机电一体化毕业设计（论文）X62W万能铣床电气控制分析.doc

继续教育学院毕业设计（论文）题目：X62W万能铣床电气控制分析院、系（站）： 学 科 专 业： 机电一体化技术 学 生： 学 号： 指 导 老 师： 2013年12月继续教育学院毕业设计（论文）题目：X62W万能铣床电气控制分析院、系（站）：学 科 专 业： 机电一体化技术 学 生： 学 号： 指 导 老 师： 2013年12月摘要万能铣床是一种通用的多用途机床，它可以用圆柱铣刀、圆片铣刀、角度铣刀、成型铣刀及端面铣刀等刀具对各种零件进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，还可以加装万能铣头分度头和圆工作台等机床附件来扩大加工范围。常用的万能铣床又两种，本设计针对X62W万能铣床为列分析铣床对电气传动的要求，介绍了电气控制技术的基础知识，万能铣床的结构、运动特点、控制原理和电气线路作了详细的分析以及对万能铣床电气线路的工作原理、故障与维修。关键词：X62W万能铣床、电气控制 目录绪论11、X62W万能铣床分析21.1机床的主要结构及运动形式21.2机床对电气线路的主要要求22、X62W万能铣床电气控制对象33、X62W万能铣床电气元件符号及其功能44、X62W万能铣床电气控制原理图55、X62W万能铣床电路的识读65.1主电路的识读65.2控制电路的识读75.3进给电动机M2控制85.4冷却泵电动机M3控制115.5照明线路与保护环节116、X62W万能铣床电气线路的故障与维修126.1主轴电动机不能启动126.2主轴停车时没有制动126.3主轴停车后产生短时反向旋转126.4按下停止按钮后主轴不停126.5主轴不能变速冲动136.6工作台不能作向上进给136.7工作台左右（纵向）不能进给136.8工作台各个方向都不能进给136.9工作台不能快速进给13结束语14致谢15绪论 铣床是以各类电动机为动力的传动装置与系统的对象以实现生产自动化的技术装置。 铣床作为机械加工的通用设备在内燃机配件的生产中一直起着不可替代的作用。铣床具有工作平稳可靠，操作维修方便，运转费用低的特点，已成为现代生产中的主要设备。铣床控制系统的设计是一个传统的课题，现在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，铣床控制的设计方案也越来越先进，越来越趋与完美，各种参考文献也数不胜数。在我国7080年代大多数铣床中，大多数的开关量控制系统都是采用继电器控制，也有相当一部分辅助机系统是采用继电控制。因此继电器本身固有的缺陷，给铣床的安全和经济带来了不利影响，1、X62W万能铣床分析1.1机床的主要结构及运动形式（1）主要结构 由床身、主轴、刀杆、横梁、工作台、回转盘、横溜板和升降台等几部分组成，如右图所示。（2）运动形式1）主轴转动是由主轴电动机通过弹性联轴器来驱动传动机构，当机构中的一个双联滑动齿轮块啮合时，主轴即可旋转。1） 工作台面的移动是由进给电动机驱动，它通过机械机构使工作台能进行三种形式六个方向的移动，即：工作台面能直接在溜板上部可转动部分的导轨上作纵向（左、右）移动；工作台面借助横溜板作横向（前、后）移动；工作台面还能借助升降台作垂直（上、下）移动。1.2机床对电气线路的主要要求 （1）机床要求有三台电动机，分别称为主轴电动机、进给电动机和冷却泵电动机。（2）由于加工时有顺铣和逆铣两种，所以要求主轴电动机能正反转及在变速时能瞬时冲动一下，以利于齿轮的啮合，并要求还能制动停车和实现两地控制。 （3）工作台的三种运动形式、六个方向的移动是依靠机械的方法来达到的，对进给电动机要求能正反转，且要求纵向、横向、垂直三种运动形式相互间应有联锁，以确保操作安全。同时要求工作台进给变速时，电动机也能瞬间冲动、快速进给及两地控制等要求。（4）冷却泵电动机只要求正转。（5）进给电动机与主轴电动机需实现两台电动的联锁控制，即主轴工作后才能进行进给。 2、X62W万能铣床电气控制对象 X62W型万能铣床共有三台电动机：M1是主轴电动机，在电气上需要实现起动控制与制动快速停转控制，为了完成顺铣与逆铣，还需要正反转控制，此外还需主轴临时制动以完成变速操作过程。 M2是工作台进给电动机，X62W万能铣床有水平工作台和圆形工作台，其中水平工作台可以实现纵向进给（有左右两个进给方向）、横向进给（有前后两个进给方向）和升降进给（有上下两个进给方向），圆形工作台转动四个运动，铣床当前只能进行一个进给运动（普通铣床上不能实现二个或以上多个进给运动的联动），通过水平工作台操作手柄、圆工作台转换开关、纵向进给操作手柄、十字复式操作手柄等选定，选定后M2的正反转就是所选定进给运动的两个进给方向。 YA是快速牵引电磁铁。当快速牵引电磁铁线圈通电后，牵引电磁铁通过牵引快速离合器中的连接控制部件，使水平工作台与快速离合器连接实现快速移动，当YA断电时，水平工作台脱开快速离合器，恢复慢速移动。 M3是冷却泵电动机，只有在主轴电动机M1起动后，冷却泵电动机才能起动。3、X62W万能铣床电气元件符号及其功能 电气元件符号 名称及用途 电气元件符号 名称及用途 M1主轴电动机SQ7主轴变速制动开关 M2进给电动机SQ6进给变速控制开关 M3冷却泵电动机 SA1圆工作台转换开关 KM1冷却泵电动机起停控制接触器 SA3冷却泵转换开关 KM2反接制动控制接触器 SA4照明灯开关 KM3主电动机起停控制接触器 SA5主轴换向开关 KM4、KM5进给电动机正转、反转控制接触器 QS电源隔离开关 KM6快移控制接触器 SB1、SB2分设在两处的主轴起动按钮 KS速度继电器 SB3、SB4分设在两处的主轴停止按钮 YA快速移动电磁铁线圈 SB5、SB6工作台快速移动按钮 R限流电阻 FR1主轴电动机热继电器 SQ1工作台向右进给行程开关 FR2进给电动机热继电器 SQ2工作台向左进给行程开关 FR3冷却泵热继电器 SQ3工作台向前、向上进给行程开关 TC变压器 SQ4工作台向后、向下进给行程开关 FU1FU4熔断器4、X62W万能铣床电气控制原理图5、X62W万能铣床电路的识读5.1主电路的识读5.1.1主轴转动电路 主轴电动机M1通过换相开关SA5与接触器KM1配合，能进行正反转控制，而与接触器KM2制动电阻器R及速度继电器的配合,能实现串电阻瞬时冲动和正反转反接制动控制,并能通过机械进行变速。三相电源通过FU1熔断器，由电源隔离开关QS引入X62W万能铣床的主电路。在主轴转动区中，FR1是热继电器的加热元件，起过载保护作用。KM3主触头闭合、KM2主触头断开时，SA5组合开关有顺铣、停、逆铣三个转换位置，分别控制M1主电动机的正转、停、反转。一旦KM3主触头断开，KM2主触头闭合，则电源电流经KM2主触头、两相限流电阻R在KS速度继电器的配合下实现反接制动。与主电动机同轴安装的KS速度继电器检测元件对主电动机进行速度监控，根据主电动机的速度对接在控制线路中的速度继电器触头KS1、KS2的闭合与断开进行控制。5.1.2进给运动电路 进给电动机M2能进行正反转控制，通过接触器KM3、KM4与行程开关及KM5、牵引电磁铁YA配合，能实现进给变速时的瞬时冲动、六个方向的常速进给和快速进给控制。