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机电传动课程设计专用榫齿铣电气控制系统设计.doc

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.83M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    目 录
    第一部分 课程设计要求、设计方法及参考选题
    一、课程设计的目的和要求
    二、课程设计任务、工作量与设计方法
    （一）设计任务书
    （二）设计方法及步骤
    三、课程设计举例
    （一）设计任务书
    （二）设计过程
    第二部分 课程设计参考题选
    课题一 专用镗孔机床的电气控制系统设计
    课题二 千斤顶液压缸加工专用机床电气控制系统设计
    课题三 机械手电气控制系统设计
    课题四 全自动双面钻电气控制系统设计
    课题五 机械手PLC控制系统设计
    课题六 专用榫齿铣电气控制系统设计
    《机电传动控制》 课程设计指导书 马如宏 编写 审稿 盐城工学院机械学院 二○一○年一月
    目 录 第一部分 课程设计要求、设计方法及参考选题 .......................... 1 一、课程设计的目的和要求 ........................................1 二、课程设计任务、工作量与设计方法 ..............................2 （一）设计任务书 ............................................ 2 （二）设计方法及步骤 ........................................ 2 三、课程设计举例 ................................................3 （一）设计任务书 ............................................ 3 （二）设计过程 .............................................. 5 第二部分 课程设计参考题选 ......................................... 16 课题一 专用镗孔机床的电气控制系统设计 ..........................16 课题二 千斤顶液压缸加工专用机床电气控制系统设计 ................17 课题三 机械手电气控制系统设计 ..................................18 课题四 全自动双面钻电气控制系统设计 ............................19 课题五 机械手 PC 控制系统设计 ...................................20 课题六 专用榫齿铣电气控制系统设计 ..............................20
    第一部分 课程设计要求、设计方法及参考选题 要能胜任电气控制系统的设计工作，按要求完成好设计任务，仅仅掌握电气设计的基础 知识是个够的，必须经过反复实践，深入生产现场，不断积累经验．课程设计正是为这一目 的而安排的一个实践性教学环节，它是一项初步的工程训练。通过集中 1～2 周时间的设计 工作，了解一般电气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法．课程设计题目不要太大， 尽可能取自生产中实用的电气控制装置。 本指导书主要讨论课程设计应达到的目的、要求、设计内容、深度及应完成的工作量。 并通过实例介绍，进一步说明课程设计的设计步骤。 本指导书还收集了较多的设计参考题，可作为课程设计练习题，直接供设计者自由选取。 命题结合生产需要，具有真实感。设计中应严格要求，力求做到图纸资料规范化。 电气设计包含原理设计与工艺设计两个方面不能忽视任何一面，在高等院校教学中尤其 要重视工艺设计。由于初次从事设计工作，工艺设计要求不能过高，不能面面俱到。设计工 作量，说明书等要求与毕业设计应有较大的区别，电气控制课程设计属于练习性质，不强调 设计结果直接用于生产，各人的工艺设计只要求完成其中一部分内容。 