课程设计（论文）-成型磨床电气控制系统的设计.doc

平面磨床的电气控制 - 1 - 一 M7130 平面磨床电气控制系统设计 1设备概况介绍 M7130 平面磨床的主要结构 机械加工中，当对零件表面的光洁度要求较高时，就需要用磨床进行加工， 磨床是用砂轮的周边或端面对工件的表面进行机械加工的一种精密机床。 本机床用于各种特殊要求型面的磨削加工，机床有三台电动机拖动，及磨 头电动机拖动砂轮高速旋转，采用 JW114(0.6kw),单向连续工作。油泵电动 机拖动油泵向液压系统供油，采用 JO2144(0.8kw) 单向连续工作。 加工时，工件置于电磁吸盘（36V/1.2A）上，加工完毕退磁取下工件。 M7130 型平面磨床主要由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮架、滑座、立柱 等部分组成。 在床身上装有液压传动装置，以便工作台在床身导轨上通过压力油推动活 塞作往复直线运动，实现水平方向进给运动。工作台面上有 T 形槽，用以安装 平面磨床的电气控制 - 2 - 电磁吸盘或直接安装大型工件。 床身上固定有立柱，滑座安装在立柱的垂直导轨上，实现垂直方向进给。 在滑座的水平导轨上安装砂轮架，砂轮架由装入式电动机直接拖动，通过滑座 内部的液压传动机构实现横向进给。 平面磨床砂轮的旋转运动为主运动，工作台完成一次往复运动时，砂轮架 作一次间断性的横向进给，直至完成整个平面的磨削，然后砂轮架连同滑座沿 垂直导轨作间断性的垂直进给，直至达到工件加工尺寸。 平面磨床的辅助运动，如砂轮架在滑座的水平导轨上作快速横向移动，滑 座在立柱的垂直导轨上作快速垂直移动，以及工作台往复运动速度的调整等。 2 控制系统设计要求 1）平面磨床是一种精密加工机床，为了保证其加工精度要求，机床运行时 要求平稳。工作台往复运动在换向时要求惯性要小，无冲击力，因此，工作台 的往复运动采用液压传动。由电动机拖动液压泵，供应压力油，通过液压传动 装置实现工作台的纵向进给运动，并通过工作台上的撞块操纵床身上的液压换 向阀（开关） ，改变压力油的流向，实现工作台的换向和自动往复运动。 2）为了简化磨床的机械传动机构，采用多电动机单独拖动。M7130 型平面 磨床采用三台电动机拖动，砂轮的旋转运动由装入式电动机直接拖动。液压泵 由液压泵电动机拖动，经液压传动装置完成工作台的往复（纵向进给）运动， 砂轮架的横向进给运动，砂轮架的快速横向移动以及工作台导轨的润滑等。拖 动冷却泵的电动机为磨削加工提供冷却液。 3）为了提高磨削质量，要求砂轮有较高转速，通常采用两极（理想空载转 速为 3000r/min50Hz）的笼型异步电动机拖动。为了提高调整运转的砂轮主轴 的风度，采用装入式电动机拖动，电动机与砂轮主轴同轴，从而提高了磨床的 加工精度。 4）平面磨削加工中，由于磨削温度高，为减少工件的热变形，必须使工件 得到充分的冷却，同时冷却液能冲走磨屑和砂粒，以保证磨削精度。 5）平面磨床常用电磁吸盘，利用电磁吸力很方便地安装和加工小工件，且 工件在加工过程中由于发热变形，电磁吸盘允许工件有自由伸缩余地，从而保 证加工精度。 6) 为调整砂轮位置，磨头升降采用点动控制。为了停位准确，应有制动控 制（采用能耗制动） 。上下极限位置应有位置保护。在磨削加工中应保证砂轮架 不能升降移动。 7）砂轮、液压泵、冷却泵三台电动机都只要求单方向旋转。 平面磨床的电气控制 - 3 - 8）冷却泵电动机应随砂轮电动机的开动而开动，若加工中不需要冷却液时， 可单独关断冷却泵电动机。 9）在正常加工中，若电磁吸盘吸力不足或消失时，砂轮电动机与液压泵电 动机应立即停止工作，以防止工件被砂轮切向力打飞而发生人身和设备事故。 不加工时，即电磁吸盘不工作的情况下，允许砂轮电动机与液压泵电动机开机， 机床作调整运动。 10）电磁吸盘励磁线圈具有吸牢工件的正向励磁、松开工件的断开励磁、 以及为抵消剩磁便于取下工件的反励磁控制环节。 11）具有完善的保护环节。各电路的短路保护，各电动机的长期过载保护， 零压、欠压保护，电磁吸力不足的欠电流保护，以及线圈断开时产生高电压， 而危及电路中其它电器设备的过压保护等等。 12）机床照明电路与工件去磁的控制环节。 