XW万能铣床电气控制

1、机床电气控制X62W万能铣床电气控制课程设计说明书姓名毛华班级数控0803学号 20081441专业数控技术时间2010年6月指导老师陈修禹目录第一章绪论31.1铣床国内外研究状况和发展趋势 31.2铣床简单介绍 5铣床的选型 5第二章X62W万能铣床硬件设计52.1 X62W万能铣床电力拖动的特点及控制要求 62.2常用低压电器元件的用途及分类62.3 X62W万能铣床元件选型 112.4 X62W万能铣床的主要结构及运动形式13第三章电气控制原理143.1 电气原理图 153.2主电路分析 153.3控制电路分析 163.4常见故障分析 19第四章总结21心得 21参考文献 22第一章 绪

2、论铣床是以各类电动机为动力的传动装置与系统的对象以实现生产 过程自动化的技术装置。电气系统是其中的主干部分，在国民经济各 行业中的许多部门得到广泛应用。随着电子技术的发展，可编程序控制器日益广泛的应用于机械、 电子加工与设备电气改造中。铣床作为机械加工的通用设备在内燃机配件的生产中一直起着不 可替代的作用。自动铣床具有工作平稳可靠，操作维护方便，运转费 用低的特点，已成为现代生产中的主要设备。自动铣床控制系统的设 计是一个很传统的课题，现在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出 现，铣床控制的设计方案也越来越先进，越来越趋于完美，各种参考 文献也数不胜数。在我国7080年代大多数铣床中，大多数的开

3、关量控 制系统都是采用继电器控制 ,也有相当一部分辅机系统是采用继电控 制。因此,继电器本身固有的缺陷 ,给铣床的安全和经济运行带来了不利 影响,用 PLC 对铣床的继电器式控制系统进行改造已是大势所趋。1.1 铣床国内外研究状况和发展趋势从上世纪 80 年代起铣床制造业的发展虽有起伏但对自动控制技 术和自动铣床床一直给予较大的关注。经过九五自动车床和加工中心 包括自动铣床的产业化生产基地的形成，所生产的中档普及型自动铣 床的功能性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。但在中高档自 动铣床方面与国外一些先进产品相比仍存在较大差距。这是由于欧美 日等先进工业国家于 80 年代先后完成了自动机床产

4、业进程 ，其中一些 著名机床公司致力于科技创新和新产品的研发引导着数控机床技术发 展，如美国英格索尔公司和德国惠勒喜乐公司对用于汽车工业和航空 工业高速数控铣床的发展日本牧野公司对高效精密加工中心所作的贡 献，德国瓦德里希公司在重型龙门五面加工铣床方面的开发以及日本 马扎克公司研发的车铣中心对高效复合加工的推进等等。相比之下， 我国大部分数近代机床产品在技术处于跟踪阶段。随着科学技术的不断发展，生产工艺的不断发展改进，特别是计 算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的 面貌。在控制方法上，从手动控制发展到自动控制 ;在控制功能上，从 简单控制发展到智能化控制；在操作上，从策

5、重发展到信息化处理； 在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以 微处理器或微型计算机为中心的网络化自动控制系统。 X62W 铣床综 合了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技术、 通信技术、网络技术等先进的科学技术成果。利用刀具对金属毛坯进行切削，从而加工出机械零件的工作机械 称为金属切削机床，简称机床。机床是现代机械制造业中最重要的加 工设备，在一般机械制造厂中，机床所担负的加工工作量约占机械制 造总工作量的 40%60%。机床的性能直接影响机械产品的性能、质量和经济性。因此，它 是国民经济中具有战略意义的基础工业，机床的拥有量及其先进程度 将直接影响到国

6、民经济各部门生产发展和技术进步的能力。X62W 铣床是由普通机床发展而来。它集于机械、液压、气动、伺服驱动、精密测量、电气自动控制、现代控制理论、计算机控制等 技术于一体，是一种高效率、高精度能保证加工质量、解决工艺难题，而且又具有一定柔性的生产设备。万能 铣床的广泛应用，给机械制造业的生产方式、产品机构和产业机构带 来了深刻的变化，其技术水平高低和拥有量多少，是衡量一个国家和 企业现代化水平的重要标志。1.2 铣床的简单介绍X62W 万能铣床是一种通用的多用途机床，它可以用圆柱铣刀、 圆片铣刀、角度铣刀、成型铣刀及端面铣刀等刀具对各种零件进行平 面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，还可以加装万

