mq8260a曲轴磨床的电气控制系统课程设计正文学士学位论文.doc

襄 樊 学 院 理 工 学 院机电传动控制课程设计报告题 目MQ8260A曲轴磨床的电气控制系统专 业机械设计制造及其自动化班 级 姓 名 学 号 指导教师职 称 摘 要国内较陈旧的曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备一般采用多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈，工序质量稳定性差，容易产生较大的加工应力，难以达到合理的加工余量。精加工普遍采用MQ8260等普通曲轴磨床进行粗磨、半精磨、精磨、抛光，通常靠人工操作，加工质量不稳，尺寸一致性差。本文提出了对其进行自动化改造的技术路线和具体思路，本机床是在MQ8260基础上的改进型。本机床适用于汽车、拖拉机和柴油机制造厂和修理厂磨削发动机曲轴的曲柄颈和主轴颈。改造后的曲轴磨床提高了工作效率，对其它磨床的改造有一定的借鉴意义。关键词：曲轴磨床；继电器-接触器；切削；自动目 录第一章 前言41.1 MQ8260A曲轴磨床的简介41.2 曲轴磨床改造的目的及意义5第二章 曲轴磨床的继电器-接触器控制52.1设计总体结构图：62.2曲轴磨床的总体设计方案71）砂轮由电动机M1传动，单向旋转磨削。72）水泵电动机M2的起、停与砂轮同步：砂轮电动机起动，水泵立即起动；砂轮电动机停止，水泵立即停止。73）头架卡盘由电动机M3单向传动，并可以点动调整。74）油泵电动机M4，首先起动，油泵工作后，其余各电动机方可起动，油泵润滑于机7床工作始终。75）工作台由电动机M5传动，拖动台面在限定行程内左、右移动。76）任何一台电动机过载发热，整个控制回路断电，所有电动机全部停转。72.3 继电器-接触器的发展及简介7第三章 MQ8260A曲轴磨床的硬件设计及选型93.1 电动机的选型93.2 按钮93.3 热继电器103.4熔断器103.5 行程开关113.6 所选用的硬件清单表：14第四章 分析继电器-接触器自动控制的基本路线144.1 设计分析144.2 MQ8260A曲轴磨床的外部接线图：17参考文献：20第一章 前言1.1 MQ8260A曲轴磨床的简介国内较陈旧的曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。精加工普遍采用MQ8260等普通曲轴磨床进行粗磨、半精磨、精磨、抛光，通常靠人工操作，加工质量不稳，尺寸一致性差。正是基于以上情况，进入21世纪以来，高速、高精、高效的复合加工技术及装备在汽车曲轴制造业中得到了迅速的应用，生产效率得到了很大提高，因此发动机曲轴生产线中生产设备数量得以减少。而本机床是我厂在MQ8260基础上的改进型，本机床适用于汽车、拖拉机和柴油机制造厂和修理厂磨削发动机同曲轴的曲柄头与主轴头。其主要参数如表1所示：表1-1 传动电动机的型号和参数表名称型号额定功率电压转速M1 Y132M-47.5KW380V1440r /minM2DB-25A0.12KW380V3000r /minM3Y90L-6 1.1KW380V910r /minM4A02-8014/B140.55KW380V1400r /minM5A02-8014/B140.55KW380V1400r /min现将图附上，以增加直观印象，如图1-1：图1-1 MQ8260A曲轴磨床 头架采用皮带变速，可获得3种不同转速。n 头、尾架卡盘可选用十字卡盘结构。n 头架传动链中采用摩擦离合器，调整操作方便。n 工作台纵向运动，分手动和机动。