电动机正反停电气控制板三维造型与装配毕业设计论文说明书.doc

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书
电动机正反停电气控制板三维造型与装配

摘要：本课题以实验电气控制板造型装配设计，电气元件空气开关、变压器、继电器、熔断器和按钮的
三维造型与装配为主要任务，利用所学的电路图知识进行电气控制板 的三维布线。熟练的使 用
Unigraphics NX 的基础上，结合电气控制板三位参数化设计方法原理与虚拟装配应用.

关键词：三维造型：三维布线：虚拟装配 。

Three dimensional modeling and assemb ly of electric control
panel for electric control panel

Abstract: This topic to the electr ical control panel assembly modeling design, electrical components air
switches, transformers, relays, fuses and button 3D modeling and assembly as the main task using the circuit
diagram knowle dge three-dimensional wiring of electr ical control panel. Skilled use of NX Unigraphics, based on
the combination of electrical control panel three paramete rs of the design method and the principle of virtual
assembly application.
Key words: 3D modeling: 3D Routing: virtual assembly.

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书
目录
第一章序言........................................................................................................................................
1.1 课题简介............................................................................................................................
1.2 实验电气控制板的机构和组成......................................................................................
1.3 预期成果...........................................................................................................................
1.4 实施思路............................................................................................................................
第二章 LC1 D09 10 型交流接触器造型案例..............................................................................
2.1 创建草图............................................................................................................................
2.2 画图修剪罗廓线................................................................................................................
2.3 创建特征体........................................................................................................................
2.4 特征体求和、求差...........................................................................................................
...................................................................................................................................
1
1
2
3
3
5
5
6
7
7

2.5 阵列
........................................................................................
10

2.6 交流接触器上半部分的建模
第三章 BK-100v 型变压器造型案例..........................................................................................
3.1 创建草图..........................................................................................................................
3.2 画图修剪罗廓线..............................................................................................................
3.3 创建特征体......................................................................................................................
3.4 特征体求和、求差.........................................................................................................
12
14
14
14
15
16

3.5 画线圈............................................................................................................................. 16
3.6 画变压器底部安装部件................................................................................................17
3.7 上端接线部件.................................................................................................................18
3.8 挡板..................................................................................................................................18
3.9 画螺丝和螺母..................................................................................................................19
3.10 装配第一个部件........................................................................................................... 22
3.11 装配线圈........................................................................................................................ 23
3.12 装配其他部件................................................................................................................25
3.13 电路控制板中的其余元件造型概要..........................................................................26
3.14 小结................................................................................................................................27
第 4 章电气控制板电气元件的装配............................................................................................28
4.1 电气控制板元气件安装方向和空间...........................................................................29
4.2 装配图............................................................................................................................. 29
4.2.1 约束..................................................................................................................... 29
4.2.2 装配电气控制板流程....................................................................................... 32
4.3 爆炸图............................................................................................................................. 34
4.4 小结..................................................................................................................................35
第 5 章电气控制板三维布线........................................................................................................ 37
5.1 设置连接端口..................................................................................................................37
5.2 设立布线路径..................................................................................................................38
5.3 本章小结......................................................................................................................... 40
第 6 章总结...................................................................................................................................... 41
6.1 总结...................................................................................................................................41
6.2 课题中遇到的困难与解决办法.................................................................................... 41
6.3 完成课题的感悟..............................................................................................................41
参考文献.......................................................................................................................................... 42

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书
第一章序言

1.1 课题简介

需要两个相反方向运动的场合很多，如机床工作台的进退、升降，刀库的
正反向回转，主轴的正反转等。

通过电动机的正反转控制就可实现两个相反方向的运动，对于交流电动机，
主要通过改变三相定子绕组上任两相之间的电源相序的方法改变电动机转向。

1.主电路

图1-1是电动机正停反控制电气图。主电路中KM1主触头闭合、KM2主触头断
开时，三相电源线L1、L2、L3分别接入定子绕组的U、V、W接线端子上，电动机
正转。