7、能铣头、分度头 和圆工作台等机床附件来扩大加工范围。铣床的选型常用的万能铣床有两种，一种是 X62W 型卧式万能铣床，铣头水 平方向放置；另一种是 X52K 型立式万能铣床，铣头垂直方向放置。 这两种铣床在结构上大体相似，差别在于铣头的放置方向不同，而工 作台的进给方式、主轴变速的工作原理等都一样，电气控制线路经过 系列化以后也基本一样。第二章 X62W 万能铣床硬件设计2.1 X62W 万能铣床电力拖动的特点及控制要求1、铣削加工有顺铣和逆铣两种加工方式，要求主轴电动机能正反 转，因正反操作并不频繁，所以由床身下侧电器箱上的组合开光来改 变电源相序实现。2、由于主轴传动系统中装有避免震荡的惯

8、性轮，故主轴电动机采 用电磁离合器制动以实现准确停车。3、铣床的工作台要求有前后、左右、上下 6 个方向的 进给运动 和快速移动，所以也要求进给电动机能正反转，并通过操作手柄和机 械离合器相配合来实现。进给的快速移动通过电磁铁和机械挂挡来完 成。圆形工作台的回转运动是由进给电动机经传动机构驱动的。4、根据加工工艺的要求，该铣床应具有以下的电气联锁措施：为 了防止刀具和铣床的损坏，只有主轴旋转后才允许有进给运动和进给 方向的快速运动。为了减小加工表面的粗糙度，只有进给停止后主轴 才能停止或同时停止。该铣床采用机械操纵手柄和位置开关相配合的 方式实现进给运动 6 个方向的连锁。主轴运动和进给运动采

9、用变速盘 来进行速度选择，为保证变速齿轮进入良好的啮合状态，两种运动都 要求变速后顺时点动。当主轴电动机或冷却泵过载时，进给运动必须 立即停止，以免损坏刀具和铣床。5、要求有冷却系统、照明设备及各种保护措施。2.2 低压电气元件的分类及用途电器是根据外界特定的信号和要求 ,自动或手动接通和断开电路 ,断 续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、 检测和调节用的电器设备。按我国现行标准规定，低压电器通常是指 工作在交流1200V或直流1500V以下的电器。低压电器是品种繁多，用途也极其广泛，无论是工矿企业、农林牧 副渔和交通运输业，还是国防军事设施方面都需要应用各种低压电

10、器。 举例来说，一个年产30万吨合成氨的工厂，所使用的低压电器就有数 百个品种规格，数千件产品，而一套 1700mm连轧机的电气设备中则 需要上千个品种规格、几万件到十几万件低压电器元件。由此可见， 低压电器确是量大面广的产品。习惯上，按照电器与使用系统之间的关系，可以把低压电器分成：（1）电力网系统用的配电电器。属于这一类的主要有低压断路器 （自动开关）、熔断器和负荷开关等。对边类电器的主要技术要求是通断电流能力强，保护性能好，抗电动力和热的耐受性（即动稳定和热 稳定）好以及操作时过电压低。（2）电力拖动及自动控制系统用的控制电器。属于这一类的主要 有接触器、起动器和各种控制继电器。对这类电

11、器的主要技术要求是 有相应的转换能力，操作频率高，电寿命和相械寿命长。低压电器的分类及用途见下表。电器名称主要品种用途配刀开关大电流刀开关 熔断器式刀开关 开关板用刀开关 负何开关主要用于电路隔离， 也能接通和 分断额定电流转换开关组合开关用于两种以上电源或负载的转电电器换向开关换和通断电路断路器框架式（万能式）断路器 塑料外壳式断路器 限流式断流器漏电保护断路器用于线路过载、短路或欠压保 护，也可用作不频繁接通和分断 电路熔断器有填料熔断器 无填料熔断器 快速熔断器 自复熔断器用于线路或电气设备的短路和 过载保护控 制 电 器接触器交流接触器直流接触器主要用于远距离频繁起动或控 制电动机，以

12、及接通和分断正常 工作的电路控制继电器电流继电器 电压继电器 时间继电器 中间继电器 热继电器主要用于远距离频繁起动或控 制其它电器或作主电路的保护起动器磁力起动器减压起动器主要用于电动机的起动和正反 方向控制控制器凸轮控制器 平面控制器主要用于电器控制设备中转换 主回路或励磁回路的接法，以达 到电动机起动、换向和调速的目 的主令电器按钮限位开关 微动开关 万能转换开关主要用于接通和分断控制电路电阻器铁基合金电阻用于改变电路和电压、电流等参 数或变电能为热能变阻器励磁变阻器 起动变阻器 频繁变阻器主要用于发电机调压以及电动 机的减压起动和调速电磁铁起重电磁铁 牵引电磁铁 制动电磁铁用于起重、操

