设计一台专用铣床的液压系统及钻床钻孔加工过程自动控制电路设计

皖西学院本科课程设计⑧反向制动F=F+F-F=0.1F+400-F=376.49N3液压缸在各阶段的负载各工作阶段计算公式计算结果（N）启动和加速F=F+F+F956.85快速下降F=F+F444.44减速F=F+F-F391.59工作进给F=F+F+F1o444.44制动F=F+F-F429.34反向启动F=F+F+F956.85快速上升F=F+F444.44反向制动F=F+F-F376.49绘制工况图绘制工况图工况图二、计算液压缸尺寸和所需流量工作压力的确定工作压力可根据最大负载来确定，最大负载为10444.44N现按表1有关要求，取工作压力P=2.5MPa表1负载F/kN<55~1010~2020~3030~50＞50工作压力0.8~11.5~22.5~33~44~5≥5~72、计算液压缸尺寸液压缸的有效面积==液压缸内径DD=根据第4章有关要求取标准值D=80mm（表格如下）液压缸内径尺寸系列mm810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200220250320400500630（2）活塞杆直径要求快进与快退的速度相等，故用差动连接的方式。所以取d=0.7D=56mm，再取标准值为d=55mm。（表格如下）活塞杆直径尺寸系列mm456810121416182022252832364045505563708090100110125140160180200220250280320136400（3）缸径、杆径取标准值后的有效面积无杆腔有效工作面积为=活塞杆面积为有杆腔有效工作面积为3、确定液压缸所需的流量快进流量=11L/min快退流量=工进流量三、确定液压系统方案，拟定液压原理图1、选择液压回路①调速、回路与动力源由工况图可以看到，液压系统在快速进退阶段，负载压力较低，流量较大，且持续时间较短；而系统在工进阶段，负载压力较高、流量较小，持续时间较长。同时注意到铣削加工过程中铣削里的变化和顺铣及逆铣两种情况，为此，采用回油路调速阀节流调速回路。这样，可以保证进给运动平稳性和速度稳定。在确定主要参数时，已决定快速进给时液压缸采用差动连接，所以所需动力源的流量较小，从简单经济学观点，此处选用单定量泵供油。②油路循环方式由于上已选用节流调速回路，系统必然为开式循环方式。③换向与速度换接回路综合考虑到铣床自动化程度要求较高、但工作台终点位置的定位精度要求不高、工作台可机动也可手动、系统压力低流量小、工作台换向过渡位置不应出现液压冲击等因素，选用三位四通“Y”型中位机能的电磁滑阀作为系统的主换向阀。选用二位三通电磁换向阀实现差动连接。通过电气行程开关控制换向阀电磁铁的通断电即可实现自动换向和速度换接。④压力控制回路在泵出口并联一先导式溢流阀，实现系统的定压溢流，同时在溢流阀的远程控制口连接一个二位二通的电磁换向阀，以便一个工作循环结束后，等待装卸工件时，液压泵卸载，并便于液压泵空载下迅速启动。图三专用铣床工作台液压系统1—过滤器2—双联叶片泵3—压力表开关5—先导式溢流阀6—二位二通电磁换向阀7—单向阀8—三位四通电磁换向阀9—单向调速阀10—二位三通电磁换向阀11—液压缸表4动作顺序表信号来源动作名称电磁铁工作状态1YA2YA3YA4YA按下启动按钮工作台快进+-++压下工进行程开关工作台工进+--+压下快退行程开关工作台快退-+-+压下液压泵卸载行程开关液压泵卸载注：“+”——通电；“-”——断电。行程开关安装在液压缸经过的路径上。快进回路：进油：1→2→7→8→11;回油：10→8。工进回路：进油：1→2→7→8→11;回油：10→9→8→油箱。快退回路：进油：1→2→7→9→10;回油：11→8→油箱。卸载：1→2→5→6→油箱。五，液压泵的选择计算泵的压力泵的工作压力可按缸的工作压力加上管路和元件的压力损失来确定，所以要等到求出系统压力损失后，才能最后确定。采用调速阀调速，初算时可取=0.5~1.2MPa。考虑背压，现取。