1、湖南工業大學課程設計資料袋機械工程學院（系、部）2014 2015 學年第 二 學期課程名稱 機電控制技術指導教師吳吉平 職稱 教授學生姓名 高東 專業班級 機設1204學號 1212110110題目鉆床的電氣控制系統設計成績起止日期 2015年_5_月_28_日2015年_6_月_3_日目 錄清單序號材料名稱資料數量備注1課程設計任務書12課程設計說明書13課程設計圖紙張湖南工業大學課程設計任務書20102011學年第一學期機械工程學院（系、部）機械設計制造及其自動化專業 機設07班級課程名稱： 機電控制技術設計題目：搖臂鉆床的電氣控制系統設計完成期限：自2015年_5_月_28日至 201

2、5年_6_月日共丄周一、設計的主要技術參數內具體要求見課程設計指導書容二、設計任務及完成系統的繼電器控制原理圖、PLC控制原理圖及設計說明書一份任務三、設計工作量電氣圖23張，說明書不少于 6000字進度 安 排起止日期工作內容5、28講解設計目的、要求、方法，任務分工5. 29根據指導書和任務書要求確定控制系統的輸入輸出點數、類型， 確定輸入、輸出設備及元器件種類、數量，初步選定PLC型號5. 30根據指導書和任務書繪制控制系統工作流程圖，確定每個動作實現和解除必須的條件5 286 1繪制繼電器控制原理圖、電路計算、兀器件選擇列表編制控制系統的 PLC控制程序6 2.6 3編寫設計說明書主要

3、參考資料1、 齊占慶，電氣控制技術課程設計指導書，機械工業出版社，2003。2、 張萬奎等編，機床電氣控制技術，北京大學岀版社，20073、 程憲平主編，機電傳動與控制（第二版），武漢：華中科技大學岀版社，2003年9月4、 石玉珍，電氣制圖及圖形符號國家標準匯編，中國標準岀版社，1989指導教師（簽字）：2015 年 6 月 3 日2015 年 6 月 3 日系（教研室）主任（簽字）：寸 HUMAN UNUVERStTY OF TECHNOLOGY（課程設計名稱）設計說明書（題目）搖臂鉆床的電氣控制系統設計起止日期： 2015年5月28日至 2015年6月_3日學生姓名高東班級機設1204學

4、號1212110110成績指導教師（簽字）機械工程學院（部）2015年6月3日目錄第1章機電控制技術課程任務書 11.1設計目的 11.2課程設計的基本要求 11.3設計運用的基本理論 21.4課程設計任務 3第2章搖臂鉆床簡介及運動分析2.1搖臂鉆床的作用2.2搖臂鉆床結構分析2.3 搖臂鉆床運動分析 2.4 搖臂鉆床對控制的要求第3 章 控制方案設計3.1 課程設計任務要求 3.2 設備電氣控制要求 4 45 5 6 63.3 電動機的選擇 7第 4 章 電氣控制線路要求 4.1 主電路設計4.2 控制電路設計 94.3 PLC 編程 10第 5 章 電氣元件的選擇 125.1 熔斷器的選

5、用 135.2 接觸器的選用 135.3 熱繼電器的選用 145.4 電氣元件細表 15課程小結 1516參考文獻 第一章、機電控制技術課程設計任務書：1.設計目的學習普通機床的電氣控制原理圖及 PLC編程在機床電氣中的應用2.課程設計的基本要求1 主軸電動機控制主軸電動機 M,為單向旋轉，由按鈕 SB、SB2和接觸器KM,實現起動和停止控制。主軸的正、反轉則由 M 1電動機拖動齒輪泵送出壓力油，通過液壓系統 操縱機構，配合正、反轉摩擦離合器驅動主軸正轉或反轉。2搖臂升降控制 搖臂鉆床在加工時， 要求搖臂應處于夾緊狀態， 才能保證加工精度。 但在搖臂需要升降時，又要求搖臂處于松開狀態， 否則電

6、動機負載大， 機械磨損嚴重， 無法 升降工作。 搖臂上升或下降時， 其動作過程是，隨著升降指令發出，先使搖臂與外立柱處于 松開狀態， 而后上升或下降，待升降到位時， 要自行重新夾緊。由于松開與夾緊工作是由液 壓系統實現，因此，升降控制必須與松緊機構液壓系統緊密配合。M2為升降電動機，由按鈕SB3、SB4點動控制接觸器 KM 2、KM3接通或斷開，使M? 電動機正、反向旋轉，拖動搖臂上升或下降移動。M 3 為液壓泵電動機，通過接觸器 KM 4 ， KM 5接通或斷開，使 M 3電動機正向帶動雙 向液壓泵送出壓力油，經二位六通閥至搖臂夾緊機構實現夾緊與松開。下面以搖臂上升為例簡述動作過程：按下SB

