龙门刨床横梁升降机构的电气控制设计.doc
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龙门刨床横梁升降机构的电气控制设计.doc
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白城职业技术学院毕业设计说明书
龙门刨床横梁升降机构的电气控制设计
学生姓名:
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指导教师:
职称:
起止日期:
2012.3.5~2012.6.14
白城职业技术学院
白城职业技术学院毕业设计说明书
摘要
龙门刨床,具有门式框架和卧式长床身的刨床。
龙门刨床主要用于刨削大型工件,也可在工作台上装夹多个零件同时加工,是工业的母机。
龙门刨床的工作台带着工件通过门式框架作直线往复运动,空行程速度大于工作行程速度。
横梁上一般装有两个垂直刀架,刀架滑座可在垂直面内回转一个角度,并可沿横梁作横向进给运动龙门刨床;刨刀可在刀架上作垂直或斜向进给运动;横梁可在两立柱上作上下调整。
一般在两个立柱上还安装可沿立柱上下移动的侧刀架,以扩大加工范围工作台回程时能机动抬刀,以免划伤工件表面。
机床工作台的驱动可用发电机-电动机组或用可控硅直流调速方式,调速范围较大,在低速时也能获得较大的驱动力。
有的龙门刨床还附有铣头和磨头,变型为龙门刨铣床和龙门刨铣磨床,工作台既可作快速的主运动,也可作慢速的进给运动,主要用于重型工件在一次安装中进行刨削、铣削和磨削平面等加工本文设计的是龙门刨床横梁升降自动控制线路设计(不考虑回升)。
主要工作集中在:
根据工艺要求绘制电气原理图(包括主电路设计和控制电路的设计),选择电气元件,编制元件明细表,设计操作台,电气柜和绘制电器板布线图、总接线图等工作。
其中主电路的设计又包括横梁上升控制的设计过程和横梁下降控制的设计过程。
采用短时工作的点动控制;为保证零件的加工精度,当横梁移动到位后就通过夹紧机构将在门立柱上等。
根据要求解决出现的所有问题。
关键词:
龙门刨床;电气控制;电力拖动;机床电气控制
Abstract
Longmenplaner,withportalframeandhorizontallongbedplaner.Longmenplanerismainlyusedforplaninglargeworkpiece,isalsoavailableontheplatformwithmultiplepartsandprocessing,istheindustrialtools.Longmenplanerworkbenchwiththeworkpiecethroughthedoorframetodostraightreciprocatingmotion,airtravelfasterthanthespeedofworkingstroke.Beamsareusuallyequippedwithtwoverticalturret,turretslidingseatisinaverticalplanerotatinganangle,andalongthebeamtransversefeedmotionofplanertoolavailableinLongmen;supportforverticalorinclinedfeedmotion;beamintwocolumnsontheupperandloweradjustment.Generalinthetwocolumnisalsoprovidedalongthecolumnmovedupanddownthebladeframe,toexpandthescopeofprocessingworkstationreturncanmotorlifting,soasnottoscratchtheworkpiecesurface.TheworktableofthemachinetooldriveavailablegeneratormotorgrouporSCRDCspeedregulation,speedrangeislarger,atlowspeedcanobtainlargerdrivingforce.SomeLongmenplanerwithmillingheadandgrindinghead,variantforplanermillingmachineandplanermillingmachine,benchcanbefastmotion,alsocanbeusedfortheslowmovementofthefeed,mainlyforheavyworkpiecesinaninstallationforplaning,millingandgrindingplaneprocessingthispaperisthedesignofLongmenplaner.Liftingautomaticcontrolcircuitdesign(notconsiderpickingup).Themainworkconcentratesin:
accordingtothetechnicalrequirementofdrawingschematicdiagram(includingthedesignofthemaincircuitandcontrolcircuitdesign),selectionofelectricalcomponents,preparationofcomponentlist,thedesignoperation,electricalcabinetsanddrawingappliancesboardwiringdiagram,wiringdiagrametc.total.Themaincircuitdesignincludesbeamrisetocontrolofthedesignprocessandbeamsdowncontrolofthedesignprocess.Usingshort-timeworkingpointcontrol;inordertoguaranteethemachiningaccuracyofthepart,whenthemovablebeaminplacethroughtheclampingmechanismindoorcolumntop.Accordingtotherequirementstosolvealltheproblems.