课程设计原则上应做到一人一题和自由选题．在几个人共选一个课题的情况下各人的设 计要求及工艺设计内容，绘图种类，应有所区别。要强调独立完成，以学生自身的独立工作 为主，教师指导帮助为辅。在设计过程中，适当组织针对性参观，并配以多种形式有助于开 拓设计思路的讲座。 一、课程设计的目的和要求 课程设计主要目的，是通过某一生产设备的电气控制系统的设计实践，了解一般电气控 制设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固 以往学习的内容，达到灵活应用的目的。电气设计必须满足生产设备和生产工艺要求，因此， 设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作 的整体现念。 课程设计应强调以能力培养为主，月提高，主要包括以下几方面： ①独立工作能力和创造力。 ②综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力． ③查阅图书资科、产品手册和各种工具书的能力． ④工程绘图能力． ⑤写技术报告和编制技术资料的能力。 在课程设计数学中，应以学生为主体，充分发挥自己的自主性和创造精神。作用主要是 体现在工作方法、思维方法的引导。 为保证顺利完成设计任务，提出如下要求： ①在接受设计任务并选定课题后，应根据设计要求和应完成的设计内容， 书和工作进度计划，确定各阶段应完成的工作景，妥善安排时间。 1
    ②在方案确定过程小(是最重要一环)应主动提出问题，以取得指导教师的帮助，阶段提 倡广泛讨论，做到思路开阔，依据充分。在具体设计过程小，要求多想、少问，参数的确定， 要经过计算论证。 ③所有电气图纸的绘制必须符合国家有关标准的规定，包括线条、图形符号、项目代号、 回路标号、技术要求、标题栏、元例：明细表以至图纸的折叠和装订。 ④说明书要求文字通顺、简练、字迹端正、整洁。 ⑤应在规定时间内完成所有的设计任久 ⑥条件允许情况下，对自己的设计线路进行试验论证，考虑进一步改进的可能． 二、课程设计任务、工作量与设计方法 （一）设计任务书 课程设计要求是以设计任务书形式表达，由设计者自己拟订。设计任务书应包含以下内 容： ①设备的名称、用途、基本构造、动作原理以及工艺过程的简单介绍。 ②拖动方式、运动部件的动作顺序、各动作要求和控制要求。 ③联锁、保护要求。 ④照明、指示、报警等辅助要求。 ⑤应绘制的图纸。 ⑥说明书要求。 原理设计的中心任务是绘制电气原理图和选用电器元件。工艺设计目的是为了得到电气 设备制造过程中需要的施工图纸，其类型数量很多，设计中主要以电气设备总体配置图、电 器板元件布置图、接线图、控制面板布置因、接线固、电气箱以及主要加工零件如电器安装 底板、控制表板等为练习对象。对于每位设计者来说只要求完成其中一部分。原理图及工艺 图纸均应按要求绘制，元件布置图应标注总体尺寸、安装尺寸和相对位置尺寸。接线图的编 号应与原理图一致，要标明组件所有进出线编号、配线规格、进出线的接线方式(采用端子 板或接插件)。 （二）设计方法及步骤 在接到设计任务书后，依原理设计和工艺设计两部分， 1．原理图设计的步骤 （1）根据要求拟订设计任务。 （2）根据拖动要求设计主电路。在绘制主电路时，可从以下几方面来考虑： ①每台电动机的控制方式应根据其容量及按动负载性质考虑其起动要求， 的起动线路。对于一般小容量(7kw 以下)起动负载不大时，可直接起动，对大容量电动 机应考虑采用降压起动。 ②根据运动要求决定转向控制。 ③根据各台电动机的工作制，决定是否需要设置过载保护成过电流控制指施． ④根据拖动负载及工艺要求决定停车时是否需要制动控制，并决定采用何种制动方式。 ⑤设置短路保护及其他必要的电气保护。 ⑥考虑其他特殊要求；调速要求、主电路参数测量、信号检测等． 2
