作台在六个方向上运动的要求,进给电动机应能正,反转。
快速运动由进给电动机与快速电磁铁配合完成。
(8)圆工作台运动只需一个转向,且要与工作台进给运动有联锁,不能同时进行。
(9)冷却泵电动机M3只要求单方向转动。
(10)为操作方便,应能在两处控制各部件的启动和停止。
(二)继电器-接触器电气控制电路的设计
根据铣床的电力拖动及控制要求,同时又考虑了以下几个方面:
1、电气控制线路与机械配合相当紧密,因此分析中要详细了解机械结构与电气控制的关系,但机械结构相对比较复杂。
2、控制线路中设置了变速冲动控制,从而使变速顺利进行。
3、为了操作方便,采用多地控制,实现两地启、停。
4、具有完善的电气联锁,并具有短路、零压、过载及超行程限位保护环节
根据设计要求我们设计了如图一所示的继电器-接触器电气控制电路图。
(三)继电器-接触器电气控制电路图分析及介绍
1.主轴电动机控制M!
为主轴拖动电动机。
从主电路看出,主轴电动机的转向由转换开关SA预选确定。
转换开关SA触点动作见表1。
主轴电动机的起动、
停止由接触器KMi控制,接触器KM2及电阻R和速度继电器KV组成停机反接制动控制。
表1转换开关SA动作表
触点
线端标号
操作手柄位置
顺铣
停止
逆铣
SAs二
U21-W/|i
一
一
+
U21-U11
+
一
一
SA5J3
陋-州
+
一
一
Sg
W21-U11
一
一
+
FR1
(1)主轴电动机起动接通电源开关Q,选择主轴电动机转向,操作转换开关SA5于所需位置。
主轴电动机起动、停止分别由装于工作台上与床身上的控制按钮SB,、SB2和SB3、SQ实现两地控制。
按下按钮SB,或SB?
,接触器KMi得电,主触点闭合并自锁,主轴电动机按预选方向起动,带动主釉、铣刀旋转,同时速度继电器KV常开触点闭合,为停机反接制动作准备。
(2)主轴电动机停机按下停机按钮SB3或SB4。
接触器KM,失电,切断正序电源,同时接触器KM2得电,电动机串电阻实现反接制动,当主轴电动机转速低于120r/min,KV触点断开,KM2断电,电动机反接制动结束;停机操作时应注意在按下SB3或SE4要按到底,否则反接制动电路未接入,电动机只能实现自然停机。
如果在按下按钮时间太短,反接制动的时间也太短,制动效果差,因此,操作时要在主轴快停机时再松开按钮。
(3)主轴的变速运动主轴的变速采用圆孔盘式结构,变速时操作变速手柄在拉出或推回过程中短时触动冲动开关SQ,主轴电动机瞬动一下而实现。
主轴处于停车状态时,操作变速手柄,触动冲动开关SQ使接触器KM2瞬时得电,电动机定子串电阻冲动一下,带动齿轮转动一下,便于齿轮啮合,完成变速。
主轴已起动工作时,要变速同样操作变速手柄,操作时也触动冲动开关
SQ7,使接触器KM2失电,KM?
