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电气
安徽机电职业技术学院
毕业设计(论文)
题目:
HT200电气原理图的设计
系(部):
数控工程系
专业:
数控设备应用与维护
班级:
数设3101班
姓名:
丁孟良
学号:
1403103001
指导教师:
鲁亮阮砚珏
摘要
数控机床电气系统包括交流主电路、机床辅助功能控制电路和电子控制电
路,一般将前者称为强电,后两者称为弱电。
强电是24V以上供电,以电气元
件、电力电子功率器件为主组成的电路;弱电是24V以下供电,以半导体器件、
集成电路为主组成的控制系统电路。
数控机床的主要故障是电气系统的故障,电
气系统故障又以机床本体上的低压电器故障为主。
因此数控机床要对电气系统部分要求严格。
要尽可能满足以下要求:
1.高可靠性
2.紧跟新技术的发展
3.稳定性
4.安全性:
电气系统的连锁要有效;电气装置的绝缘要保证完好,防护要齐全,接地要牢靠,以使操作人员的安全有保证;电气部件的防护外壳要具有防尘、防水、防油污的功能;电柜的封闭性要好,能防止外部的液体溅人电柜内部,防止切屑、导电尘埃的进入;电柜内的所有元件在正常供电电压下工作时不应出现被击穿的现象,并且应有预防雷电袭击的功能;经常移动的电缆要有护套或拖链防护,防止缆线磨断或短路而造成系统故障;要有抑制内部部件异常温升的措施,特别是在夏季,要有强迫风冷或制冷器冷却;要有防触电、防碰伤设施。
5.方便的可维护性
6.良好的控制特性
7.运行状态明显的信息显示
8.操作的宜人性
关键词:
稳定、安全、易操作
目录
摘要1
前言3
第一章HT200机械部分简介4
1.1、HT200回转工作台功能简介4
1.2、HT200主要技术参数5
1.3、HT200结构概述6
1.4、传动系统7
1.5、液压润滑系统8
第二章主要控制电路设计10
2.1、电气原理图图形符号和文字符号10
2.2、电气控制原理图绘制规则11
2.3、电气控制原理图13
2.4、电气控制电路设计原则14
2.5、电气控制电路设计注意事项14
2.6、常见电气元件介绍15
2.7、HT200电气部分的概述23
2.8、安全提示24
2.9、HT200主电路设计25
2.9.1、HT200控制电路设计26
2.9.2、HT200电气控制电路分析27
2.9.3、HT200电气组件表28
总结36
参考文献37
致谢38
前言
数控机床是典型的机电一体化产品,它综合了电子计算机、自动控制、自动检测、液压与气动以及精密机床等方面的技术。
数控机床的高精度、高效率决定了发展数控机床是当前中国机械制造业技术改造的必由之路,是未来工厂自动化的基础,是制造业现代化的基础,是一个国家综合国力的重要体现。
我国在从制造大国向制造强国转变的过程中,大力发展数控技术具有重要意义。
随着各种学科的交叉发展,原来的纯机械加工已经发展为机电一体化的加工机床,现在随着各种控制技术的日趋完善,机电一体化的加工系统——数控机床已经毫无疑问成为了工业生产的主力装备。
一方面,调查表明,我国要成为“世界工厂”,需要培训和造就数十万数控技术应用领域的操作人员、编程人员和维修人员,另一方面,来自机电一体化专业在实践方面对于专门的教学用的仪器设备的需求,是本课题产生的主要的原因。
在频繁的开发新产品的生产过程中,使用“刚性"的自动化设备,由于其工艺过程中改变及其复杂,因此刚性自动化设备的缺点暴露无遗。
另外,在机械制造业中,并不是所有产品零件都具有很大的批量。
据统计,单件小批量生产约占总量的75%~80%。
对于单件、小批量,复杂零件的加工,若用“刚性“自动化设备加工,则生产成本很高、生产周期长,而且加工精度也很难符合要求。