    （3）根据主电路的控制要求设计控制回路，其设计方法是， ①正确选择控制电路电压种类及大小。 ②根据每台电动机的起动、运行、调速、制动及保护要求，依次绘制各控制环节(选择 适当的基本单元控制线路)。 ③设置必要的联锁(包括同一台电动机各动作之间以及各台电动机之间的动作联锁)。 ④设置短路保护以及设计任务中要求助位置保护（如极限位、越位、相对位置等保护)、 电压保护、电脑保护和各种物理量保护(温度、压力、流量等)。 ⑤根据施动要求，设计特殊要求控制环节，如自动抬刀、变速与自动循环量等控制。 ⑥按需要设置应急操作。 （4）根据照明、指示、报警等要求设计辅助电路。 （5）总体检查、修改、补充与完善．主要包括以下内釉 ①校核各种动作控制是否满足要求，是否有矛盾成遗漏。 ②检查接触器、继电器、主令电器的触头使用是否合理，是否超过电器元件允许的数量。 ③检查联锁要求能否实现。 ④检查各种保护是否完善。 ⑤检查发生误操作所引起的后果与防范措施。 （6）进行必要的参数计算。 （7）正确、合理地选择各电器元件，按规定格式编制元件目录表。 （8）根据完善后的设计草图，按 GB6988《电气制图》标准绘制电气原理线路图，并按 GB5094《电气技术中的项目代号》要求标注器件的项目代号，按 GB4884—85《绝缘导线的 标记》的要求对线路进行统一编号。 2．工艺设计步骤 ①根据电气设备的总体配置及电器元件的分布状况和操作要求划分电器组件，绘制电气 控制系统的总装配图和总接线图： ②根据电器元件的型号、外型尺寸、安装尺寸、绘制每一组件的元器件布置图(如电器 安装扳、按制面板、电源、放大器等)。 ③根据元件布置图及电气原理编号绘制组件接线图，统计组件进出线的数量、编号以及 各组件之间的连接方式。 ④绘制并修改工艺设计草图后，便可按机械、电气制图要求绘制工程图纸。最后依设计 过程和设计结果编写设计说明书及使用说明书。 以上简单介绍了原理设计与工艺设计的步骤，其中每一步的设计要求与具体内容可参阅 方承远主编的《工厂电气控制技术》一书中第八章的有关内容，各种图纸的设计过程和绘制 要求也可以参考设计举例，这里不再重复。 三、课程设计举例 设计题目：电镀车间专用行车电气控制装置设计 （一）设计任务书 1．专用设备基本情况介绍 3
    该设备是某厂电镀车间为提高工效、促进生产自动化和减轻劳动强度，而提出创造的一 台专用伞自动起吊设备。采用远距离控制，起吊重且在 500kg 以下。起吊物品是待进行电镀 及表面处理的各种产品零件，根据工艺要求，专用行车的结构与动作流程如图 1—l 所示。 在电镀生产线一侧，工人将待加工零件装入吊篮，并发出信号，专用行车便提升并自动 逐段前进。按工艺要求在需要停留的槽位停止，并自动下降，停留一定时间(各槽停留时间 预先按工艺调定)后自动提升，如此完成电镀工艺规定的每一道工序，直至生产线的末端自 动返回原位，卸下处理好的零件，重新装料发出信号进入下一加工循环。 对于不同零件，其镀层要求和工艺过程是不相同的。为了节省场地，适应批量生产需要， 提高设备利用率和发挥最大经济效益，该设备还要求电气控制系统能针对不同工艺流程(例 如镀锌、镀铬、镀镍钮等)有程序预选和修改能力。 设备机械结构与普通小型行车结构类似跨度较小，但要求准确停位，以便吊篮能准确进 入电镀格内。工作时，除具有自动控制的大车移动(前/后)与吊物上/下运动外，还有调整吊 篮位置的小车运动(左/右)。 生产线上镀槽的数量，由用户综合各种电镀工艺的需要提出要求，电镀种类越多，则槽 数也越多。为简化设计过程，本设计暂定 5 个电镀槽，停留时间由用户根据工艺要求进行整 图 1-1 电镀专用行车示意图 定。 2．拖动情况介绍 专用行车的小车、大车及升降运动均采用三相交流异步电动机(JO2-12-4 型 0.8kw、 1.99A、1410r/min、380V)分散拖动，并采用一级机械减速。 3．设计要求 ①控制装置具有程序预选功能(按电镀工艺确定需要停留工位)，上、下装卸零件，整个 电镀工艺应能自动进行。 ②前后运动升降运动要求准确停位。前后、升降及左右运动之间有联锁作用。 ③采用远距离控制，整机电源及各动作要有相应指示。 ④应有极限位置保护和其他必要的电气保护措施。 ⑤绘制电气原理图、选择电器元件、编制元件目录表。 4
