ck6140数控车床电气控制设计

电 子 科 技 大 学毕 业 设 计（论 文）论文题目：CK6140电气控制设计 学习中心（或办学单位）：电子科技大学四川科技职业学院助学点指导老师：杨晓华 职 称： 副教授 学生姓名：孙若旂 学 号: Z010812371002专 业：机械制造与自动化 电子科技大学继续教育学院制网络教育学院2014年 09月 1日电 子 科 技 大 学毕业设计（论文）任务书题目： CK6140电气控制设计任务与要求： 1.分析CK6140的电气控制原理和设计CK6140的电气控制工程图 2.了解电气控制元件的选型方法和工作原理 3.掌握控制电路分析方法并绘制CK6140的电气控制工程图时间： 2014 年 7 月15 日 至 2014 年 9月 11 日 共 8 周学习中心：（或办学单位）电子科技大学四川科技职业学院助学点学生姓名：孙若旂 学 号：Z010812371002专业： 机械制造与自动化指导单位或教研室：电子科技大学四川科技职业学院助学点指导教师：杨晓华 职 称：副教授电子科技大学继续教育学院制网络教育学院2014年 09月 1日毕业设计进度计划表日期工作内容执行情况指导教师签名7月1日-7月10日进行毕业资料的收集和整理7月10日-7月25日系统方案的设计与实现7月25日-8月5日经中断检查后，对系统方案的设计与实现进行修改及完善8月5日-8月25日论文的构思、修改及撰写8月27日论文的打印及装订8月29日前将论文由网上发给指导教师9月11日论文提交指导教师对进度计划实施情况总评 签 名： 年 月 日本表作为评定学生平时成绩的依据之一。摘要 数控技术发展飞速的今天，数控技术在现代制造业发挥越来越重要的作用，数控机床是数控制造业的核心，本文主要介绍了对数控车床的电气系统设计的过程。CK6140数控车床，对其电气系统设计使尤为重要的，其内容包括强电设计、弱点设计、PLC输入输出及接口设计，绘制出整个机床的电气系统原理图等。本设计给出了整个机床的原理图绘制过程，重点部分模块化，较详细地介绍了各个部分的功能及用途。分为 380V强电回路，控制回路，PLC输入输出控制，主轴驱动模块和进给伺服驱动模块，并介绍了相关的电气知识。通过本设计说明书可以基本上掌握数控车床的电气原理，以及基本的电气常识，使读者无论是从整体上还是各个模块中都能够了解到数控车床相关的一系列电气知识。关键词：数控系统；数控车床；主电路；控制电路；PLC控制；电气原理图 AbstractThe numerical controls that the technique development fast today, the numerical controls technique at the modern manufacturing industry exertive more and more importance function, numerical control tool machine is number control a manufacturing industry of core, this text mainly introduced logarithms to control the processed that the electricity system of lather design.CK6140 NC lathe, as to its the electricity system design make is important, its contents includes a strong electrically design, weakness design, PLC importation output and Interface design, draw the electricity system principle diagram of a the whole tool machine etc.This principle diagram which designs to the whole tool machine draws process and the point parts of mold piece turn and compared to in detail introduce each function and use of part. Is divided into the 380 Vs strong electricity back track, control back track, the PLC importation outputs a control, the principal axis drives a mold piece and enters to servo drive a mold piece, and introduced related electronic knowledge.Through this design system can basically control numerical control the electricity principle of lather, and basic electronic common sense, make the reader regardless can understand