【正文】 算機的設備之一，早在20 世紀 40 年代末期，電子 計算機與機床有機的結(jié)合產(chǎn)生了新型機床 —— 數(shù)控機床，選擇價廉可靠地微機在機床行業(yè)中的應用日益廣泛，由微機控制的數(shù)控機床與數(shù)顯裝置越來越多地在中國各類工廠中獲得使用和推廣。 （二） 機床電氣自動控制系統(tǒng)的作用及發(fā)展趨勢 7 1．機床電氣自動控制系統(tǒng)的作用 過去，生產(chǎn)機械由工作機構(gòu)、傳動機構(gòu)、原動機三部分組成。 （ 3）傳動裝置：是生產(chǎn)機械的連接及傳動環(huán)節(jié)，位于電動機和工作機械之間，如減速箱、皮帶、聯(lián)軸器等。 1．電氣控制系統(tǒng)的組成 電氣自動控制對于現(xiàn)代機床、其他機械設備及生產(chǎn)過程，有著及其主要的作用。 6 一、 緒 論 （一） 機床電氣自動控制系統(tǒng) 機床要運行，一是需要動力，二是需要控制。經(jīng)過“化整為零”，逐步分 析了每一個局部電路的工作原理以及各部分之間的控制關(guān)系之后，還必須用“集零為整”的方法，檢查整個控制線路，看是否存在遺漏，特別要從整體的角度去進一步檢查和理解各控制環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，理解電路中每個元器件所起的作用。輔助電路包括電源顯示、工作狀態(tài)顯示、照明和故障報警等部分，它們大多由控制電路中的元件來控制的，所以在分析時，還要回頭來對照控制電路進行分析。從主回路入手，要根據(jù)伺服電動機、輔助機構(gòu)電動機和電磁閥等執(zhí)行電器的控制要求，分析它們的控制內(nèi)容，控制內(nèi)容包括啟動、方向控制、調(diào)速和制動。 (b)在繼電器 — 接觸器控制電路中，控制變壓器的負載，主要是交流接觸器和繼電器的吸引線圈 ,它們的啟動電流一般要比吸持電流大幾倍，一般情況下，可將副邊連 續(xù)負載的總量，乘以 ～ ，選用額定容量大于或等于這個數(shù)值的控制變壓器即可。 (b)在機床電氣控制系統(tǒng)中，常用的有 JT JT4型號的電壓繼電器。 (d)根據(jù)電動機的功率 和操作情況來確定接觸器主觸點的電流等級。 1．確定電力設備的拖動方案并選擇電動機； 2．設計電氣控制電路； 3．選擇各種控制電器； 4．施工設計 —— 確定電氣設備的布局，繪制 安裝接線圖等。主要用于學校、工廠、以及科研所用，可用于數(shù)控機床，數(shù)控編程，數(shù)控原理實驗與培訓。使用普通機床加工這類零件，不僅勞動強度大、生產(chǎn)效率低，而且還難以保證精度，有些零件甚至無法加工。 數(shù)控技術(shù)是以數(shù)字量編程實現(xiàn)控制機械或其他設備自動工作的技術(shù)。如果一種設備的控制過程是以數(shù)字形式來描述的，其工作過程是可編程序的并能在程序控制下自動進行，那么這種設備就稱為數(shù)控設備。作者根據(jù)數(shù)控工作要求編制數(shù)控程序，并將數(shù)控程序記錄在控制介質(zhì)上。當前，社會經(jīng)濟也科學技術(shù)的發(fā)展與競爭，使機械產(chǎn)品趨精密、復雜，而且產(chǎn)品的生命周期縮短，改型頻繁。 機床數(shù)控系統(tǒng)的出現(xiàn)較好的解決了復雜、 精密、多變的零件加工問題，它是機床控制技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。本課題是要求在指導的情況下通過查閱相關(guān)的內(nèi)容的資料并進行總體方案的設計（包括機械總體結(jié)構(gòu)，電氣控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和控制軟件總體結(jié)構(gòu)設計）進而最終完成適合實驗使用的數(shù)控機床。 