Q F
FU1
L1
L2
L3
0.75mm
2
FU2
FR
SB1

KM1
FR
PE
M
3~
KM2
FU2
SB2
KM2
KM1
KM1
SB3
KM1
KM2
KM2

图 1-1
正停反控制电气图

当KM1主触头断开、KM2主触头闭合时，三相电源线中L1、L3换接至定子绕
组的W、U接线端子上，电动机反转。

第 1 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书
2．控制线路的供电

左方的主电路与右方的控制线路之间没有画出具体的连接关系，制作电气
控制板时，需要根据交流接触器线圈的额定工作电压确定控制线路的供电电压，
并拟定控制线路的供电方案。最为常用的供电方案仍是变压器供电。

3．电动机正转操作

按下SB2，KM1线圈通电，并通过KM1常开辅助触头自锁。主电路中KM1主触
头闭合、KM2主触头断开，电动机正转。

4．电动机反转操作

反转操作时必须先按SB1使KM1线圈断电，然后才能按下SB3，使KM2线圈通
电，并通过KM2常开辅助触头自锁。主电路中形成KM1主触头断开、KM2主触头闭
合的状态，电动机反转。

5．正反转互锁

如果线圈KM1、KM2同时通电，则电动机绕组中形成短路，电动机烧损。

所以当KM1线圈通电时，KM2线圈因所在支路的KM1常闭辅助触头断开而确保
断电；反之，当KM2线圈通电，KM1线圈也为因所在支路的KM2常闭辅助触头断开
而确保断电。

这种在对方线圈所在支路中串接一个本线圈所控制的常闭辅助触头，保证
两个线圈不能同时通电的电路环节称为互锁，互锁是一种短路保护环节。

1.2 实验电气控制板的机构和组成

1.
实验电气控制板的机构组成分为电动机和电气控制板组成

2.在电气控制板上有交流接触器、继电器、熔断器、开关电源、接线端子
排、变压器、布线槽等等

第 2 页 共 44 页

3.
无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书
这款系统采用的是380v 的三相电，有漏电保护以及电压异常过载等保

护功能，在电压不稳定或者过载等情况出现时会自动动作，保护人身安全和设
备的完好。

1.3 预期成果

本课题预期成果为：

1.实验电气控制板元件选型；

2,实验电气控制板元气件的建模；

3.实验电气控制板三维装配图；

4.电气控制板三维布线图；

5.完成以上研究内容的篇名为《电动机正反停电气控制板三维造型与装配》
论文一篇

1.4 实施思路

根据实验电路，选定相关的电气元件和的电气元气件明细表制作（如下
表），按照实际尺寸测绘绘制元器建模，根据电气控制板布局图绘制电气控制
板装配图，根据电气原理图绘制三维布线。

第 3 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书

序号
名称
型号或规格
数量
备注
1
空气开关
Multi C65ND10
1

2
熔断器
RT18-32
5

3
按钮
ZB2
3

4
交流接触器
LC1 D09 10
2

5
热继电器
LR2-D13
1

6
变压器
BK-100V
1

7
接线端子
XT
若干

8
其他
连接线、接线端子
若干

第 4 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书
第二章 LC1 D09 10 型交流接触器造型案例

电气控制板需要造型的电气元件有很多，比如交流接触器、变频器、断路
器、继电器、开关电源、plc 等等，本章着重以C1-D09 型交流接触器为案例
(2.1-2.7节)，对LC1-D09 10型交流接触器从创建草图开始，到整个造型完成的
过程详细介绍。在2.8节中将对电气控制板其余元器件的功能以及造型时需要的
注意点进行概述，由于篇幅所限，其余元器件的造型过程不再详述。

2.1 创建草图

先在【特征】栏目点击【草图】选项，自动进入草图模式，打开【创建草
图】，在范围之内进行画图。注意：第一次创建平面在【平面方法】选项中点
击【自动判断】就可以。如图2-1所示。

图 2-1 创建草图对话框

第 5 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书
2.2 画图修剪罗廓线

画草图的时候需要用到【直接草图】应用模块，通过直线、圆弧、园等工
具画所需的草图（图2-2）。在草图的基础上，根据实际交流接触器的尺寸进行
外轮廓的绘制。如图2-3所示