二、M7130 型平面磨床电气控制系统总体设计过程 1总体方案说明 1) 砂轮电动机、冷却电动机、液压电动机分别由电动机 M1、M2、M3 拖动。 2)砂轮位置调整，磨头升降采用点动控制。为了停位准确，应有采用能耗 制动。 3) 上下极限位置应有位置保护。在磨削加工中应保证砂轮架不能升降移动。 4)采用热继电器实现过载保护，用以完成各个电动机系统的过载保护。 5) 主电路用断路器，各负载回路和控制回路以及 PLC 控制回路采用熔断器， 实现短路保护。 6) 电控箱设置在控制室内。控制面板与电控箱内的电器板用 BVR 型铜导线 连接，电控箱与执行装置之间采用端子板连接。 7）使用说明书 8）设计小结 9）参考资料目录 平面磨床的电气控制 - 4 - 2、电气原理图 图 1-1 平面磨床的电气控制 - 5 - 3 主电路设计 图 1-2 M7130M7130 平面平面磨床电气控制系统主电路 主电路 由电源引入开关 Q 控制整机电源的接通与断开。三台电动机均要 求单向旋转，M1 砂轮电动机、M2 冷却泵电动机，同时由接触器 KM1 控制，而 M2 电动机再经过 X1 插销实现单独判断控制，M3 液压泵电动机由接触器 KM2 控 制。 平面磨床的电气控制 - 6 - 4 控制电路分析 电动机控制电路的控制电源直接采用交流 380V，由按钮 SB1、SB2 和接触 器 KM1 构成了砂轮电动机 M1 单向起动和停止控制电路。由按钮 SB3、SB4 和接 触器 KM2 构成了液压泵电动机 M3 单向旋转起动和停止控制电路。实现两台电动 机独立操作控制。 平面磨床在加工中出现电磁吸盘吸力不足或消失时，为确保人身和设备的 安全，不允许继续加工。因此，在两台电动机的控制电路中应设定欠电流继电 器 KA 常开触点，达到欠磁联锁保护。在不加工时又能单独控制砂轮与液压泵电 动机运转工作，因此，在控制电路中 KA（3-4）触点处并接转换开关 SA1 于 “去磁”位置时，触点（3-4）接通来实现。 主电路与控制电路由熔断器 FU1、FU2 分别实现适中保护。砂轮与液压泵电 动机利用热继电器 KR1、KR2 实现长期过载保护。为了保护工件与砂轮的安全， 当有一台电动机过载停机时，另一台电动机也应停止。因此，应将 KR1、KR2 常 平面磨床的电气控制 - 7 - 闭触点串接在总控制电路中。 1)电磁吸盘控制电路分析 电磁吸盘是固定加工工件的一种夹具。利用通电导体在铁心中产生的磁场 吸牢铁磁材料的工件，以便加工。它与机械夹具比较，具有夹紧迅速，不损伤 工件，一次能吸牢若干个小工件，以及工件发热可以自由伸缩等优点。因而电 磁吸盘在平面磨床上用得十分广泛。 电磁吸盘的控制电路包括整流装置、控制装置和保护装置三个部分。 整流装置由变压器 T1 和桥式全波整流器 VC 组成，供给 120 直流电源。充 磁过程如下： 按下充磁按钮闭合 QS2，与右端接触，插头 X2 闭合，电磁吸盘 YH 线圈获 电，工作台充磁吸住工件。同时其自锁触头闭合，联锁触头断开。 平面磨床的电气控制 - 8 - 磨削加工完毕，在取下加工好的工件时，先断开 X2，切断电磁吸盘 YH 的 直流电源，由于吸盘和工件都有剩磁，所以需要对吸盘和工件进行去磁。 去磁过程如下： 按下点动按钮 QS2，与左端接触，插头 X2 闭合，电磁吸盘通入反相直流电， 使工作台和工件去磁。保护装置由放电电阻 R 和电容 C 以及零压继电器 KA 组成。 电阻 R 和电容 C 的作用是：电磁吸盘是一个大电感，在充磁吸工件时，存贮有 大量磁场能量。当它脱离电源时的一瞬间，吸盘 YH 的两端产生较大的自感电动 势，会使线圈和其他电器损坏，故用电阻和电容组成放电回路。利用电容 C 两 端的电压不能突变的特点，使电磁吸盘线圈两端电压变化趋于缓慢，利用电阻 R 消耗电磁能量，如果参数选配得当，此时 R-L-C 电路可以组成一个衰减振荡 电路，对去磁将是十分有利的。零压继电器 KA 的作用是：在加工过程中，若电 源电压不足，则电磁吸盘将吸不牢工件，会导致工件被砂轮打出，造成严重事 故，因此，在电路中设置了零压继电器 KA，将其线圈并联在直流电源上，其常 开触头串联在液压泵电机和砂轮电机的控制电路中，若电磁吸盘吸不牢工件， KA 就会释放，使液压泵电机和砂轮电机停转，保证了安全。 