五 .技術(shù)路線及方法 1. 完成原理分析與設計說明書； 2. 完成電氣原理圖； 3. 完成主要電器元件組裝圖； 4. 元件明細表； 六 .主要內(nèi)容細化 (1)接觸器的選擇 (a)接觸器按其主觸點通過電流的種類不同，分為直流、交流兩種，機床上應用最多的是交 3 流接觸器。 (e)接觸器線圈的電流種類和電壓等級應與控制電路相同。 (c)中間繼電器主要依據(jù)被控制電路的電壓等級，觸電數(shù)量、種類及容量來選用。 電氣控制電路一般由主電路、控制電路和輔助電路等部分組成。 （ 2）分析控制電路。 （ 4）分析互鎖與保護環(huán)節(jié)。 七 .重點研究問題 八 .條件因素 認真做好畢業(yè)設計，必須按計劃執(zhí)行，必須按老師要求去做，按時出勤，面對困難要積極應對，向老師積極答辯?，F(xiàn)代機床的動力主要是由電動機來提供的，即由電動機來拖動機床的主軸和進給系統(tǒng)。 通常，電氣控制系統(tǒng)主要包括以下三個主要環(huán)節(jié)。 2．機床電力拖動自動控制系統(tǒng) 生產(chǎn)機械一般是由三個基本部分組成的，即工作機構(gòu)、傳動機構(gòu)和原動機 。自從電氣元件與計算機應用在機械上后，現(xiàn)代化生產(chǎn)機械已包含第四個組成部分：以電氣為主的自動控制系統(tǒng)，它使機器的性能不斷提高，使工作機構(gòu)、傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)大為簡化。這些新的科學技術(shù)的應用，使機床電氣設備不斷實現(xiàn)現(xiàn)代化，從而提高了機床自動化程度和機床加工效率，擴大了工藝范圍，縮短了新產(chǎn)品試制周期，加速產(chǎn)品更新?lián)Q代。后來由于切削工具、機床結(jié)構(gòu)的改進、切削功率的增大，機床運動的增多，手動控制已不能滿足要求，于是出現(xiàn)了以繼電器、接觸器為主的控制電路所組成的控制裝置和控制系統(tǒng)；這種控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)對機床的各種運動的控制，如啟停、反轉(zhuǎn)、改變速度等的控制。可編程控制器及有關(guān)外部設備，都按既易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一整體，又易于擴充其功能的原則設計。 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，由小型或微型計算機再加上通用或?qū)Ｓ么笠?guī)模集成電路組成的計算機數(shù)控裝置（ CNC）性能更為完善，幾乎所有的機床品種都實現(xiàn)了數(shù)控化。 根據(jù)機械設備的總體技術(shù)要求和大氣系統(tǒng)的復雜程度不同，以上步驟可以有增有減，某些圖紙和技術(shù)文件也可適當合并或增減。在任務書中，除了簡要說明所設計的機械設備的型號、用途、工藝過程、技術(shù)性能、傳動參數(shù)以及現(xiàn)場工作條件外還必須說明以下內(nèi)容： 1．用戶供電 電網(wǎng)的種類（直流或交流）、電壓、頻率及容量； 2．有關(guān)電氣傳動的基本特性，如運動部件的數(shù)量和用途、負載特性、調(diào)速范圍和平滑性，電動機的起動、反向和制動的要求等； 3．有關(guān)電氣控制的特性，如電氣控制的基本方式，自動工作循環(huán)的組成，自動控制的動作程序，電氣保護及聯(lián)鎖條件等； 4．有關(guān)操作方面的要求，如操作臺的布置，操作按鈕的設置和作用，測量儀表的種類以及顯示、報警和照明要求等； 5．機械設備主要電氣設備（如電動機、執(zhí)行電器和行程開關(guān)等）的布置草圖。數(shù)控機床在加工車間，其使用的條件、環(huán)境比較惡劣，極易造成數(shù)控系統(tǒng)的故障。 