课程设计（论文）成型磨床电气控制系统的设计

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1、平面磨床的电气控制- 1 -一 M7130 平面磨床电气控制系统设计1设备概况介绍M7130 平面磨床的主要结构机械加工中，当对零件表面的光洁度要求较高时，就需要用磨床进行加工，磨床是用砂轮的周边或端面对工件的表面进行机械加工的一种精密机床。 本机床用于各种特殊要求型面的磨削加工，机床有三台电动机拖动，及磨头电动机拖动砂轮高速旋转，采用 JW114(0.6kw),单向连续工作。油泵电动机拖动油泵向液压系统供油，采用 JO2144(0.8kw) 单向连续工作。加工时，工件置于电磁吸盘（36V/1.2A）上，加工完毕退磁取下工件。M7130 型平面磨床主要由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮架、滑座、立

2、柱等部分组成。在床身上装有液压传动装置，以便工作台在床身导轨上通过压力油推动活塞作往复直线运动，实现水平方向进给运动。工作台面上有 T 形槽，用以安装平面磨床的电气控制- 2 -电磁吸盘或直接安装大型工件。床身上固定有立柱，滑座安装在立柱的垂直导轨上，实现垂直方向进给。在滑座的水平导轨上安装砂轮架，砂轮架由装入式电动机直接拖动，通过滑座内部的液压传动机构实现横向进给。平面磨床砂轮的旋转运动为主运动，工作台完成一次往复运动时，砂轮架作一次间断性的横向进给，直至完成整个平面的磨削，然后砂轮架连同滑座沿垂直导轨作间断性的垂直进给，直至达到工件加工尺寸。平面磨床的辅助运动，如砂轮架在滑座的水平导轨上作

3、快速横向移动，滑座在立柱的垂直导轨上作快速垂直移动，以及工作台往复运动速度的调整等。2 控制系统设计要求1）平面磨床是一种精密加工机床，为了保证其加工精度要求，机床运行时要求平稳。工作台往复运动在换向时要求惯性要小，无冲击力，因此，工作台的往复运动采用液压传动。由电动机拖动液压泵，供应压力油，通过液压传动装置实现工作台的纵向进给运动，并通过工作台上的撞块操纵床身上的液压换向阀（开关） ，改变压力油的流向，实现工作台的换向和自动往复运动。2）为了简化磨床的机械传动机构，采用多电动机单独拖动。M7130 型平面磨床采用三台电动机拖动，砂轮的旋转运动由装入式电动机直接拖动。液压泵由液压泵电动机拖动，

4、经液压传动装置完成工作台的往复（纵向进给）运动，砂轮架的横向进给运动，砂轮架的快速横向移动以及工作台导轨的润滑等。拖动冷却泵的电动机为磨削加工提供冷却液。3）为了提高磨削质量，要求砂轮有较高转速，通常采用两极（理想空载转速为 3000r/min50Hz）的笼型异步电动机拖动。为了提高调整运转的砂轮主轴的风度，采用装入式电动机拖动，电动机与砂轮主轴同轴，从而提高了磨床的加工精度。4）平面磨削加工中，由于磨削温度高，为减少工件的热变形，必须使工件得到充分的冷却，同时冷却液能冲走磨屑和砂粒，以保证磨削精度。5）平面磨床常用电磁吸盘，利用电磁吸力很方便地安装和加工小工件，且工件在加工过程中由于发热变形

5、，电磁吸盘允许工件有自由伸缩余地，从而保证加工精度。6) 为调整砂轮位置，磨头升降采用点动控制。为了停位准确，应有制动控制（采用能耗制动） 。上下极限位置应有位置保护。在磨削加工中应保证砂轮架不能升降移动。7）砂轮、液压泵、冷却泵三台电动机都只要求单方向旋转。平面磨床的电气控制- 3 -8）冷却泵电动机应随砂轮电动机的开动而开动，若加工中不需要冷却液时，可单独关断冷却泵电动机。9）在正常加工中，若电磁吸盘吸力不足或消失时，砂轮电动机与液压泵电动机应立即停止工作，以防止工件被砂轮切向力打飞而发生人身和设备事故。不加工时，即电磁吸盘不工作的情况下，允许砂轮电动机与液压泵电动机开机，机床作调整运动。

