CW6163卧式车床的控制系统.docx
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CW6163卧式车床的控制系统
前言
随着科学技术的飞速发展,工厂电气控制技术发生了巨大的变化,新型控制技术如可编程控制器、变频器、计算机数控技术等被广泛应用,并迅速占领了工业生产自动化领域,尤其是CW6163卧式车床,作为车床里最基础的设备,我们应该对此设备的性能及工作原理有所了解,为此,我们做CW6163卧式车床的毕业设计,以巩固所学的知识。
此次毕业设计共分为了十一章,紧密结合CW6163卧式车床,注重介绍CW6163的结构及组成原理,第一章重点介绍了CW6163R性能与组成。
第二章是对卧式车床电气控制系统方案的确定。
第三章简单说明了电动机的选择。
第四章是本次毕业设计的重点,即电气控制图的设计,包括主电路图的设计和控制电路的设计。
第五章是对所需要的各个电气元件的介绍。
第六章简单介绍了连接导线的截面如何选择。
第七章和第八章也是此次设计的重点,较详细的画出了电器元件的布置图和电气安装接线图。
第九章到第十一章都是介绍了电气控制柜。
主要有电气控制柜的安装配线,调试及运行中应注意事项。
此次设计由长治中职技术学院的**********等共同编写。
此次设计由*****老师辅导,在辅导过程中提出了宝贵的意见和建议,在此表示忠心的感谢。
内容摘要
我国目前发展已经过了发展初期,正处于重工业发展中期,机械工业肩负着为国家经济各部门提供各种先进装备的任务,而机床工业则是机械工业的重要组成部分,是为机械工业提供制造技术和装备的工业,机床的拥有量,产量,品质,质量,是衡量一个国家工业水平的重要标志,而电气控制技术在机械工业中起着连接中枢作用。
本设计给出了整个车床的设计过程。
内容包括:
车床电气原理图的设计,电气接线图的设计,电气安装图的设计。
关键词:
卧式车床控制系统电气
第一章CW6163型卧式车床性能
CW6163系列卧式车床适用于加工各种钢材、铸铁和有色金属及中、小型金属工件。
机床功率大,刚性好,适用于强力或高速切削。
本机床主要用于车削各种工件的内圆、外圆、端面、以及公制、英制、模数和螺纹并可承担钻孔、镗孔等工艺。
机床主轴为变频无级调速,可实现不停车变速及变速范围宽,可适合粗、精加工工艺的需求。
床身采用树脂砂造型的高强度铸件,床身导轨经过超高频淬火处理和精密磨削,耐磨性和精度保持性好,承载能力强。
溜板箱内装有安全机构,防止因过载而对机床造成损坏,保证使用安全可靠。
该机床设有刀架纵、横向机动及快速运动手柄,操作灵活,宜人性好。
主要技术参数:
1.1机床结构特点
本机床由床身、床头箱、挂轮、进给箱、溜板箱、床鞍、刀架、尾座、电气及液压控制等部件组成。
能承担各种车削工作。
如车削内外圆柱面、圆锥面以及其他旋转面,车削端面及各种常用螺纹包括公制、英制、模数及径节螺纹,并可实现钻孔、铰孔、拉削油槽等工作。
1.2机床的性能
卧式车床是一种应用极为广泛的金属切削加工机床,主要用于各种回转表面、螺纹和端面加工,还可以通过尾架进行钻孔、铰孔和攻螺纹等切削加工。
卧式车床通常由一台主电机拖动,经机械传动链,实现切削主运动和刀具进给运动的输出,其运动速度由变速箱通过手柄操作进行切换。
刀具的快速移动、冷却泵和液压泵常采用单独的电动机带动。
但CW6163普通卧式车床是一种传统的车床,是以继电器接触系统的控制方式的传统车床。
本文以继电器接触系统的控制方式来设计CW6163型普通卧式车床的电气控制系统,使CW6163型普通卧式车床能满足工厂生产要求。
机床的结构设计合理,使用操作方便。
床身导轨齿轮齿部,使动轴的重要配合结合面都经过热处理淬硬,提高了机床耐磨性和精度性,机床具有足够的刚性。