得电一下进行反接制动,使主轴转速迅速下降,以便于在低速下齿轮啮合,完成变速后,应重新按起动按钮,主轴电动机转动继续工作。
主轴在变速操作时,以较快速度将手柄推入啮合位置,因为SQ7的瞬动是靠手柄上凸轮的一次接触达到,如果推入动作缓慢,凸轮与SQ接触时间延长,会使主油电动机转速过高,从而使齿轮啮合不上,甚至损坏断轮。
主轴电动机
主勒
工作台
工惦快
主轴
主轴
工作合快
工作合
制动
速務动
电动机
E<
创动
倉动
速務动
运动
v12345678910111213
2.工作台进给运动控制工作台的进给运动需在主轴起动之后进行。
接触器KM常开触点(11—12)闭合,接通进给控制电源。
工作台的左、右、前、后、上、下方向的进给运动均由进给拖动电动机M2驱动,通过M2电动机的正、反转及机械结构的联合动作,来实现六个方向的进给运动。
控制工作台运动的电路是与左、右机械操作手柄联动的行程开关SQi、SQ及与前、后、上、下操作手柄联动的行程开关SQ、SQ组成复合控制。
这时圆工作台开关SA在断开位置,即SA触点(17—18)和(12—22)接通,(22—19)断开,进给电动机通过工作台方向操作手柄进行控制。
圆工作台开关SA动作表见表2。
表2圆工作台开关SA动作表
触点
线端标号
操作手柄位置
圆工作台工作
圆工作台不工作
SA
17—18
一
+
SA,
22—19
+
一
SA」
12—22
一
+
SA1-3
15
7
SQ1-2
27
KM47KM37-
ad
26
KM3KM4
(1)工作台的左、右(纵向)进给运动工作台的左、右进给运动由工作
台前面的纵向操作手柄进行控制。
当将操作于柄扳到向右位置时,行程开关SQ压合,其常开触点(18-19)接通,常闭触点(25—17)断开,此时,控制电源经(12—15—16—17—18—19)接通接触器KM3,KM3吸合,主触点接通M2电动机正序电源,M2正向旋转,工作合作向右进给运动。
同理,当将操作手柄扳到向左位置时,行程开关SQ压合,工作台向左进给运动。
若将手柄置于中间位置,SQ、SQ复原,KM3、KM4均不吸合,工作台停止左右方向运动。
(2)工作台前后(横向)进给运动和上、下(垂直)进给运动工作台的
前后及上下进给运动,共用一套操作于柄控制,手柄有5个控制位置,处于中间位置为原始状态,进给离合器处于脱开状态,行程开关SQ、SQ均复位,工作台不运动。
当操作向前、向后手柄时•通过机械装置连结前、后进给离合器。
当操作向上、向下手柄时,连结上、下进给离合器。
同时,使SQ或SQ压合接通,M2电动机正向或反向旋转,带动工作台作前后、上下进给运动。
工作台向前和向下进给运动的电气控制电路相同。
当将操作手柄扳到向前或向下位置时,压合行程开关SQ,使其常闭触点断开,常开触点闭合,控制电源经(12—22—25—17—18—19)接通KM3线圈,KM3吸合,进给电动机M?
正向旋转并通过机械联动将前、后进给离合器或上、下进给离合器接入,使工作合作向前或向下方向的进给运动。
工作台向后和向上进给运动也共用一套电气控制装置。
当将操作手柄扳到向后或向上位置时。
压合行程开关SQ,进给电动机反向旋转•使工作台作向后或向上方向进给运动。
表2工作台的升降及横向操作手柄位置
手柄位置
工作台运动方向
离合器接通的丝杆
行程开
关
接触器动作
电动机运转
向下
向下进给及快速向下
垂直丝杆
SQ3
KM3
M2正转
向上
向上进给或快速向上
垂直丝杆
SQ4
KM4
M2反转
向前
向前进给或快速向
、八刖
横向丝杆
SQ3
KM3
M2正转
向后
向后进给或快速向后
横向丝杆
SQ4
KM4
M2反转
中间
升降或横向进给停止
(3)圆工作台的工作圆工作台的回转运动由进给电动机M2经传动机构驱
动。
在使用时,首先必须将圆工作台转换开关SA扳至“接通”位置,即圆工作台的工作位置。
此时,SA的触点(12-22)、(17-18)断开,(22—19)接通,这样就切断了铣床工作台的进给运动控制回路,工作台就不可能作左、右、前、后和上、下方向的进给运动。
