C6136型普通车床的数控化改造

毕业设计（论文）任务书

题目：C6136型普通车床的数控化改造 继电—接触系统设计

学院 指导教师 专业 职 称 学生 系 主 任________

设计（论文）进度计划表

序号 起止日期 检查日期 计划完成内容 实际完成内容 检查人签名 完成 1 2010年8月25日至2010年9月10日 查找资料，初步确定论文题目 2 2010年9月11日至2010年9月28日 与老师商讨，确定论文题目 完成 3 2010年9月29日至2010年10月9日 根据论文题目进一步查找材料 完成 4 2010年10月10日至2010年11月12日 完成开提报告及论文大纲交老师批阅 完成 5 2010年10月13日至2010年10月30日 依据论文大纲完成论文交老师批阅 完成 6 2010年11月1日 定稿打印 完成 7 指导教师批准日期 年 月 日 签名 注：1.本任务书一式两份，一份院或系留存，一份发给学生，任务完成后附在说明书内。

2.“检查人签名”一栏和“指导教师批准日期”由教师用笔填写，其余各项均要求打印，打印字体和字号按照《天津大学关于专科生毕业设计（论文）统一格式的规定》执行。

一、原始依据（资料）

车床最大工件直径×最大工件长度 360×1000（mm） 最大加工直径床身360mm 主轴孔直径30mm

主轴转速（转/分）42～980 电机功率4KW

二、设计内容和要求（说明书、专题、绘图、试验结果等）

设计内容为：设计C6136型普通车床数控化改造的继电接触系统设计，以设计车床继电接触系统的电路原理图、接线图、位置图和所需电器元件的选择为主。 设计要求为：普通车床数控化改造的继电接触系统改造后应具有主轴电动机正反转控制。刀架快速移动电动机应能正反转运转以实现横向、纵向进给。整个电路采用保护接零方式及短路保护、过载保护、失压欠压保护和漏电保护。

摘 要

本文是C6136型普通车床数控化改造的继电接触系统的设计为主。主要是主轴电动机控制线路和冷却泵、刀架快速移动电动机的控制线路及照明电路和控制回路的设计。同时考虑了各电气控制线路的主回路的保护及照明电路和控制回路的电源的设计。

原始的主轴电动机是采用人工操作按钮开关实现的，而改造后的主轴电动机完全由微型机算计输出信号控制。冷却泵电动机也由计算机输出信号控制。刀架电动机原始是由手动摇柄操作以达到横向、纵向进给的要求，改造后的刀架电动机完全由微型计算机输出信号控制刀架电动机横向、纵向进给运动。

改造后的数控车床的主回路分别也由主轴、冷却泵和刀架三台三相异步电动机组成。接触器KM1和接触器KM2形成互锁以达到主轴电动机正反转。冷却泵电动机由KM3控制起停。接触器KM4和接触器KM5互锁达到刀架快速移动电动机正反转的目的。控制回路由中间继电器KA担任信号连接作用。保护环节采用了漏电保护器、熔断器、空气开关和行程开关等电器。能对整个控制电路起到短路保护、过载保护、失压欠压保护、漏电保护及行程限制等保护作用。

目 录

第一章、机床传动的总体方案 ………………………………………………1 第二章、电气控制线路的设计 ………………………………………………1

2.1设计主回路……………………………………………………………………1 2.2设计主回路的保护元件………………………………………………………2 2.3设计主轴电动机M1的控制线路……………………………………………2 2.4设计冷却泵电动机M2的控制线路 ………………………………………3 2.5设计刀架快速移动电动机M3的控制线路…………………………………4 2.6控制线路的电源设计 ………………………………………………………4 2.7设计照明电路 ………………………………………………………………5

第三章、电器元件的选择 ……………………………………………………6

3.1漏电保护器的选择……………………………………………………………6 3.2电源引入开关的选择…………………………………………………………6 3.3主轴主回路开关的选择 ……………………………………………………6 3.4接触器KM1、KM2、KM2、KM4和KM5的选择…………………………………7 3.5熔断器FU1、FU2和FU3的选择………………………………………………7 3.6控制变压器的选择……………………………………………………………7