1.3机床主要技术参数
a.中心高315mm
最大工件长度3000/2000mm
床身上最大工件回转直径630mm
刀架上最大工件回转直径350mm
主轴内孔直径及最大棒料直径105及100mm
最大车削长度(床鞍行程)2900/1900mm
b.床头箱
主轴孔前端锥度公制120
顶尖锥度莫氏6号
主轴转速级数18种
主轴转速范围10~800r/min
c.进给箱
进给量(纵向:
横向)(1:
0.57)
纵向进给量范围0.07~16.72mm/r
横向进给量范围0.04~9.6mm/r
公制螺纹的有效种数53种
公制螺纹的有效范围1~240mm
英制螺纹的有效种数31种
英制螺纹的有效范围30~2牙/时
模数螺纹的有效种数46种
模数螺纹的有效范围0.25~60mm
径节螺纹的有效种数47种
径节螺纹的有效范围60~1/2牙/时
d.刀架
小刀架的回转角度±60°
下刀架的最大横向行程480mm
上刀架的最大行程225mm
容许的最大切削抗力和吃力抗力2000/814kg
e.溜板箱
丝杆螺距12mm
丝杆外径50/60mm
溜板箱快速移动速度(纵向)0.054m/s
溜板箱快速移动速度(横向)0.032m/s
f.床尾
顶尖套筒的直径90mm
顶尖套筒的锥度莫氏5号
顶尖套筒的行程270mm
尾座的横向行程±15mm
g.动力系统
主电动机型号Y160M-4
主电动机功率11KW
主电动机转速1460r/min
三角皮带规格B2000
第二章CW6163型卧式车床电气控制系统方案的确定
CW6163型卧式车床是以继电器接触系统的控制方式的传统车床,其主轴运动的正反转由两组机械式摩擦片离合器控制,主轴的制动采用液压制动器,进给运动的纵向左右运动,横向前后运动及快速移动均由一个手柄操作控制。
可完成工件最大车削直径为630mm,工作最大长度为1500mm.
采用三台电动机控制
(1)通常车削加工近似于恒功率负载,同时考虑经济性,工作可靠,主轴电动机M1通常选用三相异步电动机,完成主运动和刀具进给运动的驱动。
(2)车削时产生的高温,可由一台普通冷却泵电动机加以控制。
冷却电动机在加工时提供切削液,采用直接启动的方式。
(3)根据车床工作的要求,需要配备一台快速移动电动机M3,用于完成溜板箱快速移动的驱动,可随时手动启停。
(3)根据整个生产线状况,要求配备一套局部照明装置及必要的工作状态指示灯,局部照明电路采用独立回路。
第三章电动机的选择
3.1电动机选择的一般原则
1.电动机应完全满足生产机械提出的有关机械特性的要求。
2.电动机在工作过程中,功率能被充分利用。
3.电动机的结构形式适合周围环境条件。
3.2电动机容量的选择
电动机的容量反映了它的负载能力,它与电动机的过载能力有关。
电动机容量的选择有俩种方法:
一种是调查统计类比法;一种是分析计算法。
调查统计类比法是在不断总结经验的基础上,选择电动机容量的一种方法,此法比较简单。
CW6163普通型卧式车床加工工件的最大直径为630mm。
所以:
由统计分析法公式p=36.5D
得;
P=36.5×0.63
=11KW
P取11KW
一般情况下,普通车床选用同步转速为1500r/min的电动机。
因为这个转速的电动机适应性较强,而且功率因数和效率也很高。
若电动机的转速与该机械的转速不一致可选取速度稍高一些的电动机通过机械变速装置使其一致。
根据前面的设计要求可知,本设计需配备三台电动机,各自分别为:
1.主轴电动机:
M1型号选定为Y160M-4,性能指标为:
11KW,380V,22.6A,1460r/min
2.冷却泵电动机:
M2型号选定为JCB-22,性能指标为:
0.125KW。
0.43A,2790r/min