三、 電氣傳動形式與控制方案的確定 （一） 電氣傳動形式的確定 10 電氣傳動形式的選擇是電氣設計的主要內(nèi)容之一，也是以后各部分設計內(nèi)容的基礎和先決條件。 （ 2）多電機拖動。 2．調(diào)速性能 金屬切削機床的主運動和進給運動，起吊設備、機械手的某些運動機構(gòu)，以及要求具有快速平穩(wěn)的動態(tài)性能和 準確定位的設備（如龍門刨床、鏜床、數(shù)控機床等），都要求一定的調(diào)速范圍。這有利于簡化機械結(jié)構(gòu)，縮小齒輪箱體積，降低制造成本，提高機床利用率。例如，一般機床的主運動為恒功率負載，而進給運動為恒轉(zhuǎn)矩負載。 4．起動、制動和反向要求 一般說來，由電動機完成機床的起動、制動和反向要比機械方法簡單、容易，因此機床主軸的起動、停止、正反轉(zhuǎn)運動和調(diào)速操作，只要條件允許最好由電動機完成。對于電網(wǎng)容量不大而 起動電流較大的電動機一定要采取限制起動電流的措施，如在定子電路中串入電阻或電抗降壓起動等，以免電網(wǎng)電壓波動較大而造成事故。應用凸緣或內(nèi)聯(lián)式電動機可以在一定程度上改善機械結(jié)構(gòu)。因此，合理選擇電氣控制方案是簡便、可靠、經(jīng)濟地實現(xiàn)工藝要求的重要步驟。 以金屬切削機床為例，對于一 般普通機床和專用機床，其工作程序往往是固定的，使用中并不需要經(jīng)常改變原有的程序。 （ 3） 控制線路的電源。對于比較復雜的控制線路，控制電路應采用控制電源 12 變壓器，將控制電壓由交流 380V 或 220V 降至 110V 或 48V、 24V 等，這是從安全角度考慮的。對于直流電磁鐵、電磁離合器，常用 24V 直流電源供電?？绍囃鈭A、車端面、切槽和切斷、轉(zhuǎn)中心孔、鏜孔、鉸孔、車各種螺紋、車內(nèi)外圓錐面、車特型面，滾花和盤繞彈簧等。電動機的動力由三角皮帶通過主軸變速箱傳給主軸。變速主軸變速箱外的手柄位置，可以改變主軸轉(zhuǎn)速。 （ 3） 車床的電力拖動要求與控制特點； ①車削加工近似于恒功率負載， 主軸電動機 M1 通常選用籠型異步電動 機，完成主軸主運動和刀具進給運動的驅(qū)動。 ③車削加工中，為防止刀具和工件的溫度過高、延長刀具使用壽命、提高加工質(zhì)量，車床附有一臺單方向 旋轉(zhuǎn)電動機 M2，與主軸電動機實現(xiàn)順序起停，也可單獨操作。 1．電動機容量的選擇 如果電動機容量選的過大，雖然能保證正常工作，但電動機長期不能滿負載工作，得不到充分利用，用電效率和功率因數(shù)下降，從而增加設備投資和運行費用；如果電動機容量選的過小，生產(chǎn)效能不能充分發(fā)揮，長期過載將導致電動機燒毀。 選擇電動機容量應根據(jù) 以下三項基本情況進行： （ 1） 發(fā)熱。特別是在短期工作時，由于電動機的熱慣性很大，電動機在短期內(nèi)承受高于額定功率的負載功率時仍可保 證 max? ? a? ，故決定電動機容量的主要因素不是發(fā)熱而是電動機的過載能力。 確定電動機功率前，首先應進行廣泛調(diào)查研究，分析確定所需要的切削用量，然后用已確定的較常用的切削用量的最大值，在同類同規(guī)格的機床上進行切削實驗并測出電動機的輸出功率，以此測出的功率為依據(jù)，再考慮到機床最大負載情況，以及采用先進切削方法及新工藝等，然后類比國內(nèi)外電動機的功率，最后確定所設計的機床電動機功率來選擇電動機。 臥式車床主電動機的功率： DP? () 式中 P —— 主拖動電動機功率， kW； D —— 工件最大直徑， m。 計算出電動機的功率，僅僅是初步 確定的數(shù)據(jù)，還要根據(jù)實際情況，進行分析，對電動機進行校驗，最后確定其容量。 2．