KM4主触头闭合、KM5主触头断开时，M2电动机正转。反之KM4主触头断开、KM5主触头闭合时，则M2电动机反转。M2正反转期间，KM6主触头处于断开状态时，工作台通过齿轮变速箱中的慢速传动路线与M2电动机相联，工作台作慢速自动进给；一旦KM6主触头闭合，则YA快速进给磁铁通电，工作台通过电磁离合器与齿轮变速箱中的快速运动传动路线与M2电动机相联，工作台作快速移动。5.1.3冷却泵电路 KM1主触头闭合， M3冷却泵电动机单向运转；KM1断开，则M3停转。主电路中，M1、M2、M3均为全压起动。5.2控制电路的识读TC变压器的一次侧接入交流电压，二次侧分别接出127V与36V两路二相交流电，其中36V供给照明线路，而127V则供给控制线路使用。1主轴电动机控制 5.2.1主轴电动机全压起动主轴电动机M1采用全压起动方式，起动前由组合开关SA5选择电动机转向，控制线路中SQ71断开、SQ72闭合时主轴电动机处在正常工作方式。按下SB1或SB2，通过3、8、12、SB1（或SB2）、13、14支路，KM3线圈接通，而16区的KM3常开辅助触头闭合形成自锁。主轴转动电路中因KM3主触头闭合，主电动机M1按SA5所选转向起动。5.2.2主轴电动机制动控制按下SB3或SB4时，KM3线圈因所在支路断路而断电，导致主轴转动电路中KM3主触头断开。由于控制线路的11区与13区分别接入了两个受KS速度继电器控制的触头KS1（正向触头）、KS2（反向触头）。按下SB3或SB4的同时，KS1或KS2触头中总有一个触头会因主轴转速较高而处于闭合状态，即正转制动时KS1闭合，而反转制动时KS2闭合。正转制动时通过8、SB3、11、9、KM3、10支路，反转制动时通过8、SB4、9、KM3、10支路，都将使KM2线圈通电，导致主轴转动电路中KM2主触头闭合。主轴转动电路中KM3主触头断开的同时，KM2主触头闭合，主轴电动机M1中接入经过限流的反接制动电流，该电流在M1电动机转子中产生制动转矩，抵消KM3主触头断开后转子上的惯性转矩使M1迅速降速。当M1转速接近零速时，原先保持闭合的KS1或KS2触头将断开，KM2线圈会因所在支路断路而断电，从而及时卸除转子中的制动转矩，使主轴电动机M1停转。SB1与SB3、SB2与SB4两对按钮分别位于X62W万能铣床两个操作面板上，实现主轴电动机M1的两地操作控制。5.2.3主轴变速制动控制主轴变速时既可在主轴停转时进行，也可有主轴运转时进行。当主轴处于运转状态，拉出变速操作手柄将使变速开关SQ71、SQ72触动，即SQ71闭合、SQ72断开。SQ72率先断开12区中的KM3线圈所在支路，然后SQ71通过3、7、KM3、10支路，使15区中的KM2线圈通电。主轴转动电路中KM3主触头率先断开、KM2主触头随后闭合，主电动机M1反接制动，转速迅速降低并停车，保证主轴变速过程顺利进行。主轴变速完成后，推回变速操作手柄，KM2主触头率先断合，KM3主触头随后闭合、主轴电动机M1在新转速下重新运转。5.3进给电动机M2控制 只有1416区中的SB1、SB2、KM3三个触头中的一个触头保持闭合时，KM3线圈才能通电，而线圈KM3通电之后，进给控制区和快速进给区的控制线路部分才能接入电流，即X62W万能铣床的进给运动与刀架快速运动只有在主轴电动机起动运转后才能进行。5.31水平工作台纵向进给控制水平工作台左右纵向进给前，机床操纵面板上的十字复合手柄扳到“中间”位置，使工作台与横向前后进给机械离合器、同时与上下升降进给机械离合器脱开；而圆工作台转换开关SA1置于“断开”位置，使圆工作台与圆工作台转动机械离合器也处于脱开状态。