铣床电气控制设计

1、铳床电气控制设计15设计说明书铳床电气控制设计起止日期：2013年6月17日至 2013年6月21日学 生 姓 名cpf班级 机设1004班学号10405700118成绩指导教师（签字）机械工程学院（部）2013年6月21日目录一、铳床的概述 3二、设计要求 4三、设计分析 8四、低压电器的选择 9五、可编程控制器PLC控制系统的设计 12六、 设计总结 14七、参考文献 15一铳床的概述铳床按照结构形式和加工性能的不同，铳床可分为立铳、卧铳、龙门铳、 仿形铳和专用铳床。铳销加工一般有顺铳和逆铳两种形式，铳床中刀具的旋 转运动为主运动。工件（工作台）的移动或进给箱的移动为进给运动，工作 台的快

2、速移动，及圆工作台的旋转 运动为辅助运动。铳床工作台可在垂直、 纵向、横向三个方向移动。二设计要求2.1 主轴电动机控制主轴电机的控制主要包括以下几个环节：(1)主轴电动机起动；(2)主轴 电动机停机；(3)主轴的变速冲动。在设计图中：Mi为主轴拖动电动机。从主电路看出，主轴电动机的转向由 转换开关SA预选确定。转换开关SA触点动作下见表2-1。主轴电动机的起动、 停止由接触器KMi控制，接触器KM 2及KM 2控制的电路组成能耗制动停机。表2-1转换开关SA动作表触点线端标号操作手柄位置顺铳停止逆铳SMU21 -W11一一+SAb.2U 21 U 11+一一SA5工W21 -W11+一一S3

3、W21 -U 11一一+(1)主轴电动机起动 接通电源开关Q ,选择主轴电动机转向，操作转换开 关SA所需位置。主轴电动机起动、停止分别由装于工作台上与床身上的控制按 钮SB、SB2和SR、SB4实现两地控制。按下按钮SB或SB2,接触器KM得电， 主触点闭合并自锁，主轴电动机按预选方向起动，带动主轴、铳刀旋转(2)主轴电动机停机 按下停机按钮SB3或SB,。接触器KM1失电，切断正 序电源，同时接触器KM2得电，电动机用入能耗制动电路而马上停机。(3)主轴的变速冲动 主轴的变速采用圆孔盘式结构，变速时操作变速手柄 在拉出或推回过程中短时触动冲动开关 SQ,主轴电动机瞬动一下而实现。主轴处于停

4、车状态时，操作变速手柄，触动冲动开关SQ使接触器KM1瞬时得电，电动机定子用电阻冲动一下，带动齿轮转动一下，便于齿轮啮合，完成 变速。主轴已起动工作时，要变速同样操作变速手柄，操作时也触动冲动开关SQ,使接触器KM1失电，KM 2得电一下进行能耗制动，使主轴转速迅速下降， 以便于在低速下齿轮啮合，完成变速后，应重新按起动按钮，主轴电动机转动继 续工作。主轴在变速操作时，以较快速度将手柄推入啮合位置，因为 SQ的瞬动是靠 手柄上凸轮的一次接触达到，如果推入动作缓慢，凸轮与 SQ接触时间延长，会 使主油电动机转速过高，从而使齿轮啮合不上，甚至损坏断轮。2.2 工作台进给运动控制工作台进给运动包括工

5、作台的左右进给运动、 工作台的前后进给运动及工 作台的上下进给运动，总共六个方向的运动，同时这六个方面运动只允许某一时 刻出现一个。其中在铳床当中还有一个扩展安装的圆工作台，圆工作台的运动和进给运动只能同时出现一个，圆工作台的运动与进给运动之间的转换是通过圆工 作台开关SA1来控制的。同时工作台还具有快速移动的功能，快速移动既可以在 主轴电机工作的时候，也可以在主轴电机停止的状态下实现。工作台的进给运动需在主轴起动之后才能进行。接触器KMi常开触点闭合，接通进给控制电源。工作台的左、右、前、后、上、下方向的进给运动均由进给 拖动电动机M3驱动，通过M3电动机的正、反转及机械结构的联合动作，来实