7、3按鈕，時間繼電器KT線圈通電，瞬時常開觸點(13-14)閉合，接觸器KM 4線圈得電，液壓泵電動機 M3起動旋轉帶動液壓泵送出壓 力油，同時斷電延時斷開的 KT 常開觸點 (1-17) 閉合，使電磁閥 YV 線圈得電，液壓泵輸出 的壓力油經二位六通閥進入搖臂夾緊機構的松開油腔，推動活塞和菱形塊， 將搖臂松開。 同時，活塞桿通過彈簧片壓上行程開關SQ2發出搖臂已松開信號。此時，SQ2觸點(6-13)斷開，使接觸器KM 4線圈斷電，液壓泵電動機 M3停轉，油路單向閥保壓，搖臂處于松開狀 態。與此同時，SQ2觸點(6-7)閉合，接觸器 KM 2線圈得電，升降電動機 M2得電起動旋 轉，帶動搖臂上升

8、，待搖臂上升至所需位置時，松開按鈕SB2， KM 2 線圈斷電， M 2電動機停轉，搖臂停止上升。同時 KT 線圈也斷電， KT 常閉觸點 (17-18) 瞬時閉合，而其延時 斷開的常開觸點 (1-17) 仍未打開，使電磁閥 YV 繼續得電，同時接觸器 KM 5線圈得電，液 壓泵電動機M3反轉，反向送出壓力油，經二位六通閥反方向推動活塞和菱形塊，將搖臂夾 此文檔僅供學習和交流緊。KT延時打開觸點，經過13s延時后斷開，同時活塞桿通過彈簧壓下行程開關SQ3,使觸點SQ3 (1-17)也斷開，電磁閥 YV、KM 5線圈斷電。液壓泵電動機 M3停轉，搖臂上 升后重新夾緊過程結束。行程開關SQ2為搖臂

9、放松信號開關。行程開關SQ3為搖臂夾緊信號開關。時間繼電器 KT延時斷開常開觸點是為保證當瞬間操作SBs或SB4，使KM 4得電搖臂開始松開后放開 SB3或SB4時，若KM 4過早斷電，可能造成搖臂處于半松開狀態。有 了 KT延時斷開觸電(1-17)后，則能在KT線圈斷電13s內處于閉合狀態，使KM 5線圈得 電，液壓泵電動機 M3反向旋轉，使搖臂重新夾緊，直到延時時間到，KT觸點斷開，SQ3動作， KM 5 斷電為止，這樣就保證了搖臂在加工工件前總是處于夾緊狀態。3夾緊、松開控制 Z3040 型搖臂鉆床除了上述搖臂上升下降過程需要夾緊、松開控制外， 還有主軸箱和立柱的松開、夾緊控制。 主軸箱

10、和主柱的松開、夾緊從液壓系統中看出 二者是同時進行的。當按下松開按鈕 SB5，接觸器KM 4線圈得電，液壓泵電動機 M3正轉，拖動液壓泵輸送出 壓力油， 經二位六通閥， 進入主軸箱與立柱的松開油缸推動活塞和菱形塊， 使主軸箱與立柱 實現松開，此時由于 YV 不得電，壓力油不會進入搖臂松開活塞，搖臂仍處于夾緊狀態。當 主軸箱與立柱松開時，行程開關SQ不受壓，觸點(101-102)閉合，指示燈HLj亮，表示主軸箱與立柱處于松開狀態， 可以手動操作主軸箱在搖臂的水平導軌上移動至適當位置。同時推動搖臂(套在內立柱上)使外立柱繞內立柱旋轉至適當的位置，按下夾緊按鈕SB6，接觸KM 5線圈得電，M3電動機

11、反轉，拖動液壓泵輸送出反向壓力油至夾緊油缸，使主軸箱和 立柱夾緊。同時行程開關SQ4壓下，觸點(101-102)斷開，HLj燈暗，而(101-103)閉合，HL? 燈亮，指示主軸箱與立柱處于夾緊狀態，可以進行鉆削加工。4冷卻泵電動機控制冷卻泵電動機容量小(0.125 kW)，由SA開關控制單向旋轉。5 聯鎖、保護環節電路中利用SQ2實現搖臂松開到位，開始升降的聯鎖控制，利用SQ ,實現搖臂完全夾緊的聯鎖控制。通過KT延時斷開的常開觸點實現搖臂松開后自動夾緊的聯鎖控制。搖臂升降除了按鈕SB4、SB3機械互鎖外，還采用 KM 2、KM 3電氣的雙重互鎖控制。主軸箱與立柱進行松開、夾緊工作時，為保證

