CA6140车床电气控制线路设计 (2).doc

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1、毕业论文（设计）题目：CA6140车床电气控制线路设计17目录0 绪论11. CA6140车床的主要功能、结构及型号意义32. CA6140卧式车床的主要运动形式及控制要求42.1主运动42.2 进给运动42.3 辅助运动42.4 电动机型号43.电气控制线路设计53.1主回路设计53.2 控制回路设计53.2.1电源开关的控制63.2.2主轴电动机M1的控制63.2.3冷却泵电动机的控制63.2.4快速移动电动机M3的控制63.2.5 SQ1是机床床头的挂轮架皮带罩处的安全开关。63.3信号指示与照明电路74.电气元件选择84.1电源引入开关Q84.2 热继电器FR1、FR284.3 熔断器

2、FU、FU1、FU2、FU3、FU484.4 接触器KM1,KM2及KM394.5 控制变压器TC104.6 制定电气元件明细表125绘制综合电气控制原理图146设计小结16参考文献17CA6140车床电气控制线路设计【摘 要】机床电气控制线路设计是高职机械专业学生学完大学的课程后进行的，学生已经掌握了机械制造、机械加工的一些基本技能，从事机床电气控制线路的设计是对以前所学电气知识的综合回顾和复习，以后对各种机床控制电路都可触类旁通，能自己动手设计和改进相应电路，也能排除相关电气故障【关键词】 CA6140 机床 控制线路0 绪论20世纪40年代以前，机床的电气控制主要采用交流电动机拖动的继电

3、器-接触器控制。由于当时的交流电动机难以实现调速，只能通过皮带、齿轮等机械机构来实现有级变速，因而机床的机械结构比较复杂，同时还限制了加工精度的提高。继电器-接触器控制系统可以实现机床的各种运动控制（如启动、制动、反转、变速等），并可实现逻辑控制、联锁控制、异地控制等，因而大大提高了机床的自动化水平，有助于减轻工人的劳动强度。这种控制系统技术简单、易于掌握，至今仍被广泛采用。 继电器-接触器控制系统是由各种电器组成的，而这些电器的机械动作寿命是有限的，必须按时更换损坏的电器，以免影响系统的可靠性。另外，根据加工工艺的要求，需要改变控制逻辑关系时，必须修改线路，重新安装配线，这对现代机床的控制要

4、求 是很不适应的。因而大大提高了机床的自动化水平，有助于减轻工人的劳动强度。这种控制系统技术简单、易于掌握，至今仍被广泛采用。继电器-接触器控制系统是由各种电器组成的，而这些电器的机械动作寿命是有限的，必须按时更换损坏的电器，以免影响系统的可靠性。另外，根据加工工艺的要求，需要改变控制逻辑关系时，必须修改线路，重新安装配线，这对现代机床的控制要求是很不适应的。20世纪40年代后，发电机-电动机、交磁放大机-电动机等直流调速系统，以其优良的调速性能，被广泛用于大型机床的主拖动和进给拖动系统中。不仅提高了机床的加工性能，还简化了机床的传动机构。近年来，由于电力电子器件及其变换技术的发展和矢量控制技

5、术的应用，交流调速系统有了很大的发展，在调速性能上完全可以与直流调速系统相媲美，加之性能可靠、维护方便，因而在星带机床中逐步取代着直流调速系统。在机床的控制方面，今年出现的可编程控制器（PLC）已广泛用于电气控制系统中。可编程控制器不仅可以按事先编好的程序进行各种逻辑控制，还具有随意编程、自动诊断、通用性好、体积小、可靠性高的特点。因此，可编程控制器正逐步取代着继电器接触器控制系统。可以预料，随着科学季度的发展，机床PLC电气控制系统将继续向更高的方向发展，以不断提高机床的加工精度、生产效率和自动化水平。电气控制系统一般称为电气设备二次控制回路，不同的设备有不同的控制回路，而且高压电气设备与低