6、现 六个方向的进给运动。控制工作台运动的电路是与左、右机械操作手柄联动的行 程开关SQi、SQ2及与前、后、上、下操作手柄联动的行程开关 SQ3、SQ组成 复合控制。这时圆工作台开关SA在断开位置，即SA触点SA和SAu接通，SA/ 断开，进给电动机通过工作台方向操作手柄进行控制。圆工作台开关SA动作见表2。表2圆工作台开关SA动作表触点操作手柄位置圆工作台工作圆工作台/、，作SA一+SA+一SA工一+（1）工作台的左、右（纵向）进给运动工作台的左、右进给运动由工作台前面的纵向操作手柄进行控制。当将操作手柄扳到向右位置时，行程开关SQ压合，其常开触点（1819）接通，常闭触点（21-22）断开

7、，此时，控制电源 经（12-14-15- 16-17- 1819）接通接触器KM 3 , KM 3吸合，主触点接通M3 电动机正序电源，M3正向旋转，工作合作向右进给运动。同理，当将操作手柄 扳到向左位置时，行程开关SQ2压合，工作台向左进给运动。若将手柄置于中间位置，SQ、SQ2复原，KM3、KM 4均不吸合，工作台 停止左右方向运动。（2）工作台前后（横向）进给运动和上、下（垂直）进给运动工作台的前后及上下进给运动，共用一套操作手柄控制，手柄有5个控制位置，处于中间 位置为原始状态，进给离合器处于脱开状态，行程开关SQ3、SQ4均复位，工作台不运动。当操作向前、向后手柄时.通过机械装置连结

8、前、后进给离合器。当 操作向上、向下手柄时，连结上、下进给离合器。同时，使 SQ或SQ压合接通，M3电动机正向或反向旋转，带动工作台作前后、上下进给运动。工作台向前和向下进给运动的电气控制电路相同。当将操作手柄扳到向前 或向下位置时，压合行程开关SQ,使其常闭触点断开，常开触点闭合，控制电 源经(1214 21221718 1 9)接通KM 3线圈，KM3吸合，进给电动机 M3正向旋转并通过机械联动将前、后进给离合器或上、下进给离合器接入，使 工作合作向前或向下方向的进给运动。工作台向后和向上进给运动也共用一套电气控制装置。 当将操作手柄扳到向 后或向上位置时。压合行程开关SQ4,进给电动机反

9、向旋转.使工作台作向后或 向上方向进给运动。(3)圆工作台的工作 圆工作台的回转运动由进给电动机 M 2经传动机构驱 动。在使用时，首先必须将圆工作台转换开关 SA扳至“接通”位置，即圆工作 台的工作位置。此时，SA的触点SA、SA/断开，SAn接通，这样就切断了铳 床工作台的进给运动控制回路，工作台就不可能作左、右、前、后和上、下方向 的进给运动。圆工作台的控制电路中，控制电源经(12-14-15-16- 17-22 21 19)接通接触器KM 3线圈回路，使M3电动机带动圆工作台作回转运动。 由于KM 4线圈回路被切断，所以进给电动机仅能以正向旋转。因此，圆工作台 也只能按一个方向作回转运

10、动。(4)工作台快速移动 铳床工作台除能实现进给运动外，还可进行快速移 动，它可通过前述的方向控制手柄配合快速移动按钮 SR或SB6进行操作。当工作台已在某方向进给，此时按下快速进给按钮S&或SR,使接触器KM5通电，接通快速移动电磁铁YA,衔铁吸合，经丝杠将进给传动链中的摩擦 离台器合上，减少中间传动装置，工作台按原进给运动方向实现快速移动。 当放 开快速移动按钮SB5或SB6时，接触器KM5电磁铁YA线圈相继断电。衔铁释放， 摩擦离合器脱开，快速移动结束，工作台仍按原进给运动速度和原进给运动方向 继续进给。所以工作台的快速移动是点动控制。工作台的快速移动也可以在主轴电动机停转情况下进行。这

11、时应将主轴换向 开关SA扳向“停止”位置，然后按下 SB或SB2,使接触器KM1通电并自锁， 操纵工作台手柄，使进给电动机 M3起动旋转。再按下快速移动按钮 SR或SB6, 工作台便可在主轴不旋转的情况下实现快速移动。2.3 冷却泵电动机的控制与照明电路冷却泵电动机M2通常在铳削时由转换开关SA3操作。在主轴电机启动之后将 转换开关扳至“接通”位置时，触点SA3闭合，M2起动旋转，拖动冷却泵送出冷 却液。机床的局部照明由变压器丁2输出24V安全电压，由开关SA2控制照明灯EL2.4 控制电路的联锁与保护铳床的运动较多，电气控制电路较复杂，为了保证刀具、工件和机床能够安 全可靠地进行工作，应具有

