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1、川科技H捷学院UNIVERSITY FOR SCIENCE & TECHNOLOGY SICHUAN毕业设计（论文）CA614 0 车床的电气控制设计学院 _ 机电工程学院_年 级 _专业机械制造与自动化学 号 _学生姓名 _指导老师 _7黑方以客生科仏駅业尊及Heilongjiang State Farms Science Technology Vocational College学20120101010毕业论文题目：基于 51 单片机设计的万用表 _系部：机电工程系 专业:姓名： 刘凯日期:2015 年 12 月 12 日指导教师：_ 刘凯 _摘要普通车床是车床中应用最广泛的一种，CA61
2、40 普通车床是比较典型的普通车床 由于 CA6140 普通车床的加工范围广，适于车削内外圆柱面，圆锥面以及旋转面，各 种公制英制，模数和径节螺纹等，所以其结构复杂，而且自动化程度低，适用于单件 小批生产。CA6140 普通车床主要由机械本体和电气控制系统等组成。电气控制系统 是普通车床的重要组成部分吧，在机械设备中起着神经中枢的作用。通过它对电动机 的控制，能驱动生产机械，实现各种运动状态，达到生产加工的目的。不同的生产机 械设备，或者同类型的机床设备，由于各自的工作方式、工艺要求不同，其电气控制 系统也不尽相同。本文利用所学知识，以 CA614 0 型卧式车床为例进行车床电气控制 分析。关
3、键词：CA6140 车床；电气控制第一章 CA6140 车床的概述 . 71.1、 CA6240 车床的主要功能及特点 . 71.2、 CA6140 车床的型号意义及主要结构 . 7第二章 CA6140 车床对电气控制的要求 . 9第三章 CA6140 车床电气控制电路设计 .103.1、 主电路设计 .103.2、 控制电路设计 .113.2.1、 主轴电动机 M1 的控制.123.2.2、 冷却泵电动机的控制.123.2.3、 快速移动电机的控制 .123.2.4、 信号指示与照明电路 .123.3、 电路的保护环节 .12第四章 控制电路中各元件的选择与技术数据 .144.1、 电动机的
4、选择 .144.2、 控制变压器的选择 .144.3、 熔断器的选择 .154.4、 导线的选择 .154.5、 电路中各元件数据.16第五章 绘制综合电气控制原理图 .18结论.20致谢.21参考文献.22第一章 CA6140 车床的概述1.1、CA6240 车床的主要功能及特点CA6140 车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端 面、螺纹、切断及割槽，并可以装上钻头或铰刀进行钻孔和铰孔等加工。本机床 的主要特点是：主轴孔径大（72mm）变速范围广（11-1600 转/分）；主轴支承采用双列向心短柱滚子轴承与 60 度接触角双向推力向心球轴承组合，动静刚度高，抗震型高。
5、主传动齿轮全部采用淬火磨削；床身采用超音频淬火，导轨面硬度在以上；精度保持性好。床头箱采用外循环润滑，有利于散热、降噪、防泄漏。操作系统简洁适用，指示明晰，定位准确，手感好。机床外形美观。床鞍和横向拖板可以快速进退。尾座可卸荷；尾座套筒直径大，刚性好。HRC451.2、CA6140 车床的型号意义及主要结构型号意义：如图 1-1C A 6 1类代号（车床类）-主参数折算值系代号（卧式车床系）组代号（落地妣试车床组）结构特性代号图 1-1 CA6140 车床型号意义CA6140 车床主要由主轴箱、车身、刀架及溜板、尾座、溜板箱、进给箱、丝 杠和光杠等部件组成（如图 1-2 ）。电动机的动力是由一
6、台 7.6KW 笼型异步电动 机通过 V带传动，由主轴箱传到主轴，再由主轴通过卡盘或顶尖带动工件旋转， 变换主轴变速箱外手柄的位置，可以改变主轴的转速。进给运动也由主轴电动机 拖动，主轴电动机传来的动力，经主轴箱，再由光杠或丝杠传至溜板箱，带动刀 架作纵、横向进给运动。图 1-2 CA6140 车床主要结构1-主轴箱；2-刀架；3-尾座；4-床身；5、9-床腿;6-光杠；7-丝杠；8-溜板箱；10-进给箱；11-挂轮第二章CA6140 车床对电气控制的要求CA614 车床主要由主轴电动机、快速移动电机、冷却泵电机来实现各种运动 方式，达到生产加工的目的。1. 主轴电动机选用选用三相笼型异步电动