6、压电气设备的控制方式也不相同。为了保证一次设备运行的可靠与安全，需要有许多辅助电气设备为之服务，能够实现某项控制功能的若干个电器组件的组合，称为控制回路或二次回路。这些设备要有以下功能：1）自动控制功能。高压和大电流开关设备的体积是很大的，一般都采用操作系统来控制分、合闸，特别是当设备出了故障时，需要开关自动切断电路，要有一套自动控制的电气操作设备，对供电设备进行自动控制。2）保护功能。电气设备与线路在运行过程中会发生故障，电流(或电压)会超过设备与线路允许工作的范围与限度，这就需要一套检测这些故障信号并对设备和线路进行自动调整(断开、切换等)的保护设备。3）监视功能。电是眼睛看不见的，一台设

7、备是否带电或断电，从外表看无法分辨，这就需要设置各种视听信号，如灯光和音响等，对一次设备进行电气监视。4）测量功能。灯光和音响信号只能定性地表明设备的工作状态(有电或断电)，如果想定量地知道电气设备的工作情况，还需要有各种仪表测量设备，测量线路的各种参数，如电压、电流、频率和功率的大小等。在设备操作与监视当中，传统的操作组件、控制电器、仪表和信号等设备大多可被电脑控制系统及电子组件所取代，但在小型设备和就地局部控制的电路中仍有一定的应用范围。这也都是电路实现微机自动化控制的基础。常用的电气回路：1）电源供电回路。供电回路的供电电源有AC380V和220V等多种。2）保护回路。保护(辅助)回路的

8、工作电源有单相220、36V或直流220、24V等多种，对电气设备和线路进行短路、过载和失压等各种保护，由熔断器、热继电器、失压线圈、整流组件和稳压组件等保护组件组成。3）信号回路。能及时反映或显示设备和线路正常与非正常工作状态信息的回路，如不同颜色的信号灯，不同声响的音响设备等。4）自动与手动问路。电气设备为了提高工作效率，一般都设有自动环节，但在安装、调试及紧急事故的处理中，控制线路中还需要设置手动环节，通过组合开关或转换开关等实现自动与手动方式的转换。5）制动停车回路。切断电路的供电电源，并采取某些制动措施，使电动机迅速停车的控制环节，如能耗制动、电源反接制动，倒拉反接制动和再生发电制动

9、等。6）自锁及闭锁同路。启动按钮松开后，线路保持通电，电气设备能继续工作的电气环节叫自锁环节，如接触器的动合触点串联在线圈电路中。两台或两台以上的电气装置和组件，为了保证设备运行的安全与可靠，只能一台通电启动，另一台不能通电启动的保护环节，叫闭锁环节。如两个接触器的动断触点分别串联在对方线圈电路中。1. CA6140车床的主要功能、结构及型号意义1.1 主要功能：CA6140车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹、切断及割槽等，并可以装上钻头或铰刀进行钻孔和铰孔等。1.2型号意义：如图1-1 图1-1 CA6140车床型号意义2. CA6140卧式车床的主要运动形

10、式及控制要求2.1主运动 运动形式：主轴通过卡盘或顶尖带动工件的旋转运动： 控制要求：（1）主轴电动机选用三相笼型异步电动机，不进行调速，主轴采用齿轮箱进行机械有级调速（2）车削螺纹时要求主轴有正反转，一般由机械方法实现，主轴电动机只作单向旋转 （3）主轴电动机的容量不大，可采用直接启动2.2 进给运动运动形式：刀架带动刀具的直线运动控制要求：进给运动也由主轴电动机拖动，主轴电动机的动力通过挂轮箱传递给进给箱来实现刀具的纵向和横向进给。加工螺纹时，要求刀具移动和主轴转动有固定的比例关系2.3 辅助运动（1）运动形式：刀架的快速移动控制要求：由刀架快速移动电动机拖动，该电动机可直接启动，也不需要