图 2-2 草图工具栏

图 2-3 绘制拉伸轮廓

第 6 页 共 44 页

2.3 创建特征体
无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书

图 2-4 拉伸对话框
图 2-5 拉伸示意图

2.4 特征体求和、求差

创建草图在拉伸后的长方体上，【平面方法】选择【现有平面】；选择特
征体需要求差命令的那个平面作为草图绘制的基准面，进行草图绘制、拉伸求
差等等命令。注意：求差过程中选定的矢量方向一定和被求差体的方向一致，
要不然是无效命令。如图2-6所示。

第 7 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书

图 2-6 拉伸求差示意
以特征体左边的视角为草图的基准平面，画15mm，宽25mm的草图，分布位
置如图2-7所示；拉伸10mm后和选择的特征体进行求差。

一样的方法，以以特征体右边的视角为草图的基准平面，画同样的草图，
拉伸、求差，特征体求差后的轮廓如图2-8所示。

图 2-7 多面体特征绘制
图 2-8 特征体轮廓图

第 8 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书
下面来画接触器与电路板之间的卡槽，以特征体的底面为基准面，画轮廓
草图如图2-9所示，拉伸5mm求差。

以后视图所在平面为草图平面，画卡住配合槽的轮廓草图，拉伸、求差命
令，拉伸后的结果如图2-10所示。

图 2-9 特征体下底面求差草图

图 2-10 特征体下底面拉伸求差示意图
接下来画接触器固定螺丝的安装孔，以底面的基准面，画安装孔，尺寸如
图2-11所示，圆孔直径为5mm。

第 9 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书

图 2-11 螺丝孔绘制草图

图2-12
螺丝孔示意图

经过多次的操作，草图创建、拉伸、求和、求差，接触器轮廓已经成型，
如图2-18所示。

2.5 阵列

关于交流接触器，连接用的螺丝以及对应的槽的挡板需要用到阵列的命令。

第一要将螺丝所对应的槽板进行立体的造型，然后再将轮廓体进行阵列，
【阵列定义选择【线性】模式。完成槽的阵列之后，可以对想对应的孔进行造

第 10 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书
型了。注意：在阵列前后要注意保存，防止软件不小心崩溃，文件到时候也找
不到。

在进行螺丝槽的挡板阵列前需要在特征体的左侧面创建草图，进行挡板的
拉伸。如图2-13所示。下面，选择【造型特征】，【造型特征】为造型完成的
挡板，方向为XC方向，数量为5个，节距为11mm，阵列之后的效果如图2-14所示。

图 2-13 挡板槽

图 2-14 阵列图

第 11 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书
2.6 交流接触器上半部分的建模

CL1
D09
10 型交流接触器分为上下两个部分，上半部分有两对 NC 触点和

两对 NO 触点，是对上半部分的扩充，所以一个完整的 CL1
需要通过上下半部分的装配才能完成。
D09
10 交流接触器

在对这一型号的交流接触器上半部分的造型需要注意的是上下连接部分的
尺寸，因为需要配合，所以上下嵌入部分的配合面特征要凹凸一致。
上半部分建模的步骤与下半部分的建模差不多，第一步画草图，为特征体
的外轮廓拉伸做准备，拉伸后继续绘制草图，通过下一个草图对外络哭哦拉伸
求差，形成上半部分的基本轮廓（2-15）

图 2-15 接触器上半部分基本轮廓图
大致轮廓造型完成即可对接触器的触点分割槽进行造型，完成一对分割槽
的拉伸求差后进行阵列，数量为 4.螺丝孔的造型步骤以及螺丝和鸦片的造型与
分割槽的造型步骤一致，效果图 2-16 所示。

图 2-16 分割槽效果图

第 12 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书
剩下的就是上下接触配合部分的造型，因为两接触器部分特征体造型复杂，
所以在造型过程中需要好多个草图，以不同的面为基准面对复杂的特征进行造
型。如图 2-17。