numerical control the lather related series of electricity knowledge from wholly the top still each mold piece. Key Words：NC system; NC lathe; Main circuit; Control circuit; PLC control; Electric principle charts 目录第一章 前 言1第一节 数控车床的发展及方向1第二节 CK6140主要功能及配置3第三节 CK6140车床的型号意义及参数4第四节 CK6140车床的基本组成5第五节 数控车床CK6140的工作原理7第二章 CK6140的西门子数控系统的选用8第一节 西门子数控系统概述8第二节 西门子数控系统802D在CK6140车床上的选用9第三章CK6140的常用电气元件的选用11第一节 CK6140的交流电动机选取11第二节 CK6140的断路器的选择方法12第三节 CK6140的熔断器选用15第一小节 熔断器选型依据15第二小节 熔断器选用类型16第四节 接触器的选用17第五节 继电器的选用19第一小节 时间继电器的选用19第二小节 热继电器的选用20第三小节 中间继电器的选用20第六节 电气柜的选用21第一小节 电气柜的内布局设计21第二小节 电气柜的内布局设计21第四章CK6140的PLC控制电路设计22第一节CK6140对电气控制线路方案设计的要求22第二节 主要的电气元件选用明细表23第三节 主回路设计24第四节 PLC控制回路设计26第一小节 主轴电动机M1的PLC控制28第二小节 刀架电动机正反转的PLC控制28第三小节 其它部分控制电路29第五章 绘制综合电气控制原理图29结束语31谢辞32参考文献33电子科技大学毕业论文（设计）CK6140电气控制设计 第一章 前 言第一节 数控车床的发展及方向20世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展。 采用数字技术进行机械加工，最早是在40年代初，由美国北密支安的一个小型飞机工业承包商派尔逊斯公司（ParsonsCorporation）实现的。他们在制造飞机的框架及直升飞机的转动机翼时，利用全数字电子计算机对机翼加工路径进行数据处理，并考虑到刀具直径对加工路线的影响，使得加工精度达到0.0381mm（0.0015in），达到了当时的最高水平。1946年世界上诞生了第一台电子计算机。第一台计算机诞生6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上。1952在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统的机床产生了质的变化. 在此以后，从1960年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床。然而数控机床中最初出现并获得使用的是数控铣床，因为数控机床能够解决普通机床难于胜任的、需要进行轮廓加工的曲线或曲面零件。然而，由于当时的数控系统采用的是电子管，体积庞大，功耗高，因此除了在军事部门使用外，在其他行业没有得到推广使用。 70年代，出现了大规模集成电路和小型计算机，特别是微处理器的研制成功，实现了数控系统体积小、运算速度快、可靠性提高、价格下降，使数控系统总体性能、质量有了很大提高，数控机床的基础理论和关键技术有了新的突破，同时随着微电子技术的迅速发展，微处理器直接用于数控机床，使数控的软件功能加强，发展成计算机数字控制机床（简称为CNC机床），进一步推动了数控机床的发展。从这些年数控机床的发展可以看出，它正向着高精度、多功能、高速化。（1） 1、高精度化（2） 当代工业产品对精度的要求越来越高，近十年来，普通数控机床的加工精度已由10m提高到5m,精密加工中心则从35m提高到11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级（0.01m）。超精密加工机床在向更高精度（纳米级）发展的同时，也向高效率、和大型化发展。（3） 2、高速度化（4） 提高生产效率是机床技术发展的永恒主题，这也表现在提高机床主轴的转速上。中等规格的机加中心的最高转速为4000-6000rpm，到了九十年代，则达到8000-12000rpm;另一方面，坐标轴的快速移动速度的提高，换刀时间和托盘交换时间等非切削时间的缩短，也使机床的加工效率大幅提高。（5） 3、高柔性化（6） 当代产品的多样化和个性化，对机床提出了更高的柔性加工要求。如铣削加工中心可以铣削、钻孔、攻丝等。这种将各种加工功能在一台机床上进行集成，均是为了在一台机床上实现一次装夹就能完成对零件的不同加工要求，这充分展示了机床加工的柔性，并有利于提高加工精度。（7） 4、高自动化（8） 自动化是指在全部加工过程中，减少“人”的介入，而能自动地完成规定的任务。传统的自动化往往与大批量生产联系在一起，使用大量的专用设备和组合机床。而目前可以通过数控机床和机械加工中心，既可在大批量生产中实现自动化，也可在小批量、多品种产品生产中实现自动化加工。（9） 5、造型宜人化（10） 好的数控机床不仅功能齐全、操作安全可靠、性能良好，而且要成为外观宜人和符合操作人体学的一件艺术品。