6、10）电磁吸盘励磁线圈具有吸牢工件的正向励磁、松开工件的断开励磁、以及为抵消剩磁便于取下工件的反励磁控制环节。11）具有完善的保护环节。各电路的短路保护，各电动机的长期过载保护，零压、欠压保护，电磁吸力不足的欠电流保护，以及线圈断开时产生高电压，而危及电路中其它电器设备的过压保护等等。12）机床照明电路与工件去磁的控制环节。 二、M7130 型平面磨床电气控制系统总体设计过程1总体方案说明1) 砂轮电动机、冷却电动机、液压电动机分别由电动机 M1、M2、M3 拖动。2)砂轮位置调整，磨头升降采用点动控制。为了停位准确，应有采用能耗制动。3) 上下极限位置应有位置保护。在磨削加工中应保证砂轮架不

7、能升降移动。4)采用热继电器实现过载保护，用以完成各个电动机系统的过载保护。5) 主电路用断路器，各负载回路和控制回路以及 PLC 控制回路采用熔断器，实现短路保护。6) 电控箱设置在控制室内。控制面板与电控箱内的电器板用 BVR 型铜导线连接，电控箱与执行装置之间采用端子板连接。7）使用说明书8）设计小结9）参考资料目录平面磨床的电气控制- 4 -2、电气原理图图 1-1平面磨床的电气控制- 5 -3 主电路设计 图 1-2 M7130M7130 平面平面磨床电气控制系统主电路 主电路 由电源引入开关 Q 控制整机电源的接通与断开。三台电动机均要求单向旋转，M1 砂轮电动机、M2 冷却泵电动

8、机，同时由接触器 KM1 控制，而M2 电动机再经过 X1 插销实现单独判断控制，M3 液压泵电动机由接触器 KM2 控制。平面磨床的电气控制- 6 -4 控制电路分析电动机控制电路的控制电源直接采用交流 380V，由按钮 SB1、SB2 和接触器 KM1 构成了砂轮电动机 M1 单向起动和停止控制电路。由按钮 SB3、SB4 和接触器 KM2 构成了液压泵电动机 M3 单向旋转起动和停止控制电路。实现两台电动机独立操作控制。平面磨床在加工中出现电磁吸盘吸力不足或消失时，为确保人身和设备的安全，不允许继续加工。因此，在两台电动机的控制电路中应设定欠电流继电器 KA 常开触点，达到欠磁联锁保护。

9、在不加工时又能单独控制砂轮与液压泵电动机运转工作，因此，在控制电路中 KA（3-4）触点处并接转换开关 SA1 于“去磁”位置时，触点（3-4）接通来实现。主电路与控制电路由熔断器 FU1、FU2 分别实现适中保护。砂轮与液压泵电动机利用热继电器 KR1、KR2 实现长期过载保护。为了保护工件与砂轮的安全，当有一台电动机过载停机时，另一台电动机也应停止。因此，应将 KR1、KR2 常平面磨床的电气控制- 7 -闭触点串接在总控制电路中。1)电磁吸盘控制电路分析电磁吸盘是固定加工工件的一种夹具。利用通电导体在铁心中产生的磁场吸牢铁磁材料的工件，以便加工。它与机械夹具比较，具有夹紧迅速，不损伤工件

10、，一次能吸牢若干个小工件，以及工件发热可以自由伸缩等优点。因而电磁吸盘在平面磨床上用得十分广泛。电磁吸盘的控制电路包括整流装置、控制装置和保护装置三个部分。整流装置由变压器 T1 和桥式全波整流器 VC 组成，供给 120 直流电源。充磁过程如下：按下充磁按钮闭合 QS2，与右端接触，插头 X2 闭合，电磁吸盘 YH 线圈获电，工作台充磁吸住工件。同时其自锁触头闭合，联锁触头断开。平面磨床的电气控制- 8 -磨削加工完毕，在取下加工好的工件时，先断开 X2，切断电磁吸盘 YH 的直流电源，由于吸盘和工件都有剩磁，所以需要对吸盘和工件进行去磁。去磁过程如下：按下点动按钮 QS2，与左端接触，插头