为了解决上述问题,并满足新产品的开发一步设计其电气控制线路。
和多品种、小批量产的自动化,国内外已研制生产了一种灵活的、通用的、万能的、能适应产品频繁变化的普通机床。
HT200回转工作台分为机械和电气部分,但机械部分已经设计好了,我们只有通过设计电气部分来使其配合。
通过了解它所需要实现的功能以及电气控制电路设计的原则和实现这些功能的机械运动形式。
设计出符合它的电气控制电路。
本设计的主要任务是依据的工作情况确定其传统形式和控制方案,HT200回转工作台的电气设计方面要更加贴切和方便实现功能要求,达到降低工人劳动强度节省劳动力。
从而选择所用的电动机和电气元件,并能够对控制线路进行分析。
第一章HT200机械部分简介
HT200回转工作台
1.1、HT200回转工作台功能简介
回转工作台是落地镗床,端面铣床等工作母机扩大使用性能和范围,缩短辅助时间的不可缺少的主要辅助机床。
它可用来承载重量达20吨的加工件作直线运动。
回转工作台的直线运动或回转运动,各有12级的调速范围可供选择,通过手柄选择适当的进给量,可实现镗削、铣削等各种工序的加工,同时也可进行调整、进给、分度、换向等运动。
为满足用户需要直线移动数显的要求,回转工作台可装直线移动光栅数显装置,供用户选择。
使用说明:
由于回转工作台承载重量较大,因此,在开车前必须先启动油泵电机,延迟一分钟待润滑油到达各导轨面后,再将按钮站盒子的手动旋钮扳至“直线”或“回转”位置上,方向按启动按钮,使工作台作直线或回转运动。
回转工作台在作直线运动或回转调整或对刀时,尽量少采用重复点动的方式,而应采用手动摇柄来完成,以免电器元件和传动件的损坏。
特别注意:
回转工作台,在床身上两端极限位置装有行程撞块和机械挡块,在滑座上两端装有行程限位开关。
回转工作台工作行程有1500毫米、2000毫米和3000毫米三种,回转工作台快速移动是距离床身两端200毫米处要及时停止快速移动,采用工作进给移动接近床身端部。
1.2、HT200主要技术参数
型号
主要技术参数
HT200
HT250
最大承载重量(T)
20
20
工作台面尺寸(mm)
2000×2500
2500×3000
工作台最大直线行程(mm)
1500
2000
工作台直线移动调速范围(mm/min)
2.5-108(12级)
2.5-108(12级)
工作台快速直线移动速度(mm/min)
2000
2000
工作台回转调速范围(r/min)
0.0008-0.0343(12级)
0.0008-0.0343(12级)
工作台快速回转速度(r/min)
0.63
0.63
主电机功率(kw)
5.5
5.5
工作台定位分度精度
±6"(允许12")
±6"(允许12")
外形尺寸(长*宽*高)(mm)
4360×2450×1070
4860×2500×1070
机床重量(约)(T)
13.5
15.5
1.3、HT200结构概述
回转工作台,特殊要求主要是由床身、润滑座、工作台、进给箱、液压润滑系统、数显表装置、电气箱、操纵杆按钮站等主要部件组成,其结构紧凑可视为一个整体。
主要部件如下:
(1)床身
床身是回转工作台的基础部件,总高度为300mm,床身上布有三条平面导轨,导向导轨位于中部,结构刚性好,具有足够的刚度和强度,床身两侧内铸有四个吊运用的起吊孔。
床身右侧平导轨上装有长度标尺,借助于滑座上的游标可测出长度值,梅格读书为1mm。
床身两端极限位置装有行程限位开关。
(2)滑座
滑座是回转工作台的中间层大件,总厚度为300mm,与床身导轨面相结合的导轨,采用聚四氟乙烯贴塑导轨,使其运动稳定性好,提高了整机运动精度。
滑座内装有两对涡轮蜗杆副机构,分别传动工作台直线移动或回转。
