通用卧式车床电气控制系统设计

长 沙 学 院

课程设计说明书

题

系(部目 通用卧式车床电气控制系统设计 ) 电子与通信工程系

专业(班级) 姓学指起

名 号 导止教日师 期

长沙学院课程设计鉴定表

目录

第1章 概述 . .................................................................................................................................... 4

1.1 车床电气控制技术的介绍 . .............................................................................................. 4

1.2车床电气控制技术要求 . ................................................................................................... 5

第2章 电路设计 . ............................................................................................................................ 5

2.1电路工作原理 . ................................................................................................................... 6

2.1.1主电路设计 . ........................................................................................................... 6

2.2 控制电路设计 . .......................................................................................................... 8

第3章 电器元件参数计算及选择 . ................................................................................................ 9

3.1 刀开关QS ： . ..................................................................................................................... 9

3.2 熔断器FU ： . ..................................................................................................................... 9

3.3 热继电器FR ： . ............................................................................................................... 10

3.4 交流接触器KM: . ............................................................................................................. 10

3.5 时间继电器：KT . ............................................................................................................ 10

第4章 面板布置图及接线图设计 . .............................................................................................. 12

4.1 电器元件的安装与接线 . ................................................................................................ 12

4.2 自检 . ................................................................................................................................ 13

第5章 设备使用及注意事项 . ...................................................................................................... 14

参考资料: ....................................................................................................................................... 14

第1章 概述

1.1 车床电气控制技术的介绍 电气控制技术是以各类电动机为动力的传动装置与系统为对象，以实现生产过程自动化的控制技术。电气控制系统是其中的主干部分，在国民经济各行业中的许多部门得到广泛应用，是实现工业生产自动化的重要技术手段。

随着科学技术的不断发展、生产工艺的不断改进，特别是计算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。在控制方法上，从手动控制发展到自动控制；在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在操作上，从笨重发展到信息化处理；在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微计算机为中心的网络化自动控制系统。现代电气控制技术综合应用了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技术、通信技术、网络技术等先进的科学技术成果。

车床是机械加工中最广泛的金属切削机床，主要用于车削外圆、内圆、端面、螺纹和定型表面，也可通过尾架进行钻孔、铰孔、攻螺纹等加工。现代生产机械多采用机械、电气、液压、气动结合的控制技术。其中电气控制技术起联接中枢作用，应用最为广泛。电气控制系统是生产机械设备的重要组成部分，是保证机械设备按生产工艺要求，完成各种运动状态与协调工作，并保证机械设备安全可靠工作以及实现操作自动化。

车床在加工工件时，随着工件材料和材质的不同，应选择合适的主轴转速及进给速度。但目前中小型车床多采用不变速的异步电动机拖动，它的变速是靠齿轮箱的有级调速来实现的，所以它的控制电路比较简单。为满足加工的需要，主轴的旋转运动有时需要正转或反转，这个要求一般是通过改变主轴电动机的转向或采用离合器来实现的。进给运动多半是把主轴运动分出一部分动力，通过挂轮箱传给进给箱来实现刀具的进给。有的为了提高效率，刀架的快速运动由一台进给电动机单独拖动。车床一般都设有交流电动机拖动的冷却泵，来实现刀具切削时冷却。有的还专设一台润滑泵对系统进行润滑。