第四章、制定电器元件明细表………………………………………………8 第五章、绘制电气线路接线图………………………………………………8 第六章、结束语 …………………………………………………………………11 致谢…………………………………………………………………………………13 参考文献……………………………………………………………………………14

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设计C6136型普通车床继电接触系统设计

第一章、机床传动的总体方案

1.机床的三相交流电源由自动空气开关QF3引入，整个电路前设有漏电保护QR。 2.机床主运动由主轴电动机M1控制，主轴电动机应能正反向运转，用两台接触器KM1和KM2来实现。同时应具有短路、过载、失压欠压保护。

3.为了提高工作效率，刀架应能快速移动。刀架的快速移动由单独的快速电动机M3拖动。电动机M3应能正反转运转以实现横向、纵向进给，应采用两台接触器KM4和KM5来实现。并且采用横向移动、纵向移动的限位控制。 4.冷却泵电动机单独由电动机M2拖动。

同时冷却泵电动机和刀架快速移动电动机采用自动空气开关QF2控制，并具有短路、过载、失压欠压保护

第二章、电气控制线路的设计

2.1设计主回路

主回路由主轴、冷却泵和刀架三台三相异步电动机组成。其中：

主轴电动机M1选用J02—41—4型，功率40KW，转速1450r/min，主轴电动机M1上设有正反转。

冷却泵电动机M2选用AB—25型，功率90 W，流速2.5升/分，单方向旋转（不需要反转）。

刀架快速移动电动机M3选用JD120型，功率120W，额定电压380V，转速为1400r/min，装设有正反转。

三台三相异步电动机均为直接启动。其主回路由下图所示。

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2.2设计主回路的保护元件

整个电路前加有漏电保护，以防止人身触电。空气开关QF3担任整个电路的短路、过载、失压欠压保护。

采用熔断器FU1担任整个电路短路保护。熔断器FU2担任照明电路的短路保护。熔断器FU3担任控制回路的短路保护。

主轴电动机M1设有过载保护、失压欠压保护、短路保护由空气开关QF1担任。 冷却泵电动机M2和刀架快速移动电动机M3共同设有过载保护、失压欠压保护、短路保护由空气开关QF2担任。

2.3设计主轴电动机M1的控制线路

考虑到操作方便，主电动机M1由接触器KM1和KM2控制，以达到正反转的目的。

接触器KM1和接触器KM2的动作信号有中间继电器KA1和KA2传递。主轴停由中间继电器KA6控制。

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2.4设计冷却泵M2的控制线路

冷却泵电动机M2由接触器KM3控制。接触器KM2的动作信号由中间继电器KA3

传递。

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2.5设计刀架快速移动电动机M3的控制线路

刀架快速移动电动机M3由接触器KM4和KM5实现正反转控制。

接触器KM4和KM5由中间继电器KA4和KA5传递控制信号。

2.6控制线路的电源设计

考虑到安全可靠及满足照明指示灯的要求，采用多抽头变压器供电，其原边电压380V，副边为36V和 220V。照明灯电路36V。

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2.7设计照明电路

设置一照明灯EL，供安全照明使用，由开关K控制启停。照明灯EL电压为

36V，功率为25W，电源接通后，EL立即发光。

根据上述设计，考虑到各局部线路之间相互关系和电气保护线路，绘制电器原理图。

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第三章、电器元件的选择

3.1漏电保护器的选择

为了防止机床外壳带电致使操作人员发生触电危险应在整个电路前装设漏

电保护器QR。漏电保护器应选择额定电流为32A、动作电流为30mA。

3.2电源引入开关的选择

电源的引入主要由空气开关QF3控制，QF3具有失压欠压、短路、过载保护，

空气开关QF3应选择DZ108—20额定电流为40A。

3.3主轴主回路开关的选择

主轴线路上接触器KM1和接触器KM2之前应装有空气开关QF1为主轴电动机M1

担任短路、过载、失压欠压保护。空气开关QF1应选用DZ108—20型，额定电流为10A；

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冷却泵电动机、刀架快速移动电动机线路上的接触器KM3、KM4、KM5之前装有空气开关QF2，为电动机M2、M3担任短路、过载、失压欠压保护，空气开关QF2选用DZ108—20型，额定电流为6.3A；