在滑座的一侧装有进给箱、电气箱等部件,另一端装有液压润滑装置。
(3)工作台
位于回转工作台上层的是工作台大件,总厚度有315mm和320mm两种。
工作台面布有纵向T型槽各若干条,利用T型槽可方便的装夹加工件。
在工作台面中心有个盖,打开盖内有直径为200H7定位孔,供用户装夹工件时定位用。
(4)工作台90°分度瞄准装置:
回转工作台没有4x90°分度光学瞄准装置。
在工作台底端大平面上的四个角分别装有四个反射镜面,对准固定于滑座上的光学瞄准仪,当需要进行90°分度时,打开光学瞄准仪镜头上的防护罩,按下瞄准仪上的按钮,光学灯照明(光学照明延时15至180s即自动熄灭),从瞄准仪镜头里可以观察到装在工作台平面脚上的反射镜面上刻线是否反射在镜头里两条线的中间,如若不在中间,可用手动微调手柄转动工作台,使其刻线处在中间位置,能够获得回转90°、180°、270°、360°分度定位。
在工作台外圆刻有分度圆线仅供参考
(5)进给箱:
进给箱固定于滑座的侧面,于滑座内联接轴相连,箱内没有手动齿轮变速,通过A、B手柄变速来实现12级进给或快速移动或回转。
在箱体内的输出轴上装有钢球牙嵌式过载保险装置,取下盖子便可根据需要,调整螺母M48x1.5,使弹簧的弹力减小或增大来达到承重20t的要求。
出厂前已调至规定要求。
另外,箱外还没有手动微调机构,借助于手柄扳手来实现微调,供调整定位或对刀时使用。
(6)工作台、滑座夹紧与放松装置
工作台、滑座夹紧与放松是通过手动压板来达到的。
在滑座的上端装有四个对称分布的手动夹紧块;在滑座的下端两侧也装有四个手动夹紧块。
当进行加工工件时,分别将各自手动夹紧块夹紧;当直线移动或回转时,分别将各个手动夹紧块松开。
(7)操纵按钮站:
操纵按钮站集中在一个操纵按钮盒上,另设有一个放置操纵按钮盒的活动支架。
用户可以将操纵按钮盒放在活动支架上,也可移出放在一个安全可靠便于操作的地方进行操作。
1.4传动系统
回转工作台的传动系统,传动系统图,主要是由一个功率为5.5KW的交流电动机来驱动的,设有12级变速,通过A、B手柄变速来实现各级进给运动,直线移动或回转,是由一换向手柄杆控制的内齿离合器啮合,通过涡轮蜗杆副机构来实现的,另外还没有手动微调机构,供用户用手动扳手来调整定位或对刀等。
1.5液压润滑系统
回转工作台没有液压润滑系统,液压原理图。
在机床床身内一端没有一个大油池,可为整机提供充足的机械润滑油。
(1)进给箱润滑:
进给箱润滑是采用飞溅润滑方式,将机械润滑油注入到各轴承中润滑。
箱体内注入N32机械润滑油。
注意箱体左边有一加油杯
(2)各导轨面及轴承等其它部位的润滑:
采用液压润滑装置,润滑系统的压力,可通过调节溢流阀来达到,出厂时已调至规定要求0.25MPa。
润滑油流量大小,可通过分油器调节流量来到达。
润滑油采用N32机械润滑油,润滑油须保持清洁。
(3)液压回路
HT200的液压回路图(如图1-1所示)该回转工作台通过油泵电动机将油池中的润滑油输送到工作台各部分。
通过两个2位2通电磁换向阀来控制平导轨和圆导轨的润滑。
液压回路组件及材料明细表
型号
名称
数量
备注
CB-B6
齿轮油泵
1
P-B10B
溢流阀
1
22D-10B
二位二通电磁阀
2
Y-60
压力表
1
1.6MPa
XU-C10x200B
滤油器
1
XU-B16x100
线隙式滤油器
1
表1-1
图1-1
润滑油泵电机启动时,齿轮油泵将空气排出使其内部压强减小,在大气压强作用下将油缸内的润滑油输送出去.当电磁阀YV1得电时,此时电磁阀工作平导轨被润滑多余的润滑油回流到油缸中,当电磁阀YV2得电时,此时电磁阀工作圆导轨润滑多余的润滑油回流到油缸中.当两个电磁阀均不得电时,在溢流阀的作用下润滑油回流到油缸中.