圆工作台的控制电路中,控制电源经(12—15—16—17—25—22—19)接通接触器KM3线圈回路,使M2电动机带动圆工作台作回转运动。
由于KM4线圈回路被切断,所以进给电动机仅能以正向旋转。
因此,圆工作台也只能按一个方向作回转运动。
(4)进给变速冲动进给变速冲动与主轴变速冲动一样,为了便于变速时齿轮的啮合,电气控制上没有进给变速冲动电路。
但进给变速时不允许工作台作任何方向的运动。
变速时,先将变速手柄拉出,使齿轮脱离啮合,然后转动变速盘至所选择的进给速度挡,最后推入变速手柄。
在推入变速手柄时,应先将手柄向极端位置拉一下,使行程开关SQ被压合一次.其常闭触点(12—15)断开,常开触点(15—19)接通,控制电源经(12—22—25—17—16—15—19)接通接触器KM3,进给电动机M2作瞬时转动,便于齿轮啮合。
(5)工作台快速移动铣床工作台除能实现进给运动外,还可进行快速移动,它可通过前述的方向控制手柄配合决速移动按钮SBs或SB6进行操作。
当工作台已在某方向进给,此时按下快速进给按钮SB5或SBj,使接触器
KM5通电,接通快速移动电磁铁YA,衔铁吸合,经丝杠将进给传动链中的摩擦离台器合上,减少中间传动装置,工作台按原进给运动方向实现快速移动。
当放开快速移动按钮SB5或SB6时,接触器KM5电磁铁YA线圈相继断电。
衔铁释放,摩擦离合器脱开,快速移动结束,工作台仍按原进给运动速度和原进给运动方向继续进给。
所以工作台的快速移动是点动控制。
工作台的快速移动也可以在主轴电动机停转情况下进行。
这时应将主轴换向开关SA5扳向“停止”位置,然后按下SB,或SB2,使接触器KM1通电并自锁,操纵工作台手柄,使进给电动机M2起动旋转。
再按下快速移动按钮SB5或SBs,工作台便可在主轴不旋转的情况下实现快速移动。
3.冷却泵电动机的控制与照明电路冷却泵电动机M3通常在铣削时由转换开关SA操作。
当转换开关扳至“接通”位置时,触点SA闭合,接触器KM6通电,M3起动旋转,拖动冷却泵送出冷却液。
机床的局部照明由变压器T2输出24V安全电压,由开关SA4控制照明灯EL。
4•控制电路的联锁与保护铣床的运动较多,电气控制电路较复杂,为了保证刀具、工件和机床能够安全可靠地进行工作,应具有完善的联锁与保护。
(1)主运动与进给运动的顺序联锁进给运动电气控制电路接在主轴电动
机接触器KMi触点(11—12)之后。
这就保证了在主电动机M!
起动后,进给电动机M2才可起动,主轴电动机M1停止时,进给电动机M2应立即停止。
(2)工作台六个进给运动方向间的联锁工作台左、右、前、后及上、下六个方向进给运动分别由两套机械机构操作,而铣削加工时只许一个方向的进给运动,为了避免误操作•采用机械联锁比较困难,因此采用电气联锁。
当工作台实现左、右方向进给运动时,控制电源必须通过控制上、下与前、后进给的行程开关SQ、SQ常闭触点支路。
当工作台作前、后和上、下方向进给运动时,控制电源必须通过控制右、左进给的行程开关SQ1、SQz常闭触点支路。
这就实现了由电气配合机械定位的六个进给运动方向的联锁。
(3)圆工作台工作与六个方向进给运动间的联锁圆工作台工作时不允许六个方向进给运动中作任一方向的进给运动。
电路中除了通过SA开关定位联锁外,还必须使控制电路通过SQ、SQ、SQ、SQ的常闭触点实现电气联锁。
(4)进给变速冲动不允许工作台作任何方向的进给运动联锁变速冲动时,
SQ动作触点(12—15)断开,(15—19)接通,因此,控制电源必须经过SAj触点(即圆工作台不工作)和SQ、SQ2、SQ、SQ四个常闭触点(即工作台六个方向均无进给运动),才能实现进给变速冲动。
(5)保护环节主电路、控制电路和照明电路都具有短路保护。
六个方向进给运动的终端限位保护,是由各自的限位挡铁来碰撞操作手柄,使其返回中间位置以切断控制电路来实现。
三台电动机的过载保护,分别由热继电器FR“FR2、FR3实现。
为了确保刀具与工件的安全,要求主轴电动机、冷却泵电动机过载时,除二台电动机停转外,进给运动也应停止,否则撞坏刀具与工件,因此,FR"FR3应串接在相对位置的控制电路中。
