機(jī)電的一體化課程設(shè)計(jì)-專用鉆床系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、機(jī)床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計(jì) —— 專用鉆床系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)： xxxx 級(jí) x 班 姓名： 目錄 引言 1課程設(shè)計(jì)目的 1.1 專用鉆床概況 1.2 基本要求 2機(jī)電控制系統(tǒng)原理圖 3.1 主電路 3.2 控制電路 3.電動(dòng)機(jī)及其它電氣元件的選擇 3.1 電動(dòng)機(jī)的選型 3.2 接觸器器的選型 3.3 時(shí)間繼電器電器的選型 3.4 中間繼電器、熱繼電器的選型 3.5 熔斷器的選型 3.6 控制變壓器的選型 3.7 其他控制電器的選擇 3.8 制定電動(dòng)機(jī)和電氣元件明細(xì)表 小結(jié) 參考文獻(xiàn) 2 2 2 2

2、 2 3 5 5 5 6 7 8 9 9 9 13 14 基于機(jī)電控制基礎(chǔ)課程復(fù)合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科特點(diǎn) ,提出了基于 項(xiàng)目的一體化教學(xué)方法,設(shè)定了直線運(yùn)動(dòng)模塊速度、位置伺服控制系 統(tǒng)設(shè)計(jì)課程項(xiàng)目，建立了機(jī)電控制基礎(chǔ)課程的 一體化內(nèi)容體系，弁應(yīng) 用于機(jī)電控制基礎(chǔ)課程教學(xué)改革中。實(shí)踐證明 ，此教學(xué)方法卓有成效 地完成了機(jī)電控制基礎(chǔ)的教學(xué)任務(wù),激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高了學(xué) 生機(jī)電裝置控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)能力,取得了很好的教學(xué)效果，值得復(fù)合 性和實(shí)踐性較強(qiáng)的其他學(xué)科教學(xué)借鑒和參 考。 關(guān)鍵詞： 機(jī)電控制；項(xiàng)目教學(xué)；一體化教學(xué)模式 ；機(jī)電裝置 引言 機(jī)

3、床電氣控制技術(shù)以繼電器 -接觸器邏輯控制和可編程序控制器（ PLC） 為主要組成部分的電氣控制技術(shù)，在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域特別是機(jī)電設(shè)備控 制技術(shù)中發(fā)揮著不可替代的作用。在傳統(tǒng)的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)中，繼 電器-接觸器邏輯控制是主要的控制方式。隨著技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)過程 的日益復(fù)雜，PLC技術(shù)得到迅速發(fā)展，其應(yīng)用范圍也日益廣泛， PLC 機(jī)器人、CAD/CA岷術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。 由于PLC技 術(shù)是在繼電器-接觸器邏輯控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，學(xué)習(xí)繼電器 -接觸器邏輯控制技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí) PLC技術(shù)具有支撐與促進(jìn)作用。因此，本 書首先介紹繼電器-接觸器邏輯控制技術(shù)，在此基礎(chǔ)上再介紹 PL

4、C技術(shù)。 本課程是機(jī)電專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，對(duì)提高學(xué)生工 程實(shí)踐和增強(qiáng)專業(yè)分析問題、解決問題的能力具有重要作用。 1課程設(shè)目的 本課程設(shè)計(jì)是機(jī)電控制工程專業(yè)與《機(jī)床電氣控制》專業(yè)課程配套的一門 專業(yè)實(shí)踐課程，是在學(xué)習(xí)了本專業(yè)《機(jī)床電氣控制》中一些典型機(jī)床控制 線路及實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐，系統(tǒng)地掌握在工業(yè)自動(dòng)化控 制系統(tǒng)中，機(jī)床電氣控制線路設(shè)計(jì)和應(yīng)用的知識(shí)。為今后從事專業(yè)技術(shù)工 作打下基礎(chǔ)。 1.1專用鉆床概況 設(shè)計(jì)一專用鉆床液壓系統(tǒng)。動(dòng)作循序?yàn)椋嚎爝M(jìn)一1進(jìn)進(jìn)一2進(jìn)進(jìn)一死檔鐵停 留一快退一原位停止卸荷。 動(dòng)作 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA

5、 快進(jìn) + - - - + 一工進(jìn) + - + + + 二工進(jìn) + - + - + 快退 - + - - + 卸荷 - - - - - 1.2設(shè)計(jì)要求 (1)冷卻泵電動(dòng)機(jī)直接由K開關(guān)QS1控制，即由開關(guān)QS1接通和斷開; (2)主軸電動(dòng)機(jī)具有正反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)/長動(dòng)控制功能，并可以實(shí)施反接制動(dòng)； (3)升降電動(dòng)機(jī)具有正反轉(zhuǎn)控制功能； (4)液壓泵電動(dòng)機(jī)具有正反轉(zhuǎn)控制功能； (5)主軸電動(dòng)機(jī)具有短路保護(hù)、過載保護(hù)功能，整個(gè)線路具有短路保護(hù)功 仝匕 能； （ 6） 正 反轉(zhuǎn)時(shí)要具備“互鎖”功能 （ 7） 主 電路與控制電路

6、之間具有控制變壓器 TC ； （ 8） 機(jī) 床具有照明燈，照明電路電壓為 36V ； （ 9） 機(jī)床具有操作指示燈，指示燈電路電壓為 6.3V ； （ 10） 主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，可以動(dòng)態(tài)實(shí)際測量主電路的電流大小 。 2 機(jī)電控制系統(tǒng)原理圖 2.1 主回路 : 按下開關(guān)SB2,使得KM線圈帶電，從而使 KM的動(dòng)合觸點(diǎn)KM閉合形 成閉合回路。具體的主回路線路如下圖所示： 2.2 控制線路： 2.2.1 電動(dòng)機(jī)M的控制 按下啟動(dòng)按鈕 SB2f接觸器KM1通電-M1轉(zhuǎn)動(dòng)。 按下停止按鈕 SB1-接觸器KM1斷開fM1停止。 2.2.2 回路動(dòng)作控制 按下升起按鈕 S

7、B4f KM1通電-電磁閥1YA通電，使得實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)給， 指示燈HL1亮。當(dāng)碰到行程開關(guān) ST2時(shí)，線圈KM3帶電-電磁閥3YA 4YA通電，使得實(shí)現(xiàn)一工進(jìn)，指示燈 HL2亮。當(dāng)碰到行程開關(guān) ST3時(shí), 使得KM4帶電，，KM4的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開4YA斷電，實(shí)現(xiàn)二工進(jìn)，這時(shí)指 示燈HL3亮。當(dāng)碰觸行程開關(guān) ST4時(shí)有延時(shí)繼電器使得在原位停留 （死 擋鐵停留），延時(shí)一定時(shí)間，延時(shí)開關(guān) KT帶電使得KM2帶電，動(dòng)合觸 點(diǎn)KM2閉合，KM2動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開使得只有 2YA帶電，實(shí)現(xiàn)快退。具體回 路如下圖所示： 2.2.3 .照明電路 變壓器T提供36V交流照明電源電壓。而顯示燈所需電源

8、為6.3V交流 電。故將它們分別有變壓器 TC的不同變壓接口引出即可。 照明燈用一個(gè)刀閘開關(guān)S2控制，在需要照明時(shí)就開啟，不需要照明時(shí) 6.3V）應(yīng) 就關(guān)閉，是手動(dòng)控制。顯示燈在相應(yīng)的地方有標(biāo)志，用 HL標(biāo)識(shí)〈 控制回路的起始端（即由變壓器 TC引出的3端110V、36V、 設(shè)置短路保護(hù)。故在該處分別接上相合適的熔斷器 FU2 3 .電動(dòng)機(jī)及其它電氣元件的選擇 般都為 3.1 電動(dòng)機(jī)的選型 根據(jù)任務(wù)書中要求得知液泵電動(dòng)機(jī) M的功率為5W而工業(yè)用電 380V三相交流電，故查手冊得，選擇功率相近的電動(dòng)機(jī)得一下結(jié)果: M : Y132S-4 M功率5.5kW