第二章主要控制电路设计
2.1、电气原理图图形符号和文字符号
1、文字符号
用来表示电气设备、装置、元器件的名称、功能、状态和特征的字符代码。
例如,FR表示热继电器。
2、图形符号
用来表示一台设备或概念的图形、标记或字符。
例如,“~”表示交流,R表示电阻等。
国家电气图用符号标准GB/T4728-1985规定了电气简图中图形符号的画法,该标准及国家电气制图标准GB/T6988-1986于1990年1月1日正式开始执行。
电气控制系统图:
指根据国家电气制图标准,用规定的电气符号、图线来表示系统中各电气设备、装置、元器件的连接关系的电气工程图。
电气控制系统图包括:
1、电气原理图
2、电器元件布置图
3、电气安装接线图
电气原理图:
用图形符号、文字符号、项目代号等表示电路的各个电气元器件之间的关系和工作原理的图。
2.2、电气控制原理图绘制规则
1、原理图中的电器元件都应按没有通电和没有外力作用时的状态绘制。
2、触点的绘制位置。
当垂直放置时,各元器件触点图形符号以“左开右闭”绘制。
当水平放置时以“上闭下开”绘制。
3、主电路、控制电路和辅助电路应分开绘制
4、动力电路的电源电路绘成水平线,受电的动力装置及其保护电器支路应垂直于电源电路
5、主电路用垂直线绘制在图左侧,控制电路用垂直线条绘制在右侧,耗电元件(如电器的线圈,电磁铁,信号灯等)画在电路的最下方。
6、图中自左而右或自上而下表示操作顺序,并尽可能减少线条和避免线条交叉。
7、有直接电联系的交叉导线的连接点,要用黑圆点表示,无直接电联系的交叉导线,交叉处不能画黑圆点。
8、在原理图上方将图分成若干图区,并标明该区电路的用途与作用;在继电器、接触器线圈下方列有触点表,以说明线圈和触点的从属关系。
在图样的下方沿横坐标方向划分图区,并用数字编号。
同时在图样的上方沿横坐标方向划区,分别标明该区电路的功能。
9、电路图中触点文字符号下面的数字表示该电器线圈所处的图区号。
10、需要测试和拆、接外部引线的端子,应用图形符号“空心圆”表示。
电路连接点用“实心圆”表示。
11、中性线(N)和保护接地线(PE)放在相线之下。
符号位置的索引
当某图号仅有一页图样时,只写图号和图区的行、列号,在只有一个图号多页图样时,则图号可省略,而元件的相关触头只出现在一张图样上时,只标出图区号。
2.3、电气控制原理图
1、电气元件布置图
电器元件布置图是用来详细表明电气原理图中各电气设备、元器件的实际安装位置,图中各电器代号应与有关电路和电器清单上所有元器件代号相同,为电器控制设备的制造、安装、维修、提供必要的资料。
电气元件布置图的绘制原则:
(1)绘制电气元件布置图时,机床的轮廓线用细实线或点划线表示,电器元件均用粗实线绘制出简单的外形轮廓。
⑵绘制电气元件布置图时,电动机要和被拖动的机械装置画在一起;行程开关应画在获取信息的地方,操作手柄应画在便于操作的地方。
⑶各电气元件之间,上、下、左、右应保持一定间距,以利布线和维护。
⑷强电弱电应分开。
弱电应屏蔽,防止外界干扰。
⑸需要经常维护、维修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低。
⑹电器元件的布置应考虑整齐、美观、对称。
2、安装接线图
安装接线图是用来表明电气设备各单元之间的接线关系。
图中表明了电气设备外部元件的相对位置及它们之间的电气连接,是实际安装接线的依据。
安装接线图主要用于电器的安装接线、线路检查、线路维修和故障处理。
安装接线图的绘制原则:
1各电气元件均按其在安装底板中的实际安装位置绘出。
②一个元件的所有部件绘在一起,并且用点划线框起时间来,即采用集中表示法。
③安装底板内外的电气元件之间的连线通过端子板进行连接,安装底板上有几条接至外电路的引线,端子板上就应绘出几个线的接点。
④绘制安装接线图时,走向相同的相邻导线可以绘成一股线。
2.4、电气控制电路设计原则
1、兼顾机械设计和机械工艺两方面