3.快速移动电动机:
M3,型号选定为Y90S-4,性能指标为:
1.1KW,2.7A,1400r/min
第四章电气控制线路图的设计
4.1主电路设计
(1)主轴电动机M1
根据设计要求,主轴电动机的正反转由机械式离合器加以控制,且根据车削工艺的特点,同时考虑到主轴电动机的功率较大,最后确定M1采用单向直接启动控制方式,由接触器KM进行控制。
对M1设置过载保护(FR1),并采用电流表PA根据指示的电流监视其车削量。
由于向车床供电的电源开关要装熔断器,所以电动机M1没有用熔断器进行短路保护。
(2)冷却泵电动机M2及快速移动电动机M3
由前面可知,M2和M3的功率级额定电流均较小,因此可用交流中间继电器K1和K2来进行控制。
在设置保护时,可考虑到M3属于短时运行,故不需设置过载保护。
综合以上考虑,绘出CW6163型卧式车床的主电路图如图4-1所示
4.2控制电源的设计
考虑到安全可靠和满足照明及指示灯的要求,采用控制变压器TC供电,其一次侧为交流380V,二次侧为交流127V,36V,6.3V。
其中,127V给接触器KM和中间继电器K1及K2的线圈进行供电,36V给局部照明电路供电,6.3V给指示灯电路进行供电。
4.3控制电路的设计
(1)主轴电动机M1的控制设计
根据设计要求,主轴电动机要求实现两地控制。
因此,可在机床的床头操作板上和刀架托板上分别设置起动按钮SB3,SB1和停止按钮SB4,SB2来进行控制。
(2)冷却泵电动机M2和快速移动电动机M3的控制设计
根据设计要求和M2,M3需完成的工作任务,确定M2采用单向起,停控制方式,M3采用点动控制方式。
综合以上的考虑,绘出CW6163型卧式车床的控制电路如图4-2所示
4.4局部照明及信号指示电路的设计
局部照明设备用照明灯EL。
灯开关S和照明回路熔断器FU3来组合。
信号指示电路由两路构成:
一路为三相电源接通指示灯HL2(绿色),在电源开关QS接通以后立即发光,表示机床电气线路已处于供电状态;另一路指示灯HL1(红色),表示主轴电动机是否运行。
两路指示灯HL1和HL2分别由接触器KM的动合和动断触电进行切换通断显示。
由此,绘出CW6163型卧式车床的照明及信号指示电路图如图4-3所示
综上所述,CW6163型卧式车床的电气原理图如图4-4
第五章电器元件的选择
在电器原理图设计完毕之后就可以根据电气原理图进行电器元件的选择工作。
本设计中需选择的电器元件如下:
5.1 电源开关QS的选择
QS作为电源隔离开关用,并不用来直接起停电动机,可按三台电动机的额定电流来选,考虑到额定电流不大(23+0.43+2.8=26.23A),可选用额定电流30A、电压380V的三极组合开关。
所以,QS最终选择组合开关:
HZ10-25/3型,额定电流为25A。
5.2 热继电器FR的选择
热继电器主要用作电动机的过载保护,所以应按电动机的工作环境、启动情况、负载性质等因素来考虑。
(1)热继电器结构型式的选择
星形接法的电动机可选用两相或者三相结构的热继电器;三角形接法的电动机应选用带断相保护装置的三相结构热继电器。
(2)根据电动机的额定电流进行热继电器的选择。
一般情况下使热继电器整定值为(0.95—1.05)IN
(IN为电动机的额定电流)
由前面M1和M2的额定电流,现选择如下:
FR1选用JR0-40型热继电器。
热元件额定电流25A,额定电流调节范围为21.5~23.73A,工作时调整在22.6A。
FR2选用JR0-40型热继电器。
热元件额定电流0.64A,额定电流调节范围为0.41~0.46A,工作时调整在0.43A。
5.3 接触器的选择
选择接触器主要考虑以下技术参数
1)电源种类;交流电或直流电。
2)主触点额定电压、额定电流。