    ⑥绘制总接线图、电器板布置图与接线图、控制面板布置图与接线图等工艺图纸。 ⑦编制设计使用说明书。 （二）设计过程 1．总体方案选择说明 ①行车的左右、前后及上下运动分别由电动机 M1、M2、M3 拖动，并通过正反转控制实 现两个方向的移动。 ②进退与升降运动停止时，采用能耗制动，以保证准确停位。平移中，升降电机 M3 采 用电磁抱闸制动，以保证安全。 ③位置控制指令信号，由固定于轨道一侧的限位开关发出，并用调节挡铁的方法，来保 证吊篮与镀槽相对位置的准确性。 ④制动时间与各槽停留时间，由延时继电器控制。 ⑤采用串入或短接位置指令信号的方法，实现程序可调。 ⑥M2、M3 为自动控制连续运转，采用热继电器实现过载保护，左右移动为调整运动， 短时工作无过载保护。 ⑦采用带指示灯控制按钮，以显示设备运动状态。 ⑧主电路及控制电路采用熔断器实现短路保护。由限位开关实现三方向的位置保护。 ⑨电气控制箱置于专门的操作室。电器板与控制板之间，以及电控箱与执行系统之间的 连接，采用接线板进出线方式。 2．设计电气控制原理图 （1）主电路设计 ①由接触器 KMl、KM2、KM3、KM4 及 KM5、KM6 分别控制电动机 M1、M2、M3 的正反转。 ②M2、M3 由热继电器 FR1、FR2 实现过载保护。M2 电动机为点动短时工作，故不设过载 保护。 ③由 FU1 实现短路保护，并由隔离开关 QS 作为电源控制。 ④为保证准确定位，并考虑到进退与升降运动由同一型号电动机拖动，且不会同时工作 （相互有联锁作用）。所以停车时，可采用同一个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。 能耗制动回路中没有单独的短路保护，由 FU2、FU4 实现。 ⑤考虑到升降运动吊有一定的重量，在行车平移中，需设置电磁铁抱闸制动控制。三相 电磁铁 YA 与 M3 并联，当 M3 得电时，YA 工作，松开刹车允许升降运动。M3 失电时，YA 释 放，抱闸刹车，使吊篮稳定停留在空中，能安全地前后平移。 根据以上设计原则便可绘制出如图 1-2 所示的主要电路。 （2）控制电路设计 ①吊篮的左右移动，由 KM1、KM2 控制 M1 的正反转实现。 M1 正转左移，反转右移，采用点动控制，两地操作(控制操作台或现场操作)．在吊篮 进退与升降运动中，不允许左右移动，故串联 KAl～KA4 常闭触头，以实现联锁。左右极限 位保护，由固定于左右两端的限位开关 SQ6、SQ7 实现。 ②根据电镀工艺要求，行车前进运动与升降运动为自动控制，其控制过程是：按下 SB11(图 1—3)，KM3 及 KAl 吸合，行车前进，当运行至需要停留的档位，例如至 1 槽清洗， 由运动挡铁压下固定于道轨一侧的行程开关 SQ1．SQ1 常闭触点串在 M2 控制回路中。使 KM3、 5
    KAI 失电，M2 停止旋转，同时由 KAl 常闭及 SQl 常开触点接通前进制动回路，KM7、KT1 得 电，使 M2 制动行车准确停在 l 槽。 图 1-2 电镀专用行车控制线路的主电路 制动时间由 KTl 调定，停留时间由 KT4 调定。若工艺要求 1 档无需停留，则可扳动开关 SAl，使其常开触点闭合，常闭触点打开，则行车继续前进。在 M2 制动的同时，由 KM7 常开 触头接通 KM6 与 KA4，使 M3 正转，吊篮下降，至下极限位．限位开关 SQl1 受压，使 KM6 失 电。同时 SQll 常开触头接通下降制动回路，而使其迅速停车。零件在槽内停留时间由时间 继电器 KT4 自动控制，由 KT4 延时闭合触点接通 KM5、KA3，使 M3 反转，吊篮上升。到上极 限位压下限开关 SQl0，使 M3 停转。同时 SQl0 常开触头接通上升制动回路，位 KM8 和 KT2 得电，在制动的同时，由 KM8 常开触头接通行车前进控制回路。如此循环，直至按工艺要求 完成零件的电镀过程，行车到达终点，压 SQ8 自动停止前进，同时内 SQ8 常开触点接通 KM4、 KA2 使行车自动回到原位。 进退与升降之间，由 KAl、KA2 及 KA3、KA4 常闭触头串于对方控制回路，实现联锁。 过载保护出 FR1、FR2 常闭触头串在 M2、M3 各自的控制回路中实现。 ③根据控制要求，KM3～KM6 的副触头数量不够，因而采用并联 KAL～KA4 中间继电器办 法来解决. ④因设备调整需要，进退及升降控制应有连续运转控制，也有点动控制。 ⑤由 FU5 对控制电路进行短路保护。 ⑥为节省控制变压器，控制电压直接采用电网电压。 根据以上要求便可设计出如图 1-3 所示的控制电路。 （3）辅助电路设计根据设计要求，设计出图 1-4 所示的辅助电路。合上 QS、HL0 指示 灯亮，表示控制系统已通电。 6
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