2)照明和指示灯电路分析 照明电路由照明变压器 T2，将 380V 电压降为 24V，并由开关 SA2 控制照明 平面磨床的电气控制 - 9 - 灯 EL，照明变压器二次侧装有熔断器 FU3 作为短路保护。其一次侧短路可由熔 断器 FU2 实现保护。 5、要参数计算 1) 断路器 QS1 为供电系统电源开关，其主回路控制对象为电感性负载交流 电动机，断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的 1.7 倍整定。成型磨床有 0.8kW 负载电动机一台，起动电流较大，其余三台为 0.6kW，起动电流较小，而 且工艺要求 4 台电动机单独起动运行，因此可根据 0.8kW 电动机选择自动开关 QG 脱扣电流 IQG： IQG1.7IN，选用 IQG 的断路器。 2) 熔断器 FU 熔体额定电流 IFU。以曝气风机为例，IFU2IN，选用 IFU 的熔体。其余熔体额定电流的选择。 3) 热继电器的选择请参考有关技术手册，负载额定电流的 1.2 倍。 4)能耗制动参数计算 制动电流 ID1.5IN 直流电压 UDRID 整流变压器二次侧交流电流 I2 ID /0.9 电压 U2UD/0.9 整流变压器容量 S= I2 U2 6、制定电气元件目录表 M7130M7130 平面平面磨床电气控制系统元器件目录表 序号符号名称型号规格用途数量 1M1 砂轮电动机 JW11-4 驱动磨头砂轮转 动 1 2M3 液压泵电动Y802-4（0.75）砂轮架、立柱、 1 平面磨床的电气控制 - 10 - 机滑座的松开、夹 紧 3M2 冷却电动机 JW11-4 磨削加工中冷却 用 1 4YH 电磁吸盘 DC36V/1.2A 吸紧工件 1 6SQ3 磨头上升极 限位置行程 开关 LX2 上极限位置保护 1 7SQ4 磨头下降极 限位置行程 开关 LX2 下极限位置保护 1 8QS1 总开关按钮LA20（红色） 总开关 1 9SB3 油泵电动机 启动按钮 LA20（绿色） 油泵电动机启动 1 10SB4 油泵电动机 停止按钮 LA20（红色）油泵电动机关闭 1 11QS2 电磁吸盘按 钮 LA20 电磁吸盘 1 12 FR1F热继电器 2JR16B-20/3 参照电动机 平面磨床的电气控制 - 11 - R2 整定电流 13FU1 熔断器 3RL1-15 熔体 210A 14FU2 FU3 FU4 熔断器 3RT16-32X 熔体 2A 15SQ1 磨头上升极 限位置行程 开关 1LAY37 上极限位置 保护 16SQ2 磨头下降极 限位置行程 开关 1LAY37 下极限位置 保护 17SB8 电磁吸盘断 电按钮 1LAY37 红色 18SB9 电磁吸盘充 磁按钮 1LAY37 绿色 19SB10 电磁吸盘退 磁点动按钮 1LAY37 黄色 20SA2 照明开关 1LAY37-D2 黑色 21KM1 砂轮、冷却 电动机启动 接触器 1DJX-9 线圈电压： AC220V 平面磨床的电气控制 - 12 - 22KM2 液压泵电动 机启动接触 器 1DJX-9 线圈电压： AC220V 23KA1 欠电流继电 器 1JT3 线圈电压： DC36V 24EL1 照明灯 1JL40A 照明灯电压， DC36V 25YA 电磁铁 1DJX-9 线圈电压： DC36V 平面磨床的电气控制 - 13 - 7、M7130 平面磨床控制顺序转移图 点动磨头下降到预定位 置，为磨削工作准备 启动油泵电动机，磨头砂 轮电动机，及吸尘电动机 平面加工完成？ 位置 1 点动磨头上升到位 置 2 结束 停止油泵电动机，磨头砂 轮电动机，及吸尘电动机 退磁 充磁？ 欠电压继电器得电 接通电源 断开电源 N Y Y N N Y Y Y N 图 1-4M7130 平面磨床控制流程图 平面磨床的电气控制 - 14 - 8、M7130 平面磨床常见电气故障分析与检修方法 1电磁吸盘无吸力 2电磁吸 1 盘吸力不 足 电磁吸盘吸力不足 通常是电磁吸盘损坏或整 流器输出电压不正常造成 的。 