3)辅助触点的种类、数量及触点额定电流。
4)电磁线圈的电源种类,频率和额定电压。
5)额定操作频率(次/h)即允许的每小时接通的最多次数。
(1)接触器线圈电压的选择
对于同一系列、同一容量等级的接触器,其线圈的额定电压有好几种规格,它是由控制回路电压决定的。
根据前文控制电路设计可知,控制回路电压等级为127V,所以选择接触器线圈电压为127V。
(2)主触点的额定电流的确定
主触点的额定电流的计算公式:
I≥P×10
/KU。
式中:
P为电动机功率(KW);K为经验常数,一般取1—1.4;U为电动机额定线电压。
KM1的选择
由公式:
I≥P×10
/KU
=11×10
/1.2×380
=24.2A
本设计中,KM主要对M1进行控制,而M1的额定电流为22.6A,控制回路电压为127V。
需主触点三对,辅助动合触点两对辅助动断触点一对,根据上述情况,选用CJ10—40型接触器,主触点额定电流为40A,线圈电压为127V。
5.4 中间继电器的选择
本设计中,由于M2和M3的额定电流都很小,因此,可用交流中间继电器代替接触器进行控制。
IM2≥PM2×10
/KU
=0.125×10
/1×380
=0.5A
IM3≥PM3×10
/KU
=1.1×10
/1×380
=2.9A
这里,K1和K2均选择JZ7-44型交流中间继电器,动合动断触点各4个,额定电流为5A,线圈电压为127V。
5.5 照明及指示灯的选择
照明灯EL选择JC2型,交流36V、40W,与灯开关S成套配合;指示灯HL1和HL2选择为ZSD-0型,指标为6.3V,0.25A,颜色分别为红色和绿色。
为保证工作人员的安全,局部照明电流进行接地保护。
5.6 熔断器的选择
工业上选择熔断器一般从以下几个方面考虑:
(1)熔断器的额定电压必须等于或高于熔断器工作点的电压;
(2)熔断器的额定电流必须等于或高于所装熔体的额定电流;
(3)熔断器所装熔体额定电流的选择。
对于没有冲击电流的负载,应使熔体的额定电流
等于或稍大于线路工作电流I,即
≥I
对于像电动机这样有较大冲击电流的负载,熔体的电流
=(1.5—2.5)
,式中
为电动机的额定电流。
本设计中涉及的熔断器有三个:
FU1.FU2FU3.
FU1主要对M2和M3进行短路保护,M2和M3的额定电流分别为0.43A、2.7A。
因此,熔体的额定电流为
IFU1≥(1.5-2.5)INmax+∑IN
INmax为最大电流
IN为电流之和
计算可得IFU1≥7.18A,因此,FU1选择RL1-15型熔断器,熔体为10A。
FU2主要对控制电路进行短路保护,控制电路的熔断器根据线圈的额定电流选择,查资料计算获知,KM1线圈的额定电流为0.3A。
FU3主要对照明电路进行短路保护,照明电路的额定电流为1.2A,
(4)熔断器所用熔管额定电流的确定
熔体额定电流确定以后,就可以确定熔管额定电流,应使熔管额定电流大于或者等于熔体额定电流。
综上所述,FU1选择RL1-15型熔断器,熔体为10A。
为了安全,FU2、FU3选用熔体额定电流为最小等级(2A)的熔断器RC1-15,熔体为2A。
5.7 按钮的选择
根据需要的触点数目,动作要求,使用场合,颜色等进行按钮的选择。
本设计中,SB3,SB4,SB6选择LA-18型按钮,颜色为黑色;SB1,SB2,SB5也选择为LA-18型按钮,颜色为红色;SB7的选择型号相同,但颜色为绿色。
5.8 控制变压器的选择
(1)控制变压器可根据以下两种情况确定其容量:
1)依据控制线路最大工作负载所需的功率计算。
一般可根据下式计算:
P
≥K
∑P
①
式中P
为所需变压器容量(VA);
K
变压器容量储备系数,一般取(1.1—1.25)。
∑P