11、正反转和调速（2）运动形式：尾架的纵向移动控制要求：由手动操作控制（3）运动形式：工件的夹紧与放松控制要求：由手动操作控制（4）运动形式：加工过程的冷却控制要求：冷却泵电动机和主轴电动机要实现顺序控制，冷却泵电动机也不需要正反转和调速2.4 电动机型号主轴电动机M1 Y132M-4-B3 380V 15.4A 7.5KW 1450r/min 冷却泵电动M2 AOB-25 380V 0.32A 90W 3000 r/min 快速移动电动机M3 AOS5634 380V 0.25KW 1360r/min3.电气控制线路设计3.1主回路设计根据电气传动的要求，由接触器KM1、KM2、KM3分别控制电

12、动机M1、M2、M3，具体电路图如图3-1所示。图3-1主控制电路设计在主电路中，M1为主轴电动机，拖动主轴的旋转并通过传动机构实现车刀的进给。主轴电动机M1的运转和停止由接触器KM1的三个常开主触点的接通和断开来控制，电动机M1只需作正转，而主轴的正反转是由摩擦离合器改变传动链来实现的。电动机M1的容量小于10KW，所以采用直接启动。M2为冷却泵电动机，进行车削加工时，刀具的温度高，需用冷却液来进行冷却。为此，车床备有一台冷却泵电动机拖动冷却泵，喷出冷却液，实现刀具的冷却。冷却泵电动机M2由接触器KM2的主触点控制。M3为快速移动电动机，由接触器KM3的主触点控制。M2、M3的容量都很小，加

13、装熔断器FU1作短路保护。热继电器FR1和FR2分别作M1和M2的过载保护，快速移动电动机M3是短时工作的，所以不需要过载保护。带钥匙的低压短路器QF是电源总开关。 3.2 控制回路设计控制电路的供电电压是127V，通过控制变压器TC将380V的电压降为127V得到。控制变压器的一次侧由FU1作短路保护，二次侧由FU2、FU3、FU4分别作短路保护。如图3-2所示。3.2.1电源开关的控制电源开关是带有开关锁SA2的低压断路器QF，当要合上电源开关时，首先用开关钥匙将开关锁SB右旋，再扳动断路器QF将其合上。若用开关钥匙将开关锁SB左旋，其触点闭合，QF线圈通电，断路器QF将自动跳开。若出现误

14、操作，又将QF合上，QF将在0.1s内再次自动跳闸。由于机床的电源开关采用了钥匙开关，接通电源时要先用钥匙打开开关锁，再合断路器，增加了安全性，同时在机床控制配电盘的壁龛门上装有安全行程开关SQ2，当打开配电盘壁龛门时，行程开关的触点SQ2闭合，QF的线圈通电，QF自动跳闸，切除机床的电源，以确保人身安全。3.2.2主轴电动机M1的控制SB1是红色蘑菇型的停止按钮，SB2是绿色的启动按钮。按一下启动按钮SB2，KM1线圈通电吸合并自锁，KM1的主触点闭合，主轴电动机M1启动运转。按一下SB1，接触器KM1断电释放，其主触点和自锁触点都断开，电动机M1断电停止运行。3.2.3冷却泵电动机的控制当

15、主轴电动机启动后，KM1的常开触点闭合，这时若旋转转换开关SB4使其闭合，则KA1线圈通电，其主触点闭合，冷却泵电动机M2启动，提供冷却液。当主轴电动机M1停车时，KM常开触头断开，冷却泵电动机M2随即停止。M1和M2之间存在联锁关系。3.2.4快速移动电动机M3的控制 快速移动电动机M3是由接触器KA2进行的点动控制。按下按钮SB3，接触器KA2线圈通电，其主触点闭合，电动机M3启动，拖动刀架快速移动；松开SB3，M3停止。快速移动的方向通过装在溜板箱上的十字手柄扳到所需要的方向来控制。3.2.5 SQ1是机床床头的挂轮架皮带罩处的安全开关。当装好皮带罩时，SQ1（1-2）闭合，控制电路才有