（11） 6、操作简单化（12） 从LED显示到TFT液晶显示，操作从按大量按钮到菜单选择甚至对话框操作使操作越来越简单，显示信息越来越多、越来越明快。（13） 7、绿色化（14） 21世纪的金切机床必须把环保和节能放在重要位置，目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上，这主要是因为切削液既污染环境和危害工人健康，又增加资源和能源的消耗。干切削一般是在大气氛围中进行，但也包括在特殊气体氛围中不使用切削液进行的切削。不过，对于某些加工方式和工件组合，完全不使用切削液的干切削目前尚难与实际应用，故又出现了使用极微量润滑（MQL）的准干切削。（15） 8、高可靠性（16） 大规模集成电路及计算机的应用，使得数控机床越来越可靠。同时，数控机床的这些特点也使得机床的数控化不仅从传统的铣、锉、车、钻一类切削机床，日益广泛地向磨床、压力机等塑性加工机床、绘图机、气割机等特殊加工设备方面发展,也向柔性制造系统(FMS)，高速机床、专业机床发展。 第二节 CK6140主要功能及配置CK6140数控卧式车床属于经济型数控机床，导轨采用集中润滑系统，X轴燕尾槽导轨经超音频淬火,可进行机械零件的粗加工及精加工，结构可靠，操作方便，经济使用。控制系统功能齐全，可靠性高。该机床可满足众多行业的需要，如：汽车、拖拉机、军工、机械等行业。本机床特别适合轴类、盘类零件的内外圆柱的表面、锥面、螺纹、钻孔、铰孔及曲面回转体等零件进行高效、大批量的车削加工.基本配置： （1）机床采用卧式平床身结构，床身及床腿采用树脂砂铸造，时效处理，导轨采用高频淬火，整体刚性强。 （2）主传动采用变频电机，可实现手动三档，档内无级调速。 （3）进给系统采用伺服电机，精密滚珠丝杠，高刚性精密复合轴承结构。定位准确、传动效率高。 （4）配置立式四工位刀架。 （5）配有独立的集中润滑器对床鞍及机床滑板进行自动润滑。主轴箱配有独立润滑系统。 （6）机床配有独立的冷却系统。 （7）主控制系统为SIEMENS 802D。 （8）大孔径主轴，其主轴通孔直径60，能通过较大直径的棒料。主轴扭矩大，刚性强，可强力切削。 第三节 CK6140车床的型号意义及参数按照金属切削机床型号编制方法，ck6140含义如下：C：类型号，车床类；K：数控，6：组别代号，表示落地及卧式车床组； 1：系列代号，代表卧式车床系；40：主参数，最大加工直径为400mm。 CK6140基本技术参数床身上最大回转直径（mm） 400滑板上最大回转直径(mm) 180顶尖间距离(mm) 570横向X轴/纵向Z轴最大行程(mm) 245/435X/Z轴快速进给(m/min) 6/8主轴转速范围（无级）(r.p.m) 180-3000主轴锥孔/主轴通孔直径(mm) MS6#/52最大刀具尺寸(mm) 2020刀架 排刀架或电动刀架可由用户选最小输入单位(mm) 0.001重复定位精度(mm) 0.007/0.008加工零件的表面粗糙度 Ra0.8m(有色金属) Ra1.6m(钢件)尾座套筒直径/行程(mm) 65/100尾座套筒锥孔 MS4机床外形尺寸(长宽高)(mm) 181511701640机床净重（整体床座）(kg) 1950 第四节 CK6140车床的基本组成 数控车床一般由程序载体、输入输出设备、CNC装置（或称CNC单元）、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、机床机械部件及测量反馈装置组成。如下图是数控车床的组成（图1-6）。、程序载体在零件加工程序中，包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数（进给量主轴转速等）和辅助运动等。将零件加工程序用一定的格式和代码，存储在一种程序载体上，如穿孔纸带、盒式磁带、软磁盘等，通过数控机床的输入装置，将程序信息输入到CNC单元。、CNC单元CNC单元是数控机床的核心，CNC单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。CNC单元接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件作进给运动。 输入/输出设备输入装置将各种加工信息传递于计算机的外部设备。在数控机床产生初期，输入装置为穿孔纸带，现已淘汰，后发展成盒式磁带，再发展成键盘、磁盘等便携式硬件，极大方便了信息输入工作，现通用DNC网络通讯串行通信的方式输入。输出指输出内部工作参数（含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等），一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存，待工作一段时间后，再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。伺服系统伺服系统由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。对于步进电机来说，每一个脉冲信号使电机转过一个角度，进而带动机床移动部件移动一个微小距离。每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统，整个机床的性能主要取决于伺服系统。