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1、宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书11.绪绪 论论为融合机床和专用机床两者的优点，达到通用性与灵活性、高效率的统一，发展形成了组合机床。组合机床由一些通用部件及少量专用部件组成，一般采用多轴、多刀、多工序、多面同时加工， 可以在一部机床上完成各种通用机床的车铣磨削加工和进行各种孔的加工，而且一旦更换了产品和加工要求，又能够较方便地重新组装成新的机床，因而得到广泛的应用。电气控制线路是由许多电器元件按照一定的要求和规律接连而成的。为了表达各种设备的电气控制系统的结构和原理， 便于电气控制系统的安装、 调试使用和维修，需要将电气控制系统的各电器元件
2、及它们之间的链接线路用一定的图形表达出来， 这就是电气控制系统图。多年来，人们用电磁继电器控制顺序型的设备和生产过程，然而现代社会要求制造业对市场需求做出快速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，老式的继电气控制线路已经成为现实这一目标的巨大障碍。显然，需要寻求一种新的控制装置来取代老式的继电器控制系统，使电气控制系统的工作更加可靠、 更容易维修、 更能适应经常变动的工艺条件， 那么， 可编程控制器便应运而生了，它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应运设计。可编程控制器及其有关设备，都是按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充功能的原则设计。自从 PLC 的
3、产生之后， 各行各业涌现出大批应用可编程控制器改造设备的成果，机械行业生产的设备越来越多地采用可编程控制器做控制装置。 四工位组合机床动力头自动控制电路的设计除了电气控制电路的设计外，还包含了采用模拟量开关的 PLC控制的设计本设计仍然是四工位组合机床动力头自动控制电路的设计，它可以分为两个部分： 首先是用继电器控制的电气原理图的设计，其次是用 PLC 控制的梯形图和语句表的设计。宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书2四工位组合机床的工作台有四个工作位置， 每一个工作位置都有一个动力头单独控制带动。每两个相邻工位之间的角度为 90，回转工作台转过
4、的角度的控制是由油缸的行程控制来实现的。四工位组合机床的四个工作位置中，除了装卸工位外，其他三个动力头的设计是本设计的核心内容， 从设计题目中分析从而确定一个总体方案即电气控制与 PLC 控制兼有， 其次选择电动机， 之后设计电气控制的电路， 可以根据需要进行试验模拟运行，如果达到了设计的目标，可以继续。但如果没有达到指标，则要返回重新设计电气控制电路，由于本设计采用逻辑法设计，因此，要多方面考虑，严谨对待。当电气控制电路设计好了之后呢， 要选择电器，设计中使用到的电器元件要一一进行准确计算后并认真选择。电气部分设计完成之后，要进行 PLC 控制的设计，首先要编写输入、输出对应元件的地址分配表
5、， 要完成它们的梯形图及语句表。 最后就是编写技术资料，从前面的设计中分析、总结，得出一些文字性的论述和结论，再从另一个层次完善设计的内容。宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书32.2.四工位组合机床动力头自动控制电路的设计四工位组合机床动力头自动控制电路的设计组合机床是由一些通用部件和专用部件组成的高效率自动化专用加工设备。组合机床中使用的通用部件，按其功能可分为：动力部分、传递部分、支撑部件、控制部件和辅助部件等。 动力部件指用来实现主运动和进给运动的部件，包括动力头和动力滑台，在动力部件中，能同时完成加工刀具的切削及进给运动的称为动力头；而