11、 X2 闭合，电磁吸盘通入反相直流电，使工作台和工件去磁。保护装置由放电电阻 R 和电容 C 以及零压继电器 KA 组成。电阻 R 和电容 C 的作用是：电磁吸盘是一个大电感，在充磁吸工件时，存贮有大量磁场能量。当它脱离电源时的一瞬间，吸盘 YH 的两端产生较大的自感电动势，会使线圈和其他电器损坏，故用电阻和电容组成放电回路。利用电容 C 两端的电压不能突变的特点，使电磁吸盘线圈两端电压变化趋于缓慢，利用电阻R 消耗电磁能量，如果参数选配得当，此时 R-L-C 电路可以组成一个衰减振荡电路，对去磁将是十分有利的。零压继电器 KA 的作用是：在加工过程中，若电源电压不足，则电磁吸盘将吸不牢工件，

12、会导致工件被砂轮打出，造成严重事故，因此，在电路中设置了零压继电器 KA，将其线圈并联在直流电源上，其常开触头串联在液压泵电机和砂轮电机的控制电路中，若电磁吸盘吸不牢工件，KA 就会释放，使液压泵电机和砂轮电机停转，保证了安全。2)照明和指示灯电路分析照明电路由照明变压器 T2，将 380V 电压降为 24V，并由开关 SA2 控制照明平面磨床的电气控制- 9 -灯 EL，照明变压器二次侧装有熔断器 FU3 作为短路保护。其一次侧短路可由熔断器 FU2 实现保护。 5、要参数计算1) 断路器 QS1 为供电系统电源开关，其主回路控制对象为电感性负载交流电动机，断路器过电流脱扣值按电动机起动电流

13、的 1.7 倍整定。成型磨床有0.8kW 负载电动机一台，起动电流较大，其余三台为 0.6kW，起动电流较小，而且工艺要求 4 台电动机单独起动运行，因此可根据 0.8kW 电动机选择自动开关QG 脱扣电流 IQG：IQG1.7IN，选用 IQG 的断路器。2) 熔断器 FU 熔体额定电流 IFU。以曝气风机为例，IFU2IN，选用 IFU的熔体。其余熔体额定电流的选择。3) 热继电器的选择请参考有关技术手册，负载额定电流的 1.2 倍。4)能耗制动参数计算制动电流 ID1.5IN直流电压 UDRID 整流变压器二次侧交流电流 I2 ID /0.9电压 U2UD/0.9整流变压器容量 S= I

14、2 U26、制定电气元件目录表M7130M7130 平面平面磨床电气控制系统元器件目录表序号符号名称型号规格用途数量1M1砂轮电动机JW11-4驱动磨头砂轮转动12M3液压泵电动Y802-4（0.75）砂轮架、立柱、1平面磨床的电气控制- 10 -机滑座的松开、夹紧3M2冷却电动机JW11-4磨削加工中冷却用14YH电磁吸盘DC36V/1.2A吸紧工件16SQ3磨头上升极限位置行程开关LX2上极限位置保护17SQ4磨头下降极限位置行程开关LX2下极限位置保护18QS1总开关按钮LA20（红色）总开关19SB3油泵电动机启动按钮LA20（绿色）油泵电动机启动110SB4油泵电动机停止按钮LA20