9、,額定電壓380V,額定電流11.6A。 3.2 .交流接觸器的選用: 接觸器用途廣泛 , 其額定工作電流或額定控制功率是隨使用條件不同 而變化的 , 只有根據(jù)不同使用條件正確選用 , 才能保證接觸器在控制系統(tǒng) 中長期可靠運(yùn)行，充分發(fā)揮其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。 因?yàn)檫@時(shí)接通時(shí)的沖擊電流可達(dá)額定電流的十幾倍 ，這時(shí)，宜選用JK4使用 類別的接觸器 , 如果選用 JK3 類的接觸器 , 建議降低 70~80 % 額定容量 來使用。 接觸器主觸點(diǎn)額定電流，一般根據(jù)電機(jī)容量 Pd計(jì)算,Ic APdx 103/KUd,取K=1.2,可得，Ic >12,再根據(jù)380V三相交流電的要求，查 手冊

10、，可選出交流接觸器為：KM型號(hào)為CJ0-10,線圈電壓為110V。 所以交流接觸器選用： CJ0-10 3.3 時(shí)間繼電器的選用 通過對(duì)各種時(shí)間繼電器工作原理和典型線路的分析可知 , 每一種時(shí)間 繼電器都有其各自的特點(diǎn) , 所以要合理選用以發(fā)揮它們的特長。 時(shí)間繼電器： JS7-4A。 3.4 中間繼電器、熱繼電器的選用 由于控制回路中， 電壓為 110V 交流電， 且根據(jù)控制回路設(shè)計(jì)圖得知中 間繼電器所需觸點(diǎn)不超 3 常開 1 常閉， 故查手冊， 可選擇中間繼電器如下： JZ7 — 62， 6動(dòng)合， 2 動(dòng)斷。 熱繼電器選擇是否得當(dāng) , 往往是決定它能否可靠地對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行

11、過載 保護(hù)的關(guān)鍵因素。應(yīng)按電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境要求、起動(dòng)情況、負(fù)載性質(zhì)等方 面來考慮。根據(jù)前面算出的電動(dòng)機(jī)工作電流， 查手冊可直接選出熱繼電器， 所以熱繼電器選用： JR0-40 3.5 熔斷器的選型 : 熔斷器的選擇主要是熔斷器類型的選擇和熔體額定電流的確定。 1）熔斷器類型的選擇 根據(jù)負(fù)載的保護(hù)特性和短路電流的大小來選擇熔斷器的類型。例如 , 電動(dòng) 機(jī)過載保護(hù)用的熔斷器采用具有鋅質(zhì)熔體和鉛錫合金熔體的熔斷器。對(duì)于 車間配電網(wǎng)路的保護(hù)熔斷器 , 如果短路電流較大 , 就要選用分?jǐn)嗄芰Υ? 的熔斷器 , 有時(shí)甚至還需要選用有限流作用的熔斷器，如 RT0 系列熔斷 器。在經(jīng)常要發(fā)

12、生故障的地方，應(yīng)考慮選用“可拆式”熔斷器，如RC1A、 RL1、RM7 RM10等系列產(chǎn)品。 2）熔體額定電流的確定 在選擇和計(jì)算熔體電流時(shí) , 應(yīng)區(qū)別兩種負(fù)載情況： 一種是有沖擊電流的負(fù)載如電動(dòng)機(jī)； 另一種是負(fù)載電流比較平穩(wěn)的情況，如一般照明電路。 用熔斷器保護(hù)電動(dòng)機(jī)時(shí) , 要達(dá)到過載保護(hù)的目的 , 其熔體的額定電流盡可 能接近電動(dòng)機(jī)的額定電流 , 但又為保證電動(dòng)機(jī)能正常起動(dòng) , 熔斷器在通過 起動(dòng)電流時(shí)不應(yīng)當(dāng)動(dòng)作 。 綜合上 要求 , 通常對(duì)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)取熔體的額 定電流為 I eR = （l.5~2.5）I eD 式中 I eD —— 電動(dòng)機(jī)的額定電流 , 單位為