7、机，不进行调速，为满足调速设计 要求，采用机械变速。主轴要求正、反转，对于 CA614 车床主轴的正反转由摩擦 离合器来实现主轴正反转，电动机只作单向旋转。电动机容量不大，应采用直接 启动。停车时为实现快速停车，一般采用机械或电气制动2 快速移动电动机采用点动控制，不需要正反转和调速，靠机械结构实现不 同方向的快速移动。3. 冷去泵电机与主拖动电动机有着联锁关系，即冷却泵电动机应在主轴电动 机启动后方可选择启动与否；当主轴电动机停止时，冷却泵电动机便立即停止。 冷却泵电机不需要正反转和调速4. 电路中应具有必要的保护环节、安全可靠的照明电路和信号指示。第三章 CA6140 车床电气控制电路设计
8、3.1、主电路设计根据电气控制的要求，由接触器 KM1 KM2 KM3 分别控制电动机 Ml M2 M3 具体电路图如图 3-1 所示。FUFUi-ii-ir-nuiaL2-F1 vm1 vmV131 w w1 w wWIWI | |WT3KMIKMIUI2 V I2W127UZWI4WI4匚匚7TioTioPE7T、! R 2匚Q1 11LIWW1450r/min7+5kW90W3(KM)r/min图 3-1 主电路主电路中共有三台电动机，图中 M1 为主轴电动机，用以实现主轴旋转和进给 运动；M2 为冷却泵电动机；M3 为溜板快速移动电动机。M1 M2 M3 均为三相异 步电动机，容量均小
9、于 1OkV，全部采用全压直接起动皆有交流接触器控制单向旋 转。主轴电动机 Ml 的运转和停止由接触器 KM1 的三个常开主触点的接通和断开来控制。电动机 M1 只需作正转，而主轴的正反转是由摩擦离合器改变传动链来 实现的。电动机 M1 的容量小于 10KM 所以采用直接启动。M2 为冷却泵电动机，进行车削加工时，刀具的温度高，需用冷却液来进行冷却。为此，车床备有一台冷却泵电动机拖动冷却泵，喷出冷却液，实现刀具的冷却。 冷却泵电动机 M2 由接触器 KM2 的主触点控制。M3 为快速移动电动机，由接触器 KM3 的主触点控制。带钥匙的低压短路器 QS 是电源总开关。热继电器 FR1 和 FR2
10、 分别作 M1 和 M2的过载保护，快速移动电动机 M3 是短时工作的，所以不需要过载保护。 M2 M3 的容量都很小，加装熔断器 FU1 作短路保护。3.2、控制电路设计控制电路的供电电压是 110V,通过控制变压器 TC 将 380V 的电压降为 110V 得到。控制变压器的一次侧由 FU1 作短路保护，二次侧由 FU2 FU3 FU4 分别作 短路保护。如图 3-2 所示。1111L22竹2015102SQ1弋6VFU2曰1WV0FR232SB1SE39-103E-SB2781202KM1KM17QS KM7HLKM3 KM 2图 3-2控制电路3.2.1、 主轴电动机M1的控制SB1
11、是红色的紧急停止按钮，SB2 是绿色的启动按钮。合上 QS 主轴电动机 M1准备起动，指示灯 HL 亮，按下 SB2, KM 线圈得电，KM 自锁触头闭合、KM 主触 头闭合、KM 辅助常开触头闭合，主轴电动机 M1 起动运转。按下 SB1, KM 线圈失 电，KM1 触头复位，电动机 M1 失电停转。3.2.2、 冷却泵电动机的控制如果车削加工过程中，工艺需要使用却液时，合上开关SA1,在主轴电动机M1 运转情况下，KM1 线圈得电，其主触头闭合，冷却泵电动机启动运转。由电气 原理图可知，只有当主轴电动机 M1 启动后，冷却泵电动机 M2 才有可能启动，当 M1停止运行时，KM 常开触头断开
12、,M2 也就自动停止。3.2.3、 快速移动电机的控制快速移动电动机 M3M3 的启动是由安装在进给操纵手柄顶端的按钮继电器 KM3KM3 组成点动控制环节。将操纵手柄扳到所需要的方向，压下按钮SB3SB3 来控制，它与中间SB3SB3，KM3KM3 线圈得电，KM3KM3 主触头闭合，快速移动电机 M3M3 启动，溜板就向指定方向快速移动。3.2.4、 信号指示与照明电路控制变压器 TC 的副边分别输出 24V 和 6V 电压，作为机床低压照明灯和信号 灯的电源。EL 为机床的低压照明灯，采用 FU4 作短路保护，由开关 SA2 控制；HL 为电源的信号灯，FU3 为信号灯的短路保护，合上电