伺服系统直接影响机床加工的速度、位置、精度、表面粗糙度等，是数控系统关键部件。驱动装置驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动，通过简单的机械连接部件驱动机床，使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动， 最后加工出图纸所要求的零件。伺服单元和驱动装置可合称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置，CNC装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实施，所以，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。可编程控制器（PLC）可编程控制器 (PC，Programmable Controller) 是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置，专为在工业环境下应用而设计的。由于最初研制这种装置的目的是为了解决生产设备的逻辑置的目的是为了解决生产设备的逻辑及开关控制。PLC己成为数控机床不可缺少的控制装置。CNC和PLC协调配合，共同完成对数控机床的控制。测量反馈装置测量装置也称反馈元件，包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。通常安装在机床的工作台或丝杠上，它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给CNC装置，供CNC装置与指令值比较产生误差信号，以控制机床向消除该误差的方向移动。(9)机床机械部件数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置、自动换刀装置（ATC）等组成。 第五节 数控车床CK6140的工作原理电 气 回 路辅 助 装 置PLC主轴伺服单元操 作 面 板主轴驱动装置进给驱动装置测量反馈装置进给伺服单元输入/输出设 备CNC单元机 床 机 械 部 件 图1-5如图1-5在数控车床上加工零件通常经过以下几个步骤：（1）首先根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据。（2）用规定的程序代码和格式规则编写零件加工程序单；或用自动编程软件进行CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件。（3）将加工程序的内容以代码形式完整记录在信息介质（如穿孔带或磁带）上。（4）通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信号，并输送给数控装置。由手工编写的程序，可以通过数控机床的操作面板输入程序；由编程软件生成的程序，通过计算机的串行通信接口直接传输到数控机床的数控单元（MCU）。（5）数控装置将所接受的信号进行一系列处理后，再将处理结果以脉冲信号形式向伺服系统统发出执行的命令。（6）伺服系统接到执行的信息指令后，立即驱动车床进给机构严格按照指令的要求进行位移，使车床自动完成相应零件的加工。 第二章 CK6140的西门子数控系统的选用 第一节 西门子数控系统概述数控系统（CNC）是按照零件加工程序的数值信息指令进行控制，使机床完成工作运动并加工零件的一种控制系统。德国SIEMENS公司是生产数控系统的世界著名厂家，从20世纪70年代以来问世，西门子数控系统(SINUMERIK)发展了很多代。目前在广泛使用的主要有802、810、840等几种类型。本次设计采用SIEMENS 802D.其构成只需很少的部件。SINUMERIK系列数控产品，能满足各种控制领域不同的控制需求开放性以及规范化的结构，适于操作、编程和监控。西门子数控系统组成: 西门子数控系统是由数控机床用可编程控制器（PLC）、驱动装置、CNC装置组成。 1、数控机床用可编程控制器（PLC）采用PLC提高了CNC系统的灵活性、可靠性和利用率，并使结构更加紧凑。2、驱动装置 驱动装置由执行元件（如步进电动机、交/直流伺服电动机）和相应的控制电路组成，包括机床的主驱动和进给驱动。驱动装置接受来自CNC装置的位置指令脉冲或速度控制指令，由控制单元控制电动机，按指令要求驱动机床相关的运动部件，已指定速度进行位置移动或转动。3、CNC装置 CNC装置由硬件和软件组成。硬件由微处理器、存储器、位置控制、输入输出接口组成。软件在硬件的支持下运行，离开软件硬件将无法工作。在系统软件的控制下，CNC装置对输入的加工程序自动进行处理并发出相应的控制指令及驱动控制信号。 第二节 西门子数控系统802D在CK6140车床上的选用由于作为在学校学生实训使用的机床，数控系统选用应从伺服系统的经济性和使用的普遍性，最适于操作性去考虑。国外典型的数控系统有日本的FANUC数控系统，德国的SIEMENS数控系统等；国内的有华中数控系统等。但各个系统厂商的CNC系统结构各有不同，但基本原理大体一样。CK6140数控车床是厂家为扩大在珠三角与长三角我国两大经济区内为数众多的民营、私营中小型加工制造业企业所开发的数控车床，电气设计的目标是满足这类企业对机床电气高可靠性，高稳定型，电气使用寿命长等要求。