13、 A 。 在輕載起動(dòng)或起動(dòng)時(shí)間較短的情況下 , 上式中的系數(shù)取 1.5 ； 而在較重負(fù) 載下起動(dòng)或起動(dòng)次數(shù)較多和起動(dòng)時(shí)間較長的情況下 , 系數(shù)取為 2.5 。 如果數(shù)臺(tái)電動(dòng)機(jī)共用一個(gè)總的熔斷器來保護(hù) , 則熔體的額定電流為 IeR=（1.5~2.5）I eDma+E I d 式中 I eDmax —— 容量最大的一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流 , 單位為 A。 Eld ——其余各臺(tái)電動(dòng)機(jī)額定電流之和，假如其中還有照明電路，則 將該電路的額定電流也計(jì)入Id內(nèi)，單位為A。 在負(fù)載電流比較平穩(wěn)的場合 , 基本上可按額定負(fù)載電流來確定熔體的額 定電流。 3）熔管額定電流的確定 在熔體的額定電

14、流已經(jīng)確定以后 , 還要確定熔管的額定電流。通常 , 熔管 的額定電流應(yīng)大于（至少等于 ） 熔體的額定電流。 另外，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，控制回路中的電流最大不會(huì)超過 5A,照明顯示回路電流 最大不會(huì)超過2A故查手冊，并選擇熔斷器結(jié)果如下： FU1： RL1-60/25, 最大熔斷電流 25A； FU2： RL-15/4, 最大熔斷電流 4A； FU3： RL-15/2, 最大熔斷電流 2A。 3.6 控制變壓器的選擇 控制變壓器一般用于降低控制電路或輔助電路電壓 , 以保證控制電路 安全可靠。選擇控制變壓器的原則為： 1） 控制變壓器原、副邊電壓應(yīng)與交流電源電壓、控制電路或輔助電路電

15、壓 相符。 2）應(yīng)保證控制電路中 , 所有交流電磁器件在起動(dòng)時(shí)可靠地吸合。 3）系統(tǒng)在正常運(yùn)行中變壓器不應(yīng)超過允許溫升。 我們設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，需要將380V三相交流電轉(zhuǎn)換成110M 36V、6.3V等三 種不同壓值的交流電，故選擇變壓器時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮變壓器的容量與接處的 點(diǎn)數(shù)。查手冊，選擇變壓器結(jié)果如下: TC: JBK3-2500, 4變壓接出頭。 3.7 其它控制電器的選擇 1）刀開關(guān)：HK1額定電流15A,級(jí)數(shù)3。 2）按鈕:LA25-40 （四常開）；LA25-06 （六常閉） 3）位置開關(guān)：JLXK1-311（4 個(gè)）。 3.8 制定電動(dòng)機(jī)和電氣元件明細(xì)表 電氣

16、元件明細(xì)表要注明各元器件的型號(hào)、規(guī)格及數(shù)量等，見表 1 表1電動(dòng)機(jī)和電氣兀件明細(xì)表 符號(hào) 名稱 型號(hào) 規(guī)格 數(shù) 量 M 液壓泵電動(dòng)機(jī) Y132S-4 11. 6A 380V 1 FR 熱繼電器 JR0-40 額定電流25A 整定電流 22.6A 1 K、K2 K3、K4 中間繼電器 JZ7-62 額定電流5A 4 FU1 熔斷器 RL-60/25 380V 熔體 25A 1 FU2 熔斷器 RL1-15/4 380V 熔體4A 1 FU3 熔斷器 RL-15/2 380V 熔體2A 3 KM 交流接觸器 CJ0