n 砂轮架快速进退，由液压装置控制。n 砂轮轴采用80毫米，刚性足、强度好。n 砂轮架采用滚动导轨。n 床身导轨、砂轮架导轨润滑通过油泵自动循环。1.2 曲轴磨床改造的目的及意义 曲轴精加工采用国内数控磨床磨削情况已相当普遍，产品加工精度已有相当程度的提高。为满足曲轴日益提高的加工要求，对曲轴磨床提出了很高的要求。现代曲轴磨床除了要有很高的静态、动态刚度和很高的加工精度外，还要求有很高的磨削效率和更多的柔性。近年来，更要求曲轴磨床具有稳定的加工精度，为此，对曲轴磨床的工序能力系数规定了Cp1.67，这意味着要求曲轴磨床的实际加工公差要比曲轴给定的公差小一半。随着现代驱动和控制技术、测量控制、CBN（立方氮化硼）砂轮和先进的机床部件的应用，为曲轴磨床的高精度、高效磨削加工创造了条件。一种称之为连杆颈随动磨削的工艺。正是体现了这些新技术综合应用的具体成果。这种随动磨削工艺可显著地提高曲轴连杆颈的磨削效率、加工精度和加工柔性。在对连杆颈进行随动磨削时，曲轴以主轴颈为轴线进行旋转，并在一次装夹下磨削所有连杆颈。在磨削过程中，磨头实现往复摆动进给，跟踪着偏心回转的连杆颈进行磨削加工。要实现随动磨削，X轴除了必须具有高的动态性能外，还必须具有足够的跟踪精度，以确保连杆颈所要求的形状公差。CBN砂轮的应用是实现连杆颈随动磨削的重要条件。由于CBN砂轮耐磨性高，在磨削过程中砂轮的直径几乎是不变的，一次修整可磨削600800条曲轴。CBN砂轮还可以采用很高的磨削速度，在曲轴磨床上一般可用 高达120140m/s的磨削速度，磨削效率很高。 第二章 曲轴磨床的继电器-接触器控制2.1设计总体结构图：结构图的元件说明：SB是按钮开关，用以接通或断开控制回路中的电流；K是中间继电器，用作中间传递信号或同时控制多条线路；KT是热继电器；用来保护电动机的过载；ST是行程开关；测量位移的元件KM是继电器；K是接触器。2.2曲轴磨床的总体设计方案1）砂轮由电动机M1传动，单向旋转磨削。2）水泵电动机M2的起、停与砂轮同步：砂轮电动机起动，水泵立即起动；砂轮电动机停止，水泵立即停止。3）头架卡盘由电动机M3单向传动，并可以点动调整。4）油泵电动机M4，首先起动，油泵工作后，其余各电动机方可起动，油泵润滑于机床工作始终。5）工作台由电动机M5传动，拖动台面在限定行程内左、右移动。6）任何一台电动机过载发热，整个控制回路断电，所有电动机全部停转。2.3 继电器-接触器的发展及简介 机电传动控制不仅必须有电动机拖动生产机械这个主体，而且还包括一套控制系统装置，用以实现生产机械各种生产工艺的要求。先有手动控制，再有自动控制。电力拖动自动控制向无触电、连续控制、弱电化、微机控制方向发展，继电器-接触器在自动控制的基础上更加方便为生产服务。用继电器、接触器及按钮等有触点的控制电路来实现自动控制，称为继电一接触器控制。它工作可靠，维护简单，并能对电动机实现起动、调速、制动等自动控制，所以应用极广。接触器是用来接通或切断带负载的主电路，并易于实现远距离控制的自动切换电器，而继电器及其他一些控制设备是用来对主电路进行控制、监测及保护的电器。 继电器实质上是一种传递信号的电器，它可根据输入的信号达到不同的控制目的。继电器的种类很多，按它反应信号的种类可分为：电流、电压、速度、压力、热继电器等；按动作时间分为：瞬时动作和延时动作(后者常称时间继电器)；按作用原理分为：电磁式、感应式、电动式、电子式和机械式等。由于电磁式继电器具有工作可靠、结构简单、制造方便、寿命长等优点，故在机床电气传动系统中有90%的继电器是电磁式的。 