因此，CK6140选用的数控系统首要应具有的优点是高经济性也就是高性能价格比，其次此数控系统也应具有高度的通用性、比较丰富的数控功能、高可靠性、维修简单方便、系统结构紧凑高集成度、操作方便易学等优点。最适于操作性：为了教学方便，必须考虑数控系统的规范化和最适于操作性西门子系统经过三十年来的发展和积累 相比FANUC系统强大的个性化功能 ，其数控系统由于具有高度的模块化、开放性以及规范化的结构，所以适于操作、编程和监控。 伺服系统的经济性和使用的普遍性：由于学生教学实训对加工精度质量标准要求不高，直接影响数控系统的伺服系统的选用。伺服系统又是数控系统核心。根据数控系统的原理可分为经济型数控系统和标准型数控系统两大类。经济型数控系统从控制方法来看，一般指开环数控系统，开环系统在外部因素影响的情况下，机床不动作或动作不到位，但系统已当机床到达了指定位置，此时机床的加工精度将大大降低。但因其结构简单、反应迅速、工作稳定可靠、调试及维修均很方便，加之价格十分低廉。因此具有结构简单、造价低、维修调试方便、运行维护费用低等优点，但受步进电机矩频特性及精度、进给速度、力矩三者之间相互制约，性能的提高受到限制。要考虑学生以后出去普遍接触的系统，所以，经济型数控系统普遍使用于数控线切割及一些速度和精度要求不高的经济型数控车床、铣床等，固选用开环数控系统。从西门子系统选用的经济性和普遍性考虑应选用802D系统目前在广泛使用的主要有西门子数控系统有802、810、840等几种类型（图2-2）。SIEMENS 802系列系统包括802S/Se/Sbase line、802C/Ce/Cbase line、802D等型号，它是西门子公司20世纪90年代末开发的集CNC、PLC于一体的经济型控制系统。系统性能价格比较高，比较适合于经济型、普及型车、铣、磨床的控制，近年来在国产经济型、普及型数控机床上有较大量的使用。SIEMENS 802系列数控系统的共同特点是结构简单、体积小、可靠性高；此外系统软件功能也较强。 图2-2第三章CK6140的常用电气元件的选用 第一节 CK6140的交流电动机选取数控车床电动机的选取应从下面三个方面考虑1.方便调速，为了适应不同工件材料及刀具等各种切削工艺要求，并具有足够的刚度和抗振性，主轴必须具有一定的调速范围，以保证加工时选用合理的切削用量，从而获得最佳切削效率、加工精度和表面质量。调速范围的指标，主要由各种加工工艺对主轴最低速与最高速的要求来确定。2.电机功率要求主轴有足够的驱动功率或输出扭矩，能在整个速度范围内均能提供切削所需的功率或转矩，特别是满足机床强力切削时的要求。并且有一定的过载能力和较硬的调速机械特性，即在负载变化的情况下（如断续切削时），电动机转速波动较小。即要求在大力矩、强过载能力的基础上实现宽范围无级变速3.动态响应性要求主轴升降速时间短，调速时运转平稳。对有的机床需同时能实现正反转切削，则要求换向时均可进行自动加减速控制，即要求有四象限驱动能力。下面以主轴交流电机为例。结合CK6140实际参数，查机电一体化手册车削功率在5-8kw之间根据切削功率PC与主传动链的总效率估算,即P=。主传动链的功率效率=0.70.85， 数控车床多采用调速电动机和较短的机械传动链，效率较大，因此取=0.78,则估计P在6.41kw10.25kw.之间。数控车床的加工范围一般都比较大，切削功率PC可根据有代表性的加工情况，由其主切削抗力PC=KW-主切削力的切向分力，N；-切削速度N；查金属切削手册知，以硬质合金刀具车削合金结构钢为例，数控车床有代表型的主切削力的切向分力大约在2500左右，切削速度取90250r/min，则知道 PC=2500120/60000=5kwP=6.4kw考虑到空转运转的功率损失，如各传动件在空转运行时的摩损功耗，传动件的搅油和克服空气阻力功率以及其其它动载荷的摩擦损耗等。CK6140数控车床床是中等规格数控车床，参照国内外同类机床的电动机功率，此机床可以选取7.5kw的电动机，考虑到数控机床变速范围比较大，选用交流变频电动机TLD12-YVP112，标称功率7.5kw，额定转矩60Nm 。如上述方法同理推出M2刀架电动机： YLJ-3-48 180W 1500r/minM3床头润滑电机 ：AQ3-U814 250W 1400r/minM4变频电机 ： 125FZY2 25WM5冷却泵电机： ACP-25 120W 3000r/min 第二节 CK6140的断路器的选择方法低压断路器也称为自动空气开关，可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。它功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。 低压断路器具有多种保护功能(过载、短路、欠电压保护等)、动作值可调、分断能力高、操作方便、安全等优点，所以目前被广泛应用。断路器其保护装置由三部部分组成，断路器主要由3个基本部分组成，即触头、灭弧系统和各种脱扣器，脱扣器又包括过电流脱扣器、欠电压脱扣器、热脱扣器、分励脱扣器和自由脱扣器。图3-2是断路器图形符号。 图3-2低压断路器的种类繁多，按其用途和结构特点分为DW型框架式（或称万能式）断路器、DZ型塑料外壳式（或称装置式）断路器、DS型直流快速断路器和DWX型/DWZ型限流式断路器等。 断路器选型应从如下三方面考虑1. 额定电压不小于安装地点电网的额定电压2. 额定电流不小于长期通过的最大负载电流。