图 2-17 接触器上下接触部分造型图

交流接触器中还有很多地方需要阵列，比如，比如用于和螺丝于接线之间
的压片，螺丝的孔以及螺丝都需要造型后阵列，在此就不一一举例了，接触器
最终完成的如图 2-18 所示。 交流接触器实物图如图 2-19 所示。

图 2-18 CL1-D09 10 型交流接触器
图 2-19 CL1-D09 10 型交流接触器实物图

第 13 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书
第三章 BK-100v 型变压器造型案例

3.1 创建草图

先在【特征】栏目点击【草图】选项，自动进入草图模式，打开【创建草
图】，在范围之内进行画图。注意：第一次创建平面在【平面方法】选项中点
击【自动判断】就可以。如图 3-1 所示。

图 3-1 创建草图对话框

3.2 画图修剪罗廓线

画草图的时候需要用到【直接草图】应用模块，通过直线、圆弧、园等工
具画所需的草图（图 3-2）。在草图的基础上，根据实际交流接触器的尺寸进
行外轮廓的绘制。如图 3-3 所示

图 3-2 草图工具栏

第 14 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书

图 3-3 绘制拉伸轮廓

3.3 创建特征体

图
3-4
拉伸对话框
图
3-5
拉伸示意图

第 15 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书
3.4 特征体求和、求差

创建草图在拉伸后的长方体上，【平面方法】选择【现有平面】；选择特
征体需要求差命令的那个平面作为草图绘制的基准面，进行草图绘制、拉伸求
差等等命令。注意：求差过程中选定的矢量方向一定和被求差体的方向一致，
要不然是无效命令。如图 3-6 所示。

图
3-6
拉伸求差示意

3.5 画线圈

下面来画变压器中间的线圈，新建一个模型，重复创建草图、拉伸求和等
命令，完成的建模如下图 3-7 所示。

第 16 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书

图 3-7 线圈拉伸示意图

3.6 画变压器底部安装部件

同样的方法画变压器安装的部件，重复创建草图、拉伸求和、求差等命令，
完成的建模如下图 3-8 所示。

图 3-8 变压器底部安装部件模型

第 17 页 共 44 页

3.7 上端接线部件
无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书

同样的方法画变压器上端接线部件，重复创建草图、拉伸求和、求差等命
令，完成的建模如下图 3-9 所示。

3.8 挡板
图 3-9 上端接线部件模型

接下来画接线端的三种挡板，同样的方法，创建草图、拉伸求和命令，两
边的挡板如图 3-10 所示 ，中间的挡板如图 3-11 所示，后面的挡板.完成的建
模如图 3-12 所示。

图 3-10 两边的挡板

第 18 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书

图 3-11 中间的挡板

3.9 画螺丝和螺母
图 3-12 后面的挡板

首先新建模型，命名 LUOSI。同样的方法新建草图，画直径为 5mm 的圆，
进行拉伸，拉伸的距离根据变压器实际的尺寸，留有装螺母的距离，我这里拉
伸的距离 65mm。完成的建模如下图 3-13 所示

第 19 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书

图 3-13 拉伸后的模型
重复新建草图、拉伸求和、拉伸求差绘制梅花螺丝头。完成的建模如下图
3-14 所示

图 3-14 梅花螺丝头模型

第 20 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书
拉伸之后进行螺纹的设置螺纹，点开【插入】-----【设计特征】-----
【螺纹】进入螺纹设计页面选择【详细】如下图 3-15 所示，点击刚才所拉伸
65mm 的圆柱，大径 5mm 小径 4.2mm 螺距 0.8mm 角度 60 旋转选择【右
旋】，接下来选择起始断面，确定就成型了。如下图 3-16 所示

图
3-15 螺纹编辑页面

图 3-16 螺丝成型图

螺母也是同样的步骤，如下图 3-17 所示。

第 21 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书

3.10 装配第一个部件
图 3-17 螺母成型图

所有的零件全部画好之后，准备装配，详细的装配步骤会在下一部分进行
详细讲解。首先新建【装配】，命名 BYQ。首先点击装配栏目中的【添加组件】
选择所需要装配的文件，首先选择我们第一个进行装配，【设置】---【定
位】----【绝对原点】，如图 3-18 所示，点击确定，部件就会在图中显示出来。