12、完善的联锁与保护。控制电路中的连锁主要有以下几 个部分：(1)主运动与进给运动的顺序联锁进给运动电气控制电路接在主轴电动机接触器KMi触点(11 12)之后。这就保证了在主电动机 Mi起动后，进给电 动机M2才可起动，主轴电动机M1停止时，进给电动机M2应立即停止。(2)工作台六个进给运动方向间的联锁工作台左、右、前、后及上、下六个方向进给运动分别由两套机械机构操作， 而铳削加工时只许一个方向的进给 运动，为了避免误操作.采用机械联锁比较困难，因此采用电气联锁。当工作台 实现左、右方向进给运动时，控制电源必须通过控制上、下与前、后进给的行程 开关SQ、SQ常闭触点支路。当工作台作前、后和上、下

13、方向进给运动时，控 制电源必须通过控制右、左进给的行程开关 SQ1、SQ2常闭触点支路。这就实现 了由电气配合机械定位的六个进给运动方向的联锁。(3)圆工作台工作与六个方向进给运动间的联锁 圆工作台工作时不允许 六个方向进给运动中作任一方向的进给运动。电路中除了通过 SA开关定位联锁 外，还必须使控制电路通过SQ1、SQ2、SQ、SQ4的常闭服点实现电气联锁。(4)进给变速冲动不允许工作台作任何方向的进给运动联锁变速冲动时，SQ动作触点(14 15)断开，(1519)接通，因此，控制电源必须经过SA触 点(即圆工作台不工作)和 SQ1、SQ2、SQ、SQ四个常闭触点(即工作台六 个方向均无进给

14、运动)，才能实现进给变速冲动。(5)保护环节 主电路、控制电路和照明电路都具有短路保护。六个方向 进给运动的终端限位保护，是由各自的限位挡铁来碰撞操作手柄， 使其返回中间 位置以切断控制电路来实现。三台电动机的过载保护，分别由热继电器 KR、KR2、KR3实现。为了确保 刀具与工件的安全，要求主轴电动机、冷却泵电动机过载时，除二台电动机停转 外，进给运动也应停止，否则撞坏刀具与工件，因此， KR、KR3应用接在相对 位置的控制电路中。当进给电动机过载时，则要求进给运动先停止，允许刀具空 转一会，再由操作者总停机。因此，KR2的常闭触点只用接在进给运动控制支路 中。三设计分析该铳床有3台电动机：

15、 其中M1为主电动机，用换相转换开关 SA5选择 主轴的转向，停车时采用电磁离合器制动；M3电机为工作进给电动机。快速移动通过电磁离合器械接通快速传动链来实现；M2为冷却泵电动机。对于主轴电机要求正反转，但在加工过程中不需要变换主轴的旋转方向。 主轴应采用停车制动装置。主轴和工作台分别是用单独的电机拖动。工作台 的移动由一台进给电机拖动，进给电机要求有正反转。在操作顺序上，应保证先开动主轴电机，然后才能开动进给电机。停车 时，进给电机先停或同时停。铳床的主轴和进给运动采用变速箱调速，调速 时要求传动电动机做瞬时点动。工作台的进给运动，可工进也可快进。总的来说对于铳床设计具有以下特点：1 、用换

16、相转换开关选择主电机的制动；2 、主运动采用电磁离合器制动；3 、主运动和进给运动变速，均有瞬时点动；4 、主运动和进给运动各有单独的电动机驱动， 工作台的快速移动利用电 磁离合器接上进给的快速传动链，实现快速移动；5 、进给运动与主运动是联锁的，只有起动主运动后，进给运动才能起动 工作；6 、工作台6个方向的进给运动，具有完备的联锁。7 、具备多地点控制环节；8、具有短路、零压、过载和超程保护四低压电器的选择在设备电气控制线路中，为了满足生产工艺及电力拖动的需要，电动机要 经常地起动、制动、改变运动方向、调节转速；当电路发生过载、短路、欠压或 失压等情况时，控制电路的保护环节还应当自动切断电