3. 应满足操作方便和符合机床安装要求。由于框架式断路器规格、体积都比较大些，主要用作配电线路的保护开关，而塑料外壳式断路器相对要小，除用作配电线路的保护开关外，还可用作电动机、照明电路及电热电路的控制，因为机床采用380V 的交流电压输入，且断路器用作不频繁地接通和断开电路， 所以低压断路器的类型选择为塑料外壳式。因此数控机床主要使用塑料外壳式断路器。目前数控机床常用的有DZ5、DZ20、DZXl9、DZ108和C45N（目前已升级为C65N）等系列产品DZ5系列断路器为例其主要技术数据见表1-1。表1-1 DZ5系列低压断路器主要技术数参数型号额定电压(V)额定电流（A）极数脱扣器类别热脱扣器额定电流(A)电磁脱扣器瞬时动作整定值（A）DZ5-20/200交流380202无脱扣器DZ5-20/3003DZ5-20/2102热脱扣器0.15(0.100.15)0.20(0.150.20)为热脱扣器额定电流的812倍（出厂时整定于10倍）DZ5-20/3103DZ5-20/220直流2202电磁脱扣0.30(0.200.30)0.45(0.300.45)1(0.651)1.5(11.5)3(23)4.5(34.5)10(6.510)15(1015)为热脱扣器额定电流的8-12倍（出厂时整定于10倍）DZ5-20/3203DZ5-20/2302复式脱扣DZ5-20/3303 根据以上表格QF1 选型： QF1 后接的负载：X、Z 轴的伺服驱动，总功率为5.5kw；主轴驱动，功率为5.5kw； 冷却泵I，冷却泵II，润滑电机等，总功率为2.0kw。 P(kw) =5.5+5.5+2.0=13.0(kw) I(QF1)=P/U=13*1000/380=34.2A 所以选用额定电流为63A、额定电压为380V 的断路器DZ15-63/3。 QF2 的选型： QF2 后接的负载：电源模块PSM，为伺服驱动和主轴驱动供电，总功率为11kw； 主轴风扇功率为120w。 P(kw) =11+0.12=11.12(kw) I(QF2)=P/U=11.12*1000/200=55.6A 所以选用额定电流为100A、额定电压为380V 的断路器DZ15-100/3。 = 同理QF3 选型为额定电流为1A、额定电压为380V 的断路器DZ47-1/3。 QF4 选型为额定电流为3A、额定电压为380V 的断路器DZ47-3/3。 QF5 选型为额定电流为5A、额定电压为380V 的断路器DZ47-5/3。 第三节 CK6140的熔断器选用 第一小节 熔断器选型依据熔断器由熔体(俗称保险丝)和安装熔体的熔管(或熔座)两部分组成。其中熔体是关键部分，它既是感测元件又是执行元件，熔体是由低熔点的金属材料(如铅、锡、锌、铜、银及其合金等)制成，其形状有丝状、带状、片状等；熔管的作用是安装熔体及在熔体熔断时熄灭电弧，多由陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维材料制成。而且熔断器是一种结构简单、使用方便、应用广泛、价格低廉的保护电器。主要用作电路或用电设备的短路保护，有时对严重过载也可起到保护作用。它串联在电路中，当通过的电流大于规定值时，使熔体熔化而自动分断电路。 熔断器的图形及文字符号如图 1-7所示 图 1-7 熔断器的图形及文字符号熔断器按结构分有：半封闭瓷插式、螺旋式、无填料封闭管式和有填料封闭管式熔断器.。1.插入式熔断器(无填料式) 常用的有RC1A系列，主要用于低压分支路及中小容量的控制系统的短路保护，亦可用于民用照明电路的短路保护。 RC1A系列结构简单，它由瓷盖、底座、触点、熔丝等组成，其价格低，熔体更换方便，但它的分断能力低。 2.螺旋式熔断器螺旋式熔断器由瓷底座、熔管、瓷帽等组成。瓷管内装有熔体，并装满石英砂，将熔管置入底座内，旋紧瓷帽，电路就可以接通。有RL1、RL2、RL6、RL7等系列，其中RL6、RL7系列熔断器分别取代RL1、RL2系列，常用于配电线路及机床控制线路中作短路保护。螺旋式快速熔断器有RLs2等系列，常用作半导体元器件的保护。螺旋式熔断器分断电流较大，可用于电压等级500V及其以下、电流等级200A以下的电路中，作短路保护。3.无填料封闭管式熔断器常用无填料封闭管式熔断器有RM1、RMl0等系列，无填料密闭式熔断器将熔体装入密闭式圆筒中，分断能力稍小，用于500V以下，600A以下电力网或配电设备中，主要用于作低压配电线路的过载和短路保护。无填料封闭管式熔断器分断能力较低，限流特性较差，适合于线路容量不大的电网中，其最大优点是熔体可很方便拆换。4.有填料封闭管式熔断器 常用有填料封闭管式熔断器有RT0、RTl2、RTl4、RT15等系列，引进产品有德国AEG公司的NT系列。有填料熔断器一般用方形瓷管，内装石英砂及熔体，分断能力强，用于电压等级500V以下、电流等级1KA以下的电路中。有填料封闭管式熔断器主要作为工业电气装置、配电设备的过载和短路保护，亦可配套使用于熔断器组合电器中。有填料快速熔断器RS0、RS3系列，用作硅整流元件和晶闸管元件及其所组成的成套装置的过载和短路保护。 第二小节 熔断器选用类型 熔断器选用主要依据负载的保护的特性和短路电流的大小选择熔断器的类型。 对不同性质的负载，如照明电路、电动机电路的主电路和控制电路等，应分别保护，并装设单独的熔断器。CK6140数控机床照明电路的熔断器选择主要依据负载的保护特性和短路电流的大小选择熔断器的类型。