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机床电气课程设计

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2020年4月19日
文档仅供参考
河南工业职业技术学院
课程设计报告

课程名称：机床电气课程设计
题 目：万能铣床工作台纵向运动电路改造
学 院：河南工业职业技术学院
系 别：机电工程系
班 级：机电2班
学 号：
姓 名：田 长 有

目录

一、课程设计的对象——铣床 2
（一）铣床的概述 2
机床结构及工作要求 2
二、万能铣床电气控制电路设计 3
（一）工作台纵向运动电气控制电路图分析及介绍 4
（二）元器件的选择
三、PLC编程工作台纵向运动梯形图及介绍………………………………
四、总结 ………………………………………………………………
五、参考文献 ……………………………………………………………19

一 、课程设计的对象——铣床
（一） 铣床的概述
铣床按照结构形式和加工性能的不同，铣床可分为立铣、卧铣、龙门铣、仿形铣和专用铣床。铣销加工一般有顺铣和逆铣两种形式，铣床中刀具的旋转运动为主运动。工件（工作台）的移动或进给箱的移动为进给运动，工作台的快速移动，及圆工作台的旋转 运动为辅助运动。铣床工作台可在垂直、纵向、横向三个方向移动。万能铣床是一种通用的多用途铣床，它能够用铣刀对各种零件进行平面，斜面，沟槽，齿轮及成型表面的加工，还能够加装万能铣头和圆工作台来铣切凸轮及弧行槽。由于这种铣床能够进行多种内容的加工，故称为万能铣床。
（二） 机床结构及工作要求
万能铣床具有主轴转速高，调速范围宽，操作方便，工作台能自动循环加工等特点，其结构如下图所示。主要由底座，床身，悬梁，刀杆支架，工作台，溜板和升降台等部分组成。

卧式万能铣床外形结构图
1-底座 2-主轴电动机 3-床身 4-主轴 5-悬梁 6-刀杆挂脚
7-工作台 8-工作台左右进给操作手柄 9-滑座 10-工作台前后上下操作手柄 11-进给变手柄及变速盘 12-升降工作台 13-进给电动机 14-主轴变速盘 15-主轴变速手柄

铣刀装在与主轴连在一起的刀杆支架上，在床身的前面有垂直导轨，升降台沿其上下移动；在升降台上面的水平导轨上，装有可在平行与主轴轴线方向移动（横向移动）的溜板，在溜板上部转动部分的导轨上可作垂直与主轴轴线方向的移动（纵向移动），这样，工作台上的工件就能够在六个方向（上，下，左，右，前，后）进给。
为了加快调整工件与刀具之间的相对位置，能够改变传动比，使工作台在六个方向上作快速移动。另外，由于转动部分相对于溜板可绕垂直轴线左，右转一个角度（一般为45度），因此能够加工螺旋槽。工作台上还能够安装圆工作台以扩大铣削能力。
由上述可知，万能铣床的运动方式有：
主运动：铣刀的旋转。
进给运动：工作台在六个方向上的运动。
辅助运动：工作台在六个方向上的快速运动。
二 、铣床电气控制电路设计
（一）继电器-接触器电气控制电路的设计
根据铣床的电力拖动及控制要求，同时又考虑了以下几个方面：
1、电气控制线路与机械配合相当紧密，因此分析中要详细了解机械结构与电气控制的关系，但机械结构相对比较复杂。
2、控制线路中设置了变速冲动控制，从而使变速顺利进行。
3、为了操作方便，采用多地控制，实现两地启、停。
4、具有完善的电气联锁，并具有短路、零压、过载及超行程限位保护环节

根据设计要求我们设计了如图所示的主电路和控制电路图。

（二）工作台电气控制分析及介绍
（1）工作台的左、右（纵向）进给运动
工作台的左、右进给运动由工作台前面的纵向操作手柄进行控制。当将操作于柄扳到向右位置时，行程开关压合，其常开触点（18－19）接通，常闭触点（23－17）断开，此时，控制电源经（11－15－16－17－18－19）接通接触器，吸合，主触点接通电动机正序电源，正向旋转，工作合作向右进给运动。同理，当将操作手柄扳到向左位置时，行程开关压合，工作台向左进给运动。
若将手柄置于中间位置，、复原，、均不吸合，工作台停止左右方向运动。