17、路，保护线路和设备。所有这些要求都需要借助于电器来完成。由于各类电器在设备电气控制系统中所处的位置和所起的作用不同， 其因此选用 的方法也不尽相同。生产机械常用低压电器的选择，主要依据是电器产品目录上 的各项指标或数据。正确合理地选择低压电器是电气系统安全运行、 可靠工作的 保证。对于电气元件的选择，在选择时我们应注意以下几点：（1）根据对控制元件功能的要求，确定电气元件功能的要求，确定电气元 件类型。如继电器与接触器，当元件用于通，断功率较大的主电路时，应选择交 流接触器；若元件用于切换功率较小的电路（如控制电路）时，则应选择中间继 电器；若伴有延时要求时，则应选用时间继电器。（2）根据电气

18、控制的电压，电 流及功率的大小来确定元件的规格，满足元器件的负载能力及使用寿命。（3）掌 握元器件预期的工作环境及供应情况，如防油，防尘，货源等。（4）为了保证一定的可靠性，采用相应的降额系数，并进行一些必要的技术和校核。4.1 按钮按钮通常是用来短时间接通或断开小电流控制电路的开关。目前按钮在结构上有多种形式：旋钮式一一手动旋转进行操作；指示灯一一 按钮内装入了信号指示灯；紧急式一一装有蘑菇形式旋帽，用于紧急操作；等等。 一般来说，停止按钮采用红色。按钮主要根据所需要的触点数， 使用场合及颜色 来选择。4.2 低压开关低压开关主要包括如下几种。4.2.1 刀开关刀开关主要用于接通或切断长期改

19、组设备的电源。 一般刀开关的额定电压不 超过500V额定电流为10A到上千安多种等级。有些刀开关附有熔断器。不带熔 断器式刀开关主要有HD型及HS型，带熔断器式开关有HK HR3系列等。刀开关 主要根据电源种类，电压等级，电动机容量，所需极数及使用场来选择。4.2.2 组合开关组合开关主要是作为电源引入开关，所以也称电源隔离开关。它可以启停 5KW以下的异步电动机，但每小时的接通次数不宜超过10次，开关的额定电流股取电动机额定电流的1.52.5倍组合开关主要根据电源种类，电压等级，所需触点数及电动机容量进行选用。 常用的组合开关为HZ-10系列，额定电流10A, 25A, 60A和100A四种

20、，适用于 交流电压380V以下，支流电压220V以下的电气设备中。4.2.3 限位开关（行程开关）限位开关是依据生产机械运动的行程位置而动作的小电流开关。它的选用主要根据机械位置对开关形式的要求， 对触点数目，电压种类，电压与电流等级的 要求来确定。机床常用的有 LX2型，LX19型，JLXK1型，LXW11H和 儿XK-111 型微动开关等。对于要求动作快，灵敏度高的行程控制，可采用接近开关。接近 开关也称为无触点限位开关，它是通过运动部件引起的电磁场变化而动作的。接近开关寿命长，可靠性好，但精度和价格不如限位开关。4.2.4 自动开关自动开关又称自动空气断路器，自动开关在压力机上应用的很广

21、泛。 这是因 为自动开关既接通或分断正常工作电流， 也能自动分断过载或短路电流，分断能 力强，有欠压和过载短路保护作用。选择自动开关应考虑其主要技术参数： 额定电压，额定电流和允许切断的极 限电流等。自动开关拖扣器的额定电流应等于或大于负载允许的长期平均电流； 自动开关的极限分断能力要大于，至少要等于电路最大短路电流；自动开关拖扣 器电流整定应按下面的原则：欠电压拖扣器额定电压等于主电路等于主电路额定 电压；热拖扣器的整定电流与被控对象（负载）额定电流相等；电磁拖扣器的瞬 时拖扣器整定电流应大于负载正常工作时的尖峰电流；保护电动机时，电磁拖扣器的瞬时拖扣电流为电动机启动电流的 1.7倍。4.3

22、 接触器的选用选择接触器主要依据以下数据：电源种类（直流或交流）；主触点额定电流； 辅助触点的种类、数量和触点的额定电流；电磁线圈的电源种类、频率和额定电 压；额定操作频率等。机床用的最多的是交流接触器。交流接触器的选择主要考虑主触点的额定电流、额定电压、线圈电压等。交流接触器主触点的额定电压一般按高于线路额定电压来确定。根据控制回路的电压决定接触器的线圈电压。 为保证安全，一般接触器吸引线圈 选择较低的电压。但如果在控制线路比较简单的情况下， 为了省去变压器，可选 用380V电压。值得注意的是，接触器产品系列是按使用类 别设计的，所以要根 据接触器负担的工作任务来选用相应的产品系列 。接触器