13、作或牵引机械装置2.3 X62W 万能铣床元件选型本设计中需要选择的电器元件只要有：(1) 电动机的选择P=P1/ n试中n 机械传动功率，n =06"0.85(1)主轴电动机M1 型号为Y132M 4 B3三相异步电动机，性能指 标为 75KW， 380V， 7A ， 1450r/min 。 进给电动机M2型号为丫90L 4三相异步电动机，性能指标为15KW,380V,6A,1450r/min 。(3冷却泵电动机 M3 型号为JCB- 22三相异步电动机，性能指0125KW,380V,0.43A,2790r/min主轴电动机 M1 P=4/0.6=6.7对于一般无特殊调速要求的机床

14、，应优先采用笼型异步电动机。 设计中的机床因为吴特殊调速要求，所以采用笼型异步电动机，它的 功率为4W考虑到传输中有损耗，因此机械传动功率选择为0.6，因此经计算得出的功率为 6.7KW 但在电动机的型号中只有5.5KW和7.5KW最为接近要求，所以选择 7.5KW的电动机，所以主轴电动机 M1 所选的型号符合要求。(2) 电源总开关的选择电源开关QS只要给M1 M2 M3电动机 提供电源，而在控制变压器二次侧的电器在变压器一次侧产生的电流相对较小，因此QS的选择只要考虑M1 M2 M3的电动机的额定电流 和启动电流。有前面已知M1 M2 M3的额定电流分别为7A、6A和0.43A， 易计算额

15、定电流之和为13.43A，由于功率最大的主轴电动机 M1为轻载 启动，并且M3为短时工作，因而电源开关的额定电流就选 13A左右， 具体为：三级转换开关(组合开关) ， HZ 1 0 25/3 型，额定电流 25A， 所以选择的型号符合要求。(3) 按钮的选择根据需要触点的数目、动作要求、使用场合 等进行按钮的选择。本设计中，2个启动按钮SB1、SB2选择LA2型按 钮，其颜色为绿色。2个停止按钮SB3 SB4选择LA2型按钮，其颜色 为黑色，点动按钮SB5 SB6型号相同，其颜色为红色。(4) 熔断器的选择 熔断器 FU1 对总电源进行短路保护，总电 源的电流为16A故选用RL1型熔断器，配

16、用30A熔体，所以选择的型 号符合要求。，至于熔断器FU2 FU3 FU4的选择将同控制变压器的选择结合 进行(5) 照明灯及灯开关的选择照明灯EL和灯开关SA4成套购置，EL可选用JC2型，交流36V, 40W符号名称 型号规格用途数量J02-51-4 7.5kwM1电动机1450r/min驱动主轴1M2电动机J02-22-4 1.5kw驱动进给1M3电动机1450r/minJ02-22-0 0.125kw驱动冷却泵1Qs1开关2790kwHZ1-60/3J 60A 500V电源总开关1Qs2开关HZ1-10/3J 10A 500V冷却泵开关1SA1开关HZ1-10/3J 10A 500V换

17、刀制动1SA2开关HZ1-10/3J 10A 500V圆工作台开1SA3开关HZ3-10/3J 60A 500V关照明开关1FU1熔断器RL1-60 60A电源总保险1FU2熔断器RL1-15 5A整流电源保1FU3熔断器RL1-15 5A险直流电路保1FU4熔断器RL1-15 5A险控制回路保1FU5熔断器RL1-15 1A险照明保险1FR1热继电JR0-20/3 10AM1 过载保护1器FR2热继电JR0-20/3 0.5AM3 过载保护1器FR3热继电JR0-20/3 1.5AM2 过载保护1器TC1变压器BK-150 380/110V控制回路电1TC2变压器BK-50 380/24V源

18、照明电源1整流电源保TC3变压器BK-100 380/36V险1KM1接触器CJ0-20 20A 110V主轴启动1KM2接触器CJ0-10 10A 110V快速进给1KM3接触器CJ0-10 10A 110VM2正转1KM4接触器CJ0-10 10A 110VM2反转1SB1 SB2按钮LA2M1启动2SB3 SB4按钮LA2快速进给2SB5 SB6按钮LA2停止制动2YC1电磁离合器定做主轴制动1YC2电磁离合器定做正常进给1YC3电磁离合器定做快速进给1SQ1行程开关LX1-11K关主轴冲动开1SQ2行程开关LX3-11K关主轴冲动开1SQ3 SQ4SQ5 SQ6行程开关LX2-13LM

