机电课程设计模版(6)

1、湖南工业大学课 程 设 计资 料 袋 机械工程 学院（系、部） 2010 2011 学年第 一 学期 课程名称 机电控制技术 指导教师 吴吉平 职称 副教授 学生姓名 刘谋洋 班级 机械设计及其自动化07 学号 07405200109 题 目 铣床的电气控制系统设计 成 绩 起止日期 2011 年 1 月 3 日 2011 年 1 月 9 日目 录 清 单序号材 料 名 称资料数量备 注1课程设计任务书1份2课程设计说明书1份3课程设计图纸33张湖南工业大学课程设计任务书20102011学年第一学期 机械工程 学院（系、部） 机械设计制造及其自动化 专业 机设07 班级课程名称： 机电控制技术

2、 设计题目： 铣床的电气控制系统设计 完成期限：自 2011 年 1 月 3 日至 2011 年 1 月 9 日共 1 周内容及任务一、设计的主要技术参数 具体要求见课程设计指导书二、设计任务 完成系统的继电器控制原理图、PLC控制原理图及设计说明书一份三、设计工作量电气图23张，说明书不少于8000字进度安排起止日期工作内容1.3讲解设计目的、要求、方法，任务分工1.4根据指导书和任务书要求确定控制系统的输入输出点数、类型，确定输入、输出设备及元器件种类、数量，初步选定PLC型号1.5根据指导书和任务书绘制控制系统工作流程图，确定每个动作实现和解除必须的条件1.61.7绘制继电器控制原理图、

3、电路计算、元器件选择列表编制控制系统的PLC控制程序1.8编写设计说明书1.9答辩主要参考资料1、齐占庆，电气控制技术课程设计指导书，机械工业出版社，2003。2、张万奎等编，机床电气控制技术，北京大学出版社，20073、程宪平主编，机电传动与控制（第二版），武汉：华中科技大学出版社，2003年9月4、石玉珍，电气制图及图形符号国家标准汇编，中国标准出版社，1989指导教师（签字）： 2010年 11月 1 日系（教研室）主任（签字）： 2010年 11月 2 日2机电控制技术课程设计设计说明书铣床的电气控制系统设计起止日期： 2011 年 1 月 3 日 至 2011 年 1 月 9 日学生

4、姓名刘谋洋班级机械设计071班学号07405200109成绩指导教师(签字)机械工程学院（部）2011年1月9日目 录一、课程设计的内容与要求4（一）课程设计对象简介4（二）机床结构及工作要求3（三）电力拖动及控制要求6二、电气控制电路设计7 （一）继电器-接触器电气控制电路图分析及介绍7 （二）选择电气元件11三、铣床的可编程控制器系统的设计.12 (一)可编程控制器控制系统设计的基本原则 12 （二）可编程控制器系统的设计 13四、总结、16五、参考文献17六、附图17一 、课程设计的内容与要求（一） 课程设计对象简介万能铣床是一种通用的多用途铣床，它可以用铣刀对各种零件进行平面，斜面，沟

5、槽，齿轮及成型表面的加工，还可以加装万能铣头和圆工作台来铣切凸轮及弧行槽。由于这种铣床可以进行多种内容的加工，故称为万能铣床。（二） 机床结构及工作要求万能铣床具有主轴转速高，调速范围宽，操作方便，工作台能自动循环加工等特点，其结构如图A所示。主要由底座，床身，悬梁，刀杆支架，工作台，溜板和升降台等部分组成。图A 卧式万能铣床外形结构图1-底座 2-主轴电动机 3-床身 4-主轴 5-悬梁 6-刀杆挂脚7-工作台 8-工作台左右进给操作手柄 9-滑座 10-工作台前后上下操作手柄 11-进给变手柄及变速盘 12-升降工作台 13-进给电动机 14-主轴变速盘 15-主轴变速手柄铣刀装在与主轴连

