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1、机电控制技术课程设计指导书执笔人：审核人：课程设计目的课程设计是机电控制技术课程的重要组成部分是考察学生动手能力的主要途径，能帮助 学生提高解决实际问题的能力，做到学以致用。下面的课程设计项目，老师可根据具体情况 选择部分做。目录项目一、钻床的电气控制3项目二、机械手液压系统的电气控制6项目三、平面磨床的电气控制8项目四、铣床电气控制课程设计指导书12项目五、压力机液压系统的电气控制17项目六、组合机床电气控制课程设计指导书20机电控制技术课程设计指导书一、目的 掌握机电控制技术的一般设计方法。掌握电路设计的一般办法，掌握电路原理图的绘制 掌握设备选型的一般办法。二、内容和要求机电控制技术共计
2、六个项目，学生通过分组选择做其中1-2个项目。项目一、钻床的电气控制(一)、内容要求：1. 主轴电动机控制 主轴电动机Ml为单向旋转，由按钮SB1、SB2和接触器KM1实现起 动和停止控制。主轴的正、反转则由Ml电动机拖动齿轮泵送出压力油，通过液压系统操纵 机构，配合正、反转摩擦离合器驱动主轴正转或反转。2. 摇臂升降控制 摇臂钻床在加工时，要求摇臂应处于夹紧状态，才能保证加工精度。但 在摇臂需要升降时，又要求摇臂处于松开状态，否则电动机负载大，机械磨损严重，无法升 降工作。摇臂上升或下降时，其动作过程是，随着升降指令发出，先使摇臂与外立柱处于松 开状态，而后上升或下降，待升降到位时，要自行重
3、新夹紧。由于松开与夹紧工作是由液压 系统实现，因此，升降控制必须与松紧机构液压系统紧密配合。M2为升降电动机，由按钮SB3、SB4点动控制接触器KM2、KM3接通或断开，使M2电 动机正、反向旋转，拖动摇臂上升或下降移动。M3为液压泵电动机，通过接触器KM4，KM5接通或断开，使M3电动机正向带动双向液 压泵送出压力油，经二位六通阀至摇臂夹紧机构实现夹紧与松开。下面以摇臂上升为例简述动作过程：按下SB3按钮，时间继电器KT线圈通电，瞬时常开 触点(13-14)闭合，接触器KM4线圈得电，液压泵电动机M3起动旋转带动液压泵送出压力 油，同时断电延时断开的KT常开触点(1-17)闭合，使电磁阀YV
4、线圈得电，液压泵输出的 压力油经二位六通阀进入摇臂夹紧机构的松开油腔，推动活塞和菱形块，将摇臂松开。同时， 活塞杆通过弹簧片压上行程开关SQ2发出摇臂已松开信号。此时，SQ2触点(6-13)断开，使 接触器KM4线圈断电，液压泵电动机M3停转，油路单向阀保压，摇臂处于松开状态。与 此同时，SQ2触点(6-7)闭合，接触器KM2线圈得电，升降电动机M2得电起动旋转，带动 摇臂上升，待摇臂上升至所需位置时，松开按钮SB2, KM2线圈断电，M2电动机停转，摇 臂停止上升。同时KT线圈也断电，KT常闭触点(17-18)瞬时闭合，而其延时断开的常开触 点(1-17)仍未打开，使电磁阀YV继续得电，同时
5、接触器KM5线圈得电，液压泵电动机M3 反转，反向送出压力油，经二位六通阀反方向推动活塞和菱形块，将摇臂夹紧。KT延时打 开触点，经过13s延时后断开，同时活塞杆通过弹簧压下行程开关SQ3,使触点SQ3(1-17) 也断开，电磁阀YV、KM5线圈断电。液压泵电动机M3停转，摇臂上升后重新夹紧过程结 束。行程开关SQ2为摇臂放松信号开关。行程开关SQ3为摇臂夹紧信号开关。时间继电器 KT延时断开常开触点是为保证当瞬间操作SB3或SB4，使KM 4得电摇臂开始松开后放开 SB3或SB4时，若KM4过早断电，可能造成摇臂处于半松开状态。有了 KT延时断开触电 (1-17)后，则能在KT线圈断电13s