12、壓力油不供給搖臂夾緊油路，通 過SB5、SB6常閉觸點切斷YV線圈電路，達到聯鎖目的。電路利用熔斷器 FU 1作為總電路和電動機 M 1、M 4的短路保護。利用熔斷器FU 2作為電動機M2、M 3及控制變壓器T 一次側的短路保護，利用熱繼電器KR1為M1電動機的過載保護，KR2為M3電動機的過載保護。 組合行程開關SQ作為搖臂上升、下降的極限位 置保護， SQ1 有兩對常閉觸點， 當搖臂上升下降至極限位置時， 相應觸點動作切斷與其對應 的上升下降接觸器 KM 2、KM 3，使M2電動機停止轉動，搖臂停止升降，實現升降極限位 置保護，電路中失壓或欠壓保護由各接觸器實現。此文檔僅供學習和交流6照明

13、與信號指示電路通過控制變壓器T降壓提供照明燈 EL安全電壓，由SA2開關操作。熔斷器 FU 3 作為短路保護。當主軸電動機工作時，KM i觸點（101-104）接通，指示燈HL3亮，表示主軸工作；當主軸箱、立柱處于夾緊狀態時，SQ4觸點（101-103）接通，HL?燈亮。主軸箱、立柱處于松開狀態，SQ4觸點（101-102）接通，HL1燈亮。3. 設計需運用的基本理論鉆床是一種孔加工設備，可以用來鉆孔、擴孔、鉸孔、攻絲及修刮端面等多種形式的加工。 按用途和結構分類， 鉆床可以分為立式鉆床、 臺式鉆床、 多孔鉆床、搖臂鉆床及其他專用鉆 床等。在各類鉆床中，搖臂鉆床操作方便、靈活，適用范圍廣，具有

14、典型性，特別適用于單 件或批量生產帶有多孔大型零件的孔加工， 是一般機械加工車間常見的機床。 搖臂鉆床主要 由底座、內立柱、外立柱、搖臂、主軸箱及工作臺等部分組成。主軸箱可在搖臂上移動，并 隨搖臂繞立柱回轉的鉆床。 搖臂還可沿立柱上下移動， 以適應加工不同高度的工件。 較小的 工件可安裝在工作臺上， 較大的工件可直接放在機床底座或地面上。 搖臂鉆床廣泛應用于單 件和中小批生產中， 加工體積和重量較大的工件的孔。 搖臂鉆床加工范圍廣， 可用來鉆削大 型工件的各種螺釘孔、 螺紋底孔和油孔等。 搖臂鉆床的主要變型有滑座式和萬向式兩種。 滑 座式搖臂鉆床是將基型搖臂鉆床的底座改成滑座而成，滑座可沿床身

15、導軌移動， 以擴大加工范圍， 適用于鍋爐、 橋梁、 機車車輛和造船等行業。 萬向搖臂鉆床的搖臂除可作垂直和回轉 運動外，并可作水平移動， 主軸箱可在搖臂上作傾斜調整， 以適應工件各部位的加工。 此外， 還有車式、 壁式和數字控制搖臂鉆床等。 此次試驗就是要將滑座式 Z3040 搖臂鉆床的控制系 統改為PLC控制。搖臂鉆床加工時， 主軸箱緊固在搖臂導軌上， 而外立柱緊固在內立柱上， 搖臂緊固在外 立柱上，然后進行鉆削加工。鉆削加工時，鉆頭一邊進行旋轉切削一邊進行縱向進給，其運動形式為：（1 ）搖臂鉆床的主運動為主軸的旋轉運動；（2）進給運動為主軸的縱向進給；（3）輔助運動有：搖臂沿外立柱垂直移動

16、，主軸箱沿搖臂長度方向的移動，搖臂與外立柱 一起繞內立柱的回轉運動。所運用的知識有液壓控制基礎，繼電器-接觸器控制線路的設計，可編程控制器的基本理論，電動機基本控制線路，其中電氣原理圖，接線圖，還有PLC地形圖，還有一些指令并熟悉PLC編程軟件的使用。4課程設計任務1、機器的機械結構，動作片順序（附圖）等。2、 控制部分（如液壓系統）的原理（附原理圖）。3、電氣傳動的特點及控制要求4、電氣控制線路設計（附圖）5、繪制PLC接線圖，附PLC編程的梯形圖或語句表或 KFC等。第二章搖臂鉆床簡介及運動分析一、搖臂鉆床的作用搖臂鉆床,也可以稱為橫臂鉆。主軸箱可在搖臂上左右移動，并隨 搖臂繞立柱回轉士