15、（红色）油泵电动机关闭111QS2电磁吸盘按钮LA20电磁吸盘112FR1F热继电器2JR16B-20/3参照电动机平面磨床的电气控制- 11 -R2整定电流13FU1熔断器3RL1-15熔体 210A14FU2FU3FU4熔断器3RT16-32X熔体 2A15SQ1磨头上升极限位置行程开关1LAY37上极限位置保护16SQ2磨头下降极限位置行程开关1LAY37下极限位置保护17SB8电磁吸盘断电按钮1LAY37红色18SB9电磁吸盘充磁按钮1LAY37绿色19SB10电磁吸盘退磁点动按钮1LAY37黄色20SA2照明开关1LAY37-D2黑色21KM1砂轮、冷却电动机启动接触器1DJX-9线

16、圈电压：AC220V平面磨床的电气控制- 12 -22KM2液压泵电动机启动接触器1DJX-9线圈电压：AC220V23KA1欠电流继电器1JT3线圈电压：DC36V24EL1照明灯1JL40A照明灯电压，DC36V25YA电磁铁1DJX-9线圈电压：DC36V平面磨床的电气控制- 13 -7、M7130 平面磨床控制顺序转移图点动磨头下降到预定位置，为磨削工作准备启动油泵电动机，磨头砂轮电动机，及吸尘电动机平面加工完成？位置1点动磨头上升到位置 2结束 停止油泵电动机，磨头砂轮电动机，及吸尘电动机退磁充磁？欠电压继电器得电接通电源断开电源NY Y NNYYYN图 1-4M7130 平面磨床控

17、制流程图平面磨床的电气控制- 14 -8、M7130 平面磨床常见电气故障分析与检修方法1电磁吸盘无吸力 2电磁吸 1 盘吸力不足 电磁吸盘吸力不足通常是电磁吸盘损坏或整流器输出电压不正常造成的。 电磁吸盘平面磨床的电气控制- 15 -3其他常见故障及处理方法 故障现象故障原因处理方法三台电动机均不能启动欠电流继电器 KA 的常开触头和转换开关 QS2 的触头（3）接触不良、接线松脱或有油垢，使电动机的控制电路处于断电状态分别检查欠电流继电器 KA 的常开触头和转换开关 QS2 的触头（3）的接触情况，不通则修理或更换砂轮电动机的热继电器KH1 经常动作（1）M1 前轴承铜瓦磨损后易发生堵转现

18、象，使电流增大，导致热继电器动作（2）砂轮进刀量太大，电动机超负荷运行（3）热继电器规格选得太小或整定电流过小（1）修理或更换轴瓦（2）选择合适的进刀量，防止电动机超载运行 （3）更换或重新整定热继电器电磁吸盘退磁不好使工件取下困难（1）退磁电路断路，根本没有退磁（2）退磁电压过高（3）退磁时间太长或太短（1）检查转换开关 QS2 接触是否良好，退磁电阻 R2 是否损坏（2）应调整电阻 R2（3）根据不同材质掌握好退磁时间平面磨床的电气控制- 16 -三M7130 平面磨床电气控制工艺设计按设计要求设计绘制电器板电器元器件平面图、控制面板电器平面图及相关电气接线图。1 先根据控制系统要求和电气

19、设备的结构，确定电器元器件的总体布局以及控制面板上应安装的电器元件。本系统在 M7130 平面磨床现场设计安装的电器元件和动力设备有：电动机等。电控箱内电器板上安装的电器元件有：断路器、熔断器、隔离变压器、PLC、接触器、中间继电器、热继电器和端子板等。在控制面板上设计安装的电器元件有：控制按钮、旋钮开关、各色指示灯等。2 依据用户要求满足操作方便、美观大方、布局均匀对称等设计原则，绘制电控箱电器板元件布置图、电器面板元件布置图。进出引线采用接线端子板连接，接线图略。3 依据电器元件布置图及电器元器件的外形尺寸、安装尺寸，绘制电器板（绝缘板、镀锌铁板或架） 、控制面板（有机玻璃板、铝板或铁板等