6、在一起的刀杆支架上，在床身的前面有垂直导轨，升降台沿其上下移动；在升降台上面的水平导轨上，装有可在平行与主轴轴线方向移动（横向移动）的溜板，在溜板上部转动部分的导轨上可作垂直与主轴轴线方向的移动（纵向移动），这样，工作台上的工件就可以在六个方向（上，下，左，右，前，后）进给。为了加快调整工件与刀具之间的相对位置，可以改变传动比，使工作台在六个方向上作快速移动。此外，由于转动部分相对于溜板可绕垂直轴线左，右转一个角度（通常为45度），因此可以加工螺旋槽。工作台上还可以安装圆工作台以扩大铣削能力。由上述可知，万能铣床的运动方式有：主运动：铣刀的旋转。进给运动：工作台在六个方向上的运动。辅助运动：工

7、作台在六个方向上的快速运动。（三）电力拖动及控制要求 X62W万能铣床的电力拖动及控制要求如下：（1） 铣床的主运动和进给运动之间没有速度比例协调的要求，各自采用单独的笼型异步电动机拖动。（2） 为了能进行顺铣和逆铣加工，要求主轴能够实现正，反转。（3） 为提高主轴旋转的均匀性并消除铣削加工时的震动，主轴上装有飞轮，其转惯量较大，因此要求主轴电动机有停车制动控制。（4） 为适应加工的需要，主轴转速与进给速度应有较宽的调节范围。X62W铣床采用机械变速的方法，为保证变速时齿轮易于齿合，减小齿轮端面的冲击，要求变速时有电动机瞬时冲动。（5） 进给运动和主轴运动应有电气联锁。为了防止主轴未转动时，工

8、作台将工件送进可能损坏刀具或工件，进给运动要在铣刀旋转后才能进行。为降低加工工件的表面粗糙度，加工结束必须在铣刀停转前停止进给运动。（6） 在六个方向上运动要有联锁，在任何时刻，工作台在上，下，左，右，前，后六个方向上，只能有一个方向的进给运动。（7） 为了适应工作台在六个方向上运动的要求，进给电动机应能正，反转。快速运动由进给电动机与快速电磁铁配合完成。（8） 圆工作台运动只需一个转向，且要与工作台进给运动有联锁，不能同时进行。（9） 冷却泵电动机M3只要求单方向转动。（10） 为操作方便，应能在两处控制各部件的启动和停止。二 、电气控制电路设计（一）继电器-接触器电气控制电路图分析及介绍1

9、主轴电动机控制 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预选确定。转换开关触点动作见表1。主轴电动机的起动、停止由接触器控制，接触器及电阻和速度继电器组成停机反接制动控制。表1 转换开关动作表触点线端标号操作手柄位置顺铣停止逆铣+（1）主轴电动机起动 接通电源开关，选择主轴电动机转向，操作转换开关于所需位置。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、和、实现两地控制。按下按钮或，接触器得电，主触点闭合并自锁，主轴电动机按预选方向起动，带动主釉、铣刀旋转，同时速度继电器常开触点闭合，为停机反接制动作准备。（2）主轴电动机停机 按下停机按钮或。接触器失电，切断正序

10、电源，同时接触器得电，电动机串电阻实现反接制动，当主轴电动机转速低于120，触点断开，断电，电动机反接制动结束；停机操作时应注意在按下或要按到底，否则反接制动电路未接入，电动机只能实现自然停机。如果在按下按钮时间太短，反接制动的时间也太短，制动效果差，因此，操作时要在主轴快停机时再松开按钮。（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，主轴电动机瞬动一下而实现。 主轴处于停车状态时，操作变速手柄，触动冲动开关使接触器瞬时得电，电动机定子串电阻冲动一下，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，

11、操作时也触动冲动开关，使接触器失电，得电一下进行反接制动，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工作台进给运动控制 工作台的进给运动需在主轴起动之后进行。接触器常开触点（1112）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驱动，通过电动机的正、反转及机械结构的联合动作，来实现六个方向的进给运动。控制工作台运动