为控制线路电大负载时工作的电器所需的总功率(VA),对于交流电器,P
应取吸持功率值。
2)变压器的容量应满足已吸合的电器在又起动吸合另一些电器时仍能吸合,可根据下面公式计算:
P
≥0.6∑P
+1.5∑P
②
式中∑P
为同时起动电器的总吸持功率(VA)。
式中系数的确定,由于电磁电器起动时负载电流的增加要下降,但一般在下降额定值的20%时,所有吸合电器不致释放,系数0.6就是从这一点考虑的。
式中二项系数1.5为经验系数,它考虑到各电器的起动功率换算到吸持功率,以及电磁电器在保证起动吸合的条件下,变压器容量只是该器件的起动功率的一部分等因素。
(2)变压器T容量的确定
变压器的最大负荷是KM1、K1与K2工作时的负载。
KM1的吸持功率为33,K1,K2的吸持功率为11
由①式:
P
≥K
∑P
=1.2×(33+11)
=53VA
由②式P
≥0.6∑P
+1.5∑P
P
=0.6×〔1.2×(33+11)〕+1.5×(33+11)
=98VA
可知变压器容量应大于98VA到照明灯等电路容量,可选用BK—100VA变压器,该型号的变压器的额定容量为100VA。
变压等级为:
380V—127V—36V—6.3V就可满足辅助电路的各种电压需要。
综合以上的计算,给出CW6163型卧式车床的电器元件明细表如表5-1
符号
名称
型号
规格
数量
M1
三相异步电动机
Y160M-4
11kW,380V,22.6A,1460r/min
1
M2
冷却泵电动机
JCB-22
0.125kW,0.43A,2790r/min
1
M3
三相异步电动机
Y90S-4
1.1kW,2.7A,1400r/min
1
QS
组合开关
HZ10-25/3
三级,500V,25A
1
KM
交流接触器
CJ20-40
40A,线圈电压127V
1
K1、K2
交流中间继电器
JZ7-44
5A,线圈电压127V
FR1
热继电器
JR0-40
热元件额定电流25A
整定电流22.6A
1
FR2
热继电器
JR0-40
热元件额定电流0.64A,整定电流0.43A
1
FU1
熔断器
RL1-15
500V,熔体10A
1
FU2、FU3
熔断器
RC1-15
500V,熔体2A
2
T
控制变压器
BK-100
100V·A,380V/127V、36V、6.3V
1
SB3、SB4、SB6
控制按钮
LA-18
5A,黑色
3
SB1、SB2、SB5
控制按钮
LA-18
5A,红色
3
SB7
控制按钮
LA-18
5A,绿色
1
HL1、HL2
指示灯
ZSD-0
6.3V,绿色1,红色1
2
EL、S
照明灯及灯开关
36V,40W
2
PA
交流电流表
62T2
0-50A,直接接入
1
表5-1
第六章连接导线截面的选择
室内(厂房内)配电线路大多采用绝缘导线。
电缆截面的选择必须满足:
导线的允许载流量Ial不小于通过电线的计算电流I
M1的额定电流为22.6A,采用的是直接启动,由于启动时间为短时,启动电流大约为额定电流的1.5倍,查相关手册得,4mm2铜芯导线允许载流量为41A>22.6A,满足要求。
电动机M2功率较小,额定电流为0.43A,选择导线截面积为1mm2的铜芯导线满足要求。
电动机M3用于溜板箱的拖动,故选择连接导线为YHZ橡套电缆。
辅助电路通过的电流较小,选择连接导线截面积为1mm2铜芯导线。
综上所述绘制电气接线图中管内敷线明细表如下表6-1
代号
穿线用管(或电缆类型)内径/mm2
电线
接线号
截面/mm2
根数
#1
内径15聚氯乙烯软管
4
3
U1、V1、W1
#2
内径15聚氯乙烯软管
4
2
U1、U11
1
7
#3
内径15聚氯乙烯软管
1
13
U2、V2、W2、U3、V3、W3、1、3、5、7、13、17、19
