Z3040型摇臂钻床电气控制控制系统设计.pdf

三江学院三江学院机电传动与控制课程设计题目 Z3040 型摇臂钻床电气控制控制系统设计机械工程学院机械电子工程专业学生姓名顾文俊学号 12011158020起讫日期 2014.6.16 2014.6.20指导教师姓名（签名）王卓君目录第 1 章摇臂钻床简介及运动分析11.1 摇臂钻床的作用11.2 摇臂钻床的结构分析11.3 摇臂钻床的运动分析11.4 Z3040 型摇臂钻床对控制的要求2第 2 章控制方案设计42.1 课程设计要求及任务42.2 设备电气控制要求42.3 电动机的选择4第 3 章电气控制线路设计53.1 主电路设计53.2 控制电路设计6第 4 章电气元件的选择74.1 熔断器的选用74.2 接触器的选用74.3 热继电器的选用74.4 电气元件明细表7课程小结10参考文献11第一章 摇臂钻床简介及运动分析一、摇臂钻床的作用摇臂钻床,也可以称为横臂钻。主轴箱可在摇臂上左右移动，并随摇臂绕立柱回转180º的钻床（见图）。摇臂还可沿外柱上下升降，以适应加工不同高度的工件。较小的工件可安装在工作台上，较大的工件可直接放在机床底座或地面上。摇臂钻床广泛应用于单件和中小批生产中，加工体积和重量较大的工件的孔。摇臂钻床加工范围广，可用来钻削大型工件的各种螺钉孔、螺纹底孔和油孔等。摇臂钻床的主要变型有滑座式和万向式两种。滑座式摇臂钻床是将基型摇臂钻床的底座改成滑座而成滑座可沿床身导轨移动，以扩大加工范围，适用于锅炉、桥梁、机车车辆和造船，机械加工，等行业。万向摇臂钻床的摇臂除可作垂直和回转运动外，并可作水平移动，主轴箱可在摇臂上作倾斜调整，以适应工件各部位的加工。此外，还有车式、壁式和数字控制摇臂钻床等。二、摇臂钻床的结构分析摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。内立柱固定在底座的一端，在它的外面套有外立柱，外立柱可绕内立柱回转 360 度。摇臂的一端为套筒，它套装在外立柱做上下移动。由于丝杆与外立柱连成一体，而升降螺母固定在摇臂上，因此摇臂不能绕外立柱转动，只能与外立柱一起绕内立柱回转。主轴箱是一个复合部件，由主传动电动机主轴和主轴传动机构、进给和变速机构、机床的操作机构等部分组成。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作，使其在水平导轨上沿摇臂移动。三、摇臂钻床的运动分析当进行加工时，由特殊的加紧装置将主轴箱紧固在摇臂导轨上，而外立柱紧固在内立柱上，摇臂紧固在外立柱上，然后进行钻削加工。钻削加工时，钻头一边进行旋转切削，一边进行纵向进给，其运动形式为：（1）摇臂钻床的主运动为主轴的旋转运动。（2）进给运动为主轴的纵向进给。（3）辅助运动有：摇臂沿外立柱垂直移动，主轴箱沿摇臂长度方向的移动，摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。1图 1-3 Z3040 型摇臂钻床结构图四、Z3040 型摇臂钻床对控制的要求（1）摇臂钻床运动部件较多，为了简化传动装置，采用多台电动机拖动。例如 Z3040型摇臂钻床采用4台电动机拖动，他们分别是主轴电动机，摇臂升降电动机，液压泵电动机和冷却泵电动机，这些电动机都采用直接启动方式。（2）为了适应多种形式的加工要求，摇臂钻床主轴的旋转及进给运动有较大的调速范围，一般情况下多由机械变速机构实现。主轴变速机构与进给变速机构均装在主轴箱内。（3）摇臂钻床的主运动和进给运动均为主轴的运动，为此这两项运动有一台主轴电动机拖动，分别经主轴传动机构，进给传动机构实现主轴的旋转和进给。（4）在加工螺纹时，要求主轴能正反转。摇臂钻床主轴正反转一般采用机械方法实现。因此主轴电动机仅需要单向旋转。（5）摇臂升降电动机要求能正反向旋转。（6）内外主轴的夹紧与放松、主轴与摇臂的夹紧与放松可用机械操作、电气机械装置，电气液压或电气液压机械等控制方法2实现。若采用液压装置，则备有液压泵电机，拖动液压泵提供压力油来实现，液压泵电机要求能正反向旋转，并根据要求采用点动控制。（7）摇臂的移动严格按照摇臂松开移动摇臂夹紧的程序进行。因此摇臂的夹紧与摇臂升降按自动控制进行。（8）冷却泵电动机带动冷却泵提供冷却液，只要求单向旋转。（9）具有连锁与保护环节以及安全照明、信号指示电路。