（二）选择电气元件
一些低压电器的选择
在设备电气控制线路中，为了满足生产工艺及电力拖动的需要，电动机要经常地起动、制动、改变运动方向、调节转速；当电路发生过载、短路、欠压或失压等情况时，控制电路的保护环节还应当自动切断电路，保护线路和设备。所有这些要求都需要借助于电器来完成。
由于各类电器在设备电气控制系统中所处的位置和所起的作用不同，其因此选用的方法也不尽相同。生产机械常见低压电器的选择，主要依据是电器产品目录上的各项指标或数据。正确合理地选择低压电器是电气系统安全运行、可靠工作的保证。
对于电气元件的选择，在选择时我们应注意以下几点：
（1） 根据对控制元件功能的要求，确定电气元件功能的要求，确定电气元件 类型。如继电器与接触器，当元件用于通，断功率较大的主电路时，应选择交流接触器；若元件用于切换功率较小的电路（如控制电路）时，则应选择中间继电器；若伴有延时要求时，则应选用时间继电器。
（2） 根据电气控制的电压，电流及功率的大小来确定元件的规格，满足元器件的负载能力及使用寿命。
（3） 掌握元器件预期的工作环境及供应情况，如防油，防尘，货源等。
（4） 为了保证一定的可靠性，采用相应的降额系数，并进行一些必要的技术和校核。
1 按钮
按钮一般是用来短时间接通或断开小电流控制电路的开关。
当前按钮在结构上有多种形式：旋钮式——手动旋转进行操作；指示灯——按钮内装入了信号指示灯；紧急式——装有蘑菇形式旋帽，用于紧急操作；等等。一般来说，停止按钮采用红色。按钮主要根据所需要的触点数，使用场合及颜色来选择。
2 低压开关
低压开关主要包括如下几种。
1)刀开关
刀开关主要用于接通或切断长期改组设备的电源。一般刀开关的额定电压不超过500V额定电流为10A到上千安多种等级。有些刀开关附有熔断器。不带熔断器式刀开关主要有HD型及HS型，带熔断器式开关有HK，HR3系列等。刀开关主要根据电源种类，电压等级，电动机容量，所需极数及使用场来选择。
2)组合开关
组合开关主要是作为电源引入开关，因此也称电源隔离开关。它能够启停5KW以下的异步电动机，但每小时的接通次数不宜超过10次，开关的额定电流一般取电动机额定电流的1.5~2.5倍。
组合开关主要根据电源种类，电压等级，所需触点数及电动机容量进行选用。常见的组合开关为HZ-10系列，额定电流10A，25A，60A和100A四种，适用于交流电压380V以下，支流电压220V以下的电气设备中。
3)限位开关（行程开关）
限位开关是依据生产机械运动的行程位置而动作的小电流开关。它的选用主要根据机械位置对开关形式的要求，对触点数目，电压种类，电压与电流等级的要求来确定。机床常见的有LX2型，LX19型，JLXK1型，LXW11型和JLXK-111型微动开关等。对于要求动作快，灵敏度高的行程控制，可采用接近开关。接近开关也称为无触点限位开关，它是经过运动部件引起的电磁场变化而动作的。接近开关寿命长，可靠性好，但精度和价格不如限位开关。
4)自动开关
自动开关又称自动空气断路器，自动开关在压力机上应用的很广泛。这是因为自动开关既接通或分断正常工作电流，也能自动分断过载或短路电流，分断能力强，有欠压和过载短路保护作用。
选择自动开关应考虑其主要技术参数：额定电压，额定电流和允许切断的极限电流等。自动开关拖扣器的额定电流应等于或大于负载允许的长期平均电流；自动开关的极限分断能力要大于，至少要等于电路最大短路电流；自动开关拖扣器电流整定应按下面的原则：欠电压拖扣器额定电压等于主电路等于主电路额定电压；热拖扣器的整定电流与被控对象（负载）额定电流相等；电磁拖扣器的瞬时拖扣器整定电流应大于负载正常工作时的尖峰电流；保护电动机时，电磁拖扣器的瞬时拖扣电流为电动机启动电流的1.7倍。
3 接触器的选用
选择接触器主要依据以下数据：电源种类（直流或交流）；主触点额定电流；辅助触点的种类、数量和触点的额定电流；电磁线圈的电源种类、频率和额定电压；额定操作频率等。机床用的最多的是交流接触器。
交流接触器的选择主要考虑主触点的额定电流、额定电压、线圈电压等。
交流接触器主触点的额定电压一般按高于线路额定电压来确定。
根据控制回路的电压决定接触器的线圈电压。为保证安全，一般接触器吸引线圈选择较低的电压。但如果在控制线路比较简单的情况下，为了省去变压器，可选用380V电压。值得注意的是，接触器产品系列是按使用类 别设计的，因此要根据接触器负担的工作任务来选用相应的产品系列。
接触器辅助触点的数量、种类满足线路的需要。
4 继电器的选用
1）一般继电器的选用
一般继电器是指具有相同电磁系统的继电器，又称电磁继电器。选用时，除满足继电器线圈电压或线圈电流的要求外，还应按照控制需要分别选用过电流继电器、欠电流继电器、过电压继电器、欠电压继电器中间继电器等。另外电压、电流继电器还有交流、直流之分，选择时也应当注意。
2）时间继电器的选择
时间继电器是压力机控制线路中常见电器之一。它的类型有：电磁式，空气阻尼式，电动式及电子式等。用的较多的是空气阻尼式时间继电器，它的特点是工作可靠，结构简单，延时整定范围较宽（可达0.4s～180s）
时间继电器型式多样，各具特点，选择时应从以下几方面考虑。
(1) 根据控制线路的要求来选择延时方式，即通电延时型或断电延时型。
(2) 根据延时准确度要求和延时时间的长短来选择。
(3) 根据使用场合、工作环境选择合适的时间继电器。
3）热继电器的选择
热继电器的选择应按电动机的工作环境、起动情况、负载性质等因素来考虑。一方面要充分发挥电动机的过载能力，另一方面，对电动机在短时过间不受影响。
热继电器结构形式的选择。星形连接的电动机能够选择两相或三相结构的热继电器，三角形连接的电动机应当选择带断相保护装置的三相结构热继电器。