以上操作完成后，水平工作台左右纵向进给运动就可通过纵向操作手柄与行程开关SQ1和SQ2组合控制。纵向操作手柄有左、停、右三个操作位置。当手柄扳到“中间”位置时，纵向机械离合器脱开，行程开关SQ11（19区）、SQ12（20区）、SQ21（21区）、SQ22（20区）不受压，KM4与KM5线圈均处于断电状态，主电路中KM4与KM5主触头断开，电动机M2不能转动，工作台处于停止状态。纵向手柄扳到“右”位时，将合上纵向进给机械离合器，使行程开关SQ1压下（SQ11闭合、SQ12断开）。因SA1置于“断开”位，导致SA11闭合，通过SQ62、SQ42、SQ32、SA11、SQ11、17、18的支路使KM4线圈通电，电动机M2正转，工作台右移。纵向手柄扳到“左”位时，将压下SQ2而使SQ21闭合、SQ22断开，通过SQ62、SQ42、SQ32、SA11、SQ21、19、20的支路使KM5线圈通电，电动机M2反转，工作台左移。5.3.2水平工作台横向进给控制当纵向手柄扳到“中间”位置、圆形工作台转换开关置于“断开”位置时，SA11、SA13接通，工作台进给运动就通过十字复合手柄不同工作位置选择以及SQ3、SQ4组合确定。十字复合手柄扳到“前”位时，将合上横向进给机械离合器并压下SQ3而使SQ31闭合、SQ32断开，因SA11、SA13接通，所以经15、SA13、SQ22、SQ12、16、SA11、SQ31、17、18的支路使KM4线圈通电，电动机M2正转，工作台横向前移。十字复合手柄扳到“后”位时，将合上横向进给机械离合器并压下SQ4而使SQ41闭合、SQ42断开，因SA11、SA13接通，所以经15、SA13、SQ22、SQ12、16、SA11、SQ41、19、20的支路使KM5线圈通电，电动机M2反转，工作台横向后移。5.3.3水平工作台升降进给控制十字复合手柄扳到“上”位时，将合上升降进给机械离合器并压下SQ3而使SQ31闭合、SQ32断开，因SA11、SA13接通，所以经15、SA13、SQ22、SQ12、16、SA11、SQ31、KM5常闭辅助触头的支路使KM4线圈通电，电动机M2正转，工作台上移。十字复合手柄扳到“后”位时，将合上升降进给机械离合器并压下SQ4而使SQ41闭合、SQ42断开，因SA11、SA13接通，所以经15、SA13、SQ22、SQ12、16、SA11、SQ41、KM4常闭辅助触头的支路使KM5线圈通电，电动机M2反转，工作台下移。水平工作台在左右、前后、上下任一个方向移动时，若按下SB5或SB6，KM6线圈通电，主电路中因KM6主触头闭合导致牵引电磁铁线圈YA通电，于是水平工作台接上快速离合器而朝所选择的方向快速移动。当SB5或SB6按钮松开时，快速移动停止并恢复慢速移动状态。牵引电磁铁的结构见图3-7。 5.3.4水平工作台进给联锁控制如果每次只对纵向操作手柄（选择左、右进给方向）与十字复合操作手柄（选择前、后、上、下进给方向）中的一个手柄进行操作，必然只能选择一种进给运动方向，而如果同时操作两个手柄，就须通过电气互锁避免水平工作台的运动干涉。由于受纵向手柄控制的SQ22、SQ12常闭触头串接在20区的一条支路中，而受十字复合操作手柄控制的SQ42、SQ32常闭触头串接在19区的一条支路中，假如同时操作纵向操作手柄与十字复合操作手柄，两条支路将同时切断，KM4与KM5线圈均不能通电，工作台驱动电动机M2就不能起动运转。