数控机床包括机械部分和电气部分,机械部分一旦制造好,其性能很难改变,远不如电气部分灵活易变。
这就要求数控机床的机械与数控系统的设计人员都必须明确了解机械环节个原件的参数对整机系统的影响,双方在实际设计活动中要协调配合,仔细研究机械和电气之间的各种规则,以便正确地进行系统实体设计。
2、确保数控机床工作稳定性和工作可靠性
现代工业高速发展,数控机床工作的环境在不断地恶化,其工作设备及其他元器件所产生的各种影响因素,诸如电磁波的干扰、噪声的干扰等都可能导致机床控制系统出现工作不稳定和工作不可靠等问题,而且数控机床电气控制系统决定于数控机床工作的稳定性和可靠性,因此,必须对数控机床工作不稳定性工作不可靠进行研究,。
3、便于生产管理,降低成本投入,同时兼顾安全性
由于整个数控系统比较复杂,各个部件之间、零件之间相互协调工作,其自身的质量关系到整个系统的稳定性,所以,各个零部件的质量要保证。
在数控机床进行故障维修的同时,还要兼顾各个维修配件的实际购买问题,以及零部件的拆卸,安装调试等问题。
另外,电气控制电路的设计应高度重视保证人身安全、设备安全,使其符合国家有关的安全规范和标准。
2.5、电气控制电路设计注意事项
1、尽量减少电气元件品种、规格与数量以及通电电气数量。
控制电压按控制要求选择,符合标准等级。
2、合理使用和安排触电。
3、设置必要的短路、过载保护,防止故障进一步扩大。
4、设计必须的急停或总停按钮,出现故障时能切断整个控制回路,进而切断主电源。
5、设计必要的手动控制线路,方便设备调试和维修。
6、设计必要的指示灯、压力表、电流表,随时反映系统运行状态,及时发祥故障。
2.6、常见电气元件介绍
1、低压断路器
低压断路器又称为自动空气开关,是将控制和保护的功能合为一体的电器。
它常作为不频繁接通和断开的电路的总电源开关或部分电路的电源开关,当发生过载、短路或欠压等故障时能自动切断电路,有效地保护串接在他后面的电器设备,并且在分断故障电流后一般不需要更换零部件。
1 塑料外壳式断路器
图2-1塑料外壳式断路器外形图、电气图形及文字符号
塑料外壳式断路器由手柄、操作机构、脱扣装置、灭弧装置及触头系统组成,均安装在塑料外壳内组成一体,如图2-1所示。
机床作为配电、电动机的过载及短路保护用,亦可作为线路不频繁转换及电动机不频繁启动之用。
2 小型断路器如图2-2所示
图2-2小型断路器外形图、电气图形及文字符号
机床作为过载、短路保护,同时也可以在正常情况下不频繁的通断电器装置和照明线路。
2、接触器
接触器是一种用来频繁地接通或分断电路带有负载(如电动机)的自动控制电器。
接触器由电磁机构、触点系统、灭弧装置及其他部件四部分组成。
如图2-3(a)、2-3(b)所示,其工作原理是当线圈通电后,铁芯产生电磁吸力将衔铁吸合。
衔铁带动触点系统动作,使常闭触点断开,常开触点闭合。
当线圈断电时,电磁吸力消失,衔铁在反作用弹簧力的作用下释放,触点系统随之复位。
按其主触点通过电流的种类不同,可分为直流、交流两种。
机床上应用最多的是交流接触器。
图2-3(a)交流接触器外形图
图2-3(b)交流接触器电气图形及文字符号
3、继电器
继电器是一种根据输入信号的变化接通或断开控制电路的电器。
继电器的输入信号可以是电流、电压、等电量,也可以是温度、速度、等非电量,输出为相应的触点动作。
继电器的种类很多,按输入信号的性质分为:
电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器等。
按工作原理可分为:
电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器等。
1 电磁式继电器,如图2-4(a)、2-4(b)所示
图2-4(a)电磁继电器外形图
图2-4(b)电磁式继电器电气图形及文字符号
电磁式继电器的结构和工作原理与电磁式接触器相似,也是有电磁机构、触点系统和释放弹簧等部分组成。