16、电，电动机M1、M2、M3才能启动。当打开机床床头的皮带罩时，SQ1（1-2）断开，使接触器KM1，KM2、KM3断电释放，电动机全部停止转动，以确保人身安全。 图3-2 控制电路设计3.3信号指示与照明电路照明电路采用36V安全交流电压，信号回路采用6V的交流电压，均由控制变压器二次侧提供。FU4是照明电路的短路保护，照明灯EL的一端必须保护接地。FU3为指示灯的短路保护，合上电源开关QF，指示灯HL亮，表明控制电路有电。如图3-2所示。4.电气元件选择4.1电源引入开关QQ主要作为电源隔离开关用，并不是用它来直接起停电动机，可按电动机额定电流来选。根据该三台电动机来看，选中小型组合机床常用

17、三极组合开关，型号DZ5-20，电流20A。4.2 热继电器FR1、FR2R15为两相结构，其余大多为三相结构，并可带断相保护装置；JR20为更新换代产品，用来与CJ20型交流接触器配套使用。型号中的“J”表示“继电器”，“R”表示“热”，例如JR16-20/3D型。一种型号的热继电器可配有若干种不同规格的热元件，并有一定的调节范围，根据电动机的额定电流来选择热元件，调节电动机额定电流的0.951.05倍左右，在使用中再根据电动机的过载能力进行调节。主电动机M1额定电流15.4A,KH1应选用JR16-20/3D型热继电器，热元件电流为20A整定电流调节范围较大，工作时将额定电流调到15.4A

18、.M2的工作电流只有0.32A，故选用JR2-1型热继电器，热元件整定电流调节范围较小，工作时调整在0.32A。4.3 熔断器FU、FU1、FU2、FU3、FU4主要依据负载的保护特性和短路电流的大小选择熔断器的类型。对于容量小的电动机和照明支线，常采用熔断器作为过载及短路保护，因而希望熔体的熔化系数适当小些。通常选用铅锡合金熔体的RQA系列熔断器。对于较大容量的电动机和照明干线，则应着重考虑短路保护和分断能力。通常选用具有较高分断能力的RM10和RL1系列的熔断器；当短路电流很大时，宜采用具有限流作用的RT0和RTl2系列的熔断器。熔体的额定电流可按以下方法选择：1）保护无起动过程的平稳负载

19、如照明线路、电阻、电炉等时，熔体额定电流略大于或等于负荷电路中的额定电流。2）保护单台长期工作的电机熔体电流可按最大起动电流选取，也可按下式选取：IRN(1.52.5)IN式中IRN-熔体额定电流；IN-电动机额定电流。如果电动机频繁起动，式中系数可适当加大至33.5，具体应根据实际情况而定。3）保护多台长期工作的电机（供电干线）IRN(1.52.5)INmax+ININmax-容量最大单台电机的额定电流。IN其余.电动机额定电流之和。（3）熔断器的级间配合为防止发生越级熔断、扩大事故范围，上、下级(即供电干、支线)线路的熔断器间应有良好配合。选用时，应使上级(供电干线)熔断器的熔体额定电流比

20、下级(供电支线)的大12个级差。常用的熔断器有管式熔断器R1系列、螺旋式熔断器RLl系列、填料封闭式熔断器RT0系列及快速熔断器RSO、RS3系列等。负荷为电动机：单台直接起动电动机熔体额定电流(1.52.5)电动机额定电流。多台直接起动电动机总保护熔体额定电流(1.52.5)各台电动机电流之和。降压起动电动机熔体额定电流(1.52)电动机额定电流。绕线式电动机熔体额定电流(1.21.5)电动机额定电流。FU对整机进行短路保护的熔断器，选用RL1型熔断器，配用40A的熔断体。FU1、FU2、FU3、FU4均选用RL1型熔断器，分别配用4A,2A,1A,1A的熔断体。4.4 接触器KM1,KM2