Keywords:
Longmenplaner;electricalcontrol;electricdrive;electricalcontrolofmachine
-I-
目录
摘要 I
Abstract II
第1章龙门刨床简介 1
1.1龙门刨床横梁升降自动控制的基本情况介绍 1
1.1.1基本控制要求:
1
1.2设计要求 1
第2章龙门刨床横梁升降自动控制主电路设计 2
2.1设计步骤 2
2.2基本情况:
2
2.3横梁上升控制的动作过程:
2
2.4横梁下降控制动作过程:
2
第3章控制电路图 4
3.1电气控制电路设计方法 4
3.1.1分析设计法 4
3.1.2逻辑设计法 4
3.2分析设计法的基本步骤 4
3.3原理设计中应注意以下几个问题:
4
3.4电气控制电路的设计 5
3.5主电路的设计 5
3.5.1基本电路的设计 6
3.5.2横梁放松控制电路设计 6
3.5.3横梁夹紧电路设计 7
3.6设计联锁保护环节 8
第4章电动机的选择 9
4.1电动机选择的基本原则 9
4.2根据工作环境选择电动机结构型式 9
4.3电动机容量的选择:
分析计算法和经验公式法 9
第5章电气元件的选择 11
5.1选择电气元件 11
5.2制定电气元件明细表 12
总结 13
参考文献 14
致谢 15
-13-
第1章龙门刨床简介
1.1龙门刨床横梁升降自动控制的基本情况介绍
1.1.1基本控制要求:
采用短时工作的点动控制;
为保证零件的加工精度,当横梁移动到位后就通过夹紧机构夹紧在门立柱上;
能够检测夹紧、放松程度,给出相应信号去控制横梁的放松、夹紧动作;
横梁下降操作时,为消除移动螺母上端面与丝杆的间隙,以防止零件加过程中因横梁倾斜造成的误差,要求横梁下降到位后还需要自动短时回升;
横梁升降设置上、下极限位置保护。
拖动电机参数
①横梁升降拖动电机:
三相交流异步电动机,2JH61—4型,PN=13KW,Un=380V,In=27.6A,nN=1330r/min
②放松、夹紧装置拖动电机:
三相交流异电动,JD42—4型,PN=2.8KW,Un=380V,In=6.1A,nN=1430r/min
1.2设计要求
1.充分研究加工工艺过程,做出工作循环图或工作示意图。
2.按工作循环图做检测元件状态表。
3.上下运动升降运动要求准确定位,上下,升降之间有联锁作用。
横梁的上升、下降调整由一台三相交流异步电动机拖动,要求能正反转;夹紧机构的夹紧和放松动作由另一台三相交流异步电动机传动,也要求能正反转。
还要求能够检测夹紧、放松的程度,给出信号。
4.电源和横梁运行有相应的指示灯。
5.有极限位置保护和其它必要的电气保护措施(过载保护,短路保护,极限保护,失压保护等)。
6.根据工艺要求绘制电气原理图,选择电气元件,编制元件明细表。
7.绘制电器板布线图、总接线图等。
第2章龙门刨床横梁升降自动控制主电路设计
2.1设计步骤
1.根据工艺要求作出工作循环图或工作示意图。
并列出主令元件,检测元件以及执行元件的状态表,写出各状态(或程序)的特征码(或特征数)。
2.为区分所有状态(程序)而增设必要的中间记忆元件(中间继电器)。
3.据此绘出相应控制线路。
4.检查并完善设计线路。
5.电力拖动方式及其控制要求
2.2基本情况:
1.为适应不同高度工件加工时的需要,其横梁能通过丝杠传动快速作上升、下降的调整运动。
2.同时,为了保证零件的加工精度,当横梁移动到需要的高度后应立即通过夹紧机构将横梁夹紧在立柱上;每次移动横梁前要先放松夹紧装置。
3.在这里以一个行程开关SA来检测放松程度,当完全放松后SA受磁压动作给出放松信号;以一个过电流继电器KS来检测夹紧电机的电流,当完全夹紧时,夹紧电机电流大到一定程度使KS动作,给出已夹紧的信号。