20、） 、垫板（有机械强度的绝缘板或镀锌板）等零部件加工图。图中应注明外形尺寸、安装孔径、定位尺寸与公差、板材厚度以及加工要求等。本设计所涉及的钣金加工技术图从略。4 依据电器安装板、控制面板尺寸设计电控箱，绘制电控箱安装图。本设计从略。至此，基本完成了成型磨床系统要求的电气控制原理设计和工艺设计任务。划分组件的原则是： (1)把功能类似的元件组合在一起； (2)尽可能减少组件之间的连线数量，同时把接线关系密切的控制电器置于同一组件中； (3)让强弱电控制器分离，以减少干扰； (4)为力求整齐美观，可把外形尺寸、重量相近的电器组合在一起； (5)为便于检查与调试，把需经常调节、维护和易损元件组合在

21、一起。5 电器元件布置图的设计与绘制电气元件布置图是某些电器元件按一定原则的组合。电器元件布置图的设计依据是部件原理图、组件的划分情况等。设计时应遵循以下原则： (1)同一组件中电器元件的布置应注意将体积大和较重的电器元件安装在平面磨床的电气控制- 17 -电器板的下面，而发热元件应安装在电气箱(柜)的上部或后部，但热继电器宜放在其下部，因为热继电器的出线端直接与电动机相连便于出线，而其进线端与接触器直接相连接，便于接线并使走线最短，且宜于散热； (2)强电弱电分开并注意屏蔽，防止外界干扰； (3)需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低，人力操作开关及需经常监视的仪表的安装位

22、置应符合人体工程学原理； (4)电器元件的布置应考虑安全间隙，并做到整齐、美观、对称，外形尺寸与结构类似的电器可安放在一起，以利加工、安装和配线。若采用行线槽配线方式，应适当加大各排电器间距，以利布线和维护控制表总电路总电路急停急停QS1QS1- -位置油泵电动机的控制开启停止SB4-SB3+平面磨床的电气控制- 18 -位置砂轮电动机的控制开启停止SB2-SB1+位置磨头电动机的控制上升停止下降SB2+-SB3-+位置电磁吸盘的控制充磁去磁QS2+QS2-平面磨床的电气控制- 19 -四课程设计小结经过一周的设计圆满的完成了这次课程设计，本次课程设计让我受益匪浅。我的课程设计题目是成型磨床电

23、气控制系统的设计，随着科技的发展电气自动化控制将会发展越来越迅速，电气控制更是为工业生产发展提供了一条便捷通道。我的课程设计必须结合机电传动、电气控制等的知识来设计。课程设计的前几天，我充分的搜寻各种有用资料，参考书，为这次课程设计顺利完成做好了准备。设计过程中让我对前段时间学习的机电传动控制与可控制编程等学科有了更进一步的认识。我们经过了金工实习对磨床的结构及运动形式早已了解，通过查阅资料我了解了磨床的电力拖动与电气控制要求，对元器件的选择也有了了解。但是我们学习的都是课本上的知识，不能得心应手，必须反复推敲。这次课程设计让我们有了对工厂电气控制设备有了一定的了解，我们必须把理论与实践结合起

24、来解决我们遇到的问题，只有这样我们才能不断的发现问题解决问题。本次课程设计遇到的最大问题是电气控制电路与绘制各个工艺图，我采用的是做图，无形中让我对知识也有了进一步的加深。电气控制电路设计让我对电器元件的选型。我这次设计的成型磨床控制电路涉及到能耗制动电路，电机正反转电路，短路保护，过载保护电路等电路，绘制电控箱电器板元件布置图等设计，经过自己一步一步的努力克服各种难题，是我的课程设计终于完成了，看到自己的作品呈现在自己面前心中充满喜悦之情。课程设计给了我发挥的场地，让我掌握了机床电气控制与 PLC 编程的应用技术，让我再一次的把学习到的理论知识运用到实践中去，从实践中反馈回来了新的知识将是我今后进一步努力征服的目标！平面磨床的电气控制- 20 -设计参考资料【1】 方承远. 工厂电气控制技术. 北京：机械工业出版社，1992.【2】 徐超. 电气控制与 PLC 应用技术. 清华大学出版社， 2009.【3】 王炳实. 机床电气控制. 机械工业出版社， 2002.