21、及KM3接触器是一种用于频繁地接通或断开交直流主电路、大容量控制电路等大电流电路的自动切换电器。在功能上接触器除能自动切换外，还具有手动开关所缺乏的远距离操作功能和零压及欠压保护功能，但没有自动开关所具有的过载和短路保护功能。接触器生产方便，成本低，主要用于控制电动机、电热设备、电焊机、电容器组等，是电力拖动自动控制电路中使用最广泛的一种低压电器元件。按接触器所控制的电流种类可分为交流接触器和直流接触器两种。交流接触器的电磁机构由铁心(两侧柱端部嵌有短路环)、电磁线圈、衔铁、反作用力弹簧和缓冲弹簧等组成。衔铁的运动形式有绕轴转动的拍合式和直线运动的直动式，衔铁直线运动式又可分为正装直动式和倒装

22、直动式（即触头在电磁机构的下方）。交流接触器的触头可分为主触头和辅助触头。主触头用于接通、断开电流较大的负荷电路即主电路。所以，主触头截面积较大，一般为平面型。辅助触头截面积较小，一般为球面型，用于接通、断开控制电路、信号电路等。交流接触器的主触头多为常开触头，辅助触头则有常开触头及常闭触头两种。交流接触器的触头有桥式双断点和指式单断点等型式。交流接触器的主触头在切断具有较大感性负荷的电路时，动、静触头间会产生强烈的电弧，灭弧装置可使电弧迅速熄灭，减轻电弧对触头的烧蚀和防止相间短路。交流接触器的灭弧装置有栅片灭弧、电动力灭弧、纵缝灭弧、磁吹灭弧等几种。表4-1 接触器类别代号形式触点类别使用类

23、别用途交流接触器接触器主触点AC-1无感或低感负载、电阻炉AC-2绕线式感应电动机的起动、分断AC-3鼠笼式感应电动机的起动、运转中分断AC-4鼠笼式感应电动机的起动、反接制动或反向运转、点动接触器辅助触点AC-11控制交流电磁铁AC-14控制小容量电磁铁负载AC-15控制容量在72VA以上的电磁铁负载交流接触器的选择（1）持续运行的设备.接触器按67-75%算.即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是67-75A以下的设备.（2）间断运行的设备.接触器按80%算.即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是80A以下的设备.（3）反复短时工作的设备.接触器按116-120%算.即10

24、0A的交流接触器，只能控制最大额定电流是116-120A以下的设备.接触器KM1根据主电动机的额定电流等于15.4A，控制回路电源电压127V，需主触点3对，动合辅助触头2对，根据以上情况，选用CJ0-10A型交流接触器，电磁线圈电压为127VKM2,KM3也采用同样型号的交流接触器。4.5 控制变压器TC所谓：机床配套控制变压器是我公司多年来采用优质材料和先进的工艺技术专业生产50VA到600KVA之间，SBK、BKJBK系列机床变压器，是我公司参照西门子公司同类产品最新研制开发数控系统用变压器，尤其160VA-16KVA之间的三相干式变压器，它们的外形和安装尺寸已经标准化，与西门子4AP系

25、列通用，产品符合VDE0550、IEC439、JB5555、GB226等国际、国家标准。 SBK.BK.JBK系列变压器广泛适用于交流50-60HZ，输入、输出电压不超过500V的各种三相供场合。产品的输入、输出的电压高低、联接组别、调节抽头的多少及位置（一般为+50%）、绕组容量的分配、次级单相绕组的配备、整流电路的运用、是否要求带外壳等，场可根据用户的要求进行精心的设计与制造。图4-1 机床控制变压器表4-2 数控机床控制变压器技术参数产品名称型号额定容量电压(V)初级额定电压(V)次级额定电压(V)外形尺寸长宽高(毫米)生产厂控制照明信号机床控制变压器JBK3-40(63)40(63)8

26、38589无锡二机床电器JBK3-100100248610594JBK3-1601602498105109JBK3-2502502205%24698120109JBK3-4004004098120109JBK3-6306301221101233-10001000110(127)150115146JBK3-16001600152190140JBK3-25002500176220151JBK4-40(63)40(63)220200250163JBK4-1001003805%(36)(12)808086JBK4-160160(380)859492JBK4-2502509795102JBK4-4004