表3系统结构情况总压力损失一般节流阀及管路简单的系统0.2——0.5若进油路有调速阀及管路复杂的系统0.5——1.5采用补油泵补油的闭式系统1.0——1.5采用复杂的高压工程1.2——3.0泵的工作压力P初定为P=P+=2.5+1=3.5MPa计算泵的流量快速进退时泵的流量由于液压缸采用差动连接方式,而而有杆腔有效面积A2大于活塞杆面积A3,故在速度相同的情况下,快退所需的流量大于快进的流量,故按快退考虑。快退时缸所需的流量qkt=12L/min，故快退时泵应供油量为qktb=12=13.2L/min式中，K为系统的泄漏系数，一般取K=1.1~1.3，此处取1.1。工进时泵的流量工进时缸所需的流量qgj=0.5L/min,故工进时泵应供流量为qgjb=Kqgj=1.1×0.5=0.55L/min考虑到节流调速系统中溢流阀的性能特点，需加上溢流阀的最小溢流量（一般取3L/min），所以qgjb=0.55+3=3.55L/min根据专用铣床的具体情况，从产品样本中选用YB-4/10型双联叶片泵。此泵在快速进退时（低压状态下双泵供油）提供的流量为qmax=4+10=14L/min≈qktb在工进时（高压状态下小流量的供油泵）提供的流量为qmin=4L/min>qgjb故所选泵符合系统要求。验算快进﹑快退的实际速度当泵的流量规格确定后，应验算快进﹑快退的实际速度,与设计要求相差太大则要重新计算。3、确定油管尺寸（1）油管内径的确定可按下式计算：d=泵的最大流量为14L/min，但在系统快进时，部分油管的流量可达28L/min，故按28L/min计算。取v为4m/s，则d=其中速度v=4m/s是在下表中查的。表为液压系统管路推荐速度压力管内油液的压力/MPaV（m/s）2．52.5~353.5~4104.5~5205~6〉206~7.6（2）按标准选取油管可按标准选取内径d=12mm、壁厚为1mm的紫铜管。确定油箱容量本设计为中压系统，油箱有效容量可按泵每分钟内公称流量的5~7倍来确定。油箱有效容量为<<钻床钻孔加工过程自动控制电路设计>>设计报告目录摘要关键字…………………1系统概述1.1设计任务及要求………………11.2系统框图及实现的原理………2第2章系统单元的设计与分析2.1自动循环………………………22.2无进给切削……………………32.3方案的总体设计………………4第3章系统电路元器件参数计算及选择3.1电动机的选择…………………53.2低压断路器的选择……………53.3熔断器的选择…………………63.4交流接触器的选择……………63.5继电器的选择…………………63.6控制开关的选择………………73.7指示灯的选择………………73.8控制变压器的选择……………83.9电缆线的选择………………8第4章电气安装接线图的设计4.1电气安装接线图的原则………8第5章总结及致谢………8参考文献…………9附图一元器件清单………9附图二完整的系统电气图……………10摘要：在现代工业生产中，为了提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的劳动负担，要求实现整个生产工艺过程全盘自动化。例如机床的自动进刀、自动退刀、工作台往复循环等加工过程自动化，高炉实现整个炼铁过程的自动化等等。由于自动化程度的提高，只有简单的联锁控制已不能满足要求，需要根据工艺过程的特点进行控制。这里我们以钻孔加工过程自动化为例介绍实际生产过程自动化的一个重要的基本规律——按控制过程的变化参量进行控制的规律，本文将详细介绍切削加工刀架控制电路系统的设计思路、过程及原理分析，该系统可以实现刀架的自动循环、无进给切削以及快速停车。最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求，设计方案要合理，机械设计与电气设计应相互配合，确保控制系统安全可靠地工作。关键字：刀架无进给切削自动循环第1章系统概述1.1设计任务及要求。图示1-1出钻床钻孔加工时刀架的自动循环过程。具体要求如下：图示为钻床切削加工示意图，钻头和刀架分别由两台5.5kw电机控制、驱动；刀架能够从A点移动到B点自动停车进行无进给切削加工，当孔的加工精度达到要求后自动回到A点停车。