（三）PLC编程设计梯形图及介绍
在下图中当有人按下按钮I0.1时，Q0.1得电从而带动机转动 。同时常闭触点Q0.1断开，此时工作台向左运动，当按下按钮I0.0时电动机停止转动工作台停止运动。当按下按钮I0.2时电动机再次转动，工作台向左运动。当按下按钮
I0.0时电动机停止转动，工作台同时也停止向左运动。
注释：梯形图另附
I0.0：控制电路的启动与停止
10.1：工作台向左运动的启动按钮
I0.2：工作台向右运动的启动按钮
Q0.1：工作台向左运动的线圈
Q0.2：工作台向右运动的线圈
。
四、总结
本次课程设计是对我们所学机床电气控制技术课程的检验，是一次综合性较强的应用。经过这次课程设计，帮助我们认识并改正自己的不足，从理论实践的角度将所学知识加以应用，为以后的学习打下坚实的基础。
对于现在的我们而言，这次课程设计其实是有点挑战的，因为机床电气课程是在上个学期所学的内容，经过半年的时间，有些知识确实已经遗忘得差不多了。利用这次课程设计，使我们再次拿起书本，回忆曾经学过的知识，查漏补缺，更让我们深刻认识到，学习不是一蹴而就的事情，得坚持。
这次课程设计主要是对铣床的电气控制系统的设计，经过对铣床的构造及其工作原理的了解，建立铣床的电气控制系统和PLC控制系统。这一步骤是需要付出努力的。网上查资料，图书馆等都是我们获取将资料的途径。这次课程设计也锻炼了我们的团队协作能力。经过分工合作，我们也尝试了合作的愉快。使得我们设计的铣床电气控制系统及PLC控制系统基本能达到预定的设计要求。
经过这次的课程设计，我学到了很多知识。对继电器控制原理以及PLC控制原理也有了深入的理解。能较熟练的选择各电气元件型号，分析电路图，会简单的编程等各个方面的知识都有了提升。可是依然存在着缺陷，我明白自己依然存在着许多不足，因此在以后的学习中，我会尽最大的努力去学习以及运用。
课程设计是促使我们将所学理论知识加以实践的的过程，更帮助了我们深入体会所学知识的重要性。能完成这次课程设计，同学之间的协作以及老师的教导是非常之重要的。正因为如此，我才能圆满地完成这次课程设计。由衷地感谢老师及同组的同学们。

五、参考文献
[1]张万奎主编.机床电气控制技术.北京：中国林业出版社.北京大学出版社， .
[2] .孙余凯,吴鸣山等编著.学看实用电气控制线路图.北京：电子工业出版社， .
[3] 李伟主编.机床电器与PLC.西安：西安电子科技大学出版社， .
[4]郑凤翼，郑丹丹，赵春江.主编.图解PLC控制系统梯形图和语句表..北京：人民邮电出版社, .
[5] 芮静康 .实用机床电路图集. 北京：中国水利水电出版社. .