13、源开关 QS 信号灯 HL 亮， 表明控制电路有电。3.3、电路的保护环节1、电路电源开关是带有开关锁 SA 的断路器 QS 机床接通电源时需用钥匙开关操作，再合上 QS 增加了安全性。需要送电时，先用开关钥匙插入SA 开关锁中并右旋，使 QS 线圈断电，再扳动断路器 QS 将其合上，此时，机床电源送入主 电路 380V 交流电压，并经控制变压器输出 110V 控制电路、24V 安全照明电路、 6V 信号灯电压。断电时，若将开关锁 SA 左旋，则触头 SA(2-3)闭合，QS 线圈通 电，断路器 QS 断开，机床断电。若出现误操作，QS 将在 0.1s 内再次自动跳闸。2、打开机床控制配电箱壁
14、龛门，自动切除机床电源的保护。在配电箱壁龛门 上装有安全行程开关 SQ2 当打开配电盘壁箱门时，安全开关的触头 SQ2(2-3)闭 合，将使断路器 QS 线圈通电，断路器 QS 自动跳闸，断开机床电源，以确保人身 安全。3、机床床头皮带罩处设有安全开关 SQ1 当打开皮带罩时，安全开关触头 SQ1(1 4)断开，将接触器 KM1 KM2 KM3 线圈电路切断，电动机将全部停止旋转，以确保了人身安全。4、 为满足打开机床配电箱壁龛门进行带电检修的需要， 可将 SQ2 安全开关传动杆拉出，使触头 SQ2(2-3)断开，此时 QS 线圈断电，QS 开关仍可合上。当检 修完毕，关上壁龛门后，将 SQ2
15、 开关传动杆复位，SQ2 保护作用照常起作用。5、电动机 Ml M2 由热继电器 FR1、FR2 实现电动机长期过载保护；断路器QS 实现全电路的过流、欠电压保护及热保护；熔断器FU FU1 至 FU6 实现各部分电路的短路保护。第四章 控制电路中各元件的选择与技术数据4.1、电动机的选择M1 主轴电动机：丫系列电动机具有体积小、重量轻、运行可靠，结构坚固， 外形美观等特点，起动性能好，具有效率高等特点，达到了节能效果。而且噪声 低、寿命长、经久耐用。丫系列电动机适用于空气中不含易燃、易爆或腐蚀性气 体的场所。丫132-4-B3 型号电动机功率为 7.5kW,频率为 50Hz,转速为 1450
16、 转/ 分，效率为 87%堵转转矩为 2.2n.m，最大转矩为 2.3n.m，所以此类型电动机能 符合电路配置，并能有效完成工作。M2 冷却泵电动机：AOB-25 机床冷却泵是一种浸渍式的三相电泵， 它由封闭式 三相异步电动机与单极离心泵组合而成，具有安装简单方便.运行安全可靠.过负荷能力强.效率高.噪声低等优点，适合作为各种机床输送冷却液、润滑液的动力。 此电动机输出功率为 90W 扬程为 4 米，流量为 25 升/分，出口管径为 1/2 吋， 能有效配合M1 电动机使用。M3 快速移动电动机：AOS5634 功率为 250W 电压为 380V,频率为 50Hz,转 速为1360 转/分，E
17、 级4.2、控制变压器的选择首先查看电源电压、实际用电载荷和地方条件，然后参照变压器铭牌标示的 技术数据逐一选择，一般应从变压器容量、电压、电流及环境条件综合考虑，其 中容量选择应根据用户用电设备的容量、性质和使用时间来确定所需的负荷量， 以此来选择变压器容量。在正常运行时，应使变压器承受的用电负荷为变压器额定容量的右。运行中如实测出变压器实际承受负荷小于7590 流50%寸，应更换小容量变压器，如大于变压器额定容量应立即更换大变压器。同时，在选择变压器根据线路电源决 定变压器的初级线圈电压值，根据用电设备选择次级线圈的电压值，最好选为低 压三相四线制供电。这样可同时提供动力用电和照明用电。对