设计相应的控制电路完成上述过程的控制，同时利用热继电器实现电机的过载保护。画出控制连接图，分析其工作原理；撰写设计报告、调试报告、设计心得。1.2系统框图及实现的原理1.2.1系统框图控制装置控制对象命令信号控制装置控制对象命令信号机械运动图1-2按参量变化进行控制的结构1.2.2系统具体实现方案本系统采用继电器为主要控制器件，通过控制电机正反转实现刀架的进退，采用行程开关实现自动循环，利用时间继电器确定无进给切削时间，停车时为了减少辅助工时，采用反接制动来实现快速停车。系统主要由自动循环、无进给切削和快速停车三个环节组成。控制方案的实现流程如图1-3：刀架刀架初始位置行程开关SQ2延时到正转停转行程开关SQ1反转从图1-3控制方案的流程图第2章系统单元的设计与分析下面针对控制过程中各自的特殊矛盾，采用不同的控制方法加以解决。2.1自动循环为实现刀架自动循环，对电动机的基本要求仍然是启动、停转和反向控制，所不同的是当刀架运动到位置B时能自动地改变电动机工作状态。总之控制对象要求控制装置根据控制过程位置来改变或终止控制对象的运动。在实现刀架自动循环过程中，最理想的方法就是由控制装置直接反映控制过程变化参数——行程，使刀架在运动到位置B或A时自动发出控制信号进行控制。通常采用直接测量位置信号的元件——行程开关来实现这一要求。采用行程开关直接测量刀架的行程位置，实现钻削加工自动循环。设计出的控制线路如图2-1所示。刀架自动循环的控制线路设计这类电路时大体遵循以下步骤：1.首先设计主电路因要求电动机实现正反向运转，故采用正反两个接触器KM1和KM2以通、断电路和改变电源相序，如图1-3中主电路所示。2.确定控制电路的基本部分如起、停按钮及自保环节等，如图1-3所示的控制电路为刀架前进、后退的基本控制线路。3.设计控制电路的特殊部分在本线路中特殊部分是指自动循环的控制。这里采用行程开关SQ1和SQ2分别作为测量刀架运动到位置A和B的测量元件，由它们给出的控制信号通过接触器作用于控制对象。将SQ2的常闭触头串于正向接触器线圈KM1电路中。SQ2的常开触头于反向起动按钮并联。这样，当刀架前进到位置B时，SQ2动作，将KM1切断；KM2接通，刀架自动返回。SQ1的任务是使电动机在刀架反向运动到位置1时自动停转，故将其常闭触头串联于反向接触中，刀架退回到位置A，撞击SQ1，刀架自动停止运动。4.设置必要的保护环节这里采用了熔断器和热继电器分别实现短路和过载保护。5.综合审查与简化设计线路上述设计是依据各部分的要求局部进行的。组成一个整体控制线路后需要全面考虑，检查其动作是否无误，有无寄生电路，能否进一部减少电气元件或触头。这样对任何按行程控制的自动控制线路，根据生产工艺要求，用行程作为控制信号，采用行程开关作为测量元件，再将这个变化参量反馈回来作用于控制装置，以达到对控制对象进行自动控制对象进行自动控制的目的。这一过程可用结构图1-2表示。2.2无进给切削为了提高加工精度，当刀架移动到位置B时，要求无进给情况下继续切削，短暂时间后刀架再开始退回。这一控制信号严格讲应根据切削表面情况进行控制。但切削表面不易直接测量，因此不得不采用间接参数——切削时间来表征无进给切削过程。切削时间可采用时间继电器来反映。采用时间继电器来间接测量无进给切削过程的控制电路在图2-1的基础上增加了时间继电器KT，如图2-2所示（主电路相同不在绘出）。当刀架到达位置B撞击行程开关SQ2，使其常闭触头切断正向接触器KM1，使电动机停止，工作刀架不再进给，但钻头继续旋转进行无进给切削。同时SQ2的常开触头接通时间继电器KT的线圈，开始计算无进给切削的时间。到达预定的无进给切削时间后，时间继电器继续动作，使反向接触器KM2线圈通电吸合，于是刀架开始返回。时间继电器的延时值应根据无进给切削所需要的时间进行调整。2.3方案的总体设计上面阐述了按照联锁控制的规律和按照控制过程变化参量进行控制的基本规律。根据这些基本规律结合生产机械的要求，本系统的总体设计如下图2-4：钻床钻孔加工电路的总体设计图按下启动按钮SB2——KM1线圈通电、自锁——电机正转，刀架前进。