5.3.5水平工作台进给变速控制变速时向外拉出控制工作台变速的蘑菇形手轮，将触动开关SQ6使SQ62率先断开，线圈KM4或KM5断电；随后SQ61再闭合，KM4线圈通过15、SQ61、17、KM4线圈、KM5常闭触头支路通电，导致M2瞬时停转，随即正转。若M2处于停转状态，则上述操作导致M2正转。蘑菇形手轮转动至所需进给速度后，再将手轮推回原位，这一操作过程中，SQ61率先断开，SQ62随后闭合，水平工作台以新的进给速度移动。5.3.6圆形工作台运动控制为了扩大X62W万能铣床的加工能力，可在水平工作台上安装圆形工作台。使用圆形工作台时，工作台纵向操作手柄与十字复合操作手柄均处于中间位置，圆形工作台转换开关SA1则置于“接通”位，此时SA12闭合、SA11和SA13断开，通过15、SQ62、SQ42、SQ32、16、SQ12、SQ22、SA12、17、18的支路使KM4线圈通电，电动机M2正转并带动圆形工作台单向回转，其回转速度也可通过变速手轮调节。由于圆形工作台控制支路中串联了SQ42、SQ32、SQ12、SQ22等常闭辅助触头，所以扳动水平工作台任意一个方向的进给操作手柄时，都将使圆形工作台停止回转运动。5.4冷却泵电动机M3控制 SA3转换开关置于“开”位时，KM1线圈通电，冷却泵主电路中KM1主触头闭合，冷却泵电动机M3起动供液。而SA3置于“关”位时，M3停止供液。5.5照明线路与保护环节机床局部照明由TC变压器供给36V安全电压，转换开关SA4控制照明灯。当主轴电动机M1过载时， FR1动作断开整个控制线路的电源；进给电动机M2过载时，由FR2动作断开自身的控制电源；而当冷却泵电动机M3过载时，FR3动作就可断开M2、M3的控制电源。FU1、FU2实现主电路的短路保护，FU3实现控制电路的短路保护，而FU4则用于实现照明线路的短路保护。6、X62W万能铣床电气线路的故障与维修我们在熟悉机床工作原理，熟悉电器元件的安装位置的前提下来进行故障的检测与排除。 6.1主轴电动机不能启动（1）控制电路熔断器FU3或FU4熔丝熔断。（2）主轴换相开关在SA4在停止位置。（3）按钮SB1、SB2、SB3或SB4的触点接触不良。（4）主轴变速冲动行程开关SQ7的常闭触点接触不良。（5）热继电器FR1、FR3已经动作，没有复位。6.2主轴停车时没有制动（1）主轴无制动时要首先检查按下停止按钮后反接制动接触器是否吸合，如KM2不吸合，则应检查控制电路。检查时先操作主轴变速冲动手柄，若有冲动，说明故障的原因是速度继电器或按钮支路发生故障。（2）若KM2吸合，则首先检查KM2、R的制动回路是否有缺两相的故障存在，如果制动回路缺两相则完全没有制动现象；其次检查速度继电器的常开触点是否过早断开，如果速度继电器的常开触点过早断开，则制动效果不明显。6.3主轴停车后产生短时反向旋转这是由于速度继电器的弹簧调得过松，使触点分断过迟引起的，只要重新调整反力弹簧就可以消除故障。6.4按下停止按钮后主轴不停（1）若按下停止按钮后，接触器KM1不释放，则说明接触器KM1主触头熔焊。（2）若按下停止按钮后，KM1能释放，KM2吸合后有嗡嗡声，或转速过低，则说明制动接触器KM2主触头只有两相接通，电动机不会产生反向转矩，同时在缺相运行。（3）若按下停止按钮后电动机能反接制动，但放开停止按钮后，电动机又再次启动，则是启动按钮在启动电动机M1后绝缘被击穿。6.5主轴不能变速冲动故障原因是主轴变速行程开关SQ7位置移动、撞坏或断线。6.6工作台不能作向上进给检查时可依次进行快速进给、进给变速冲动或圆工作台向前进给，向左进给及向后进给的控制，若上述操作正常则可缩小故障的范围，然后在逐个检查故障范围内的各个元件和接点，检查接触器KM3是否动作，行程开关SQ4是否接通，KM4的常闭联锁触头是否良好，热继电器是否动作，直到检查出故障点。