机床电气控制课程设计

机床电气控制技术课程设计设计说明书组合机床电气控制课程设计起止日期：2012年6月18日至2012年6月22日学生姓名秦锴班级机械设计093学号成绩指导教师(签字)孙晓机械工程学院（部）2012年6月22日目录一、设计概述.................................................1.1组合机床的发展史.........................................1.2组合机床加工方式.........................................1.3设计要求.................................................二、组合机床的电气控制线路设计...............................2.1选择并确定控制方案.......................................2.2确定机床的工作循环.......................................2.3确定液压动力滑台系统的工作过程...........................2.4机床电气传动的特点及控制要求.............................2.5机床电气控制线路设计.....................................2.6选择电气元件.............................................2.6.1___________________________电动机M1、M2、M3的选择2.6.2________________________________电源引入开关的选择2.6.3____________________________________热继电器的选择2.6.4_____________________________________压力继电器KP2.6.5__________________________________中间继电器的选择2.6.6______________________________________熔断器的选择2.6.7______________________________________接触器的选择2.6.8__________________________________控制变压器的选择2.6.9____________________________________行程开关的选择控制开关的选择____________________________________2.7制定电动机和电气元件明细表...............................三、组合机床的可编程控制器控制系统的设计.....................3.1设计可编程控制器系统遵循的基本原则.......................3.2工艺要求及动作流程.......................................3.3PLC选型.................................................3.4I/O点地址编号及硬件接线.................................3.5软件编制.................................................四、设计心得.................................................五、参考文献.................................................一、设计概述1.1组合机床的发展史二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05毫米/1000毫米，表面粗糙度可低达2.5～0.63微米；镗孔精度可达IT7～6级，孔距精度可达0.03～0.02微米。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。1.2组合机床加工方式组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔。扩孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转类零件的外圆和端面的加工。1.3设计要求要求如下：1）能按照本组最终要求合理设计继电器电气原理图，PLC电气原理图，再做成控制板，最后连线试验。2）要求上交1份设计说明书，2张图纸，测试结果。二、组合机床的电气控制线路设计2.1选择并确定控制方案组合机床通常是采用多刀、多面、多工序、多工位同时加工，由通用部件和专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。它的电气控制线路是将各个部件组合成一个统一的循环系统。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、铣削及磨削等工序。组合机床用于大批量生产。组合机床的控制系统大多采用机械、液压或气动、电气相结合的控制方式。其中，电气控制又起着中枢连接的作用。因此，应注意分析组合机床电气控制系统与机械、液压或气动部分的相互关系。组合机床组成部件不是一成不变的，它将随着生产力的向前发展而不断更新，因此与其相适应的电气控制线路也随着更新换代，目前主要有以下两种：1、机械动力滑台控制线路机械动力滑台和液压动力滑台都是完成进给运动的动力部件，两者区别仅在于进给的驱动方式不同。