12、的电路是与左、右机械操作手柄联动的行程开关、及与前、后、上、下操作手柄联动的行程开关、组成复合控制。这时圆工作台开关在断开位置，即触点（1718）和（1222）接通，（1219）断开，进给电动机通过工作台方向操作手柄进行控制。圆工作台开关动作表见表2。表2圆工作台开关动作表触点线端标号操作手柄位置圆工作台工作圆工作台不工作1718+2219+1222+（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。当将操作于柄扳到向右位置时，行程开关压合，其常开触点（1819）接通，常闭触点（2517）断开，此时，控制电源经（121516171819）接通接触器

13、，吸合，主触点接通电动机正序电源，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，行程开关压合，工作台向左进给运动。若将手柄置于中间位置，、复原，、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，共用一套操作于柄控制，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、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，使或压合接通，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

14、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，使其常闭触点断开，常开触点闭合，控制电源经（12222517l 9）接通线圈，吸合，进给电动机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，进给电动机反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经传动机构驱动。在使用时，首先必须将圆工作台转换开关扳至“接通”位置，即圆工作台的工作位置。此时，的触点（1222）、（1718

15、）断开，（2219）接通，这样就切断了铣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（12151617252219）接通接触器线圈回路，使电动机带动圆工作台作回转运动。由于线圈回路被切断，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动。（4）进给变速冲动 进给变速冲动与主轴变速冲动一样，为了便于变速时齿轮的啮合，电气控制上没有进给变速冲动电路。但进给变速时不允许工作台作任何方向的运动。变速时，先将变速手柄拉出，使齿轮脱离啮合，然后转动变速盘至所选择的进给速度挡，最后推入变速手柄。在推入变速手柄时，应先

16、将手柄向极端位置拉一下，使行程开关被压合一次其常闭触点（1215）断开，常开触点（1519）接通，控制电源经（12222517161519）接通接触器，进给电动机作瞬时转动，便于齿轮啮合。（5）工作台快速移动 铣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决速移动按钮或进行操作。 当工作台已在某方向进给，此时按下快速进给按钮或，使接触器通电，接通快速移动电磁铁，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或时，接触器电磁铁线圈相继断电。衔铁释放，摩擦离合器脱开，快速移动结束，工作台仍按原

17、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。这时应将主轴换向开关扳向“停止”位置，然后按下或，使接触器通电并自锁，操纵工作台手柄，使进给电动机起动旋转。再按下快速移动按钮或，工作台便可在主轴不旋转的情况下实现快速移动。3冷却泵电动机的控制与照明电路 冷却泵电动机通常在铣削时由转换开关操作。当转换开关扳至“接通”位置时，触点 （34）闭合，接触器通电，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输出24安全电压，由开关控制照明灯。4控制电路的联锁与保护 铣床的运动较多，电气控制电路较复杂，为了保证刀具、工件和机

18、床能够安全可靠地进行工作，应具有完善的联锁与保护。（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触点（1112）之后。这就保证了在主电动机起动后，进给电动机才可起动，主轴电动机停止时，进给电动机应立即停止。（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，而铣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、常闭触点支路。当工作台作前、后和上、下方向进给运动时，控制电源必须通过控制右、左进给的

19、行程开关、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。电路中除了通过开关定位联锁外，还必须使控制电路通过、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，动作触点（1215）断开，（1519）接通，因此，控制电源必须经过触点（即圆工作台不工作）和、四个常闭触点（即工作台六个方向均无进给运动），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

20、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、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，、应串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，的常闭触点只串接在进给运动控制支路中。（二）选择电气元件对于电气元件的选择，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

21、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。根据以上步骤及参考资料的查找，制定了本课程设计中继电器元件表（见表4）。表4 电动机和电器元件明细表代 号名 称 型 号QS总电源开关HZ1-60/3SA4主轴顺铣、逆铣及停止开关HZ3-131倒顺SA3冷却泵开关HZ1-10/3FU1熔断器RL1-60/40FU2熔断器R