当进给电动机过载时,则要求进给运动先停止,允许刀具空转一会,再由操作者总停机。
因此,FR2的常闭触点只串接在进给运动控制支路中。
(四)选择电气元件及明细表
在设备电气控制线路中,为了满足生产工艺及电力拖动的需要,电动机要经常地起动、制动、改变运动方向、调节转速;当电路发生过载、短路、欠压或失压等情况时,控制电路的保护环节还应当自动切断电路,保护线路和设备。
所有这些要求都需要借助于电器来完成。
由于各类电器在设备电气控制系统中所处的位置和所起的作用不同,其因此
选用的方法也不尽相同。
生产机械常用低压电器的选择,主要依据是电器产品目录上的各项指标或数据。
正确合理地选择低压电器是电气系统安全运行、可靠工作的保证。
对于电气元件的选择,我们应注意以下几点:
(1)根据对控制元件功能的要求,确定电气元件功能的要求,确定电气元件类型。
如继电器与接触器,当元件用于通,断功率较大的主电路时,应选择交流
接触器;若元件用于切换功率较小的电路(如控制电路)时,则应选择中间继电器;若伴有延时要求时,则应选用时间继电器。
(2)根据电气控制的电压,电流及功率的大小来确定元件的规格,满足元器件的负载能力及使用寿命。
(3)掌握元器件预期的工作环境及供应情况,如防油,防尘,货源等。
(4)为了保证一定的可靠性,采用相应的降额系数,并进行一些必要的技术和校核。
1按钮
按钮通常是用来短时间接通或断开小电流控制电路的开关。
目前按钮在结构上有多种形式:
旋钮式一一手动旋转进行操作;指示灯一一按钮内装入了信号指示灯;紧急式一一装有蘑菇形式旋帽,用于紧急操作;等等。
一般来说,停止按钮采用红色。
按钮主要根据所需要的触点数,使用场合及颜色来选择。
2低压开关
低压开关主要包括如下几种。
1)刀开关
刀开关主要用于接通或切断长期改组设备的电源。
一般刀开关的额定电压不超过500V额定电流为10A到上千安多种等级。
有些刀开关附有熔断器。
不带熔断器式刀开关主要有HD型及HS型,带熔断器式开关有HK,HR3系列等。
刀开关主要根据电源种类,电压等级,电动机容量,所需极数及使用场来选择。
2)组合开关
组合开关主要是作为电源引入开关,所以也称电源隔离开关。
它可以启停5KW以下的异步电动机,但每小时的接通次数不宜超过10次,开关的额定电流一般取电动机额定电流的1.5~2.5倍。
组合开关主要根据电源种类,电压等级,所需触点数及电动机容量进行选用。
常用的组合开关为HZ-10系列,额定电流10A,25A,60A和100A四种,适用于交流电压380V以下,支流电压220V以下的电气设备中。
3)限位开关(行程开关)
限位开关是依据生产机械运动的行程位置而动作的小电流开关。
它的选用主
要根据机械位置对开关形式的要求,对触点数目,电压种类,电压与电流等级的要求来确定。
机床常用的有LX2型,LX19型,JLXK1型,LXW11型和JLXK-111型微动开关等。
对于要求动作快,灵敏度高的行程控制,可采用接近开关。
接近开关也称为无触点限位开关,它是通过运动部件引起的电磁场变化而动作的。
接
近开关寿命长,可靠性好,但精度和价格不如限位开关。
4)自动开关
自动开关又称自动空气断路器,自动开关在压力机上应用的很广泛。
这是因为自动开关既接通或分断正常工作电流,也能自动分断过载或短路电流,分断能力强,有欠压和过载短路保护作用。
选择自动开关应考虑其主要技术参数:
额定电压,额定电流和允许切断的极限电流等。
自动开关拖扣器的额定电流应等于或大于负载允许的长期平均电流;自动开关的极限分断能力要大于,至少要等于电路最大短路电流;自动开关拖扣器电流整定应按下面的原则:
欠电压拖扣器额定电压等于主电路等于主电路额定电压;热拖扣器的整定电流与被控对象(负载)额定电流相等;电磁拖扣器的瞬时拖扣器整定电流应大于负载正常工作时的尖峰电流;
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- 铣床 电气控制 设计