4.用短时工作的点动控制。
2.3横梁上升控制的动作过程:
按住上升按钮SB1->横梁放松(KM1吸合,夹紧电机正转放松)
->完全放松,磁压放松位置开关S1
->停止放松->横梁自动上升(KM1吸合,升降电机正转)
->到位松开上升按钮SB1->横梁停止上升
->横梁自动夹紧(KM2吸合,夹紧电机反转夹紧)
->夹紧后KS动作
->停止。
2.4横梁下降控制动作过程:
按住下降按钮SB2->横梁放松(KM1吸合)
->放松后,磁压S1->停止放松
->横梁自动下降(KM4吸合)
->到位放开下降按钮SB2->停止下降
->横梁自动夹紧(KM2吸合)
->夹紧后,KS动作
->停止。
上升/下降拖动电机夹紧/放松拖动电机
图2.1主电路
注:
机床的三相电源由电源开关QS引入。
横梁升降动作应设置上、下极限位置保护。
因为夹紧电机容量较小(2~3KM)Ie=4~6A.故过流继电器线以KS可直接串入主电路。
说明:
因是短时、点动工作制,故可不考虑过载保护。
电动机M1、M2共同设短路保护熔断器FU。
第3章控制电路图
3.1电气控制电路设计方法
3.1.1分析设计法
1.分析设计法也称经验设计法,这是一种根据生产机械的工艺要求,适当选用典型的基本控制电路,并加以自行设计使其有机地组合起来,以满足工艺要求的一种设计方法。
3.1.2逻辑设计法
2.逻辑设计法是一种利用逻辑代数进行设计的方法,其设计过程比较复杂,设计出的电路合理、精炼、可靠,但主要在设计较复杂的控制电路中采用。
3.2分析设计法的基本步骤
在充分了解生产机械各种运动对拖动的要求以及生产过程对控制的要求后,就可以进行电气控制原理图的设计了。
一般的生产机械电气控制电路设计包括主电路、控制电路和辅助电路等的设计。
其基本步骤是:
1)主电路设计主要考虑电动机的起动、点动、正反转、制动及多速电动机的调速。
2)控制电路设计主要考虑如何满足电动机的各种运转功能及生产工艺要求,包括实现加工过程自动或半自动的控制等。
3)辅助电路设计主要考虑如何完善整个控制电路的设计,包括短路、过载、零压、联锁、照明、信号等各种保护环节。
4)反复审核电路是否满足设计原则在条件允许的情况下,进行模拟试验,直至电路动作准确无误,并逐步完善整个电器控制电路的设计。
3.3原理设计中应注意以下几个问题:
1.控制电压按控制要求选择,符合标准等级。
2.尽可能减少电气元件品种、规格与数量。
3.正常情况下,尽可能减少通电电气数量。
4.合理使用电器触点。
5.合理安排电器触点
6.设置必要的短路、过载保护,防止故障进一步扩大。
7.设置必须的急停或总停按钮,以防万一出现故障时,切断整个控制回路,进而切断主电源。
8.设置必要的手动控制线路,方便设备调试和维修。
9.设置必要的指示灯、电压表、电流表,随时反映系统运行状态,及时发现故障。
3.4电气控制电路的设计
龙门刨床横梁升降机构控制电路设计,我采用分析设计法进行设计
横梁升降机构与运动情况:
1)龙门刨床上装有横梁机构,刀架装在横梁上,由于机床加工工件大小不同,要求横梁能沿立柱作上升、下降的调整移动,横梁的移动由横梁升降电动机来拖动。
2)在加工过程中,横梁必须紧紧地夹在立柱上,不许松动。
夹紧机构能实现横梁的夹紧或放松,横梁的夹紧机构由横梁夹紧放松电动机来拖动。
横梁升降机构对控制的要求:
1)按向上或向下移动按钮后,首先是夹紧机构自动放松;
2)横梁放松后,自动转换到向上或向下移动;
3)移动到所需的位置后,松开按钮,横梁自动夹紧;
4)夹紧后电动机自动停止运动;