22、L1-15/10FU3熔断器RL1-15/4FU4熔断器RL1-15/2R电阻器（反接制动用）1A 0.45欧FR1主轴电动机热继电器JR10-10 35 AFR3冷却泵电动机热继电器JR10-10 0.45 AFR2进给电动机热继电器JR2-1 14.214.8 AKM2主轴制动接触器CJO-40KM1主轴启动接触器CJO-40KM3进给正转接触器CJO-20KM4进给反转接触器CJO-20KM5电磁铁接触器JZ7-44 127 VYA牵引电磁铁380 V 150 NM1主轴电动机JOF-52/4M3冷却泵电动机JCB-22M2进给电动机JOF-41/4 TL变压器BK-150 380/12

23、7/36 V SB1主轴启动按钮LA2SB2主轴停止，反接按钮LA2SB5进给快速按钮LA2SQ1工作台向右移动LX3-11HSQ2工作台向左移动LX3-11HSQ4工作台上升（或向前）移动LX2-111SQ3工作台下降（或向后）移动LX2-111KS速度继电器PKCSA5照明灯具JC6-1三、铣床的可编程控制器系统的设计（一）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

24、人员及操作人员紧密配合，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则。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，一方面要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。（二）可编程控制器系统的设计1）PLC的选型 本系统有输入信号有18个，输出信号有6个.通过对可编程器的机型，容量，输入/输出模块，电源等的分析。为此我们选择了FX2N-32MR，同时需要它的扩展模块。3） 主电路和可编程控制器

25、的输入、输出接线图如图2所示。4） 输入输出设备及PLC的I/O元件设置见表5。表5 输入输出设备及PLC的I/O元件设置输入设备PLC输入继电器输出设备PLC输出继电器代号功能代号功能QS控制电路的停止按钮X000KM1M1的启动接触器Y000SB1M1的两地启动按钮X001KM2M1的反接制动接触器Y001SB2M1的两地启动按钮X002KM3M2的正转接触器Y002SB3反接制动两地启动按钮X003KM4M2的反转接触器Y003SB4反接制动两地启动按钮X004KM5电磁铁YA 的接通接触器Y004FR1M1的热继电器动断触点X005KM6冷却泵启动接触器Y005KSM1的主轴速度继电器

26、X006SQ7主轴变速手柄X007SA1进给控制电路开关X010SA2进给控制电路开关X011SQ1工作台的向右的行程开关X012SQ2工作台的向左的行程开关X013SQ3工作台的向上或向后的行程开关X014SQ4工作台的向下或向前的行程开关X015SQ6工作台的变速的行程开关X016SB5工作台的快速移动控制按钮X017SB6工作台的快速移动控制按钮X020SA3冷却水泵启动及断开开关X021FR2M2的热继电器动断触点X022FR3M3的热继电器动断触点X0235） 指令表6） 根据第一部分所提出的铣床的电气控制要求，以及所设计的继电器-接触器控制电路设计方案，设计了铣床的PLC控制方案。

27、指令表如表6所示.表6 铣床的PLC控制指令语句表段指令功能说明1LDI X000为主轴电动机M1的开启做准备.M1运转和进给电动机M2冷和却泵M3运转的辅助继电器M110，按下SB停止按钮，或者FR1，FR3断开，整个控制电路失电，M1M2M3电动机都停转ANI X005ANI X023MC NO M1102LD X001开始执行MC指令，为主轴电动机M1的开启做准备，辅助继电器为M101。按下SB1或者SB2中的任意一个按钮，M101线圈得电，同时保证与按钮SB3.SB4.互锁。防止误操作；同时M101自锁。OR X002OR M101ANI X003ANI X004OUT M1013LD

28、 M101主轴电动机M1的开启的延时启动。延时启动0.5S，防止误操作。OUT T200 K=50LD T200主轴电动机M1的开始工作。计时时间到，而且未按下SQ7进行变速操作。而且和Y1互锁。线圈Y0得电，接触器KM1接通，主轴电动机M1开始工作。同时速度继电器KS开始接通，为反接制动做准备。ANI Y001ANI X007OUT Y0004LD X003为主轴电动机M1的反接制动做准备，辅助继电器为M102。按下SB3或者SB4中的任意一个按钮，M102线圈得电，同时保证与按钮SB1.SB2.互锁。防止误操作，同时M1停转，M102自锁.OR X004OR M102ANI X001 AN