6、内处于闭合状态，使KM5线圈得电，液压泵电动机M3 反向旋转，使摇臂重新夹紧，直到延时时间到，KT触点断开，SQ3动作，KM5断电为止， 这样就保证了摇臂在加工工件前总是处于夹紧状态。3. 夹紧、松开控制Z3040型摇臂钻床除了上述摇臂上升下降过程需要夹紧、松开控制外, 还有主轴箱和立柱的松开、夹紧控制。主轴箱和主柱的松开、夹紧从液压系统中看出二者是 同时进行的。当按下松开按钮SB5,接触器KM4线圈得电，液压泵电动机M3正转，拖动液压泵输送出 压力油，经二位六通阀，进入主轴箱与立柱的松开油缸推动活塞和菱形块，使主轴箱与立柱 实现松开，此时由于YV不得电，压力油不会进入摇臂松开活塞，摇臂仍处于
7、夹紧状态。当 主轴箱与立柱松开时，行程开关SQ4不受压，触点(101-102)闭合，指示灯HL1亮，表示主 轴箱与立柱处于松开状态，可以手动操作主轴箱在摇臂的水平导轨上移动至适当位置。同时 推动摇臂(套在内立柱上)使外立柱绕内立柱旋转至适当的位置，按下夹紧按钮SB6,接触 KM5线圈得电，M3电动机反转，拖动液压泵输送出反向压力油至夹紧油缸，使主轴箱和立 柱夹紧。同时行程开关 SQ4 压下，触点(101-102)断开， HL1 灯暗，而(101-103)闭合， HL2 灯亮，指示主轴箱与立柱处于夹紧状态，可以进行钻削加工。4. 冷却泵电动机控制 冷却泵电动机容量小(0.125kW)，由SA1开
8、关控制单向旋转。5. 联锁、保护环节 电路中利用SQ2实现摇臂松开到位，开始升降的联锁控制，利用SQ3, 实现摇臂完全夹紧的联锁控制。通过 KT 延时断开的常开触点实现摇臂松开后自动夹紧的联 锁控制。摇臂升降除了按钮SB4、SB3机械互锁外，还采用KM 2、KM3电气的双重互锁控 制。主轴箱与立柱进行松开、夹紧工作时，为保证压力油不供给摇臂夹紧油路，通过SB5、 SB6常闭触点切断YV线圈电路，达到联锁目的。电路利用熔断器FU1作为总电路和电动机M1、M4的短路保护。利用熔断器FU2作为电动 机M2、M3及控制变压器T 一次侧的短路保护，利用热继电器KR1为M1电动机的过载保 护， KR2 为
9、 M3 电动机的过载保护。组合行程开关 SQ1 作为摇臂上升、下降的极限位置保 护，SQ1有两对常闭触点，当摇臂上升下降至极限位置时，相应触点动作切断与其对应的上 升下降接触器KM2、KM3，使M2电动机停止转动，摇臂停止升降，实现升降极限位置保 护，电路中失压或欠压保护由各接触器实现。6. 照明与信号指示电路 通过控制变压器T降压提供照明灯EL安全电压，由SA2开关操 作。熔断器 FU3 作为短路保护。当主轴电动机工作时，KMl触点(101-104)接通，指示灯HL3亮，表示主轴工作；当主轴箱、立柱处于夹紧状态时，SQ4触点(101-l03)接通，HL2灯亮。主轴箱、立柱处于松 开状态，SQ