电磁吸盘 平面磨床的电气控制 - 15 - 3其他常见故障及处理方法 故障现象故障原因处理方法 三台电动 机均不能启动 欠电流继电器 KA 的常开触 头和转换开关 QS2 的触头 （3）接触不良、接线松脱 或有油垢，使电动机的控制电路 处于断电状态 分别检查欠电流继电器 KA 的常开触 头和转换开关 QS2 的触头（3）的接 触情况，不通则修理或更换 砂轮电动 机的热继电器 KH1 经常动作 （1）M1 前轴承铜瓦磨损后 易发生堵转现象，使电流增大， 导致热继电器动作 （2）砂轮进刀量太大，电 动机超负荷运行（3）热继电器 规格选得太小或整定电流过小 （1）修理或更换轴瓦 （2）选择合适的进刀量，防止电动 机超载运行 （3）更换或重新整定热继电器 电磁吸盘 退磁不好使工 件取下困难 （1）退磁电路断路，根本 没有退磁 （2）退磁电压过高 （3）退磁时间太长或太短 （1）检查转换开关 QS2 接触是否良 好，退磁电阻 R2 是否损坏 （2）应调整电阻 R2 （3）根据不同材质掌握好退磁时间 平面磨床的电气控制 - 16 - 三M7130 平面磨床电气控制工艺设计 按设计要求设计绘制电器板电器元器件平面图、控制面板电器平面图及相 关电气接线图。 1 先根据控制系统要求和电气设备的结构，确定电器元器件的总体布局以 及控制面板上应安装的电器元件。本系统在 M7130 平面磨床现场设计安装的电 器元件和动力设备有：电动机等。电控箱内电器板上安装的电器元件有：断路 器、熔断器、隔离变压器、PLC、接触器、中间继电器、热继电器和端子板等。 在控制面板上设计安装的电器元件有：控制按钮、旋钮开关、各色指示灯等。 2 依据用户要求满足操作方便、美观大方、布局均匀对称等设计原则，绘 制电控箱电器板元件布置图、电器面板元件布置图。进出引线采用接线端子板 连接，接线图略。 3 依据电器元件布置图及电器元器件的外形尺寸、安装尺寸，绘制电器板 （绝缘板、镀锌铁板或架） 、控制面板（有机玻璃板、铝板或铁板等） 、垫板 （有机械强度的绝缘板或镀锌板）等零部件加工图。图中应注明外形尺寸、安 装孔径、定位尺寸与公差、板材厚度以及加工要求等。本设计所涉及的钣金加 工技术图从略。 4 依据电器安装板、控制面板尺寸设计电控箱，绘制电控箱安装图。本设 计从略。 至此，基本完成了成型磨床系统要求的电气控制原理设计和工艺设计任务。 划分组件的原则是： (1)把功能类似的元件组合在一起； (2)尽可能减少组件之间的连线数量，同时把接线关系密切的控制电器置 于同一组件中； (3)让强弱电控制器分离，以减少干扰； (4)为力求整齐美观，可把外形尺寸、重量相近的电器组合在一起； (5)为便于检查与调试，把需经常调节、维护和易损元件组合在一起。 5 电器元件布置图的设计与绘制 电气元件布置图是某些电器元件按一定原则的组合。电器元件布置图的设 计依据是部件原理图、组件的划分情况等。设计时应遵循以下原则： (1)同一组件中电器元件的布置应注意将体积大和较重的电器元件安装在 平面磨床的电气控制 - 17 - 电器板的下面，而发热元件应安装在电气箱(柜)的上部或后部，但热继电器宜 放在其下部，因为热继电器的出线端直接与电动机相连便于出线，而其进线端 与接触器直接相连接，便于接线并使走线最短，且宜于散热； (2)强电弱电分开并注意屏蔽，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，人 力操作开关及需经常监视的仪表的安装位置应符合人体工程学原理； (4)电器元件的布置应考虑安全间隙，并做到整齐、美观、对称，外形尺 寸与结构类似的电器可安放在一起，以利加工、安装和配线。若采用行线槽配 线方式，应适当加大各排电器间距，以利布线和维护 控制表 总电路总电路急停急停 QS1QS1- - 位置 油泵电动机的控制 开启 停止 SB4- SB3+ 平面磨床的电气控制 - 18 - 位置 砂轮电动机的控制 开启 停止 SB2- SB1+ 位置 磨头电动机的控制 上升停止 下降 SB2 +- SB3 -+ 位置 电磁吸盘的控制 充磁去磁 QS2 + QS2 - 平面磨床的电气控制 - 19 - 四课程设计小结 经过一周的设计圆满的完成了这次课程设计，本次课程设计让我受益匪浅。