若上述检查都正常，再检查操作手柄的位置是否正确，如果手柄位置正确，则应考虑是否由于机械磨损或位移使操作失灵。6.7工作台左右（纵向）不能进给应首先检查横向或垂直进给是否正常，如果正常，进给电动机M2、主电路、接触器KM3、KM4，SQ1、SQ2及与纵向进给相关的公共支路都正常，此时应检查SQ6（15-16），SQ4（16-17）、SQ3（17-18），只要其中有一对触点接触不良或损坏，工作台就不能向左或向右进给。SQ6是变速冲动开关，常因变速时手柄操作过猛而损坏。6.8工作台各个方向都不能进给用万用表检查各个回路的电压是否正常，若控制回路的电压正常，可扳动手柄到任一运动方向，观察其相关的接触器是否吸合，若吸合则控制回路正常。再着重检查主电路，检查是否有接触器主触头接触不良，电动机接线脱落和绕组断路。6.9工作台不能快速进给工作台不能快速进给，常见的原因是牵引电磁铁回路不通，如线头脱落、线圈损坏或机械卡死。如果按下SB6或SB7后，牵引电磁铁吸合正常，则故障是由于杠杆卡死或离合器摩擦片间隙调整不当。结束语踉踉跄跄地忙碌了几个月，我的毕业设计课题也终将告一段落。也基本达到预期的效果，虚荣的成就感在没人的时候也总会冒上心头。但由于能力和时间的关系，总是觉得有很多不尽人意的地方。可是，我又会有点自恋式地安慰自己：做一件事情，不必过于在乎最终的结果，可贵的是过程中的收获。以此语言来安抚我尚没平复的心。毕业设计，也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。想借此机会感谢三年以来给我帮助的所有老师、同学，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可或缺的一部分。我的毕业指导老师党夏妮、赵宇智老师，虽然我们是在开始毕业设计时才认识，但她却能以一位长辈的风范来容谅我的无知和冲动，给我不厌其烦的指导。在此，特向她道声谢谢。学院生活即将匆匆忙忙地过去，但我却能无悔地说：“我曾经来过。”学院三年，但它给我的影响却不能用时间来衡量，这三年以来，经历过的所有事，所有人，都将是我以后生活回味的一部分，是我为人处事的指南针。就要离开学校，走上工作的岗位了，这是我人生历程的又一个起点，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们，一路走好，未来总会是绚烂缤纷。 致谢毕业论文暂告收尾，这也意味着我在学院三年的学习生活既将结束。回首既往，自己一生最宝贵的时光能于这样的校园之中，能在众多学富五车、才华横溢的老师们的熏陶下度过，实是荣幸之极。在这三年的时间里，我在学习上和思想上都受益匪浅。这除了自身努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的论文的写作是枯燥艰辛而又富有挑战的。在此，我特别要感谢我的导师党下妮、赵宇智老师。从论文的选题、文献的采集、框架的设计、结构的布局到最终的论文定稿，从内容到格式，从标题到标点，她都费尽心血。没有两位老师的辛勤栽培、孜孜教诲，就没有我论文的顺利完成。感谢机电系的各位同学，与他们的交流使我受益颇多。最后要感谢我的家人以及我的朋友们对我的理解、支持、鼓励和帮助，正是因为有了他们，我所做的一切才更有意义；也正是因为有了他们，我才有了追求进步的勇气和信心。时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！