電動機的種類、電壓、轉(zhuǎn)速和結(jié)構(gòu)形式的種類 除了正確選擇電動機的容量外，還需要根據(jù)生產(chǎn)機械的要求、技術(shù)經(jīng)濟指標和工作環(huán)境等條件，來正確選擇電動機的種類、電壓、轉(zhuǎn)速和電動機的結(jié)構(gòu)形式。若要求起動轉(zhuǎn)矩較大，則可選用高起動轉(zhuǎn)矩的鼠籠式異步電動機（如 JS21型、 JQ2 和 JQO2 系列等）。 ⑤對于需要大的啟動轉(zhuǎn)矩又要求恒功率調(diào)速的生產(chǎn)機械，常選用直流串勵或復勵電動機。 （ 2）電動機電壓等級的選擇。直流電動機一般由單獨電源供電，選擇 電動機額定電壓時只需考慮供電電源電壓配合恰當即可。 選擇電動機額定轉(zhuǎn)速時要全面進行考慮，如： ① 對于不需要調(diào)速的高轉(zhuǎn)速與中轉(zhuǎn)速的機械，一般應選相應額定轉(zhuǎn)速的異步電動機或同步電動機，直接與機械相連接； ② 對于不 需要調(diào)速的低速運轉(zhuǎn)的機械，一般是選用適當轉(zhuǎn)速的電動機通過減速機構(gòu)來傳動，但電動機額定轉(zhuǎn)速也不宜太高，否則減速機構(gòu)會很龐大； ③ 對于需要調(diào)速的機械，電動機的最高轉(zhuǎn)速應與生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速相適應，采用直接傳動或通過減速機構(gòu)來傳動； ④對于經(jīng)常起動、制動和反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械，要著重考慮縮短過度過程，減少起動、制動時間，提高生產(chǎn)率，而決定起動、制動時間的主要因素是電動機的飛輪轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩?；覊m會很快玷污電動機繞組，惡化散熱條件。 ② 防護式。 ④ 防爆式。 X 軸步進電動機 M4 的型號為 130BYG3502，其相數(shù)為 3，步距角為 ? ，最大靜扭矩為 ； Z 軸步進電動機 M5 的型號為 130BYG5501，為五相混合式，最大靜轉(zhuǎn)矩為 ，十拍驅(qū)動時的步距角為 ? 。 14715813CP +CP DIR+DIRGN DCN CXS 30CW +CW CCW +CCW 屏蔽層步進驅(qū)動裝置3456CN I / FSH 50806 AAC 80AC 80A +A B +BC +CD +D動力電源驅(qū)動變壓器AC 1 P380/80電動機電源步進電動機指令接口 電源接口 電動機驅(qū)動接口 圖 42 進給驅(qū)動裝置的基本接口 2．主軸驅(qū)動裝置的選型 主軸驅(qū)動裝置的選型與進給驅(qū)動裝置等其他設備一樣，需要遵循經(jīng)濟實用、穩(wěn)定可靠和易于操作維護的原則，以整機設計對主軸系統(tǒng)的要求和不同類型的主軸系統(tǒng)的 17 特點為依據(jù)。 （ 4）專用變頻電動機配通用變頻器。 （一） 電氣原理圖繪制的基本規(guī)則 1．原理圖中，所有電動機、電器等元件都采用國家統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號和文字符號來表示。主電路就是從電源到電動機繞組的大電流通過的路徑。同一電氣元件的各個部件可以不畫在一起。無直接電聯(lián)系的交叉導線，交叉處不能畫黑圓點。 表 51 電氣控制線路常用的電源電壓 18 控制線路的類型 常用的電壓值（ V） 電源設備 交流電力傳動的控制系統(tǒng)中控制線路較簡單 交流 380 、220 直接采樣動力電源 交流電力傳動的控制系統(tǒng)中控制線路較復雜 220 、110 采用控制變壓器 照明及信號指示線路 4 32 6 采用電源變壓器 直流電力傳動的控制系統(tǒng) 直流 220 、110 整流器 直流電磁鐵及離合器的控制線路 24 整流器 （三） 主電路的設