卧式车床

《电气控制与PLC》

课程设计报告

题目： 卧式车床电气控制系统

通信与控制工程 学院 自动化 专业

学 号 07041104 学生姓名 指导教师 王志国

二〇一四年六月

卧式车床电气控制系统

车床是机床中应用最广泛的一种，它可以用于切削各种工件的外圆、内孔、端面及螺纹。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。

一、机床的主要结构和运动形式

卧式车床的电气控制车床的种类很多，其中卧式车床是应用极为广泛的金属切削机床。它用于对具有旋转表面的工件进行加工，如车削外圆、内圆、端面、螺纹等，也可用钻头、铰刀、镗刀等刀具进行加工。

1、卧式车床的主要结构

卧式车床的结构外形如图3—1所示。它主要由床身10、主轴变速箱3、挂轮箱2、进给箱1、溜板箱6、刀架5、尾座7、光杆9与丝杠8等部分构成。图3—1卧式车床的外形结构示意图1一进给箱；2一挂轮箱；3一主轴变速箱；4一卡盘；5一刀架；6一溜板箱；卜尾座；8一丝杠；9一光杆；

2、卧式车床的主要运动

车床的切削加工包括主运动、进给运动和辅助运动。主运动为工件的旋转运动，由主轴通过卡盘或顶尖带动工件旋转。进给运动为刀具的直线运动，由进给箱调节加工时的纵向或横向进给量。辅助运动为刀架的快速移动及工件的夹紧、放松等。

二、车床对电气控制的要求

主要控制电器为三台电机：主电动机、冷却泵电机、快速移动电机。三台电机都要有短路保护措施。信号说明如表1所示。主电动机和冷却泵电机采用热继电器进行过载保护；主电动机要采用降压起动方式起动；主电动机要求能够正反转控制，并且有点动调整控制和长动控制，采用反接制动；主回路负载的电流大小能够监控，但要防止启动电流对电流表产生冲击；机床要有照明设施。

表1 车床控制系统信号说明

符 号 名称及用途 符号 名称及用途 QF 断路器作电源引入及短路保护用 FR1 热继电器，主电动机过载保护用 FU1～FU2 熔断器作短路保护 FR2 热继电器，冷却泵电动机过载保护用 Ml 主电动机 KM1 接触器，主电动机正向起动、停止用 M2 冷却泵电动机 KM2 接触器，主电动机反向起动、停止用 M3 快速电动机 KM3 接触器，主电动机起动、制动切入电阻 SBl～SB4 主电动机起、停、点动按钮 KM4 接触器，冷却泵电动机起动、停止用 SB5～SB6 冷却泵电动机起停按钮 KM5 接触器，快速电动机起动、停止用 SQ 限位开关，快速移动电动机控制 TC 控制与照明变压器 HLl 主电动机起停指示灯 SA 机床照明灯开关 HL2 电源接通指示灯 EL 机床照明灯

三、控制电路分析

C650型卧式车床的电气控制图3—2为C650型卧式车床的电气控制原理图。车床共有3台电动机，M1为主轴电动电气控制与可编程控制技术机，可以实现电动机正反转运转。制动时采用反接制动；M2为冷却泵电动机；M3为快速移动电动机。速度继电器KS与主轴同轴，当正向转速大于100r／min时，KSF闭合；当反向转速大于100r／min时，KSR闭合。SQ为

快速移动的手动控制。图3—2 C650型卧式车床的电气控制原理图

Auto CAD绘图如下图所示

1、主电路分析图3—2所示的主电路中有3台电动机的驱动电路，隔离开关QS将三相电源引入，电动机M1，电路接线分为三部分：第一部分由正转控制交流接触器KM1，和反转控制交流接触器KM2：的两组主触头构成电动机的正反转接线；第二部分为一电流表A经电流互感器TA接在主电动机M，的动力回路上，以监视电动机绕组工作时的电流变化，为防止电流表被起动电流冲击损坏，利用一时间继电器的动断触头，在起动的短时间内将电流表暂时短接掉；第三部分为一串联电阻限流控制部分，交流接触器KM3的主触头控制限流电阻R的接人和切除，在进行点动调整时，为防止连续的起动电流造成电动机过载，串人限流电阻R，保证电路设备正常工作。速度继电器KS的速度检测部分与电动机的主轴同轴相连，在停车制动过程中，当主电动机转速为零时，其常开触头可将控制电路中反接制动相应电路切断，完成停车制动。电动机M：由交流接触器KM：的主触点控制其动力电路的接通与断开；电动机M，由交流接触器KM，控制。为保证主电路的正常运行，主电路中还设置了采用熔断器的短路保护环节和采用热继电器的电动机过载保护环节。