根据外来信号(电压或电流)实衔铁产生闭合动作,从而带动触点动作,使控制电路接通或断开,实现控制电路的状态改变。
但是,继电器的触点不能用来接通和分断负载电路。
由于电磁式继电器具有工作可靠、结构简单、制造方便、寿命长等一系列优点,故在数控车床电气控制系统中应用最为广泛。
电磁式继电器按吸引线圈电源种类不同,有交流和直流两种。
按功能分分为电流继电器、电压继电器和中间继电器。
2 时间继电器如图2-5所示
时间继电器是一种用来实现触点延时接通或断开的控制电器,按其动作原理与构造不同,可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和晶体管式等类型。
机床控制电路中应用较多的是空气阻尼式时间继电器,晶体管式时间继电器也获得愈来愈广泛的应用。
数控机床中一般由计算机软件实现时间控制,而不采用时间继电器方式来进行时间控制。
图2-5时间继电器电气图形及文字符号
3 热继电器如图2-6(a)、2-6(b)所示
图2-6(a)热继电器外形图
图2-6(b)热继电器电气图形及文字符号
热继电器是一种利用电流热效应工作的保护电器。
热继电器由发热元件(电阻丝)、双金属片、传导部分和常闭触点组成,当电动机过载时,通过热继电器中发热元件的电流增加,使双金属片受热弯曲,带动常闭触点动作。
热继电器用于电动机的长期过载保护。
4、变压器
变压器是一种将某一数值的交流电压变换成频率相同但数值不同的交流电压的静止电器。
1 机床控制变压器如图2-7(a)、2-7(b)所示
机床控制变压器适用于频率50Hz~60Hz,输入电压不超过交流660V的电路。
常作为各类机床、机械设备中一般电器的控制电源和步进电动机驱动器、局部照明及指示灯的电源。
图2-7(a)机床控制变压器外形图
图2-7(b)双绕组变压器电气图形及文字符号
2 三相变压器如图2-8(a)、2-8(b)所示
在三相交流系统中,三相电压的变换可用三台单相变压器也可用一台三相变压器来实现。
从经济性和缩小安装体积等方面考虑,可优先选择三相变压器。
在数控机床中三相变压器主要是给伺服驱动系统供电。
图2-8(a)三相变压器外形图
图2-8(b)三相变压器电气图形及文字符号
3 变压器的选用
变压器选用主要是依据变压器的额定值。
根据接至一次绕组上的电源电压选定一次侧的额定电压U1,再选择两次侧的额定电压U2、U3等。
带负载时变压器二次侧电压最大可能有5%的压降,因此选择的输出额定电压应略高于负载额定电压。
二次侧绕组的额定电流(I2、I3等)应不小于额定负载电流,二次侧的额定容量P2则由总容量确定,计算公式为:
P2=U2·I2+U3·I3+···
5、熔断器
熔断器是一种广泛应用的最简单的有效的保护电器。
在使用时,熔断器串接在所保护的电路中,当电路发生短路或严重过载时,它的熔断体能自动迅速的熔断,从而切断电路,使导线和电气设备不致损坏。
熔断器主要由熔断体(俗称保险丝)和熔座(俗称保险座)两部分组成。
如图2-9(a)、2-9(b)所示。
图2-9(a)熔断器及熔断隔离器外形图
图2-9(b)熔断器电气图形及文字符号
6、开关电器
1 行程开关如图2-10(a)、2-10(b)所示
行程开关是根据运动部件位置而切换电路的自动控制电器,用来控制运动部件的运动方向、行程大小或位置保护。
图2-10(a)行程开关外形图
图2-10(b)行程开关电气图形及文字符号
2 组合开关
组合开关又称转换开关,控制容量比较小,结构紧凑,常用于交流380V以下,直流220V以下的电气线路中,手动不频繁地接通或分断电路,也可控制小容量交、直流电动机的正反转、星—三角起动和变速换向等。
常用的产品有HZ5、HZ10和HZ15系列。
HZ5系列是类似万能转换开关的产品,其结构与一般转换开关有所不同;组合开关种类很多,有单极、双极和多极之分。
常用的是三极的组合开关,其外形、符号如图2-1
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