钻床钻孔加工过程自动控制电路设计 课程设计.docx

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1、 设计报告目录摘要关键字1第1章系统概述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100皖西学院本科课程设计

2、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

3、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皖西学院本科课程设计1.2.1 系统框图本系统主要由根

4、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。命令信号控制装置控制对象机械运动图 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：从刀架初始位置正转行程开关 SQ2停转反转行程开关

5、SQ1延时到图 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。2皖西学院本科课程设计采用行程开关直接测量刀架的行程位置，实

6、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

7、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

8、，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。3皖西学院本科课程设计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）。

9、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 SB2KM1 线圈通电

10、、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，4皖西学院本科课程设计电机停止正转，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

11、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：最大功率功率堵转转堵转电流 转型号千瓦电流 转速（转

12、（安） 每分） 效率（%）因数矩/额 /额定电 矩/额（KW）（COS 定 转矩流定转矩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 47 倍，对于某些国产笼型异步电机甚至可以达到 812 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

13、、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5皖西学院本科课程设计保护鼠笼型的异步电动机其瞬时电流整定值为 815 倍电动机的额定电流， 这里取 15 倍即 I=1511.6174A。根据要求采用 DW15-200 型（额定电流为200A，过流脱扣器范围为 60200A，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、

14、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： IR I；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： IR = (1.5 2.5)IN ；3. 对于多台电动机应按下式计算：IR (1.5 2.5)INMAX + 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

15、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

16、电压等级有：36V、110 V、127 V、220 V 和 380V 等；直流电磁线圈的电压等级有：24V、48 V、110 V、220 V 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 11.46皖西学院本科课程设计这里Iec1000*5.5/(1.2*380

17、)=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 0.460S,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

18、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 0.951.05 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

19、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

20、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7皖西学院本科课程设计LA20 等。这里采用 LA19-11D

21、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 CXB100（输入 380V 输出 220V 6.3V）。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。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电气安装接线图是按照电器元件的实际位置和实际接

22、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：1. 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。2. 不在同一控制柜或操作台上的电器元件的电气连接必须通过端子排进行。各电器元件的文字符号及端子应与原理图一致，并按原理图的接线进行连线。3. 走向相同的多跟导线可用单线表示，但线径不同的导线例外。4. 画连接导线时，应标明导线的规格、型号、根数等规格要求，以便施工工人员顺利施工。第五章总结及致谢本次课程设计是我收

23、获挺大的一次设计。设计是我们将来必需的技能，这次课程设计恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会。首先，要感谢学校给我这次课程设计的机会，我们能顺利地完成这次课程设计，是离不开张斌老师的关心与指导，以及我的搭档陆海波的帮助。设计是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁、马虎，尤其对我们电气自动化专业来说，要求设计系统要有很好的可靠安全性。我们要熟练地掌握课本上的知识， 而且必须要有足够的耐心，要有坚持的毅力。在整个设计过程中，在老师的耐心指导下，我仔细地查找资料，深刻地体会到整个设计需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间计算出来的数据还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别

24、想放弃，但是此时更加需要静下心，查找原因。总体来说，这次课程设计使我受益匪浅。在摸索如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了实践动手能力。在体会到设计的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐，同时也为大四的毕业设计积累了不少的财富。通过这次的设计，我们的能力提高了不少，同时也希望老师给我们的作品多提点意见，让我们能掌握更多的东西。参考文献：8皖西学院本科课程设计1. 陈伯时主编电力施动自动控制系统北京：机械工业出版社 19922. 朱英韬主编工厂电气控制技术北京工业大学出版社，19913. 张用，杨定亚编著机床电气控制上海，上海科学技术文献出版社，19834

25、. 陈伯时主编自动控制系统一电力传动控制北京中央广播电视大学出版社，19885. 张明达主编电力拖动自动控制系统北京：冶金工业出版社 1983 附录一：元器件清单序号代号名称数量规格型号备注1M2QS电动机低压断路器1Y132S-41DW15-2003KM1KM2接触器2CJ20-16A4FR1JR16B-20/35KT热继电器时间继电1JS7-2A熔体额定电流为 6A 红色指示灯绿色指示灯表 4-1 元器件目录表器6TC变压器1CXB1007FU熔断器2RL1-158SB1停止按钮2LA19-11D9SB2SB3起动按钮2LA19-11D10SQ1SQ2行程开关2JLXK1-111944mk口Mk.I附录二：完整的系统电气图1