19、2正反转及连锁44动形式2.4 X62W万能铣床的主要结构及运X62W型万能铣床的外形结构如 图1所示，它主要由床身、主轴、刀杆、 悬梁、工作台、回转盘、横溜板、升降 台、底座等几部分组成。在床身的前面 有垂直导轨，升降台可沿着它上下移动。在升降台上面的水平导轨上， 装有可在平行主轴轴线方向移动（前后移动）的溜板。溜板上部有可 转动的回转盘，工作台就在溜板上部回转盘上的导轨上作垂直于主轴 轴线方向移动（左右移动）。工作台上有 T 形槽用来固定工件。这样， 安装在工作台上的工件就可以在三个坐标上的六个方向调整位置或进 给。此外，由于回转盘相对于溜板可绕中心轴线左右转过一个角度 （通 常铣削是一种

20、高效率的加工方式。铣床主轴带动铣刀的旋转运动是主 运动；铣床工作台的前后（横向）、左右（纵向）和上下（垂直） 6 个方向的运动是进给运动；铣床其他的运动，如工作台的旋转运动则 属于辅助运动。第三章 电气控制原理3.1 电气原理图该铣床共用 3 台异步电动机拖动， 它们分别是主轴电动机 M1 、进 给电动机M2和冷却泵电动机M3°X62W万能铣床的电路如图2所示， 该线路分为主电路、控制电路和照明电路三部分。电气控制线路的工 作原理如下：sy T 三ijjV言& 丰r£,. a1 =>fz*W M图1X62W型万能铣床电路图3.2主电路分析主轴电动机 M1 拖动

21、主轴带动铣刀进行铣削加工，通过组合开 关 SA3 来实现正反转；进给电动机 M2 通过操纵手柄和机械离合器的 配合拖动工作台前后、左右、上下 6 个方向的进给运动和快速移动， 其正反转由接触器 KM3 、KM4 来实现；冷却泵电动机 M3 供应切削液， 且当M1启动后，用手动开关QS2控制；3台电动机共用熔断器FU1 作短路保护，3台电动机分别用热继电器FR1、FR2、FR3作过载保护。3.3 控制电路分析控制电路的电源由控制变压器 TC输出110V电压供电。1、主轴电动机 M1 的控制主轴电动机M1采用两地控制方式，SB1和SB2是两组启动按钮， SB5和SB6是两组停止按钮。KM1是主轴电

22、动机M1的启动接触器， YC1 是主轴制动用的电磁离合器， SQ1 是主轴变速时瞬时点动的位置 开关。（1）主轴电动机 M1 启动前，应首先选择好主轴的转速，然后合 上电源开关QS1，再把主轴换向开关SA3扳到所需要的转向。按下启 动按钮SB1 （或SB2）,接触器KM1线圈得电，KM1主触头和自锁 触头闭合，主轴电动机 M1 启动运转， KM1 常开辅助触头（ 9-10）闭 合，为工作台进给电路提供了电源。按下停止按钮SB5 （或SB6）,SB5-1 （或SB6-1）常闭触头分断，接触器 KM1线圈失电，KM1触头 复位，电动机M1断电惯性运转，SB5-2 （或SB6-2）常开触头闭合， 接

23、通电磁离合器 YC1 ，主轴电动机 M1 制动停转。(2) 主轴换铣刀时将转换开关 SA1 扳向换刀位置，这时常开触头 SA1-1 闭合，电磁离合器 YC1 线圈得电， 主轴处于制动状态以便换刀； 同时常闭触头 SA1-2 断开，切断了控制电路，保证了人身安全。(3) 主轴变速时，利用变速手柄与冲动位置开关 SQ1,通过M1 点动，使齿轮系统产生一次抖动，以便于齿轮顺利啮合，且变速前应 先停车。2、进给电动机 M2 的控制 工作台的进给运动在主轴启动后方可进行。工作台的进给可在 3 个坐标的 6 个方向运动，进给运动是通过两个操作手柄和机械联动机 构控制相应的位置开关使进给电动机 M2 正转或

24、反转来实现的， 并且 6 个方向的运动是联锁的，不能同时接通。(1)当需要圆形工作台旋转时，将开关 SA2 扳到接通位置，这时 触头 SA2-1 和 SA2-3 断开，触头 SA2-2 闭合，电流经1 0 1 3 1 4 1 5 20 1 9 1 7 1 8 路径，使接触器 KM3 得电，电动机 M2 启动， 通过一根专用轴带动圆形工作台作旋转运动。 转换开关 SA2 扳到断开位置，这时触头 SA2-1 和 SA2-3 闭合，触头 SA2-2 断开，以 保证工作台在 6 个方向的进给运动，因为圆形工作台的旋转运动和 6 个方向的进给运动也是联锁的。( 2)工作台的左右进给运动由左右进给操作手柄

