机电传动课程设计

三、设计过程

（一）总体方案选择说明

1）动力头的快进、工进及快退均由液压油缸驱动，并用挡铁方法实现位置控制；

2）动力头电动机的停车采用能耗制动，以保证准确定位； 3）制动时间可根据工艺要求设定并由定时器自动控制；

4）M1为油泵电动机，并且只有当油泵工作一段时间后（即油压达到工作要求时），才能进行其它操作；

5）冷却泵单独由M2拖动；

6）采用带指示灯的控制按钮，以显示设备运行状态； 7）主电路及控制电路采用熔断器实现短路保护；

8）液压（电磁阀）控制电路可进行半自动循环，同时又可对各个工步单独点动控制；

9）电气控制箱置于专门的操作室，电器板与控制板之间，以及电控箱和执行系统之间的连接，采用接线板进出线方式。

（二）控制方式选择

继电器—接触器控制方式或PLC控制方式均适合本装置的控制需要，前者成本低，但硬件线路较复杂，控制箱体积大，程序选择不方便；后者线路简单，程序预选方便，但成本较高。

本设计对两种控制方式均进行尝试，以加强对两种控制方式的感性认识，提高自身的实践技能。

（三）设计电气控制原理图 1、主电路设计

1）由接触器KM1,KM2,KM3,KM4分别控制电动机M1,M2,M3,M4的运转； 2）M3,M4由热继电器FR1,FR2实现过载保护；

3）由FU1,FU2,FU3,FU4实现短路保护,并由隔离开关QS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。

2、控制电路设计

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；

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2）两台同型号的动力头电动机的运转分别由KM3,KM4控制，且应保证两台电动机同时启动，同时停车，其中能耗制动过程由KM5,KM6控制，制动时间由时间继电器KT来确定；为保证运动过程和制动过程互不干扰，采用KM3和KM5的常闭触点实现联锁；过载保护由FR1,FR2常闭触头串在动力头及能耗控制回路中实现；

3）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：

①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KA1闭合，零件被准确定位，在定位过程中指示灯HL1亮，表明机床正在进行定位操作；

②夹紧：由于电磁铁YV1的得电，使其常开触点YJ1闭合，使KA2和YV2得电，定位工序结束，指示灯HL1灭。由于常开触点KA2的闭YV2的常闭触点YJ2断开，

合，系统进入夹紧工序，零件被夹紧，在夹紧过程中指示灯HL2亮，表明机床正在进行夹紧操作；

③入位：由于电磁铁YV2得电，其常开触点YJ2闭合，使KA3得电，滑台入位，带动夹具一起进入加工位置，在入位过程中指示灯HL3亮，表明机床正在进行入位操作；

④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

KA4和YV4得电。KA4的常开触点闭合，系统进入工进环节，由于SQ1/SQ5的常

闭触点断开，使入位工序结束，指示灯HL3灭。在工进过程中指示灯HL4亮，表明机床正在进行工进操作；

⑤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KA3和YV5得电，系统进入退位环节。由于SQ2/SQ4的常闭触点断开，使工进工序结束，指示灯HL4灭。在退位过程中，指示灯HL5亮，表明机床正在进行退位操作；

⑥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，指示灯HL5灭，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完成。在工进和退位之间，由KA3和KA5的常闭触头串于对方的控制回路中，实现联锁。

4）因设备调整需要，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，又可实现单独的点动控制，用SB5,SB6,SB7,SB8和SB9分别对其进行点动控制。

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5）由FU7对控制电路进行短路保护。 3、辅助电路设计

根据设计要求，设计出局部照明与信号灯指示电路，其中EL为照明灯，

HL1~HL5为液压系统运动状态指示（信号）灯。

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。

5、电动机的选择

油泵电机M1（型号为JCB-22）：

PN?0.37KW、UN?380V、nN?2700r/min 、UN?380V、nN?2700r/min

冷却泵电动机M2（型号为JCB-22）：

PN?0.37KW动力头电动机M3,M4（型号为702-22-4）：

PN?5.5KW、UN?380V、nN?1450r/min

6、电器元件的选择 ①电源开关的选择

采用三极组合电源，根据工作电流，并保证有足够的余量，可选用型号为

HZ10?5013型隔离开关。

②熔断器的选择

FU1保护油泵电动机，选RL1?15型熔断器，配用2A

的熔体； 的熔体；

FU2保护冷却泵电动机，选RL1?15型熔断器，配用2AFU3、FU4FU5、FU6保护动力头电动机，选RL1?15型熔断器，配用15A的熔体； 为照明、信号灯电路的保护，选RL1?15型熔断器，配用2A的