接触器是在外界输入信号下能够自动地接通或断开带有负载的主电路（如电动机）的自动控制电路，它是利用电磁力来使开关打开或闭合的电器。适用于频繁操作（高达每小时1500次），远距离控制强电流电路，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。根据主触头所接回路的电流种类，接触器分为交流和直流的两种，交流应用较广泛。交流接触器1.作用用来频繁地远距离接通和切断主电路或大容量控制电路的控制电器。但它本身不能切断短路电流和过负荷电流。2.结构交流接触器主要由触点、电磁操作机构和灭弧装置等三部分组成，如图716所示。 图2-2 交流接触器结构图3.选用选用交流接触器时，应使主触点电压大于或等于所控制回路电压，主触点电流大于或等于负载额定电流。继电器-接触器的特点： 继电器-接触器控制系统所用的控制电器结构简单、价格便宜、能够满足生产机械一般生产的要求，因此，目前获得广泛的应用。第三章 MQ8260A曲轴磨床的硬件设计及选型 3.1 电动机的选型电动机类型选择的基本依据是在满足生产机械对拖动系统静态和动态特性要求的前提下，力求结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉。磨床不要求调速和启动性能，所以可以使用鼠龙式异步电动机YL型。3.2 按钮1作用 通常用来接通或断开控制电路(其中电流很小)，从而控制电动机或其他电气设备运行。2.结构 如图1-3所示 图3-1按钮结构图3触头的分类动开（常开）触头：按钮未被按下时为断开的触头；动断（常闭）触头：按钮未被按下时为闭合的触头。3.3 热继电器热继电器是利用感温元件受热而动作的一种继电器，1.作用用来保护电动机或其他负载免于过载以及三相电动机的缺相运行。2.工作原理图3-2是热继电器的原理图。热元件是一段电阻不大的电阻丝，接在电动机的主电路中。双金属片系由两种具有不同线膨胀系数的金属辗压而成。图中，下层金属的膨胀系数大，上层的小。当主电路中电流超过容许值而使双金属片受热时，它便向上弯曲，因而脱扣，扣板在弹簧的拉力下将动断触点断开。图3-2热继电器的原理图热继电器不能作短路保护3.选用根据电动机的额定电流来确定其型号和加热元件的电流等级选用JZ14-20/2型3.4熔断器 1作用：用以切断线路的过载和短路故障。2常用熔断器如图3-3所示（a）管式 （b）插式 （c）螺旋式图3-3熔断器3.分类可按结构、灭弧方式、制造方法、安装方法以及熔断速度分为多种。4.熔断器的选用电灯支线的熔丝熔丝额定电流支线上所有电灯的工作电流之和。 一台电动机的熔丝 熔丝额定电流 起动频繁，则熔丝额定电流 多台电动机合用的总熔丝熔丝额定电流=(1525)X最大容量电动机的额定电流+其余电动机的额定电流之和。3.5 行程开关 行程开关也称为位置开关，它的结构及原理与按钮相似、图3-3是一种行程开关的结构示意图。 图3-3 行程开关的结构示意图此设计中行程开关要能自动复位，所以选用LX19型3.继电器的选择3.1.1按使用环境选型 使用环境条件主要指温度（最大与最小）、湿度（一般指40摄氏度下的最大相对湿度）、低气压（使用高度1000米以下可不考虑）、振动和冲击。此外，尚有封装方式、安装方法、外形尺寸及绝缘性等要求。由于材料和结构不同，继电器承受的环境力学条件各异，超过产品标准规定的环境力学条件下使用，有可能损坏继电器，可按整机的环境力学条件或高一级的条件选用。 对电磁干扰或射频干扰比较敏感的装置周围，最好不要选用交流电激励的继电器。选用直流继电器要选用带线圈瞬态抑制电路的产品。