3.4接触器KM1、KM2、KM3、KM4和KM5的选择

接触器KM1的选择由于主轴电动机M1额定电流IN=8.4A，控制回路电源220V，

需要主触头三对，常闭辅助触头一对。根据上述情况，选用CJXZ—1801型接触器，电磁线圈电压为220V；

其余四个接触器也用同一型号接触器，电磁线圈的电压均为220V；

3.5熔断器FU1、FU2和FU3的选择

熔断器FU1是对M1、M2和M3这三台电动机进行短路保护，熔体电流应为 变压器电流：U1/U2=I2/I1

380/220=18/I1 I1=10.42A

4KW6A主电动机电流： 3380∴IRN≥（1.5～2.5）INmax+∑IN

IRN≥（1.5～2.5）×6A+(10.42A+0.31A+0.6A)

IRN≥12.6+0.91 IRN≥6A

由此可见，熔断器FU1可选用RT28—32X型熔断器，可配用15A熔断体； 熔断器FU2可选用RT28—32X型熔断器，可配用2A熔断体； 熔断器FU3对控制回路进行短路保护，熔体电流应为：

IR≥3×6=18A

熔断器FU3可选用RT28—32X型熔断器，可配用5A熔断体；

3.6控制变压器的选择

变压器最大负载是接触器KM1，KM3和KM5同时工作， Sb≥Kb∑Sxc=1.2×11×3+25=69.6（VA）

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由此可见，变压器可选用BK-4800/380型，规格为70VA，380V/220V/36V。

第四章、制定电器元件明细表

电器元件明细表要注明元件的型号，规格和数量等。

C6163型普通车床电器元件表

符号 M1 M2 M3 KM1—KM5 KA1—KA6 FU1 FU2 FU3 TC1 QF1 QF2 QF3 EL QR K 名称 异步电动机 冷却泵电动机 电动刀架 交流接触器 中间继电器 熔断器 熔断器 熔断器 控制变压器 空气开关 空气开关 侧空气开关 照明灯 漏电保护器 灯开关 型号 J02—41—4 AB—25 JD120 CJXZ—1801 JQX—13F RT28—32X RT28—32X RT28—32X BK-4800/380 DZ108—20 DZ108—20 DZ108—20 KXB-1AGDO36 （附表4—1）

规格 4KW、14kw、1450r/min 90W、380V、25升/分 120W、380V、1400r/min 12A、220V 5A、24V 550V、380V、熔体20A 550V、380V、熔体1A 550V、380V、熔体18A 70VA、380V/220V/36V 10A 6.3A 40A 36V 25W 32A 动作电流30mA 2A 数量 1 1 1 5 6 3 1 2 1 1 1 1 1 1 1

第五章、绘制电气线路接线图

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机床的电气接线图是根据电气原理图及各电气设备安装的布置来绘制的。电气设备的安装和线路故障的检查都要以电气接线图为依据。接线图表示出各电器元件的相互接线关系，因此要求接线图中各电器元件的相对位置与实际安装的位置相符，并且将同一个元件的各导电部分画在一起，其文字符号则与原理图一致对各部分线路之间的接线和对外部接线，都应通过端子板进行，且应注明外部接线的去向。

为了看图的方便，对导线走向一致的很多根线，合并画成单线，可在元件接线端标明界线的编号和去向。

接线图还应标明接线用导线的种类和规格，以及穿管的管子型号、规格和尺寸，成束的接线应注明接线的根书及其接线号，管内敷线明细表见表

C6163型普通车床管内敷线明细表

电线 接线号 U1 V1 W1 U2 V2 W2 U3 V3 W3 代号 穿线用管（或电缆）类型 截面（mm2） 根数 1 2 3 4 5 内径15聚氯乙烯软管 内径15聚氯乙烯软管 内径15聚氯乙烯软管 φ11金属软管 内径8氯乙烯软管 2.5 1.5 0.75 0.5 0.5 3 3 3 10 1、3、5、7、9、11、13、15、17、19 6 MO3、MO4、MO5、MO8、TCW、TCCW （附表5—1） 刀架接口定义

