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1、 一、课程设计目的本课程是机械设计制造及其自动化专业的专业必修课。课程设计的目的和任务在于使学生掌握机械设备电器控制的基本知识、基本原理和基本方法,以培养学生对电气控制系统的分析和设计的基本能力。加深学生对课程内容的理解，验证理论和巩固、扩大所学的基本理论知识。二、课程设计内容（含技术指标）(一) 机床概况：本机为专用千斤顶油缸两端面钻孔加工的组合机床，采用装在动力滑台上的左、右两个动力头（电机均为1.5KW）同时进行切削。动力头的快进、工进及快退均由液压油缸驱动。液压系统采用两位四通电磁阀进行控制，并用死挡铁方法实现位置控制。动作程序如下：（1） 零件定位。人工将零件装入夹具后，采用定位油缸
2、动力定位以保证零件的加工尺寸；（2） 零件夹紧。零件定位后，夹紧油缸动作使零件固定在夹具内，同时定位油缸退出以保证滑台入位；（3） 滑台入位。滑台带动夹具一起快速进入加工位置；（4） 加工零件。左右动力头进行两端面切削加工，动力头到达加工终点，即停止工进，快速退回原位，动力头停转并能耗制动；（5） 滑台复位。左右动力头退回原位后滑台复位；（6） 夹具松开。当滑台复位后夹具松开，取出零件。液压系统的油泵电机370W，由电磁阀（YV1-YV5）控制，其动作表如下：YV1 YV2 YV3 YV4 YV5定位(SB1)+ - - - -夹紧（YJ1）+ + - - -入位 (YJ2) - + + -
3、-工进(SQ1SQ5) - + + + -退位(SQ2SQ4) - + - -+复位(SQ3SQ6) - - - - -全自动双面钻工作原理全自动双面钻液压系统图(二) 设计要求：1. 动力头为单向运转，停车采用能耗制动；2. 只有在油泵工作，油压达到一定的压力后（由油压继电器控制）才能进行其它控制；3. 专用机床能进行半自动循环，又能对各个动作单独进行调整；4. 需要一套局部照明装置以及工作状态指示灯；5. 有必要的过电流保护和联锁；6. 钻孔过程中需用冷却泵进行冷却，冷却泵电动机功率为0.125kw；7. 绘制电气原理图 (A3)；8. 列出元件明细表；9. 绘制电气接线图(A3)；10.
4、 完成控制系统的可编程控制器设计方案，包括可编程控制器的选型、控制系统的PLC外部接线图(A3，注明元件明细表)，编写控制系统的梯形图和指令表(A3)。(三) 设计步骤1. 电动机的选择：根据设计要求需配备4台电动机，油泵电机M1，冷却泵电动机M2，动力头电动机M3、M4。根据设计要求查阅相关手册选择电机型号，注明所查阅的手册的名称、页码。2. 绘制工步循环图：根据系统的动作状态表绘制工步循环图。3. 电气原理图的设计（要求有详细的分析过程）：（1） 主电路设计（2） 控制电源的设计（3） 控制电路的设计（根据设计要求列出各执行电器的逻辑表达式）（4） 局部照明与信号指示电路的设计（5） 机床
5、工作原理分析4. 电气元件型号的选择：（1） 电源开关的选择（2） 热继电器的选择（3） 接触器的选择（4） 继电器的选择（5） 行程开关的选择（6） 熔断器的选择（7） 按钮的选择（8） 照明灯及灯开关的选择（9） 指示灯的选择（10） 控制变压器的选择5. 电气接线图的绘制：（1） 电器元件按外形绘制，并与布置图一致，偏差不要太大（2） 所有电器元件及其引线应标注与电气原理图相一致的文字符号及接线回路标号（3） 接线图中应标出配线用的各种导线的型号、规格、截面积及颜色等。6. 控制系统的可编程控制器设计方案：（1） 可编程控制器的选型（2） 设计控制系统的PLC外部接线图（3） 编写控制系
6、统的梯形图和指令表- 1 -五、电动机的选择1.油泵电机M1选型：由题目给定的要求油泵电机1台0.37KW，故选YS7112，参数为 电流：0.95 A ，电压：380V 额定功率：370W 效率：73.5 额定转速：2800 r/min ， 功率因数：0.80 频率：50 Hz 额定转矩：2.2 n*m 2.冷却泵电机M2选型：由题目给定的要求油泵电机1台0.125KW，故选Y2-801-8,参数为:满载时电流0.88A 转速640r/min 效率65% 额定电流3.3A 额定转矩1.8 n*m 最大转矩1.9 n*m 电压380V 额定功率250W 3. 动力头电动机M3、M4选型：（1）
7、由液压组合机床对电机起动转矩高而起动电流小及需要小范围调速、铁屑飞溅多、灰尘多、而性能要求不很严故选YR系列（IP44）电机（2）由题目给定的要求主轴电机2台5.5KW（3）用于铣床综合可选2台YR132M24,电机参数为额定功率5.5KW，满载时转速1440(r/min)、 电流12.6A 效率86%功率因数0.77， 最大转矩3.0 n*m 转子电压272V、 电流13A， 质量95Kg 注：查简明电工手册第471页六、绘制工步循环图七、电气原理图的设计（一）主电路设计1）由接触器KM1,KM2,KM3，KM4分别控制液压泵电动机、冷气泵电动机、主电动机的运转2）由熔断器FU1,FU2,F