18、于电流的选择要注意负荷在电动机起动时能满足电动机的要求时大 47 倍)。(因为电动机起动电流要比下沉运行JBK2-100VA 机床控制变压器适用交流 50-60HZ,输出额定电压不超过 220V, 输入额定电压不超过 500V,可作为各行业的机械设备，一般电器的控制电源工作 照明，信号灯的电源之用。此类控制变压器初级电压为110V 24V、6V。380V,次级电压分别为4.3、熔断器的选择其类型根据使用环境、负载性质和各类熔断器的适用范围来进行选择。 例如： 用于照明电路或小的热负载，可选用 RCIA 系列瓷插式熔断器；在机床控制电路中， 较多选用 RL1 系列螺旋式熔断器熔断器的额定电压必须
19、大于或等于被保护电路的额定电压；熔断器的额定电 流必须大于或等于所装熔体的额定电流。4.4、导线的选择在安装电器配电设备中，经常遇到导线选择的问题，正确选择导线是项十分 重要的工作，如果导线的截面积选小了，电器负载大易造成电器火灾的后果；如 果导线的截面积选大了，造成成本高，材料浪费。导线的载流量与导线截面有关，也与导线的材料、型号、敷设方法以及环境 温度等有关，根据以下数据，主电路选择 BVR-2.5mm2 同芯导线，控制电路 BVR-1mm2 铜芯导线。铜线安全载流量(25C):1 平方毫米铜电源线的安全载流量一一 6A1.5 平方毫米铜电源线的安全载流量一一 14A2.5 平方毫米铜电源
20、线的安全载流量28A4 平方毫米铜电源线的安全载流量35A6 平方毫米铜电源线的安全载流量48A10 平方毫米铜电源线的安全载流量65A16 平方毫米铜电源线的安全载流量91A25 平方毫米铜电源线的安全载流量-120A4.5、电路中各元件数据各元器件的型号、规格及数量等，如表4-1 所示表 4-1 CA6140 车床电气元件表数符号元件名称型号规格作用量工件的旋转和刀具 的主轴 电动机Y132M-4-BM17.5KW 1450r/min13进给M2M3KM1KM2KM3QSSB1SB2SB3冷却泵电动机快速移动电机交流接触 器交流接触 器交流接触 器低压断路 器按钮按钮按钮AOB-25AOS
21、5634CJ0-10ACJ0-10ACJ0-10ADZ5-20LA 型LA 型LA 型90W 3000r/mi n250W 1360r/mi n110V 10A110V 10A110V 10A380V 20A500V 5A500V 5A500V 5A11111111供给冷却液刀架的快速移动控制主轴电动机 M1控制冷却泵电动机M2快速移动电动机 M3电源总开关主轴停止主轴启动快速移动电动机 M3 点1动1开关锁控制冷却泵电动机控制照明灯钥匙式电 源SA开关SA1转换开关SA2转换开关SQ1行程开关SQ2行程开关FR1热继电器FR2热继电器TCHZ2-10/3HZ2-10/310A,三级10A,三
22、级111LX3-11KLX5-11KJR16-20/30JR2-1JBK2-100打开皮带罩时被压 下1电气箱打开时闭合15.4A0.32A380/110/24/6111M1 过载保护M2 过载保护控制与照明用变压 器变压器FU熔断器FU1熔断器FU2FU3FU4ELHLRL1RL1RL1RL1RL1K-1，螺口DX1-040A4A2A1A1A40W 36V白色,配 6V0.15A 灯泡1111111全电路的短路保护M2 M3 的短路保护控制回路的短路保 护指示灯回路短路保 护照明回路的短路保 护机床局部照明电源指示灯熔断器熔断器熔断器照明灯指示灯第五章 绘制综合电气控制原理图依据国家电气制图
23、规范，按照设计要求，绘制详细的 CA6140 车床电气控制原 理图，如图 5-1 所示。一0涯三岂=工口UEJSHIOEJ* _ *Mffir話ZO疥律闭撷豊舉|b图 5-1 CA6140 车床电气控制原理图电路图说明如下：表 5-1接触器触头在电路图中位置的标记栏目触头类型举例左栏中栏右栏辅助常开触头所处 的辅助常闭触头所处 的主触头所处的图区号图区号图区号表示一对辅助常开表示 3 对主触头均在触头在图区 8,另 一 表示 2 对辅助常闭 触图区 2对常开触头在图头未用区 10KM12181X21101X21表 5-2栏目触头类型举例KM2313131继电器触头在电路图中位置的标记左栏右栏常