1.2车床电气控制技术要求

○1 机床主运动和进给运动共用一台三相异步电动机传动，主轴正反转通过改变电动机电源相序实现。

○2 主轴停车采用电气制动，制动时要有限流措施。

○3 为减小电动机起动电流对电网的冲击，主电机采用Y －Δ降压起动。

○4 主电机有工作电流指示，电流表有防冲击措施。

○5 为减轻劳动强度和节省辅助工作时间，由专门的快移电机拖动刀架快速移动。 ○6 设置冷却泵电机用于刀具冷却。

○7 有工作照明和必要的信号指示。

○8 有必要的电气保护和联锁措施。

第2章 电路设计

图1、卧式车床的电气原理图

2.1电路工作原理

2.1.1主电路设计

图2为车床电气控制的主电路图

1、主电动机 M1 ：通过 KM1 、 KM2 两个交流接触器实现正反转，R 为限流电阻，KM5接触器用于短接限流电阻Ｒ，通过时间继电器KT1实现KMY 、 KM△接触器的接通转换实现主电机Y-△转换启动 ，用热继电器FR1 作为M1过载保护，在电机停机时KM5断开，电路中接上电阻Ｒ，电机接成星型，实现快速制动。电流表A 用来检测主电动机的绕组电流，由于主电动机功率很大，故电流表A 接入电流互感器 TA 回路。在主电机启动时会产生很大的电流，这个电流足以烧坏电流表，所以当主电动机起动时，电流表通过时间继电器的一个常闭开关将其短接，只有当正常工作时，常闭开关打开电流表A 才接入电路开始工作。

2、冷却泵电机 M2 ： Ｍ２的启停是通过接触器KM3的通断来控制的，热继电器FR2 用于过载保护。

3、快移电机 M3 ： 快移电机一般是快速移动，接通时间比较短，所以没有热继电器的保护，KM4 接触器控制快速移动电动机 M3 的起停。

4、FU1、FU2、FU3分别作为电动机M1、M2、M3的短路和过电流保护。

图2、车床电气控制的主电路图

2.1.2主电动机M1的控制

（1）点动控制

按下SB2，KM1线圈通电，根据原态支路常断现象，其余所有线圈均处于断电状态。因

此主电路中为KM1主触头闭合，由QS 隔离开关引入的三相交流电源将经KM1主触头、限流电阻接入主电动机M1的三相绕组中，主电动机M1串电阻减压起动。一旦松开SB2，KM1线圈断电，电动机M1断电停转。SB2是主电动机M2的点动控制按钮。

（2）正反转控制

1）正转：主电动机M1的正转由正向起动按钮SB3控制。

按下SB3，KM3线圈通电与KT 线圈同时通电，并通过20区的常开辅助触头KM3闭合而使KA 线圈通电，KA 线圈通电又导致11区中的KA 常开辅助触头闭合，使KM1线圈通电。而（11-12）区的KM1常开辅助触头与14区的KA 常开辅助触头对SB3形成自锁。主电路中KM3主触头与KM1主触头闭合，电动机不经限流电阻R 则全压正转起动。 绕组电流监视电路中，因KT 线圈通电后延时开始，但由于延时时间还未到达，所以KT 常闭延时断开触头保持闭合，感应电流经KT 触头短路，造成A 电流表中没有电流通过，避免了全压起动初期绕组电流过大而损坏A 电流表。KT 线圈延时时间到达时，电动机已接近额定转速，绕组电流监视电路中的KT 将断开，感应电流流入A 电流表将绕组中电流值显示在A 表上。

反转：主电动机M1的反转由反向起动按钮SB4控制。

工作过程与正转相类似，按下SB4，通过（9-10-5-6）线路导致KM3线圈与KT 线圈通电，与正转控制相类似，20区的KA 线圈通电，再通过（11-12-13- 14）使KM2线圈通电。主电路中KM2、KM3主触头闭合，电动机全压反转起动。KM1线圈所在支路与KM2线圈所在支路通过KM2与KM1常闭触头实现电气控制互锁。

（3）停车制动控制

该卧式车床采用反接制动方式。当电动机转速接近零时，用速度继电器的触头给出信号切断电动机的电源。

正转制动：

KS2是速度继电器的正转控制触头，当电动机正转起动至接近额定转速时，KS2闭合并保持。制动时按下SB1，控制线路中所有电磁线圈都将断电，主电路中KM1、KM2、KM3主触头全部断开，电动机断电降速，但由于正转转动惯性，需较长时间才能降为零速。一旦松开SB1，则经（1-7-8-KS2-13-14），使KM2线圈通电。主电路中KM2主触头闭合，三相电源电流经KM2使U1、W1两相换接，再经限流电阻R 接入三相绕组中，在电动机转子上形成反转转矩，并与正转的惯性转矩相抵消，电动机迅速降速，至接过零速时，KS2断开，撤除电动