29、I X002ANI M101OUT M1025LD M102M1电动机停转，反接制动开始，或者在停止或M1运动中进行变速操作。线圈Y1得电，继电器KM2得电，M1电动机停转。开始反接制动，或者按下SQ7进行变速操作，KM2点动控制，同时M1也停转。AND X006ANI Y000OR X007OUT Y0016LD Y000为进给电动机M2运转做准备，辅助继电器为M112。只有在M1电动机工作和FR2同时接通的情况下，进给电动机M2冷却泵M3运转的控制电路才起作用。ANI X022MC N1 M1127LDI X010开始执行MC指令，同时接通进给工作台向上、下，、前、后、左、右六个方向的控制

30、电路。辅助继电器为M107。按下SA2开关，断开SA1开关，为进给工作台向上、下，、前、后、左、右六个方向的运动控制做准备。AND X011OUT M1078LD X010断开进给工作台向上、下，、前、后、左、右六个方向的控制电路。同时接通圆工作台的正转电路，辅助继电器为M108按下SA1开关，断开SA2开关，断开进给工作台向上、下，、前、后、左、右六个方向的控制电路。同时接通圆工作台的正转电路.ANI X011ANI M107OUT M1089LD X014为工作台向下做准备，辅助继电器为M103。按下行程开关SQ3后，X12得电，同时和其它方向的运动互锁。线圈M103得电，为工作台向下或者

31、向前做准备。ANI X012ANI X013ANI X015OUT M10310LD X012为工作台向右做准备，辅助继电器为M104。按下行程开关SQ1后，X10得电，同时和其它方向的运动互锁。线圈M104得电，为工作台向右做准备。ANI X013ANI X014ANI X015OUT M10411LD M107为进给工作台的变速M2正转瞬动做准备。辅助继电器为M109当M107得电后，同时和反转互锁。同时按下SQ6行程开关辅助继电器M109线圈得电为进给工作台的变速M2正转瞬动做准备。ANI Y003AND X016OUT M10912LD M103进给电动机M2正转，是工作台向下向前向右

32、运动，或者瞬时冲动变速。只要M103.M104任意一个得电，同时M107得电线圈Y2得电，同时自锁，与Y3互锁，KM3得电M2电动机正转，如果M108或者M109得电，KM3同样得电M2电动机正转实现圆工作台的运动或者或者瞬时冲动变速。OR M104OR Y002AND M107OR M108ANI Y003OR M109OUT Y00213LD X015为工作台向上或者向后做准备，辅助继电器为M105。按下行程开关SQ4后，X13得电，同时和其它方向的运动互锁。线圈M105得电，为工作台向上或者向后做准备。ANI X012ANI X013ANI X014 OUT M10514LD X013为

33、工作台向左做准备，辅助继电器为M106。按下行程开关SQ2后，X11得电，同时和其它方向的运动互锁。线圈M106得电，为工作台向左做准备。ANI X012ANI X014ANI X015OUT M10615LD M105进给电动机M2反转.实现工作台的向上向后向左的运动.只要M105M106任意一个得电，同时M107得电线圈Y3得电，同时自锁，与Y2互锁，KM4得电M2电动机反转.OR M106AND M107ANI Y002OUT Y00316LD X017实现进给工作台在每个方向的快速移动,此处为点动控制按下SB6或者SB5中的任意一个,线圈Y4得电,继电器KM5得电,电磁铁YA得电.OR X020OUT Y00417LD X021冷却泵启动工作按下开关SA3,X17得电,线圈Y5得电,继电器KM6得电,冷却泵启动工作.OUT Y00518MCR N1执行MCR NI指令回到M1未开启状态或者FR2烧断，19MCR N0执行MCR N2指令回到未按SB状态或者FR1、FR3任意一个烧断20END程序结束铣床工作过程结束FR3M3的热继电器动断触点X0237）