3第二章 控制方案设计一、课程设计要求及任务1）设备机械运动部分说明2）主运动：机床主轴可正反转；直接启动；停车采用反接制动、定子回路串如电阻；主轴正转可电动3）工作台进给运动：进给运动由主电动机驱动，实现纵向、横向两个方向的进给4）快速进给：由快速进给电动机带动二、设备电气控制要求1）主电机 M1：三相异步电动机（M1 能正反转、反接制动、正向点动）2）快移电动机：三相异步电动机（单向运转）3）冷却泵电动机：三相异步电动机直接由转换开关控制（控制按钮控制、可实现两地控制）4）主轴机械变速、要求监视主电动机工作电流5）照明电压 24V，控制电压 110V6）要有必要的指示灯三、电动机的选择（根据功率、转速等要求选择）根据 P=0.0646D1.19，因为 Z3040 摇臂钻床的最大钻孔直径为40mm,所以 P=0.0646*401.19=5.2KW，所以主电机 M1 选择：Y132S1-2,额定功率 5.5KW,额定电流 11.1A，额定电压 380V。冷却泵电动机选择：JCB-22 0.15KW，380V，0.43A快移电动机选择：Y160M1-2 11KW，380V，21.8A4第三章 电气控制线路设计一、主电路设计图 3-1电路说明和解释M1 为主轴电机，M2 为摇臂升降电动机，M3 为液压泵电动机，M4为冷却泵电动机，主电机采用的是串电阻降压启动方式，当 KM1 打开，KM6 关闭时就进入了启动模式，当 KM2 关闭 KM3 打开时，M2电动机正传，反之反转，M3 与之同理，M4 采用的是转换开关启动。5二、控制电路设计图 3-2电路说明和解释SB1，SB2与接触器KM1构成主电机的启停控制，M1启动后，HL3 亮。摇臂上升按钮 SB3，下降按钮 SB4 正反转接触器KM2,KM3 组成互锁。如摇臂电动机不能转动，由正反转接触器 KM4，KM5 控制液压泵电动机的正反转来送出液压油实现加紧与松开。断电延时 KT 闭合使电磁阀 YA得电液压泵送油。6第四章 电气元件的选择一、熔断器的选用熔体的额定电流 IrN=(1.52.5)INmax+IN.所以 IrN=63A选用原则及最后型号选择熔断器时主要应该选择熔断器的类型，额定电压，额定电流及熔体的额定电流。FU1 选择 RT12-A3，FU2，FU3 选择 RT12-A1。二、接触器的选用接触器是一种用来自动接通或断开大电流的自动电器，主要用来接通或断开带有负载上网交，直流主电路或大容量控制电路。选用原则及最后型号选用原则根据额定电压，额定电流，操作频率，通断能力等，本设计主电机 KM1 选择 CJ20-16A，其余 KM2，KM3 选择 CJ20-25A。三、热继电器的选用热继电器是利用电流的热效应原理来工作的保护电路。选择热继电器时主要根据电动机的额定电流确定热继电器的型号，本设计选择 JR0-40，热元件的额定电流为 16A。7四、电气元件明细表表 4-4符号M1名称及用途符号名称及用途主轴电动机FU2M1、M2 及变压器一次侧的短路保护熔断器M2摇臂升降电动机FU3主轴的短路保护熔断器M3液压泵电动机FU4工作灯短路保护熔断器M4冷却泵电动机YA电磁阀KM1主轴旋转接触器SA1机床工作灯开关KM2摇臂上升接触器FR1M1 电动机过载保护用热继电器KM3摇臂下降接触器FR2M3 电动机过载保护用热继电器KM4主轴箱、立柱、摇臂放松接触器KM5主轴箱、立柱、摇臂夹紧接触器QS1电源引入开关QS2冷却泵工作开关8KM6交流接触器SB1主电动机停止按钮SB2主电动机启动按钮KT放松、夹紧用断电延时时间继电器SB3摇臂上升启动按钮KT1主轴延时时间继电器SB4摇臂下降启动按钮SQ1摇臂升降极限保护限位开关SB5主轴箱、立柱松开按钮SQ2摇臂放松用限位开关SB6主轴箱、立柱夹紧按钮SQ3摇臂夹紧用限位开关HL1HL3工作状态指示信号灯SQ4立柱夹紧、放松指示用限位开关EL机床工作灯FU1总电路短路保护熔断器TC控制变压器9课程设计小结一周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义 我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础通过这次 Z3040 型摇臂钻床电气控制控制系统设计，我在多方面都有所提高。通过这次设计，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。在此感谢我们的王卓君老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。10参考文献1、徐建俊主编电机与电气控制清华大学出版社，北京交通大学出版社 20042、天津源峰科技公司步进电机应用手册3、宋德玉主编可编程控制器原理应用系统设计技术北京：冶金工业出版社，20024、陈立定，吴玉香，苏开才编电气控制与可编程控制器广州：华南理工大学出版社11