17、-10 10A 線圈電壓110V 1 T1、T2 控制變壓器 JBK3-2500 110A 2 符號(hào) 名稱 型號(hào) 規(guī)格 數(shù) 量  S 單刀雙擲開關(guān) HK1 約定電流15A 3級(jí) 1 ST1、ST2、 ST3、ST4 行程開關(guān) JLXK1-311 額定電壓380V 額定電流5A 4 SR、SB、 控制按鈕 LA25-40 紅色 3 SB、SB、 控制按鈕 LA25-06 黃色 2 YA1、YA2、 YA3 YA4 YA5 電磁鐵 5 KT 時(shí)間繼電器 JS7-4A 額定電壓380V 額定電流5A

18、 小結(jié) 在原理圖的設(shè)計(jì)上，學(xué)會(huì)如何靈活利用“起保?！彪娐穪韺?shí)現(xiàn)我們所需 的控制要求。另外還學(xué)會(huì)了如何分工，將整個(gè)原理圖劃分為主回路‘控制 回路‘輔助回路燈 3 個(gè)部分，然后分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。而在控制回路中，還可 以劃分為電機(jī)控制回路和液壓控制回路等兩個(gè)模塊。這樣，經(jīng)過細(xì)分后的 原理圖， 就變得簡單明了， 設(shè)計(jì)起來就很容易明確目的，快速的完成任務(wù)。 同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)半手動(dòng)控制的生產(chǎn)線要求，利用萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)，在 設(shè)計(jì)自動(dòng)回路時(shí)，同時(shí)也添加了手動(dòng)控制按鈕，這樣就更方便手動(dòng)調(diào)節(jié)。 在元器件的選型上，查資料，查詢電工手冊。通過查手冊中的元器 件性能指標(biāo)表格， 。 同時(shí)，們在資料

19、中查到了許多經(jīng)驗(yàn)公式，利用這些經(jīng)驗(yàn) 公式，計(jì)算出工業(yè)中一些額定電流的裕度。比如，在熔斷器的選擇上，就 是將電機(jī)的參數(shù)所計(jì)算出的電流值帶入經(jīng)驗(yàn)公式，得出一個(gè)電流裕度，然 后選取熔斷器。另外，一些工業(yè)接線方面的工藝知識(shí)；比如，在接點(diǎn)接線 時(shí)線頭不可超過 3 個(gè)；再比如按鈕與指示燈的顏色選取是根據(jù)工業(yè)中約定 俗成的習(xí)慣而定。 在接線圖的設(shè)計(jì)上， 如何將原理圖中的電器連接表達(dá)到接線圖中去。 在此部分，使用接線端子， 將各個(gè)元件連接到箱體外部的各元件上。首先， 將箱體內(nèi)部的元件位置進(jìn)行布置，布置的原則是盡量使箱體內(nèi)接線路徑最 短。然后將各引出線進(jìn)行編號(hào)，臨近的元件則不用上端子，直接接到

20、元件 即可。 參考文獻(xiàn) 1 張 萬奎 . 機(jī)床電氣控制技術(shù)［ M . 北京：中國林業(yè)出版社；北京大 學(xué)出版社， 2006. 2 葉 文蓀 . 電工技術(shù)（第 3 版） ［ M . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1998. 3 李 良洪等 . 電工手冊［ M . 北京：電子工業(yè)出版社， 2005. 4 秦 曾煌 . 電工學(xué)（第六版）上冊，電工技術(shù)［ M . 北京：高等教育出 版社， 2004. 5 常 曉玲 . 電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器［ M . 北京：機(jī)械工業(yè)出版 社， 2004. 6 周 軍. 電氣控制與 PLC［ M . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2001. 7 鄧 則名，鄺穗芳，程良倫 . 電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù) （ 第 2 版） ［M . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2002.