8、U3,FU4实现短路保护,由热继电器 FR1,FR2,FR3实现过载保护；3）由隔离开关QF 作为电源控制；4）为保证准确停位,并考虑前进与后退运动均由同一型号的电动机拖动,故停车时可采用一直流电源实现能耗制动,直流电源可采用低压交流电源经单相桥式整流得到，能耗制动由接触器KM4控制。（二）控制电源的设计控制电源采用110v交流电压、照明灯采用24v电压、指示灯采用6v电压，查简明电工手册，选用型号为110的变压器（三）控制电路的设计（1）电机控制电路的设计： 1）油泵和冷却泵的运转情况分别由KM1,KM2控制，并且使用最基本的“启保停”的控制电路；油泵电机的开关分别为SB8和SB10，冷却泵
9、的开关分别为SB7和SB9。2）为保证两台电动机同时启动，同时停车，两台同型号的动力头电动机的运转由一个接触器KM3控制，其中能耗制动过程由KM4控制，制动时间由时间继电器KT来确定；过载保护由FR3常闭触头串在动力头及能耗控制回路中实现；SB5为启动按钮，SB6为停止按钮。（2）电磁阀控制电路的设计：（电磁阀控制）（中间继电器）由于电磁阀无自锁功能，故引入中间继电器，由于加工工程工步数N=6,故选用中间继电器个数 ，通电域m=3（传递电磁阀工步数），继电器成菱形。其动作表如下表所示：YV1YV2YV3YV4YV5KA1KA2KA3定位(SB1)+-100夹紧（YJ1）+-110入位 (YJ2
10、)-+-111工进(SQ1SQ5)-+-011退位(SQ2SQ4)-+-+001复位(SQ3SQ6)-000表1-电磁阀控制逻辑状态表1）根据切削工艺要求，动力头的前进运动和后退运动能够进行半自动循环控制，其控制过程如下：定位：当系统内油压达到工作要求时（YJ3闭合），按下SB1，电流继电器KA1和电磁铁YV1得电，KA1的常开触点闭合，零件被准确定位。夹紧：由于电磁铁YV1的得电，当压力继电器YJ1的常开触点闭合，使YV2得电，定位工序结束，指示灯HL1亮。由于KA2开始得电，其常开触点闭合，系统进入夹紧工序，零件被夹紧。入位：由于电磁铁得电，当压力继电器YJ2的常开触点闭合，表明零件已被夹
11、紧，夹紧指示灯HL2亮。此时KA3开始得电,KA1和KA2保持得电状态，滑台入位，带动夹具一起进入加工位置.工进：滑台入位后压下限位开关SQ1/SQ5，其常开触点SQ1/SQ5闭合，使YV4得电，系统进入工进环节。 退位：拖板左右两边的动力头对零件进行两端面铣削加工（工进），当动力头达到加工终点时，压下限位开关SQ2/SQ4，其常开触点SQ2/SQ4闭合，使YV5得电，系统进入退位环节。复位：当动力头退回原位时，压下限位开关SQ3/SQ6，其常闭触点SQ3/SQ6断开，则复位工序结束，同时夹紧工序也结束，指示灯HL2灭，夹具打开，取出零件。经过上述六个步骤，机床的一次进给循环即2）因设备调整需
12、要，系统定位，夹紧，入位，工进及退位/复位操作环节既可实现半自动循环，又可实现单独的控制，用SA2,SB2,SB3,SB4分别对其完成进行手动控制。3）由FU6对控制电路进行短路保护。4) 控制线路逻辑表达式推理：Y=（开启条件*限制条件+保持）*关闭条件由逻辑状态表及分析结果可得： （3）局部照明与信号指示电路的设计在机床上设置电源接通指示灯HL2(绿色)，在电源开关QS接通后，HL2立即发光显示，表示机床电气线路已出入供电状态；设置指示灯HL1（红色），亮时表示电动机M1,M2已运行。其中指示灯HL1由接触器KM1的常开触点控制通电显示，如电气原理图所示。设置照明灯EL，供安全照明使用。(
13、4)按设计要求检查各动作程序，各种保护，联锁等，便于绘制电气控制原理图。八、电气元件型号的选择（一）电源开关的选择空气开关主要起短路保护和过载保护两个作用，并不用它直接启停电动机，可按电动机额定电流来选。显然，应根据四台电动机来选。中小型机床常用组合开关，选用HZ10-25/3型，额定电流为25A，三极组合开关。（2）热继电器的选择热继电器是电流通过发热元件产生热量，使检测元件受热弯曲而推动机构动作的一种继电器。由于热继电器中发热元件的发热惯性，在电路中不能做瞬时过载保护和短路保护。它主要用于电动机的过载保护、断相保护和三相电流不平衡运行的保护及其它电气设备状态的控制一般情况下，可选用两相结构
14、热继电器，但当三相电压的均衡性较差，工作环境恶劣或无人看管的电动机，宜选用三相结构的热继电器。对于三角形接线的电动机，应该选用带断相保护装置的热继电器。 、热继电器额定电流选择。 热继电器的额定电流应大于电动机额定电流。然后根据该额定电流来选择热继电器的型号。 、热元件额定电流的选择和整定。热元件的额定电流应略大于电动机的额定电流。当电动机启动电流为其额定电流的6倍及启动时间不超过5S时，热元件的整定电流调节到等于电动机的额定电流；当电动机的启动时间较长、拖动冲击性负载或不允许停车时，热元件整定电流调节到电动机额定电流的1.11.15倍。如果启动，制动，反转频繁将额定电流上升一级 由公式 得 I N主轴11.3A I N冷1.3A ， I N油11.3A 故选FR1、F