在电动机正转起动至额定转速，再从额定转速制动至停车的过程中，KS1反转控制触头始终不产生闭合动作，保持常开状态。

反转制动：

KS1在电动机反转起动至接近额定转速时闭合并保持。与正转制动相类似，按下SB1，电动机断电降速。一旦松开SB1，则经（1-7-8-KS1-2-3），使线圈KM1通电，电动机转子上形成正转转矩，并与反转的惯性转矩相抵消使电动机迅速降速，至接近零速时，KS1断开，撤除电动机转子上的正转转矩，电动机停车。

2.1.3冷却泵电动机M2的控制

M2的控制采用典型的电动机单向起、停控制电路。起动时，按下SB6，线圈KM4通电，并通过KM4常开辅助触头对SB6自锁，主电路中KM4主触头闭合，冷却泵电动机M2转动并保持。停车时，按下SB5，KM4线圈断电，冷却泵电动机M2停转。

2.1.4刀架快移电动机M3的控制

刀架的快速移动通过转动刀架手柄压动行程开关SQ 来实现。转动刀架手柄，行程开关SQ 将被压下而闭合，KM5线圈通电。主电路中KM5主触头闭合，驱动刀架快移的电动机M3起动。反向转动刀架手柄复位，SQ 行程开关断开，则电动机M3断电停转。在这里，SQ 的作用相当于一个点动按钮。

2.2 控制电路设计

图3为车床电气控制的控制电路图

2.2.1照明电路

灯开关SA 置于闭合位置时，EL 灯亮。SA 置于断开位置时，EL 灯灭。

2.2.2其他辅助电路

为了监视主电动机的工作电流，在M1的主电路中，经电流互感器接入一只电流表A 。为防止电动机在点动和制动时大电流对电流表的冲击，将时间继电器KT 延时断开的常闭触头与电流表相并联。M1起动时，其起动电流很大，电流互感器副边电流也很大。此时KT 线圈通电，但触头尚未动作，冲击电流经过该延时触头构成闭合回路，电流表无电流通过。电动机起动运行后，KT 延时断开的常闭触头已打开，电流表指示电动机的正常工作电流，避免了起动电流对电流表的冲击。

图3为车床电气控制的控制电路图

第3章 电器元件参数计算及选择

3.1 刀开关QS ：

HS 系列双投刀开关适用于交流50Hz 、额定电压400V 、直流220V ，额定电流至1500A 的成套配电装置中，用作手动不频繁接通与分断交直流电路或用作电气隔离之用。 P =UI 得 主轴电机：I =23A 快移电机：I =2. 3A 冷却泵：I =0. 3A 因此车床在正常工作时最大电流为26A ，根据I QS ≥3*I =78A 经查表HS11-200/38刀开关额定电流为200A ，足以满足车床的正常工作。

位置开关的图形符号及文字符号

3.2 熔断器FU ：

RO19，RO20系列熔断器适用于交流50Hz 、额定电压至600V 、额定电流至125A. 作为电气线路的过载和短路保护(gG)。由公式：I FU N ≥(1. 5~2. 5) I ed +∑I ed 得：I FU N =37. 5~60. 5A 经查表RO19C 系列的50A 熔断器可以满足要求。

熔断器图形符号和文字符号

3.3 热继电器FR ：

JR36系列热过载继电器适用于交流50Hz ，电压至690V 、电流至160A 的电路中，用作交流电动机的过载保护

由镇定电流公式：I FRN =(0. 95~1. 05) I ed

得主轴电机：I FRN 1=24. 15A

得冷却泵电机：I FRN 3=0. 315A

经查表：JR36-20 0.25-0.35A，JR36-20 20-32A的整定电流分别为0.25-0.35A 20-32A 足以满足要求。

热继电器的图形和文字符号

3.4 交流接触器KM:

CJX8（B ）系列交流接触器主要用于交流50Hz 或60Hz 、电压至690V ，额定电流至370A 的电力线路中，供远距离接通与分断电力线路或频繁的控制交流电动机之用，具有失压保护作用。 U KMN ≥U CN

