铣床电气控制设计要点.doc

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1、铣床电气控制设计设计说明书铣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、铣床的概述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15一铣床的概述铣床按照结构形式和加工性能的不同，铣床可分为立铣、卧铣、龙门铣、仿形铣和专用铣床。铣销加工一般有顺铣和逆铣两种形式，铣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，工作台的快速移

2、动，及圆工作台的旋转 运动为辅助运动。铣床工作台可在垂直、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：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。转换开关触点动作下见表2-1。主轴电动机的起动、停止由接触器控制，接触器及控制的电路组成能耗制动停机。表2-1 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

3、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，带动主轴、铣刀旋转（2）主轴电动机停机 按下停机按钮或。接触器失电，切断正序电源，同时接触器得电，电动机串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，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，操作时也触动冲动开关，使接触器失电，得电一下进行能耗制动，使主轴转速迅速下降，以

4、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。2.2工作台进给运动控制 工作台进给运动包括工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。其中在铣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

5、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，即触点和接通，断开，进给电动机通过工作台方向操作手柄进行控制。圆工作台开关动作见表2。表2圆工作台开关动作表触点操作手柄位置圆工作台工作圆工作台不工作+（1

6、）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，行程开关压合，其常开触点（1819）接通，常闭触点（2122）断开，此时，控制电源经（12141516171819）接通接触器，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

7、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（121421221718l 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

8、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、断开，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（1214151617222119）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）工作台快速移动 铣床工作台除能实现进给运动

9、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

10、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。2.3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。在主轴电机启动之后将转换开关扳至“接通”位置时，触点闭合，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。2.4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、工件和机床能够安全可靠地进行工作，应具有完善的联锁与保护。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

11、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

12、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（1415）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

13、，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。三设计分析该铣床有3台电动机： 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

14、机，然后才能开动进给电机。停车时，进给电机先 停或同时停。铣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。总的来说对于铣床设计具有以下特点： 1、用换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

15、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

16、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：旋钮式手动旋转进行操作；指示灯按钮内装入了信号指示灯；紧急式装有蘑菇形式旋帽，用于紧急操作；等等。一

17、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，开关的额定电流一般取电动机额定电流的1

18、.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，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，LXW11型和JLXK-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

19、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

20、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 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3

21、80V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

22、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

23、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

24、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LX-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JR10-10FU1FU3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

25、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 在设计继电器-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

26、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，SB5，SB6，SQ1SQ7。 输出设备：接触器KM1KM5，电磁铁YA及照明灯等。5.2.3选择可编程控制器本系统有输入信号19个，输出信号7个，均为开关量。根据输入/输出点数，类型及控制要求，同时考虑到维护，改造和经济性等诸多因素，由参考文献1表5-1选择可编程控制器型号为-001，共有24个输入点，24个输出点，可满足控制要求。 六设计总结本次课程设计是对我们所学机床电气控制技术课程的检验，是一次综合性较强的

27、应用。通过这次课程设计，帮助我们认识并改正自己的不足，从理论实践的角度将所学知识加以应用，为以后的学习打下坚实的基础。对于现在的我们而言，这次课程设计其实是有点挑战的，因为机床电气课程是在上个学期所学的内容，经过半年的时间，有些知识确实已经遗忘得差不多了。利用这次课程设计，使我们再次拿起书本，回忆曾经学过的知识，查漏补缺，更让我们深刻认识到，学习不是一蹴而就的事情，得坚持。这次课程设计主要是对铣床的电气控制系统的设计，通过对铣床的构造及其工作原理的了解，建立铣床的电气控制系统和PLC控制系统。这一步骤是需要付出努力的。网上查资料，图书馆等都是我们获取将资料的途径。这次课程设计也锻炼了我们的团队

28、协作能力。通过分工合作，我们也尝试了合作的愉快。使得我们设计的铣床电气控制系统及PLC控制系统基本能达到预定的设计要求。通过这次的课程设计，我学到了很多知识。对继电器控制原理以及PLC控制原理也有了深入的理解。能较熟练的选择各电气元件型号，分析电路图，会简单的编程等各个方面的知识都有了提升。但是依然存在着缺陷，我明白自己依然存在着许多不足，所以在以后的学习中，我会尽最大的努力去学习以及运用。课程设计是促使我们将所学理论知识加以实践的的过程，更帮助了我们深入体会所学知识的重要性。能完成这次课程设计，同学之间的协作以及老师的教导是非常之重要的。正因为如此，我才能圆满地完成这次课程设计。由衷地感谢老师及同组的同学们。七参考文献1张万奎等编，机床电气控制技术，北京大学出版社，20072许翏，王淑英主编,电气控制与应用，机械工业出版社，2005