到达B时，撞击行程开关SQ1——其动断触点断开，KM1线圈失电，电机停止正转，刀架停止进给，钻头则继续旋转。同时SQ1的动合触点接通时间继电器KT的线圈电路，开始无进给切削计时。KT延时时间到后，延时动合触点闭合--KM2线圈通电并自锁，其主触点闭合--电动机反转，刀架开始返回，到达位置A时，撞击行程开关SQ2，其动断触点断开，KM2线圈失电，电动机停止运转，一个周期的工作结束。第3章系统电路元器件参数计算及选择3.1电动机的选择在电动机类型的选择中，优先考虑采用结构简单、价格便宜、使用维护方便的三相交流异步电动机，如一般机床、自动生产线、传送带、风机及各类机泵等电力拖动场合，大量选用普通三相鼠笼式异步电动机。在本切削加工刀架电路设计中，我们优先选取Y系列电动机Y132S-4。Y系列电动机为全封闭自扇冷式三相鼠笼型异步电动机，按照国际电工委员会（IEC）标准设计的，本系列电动机具有体积小、重量轻、运行可靠，结构坚固，外形美观等特点，起动性能好，具有效率高等特点，达到了节能效果。而且噪声低、寿命长、经久耐用。Y系列电动机适用于空气中不含易燃、易爆或腐蚀性气体的场所，例如金属切削、泵、风机、运输机、农业机机械等。电动机Y132S-4的参数如下表：型号功率千瓦（KW）电流（安）转速（转每分）效率（%）功率因数（COSφ堵转转矩/额定转矩堵转电流/额定电流最大转矩/额定转矩Y132S-45.511.6144085.50.842.27.02.2我们采取直接启动，启动电流较大，可以达到额定电流的4~7倍，对于某些国产笼型异步电机甚至可以达到8~12倍，我们可取其启动电流I1st=11.6*8=92.8A。3.2低压断路器的选择低压断路器又称为自动空气开关，可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。它功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电路。自动空气开关的一般选用原则是：1、自动空气开关的额定电压≥线路额定电压（380V）。2、自动空气开关的额定电流≥线路计算负载电流。3、热脱扣器的整定电流=所控制负载的额定电流。4、电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流≥负载电路正常工作时的峰值电流。5、自动空气开关欠电压脱扣器的额定电压=线路额定电压（380V）。对于保护鼠笼型的异步电动机其瞬时电流整定值为8－15倍电动机的额定电流，这里取15倍即I=15×11.6＝174A。根据要求采用DW15-200型（额定电流为200A，过流脱扣器范围为60～200A，额定电压为380V，电流的有效值为20A）。3.3熔断器的选择

熔断器主要由熔体、安装熔体的熔管和熔座三部分组成。熔断器一般不宜作过载保护主要用作短路保护。熔断器的类型应满足电路要求；熔断器的额定电压应大于或等于电路的额定电压；熔断器的额定电流应大于或等于所装熔体的额定电流。熔体的额定电流可以有以下几种选择：1.对于阻性负载的保护，应使熔体的额定电流等于或稍大于电路的工作电流，即：；2.对于一台电动机的短路保护，考虑到电动机的起动冲击电流的影响，可按下式选择：；3.对于多台电动机应按下式计算：∑IN轻载及起动时间短时，系数取1.5，起动负载较重及起动时间长，则取2.5。3.4交流接触器的选择正确地选择接触器就是要使得所选用的接触器的技术数据，能满足控制线路对它提出的要求，选择接触器可按下列步骤进行：1.根据接触器的任务，确定用哪一系列的接触器；2.根据接触器所控制电路的额定电压确定接触器的额定电压；3.根据被控制电路的额定电流及接触器安装的条件来确定接触器的额定电流。如接触器在长期工作制下使用时，其负载能力应适当降低。这是因为在长期工作制下，触点的氧化膜得不到清除，使接触电阻增大，因而必须降低电流值以保持锄头的允许升温；4.一般情况下对于控制主电路为交流的应采用交流的控制电路。电磁线圈的额定电压要与所接的电源电压相符，且要考虑安全和工作的可靠性。交流电磁线圈的电压等级有：36V、110V、127V、220V和380V等；直流电磁线圈的电压等级有：24V、48V、110V、220V和440V等；5.对于某些机械设备对接触器的固有吸合时间、固有释放时间及释放电压所提出的要求也应予以考虑。这里采用的电动机是小容量笼型电动机，故使用AC3类能满足要求，工作电压是交流380V，交流接触器主触头额定电流可按下面经验公式计算

