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摇臂钻床电气控制系统的设计.docx
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1、毕业设计说明书 题 目: Z3040B摇臂钻床电气控制系统的设计 Z3040B摇臂钻床电气控制系统的设计摘 要本论文主要讲述了Z3040B摇臂钻床电气控制系统从原理图设计到最终电气控制柜安装和调试及常见故障分析与排除的整个过程。而且在本论文中,对Z3040B摇臂钻床的工作原理和电气控制及液压系统做了进一步的分析,清晰的说明了各电器元件在电气控制电路中的重要作用以及如何选取这里面用的低压电器。同时,该设计充分合理的利用了交流接触器的辅助触头,对电器加以控制。 关键词:电气控制; 电气原理图; 电器元件; 常见故障分析; Design of electrical control system fo
2、r Z3040B radial drilling machineAbstrct:This paper focuses on the Z3040 electric control system of rockerarm from schematic design through to final electrical control cabinet installation and commissioning and common fault analysis and removal of the whole process. In this paper, Z3040 radial drill
3、press works and electric control and hydraulic systems to do a further analysis, clearly illustrates the important function of electrical components in the electrical control circuit, as well as how to select the surfaces using low voltage apparatus here. Meanwhile, the full use of AC contactor auxi
4、liary contacts, the electrical control. Keywords: electrical control; schematic analysis of the common; faults of electrical; components目 录第一章 Z3040B摇臂钻床的主要结构及设计要求11.1主要结构1臂钻床主要运动形式11.3 摇臂钻床的电力拖动特点21.4 Z3040B摇臂钻床适用范围及主要技术参数第二章 Z3040B摇臂钻床电气元件的选择42.1电源开关QS的选择42.2热继电器FR的选择42.3接触器的选择42.4时间继电器的选择42.5熔断器的
5、选择42.6按钮的选择52.7照明及指示灯的选择52.8控制变压器的选择5第三章 Z3040B摇臂钻床电气控制线路设计73.1主电路设计73.2 控制电路设计93.3 Z3040B摇臂钻床电气原理图的设计113.4 Z3040B摇臂钻床电器位置图的设计123.5 Z3040B摇臂钻床电气安装接线图的设计13第四章 故障检修与排除144.1机床电气设备故障的必然性144.2 故障类型144.3故障的分析和检修方法154.4 Z3040B摇臂钻床故障分析164.5 Z3040B摇臂钻床的维修方法1820致谢21参考文献22第一章 Z3040B摇臂钻床的主要结构及设计要求1.1 主要结构 Z3040
6、B摇臂钻床是一种用途广泛的万能机床,适用于加工中小零件,可以进行钻孔、扩孔、铰孔、刮平面及改螺纹等多种形式的加工,增加适当的工艺装备还可以进行镗孔。主要有底座、内外立柱、摇臂、主轴箱、主轴及工作台等部分组成。最大钻孔直径为40mm,跨距最大1200mm,最小300mm。 1.2 摇臂钻床主要运动形式(1)主轴带刀具的旋转与进给运动 主轴的转动与进给运动由一台三相交流异步电动机(3kw)驱动,主轴的转动方向由机械及液压装置控制. 图1-1 Z3040摇臂钻(2)各运动部分的移位运动 主轴在三维空间的移位运动有主 床外形图 轴箱沿摇臂方向的水平移动(平动);摇臂沿外立柱的升降运动(摇臂的升降运动由
7、一台1.1kw笼型三相异步电动机拖动);外立柱带动摇臂沿内立柱的回转运动等三种,各运动部件的移位运动用于实现主轴的对刀移位。 (3)移位运动 部件的夹紧与放松 摇臂钻床的三种对刀移位装置对应三套夹紧与放松装置,对刀移动时,需要将装置放松,机加工过程中,需要将装置夹紧。三套夹紧装置分别为摇臂夹紧(摇臂与外立柱之间);主轴箱夹紧(主轴箱与摇臂导轨之间);立柱夹紧(外立柱和内立柱之间)。通常主轴箱和立柱的夹紧与放松同时进行。摇臂的夹紧与放松则要与摇臂升降运动结合进行。Z3040B摇臂钻床夹紧与放松机构液压原理如下图所示。图中液压泵采用双向定量泵。液压泵电动机在正反转时,驱动液压缸中活塞的左右移动,实