24、开触头所处的图区号常闭触头所处的图区号表示 3 对常开触头均在图区 3表示常闭触头未用结论毕业设计（论文）的撰写可以反映出一个大学生在这大学三年里对所学知识 的掌握情况，以及运用所学知识的情况，也是对着三年来所学知识的一次全面考 核。本次毕业设计通过对 CA6140车床的电气控制进行分析，再一次巩固了大学所学的知识。在对整个电路分析过程中采取化整为零的方法，将整个电路分成若干 部分，然后再针对每个部分中每一条线路，每一个元件进行分析。培养了我综合 运用所学的基础理论课，技术基础课，专业课的知识和实践技能去分析和解决实 际操作中的一般工程技术问题的能力，使我建立了正确的设计思路，学会了如何 把三
25、年所学的理论知识运用到实践当中去。通过这次毕业设计，也使我认识到了 我的不足之处，所学的基础知识还不够扎实。也充分认识到作为一名合格的技术 化人才需要掌握的必备知识，为以后的发展奠定坚实的基础。致谢在整个毕业设计写作过程中，我通过查阅资料和参考文献，由原来的被动学 习方式转为主动学习方式，增强了自学能力和动手能力，是我在学习方面的突破 吧。同时我学到做任何事情都应该具备那样的心态，首先做学问要一丝不苟，对 于发展过程中出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径来解决，再 做任何事情的过程中要有耐心和毅力，相信总有方法去解决问题的。而且要与人 合作。这样做起事来事半功倍。在这次毕业设计完成
26、之际，谨向我尊敬的指导老师周老师以诚挚的谢意和崇 高的敬意。无论是查阅资料还是论文的撰写，周老师将她所知道的知识毫无保留 的传授了给我，给予了我真诚的鼓励、中肯的建议和细心地指导。她严谨的治学 作风给了我深刻的影响，从而慢慢改变着我，促使我在整个毕业设计中更加完善 另外我还要感谢在大学期间在学习上都给予我帮助和传授知识的老师。是你们的 精心教导使我有了良好的专业知识，这也是我完成毕业设计的基础。最后，我再次衷心的感谢所有关心、支持、帮助过我的老师和同学，祝你们 工作顺利、身体健康、幸福平安参考文献1234王本轶机电设备控制基础韩满林机械工业出版社 2007设备控制基础电子工业出版社 2003北
27、京理工大学出版社 2011高等教育出版社 2006杨林建机床电气控制技术郁汉琪机床电气控制技术张德昌 杨机令6电子电工技术基础地质出版社 1995机床设计手册编写组编机床设计手册-第五册-机床电力传动及控制系统设计机械工业出版社 197971234君兰工作室机电一体化科学出版社 2009李建勇机电一体化技术M 北京：科学出版社，2004:李运华机电控制M.北京航空航天大学出版社，2003:芮延年机电一体化系统设计M.北京机械工业出版社，2004:王中杰，余章雄，柴天佑智能控制综述J.基础自动化，2006;：章浩，张西良，周士冲机电一体化技术的发展与应用J.农机化研究，2006; (7):(9)
28、:梁俊彦，李玉翔机电一体化技术的发展及应用参考文献J.科技资讯，2007;1 尹志强机电一体化系统设计课程设计指导书社.2007.M 北京：机械工业出版2 张建民.机电一体化系统设计M . 3 版.北京：高等教育出版社.2007. 参 考文献：1 芮延年：机电一体化系统设计M.北京：机械工业出版衽，20042 李建勇：机电一体化技术.北京：科学出版社，2004.3 王俊普：智能控制M.合肥：中国科学技术大学出版社，19964 徐志毅：机电一体化技术在支柱产业中的应用.上海科学技术出版社，1997 参考文献：1刘晓英张晓霞：机电一体化技术在企业中的重要作用.现代农业，期2章浩张西良周士冲：机电一
29、体化技术的发展与应用.农机化研究,(07)2007 年 112006,3 杨明路琴：机电一体化的研究现状与发展趋势.农机化研究，2006,(08)4 孙锦秀邱燃：机械工业技术和产品发展的新趋向农机化研究，2006, (04)参考文献1 张建民机电一体化系统设计M 北京：北京理工大学出版社，2000.2 廖效果，朱启逑.数宁控制机床M.武汉：华中理工大学出版杜，1999.3 赵松年机电一体化数控系统设计M 北京：机械工业出版社，1998.4 安刚，龚鑫茂.随机振动环境下结构的疲劳失效分析2000, 19.1 李建勇 机电一体化技术M.北京.科学出版社.2004.2 高钟毓.机电控制工程M.北京.
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