#4
G3/4螺纹管
#5
15金属软管
1
10
U3、V3、W3、1、3、5、7、13、17、19
#6
内径15聚氯乙烯软管
1
8
U3、V3、W3、1、3、5、7、13
#7
18X16mm2铝管
#8
11金属软管
1
2
17、19
#9
内径8聚氯乙烯软管
1
2
1、13
#10
YHZ橡套电缆
1
3
U3、V3、W3
表6-1
第七章绘制电器元件布置图
电器元件布置应满足下列原则
(1)体积大和较重的原件应安装在电器板的下面,发热原件应安装在电器板的上面。
(2)强电与弱点分开应注意弱电屏蔽,防止外界干扰。
(3)需要经常维护,检修,调整的电器元件安装位置不宜过高或过低。
(4)电器元件的布置应考虑整齐,美观,对称。
结构和外形尺寸较类似的电器元件应安装在一起,以利于加工,安装,配线。
(5)各种电器元件的布置不宜过密,要有一定的间距。
(6)尽量使连接导线最短,导线交叉最少。
CW6163型卧式车床的电器元件布置图如图7-1所示
图7-1
第八章电气安装接线图的设计
根据CW6163型卧式车床的电器元件布置图,绘制电气安装接线图如图8-1所示
图8-1
第九章电气控制柜的安装配线
9.1制作安装底板
CW6163型卧式车床电气线路较复杂,根据电气安装接线图,其制作的安装底板有柜内电器板(配电盘),床头操作显示面板和刀架拖动操作板共三块,对于柜内电器板,可以采用4mm的钢板或其他绝缘板作其底板。
9.2选配导线
根据车床的特点,其电气控制柜的配线方式选用明配线。
根据CW6163型卧式车床的电气接线图中管内敷线明细表中已选配好的导线进行配线。
9.3规划安装线盒弯电线管
根据安装的操作规程,首先在底板上规划安装的尺寸以及电线管的走向线,并根据安装尺寸锯电线管,根据走线方向弯管。
9.4安装电气元件
根据安装尺寸线进行钻孔,并固定电器元件。
9.5电器元件的编号
根据车床的电气原理图给安装完毕的各电器元件和连接导线进行编号,给出编号标志。
9.6接线
根据接线的要求,先接控制柜内的主电路,控制电路,再接柜外的其他电路和设备,包括床头操作显示面板,刀架拖动操作板,电动机和刀架快速按钮等。
特殊的,需外接的导线接到接线端子排上,引入车床的导线需用金属导管保护。
第十章电气控制柜的安装检查
10.1常规检查
根据CW6163型卧式车床的电气原理图及电器安装接线图,对安装完毕的电气控制柜逐线检查,核对线号,防止错接,漏接;检查各接线端子的情况是否有虚接情况,以及时改正。
10.2用万用表检查
在不同点的情况下,用欧姆档进行线路的通断检查。
具体如下:
(1)检查控制线路
断开电动机M1的主电路接在QS上的三根电源线U21,V21,W21,再断开FU1之后与电动机M2,M3的主电路有关的三根电源线U12,V12,W12,用万用表的RX100档,将俩个表笔分别接到熔断器FU1两端,此时电阻应为零,否则有断路现象;各个相间,电阻应为无穷大;断开1,14两条连接线,分别按下SB3,SB4,SB6,SB7,若测得一电阻值(依次为KM,K1,K2的线圈电阻),则1-14接线正确;按下接触器KM,K1的触点架,此时测得的电阻仍为KM,K1的线圈电阻,则KM,K1自锁起作用,否则,KM,K1的动合触点可能虚接或漏接。
(2)检查主电路
接上主电路的三根电源线,断开控制电路(取出FU1的熔芯),取下接触器的灭弧罩,合上开关QS将万用表的两个表笔分别接到L1-L2,L2-L3,L3-L1,此时测得的电阻应为无穷大,若某此测得的为零,则说明对应两相接线短路;按下接触器KM的触点架,使其动合触点
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