铣床的电气控制系统设计

机电控制技术课程设计说明书铣床的电气控制系统设计起止日期：2011年12月12日至2011年12月17日学生姓名XX班级机设083学号XX成绩指导教师(签字)机械工程学院2011年12月16日2目录一、控制对象（铣床）描述······················································3（一）简介···········································································3（二）机床结构及工作要求······················································3二、铣床系统的电气控制电路设计·············································4（一）电气传动的特点及控制要求·············································4（二）继电器-接触器电气控制电路的设计···································4（三）继电器-接触器电气控制电路图分析及介绍··························5（四）选择电气元件及明细表··················································10三、铣床的可编程控制器（PLC）设计········································14（一）可编程控制器控制系统设计的基本原则·····························14（二）可编程控制器系统的设计···············································14四、设计心得·······································································17五、参考文献·······································································18六、附图·············································································183一、控制对象（铣床）描述（一）简介铣床（millingmachine）系指主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。通常铣刀旋转运动为主运动，工件（和）铣刀的移动为进给运动。它可以加工平面、沟槽，也可以加工各种曲面、齿轮等。铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。（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，其结构如图A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。图1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-主轴变速手柄其工作原理：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4（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，工作台上的工件就可以在六个方向（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，可以改变传动比，使工作台在六个方向上作快速移动。此外，由于转动部分相对于溜板可绕垂直轴线左，右转一个角度（通常为45度），因此可以加工螺旋槽。工作台上还可以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、铣床系统的电气控制电路设计（一）电气传动的特点及控制要求（1）铣床的主运动和进给运动之间没有速度比例协调的要求，各自采用单独的笼型异步电动机拖动。（2）为了能进行顺铣和逆铣加工，要求主轴能够实现正，反转。（3）为提高主轴旋转的均匀性并消除铣削加工时的震动，主轴上装有飞轮，其转惯量较大，因此要求主轴电动机有停车制动控制。（4）为适应加工的需要，主轴转速与进给速度应有较宽的调节范围。X62W铣床采用机械变速的方法，为保证变速时齿轮易于齿合，减小齿轮端面的冲击，要求变速时有电动机瞬时冲动。（5）进给运动和主轴运动应有电气联锁。为了防止主轴未转动时，工作台将工件送进可能损坏刀具或工件，进给运动要在铣刀旋转后才能进行。为降低加工工件的表面粗糙度，加工结束必须在铣刀停转前停止进给运动。（6）在六个方向上运动要有联锁，在任何时刻，工作台在上，下，左，右，前，后六个方向上，只能有一个方向的进给运动。（7）为了适应工作台在六个方向上运动的要求，进给电动机应能正，反转。快速运动由进给电动机与快速电磁铁配合完成。（8）圆工作台运动只需一个转向，且要与工作台进给运动有联锁，不能同时进行。（9）冷却泵电动机M3只要求单方向转动。（10）为操作方便，应能在两处控制各部件的启动和停止。5（二）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一所示的继电器-接触器电气控制电路图。（三）继电器-接触器电气控制电路图分析及介绍1．主轴电动机控制1M为主轴拖动电动机。从主电路看出，主轴电动机的转向由转换开关5SA预选确定。