25、控制。操作手柄与位置开关SQ5和SQ6联动，有左、中、右三个位置，其控制关系见 表 1 。当手柄扳向中间位置时，位置开关 SQ5 和 SQ6 均未被压合，进 给控制电路处于断开状态；当手柄扳向左或右位置时，手柄压下位置开关SQ5或SQ6,使常闭触头SQ5-2或SQ6-2分断，常开触头SQ5-1或SQ6-1闭合，接触器KM3或KM4得电动作，电动机M2正转或反 转。由于在SQ5或SQ6被压合的同时，通过机械机构已将电动机 M2 的传动链与工作台下面的左右进给丝杠相搭合，所以电动机 M2的正 转或反转就拖动工作台向左或向右运动。表1工作台左右进给手柄位置及其控制关系手位置开接触电动机传动链工作台柄

26、位置关动作器动作M2转向搭合丝杠运动方向左SQ5K M3正转左右进给丝杠向左中一一停止一停止右SQ6K M4反转左右进给丝杠向右工作台的上下和前后进给运动是由一个手柄控制的。该手柄与位 置开关SQ3和SQ4联动，有上、下、前、后、中5个位置，其控制关 系见表2。当手柄扳至中间位置时，位置开关SQ3和SQ4均未被压合, 工作台无任何进给运动；当手柄扳至下或前位置时，手柄压下位置开 关SQ3使常闭触头SQ3-2分断，常开触头SQ3-1闭合，接触器KM3 得电动作，电动机M2正转，带动着工作台向下或向前运动；当手柄 扳向上或后时，手柄压下位置开关 SQ4，使常闭触头SQ4-2分断，常 开触头SQ4-

27、1闭合，接触器KM4得电动作，电动机M2反转，带动着 工作台向上或向后运动。当两个操作手柄被置定于某一进给方向后，只能压下四个位置开关SQ3、SQ4、SQ5、SQ6中的一个开关，接通电动机 M2正转或反转电路，同时通过机械机构将电动机的传动链与三根丝杠（左右丝杠、上下丝杠、前后丝杠）中的一根（只能是一根）丝杠相搭合，拖动工 作台沿选定的进给方向运动，而不会沿其他方向运动。手柄位置开关接触器电动机M2传动链搭位置动作动作转向合丝杠上下进给丝杠上SQ4KM4反转上下进给下SQ3KM3正转丝杠中一一停止一刖SQ3KM3正转前后进给后SQ4KM4反转丝杠前后进给丝杠表2工作台上、下、中、前、后进给手柄

28、位置及其控制关系工作台运动方向向上向下停止向刖向后左右进给手柄与上下前后手柄实行了联锁控制，如当把左右进给 手柄扳向左时，若又将另一个进给手柄扳到向下进给方向，则位置开 关SQ5和SQ3均被压下，触头SQ5-2和SQ3-2均分断，断开了接触器 KM3和KM4的通路，电动机M2只能停转，保证了操作安全。(3) 6个进给方向的快速移动是通过两个进给操作手柄和快速移 动按钮配合实现的。安装好工件后，扳动进给操作手柄选定进给方向， 按下快速移动按钮SB3或SB4 (两地控制)，接触器KM2得电，KM2 常闭触头分断，电磁离合器YC2失电，将齿轮传动链与进给丝杠分离； KM2两对常开触头闭合，一对使电磁

29、离合器 YC3得电，将电动机M2 与进给丝杠直接搭合；另一对使接触器 KM3或KM4得电动作，电动 机M2得电正转或反转，带动工作台沿选定的方向快速移动。由于工 作台的快速移动采用的是点动控制，故松开 SB3或SB4,快速移动停 止。(4) 进给变速时与主轴变速时相同，利用变速盘与冲动位置开关SQ2使M1产生瞬时点动，齿轮系统顺利啮合。3.4常见故障分析故障现象可能原因处理方法主轴停车时无制动作用1.2.3.速度继电器损坏速度继电器与电动机轴连接的螺钉松动 或弹性连接件打滑速度继电器触头调节过紧1.2.3.更换速度继电 器调整紧固螺钉调整至300转/分以上触头闭合变速无冲动过1.行程开关SQ6或SQ7