那些用固态器件或电路提供激励及对尖峰信号比较敏感地地方，也要选择有瞬态抑制电路的产品。 3.1.2按输入信号不同确定继电器种类 按输入信号是电、温度、时间、光信号确定选用电磁、温度、时间、光电继电器，这是没有问题的。这里特别说明电压、电流继电器的选用。若整机供给继电器线圈是恒定的电流应选用电流继电器，是恒定电压值则选用电压继电器。 3.1.3输入参量的选定 与用户密切相关的输入量是线圈工作电压（或电流），而吸合电压（或电流）则是继电器制造厂控制继电器灵敏度并对其进行判断、考核的参数。对用户来讲，它只是一个工作下极限参数值。控制安全系数是工作电压（电流）/吸合电压（电流），如果在吸合值下使用继电器，是不可靠的、不安全的，环境温度升高或处于振动、冲击条件下，将使继电器工作不可靠。整机设计时，不能以空载电压作为继电器工作电压依据，而应将线圈接入作为负载来计算实际电压，特别是电源内阻大时更是如此。当用三极管作为开关元件控制线圈通断时，三极管必须处于开关状态，对6VDC以下工作电压的继电器来讲，还应扣除三极管饱和压降。当然，并非工作值加得愈高愈好，超过额定工作值太高会增加衔铁的冲击磨损，增加触点回跳次数，缩短电气寿命，一般，工作值为吸合值的1.5倍，工作值的误差一般为10%。 3.1.4根据负载情况选择继电器触点的种类和容量 国内外长期实践证明，约70%的故障发生在触点上，这足见正确选择和使用继电器触点非常重要。 触点组合形式和触点组数应根据被控回路实际情况确定。动合触点组和转换触点组中的动合触点对，由于接通时触点回跳次数少和触点烧蚀后补偿量大，其负载能力和接触可靠性较动断触点组和转换触点组中的动断触点对要高，整机线路可通过对触点位置适当调整，尽量多用动合触点。 根据负载容量大小和负载性质（阻性、感性、容性、灯载及马达负载）确定参数十分重要。认为触点切换负荷小一定比切换负荷大可靠是不正确的，一般说，继电器切换负荷在额定电压下，电流大于100mA、小于额定电流的75%最好。电流小于100mA会使触点积碳增加，可靠性下降，故100mA称作试验电流，是国内外专业标准对继电器生产厂工艺条件和水平的考核内容。由于一般继电器不具备低电平切换能力，用于切换50mV、50A以下负荷的继电器订货，用户需注明，必要时应请继电器生产厂协助选型。 继电器的触点额定负载与寿命是指在额定电压、电流下，负载为阻性的动作次数，当超出额定电压时，可参照触点负载曲线选用。当负载性质改变时，其触点负载能力将发生变用，用户可参照表3-1变换触点负载电流。 表3-1电阻性电流 电阻性电流 电机电流 灯电流 最小电流 100% 30% 20% 15% 100MA 继电器外罩上只标阻性额定负载值，其他性质的额定负载请看详细技术条件，其浪涌电流大小请见表3-2 极性转换、相位转换负载场合，最好选用三位置的K型触点（表3-1），不要选用二位置的Z型触点，除非产品明确规定用于三相交流负载转换。否则随着产品动作次数的增加，其燃弧也会增大，Z型触点可能导致电源被短路。 在切换不同步的单相交流负载时，会存在相位差，所以触点额定值应为负载电流的4倍，额定电压为负载电压的2倍。适合交流负载的触点不一定适合于几个电源相位之间的负载切换，必要时应进行相应的电寿命试验。表3-2所以选用JS7-3A型。3.6 所选用的硬件清单表：硬件名称型号数量电动机YL5热继电器JZ14-20/2型5动合按纽一般型号7动断按纽一般型号1接触器CJ106熔断器RLS21继电器JS7-3A5行程开关LX194第四章 分析继电器-接触器自动控制的基本路线4.1 设计分析本设计是用鼠龙式异步电动机来控制MQ8260A曲轴磨床的启动、单向旋转磨削、点动等动作第一步要求：实现砂轮由电动机M1传动，单向旋转磨削。