8、现夹紧装置的夹紧与放松运动。电磁换向阀HF的电磁铁YA用于选择夹紧与放松的现象,电磁铁YA的线圈不通电时电磁换向阀工作在左工位,接触器KM4、KM5控制液压泵电动机的正反转,实现主轴箱和立柱(同时)的夹紧与放松;电磁铁YA线圈通电时,电磁换向阀工作在右工位,接触器KM4、KM5控制液压泵电动机的正反转,实现摇臂的夹紧与放松。 图1-2 Z3040B摇臂钻床夹紧与放松机构液压原理图1.3 摇臂钻床的电力拖动特点由于摇臂钻床的运动部件较多,故采用多电动机拖动,这样可以简化传动装置的结构。整个机床由四台笼型感应电动机拖动,他们分别是(1)主拖动电动机M2钻头(主轴)的旋转与钻头的进给,是由一台电动机
9、拖动的,由于多种加工方式的要求,所以对摇臂钻床的主轴与进给都提出较大的调速范围要求。该机床的主轴调速范围为80,正传最低速度为25r/min,最高速度为2000r/min,分6级变速;进给运动的调速范围为80,最低进给量是0.04mm/r,最高进给量是3.2mm/r,也分为16级变速。在加工螺纹时,要求主轴能正反转,由机械方法变换,所以电动机不需要反转。(2)摇臂升降电动机M4当工件与钻头高度不合适时,可将摇臂升高或降低,故需正反转。(3)液压泵电动机 M3摇臂、立柱、主轴箱的夹紧放松,均采用液压传动菱形块夹紧机构,夹紧用的高压油是由一台电动机带动高压油泵送出的。由于摇臂的夹紧装置与立柱的夹紧
10、装置,主轴的夹紧装置不是同时动作,所以,采用一台电动机拖动高压油泵,由电磁阀控制油路。 (4)冷却液泵电动机 M1切削时,刀具及工件的冷却由冷却液泵供给所需的冷却液,冷却液流量大小有专用阀门调节,与电动机转速无关。1.4 Z3040B摇臂钻床适用范围及主要技术参数 该机床适用于加工中、小型零件。它可以进行钻孔、扩孔、铰孔和攻螺纹等工作。装置其他工艺装备时,还可以进行镗孔。该机床主轴转速和进给量变换时采用液压预选变速机构;主轴箱、 摇臂、内外立柱夹紧是采用液压-菱形块夹紧机构,夹紧力大,夹紧前后主轴偏心量小;摇臂升降有保险螺母和电器保险机构,进给有钢珠安全离合器等保护装置。主要技术参数 最大钻孔
11、直径 40毫米 主轴中心线到立柱母线距离 350-1250毫米 主轴箱水平移动距离 900毫米 主轴端面到底座面间距离 350-1250毫米 摇臂升降距离 600毫米摇臂升降速度 1.2米/分 摇臂回转角度 360度 主轴前端孔锥度 莫氏4号 主轴转速范围(16级) 25-2000转/分 进给量范围(16级) 0.04-3.2毫米/转 主轴行程 315毫米刻度盘每转钻孔深度 122.5毫米 主轴允许最大扭矩 40公斤力*米 主轴允许最大进给抗力 1600公斤力 主电机功率 3千瓦 转速 1430转/分 摇臂升降电机功率 1.1千瓦 转速 1500转/分 液压系统用电机功率 0.6千瓦 转速 1
12、500转/分 冷却泵电机功率 0.125千瓦 转速 3000转/分 机床重量 3200公斤 机床外形尺寸 2170*1013*2625毫米第二章 Z3040B摇臂钻床电气元件的选择根据设计要求进行电气元件的选择工作,需选择的电气元件主要有: 2.1 电源开关QS的选择 QS的作用主要是用于电源的引入及控制M1M4起、停和正反转等。因此QS 的选择主要考虑电动机M1M4额定电流和启动电流,由前面已知M1M4的额定电流数值,通过计算可得额定电流之和为10.68A,同时考虑到,M2、M3、M4量为满载启动,在功率较小,M1虽功率较大,但为轻载启动。所以,QS最终选择组合开关HZ5-20型,额定电流为
13、20A。 2.2 热继电器FR的选择 根据电动机的额定电流进行热继电器的选择,由前面M1、M2和M3的额定电流,现选择如下: FR1选用JR16-20/3D型热继电器。热元件额定电流11A额定电流调节范围为6.811A工作时调整在6.82A. FR2选用JR16-20/3型热继电器。热元件额定电流2.4A额定电流调节范围为1.52.4A工作时调整在1.42A。 2.3 接触器的选择 根据负载回路的电压、电流,接触器所控制回路的电压及所需触点的数量等来进行选择。本设计中接触器选择如下: KM1主要对主拖动电动机M2进行控制,而M2额定电流为6.82A,控制回路电源为127V,需要主触点两对,所以
14、,KM1选G0-10型接触器,主触点额定电流为10A,线圈电压为127V。 KM2与KM3对液压泵电动机M3进行控制,而M2额定电流为2.01A,控制回路电源为127V,各需要主触点两对,KM2的辅助动断触点一对,KM3的辅助动断触点一对,所以,KM2、KM3选CD10-5型接触器,主触点额定电流为5A,线圈电压为127V。 KM4与KM5对摇臂升降电动机M4进行控制,而M4的额定电流为1.42A,控制回路电源为127V,各需要主触点三对,KM4的辅助动断触点一对,KM5的辅助动断触点一对,所以,KM4、KM5选CJ10-5型接触器。 2.4 时间继电器的选择 本设计中由于摇臂的升降需要延时控