6、只能完成进给运动的动力部件称为动力滑台。组合机床的控制系统大多采用机械、液压、电器、气压相结合的控制方式。本设计的机床主要由液压回转工作台和液压动力头两个通用部件组合而成， 从而进行控制的，如图 1.1 所示。T1、T2和 T3是通用的动力头，是完成进给运动的动力部件。在动力头上可以安装多轴箱，安装各种切削刀具完成钻、扩、铰、镗、刮端面、倒角、铣削和攻丝等工序。工作台是以四个位置旋转，每回转 90为一个工位，工作台面上装有专门的夹具，夹紧被加工的工件。该组合机床的自动工作循环是：花盘上升花盘转动花盘下降摆动缸复位松开工件夹紧工作动力头快进动力头工进动力头延时停留动力头快退。2.12.1 电气控
7、制电路的设计方法电气控制电路的设计方法电气控制电路的设计方法主要有两种：经验设计法和逻辑设计法。经验设计法是根据总体方案中的设计要求， 将控制系统分解为若干个控制环节单元电路然后参考成熟的典型的控制电路， 逐个进行单元电路设计，最后再整合成一个完整的电气控制电路。逻辑设计法是根据总体方案中各种电器元件之间的逻辑关系，写出逻辑表达式，化简逻辑表达式，最后根据表达式画出整个电气控制电路。2.22.2 电气控制系统的设计内容和步骤电气控制系统的设计内容和步骤从设计题目中从而确定一个总体方案即电气控制与 PLC 控制兼有，其次选择电宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届
8、毕业设计说明书4动机，之后设计电气控制的电路，可以根据需要进行试验模拟运行，如果达到了设计的指标，可以继续。但如果没有达到指标，则要返回重新设计电气控制电路，由于本设计采用逻辑法设计，因此要多方考虑，严谨对待。当电气控制电路设计好了之后呢，要选择电器，设计中使用到的电器元件要一一进行准备计算后并认真选择，后面还要进行电气设备的施工设计，在最后要编写技术资料。T2T3T1装 卸图图 1.1四工位组合机床工位示意图四工位组合机床工位示意图本设计主要考虑电气控制电路的设计，即动力头自动控制电路的设计。动力头由液压油缸带动，可以做前后进给动作。动力头的自动工作循环是：动力头快进行程开关 2动力头工进行
9、程开关 3动力头停止进给行程开关 1动力头快退延时停留宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书5图图 12 2电气控制系统自动工作循环图电气控制系统自动工作循环图2.32.3 电动机的选择电动机的选择2.3.12.3.1 电动机的容量的选择电动机的容量的选择如果电动机的容量选的过大，只能保证正常工作，但电动机长期不能满载，得不到充分利用，用电效率和功率因数下降，从而增加设备投资和运行费用；如果电动机的容量选的过小，生产效能不能充分发挥，长期过载将导致电动机烧毁。电动机的工作方式：（a）恒定负载长期工作制；工作特点：电动机工作时间长、负载恒定，温升能够
10、达到稳定值。 （b）变动负载长期制。 （c）短时工作制；工作特点：工作时间短，温升达不到稳定值，而停止时间长。 （d）重复短时工作制。（1）液压油泵电动机 M1：它属于恒定负载长期工作制，它的电动机容量等于生产机械所需的功率效率，并且它是防爆型的，查电工厂用电气设备手册第 3页，选择 Y100L-2 型号的。额定功率：3KW，满载时的电流：6.8A，转速：1420 r/min，效率：825，功功率因数：0.81，堵转额定电流：7A，堵转转矩定转矩：2.2，最大转矩额定转矩：2.2。（2）冷却泵电动机 M2：它属于短时工作制，它的而定功率生产机械所要求的功率效率，查电工厂用电气设备手册第 3 页
11、，选择 Y802-4 型号的。额定功率：0.75KW，满载时的电流：2.1A，转速：1390 r/min，效率：72.5，功率因数：0.76，堵转额定电流：6.5A,堵转转额定转矩：2.2，最大转矩额定转矩：2.2。（3）T1、T2、T3动力头电动机 M3、M4、M5;它们属于重复短时运行工作制，它的额定功率生产机械所要求的功率效率， 差电工常用设备手册第 3 页， 选择 Y112-4型号；额定功率：4.0KW;满载时电流：8.8A,转速：1440 r/min，效率：84.5，功率因数： 0.82， 堵转额定电流： 7.0A,堵转转额定转矩： 2.2， 最大转矩额定转矩： 2.2。2.3.22