17、180º的鉆床（見圖）。搖臂還可沿外柱上下升 降，以適應加工不同高度的工件。較小的工件可安裝在工作臺上，較大的工件可直接放在機床底座或地面上。搖臂鉆床廣泛應用于單件和 中小批生產中，加工體積和重量較大的工件的孔。 搖臂鉆床加工范圍 廣，可用來鉆削大型工件的各種螺釘孔、螺紋底孔和油孔等。搖臂鉆 床的主要變型有滑座式和萬向式兩種。滑座式搖臂鉆床是將基型搖臂 鉆床的底座改成滑座而成，滑座可沿床身導軌移動，以擴大加工范圍， 適用于鍋爐、橋梁、機車車輛和造船，機械加工，等行業。萬向搖臂 鉆床的搖臂除可作垂直和回轉運動外， 并可作水平移動，主軸箱可在 搖臂上作傾斜調整，以適應工件各部位的

18、加工。此外，還有車式、壁 式和數字控制搖臂鉆床等。二、搖臂鉆床的結構分析搖臂鉆床主要由底座、內立柱、外立柱、搖臂、主軸箱及工作臺等 部分組成。內立柱固定在底座的一端，在它的外面套有外立柱，外立柱可繞內立柱回轉360度。搖臂的一端為套筒，它套裝在外立柱做 上下移動。由于絲桿與外立柱連成一體，而升降螺母固定在搖臂上， 因此搖臂不能繞外立柱轉動，只能與外立柱一起繞內立柱回轉。 主軸 箱是一個復合部件，由主傳動電動機、主軸和主軸傳動機構、進給和 變速機構、機床的操作機構等部分組成。主軸箱安裝在搖臂的水平導 軌上，可以通過手輪操作，使其在水平導軌上沿搖臂移動。三、搖臂鉆床的運動分析當進行加工時，由特殊的

19、加緊裝置將主軸箱緊固在搖臂導軌上， 而外立柱緊固在內立柱上，搖臂緊固在外立柱上，然后進行鉆削加工 鉆削加工時，鉆頭一邊進行旋轉切削，一邊進行縱向進給，其運動形 式為：（1）搖臂鉆床的主運動為主軸的旋轉運動。（2）進給運動為主軸的縱向進給。（3）輔助運動有：搖臂沿外立柱垂直移動，主軸箱沿搖臂長度方 向的移動，搖臂與外立柱一起繞內立柱的回轉運動。醫或鉆直ibi a直兇柬圖1-3 Z3040型搖臂鉆床結構圖四、搖臂鉆床對控制的要求（1）搖臂鉆床運動部件較多，為了簡化傳動裝置，采用多臺電動 機拖動。例如Z3040型搖臂鉆床采用4臺電動機拖動，他們分別是主 軸電動機，搖臂升降電動機，液壓泵電動機和冷卻泵

20、電動機，這些電 動機都采用直接啟動方式。（2）為了適應多種形式的加工要求，搖臂鉆床主軸的旋轉及進給 運動有較大的調速范圍，一般情況下多由機械變速機構實現。 主軸變 速機構與進給變速機構均裝在主軸箱內。（3） 搖臂鉆床的主運動和進給運動均為主軸的運動， 為此這兩項 運動有一臺主軸電動機拖動，分別經主軸傳動機構，進給傳動機構實 現主軸的旋轉和進給。（4）在加工螺紋時，要求主軸能正反轉。搖臂鉆床主軸正反轉一 般采用機械方法實現。因此主軸電動機僅需要單向旋轉。（5）搖臂升降電動機要求能正反向旋轉。（6）內外主軸的夾緊與放松、主軸與搖臂的夾緊與放松可用機械操作、電氣一機械裝置，電氣一液壓或電氣一液壓一機