由参考公式：3

I KMN ≥I N = P MN *10得主轴电机：I KMN 1≥40A KU MN

得冷却泵：U KMN 1≥380V 得快移电机：U KMN 1≥380V

I KMN 1≥4A U KMN 1≥380V

I KMN 1≥0. 53A

经查表：CJX8-65，CJX8-12,CJX8-9的工作电流分别为：45A,4.9A,3.5能够满足设计要求。

交流接触器图形符号和文字符号

3.5 时间继电器：KT

JS7-A 系列空气式时间继电器适用于交流50Hz ，电压至380V 的电路中，通常用在自动或半自动控制系统中，按预定时间使被控制元件动作。

该控制电路中采用通电延时继电器：JS7-2A 3.6 按钮

按钮是一种常用的控制电器元件，常用来接通或断开控制电路（其中电流很小），从而达到控制电动机或其他电气设备运行目的的一种开关。

主要器件元件目录表：

第4章 面板布置图及接线图设计

4.1 电器元件的安装与接线

1、安装元器件

根据元件布置图施工，根据接线图固定元器件。固定导轨时要充分考虑到，所有元件应整齐和均匀分布，元件之间的间距合理，便于元件的更换及维修。卡装元件时，要注意各元件的安装方向，且均匀有力，避免倒装或损坏元件。时间继电器插进专用插座时，应保持定位键插在定位槽内，以防插反插坏。

2、车床控制电路的配线安装 （1）安装控制电路 （2）安装主电路 （3）安装照明电路 （4）外围设备安装 安装连接按钮

安装电动机，连接好电源连接线及金属外壳的接地线。 连接三相电源线。

图5控制电路的电气接线图

4.2 自检

1、面板自检

（1）安装完毕的控制电路，必须按要求进行认真检查，确保无误后才允许通电试车。 （2）检查布线，对照接线图检查是否掉线，错线，是否漏线或错编，接线是否牢固等等。

（3）按电路图、接线图从电源端开始，逐段核对接线有无漏接、错接之处，检查导线接点是否符合要求，压接是否牢固，以免带负载运行时产生闪弧现象。

2、仪表测量

使用万用表检测。用万用表检查电路通断情况，用手动操作来模拟触头分合动作。先检查控制电路后检查主电路，仔细检测看看是否存在问题。

第5章 设备使用及注意事项

1. 启动前先检查控制面板的按钮，仪表等是否正常。

2. 设备使用过过程中应带严格按操作流程执行，启动顺序; QS －SB2－SB3－SB4 停车：SB2－QS

3. 电机在Y －Δ降压起动为完成时，不能按正反转按钮。

4. 布线一定要合理，交直流电源要严格分开，控制线要与电机动力线，电源线严格分开。 5. 为保证机床正常工作和延长使用寿命，必须按机床润滑图所示各点经常地、及时给以润滑。

6. 车床在运行时必须有人看守，中途不得离开

结 论

这次课程设计学的非常的多，对plc 有了一个全新的了解。在生活中，我们的很多方面都已经设计到plc 的应用。尤其是在机械，化工，电力等领域，其中在机械领域又是用的最频繁的，所以这次的机床课程设计让我学到了很多的东西，关于它的应用，原理有了一个更加全面的了解。

其次在这次课程设计中，同学们的合作也是决定因素，大家一起协作，分工合理，设计的也非常的合理。老师也很热情的指导了我们的设计，正是因为老师的指导我们才会如此轻松的完成了此次设计。在此谢谢各位老师同学。

参考资料:

[1] 许寥等主编. 电器控制与PLC 控制技术. 北京: 机械工业出版社，2007 [2] 方承远主编. 工厂电气控制技术. 第2版. 北京: 机械工业出版社，2000 [3] 陈少华著. 机械设备电器控制. 广州:华南理工大学出版社,1998 [4] 熊幸明主编. 电工电子实训教程. 北京: 清华大学出版社，2006 [5] 熊幸明主编. 电气控制与PLC. 北京: 机械工业出版社，2011 [6] 本书编写组编. 工厂常用电气设备手册. 北京: 机械工业出版社

[7] 本书编写组编. 电气制图及图形符号国家标准汇编. 北京: 中国标准出版社