5)横梁在上升与下降时,应有上下行程的限位保护;
6)正反向运动之间,以及横梁夹紧与移动之间要有必要的联锁。
3.5主电路的设计
根据横梁能上下移动和能夹紧放松的工艺要求,需要用两台电动机M1、M2来拖动,其中M1为横梁升降电动机,M2为横梁夹紧放松电动机,两台电动机都需正反向运转。
因此采用四个接触器KM1、KM2和KM3、KM4,分别控制M1和M2两台电动机的正反转,电路如图1示。
(1)
3.5.1基本电路的设计
横梁升降为调整运动,故对升降电动机M1采用点动控制,由于M1正反转工作,所以采用两个点动按钮SB1与SB2分别控制M1的正转和反转,实现横梁的上升与下降。
但在移动前要求先松开横梁,移动到位后,松开点动按钮时又要求横梁夹紧,这意味着点动按钮要控制KM1~KM4四个接触器,由于按钮触头数的限制,所以引入上升中间继电器KA1与下降中间继电器KA2,再由中间继电器的触头去控制四个接触器。
于是设计出横梁升降基本控制电路,如图1-b示。
3.5.2横梁放松控制电路设计
(见图2)
(2)
行程开关也被称为是限位开关,它的特点是通过其他物体的位移来控制电路的通断。
行程开关可以被安装在相对静止的静物或相对运动的动物上,当动物与静物发生相对运动时,行程开关可感知两者之间位移并以连杆驱动开关触点闭合或分断,以此控制电路和机构的动作。
3.5.3横梁夹紧电路设计
(3)
4)完整的横梁升降机构电气控制电路
(4)
3.6设计联锁保护环节
1)采用行程开关SQ2和SQ3分别实现在横梁上升和下降的限位保护。
2)行程开关SQ1不仅反映了放松信号,而且还起到了横梁移动和横梁夹紧之间的联锁作用。
3)中间继电器KA1、KA2的互锁常闭触头,实现了横梁移动电动机正反向运动的联锁保护,在KM3和KM4线圈电路中的常开和常闭触头实现了夹紧电动机正反向运动的联锁保护。
4)采用熔断器FU1、FU2和FU3分别作升降电动机M1、夹紧电动机M2和控制电路的短路保护。
第4章电动机的选择
4.1电动机选择的基本原则
电动机应完全满足生产机械提出的有关机械特性的要求,要与负载特性相适应,以保证良好的运行稳定性和起、制动性能。
1.根据电动机负载的工作方式,选择电动机的容量,保证功率能被充分利用。
2.电动机的结构形式应满足机械设计提出的安装要求,并能适应周围环境的工作条件。
4.2根据工作环境选择电动机结构型式
1)在正常环境条件下,一般采用防护式电动机;在人员及设备安全有保证的前提下,也可采用开启式电动机。
2)在空气中存在较多粉尘的场所,应尽量选用湿热带型电动机;若用普通型电动机,应采取相应的防潮措施。
3)在露天场所,宜选用户外型电动机,若有防护措施也可采用封闭型或防护型电动机。
4)在高温车间,应根据周围环境温度,选用相应绝缘等级的电动机,并加强通风,改善电动机的工作条件,提高电动机的工作容量。
5)在有爆炸危险及有腐蚀性气体的场所,应相应地选用隔爆型及防腐型电动机。
4.3电动机容量的选择:
分析计算法和经验公式法
分析计算法--以温升为依据,兼顾最大转矩和起动转矩。
实际温升由发热条件和散热条件共同决定,即由负载的大小和工作方式决定。
工作制:
根据工作时间(tw)、停歇时间(tt)与电机固有发热时间常数(TQ)的关系进行分类:
1.连续工作制:
tw>(3~4)TQ,即一次连续的工作时间内,温升即可达到稳定值,又称长期工作制;一般的电动机都是按此方式设计的。
短时工作制:
tw<(3~4)TQ,而tt>(3~4)TQ,即电机的工作时间较短工作时间内达不到稳定温升,要停歇时间内温升下降到接近零;
断续周期工作制:
tw<(3~4)TQ,而tt<(3~4)TQ,在每次工作和停歇的时间内温升都达不到稳定值,而多次交替后,温升能稳定在一定的范围内。
又称重复短时工作制。
电动机的选择—容量的选择
负载为连续工作制:
PN=(1.0~1.3)PL;当负载不恒定时
如负载为短时工作制,选用连续工作制电机:
PN=PL/K选用短时工作制电机时,如实际工作时间与标准时间(tN)接近,电机的额定功率等于或略大于负载的额定功率即可。
断续周期工作制:
起重、冶金行业多用
负载持续率:
每个周期内工作时间与周期时间的比值,即:
ZC=tw/tT
选用时应实际负载负载折算到标准负载持续率时的等效负载:
Y系列电动机的为25%或40%,再选用该标准持续率下,功率等于或略大于P的电动机。
第5章电气元件的选择
5.1选择电气元件
1.电源引入开关QS
QS主要作为电源隔离开关使用,并不用它来直接起停电动机,可按电动机额定电流来选。
中小型机床常用组合开关,选用HZ10-10/3,三级组合开关。
考虑到操作方便,在操作板上设置启动和停止按钮SBH、SBL进行操纵。
2.继电器KB、KS
横梁升降拖动电机M1额定电流27.6A,过流继电器KS选T16,中间继电器选JZ7-44.
3.熔断器FU
FU是对两台电动机进行保护的熔断器,熔体电流为:
IR>=IM/2.5=54A
可选用RL1-60型熔断器.
4.接触器KM1、KM2、KM3、KM4
接触器是继电器-接触器控制系统中最重要和常用元件之一,是接通和断开交直流主电路、大容量控制电路等大电流电路的自动切换电器。
它适用于频繁操作,远距离控制强电流电路,并具有低压释放的保护性能、工作可靠、寿命长和体积小等优点。
KM3、KM4根据横梁升降拖动电机M1的额定电流为27.6,需主触点3对,动合辅助触点两对,根据上述情况,选用CJ20-40型接触器。
适用于长期及间断长期工作制,也适用于短时和重复短时工作制。
KM1、KM2根据横梁放松夹紧拖动电机M2的额定电流为6.1A,额定电流很小,选用CJ20-10型的接触器可完全满足要求。
对小容量的电动机常用中间继电器充任接触器。
5.2制定电气元件明细表
电气元件明细表注明各元器件的型号、规格及数量等,见下表。
5-1元件明细表
序号
代号
名称
型号
数量
备注
1
QS
电源开关
HZ10-10/3
1
2
SB1
上升按钮
LA4-2H
1
3
SB2
下降按钮
LA4-2H
1
4
S1
行程开关
LXK2-131
2
5
HL0
总电源开关指示灯
AD11
1
6
HL1
横梁运行指示灯
AD11
1
7
QF
断路器
DZ20Y-100/40
2
8
M1
三相交流异步电动机
2JH61-4
1
上升、下降
9
M2
三相交流异步电动机
JD42-4
1
放松、夹紧
10
FU
熔断器
RL1-60
3
11
KM3,KM4
接触器
CJ20-40
2
上升、下降
12
KM1,KM2
接触器
CJ20-10
2
放松、夹紧
13
KS
过流继电器
T16
1
14
KB
中间继电器
JZ7-44
1
总结
通过此次课程设计。
培养了我综合运用所学的基础理论课、技术基础课、专业课的知识和实践技能去分析和解决实际工作中的一般工程技术问题的能力,使我建立了正确的设计思想,学会了如何把三年所学的理论知识运用到实践当中去。
掌握了龙门刨床横梁升降机构的原理、并进一步巩固、扩大和深化了我所学的基本理论,基本知识和基本技能,提高了我的逻辑思维能力。
并且这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是
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