27、00121110110JBK4-630630150115146BK2-1010665554BK2-1515665554BK2-25(0)25(30)24807694BK2-5050220246879096BK2-100100409897108BK2-150150114108124BK2-200200110114108124机床控制变压器型号效率（%）输入电压（V）输出电压（V）备注控制照明信号JBK6/7-4063802205%或3805%220110483624126各绕组容量分配可按照用户要求设计JBK6/7-10080JBK6/7-16085JBK6/7-25085JBK6/7-4008

28、5JBK6/7-63085JBK6/7-80090JBK6/7-100090JBK6/7-160090JBK6/7-250090备注：JBK5-40800VA采用立式结构，JBK5-10002500VA采用卧式结构控制变压器TC最大负载是KM1,KM2，KM3及指示灯同时工作时，根据总功率计算公式，选用BK-200型控制变压器，380/127、36、6V。4.6 制定电气元件明细表电气元件明细表要注明各元器件的型号、规格及数量等，如表4-3所示。表4-3 CA6140车床电气元件表符号元件名称型号规格件数作用M1主轴电动机Y132M-4-B37.5KW 1450r/min1工件的旋转和刀具的进

29、给M2冷却泵电动机AOB-2590W 3000 r/min1供给冷却液M3快移电动机AOS56340.25KW1360r/min1刀架的快速移动KM1交流接触器CJ0-10A127V10A1控制主轴电动机M1KM2交流接触器CJ0-10A127V10A1控制冷却泵电动机M2KM3交流接触器CJ0-10A127V10A1快速移动电动机M3QF低压断路器DZ5-20380V 20A1电源总开关SB1按钮LA2型500V 5A1主轴停止SB2按钮LA2型500V 5A1主轴启动SB3按钮LA2型500V 5A1快速移动电动机M3点动SA钥匙式电源开关1开关锁SA1转换开关HZ2-10/310A，三极

30、1控制冷却泵电动机SA2转换开关HZ2-10/310A，三极1控制照明灯SQ1行程开关LX3-11K1打开皮带罩时被压下SQ2行程开关LX5-11K1电气箱打开时闭合FR1热继电器JR16-20/3D15.4A1M1过载保护FR2热继电器JR2-10.32A1M2过载保护TC变压器BK-200380/127、36、6V1控制与照明用变压器FU熔断器RL140A1全电路的短路保护FU1熔断器RL14A1M2、 M3的短路保护FU2熔断器RL12A1控制回路的短路保护FU3熔断器RL11A1指示灯回路短路保护FU4熔断器RL11A1照明回路的短路保护EL照明灯K-1，螺口40W36V1机床局部照明

31、HL指示灯DX1-0白色，配6V0.15A灯泡1电源指示灯5绘制综合电气控制原理图依据国家电气制图规范，按设计要求，绘制详细的电气控制原理图，如图5-1说明如下：表5-1接触器触头在电路图中位置的标记栏目 左栏中栏右栏触头类型主触头所处的图区号辅助常开触头所处的图区号辅助常闭触头所处的图区号举例 KM28 X210 X2表示3对主触头均在图区2表示一对辅助常开触头在图区8，另一对常开触头在图区10表示2对辅助常闭触头未用表5-2继电器触头在电路图中位置的标记栏目左栏右栏触头类型常开触头所处的图区号常闭触头所处的图区号举例KA24 4 4 表示3对常开触头均在图区4表示常闭触头未用图5-1 CA

32、6140车床整机电气控制原理图 6设计小结对于这次设计，刚开始得时候由于没有经验，动手的时候手忙脚乱，不知从何入手。我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。 参考文献1 机床电气控制技术 杨林建 北京理工大学出版社 2008 2 机床电气控制技术 齐占庆 王振臣 机械工业出版社 20083 电工电子技术 赵景波 人民邮电出版社 20084 电工电子技术 叶永春 樊辉娜 人民邮电出版社 20085 电机与变压器 编写组 中国劳动社会保障出版社 2008