动力滑台与动力头相比较，前者配置成的组合机床较动力头更为灵活。在动力头上只能安装多轴箱，而动力滑台还可以安装各种切削头组成的动力头，用来组成卧式、立式组合机床，以完成钻、扩、铰、镗、刮端面、倒角和攻螺纹等工序，安装分级进给装置后，也可用来钻深孔。一般机械动力滑台由滑台、机械滑座及双电动机（快速电动机和进给电动机）传动装置三部分组成。滑台进给运动的自动循环是通过传动装置将动力传递给丝杆来实现的。2、液压动力滑台控制线路液压动力滑台与机械动力滑台在结构上的区别在于：液压动力滑台的进给运动的借助压力油通过液压缸的前腔和后腔来实现的。液压动力滑台由滑台、滑座及液压缸三部分组成，液压缸驱动滑台在滑座上移动。液压动力滑台也具有前面机械动力滑台的典型自动工作循环过程，它是通过电气控制线路控制液压系统来实现的。滑台的工进速度是通过调整节流调速阀进行无级调速的。电气控制一般采用行程原则、时间原则控制方式及压力控制方式。组合机床电气控制系统总的特点，是它的基本电路可根据通用部件的典型控制电路和一些基本控制环节组成，再按加工、操作要求以及自动循环过程，无须或只要作少量修改综合而成。本设计分析对象是由一个液压动力滑台和两个铣削动力头来实现两面加工的组合机床电气控制电路。2.2确定机床的工作循环组合相床由底座、床身、液压动力滑台、铣削动力头、液压站等通用部件以及有关的专用部件组成，如图2-1所示。组合机床的工作循环如图2-2所示。1—左电动机；2—左变速箱；3—液压缸；4—右变速箱；5—右电动机；6—滑台；7—工件；8—夹具；9—机座图2-1组合机床结构示意图图2-2组合相床工作循环图加工时，工件随夹具安装在液压动力滑台上，当发出加工指令后，工作台作快速进给，工作接近动力头时，工作台改为工作进给速度进给，同时，左铣削动力头启动加工，当进给到一定位置时，右动力头也启动两面同时加工，直至终点时工作进给停止，两动力头停转，经死挡铁停留后，液压动力滑台快速退回原位并停止，工作循环结束。2.3确定液压动力滑台系统的工作过程图2-3液压动力滑台的液压系统图液压系统工作过程如下：（元件动作见表2—1）表2—1元件动作表工步YV1YV2KP原位———快进+——工进+——死挡铁停留+——/+快退—+—（1）快速趋进液压泵电动机启动后，按下SB3按钮发出滑台快速移动信号，KA1吸合，电磁铁YV1得电，三位五通电磁阀向右移，控制油路开通，控制三位五通液控换向阀向右移，接通工作油路，压力经过行程阀进入液压缸大腔，而小腔内回油经过三位五通液控换向阀、单向阀、行程阀再进入大腔，液压缸体、滑台、工件向前快速移动。（2）工作进给滑台快速移动到工件接近铣削动力头时，滑台上的挡铁压下行程阀，切断压力油通路，此时压力油只能通过调速阀进入液压缸大腔，减少进油量，降低滑台移动速度，滑台转为工进进给。此时由于负载增加，工作油路油压升高，顺序阀打开，液压缸小腔的回油不再经单向阀流入液压缸大腔，而是经顺序阀流回油箱。（3）死挡铁停留液压动力滑台工作进给结束时（铣削加工完成），滑台撞上死挡铁，停止前进，但油路仍处于工作进给状态，液压缸大腔内继续进油，至使油压升高，压力继电器KP动作。（4）快速退回停于原位死挡铁停留，压力继电器KP动作，其常闭触点打开，使电磁铁YV1失电，KP常开触点闭合，电磁铁YV2得电，三位五通电磁阀左移，控制油控制阀左移，工作压力油直接进入液压缸小腔，使液压缸体、滑台、工件迅速退回。同时大腔内的回油经单向阀、三位五通液控换向阀无阻挡地流回油箱。工作台快速退回原位时，压下原位行程开关，电磁铁YV2失电，在弹簧作用下，液控换向阀处于中间状态，切断工作油路，系统中各元件均恢复原位状态，滑台停于原位，一个工作循环结束。2.4机床电气传动的特点及控制要求（1）两台铣削动力头分别由两台笼型异步电动机拖动，单向旋转，无须电气变速和停机制动控制，但要求铣刀能进行点动对刀。（2）液压泵电动机单向旋转，机床完成一次半自动工作循环后，液压泵电动机不停机，当按下总停机按钮时才停机。（3）加工到终点，动力头完全停止后，滑台才能快速退回。（4）液压动力滑台前进、后退能点动调整。（5）电磁铁YV1、YV2采用直流供电。（6）机床具有照明、保护和调整环节。2.5机床电气控制线路设计（1）电动机控制电路1M为液压泵电动机，操作按钮SB2或SB1，使KM1得电或失电，控制电动机启动或停止。机床所有的操作都必须在液压泵电动机启动以后进行。SA1为机床半自动工作与调整工作的选择开关。SA1开关置于A位置时机床实现半自动工作，左、右铣削动力头的电动机M2与M3分别由滑台移动到位，压下行程开关SQ2与SQ3，使KM2、KM3得电并自锁，M2、M3分别启动工作。加工到终点时，滑台压下终点行程开关SQ4，使KM2、KM3断电，两动力头停转。（2）液压动力滑台控制液压泵电动机启动工作后，按下按钮SB3，继电器KA1得电并自锁，电磁铁YV1得电，控制液压滑台快速趋近，至滑台压下行程阀，滑台转为工作进给速度进给。工作进给至终点，死挡铁停留，进油路油压升高，到压力继电器KP动作。KA1失电，电磁铁YV1失电，同时KA2得电，电磁铁YV2得电，滑台快速退回到原位，压下原位行程开关SQ1，KA2失电，YV2失电，滑台停在原位，一个工作循环结束。（3）照明电路机床照明灯EL通过控制变压器T1降压为24V，由开关SA2控制。（4）保护与调整环节熔断器FU1用于对电动机M1，变压器T1、T2一次侧进行短路保护；FU2用于对电动机M2、M3短路保护，FU3用于对电