2、控制电路分析控制电路可划分为、主电动机M，的控制电路和电动机M：与M，的控制电路两部分。由于主电动机控制电路部分较复杂，因而还可以进一步将主电动机控制电路划分为正反转启动和点动局部控制电路与停车制动局部控制电路，它们的局部控制电路分别

K

M1

见图3—3。下面对各部分控制电路逐一进行分析。

（1）主电动机正反转启动与点动控制。

由图3—3(a)可知，当正转启动按钮SB3按压下时，其两常开触点同时动作闭合，一常开触点接通交流接触器KM3，的线圈电路和时间继电器KT的线圈电路，时间继电器的常闭触点在主电路中短接电流表A，经延时断开后，电流表接人电路正常工作；KM3的主触点将主电路中限流电阻短接，其辅助动合触点同时将中间继电器KA的线圈电路接通，KA的常闭触点将停车制动的基本电路切除，其动合触点与SB3的动合触点均在闭合状态，控制主电动机的交流接触器KM1的线圈电路得电工作，其主触点闭合，电动机正向直接启动，启动结束。反向直接启动控制过程与其相同，只是启动按钮为SB4。

SB2为主电动机点动控制按钮，按下SB2点动按钮，直接接通KM1的线圈电路，电动机M1正向直接启动，这时KM3线圈电路并没接通，因此其主触点不闭合，限流电阻R接入主电路限流，其辅助动合反接制动。反转时的反接制动工作过程相似，此时反转状态下，KS—1，触点闭合，制动时，接通接触器KM1的线圈电路，进行反接制动。

（2）主电动机反接制动控制电路。

图3—3(b)所示为主电动机反接制动控制电路的构成。C650卧式车床采用反接制动的方式进行停车制动，停止按钮按下后开始制动过程，当电动机转速接近零时，速度继电器的触点打开，结束制动。这里以原工作状态为正转时进行停车制动过程为例，说明电路的工作过程。当电动机正向转动时，速度继电器KS的合触点KS2动闭合，制动电路处于准备状态，压下停车按钮SB1，切断电源，KMl、KM3、KA线圈均失电，此时控制反接制动电路工作与不工作的KA动断触点恢复原状闭合，与KS—2：触点一起，将反向启动接触器KM2的线圈电路接通，电动机M1，反向启动，反向启动转矩将平衡正向惯性转动转矩，强迫电动机迅速停车，当电动机速度趋近于零时，速度继电器触点KS—2复位打开，切断KM2的线圈电路，完成正转的反接制动。反转时的反接制动工作过程相似，此时反转状态下，KS-1，触点闭合，制动时，接通接触器KM1的线圈电路，进行反接制动o

（3）刀架的快速移动和冷却泵电动机的控制。

刀架快速移动是由转动刀架手柄压动位置开关SQ，接通快速移动电动机M3的控制接触器KM5的线圈电路，KM5，的主触点闭合，M3电动机启动经传动系统，驱动溜板箱带动刀架快速移动。冷却泵电动机M2由启动按钮SB6，停止按钮SB5控制接触器KM4线圈电路的通断，以实现电动机M3的长动工作控制。

四、PLC控制系统设计

1、设计基本原理

即本系统采用PLC的裁决，来代替传统复杂的继电器控制硬接线，而用简单易学的软件实现其控制功能；即随着输入信号的输入，而经程序执行判断，由输出信号直接控制对象。分为：

（1）输入处理，完成控制信号采集；

（2）程序处理，将输入的信号变为直接主控的输出信号；

（3）输出处理，即直接将PLC的输出信号转为，被控对象的触发信号。如图3-1：

电源模块按钮开关限位开关接触器输入模块模块输出模块继电器指示灯编程器

图 3-1：PLC基本原理图

2、PLC输入输出接线端子外接线图

PLC输入端子外电路共接24个输入点，分别连接旋钮、按钮、行程开关等主令元件及检测元件，电源由PLC内部提供。输出端子外电路按执行电器的电源类别分别组成不同的端子组，共用端子COM端加装熔断器做短路保护，必要时可并联放电二极管以利PLC输出继电器触电的灭弧。

PLC输入/输出接线端子外接线电路如图

3、Plc的梯形图

五、课程设计总结

通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。

在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和电脑成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。

在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。同时通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在PLC的基本原理、PLC应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。

参考文献

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