熔体；

FU7为系统控制电路的保护，选RL1?15型熔断器，配用2A的熔体。

③接触器的选择

KM2选用CJ10-5型交流接触器，根据电动机的额定电流情况，接触器KM1、

线圈电压为380V；

接触器KM3、KM4选用CJ10-20型号交流接触器，线圈电压为380V； 接触器KM5、KM6选用CJ10-5型交流接触器，线圈电压为380V。 ④继电器的选择

继电器KA1、KA2、KA3、KA4和KA5选用JZ7-44型交流继电器，线圈电压为380V；时间继电器KT选用JS7?2型，线圈电压为380V；

热继电器FR1、FR2选用JR20?20/3型。 ⑤控制变压器的选择

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选用BK?100型控制变压器，初级线圈电压为380V，次级线圈（照明信号灯，控制电路，电压分别为24V、6V、110V）。

7、电器元件明细表

数量 符号 名称 型号 规格 M1M2 M3M4 QS FU1FU2FU5FU6FU7 FU3FU4 KM1KM2 KM3KM4 KM5KM6 KA1~KA5 KT FR1FR2 TC HL EL SA1~SA4 SQ1~SQ6 SB1 SB2SB3 SB4 SB5~SB9 油泵冷却泵电动机 动力头开关电动机 电源开关 熔断器 熔断器 交流接触器 交流接触器 交流接触器 电流继电器 时间继电器 热继电器 控制变压器 信号指示灯 照明灯 启动旋钮 限位开关 启动按钮 停止按钮 复位按钮 点动按钮 JCB-22 JO2-22-4 HZ10-50/3 RL1-15 RL1-15 CJ10-5 CJ10-20 CJ10-5 JZ7-44 JS7-2 JR20-20/3 BK-100 ZS0-0 HZ10-10/13 JLXK1-411 LA19-110 LA19-110 LA19-110 LA19-11 0.37kw,380V,2700r/min 5.5kw,380V,1450r/min 500V,50A 500V,2A 500V,15A 380V,5A 380V,10A 380V,5A 380V,5A 380V,2A 380V,2A 6V 40W,24V 2 2 1 9 6 2 2 2 5 1 2 5 1 4 6 1 2 1 5 100V.A.380V/24V,6V,110V 1 （四）设计工艺图纸

按设计要求设计电气装置、电器板电器元件布置图及接线图、控制面板电器元件布置图及接线图。

1）在本设计中，分布于电器箱外部的电器元件有电动机，电磁铁和照明灯。电器

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板上应安装的电器元件有熔断器，接触器，电流继电器，时间继电器，热继电器，变压器和单相整流桥。控制面板上安装的电气元件有电源开关，控制按钮，限位开关和指示（信号）灯；

2）分别对原理线路图的主电路及控制电路的触点进行编号；

3）根据电器元件的分布和原理图编号，并遵循操作方便、美观、均匀和对称等原则，绘制电器元件布置图及接线图，进出线采用接线端子板过桥。

（五）PLC控制系统的设计 1、控制要求分析

本设计中要求机床能够进行半自动循环，又能对各个动作单独进行调整。 下图所示流程为系统动力头的工步循环图： 图中SQ1~SQ6为限位开关，SB1为启动按钮。

①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，零件被准确定位，在定位过程中指示灯HL1KA1的常开触点KA1闭合，亮，表明机床正在进行定位操作；

②夹紧：由于电磁铁YV1的得电，使其常开触点YJ1闭合，使KA2和YV2得电，YV2的常闭触点YJ2断开，定位工序结束，指示灯HL1灭。由于常开触点KA2的闭合，系统进入夹紧工序，零件被夹紧，在夹紧过程中指示灯HL2亮，表明机床正在进行夹紧操作；

③入位：由于电磁铁YV2得电，其常开触点YJ2闭合，使KA3得电，滑台入位，带动夹具一起进入加工位置，在入位过程中指示灯HL3亮，表明机床正在进行入位操作；

④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KA4和

YV4得电。KA4的常开触点闭合，系统进入工进环节，由于SQ1/SQ5的常闭触点断开，

使入位工序结束，指示灯HL3灭。在工进过程中指示灯HL4亮，表明机床正在进行工进操作；

⑤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KA3和YV5得电，系统进入退位环节。由于SQ2/SQ4的常闭触点断开，使工进工序结束，指示灯HL4灭。在退位过程中，指示灯HL5亮，表明机床正在进行退位操作；

⑥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，指示灯HL5灭，同时夹紧工序也结束，指示灯HL2灭，夹具打开，取出零件。

动力头的动作顺序表如下：

YV1 YV2 定位（SB1） + -

YV3 - 5

YV4 - YV5 -

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