起动过程：先按1SB，接触器线圈1KM通电，1KM主触点闭合，电动机运转，同时1KM辅助触点闭合自锁。 停车过程：按3SB，接触器线圈断电，1KM主触点断开，电动机停转，同时1，KM辅助触点断开，解除自锁。为使电动机运行安全可靠，电路中还采用了短路、过载及失压保护。第二步要求：水泵电动机M2的起、停与砂轮同步：砂轮电动机起动，水泵立即起动；砂轮电动机停止，水泵立即停止启动过程：按下1SB，接触器线圈1KM通电，1KM主触点闭合，电动机运转，同时1KM辅助触点闭合自锁后，带动2KM闭合，接触器线圈2KM通电，电动机运转；停车过程：按下按纽3SB，电动机停止运动。第三步要求：头架卡盘由电动机M3单向传动，并可以点动调整。按下按纽6SB，接触器线圈3KM通电，3KM主触点闭合，SA打开时为点动，SA闭合是为长期工作。 第四步要求：油泵电动机M4，首先起动，油泵工作后，其余各电动机方可起动，油泵润滑于机床工作始终。所以电动机M4要放在最前端第五步要求：工作台由电动机M5传动，拖动台面在限定行程内左、右移动。当电动机正转，工作台前进到某一预定位置，工作台上的撞块a压下行程开关SQ1顶杆，使SQ1的动断触点断开，正转接触器5KM线圈失电，电动机停转，与此同时，并联接在反转按钮9SB两端的SQ1动合触点闭合，反转接触器6KM线圈通电(因此时串接在该回路的KMF动断触点已复位)，电动机反转，工作台自动后退。当撞块离开行程开关SQ1位置时，其触点复位，准备下次动作。至于后退，当撞块b压下行程开关SQ2顶杆，电动机停转后又正转。工作台后退后又自动前进。若要工作台停止运行，只要按下停止按钮7SB即可。行程开关SQ3和SQ4仍起极限保护作用。第六步要求：任何一台电动机过载发热，整个控制回路断电，所有电动机全部停转。所以上面电动机后面都有一个热继电器，当任何一台电动机过载发热，整个控制回路断电，所有电动机全部停转。4.2 MQ8260A曲轴磨床的外部接线图 第五章 总结经过一周的奋战我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。在此要感谢我们的指导老师吴老师对我们悉心的指导，感谢老师们给我们的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。参考文献：1. 金宝森，卢智先.材料力学实验M.北京：机械工业出版社，2003. 2. 吴何畏.材料试验机升级改造的方法与实例J.机床与液压,2007,14（2）：57-60 3 余最康液体静压轴承M江苏科学技术出版社，1981.4朱均，邓圭玲，轧辊磨床磨头动静压轴承的性能分析R西安交大轴承研究所，1988.5 张国福，朱均动静压一可倾瓦径向滑动轴承的研究R西安交大轴承研究所，1988.6 余鸿钧动压、静压、动静压轴承的评述R杭州轴承厂，1984.7 丁振乾，蒋涌岩动静压轴承轴承结构对其性能的影响R上海机床厂磨床研究所，1984.8 钟洪，黄汝光大负载动静压轴承试验R广州机床研究所，1984.9 徐灏等机械设计手册M第一册，第四册机械工业出版社，1991.9. 10石玉珍.电气制图及图形符号国家标准汇编M.上海：中国标准出版社：198911姜培刚，盖玉先.机电一体化系统设计M.北京：机械工业出版社.2004.12张海根.机电传动控制M.北京：高等教育出版社.2001.13何存兴，张铁华.液压传动与气压传动M.武汉：华中科技大学出版社.2000.附录MQ8260A曲轴磨床的自动控制线路MQ8260A曲轴磨床的外部接线图