对于容量小的机床照明支线，常采用熔断器作为过载及短路保护，因而希望熔体的熔化系数适当小些。通常选用铅锡合金熔体的RQA系列熔断器。CK6140数控机床控制电路的熔断器选择对于较大容量的电动机控制电路，则应着重考虑短路保护和分断能力。机床上常用RL1系列的螺旋式熔断器和RC1系列的插入式熔断器。基于数控车床供电电压为380V,螺旋式熔断器可用于电压等级500V及其以下、电流等级200A以下的电路中，作短路保护。由于螺旋式熔断器瓷帽项部有玻璃圆孔，其内部有熔断指示器，当熔体熔断时，指示器跳出。螺旋式熔断器具有较高的分断能力，限流性好，有明显的熔断指示，可不用工具就能安全更换熔体，固选用RL1、RL2系列螺旋式熔断器，常用于配电线路及机床控制线路中作短路保护,在机床中被广泛采用。 第四节 接触器的选用接触器是数控机床电气控制中重要的电器，它是利用电磁吸力和弹簧反力的配合作用，实现触头闭合与断开，是一种电磁式的自动切换电器。接触器可以频繁地接通或分断交直流电路，并可实现远距离控制。其主要控制对象是电动机，也可用于其它负载。接触器不仅能实现远距离自动操作及欠压和失压保护功能，而且具有控制容量大、过载能力强、工作可靠、操作频率高、使用寿命长、设备简单经济等特点，所以它是机床电气控制线路中使用最广泛的电器元件。接触器按其分断电流的种类可分为直流接触器和交流接触器按其主触点的极数可分单极双极、三极、四极、五极几种，单极、双极多为直流接触器。数控机床主要使用交流接触器。在机床控制上，交流接触器应用得最为广泛。所以本次设计主要选用交流接触器。 图1-13 交流接触器外形 接触器在选用时主要依据其技术参数，一般遵循以下原则： 根据负载的性质选择接触器的类型。 接触器的额定电压应大于或等于主电路的工作电压。 接触器的额定电流应大于或等于被控电路的额定电流。 接触器的线圈电压必须与接人此线圈的控制电路的额定电压相等。 接触器的触点数量和种类应满足主电路和控制线路的需要。但是在选择时应根据机床的不同控制电路的电机的参数要求合理选用。我国生产的交流接触器常用的有CJ10，CJ12，CJX1，CJ20等系列及其派生系列产品，目前CJ10、CJ20在机床上使用较多。下图是CJ10、CJ20的比较主电机控制电路的交流接触器的选择：对于重任务型电机，由于CK6140属于中小型机床，它的主电机等的平均操作频率超过100次min，运行于起动、点动、正反向制动、反接制动等状态，可选用CJl0Z、CJl2型的接触器。为了保证电寿命，可使接触器降容使用。选用时，接触器额定电流大于电机额定电流。机床上的电气控制辅助装置的交流接触器选择：电动机的操作频率不高的电气元件，如机床上的冷却液泵、风机、制冷泵等，接触器额定电流大于负荷额定电流即可。接触器类型可选用CJ10、CJ20等。交流接触器的额定电流应依照以下公式计算：式中：IKM为接触器主触头电流Pn为负载的额定功率Un为负载的额定电压K为经验系数，取11.4例如KM2 控制冷泵I，其功率为600W；I=P/U=600/380=1.6A.所以，选择额定电压为380V、主触头额定电流为10A 的接触器CJ20-10。 第五节 继电器的选用 第一小节 时间继电器的选用 时间继电器是一种接收信号后，经过一定的延时后才能输出信号，实现触头延时接通或断开的继电器，称为时间继电器,符号是KT。 常用的时间继电器主要有电磁式、电动式、空气阻尼式、晶体管式等。其中，电磁式时间继电器的结构简单，价格低廉，但体积和重量较大，延时较短(如JT3型只有O32-49s)，且只能用于直流断电延时；电动式时间继电器的延时精度高，延时可调范围大(由几分钟到几小时)，但结构复杂，价格贵。目前在电力拖动线路中，应用较多的是空气阻尼式时间继电器，空气阻尼式时间继电器结构简单，工作可靠，价格低廉，延时范围较宽（0.4180s），但是延时误差较大，难以精确地整定延时时间，常用于延时精度要求不高的交流控制电路中。常用型 号是JS7-A系列。 第二小节 热继电器的选用热继电器是一种利用流过继电器的电流所产生的热效应而反时限动作的保护电器，它主要用作电动机的过载保护、断相保护、电流不平衡运行及其他电气设备发热状态的控制。使用最多、最普遍的是双金属片式热继电器的JR16B系列，电流征定范围广，并有温度补偿装置，适用于长期工作或间歇工作的交流电动机过载保护 ，且具有断相运转保护装置。热继电器的选用原则;热继电器选用是否得当，直接影响着对电动机进行过载保护的可靠性。 选择热继电器的结构形式。 根据电动机的额定电流来确定热元件的额定电流。热元件的额定电流一般可按下式确定：Ier =(0.951.05) Ie式中：Ier热元件的额定电流； Ie 电动机的额定电流。 对于启动频繁、工作环境恶劣的电动机，则按下式确定：Ier =(1.151.5) Ie 第三小节 中间继电器的选用中间继电器本质上是电压继电器，内置常开和常闭触点，其根据外界输入的一定电信号，使其线圈导通，常开触点闭合，常闭触点断开，实现对强电回路的控制，以达到弱电控制强电的目的。但还具有触头多、触头能承受的电流较大（额定电流5-10A），动作灵敏（动作时间小于0.05s）等特点。起着中间传递信号和同时控制多条线路的作用。选用中间继电器的主要依据是控制线路所需触头的多少和电源电压等级。目前机床电气传动系统中常用的中间继电器有JT3、JT4、JZ7、JZ8.