12、.3.2电动机种类的选择电动机种类的选择要求机械特性较硬而无特殊要求的一般生产机械，如功率不大的水泵，因尽可能选用鼠笼式电动机，因此，本设计的五个电动机都采用鼠笼式电动机。2.3.32.3.3电动机电压的选择电动机电压的选择交流电动机额定电压一般选用 380V 或 220V 两用，由于车间的电源线电压为宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书6380V，因此，笼型异步电动机的电压应选择 380V。2.3.42.3.4电动机结构型式的选择电动机结构型式的选择电动机的结构型式根据安装方式的不同，可选为卧式的；也可根据使用环境来选择电动机的防护型式， 当电
13、动机在灰尘多、潮湿或含有腐蚀性气体的场合应选择封闭式的，设计中的 M2、M3、M4、M5都是采用封闭式的，当有爆炸性的气体的场合应选用防爆型的电动机，设计中的 M1是采用防爆型的。2.42.4主电路的电气控制设计主电路的电气控制设计主电路比较简单，该机床共有五台电动机：液压油泵电动机 M1、冷却泵电动机和三个动力头电动机 M3、M4、M5。五台电动机均直接启动，分别由 KM1、KM2、KM3、KM4、KM5控制单向运转，均没有电气变速、制动要求，由 FR1、FR2、FR3、FR4和 FR5作过载保护，FU1、FU2、FU3、FU4和 FU5作 M1、M2、M3、M4和 M5作短路保护，QS 为
14、电源引入开关。五只接触器工作电压为交流 220V，由控制变压器 TC 降压后提供。直流电器工作平稳， 安全且便于操作， 但由于电磁铁线圈的电感量较大， 在切换时容易产生电动势，产生电弧而将电器的触点灼伤， 因此， 可以根据需要在电器触点旁边并联电容器保护。下面是主控电路的电路图，如图 1.3。主电路中所用到的电器元件的名称及用途如表 1-1 所示。宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书7宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书8图 1.3组合机床主控电路的电气原理图表表 1-1组合机床电器元件明细表组合机
15、床电器元件明细表符 号名称用途符号名称用途M1液压泵电 动 机驱动液压 油 泵ST5ST14行程开关动力头控制M2冷却泵电 动 机提供冷却液KA2KA11中间继电器动力头控制M3T1-动力头刀具电动机提供动力头运动动力KT1时间继电器T1-动力头延时 控 制M4T2-动力头刀具电动机提供动力头运动动力KT2时间继电器T2动力头延时 控 制M5T2-动力头刀具电动机提供动力头运动动力KP压力继电器控制 T1动力头返回FR1热继电器M1过载保护SB1按钮开关总停开关FR2热继电器M2过载保护SB2按钮开关M1起动按钮FR3热继电器M3过载保护SB3按钮开关M2起动按钮FR4热继电器M4过载保护SB
16、4按钮开关M1停止按钮FR5 热继电器M5过载保护SB7SB9按钮开关动力头起动按钮宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书9FU1熔断器M1短路保护QB转换开关动力头自动手动按钮FU2熔断器M2短路保护YA7YA16电磁铁动力头控制FU3熔断器M3短路保护SA3组合按钮M3控制开关FU4熔断器M4短路保护SA4组合按钮M4控制开关FU5熔断器M5短路保护SA5组合按钮M5控制开关FU6熔断器主电路短路保护SA6SA18组合按钮FU7熔断器控制电路短路保护TC控制变 压器提供控制电路电压FU8熔断器干路短路保护C电容器保护电器 触 点QS电源开关保 护 电 源，通断电动机EL指示灯指示电宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书102.52.5 四工位组合机床动力头自动控制电路的设计四工位组合机床动力头自动控制电路的设计2.5.12.5.1 T T1 1动力头一次工进，压力控制返回的自动控制电路设计动力头一次工进，压力控制返回的自动控制电