15、制, 时间继电器需要常开触点一个,延时闭合动断触点一个,延时断开动合触点一个. 选择ISSI型时间继电器,额定电压AC127V、DC24V,额定功耗小于5W,动作频率1200次/h。 2.5 熔断器的选择 根据熔断器的额定电压、额定电流和熔体的额定电流等进行熔断器的选择。 本设计中涉及到熔断器有三个:FU1、FU2、FU3。 FU1主要对M1、M4进行短路保护,M1、M4额定电流分别为6.82A、0.43A。因此,熔体的额定电流为 Iful(1.5-2.5)INmax+IN 计算可得Iful17.48A,因此FU1选择RL1-60型熔断器,熔体为20A. 同理:FU2选择RL1-15型熔断器,
16、熔体为10A;同理:FU3选择RL1-15型熔断器,熔体为2A。 2.6 按钮的选择 根据需要的触点数目、动作要求、使用场合、颜色等进行按钮的选择。 本设计中:SB1、SB4选择LA-18型按钮,颜色为红色;SB2、SB5选择LA-18型按钮,颜色为绿色;SB3、SB6选择LA-18型按钮,颜色为黑色。 2.7 照明及指示灯的选择 本设计中,电源指示灯EL选择JC2,交流36V、40W,与灯开关SA2成套配置;指示灯HL1、HL2、HL3选择ZSD-0型,指标为6.3V,0.25A,颜色为黄色,绿色,红色各一个。 2.8 控制变压器的选择 本设计中,变压器选择BK-100VA,380V、220
17、V/127V、36V、6.3V。 综合以上的计算,列出Z3040B摇臂钻床的主要电器元件明细表如下所示:表2-1 Z3040B摇臂钻床电器元件明细表符号名称型号规格数量M2三相异步电动机Y100l2-43.0KW,380V,6.82A,1430r/min1M4摇臂升降电动 机Y90s-41.1KW,2.01A,1390r/min1M2液压泵电动机JO31-20.6KW,1.42A,2880r/min1M1冷却泵电动机JCB-220.125KW,0.43A,2790r/min1QS组合开关HZ5-20三极,500V,20A1KM1交流接触器CJ-1010A,线圈电压127V1M2,KM3 KM4
18、,KM5交流接触器CJ10-55A,线圈电压127V5KT时间继电器JSSIAC127V,DC24V1FR1热继电器JR16-20/3热元件额定电流11A,整定电流6.82A1FR2热继电器JR16-20/3热元件额定电流2.4A,整定电流 2.01A1FU1熔断器RL1-60500V,熔体20A1FU2熔断器RL1-15500V,熔体10A1FU3熔断器RL1-16500V,熔体2A1TC控制变压器BK-100100VA,380V/127,36,6.3V1SB1,SB4控制按钮LA-185A,红色2SB2,SB5控制按钮LA-185A,绿色2SB3,SB6控制按钮LA-185A,黑色2HL1
19、,HL2, HL3指示灯ZSD-06.3V,绿色1红色1黄色13EL,SA1, SA2照明灯,控制开关JC236V,40W3第三章 Z3040B摇臂钻床电气控制线路设计 根据该钻床的特点及电力拖动要求,设计出与之相符的电气控制线路:电源由空气隔离开关QS引入,FU1用作系统的短路保护。M2是主电动机,带动主轴及进给传动系统,由交流接触器KM1控制,只要求单方向旋转,主轴的正反转由机械手柄操作。热继电器FR是过载保护元件,短路保护电器是总电源开关的电磁脱扣装置。M4是摇臂升降电动机,装于主轴顶部,用接触器KM4和KM5控制正反转,因为该电机短时间工作,故不设过载保护电器。M2是立柱夹紧松开电动机
20、(液压油泵电动机),可以作正向转动和反向转动,正向转动和反向转动的启动与停止由接触器KM2和KM3控制,该电机的主要作用是供给夹紧装置压力油,实现摇臂和立柱的夹紧和松开。M1是冷却泵电动机,功率小,故没有应用保护器件。3.1 主电路设计图3-1 Z3040B摇臂钻床主电路设计(1)本机床的电源开关采用接触器KM控制。这是由于本机床的主轴旋转和摇臂升降不用按钮操作,而采用了不自动复位的开关操作。用按钮和接触器来代替一般的电源开关,就可以具有零压保护和一定的欠电压保护作用。(2)主电动机M2和冷却泵电机M1都只需单方向旋转,所以用接触器KM1和KM6分别控制。立柱夹紧松开电动机M3和摇臂升降电动机
21、M2都需要正反转,所以各用两只接触器控制。KM2和KM3控制立柱的夹紧和松开;KM4和KM5控制摇臂的升降。KHZ3040B型摇臂钻床的四台电动机只用了两套熔断器作短路保护。只有主轴电动机M2具有过载保护。因立柱夹紧松开电动机M3和摇臂升降电动机M4都是短时工作,故不需要用热继电器来作过载保护。冷却泵电机M1因容量很小,也没有应用保护器件。(3)在安装实际的机床电气设备时,应当注意三相交流电源的相序。如果三相电源的相序接错了,电动机的旋转方向就要与规定的方向不符,在开动机床时容易发生事故。KHZ3040B型摇臂钻床三相电源的相序可以用立柱的夹紧机构来检查。KH-Z3040B型摇臂钻床立柱的夹紧
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