第六节 电气柜的选用 第一小节 电气柜的内布局设计强电控制柜主要用来安装机床强电控制的各种电气元件，除了提供数控、伺服等一类弱电控制系统的输入电源，以及各种短路过载、欠压等电气保护外，主要在PLC的输出接口与机床各类辅助装置的电气执行元件之间起连接作用，控制机床装置，如各种交流电动机，液压系统电磁阀或电磁离合器等。此外，它也与机床操作台有关手动按钮连接。电气控制柜内部由各种中间继电器、接触器、变压器、电源开关、接线端子和各类电气保护元件等构成， 电气柜内部布局设计得合理与否关系到电气控制系统的制造、装配质量，更将影响到电气控制系统性能的实现及其工作的可靠性、操作、调试、维护等工作的方便及质量。内部布局采用总体集中设计。总体设计要使整个电气控制系统集中、紧凑，同时在空间允许条件下，把发热元件，噪声振动大的电气部件，尽量放在离其它元件较远的地方或隔离起来；对于多工位的大型设备，还应考虑两地操作的方便性；控制柜的总电源开关、紧急停止控制开关应安放在方便而明显的位置。由于各种电器元件安装位置不同，在构成一个完整的电气控制系统时，就必须划分组件。把功能类似的元件组合在一起；尽可能减少组件之间的连线数量，同时把接线关系密切的控制电器置于同一组件中。减轻了机床的电气维修工艺难度 第二小节 电气柜的内布局设计电气控制柜内部的布局布线很重要，好的布局布线不仅方便于生产和维护，更可以提高数控系统的可靠性。根据柜的复杂程度，把每一部件划成若干组件，然后再根据电气原理图的接线关系整理出各部分的进出线号，并调整它们之间的连接方式。电气控制柜各部分及组件之间的接线方式一般应遵循以下原则：(1)开关电器、控制板的进出线一般采用接线端头或接线鼻子连接，这可按电流大小及进出线数选用不同规格的接线端头或接线鼻子；(2)电气柜、控制柜、柜(台)之间以及它们与被控制设备之间，采用接线端子排或工业联接器连接；(3)弱电控制组件、印制电路板组件之间应采用各种类型的标准接插件连接。(4)电气柜、控制柜、柜(台)内的元件之间的连接，可以借用元件本身的接线端子直接连接，过渡连接线应采用端子排过渡连接，端头应采用相应规格的接线端子处理。 (5)让强弱电控制器分离，以减少干扰；(6)为力求整齐美观，可把外形尺寸、重量相近的电器组合在一起；(7)为了电气控制系统便于检查与调试，把需经常调节、维护和易损元件组合在起。根据以上原则选用如图3-6-2所示电气柜 图3-6-2第四章CK6140的PLC控制电路设计 第一节CK6140对电气控制线路方案设计的要求 随着电子技术、计算技术、自动控制、精密测量、和机械结构与工艺不断发展，各种控制系统不断涌现，可供选择的电气控制方案也越来也多，因此合理选择电气控制电路方案是简便、可靠、经济地实现工艺的重要步骤。最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求：通过分析的CK6140电气传动形式, 采用继电器接触器控制系统。因而进给轴采用交流伺服电机控制，主轴交流电机由变频器控制，能实现正转、反转和停止，以及主轴高低速换档功能；实现自动冷却、润滑和冲屑功能，从经济可靠性考虑：应尽量减少控制电路中的电流,电压种类,控制电压应选择标准电压等级.电气控制电路力求简单,经济，尽量减少电器元件的品种,数量和规格 同一用途的器件尽可能选用同品牌,型号的产品,并且电器数量减少到最低限度.本次设计交流接触器全部采用CJ-10A.按钮都采用LA型。 同时 尽量减少电器元件触头的数目.在控制电路中,尽量减少触头是为了提高电路运行，尽量减少通电电器的数目,以利节能与延长电器元件寿命,减少故障.。从安全工艺性考虑：电气控制电路应具有完善的保护环节,常用的有漏电保护,短路,过载,过电流,过电压,欠电压与零电压,弱磁,联锁与限位保护等.,要考虑操作,维修与调试的方便。符合人机关系要求。 第二节 主要的电气元件选用明细表符号元件名称型号规格数量作用M1主轴电动机YP132u-4FB7.5KW 1450r/min1工件的旋转和刀具的进给M2刀架电动机YLJ-3-48180W 1500r/min1控制刀架的快速移动M3床头润滑电机AQ3-U814250W 1400r/min1润滑油泵的启停M4变频电机125FZY225W1M5冷却泵电机ACP-25120W 3000r/min1供给冷却液KM1交流接触器CJ0-10A110V 10A1控制主轴电动机M1KM2交流接触器CJ0-10A110V 10A1控制冷却泵电动机M2KM3交流接触器CJ0-10A110V 10A1快速移动电动机M3QS低压断路器DZ5-20380V 20A1电源总开关 KA中间继电器JZ7110V 10A6加强控制SB1按钮LA型500V 5A1主轴停止SB2按钮LA型500V 5A1主轴启动SB3按钮LA型500V 5A1快速移动电动机M3 点动SA1转换开关HZ2-10/310A,三级1控制冷却泵电动机SA2转换开关HZ2-10/310A,三级1控制照明灯FR1热继电器JR16-20/3015.4A1M1 过载保护FR2热继电器JR2-10.32A1M2 过载保护TC变压器JBK2-100380/110/24/61控制与照明用变压器FU熔断器RL140A1全电路的短路保护FU1熔断器RL14A1M2、 M3 的短路保护FU2熔断器RL12A1控制回路的短路保护FU3熔断器RL11A1指示灯回路短路保护EL照明灯K-1，螺口40W 36V1机床局部照明