23、辅助触点的数量、种类满足线路的需要。4.4 继电器的选用4.4.1 一般继电器的选用一般继电器是指具有相同电磁系统的继电器，又称电磁继电器。选用时，除满足继电器线圈电压或线圈电流的要求外， 还应按照控制需要分别选用过电流 继电器、欠电流继电器、过电压继电器、欠电压继电器中间继电器等。另外电压、 电流继电器还有交流、直流之分，选择时也应当注意。4.4.2 时间继电器的选择时间继电器是压力机控制线路中常用电器之一。 它的类型有：电磁式，空气 阻尼式，电动式及电子式等。用的较多的是空气阻尼式时间继电器， 它的特点是 工作可靠，结构简单，延时整定范围较宽(可达 0.4s时间180s)继电器型式多样，各

24、具特点，选择时应从以下几方面考虑。(1) 根据控制线路的要求来选择延时方式，即通电延时型或断电延时型。(2) 根据延时准确度要求和延时时间的长短来选择。(3) 根据使用场合、工作环境选择合适的时间继电器。4.5 热继电器的选择热继电器的选择应按电动机的工作环境、起动情况、负载性质等因素来考虑。 一方面要充分发挥电动机的过载能力，另一方面，对电动机在短时过载与起动瞬 间不受影响。热继电器结构形式的选择。星形连接的电动机可以选择两相或三相结构的热 继电器，三角形连接的电动机应当选择带断相保护装置的三相结构热继电器。根据以上的选择原则及根据参考文献 2,在本次设计中选用的各中元器件见表4-1表4-1

25、控制线路电器元件的代号、名称及型号代号名称型号Q电源总开关HZ-60/3M1主轴电机JOF-52/4M2冷却泵电机JCB-22M3进给电机JOF-41/4VC整流桥KM1主轴启动接触器CJ10-40KM2主轴制动接触器CJ10-40KM3进给正转接触器CJ10-20KM4接给反转接触器CJ10-20KM5快速移动用接触器JZ7-44 127VYA牵引电磁铁380V 150NSA1-1、SA1-2、SA1-3圆工作台转换开关HZ2-10/3SA2照明灯转换开关HZ1-10/2SB1、SB2主轴启动按钮LA2SB3、SB4主轴停止按钮LA2SB5、SB6工作台快速移动按钮LA2SQ6进给点动开关L

26、X-11KSQ7主轴变速点动开关LX-11KEL照明灯JC6-1SA3冷却泵起停转换开关HZ1-10/2KR、FR热继电器JR10-10FU1 FU3熔断器RL1SQ1、SQ3工作台右、前、下进给行程开关LX3-11HSQ2、SQ4工作台左、后、上进给行程开关LX3-11H五可编程控制器PLC控制系统的设计5.1可编程控制器控制系统设计的基本原则在设计可编程控制器系统时，应遵循以下基本原则：1 ）最大限速地满足控制要求充分发挥可编程控制器功能，最大限度地满足被控对象的控制要求， 是设计 中最重要的一条原则。设计人员要深入现场进行调查研究， 收集资料。同时要注 意和现场工程管理和技术人员及操作人

27、员紧密配合，共同解决重点问题和疑难问题。2）保证系统安全可靠保证可编程控制器控制系统能够长期安全， 可靠，稳定运行，是设计控制系 统的重要原3）力求简单，经济，使用与维修方便在满足控制要求的前提下，一方面注意不断扩大工程的效益，另一方面也要 注意不断降低工程的成本，不宜盲目追求自动化和高指标。4）适应发展的需要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。5.2可编程控制器系统设计的步骤5.2.1 分析被控对象并提出控制要求在设计2Bi电器-接触器的时候我们已经对压力机液压系统的动作要和功能 进行了详细的分析，确定了其控制方案并拟订了任务书。5.2.2 确定输入/输出设备根据压力机液压系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备和输出设 备。输入设备：开关 SB1, SB2, SB3, SB4, SB SB