Iec=1000Pe/KUe

式中Iec－主触头的额定电流(A)，Pe－电动机的额定功率(KW)

Ue-电动机的额定电压(V)，K－系数，取1～1.4这里Iec＝1000*5.5/(1.2*380)=12A,故采用CJ20-16A交流接触器。3.5继电器的选择3.5.1时间继电器的选择时间继电器的种类很多，选择时主要考虑控制线路提出的技术要求，如电源电压等级、电压种类（交流还是直流）以及触点的型式（瞬时触点还是延时触点）、数量、延时时间等。此外在满足技术要求的前提下尽可能选择结构简单、价格便宜的型号。这里要求延时精度不高，而且是用于交流电压的，故可采用空气阻尼式延时继电器JS7-2A型（触头额定电压380，吸引线圈电压为220V,触头额定电流为5A,延时范围0.4～60S,通电延时型，延时触头和瞬动触头的常开常闭各有1个）。

3.5.3热继电器的选择一般情况下，可选用两相结构的热继电器；对电网电压严重不平衡、工作环境恶劣或较少有人照管的电动机，可选用三相式结构的热继电器；对于三角形接线的电动机，为了进行断相保护，可选用带断相保护的装置的热继电器。热继电器的具体选择如下：1.保护电动机的额定电流，一般选用热继电器额定电流的0.95~1.05倍。2.根据需要的整定电流值选择热继电器热元件的编号和额定电流。选择时应使热元件的整定电流等于电动机的额定电流，同时整定电流应留有一定限度的上、下调整范围。在重载起动以及起动时间较长时，为防止热继电器误动作，可将热元件在起动期间予以短路。常用的热继电器有JR16、JR20、JRS1、T系列等，通过计算，我们选用JR16B-20/3。3.6控制开关的选择3.6.1行程开关的选择

行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。行程开关按其结构可分为直动式（如LX1、JLXK1系列）、滚轮式（如LX2、JLXK1系列）和微动式（如LXW-11、JLXK1-11系列）3种。由于行程开关触头的分合速度取决于机械的移动速度，当速度太低时，主触头分断能力太慢，易受电弧烧坏，故应选用有盘型弹簧机构瞬时动作的滚轮式行程开关。JLXK1系列适用于交流50-60Hz;AC380V;DC220V;电流5A的控制线路中，作为限制机床自动控制、限制运动机构动作或自动化程序控制之用应用范围机床自动控制，限制运动机构动作或程序控制技术参数，这里采用JLXK1-111型。3.6.2启动按钮的选择应选用带有绿色指示灯的起动按钮，且按照GB5226-1985对按钮开关的颜色及指示灯颜色含义的规定选，常用的按钮有LA2，LA10，LA19及LA20等。这里采用LA19-11D型（指示灯6.3V）。3.6.3停止按钮的选择应选用带有红色指示灯的停止按钮，采用LA19-11D型（指示灯6.3V）。3.7指示灯的选择选用两种不同颜色的XD1型（6.3V,0.05A）。3.8控制变压器的选择用于照明和指示灯用，选CXB—100（输入380V输出220V6.3V）。3.9电缆线的选择在电气安装接线图中，我们可以选用铜芯橡皮绝缘电缆或者铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆。其型号为BBX-4（铜芯橡皮绝缘电缆-4平方）或NA-VV、NB-VV。电气安装接线图的设计4.1电气安装接线图的原则电气安装接线图是按照电器元件的实际位置和实际接线绘制的，根据电器元件布置最合理、连线导线最经济等原则来安排。它为安装电气设备、电器元件之间进行配线及检修电气故障等提供了必要的依据。绘制安装接线图时一般应遵循一下原则：各电器元件用规定的图形、文字符号绘制，同一电器元件各部件必须画在一起。各电器元件的位置应与实际安装位置一致。不在同一控