第 22 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书

3.11 装配线圈
图 3-18 添加组件页面

接下来装配变压器中的线圈，首先点击装配栏目中的【添加组件】选择所
需要装配的文件，首先选择我们第一个进行装配，【设置】---【定位】----
【通过约束】如图 3-19 所示。首先选择【接触对齐】，首先选择线圈的下面的
面和第一个特征体的内面，然后切换【距离】选择线圈下面的侧面，再选择第
一个特征体的侧面的面，输入距离，距离要保证线圈在特征体的中间。如图 3-
20 所示。

第 23 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书

图 3-19 添加组件页面

图 3-20 约束完成的模型

第 24 页 共 44 页

3.12 装配其他部件
无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书

然后经过一系列的操作，完成了整个变压器的装配。如图 3-19 所示，图
3-20 为真实照片。

图 3-21BK-100V 型变压器模型
图 3-22BK-100V 型变压器模型真实照片

第 25 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书

3.13 电路控制板中的其余元件造型概要

在电路板中用到的还有很多的元气件，本节将着重对元气件的功能以及建
模时的注意点进行介绍。

1、空气开关的建模图（图3-23）
空气开关是断路器的一种，是一种只要电路中电流超过额定电流就会自动
断开
的开关。空气开关是低电压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电
器，它集控制和多种保护功能于一身，除能完成接触和分开电路，尚能对电路
或者电器设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护，同时也可以用于不
频繁地启动电动机。

图3-23
2、熔断器建模图（图3-24）
空气开关建模图

熔断器是电流超过规定值时，以自身产生的热量使熔体垄断，断开电路的
一种电器。运用这种原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于高低压配
电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过流的保护器。具有快速熔断
的作用

第 26 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书

图3-24
熔断器建模图

3.14 小结

本章详细的介绍了关于 C1-D09
型交流接触器和 BK-100V 型变压器造型的

详细过程，电气控制板元气件的建模中比较繁琐的就是对复杂的特征体进行造
型；从建草图开始，通过拉伸，求和求差，阵列等步骤，多次组合才能成功的
创建了交流接触器的模型。在 2.8 节中对电气柜中其余的电气元件的功能以及
建模时的注意点做了简单的介绍。

第 27 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书
第 4 章电气控制板电气元件的装配

这一章节将会对之前绘制的元气件进行装配，通过装配约束和移动组建即
可实现元气件之间所需存在的位置。

首先，所有的元气件都是装配在电气柜上的，所以我们从电气控制板入手。
控制板的的尺寸是 610*480*5，每个布线槽的宽度*高度是 115*50。具体的布线
槽划分如图 4-1 所示。

图 4-1 布线槽划分图

第 28 页 共 44 页

无锡职业技术学院
毕业设计（ 论文） 说明书
4.1 电气控制板元气件安装方向和空间

在整个电气柜的安装过程中，首先看明图纸及技术要求，检查产品型号、
元气
件型号、规格、数量等与图纸是否相符，元气件组装顺序应从板前视，由
左至右，由上至下。同一型号产品应保证组装一致性，面板、门板上的元件中
心线的高度应符合规定。
安装元气件应符合以下条件：
1.操作方便。元气件在操作时，不应受到空间的妨碍，不应有触及带电体
的可能。
2.维修容易。能够较方便地更换元气件及维修连线。
3.各种电气元件和装置的电气间隙、爬电距离应符合规定。
4.保证一、二次线的安装距离。
4-1 为主轴驱动器的安装要求图。

4.2 装配图

组件对象：指从装配部件链接到部件主模型的指针实体，一个组件对象记录的
信息包括部件的名称、颜色、线宽、线型、配对条件，在装配中每一个组件仅
仅包含一个指针指向它的几何体。
主模型：主模型是供UG 各功能模块共同引用的部件模型，同一主模型可以被装
配、工程图、数控加工、CAE 分析等多个模块引用，并且当主模块改变时，其
他模块也会跟随着进行改变。
上下文中设计：上下文中设计是指当装配部件中某组件设置为工作组件时，可
以在装配过程中对组件几何模型进行创