21、械等控制方法 實現。若采用液壓裝置，則備有液壓泵電機，拖動液壓泵提供壓力油 來實現，液壓泵電機要求能正反向旋轉，并根據要求采用點動控制。(7) 搖臂的移動嚴格按照搖臂松開-移動-搖臂夾緊的程序進行。 因此搖臂的夾緊與搖臂升降按自動控制進行。(8) 冷卻泵電動機帶動冷卻泵提供冷卻液，只要求單向旋轉。(9) 具有連鎖與保護環節以及安全照明、信號指示電路。第三章 控制方案設計一、課程設計要求及任務1）設備機械運動部分說明2）主運動：機床主軸可正反轉；直接啟動；停車采用反接制動、 定子回路串如電阻；主軸正轉可電動3）工作臺進給運動：進給運動由主電動機驅動，實現縱向、橫向兩個方向的進給4）快速進給：由快

22、速進給電動機帶動二、設備電氣控制要求1）主電機M1:三相異步電動機（M1能正反轉、反接制動、正向 點動）2）快移電動機：三相異步電動機（單向運轉）3）冷卻泵電動機：三相異步電動機直接由轉換開關控制（控制按 鈕控制、可實現兩地控制）4）主軸機械變速、要求監視主電動機工作電流5）照明電壓24V,控制電壓110V6）要有必要的指示燈三、電動機的選擇（根據功率、轉速等要求選擇）根據P=0.0646D119，因為Z3040搖臂鉆床的最大鉆孔直徑為40mm,所以 P=0.0646*401-19=5.2KW,所以主電機 M1 選擇：Y132S1-2額定功率5.5KW,額定電流11.1A，額定電壓 380V

23、冷卻泵電動機選擇： JCB-22 0.15KW 380V，0.43A 快移電動機選擇: Y160M1-2 11KW，380V，21.8A第四章主電路設計電氣控制線路設計圖3-1電路說明和解釋M1為主軸電機，M2為搖臂升降電動機，M3為液壓泵電動機，M4 為冷卻泵電動機，主電機采用的是串電阻降壓啟動方式，當 KM1打 開，KM6關閉時就進入了啟動模式，當 KM2關閉KM3打開時，M2 電動機正傳，反之反轉，M3與之同理，M4采用的是轉換開關啟動。控制電路設計圖3-2電路說明和解釋SB1,SB2與接觸器KM1構成主電機的啟停控制，M1啟動后， HL3亮。搖臂上升按鈕 SB3,下降按鈕 SB4正反轉

24、接觸器 KM2,KM3組成互鎖。如搖臂電動機不能轉動，由正反轉接觸器KM4，KM5控制液壓泵電動機的正反轉來送出液壓油實現 加緊與松開。斷電延時KT閉合使電磁閥YA得電液壓泵送油。三、PLC編程繪制PLC接線圖，附PLC編程的梯形圖a.繪制PLC接線圖第五章電氣元件的選擇熔斷器的選用熔體的額定電流 I rN=(1.52.5)l Nma+E I N.所以 I rN=63A選用原則及最后型號選擇熔斷器時主要應該選擇熔斷器的類型，額定電壓，額定 電流及熔體的額定電流。FU1 選擇 RT12-A3 FU2, FU3選擇 RT12-A1。接觸器的選用接觸器是一種用來自動接通或斷開大電流的自動電器，主要用

25、來接通或斷開帶有負載上網交，直流主電路或大容量控制電路 選用原則及最后型號選用原則根據額定電壓，額定電流，操作頻率，通斷能力等，本設計主電機 KM1選擇CJ20-16A,其余KM2KM3選擇CJ20-25A。三、 熱繼電器的選用熱繼電器是利用電流的熱效應原理來工作的保護電路。 選擇熱 繼電器時主要根據電動機的額定電流確定熱繼電器的型號， 本設 計選擇JR0-40,熱元件的額定電流為16A。四、電氣元件明細表表4-4M1主軸電動機FU2Ml M2及變壓器一次側的短路保 護熔斷器M2搖臂升降電動機FU3主軸的短路保護熔斷器M3液壓泵電動機FU4工作燈短路保護熔斷器M4冷卻泵電動機YA電磁閥KM1主軸旋轉接觸器SA1機床工作燈開關KM2搖臂上升接觸器FR1M1電動機過載保護用熱繼電器KM3搖臂下降接觸器FR2M3電動機過載保護用熱繼電器KM4主軸箱、立柱、搖臂放松接觸器QS1電源引入開關KM5主軸箱、立柱、搖臂夾緊接觸器QS2冷卻泵工作開關KM6交流接觸器SB1主電動機停止按鈕SB2主電動機啟動按鈕KT放松、夾緊用斷電延時時間繼電器SB3搖臂上升啟動按鈕KT1主軸延時時間繼電器SB4搖臂下降啟動按鈕SQ1搖臂升降極限保護限位開關SB5主軸箱、立柱松開按鈕SQ2搖臂放松用限位開關