转换开关5SA触点动作见表1。主轴电动机的起动、停止由接触器1KM控制，接触器2KM及电阻R和速度继电器KV组成停机反接制动控制。表1转换开关5SA动作表触点线端标号操作手柄位置顺铣停止逆铣15SA1121WU－－+25SA1121UU+－－35SA1121WW+－－45SA1121UW－－+6（1）主轴电动机起动接通电源开关Q，选择主轴电动机转向，操作转换开关5SA于所需位置。主轴电动机起动、停止分别由装于工作台上与床身上的控制按钮1SB、2SB和3SB、4SB实现两地控制。按下按钮1SB或2SB，接触器1KM得电，主触点闭合并自锁，主轴电动机按预选方向起动，带动主釉、铣刀旋转，同时速度继电器KV常开触点闭合，为停机反接制动作准备。（2）主轴电动机停机按下停机按钮3SB或4SB。接触器1KM失电，切断正序电源，同时接触器2KM得电，电动机串电阻实现反接制动，当主轴电动机转速低于120min/r，KV触点断开，2KM断电，电动机反接制动结束；停机操作时应注意在按下3SB或4SB要按到底，否则反接制动电路未接入，电动机只能实现自然停机。如果在按下按钮时间太短，反接制动的时间也太短，制动效果差，因此，操作时要在主轴快停机时再松开按钮。（3）主轴的变速运动主轴的变速采用圆孔盘式结构，变速时操作变速手柄在拉出或推回过程中短时触动冲动开关7SQ，主轴电动机瞬动一下而实现。主轴处于停车状态时，操作变速手柄，触动冲动开关7SQ使接触器2KM瞬时得电，电动机定子串电阻冲动一下，带动齿轮转动一下，便于齿轮啮合，完成变速。主轴已起动工作时，要变速同样操作变速手柄，操作时也触动冲动开关7SQ，使接触器2KM失电，2KM得电一下进行反接制动，使主轴转速迅速下降，以便于在低速下齿轮啮合，完成变速后，应重新按起动按钮，主轴电动机转动继续工作。7主轴在变速操作时，以较快速度将手柄推入啮合位置，因为7SQ的瞬动是靠手柄上凸轮的一次接触达到，如果推入动作缓慢，凸轮与7SQ接触时间延长，会使主油电动机转速过高，从而使齿轮啮合不上，甚至损坏断轮。2．工作台进给运动控制工作台的进给运动需在主轴起动之后进行。接触器KM常开触点（11－12）闭合，接通进给控制电源。工作台的左、右、前、后、上、下方向的进给运动均由进给拖动电动机2M驱动，通过2M电动机的正、反转及机械结构的联合动作，来实现六个方向的进给运动。控制工作台运动的电路是与左、右机械操作手柄联动的行程开关1SQ、2SQ及与前、后、上、下操作手柄联动的行程开关3SQ、4SQ组成复合控制。这时圆工作台开关1SA在断开位置，即1SA触点（17－18）和（12－22）接通，（22－19）断开，进给电动机通过工作台方向操作手柄进行控制。圆工作台开关1SA动作表见表2。表2圆工作台开关1SA动作表触点线端标号操作手柄位置圆工作台工作圆工作台不工作11SA17－18－+21SA22－19+－31SA12－22－+8（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1SQ压合，其常开触点（18－19）接通，常闭触点（25－17）断开，此时，控制电源经（12－15－16－17－18－19）接通接触器3KM，3KM吸合，主触点接通2M电动机正序电源，2M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2SQ压合，工作台向左进给运动。若将手柄置于中间位置，1SQ、2SQ复原，3KM、4KM均不吸合，工作台停止左右方向运动。（2）工作台前后（横向）进给运动和上、下（垂直）进给运动工作台的前后及上下进给运动，共用一套操作于柄控制，手柄有5个控制位置，处于中间位置为原始状态，进给离合器处于脱开状态，行程开关3SQ、4SQ均复位，工作台不运动。当操作向前、向后手柄时．通过机械装置连结前、后进给离合器。当操作向上、向下手柄时，连结上、下进给离合器。同时，使3SQ或4SQ压合接通，2M电动机正向或反向旋转，带动工作台作前后、上下进给运动。工作台向前和向下进给运动的电气控制电路相同。当将操作手柄扳到向前或向下位置时，压合行程开关3SQ，使其常闭触点断开，常开触点闭合，控制电源经（12－22－25－17－18－19）接通3KM线圈，3KM吸合，进给电动机2M正向旋转并通过机械联动将前、后进给离合器或上、下进给离合器接入，使工作合作向前或向下方向的进给运动。工作台向后和向上进给运动也共用一套电气控制装置。当将操作手柄扳到向后或向上位置时。压合行程开关4SQ，进给电动机反向旋转．使工作台作向后或向上方向进给运动。表2工作台的升降及横向操作手柄位置手柄位置工作台运动方向离合器接通的丝杆行程开关接触器动作电动机运转向下向下进给及快速向下垂直丝杆SQ3KM3M2正转向上向上进给或快速向上垂直丝杆SQ4KM4M2反转向前向前进给或快速向前横向丝杆SQ3KM3M2正转向后向后进给或快速向后横向丝杆SQ4KM4M2反转中间升降或横向进给停9止（3）圆工作台的工作圆工作台的回转运动由进给电动机2M经传动机构驱动。在使用时，首先必须将圆工作台转换开关1SA扳至“接通”位置，即圆工作台的工作位置。此时，SA的触点（12－22）、（17－18）断开，（22－19）接通，这样就切断了铣床工作台的进给运动控制回路，工作台就不可能作左、右、前、后和上、下方向的进给运动。圆工作台的控制电路中，控制电源经（12－15－16－17－25－22－19）接通接触器3KM线圈回路，使2M电动机带动圆工作台作回转运动。由于4KM线圈回路被切断，所以进给电动机仅能以正向旋转。因此，圆工作台也只能按一个方向作回转运动。（4）进给变速冲动进给变速冲动与主轴变速冲动一样，为了便于变速时齿轮的啮合，电气控制