10、4触点(101102)接通，HLl灯亮。(二)设计参考图LTivrooCd11oCPOOr-gLD寸coCxi要求最后连线试能按照本组最终要求合理设计电气控制图，并画出电气施工图，再做成控制板，1 份设计说明书，2 张图纸，测试结果。项目二、机械手液压系统的电气控制（一）、设计要求： 机械手一般由执行机构、驱动系统、控制系统及检测装置三大部分组成，智能机械手还 具有感觉系统和智能系统。驱动系统多数采用电液（气）机联合传动。JS01 工业机械手属于圆柱坐标式、全液压驱动机械手，具有手臂升降、伸缩、回转和 手腕回转四个自由度。执行机构相应由手部、手腕、手臂伸缩机构、手臂升降机构、手臂回 转机构和回
11、转定位装置等组成，每一部分均由液压缸驱动与控制。它完成的动作循环为：插 定位销一手臂前伸一手指张开一手指夹紧抓料一手臂上升一手臂缩回一手腕回转180。一拔 定位销一手臂回转95。一插定位销一手臂前伸一手臂中停（此时主机的夹头下降夹料）一手 指松开（此时主机夹头夹着料上升）一手指闭合一手臂缩回一手臂下降一手腕回转复位一拔 定位销一手臂回转复位一待料，泵卸载。（二）JS01 工业机械手液压系统工作原理及特点15r11手臂伸缩缸17手臂升降缸11手臂回转缸广、1821手指夹紧缸手腕回转缸 A- - -23r.,厂K 阳53W28p-27ZLJS01 工业机械手液压系统图如图 1 所示。各执行机构的动
12、作均由电控系统发信号控制 相应的电磁换各阀，按程序依次步进动作。电磁铁动作顺序见表1。图 1 JS01 工业机械手液压系统 该液压系统的特点归纳如下：1）系统采用了双联泵供油，额定压力为6.3MPa,手臂升降及伸缩时由两个泵同时供油,流量为（35+18） L/min,手臂及手腕回转，手指松紧及定位缸工作时，只由小流量泵2供油，大流量泵 1 自动卸载。由于定位缸和控制油路所需压力较低，在定位缸去路上串联有减压阀 8,使之获得稳定的1.51.8MPa压力。2）手臂的伸缩和升降采用单杆双作用液压缸驱动，手臂的伸出和升降速度分别由单向 调整阀15、13和11实现回油节流调速；手臂及手腕的回转由摆动液压
13、缸驱动，其正反向运 动亦采用单向调速阀17和18、23和24回油节流调速。3）执行机构的定位和缓冲是机械手工作平稳可靠的关键。从提高生产率来说，希望机 械手正常工作速度越快越好，但工作速度越高，启动和停止时的惯性力就越大，振动和冲击 就越大，这不仅会影响到机械手的定位精度，严重时还会损伤机件。因此为达到机械手的定 位精度和运动平稳性的要求，一般在定位前要采取缓冲措施。该机械手手臂伸出、手腕回转由死挡铁定位保证精度，端点到达前发信号切断油路，滑 行缓冲；手臂缩回和手臂上升由行程开关适时发信号，提前切断油路滑行缓冲并定位。此外， 手臂伸缩缸和升降缸采用了电液换向阀换向，调节换向时间，亦增加缓冲效果
14、。由于手臂的 回转部分质量圈套，转速较高，运动惯性矩圈套，系统的手臂回转缸除采用单向调速阀回油 节流调速外，还在回油路上安装有行程和节流阀19进行减速缓冲，最后由定位缸插销定位， 满足定位精度要求。4）为使手指夹紧缸夹紧工件后不受系统压力波动的影响，保证牢固地夹紧工件，采用 了液控单向阀 21 的锁紧回路。5）手臂升降缸为立式液压缸，为支承平衡手臂运动部件的自重，采用了单向顺序阀12 的平衡回路。表 1 JS01 工业机械手液压系统电磁铁、压力继电器动作顺序表动作顺序1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y101112K2插销定位+-手臂前伸+手指张开+手指抓料+手臂上升+手臂缩回+手腕回转+拔定位销+手臂回转+插定位销+-手臂前伸+手臂中停+手指张开+手指闭合+手臂缩回+手臂下降+手腕反转+拔定位销