信号定义 T1 T2 T3 T4 TCW（M14） TCCW（M15） 15芯插座（孔） 1 2 3 4 12 13 9

说明 刀位1信号，低有效 刀位2信号，低有效 刀位3信号，低有效 刀位4信号，低有效 刀架正转 刀架反转 天津大学成人高等教育本科生毕业设计（论文）

+24V 24V GND 11 9、10 （附表5—2）

MS接口定义

信号定义 M03 M04 M05 M08/M09 24V 24V GND 25芯插座（针） 1 14 2 15 12、24 13、25 （附表5—3） 电源接口定义

定义 L N PE （附表5—4） 编码器接口定义

信号定义 Z+ Z- A+ 说明 主轴正转 主轴反转 主轴停 冷泵开/关 3芯航空插座 1 2 3 9芯插座（针） 1 6 3 8 4 5.9 （附表5—5）

输入接口定义

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A- 地 5V 天津大学成人高等教育本科生毕业设计（论文）

信号定义 X+限位 X-限位 Z+限位 Z-限位 24V 24VGND 15芯插座（针） 1 9 2 10 7、14 8、15 （附表5—6）

说明 高有效，如不使用，请与24V短接 高有效，如不使用，请与24V短接 高有效，如不使用，请与24V短接 高有效，如不使用，请与24V短接 第六章、结束语

数控是先进制造技术的基础技术。数控加工在现代化生产中显示出很大的优越性。对于现代制造业，数控机床非常适合那些形状复杂、精密和批量小的零件。而一般的普通机床根本无法满足这个要求。就连仿形机床和组合机床也解决不了高精度与小批量这个矛盾。因此数控加工非常适合航空、航天、电力、交通和电子等制造业的零件加工技术。在实际应用中，数控车床的价格比普通车床要高很多，所以把普通车床改造成数控车床是行之有效的一个好办法。既可大大减少直接购买数控车床的成本，又可达到使用数控车床的效果。改造后的数控车床精度高，操作方便，还可通过设置复制同一参数大量复制加工同一工件，又大大增快了生产速度。通过本次设计，基本达到设计目的和要求，但是由于知识水平的不足加之时间和条件的限制，本设计可能还存在不少的问题，需要我们在今后的使用之中加以完善和改进。但作为毕业设计的一个课题，本次设计达到了预定的要求，同时在本课题的设计中极大的提高和巩固了大学期间所学的专业知识，但是通过这次使我的能力得到了质的飞跃。在这里我们感谢老师们的精心指导和大力支持通过毕业设计人员的艰苦努力，才得以完成任务。再次表示衷心感谢并欢迎提出批评和宝贵意见。

虽然本次设计已经结束，但是作为本课题的实践还没有结束。因为，对于我们的知识水平和知识结构而言我们还不可能改造出十全十美的经济型数控车床，加之我们又是初次设计，所以在我们的设计中还会存在这样或那样的问题，甚至是一些致命的错误，这些在以后的生产实践中都有可能发生，这也是我们感到非常遗憾和抱歉的地方。今后，我们将不断的加强学习，认真总结经验和教训，让

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自己的水平不断的提高，为国家和社会，为今后所在的单位或企业做出应有的贡献。

致谢

三年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。很庆幸这些年来我遇到了许多恩师益友，无论在学习上、生活上还是工作上都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在诸多方面都有所成长。感恩之情难以用语言量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。

感谢我的恩师李老师。三年来，李老师对我的学习和研究都非常严格，并给予了悉心的指导，使我受益菲浅。从恩师身上我体味到了丰富的学养、严谨的作风、求实的态度，勤奋的精神，这都成为了我不断前行的动力和标杆。

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参考文献

1，宋健雄，低压电气设备运行与维修，北京，高等教育出版社，1995，76～95

2，劳动和社会保障部教材办公室组织编写，电力拖动控制线路与技能训练，北京，中国劳动社会保障出版，1998，105～128

3，黄义源，机械设备电气体与与数字控制，北京：中央广播电视大学出版社，1992，88～95

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