教学型数控车床电气设计机电一体化大学毕业论文.docx
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教学型数控车床电气设计机电一体化大学毕业论文
“中央广播电视大学人才培养模式改革和开放教育”机电一体化专业专科毕业论文(设计)
论文题目:
教学型数控车床电气设计
学校名称:
呼和浩特市广播电视大学
指导教师:
康俐
学生姓名:
梁志军
学号:
1115001250320
专业:
机电一体化
入学时间:
呼和浩特市广播电视大学毕业设计(论文)开题报告表
课题名称
教学型数控车床电气设计
课题来源
现场
课题类型
导师
康莉
学生姓名
梁志军
学号
专业
机电一体化
一.选题背景及意义
数控技术是以数字量编程实现控制机械或其他设备自动工作的技术。
如果一种设备的控制过程是以数字形式来描述的,其工作过程是可编程序的并能在程序控制下自动进行,那么这种设备就称为数控设备。
作者根据数控工作要求编制数控程序,并将数控程序记录在控制介质上。
数控程序经数控设备的输入接口输入数字控设备,控制系统按程序控制设备完成工作任务。
数控机床是典型的数控设备,它的生产和发展是数控技术产生和发展的重要标志。
数控技术是以数字量编程实现控制机械或其他设备自动工作的技术。
当前,社会经济也科学技术的发展与竞争,使机械产品趋精密、复杂,而且产品的生命周期缩短,改型频繁。
这不仅对机床设备提出精度与效率的要求,也提出了通用性与灵活性的要求。
特别是航空、造船、武器、模具生产等工业部门,所加工零件具有精度高、形状复杂、经常变动的特点。
使用普通机床加工这类零件,不仅劳动强度大、生产效率低,而且还难以保证精度,有些零件甚至无法加工。
机床数控系统的出现较好的解决了复杂、精密、多变的零件加工问题,它是机床控制技术的一个重要发展方向。
随着电子、自动化、计算机、精密机械、测量及人工智能技术的发展,机床的数控系统也在迅速发展和演变,以适应社会生产的需要。
二.设计目的
本方案用于实验所需的数控机床。
主要用于学校、工厂、以及科研所用,可用于数控机床,数控编程,数控原理实验与培训。
本课题是要求在指导的情况下通过查阅相关的内容的资料并进行总体方案的设计(包括机械总体结构,电气控制系统总体结构和控制软件总体结构设计)进而最终完成适合实验使用的数控机床。
三.基本要求
1.掌握数控车床的设计方法;
2.掌握装配图的画法;
3.了解数控机床的基本工作原理;
4.掌握各种元器件的选用方法;
5.熟悉机床常用控制电路的结构、工作原理及用途,并能正确选用;
6.熟悉机床控制电路的基本环节及其应用和分析方法。
四.设计内容
教学型数控车床是针对数控技术课程实验和数控加工实训所开发研制的,本课题要求设计教学型数控车床;本文要求完成教学型数控车床的电气部分的设计。
1.确定电力设备的拖动方案并选择电动机;
2.设计电气控制电路;
3.选择各种控制电器;
4.施工设计——确定电气设备的布局,绘制安装接线图等。
五.技术路线及方法
1.完成原理分析与设计说明书;
2.完成电气原理图;
3.完成主要电器元件组装图;
4.元件明细表;
六.主要内容细化
1.电气元件的具体选择方法
(1)接触器的选择
(a)接触器按其主触点通过电流的种类不同,分为直流、交流两种,机床上应用最多的是交流接触器。
(b)根据接触器所控制负载的为一般任务(控制中小功率笼型电动机等),选用AC3类接触器。
(c)交流接触器的额定电压一般为500V或380V两种,应大于或等于负载电路的电压。
(d)根据电动机的功率和操作情况来确定接触器主触点的电流等级。
(e)接触器线圈的电流种类和电压等级应与控制电路相同。
(f)触电数量和种类应满足电路和控制电路的要求。
(2)继电器的选择
(a)在机床电气控制系统中,用得较多的电流继电器有JL14、JL15、JL3等型号,主要根据主电路内的电流种类和额定电流来选择。
(b)在机床电气控制系统中,常用的有JT3、JT4型号的电压继电器。
(c)中间继电器主要依据被控制电路的电压等级,触电数量、种类及容量来选用。
(3)直流稳压电源的选择
选择电源时需要考虑的问题主要有:
电源的输出功率输出路数;电源的尺寸;电源安装方式和安装孔位;电源的冷却方式;电源在系统中的位置及走线;环境温度;绝缘强度;电磁兼容性;环境条件。
(4)控制变压器的选择
(a)在选用控制变压器时,首先应满足副边线圈的个数和电压值以及原边电源电压的数值。
(b)在继电器—接触器控制电路中,控制变压器的负载,主要是交流接触器和继电器的吸引线圈,它们的启动电流一般要比吸持电流大几倍,一般情况下,可将副边连续负载的总量,乘以1.2~1.5的系数,选用额定容量大于或等于这个数值的控制变压器即可。
2.电气原理图分析的方法与步骤
电气控制电路一般由主电路、控制电路和辅助电路等部分组成。
了解电气控制系统的总体结构、电动机和电气元件的分布状况及控制要求等内容之后,便可以阅读分析电气原理图。
(1)分析主回路。
从主回路入手,要根据伺服电动机、辅助机构电动机和电磁阀等执行电器的控制要求,分析它们的控制内容,控制内容包括启动、方向控制、调速和制动。
(2)分析控制电路。
根据主回路中各伺服电动机、辅助机构电动机和电磁阀等执行电器的控制要求,逐一找出控制电路中的控制环节,按功能不同划分成若干个局部控制线路来进行分析而分析控制电路的最基本方法是查线读图法。
(3)分析辅助电路。
辅助电路包括电源显示、工作状态显示、照明和故障报警等部分,它们大多由控制电路中的元件来控制的,所以在分析时,还要回头来对照控制电路进行分析。
(4)分析互锁与保护环节。
机床对于安全性和可靠性有很高的要求,实现这些要求,除了合理地选择元件和控制方案外,在控制线路中还设置了一系列电气保护和必要的电气互锁。
(5)总体检查。
经过“化整为零”,逐步分析了每一个局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后,还必须用“集零为整”的方法,检查整个控制线路,看是否存在遗漏,特别要从整体的角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系,理解电路中每个元器件所起的作用。
七.重点研究问题
1.数控车床的伺服驱动元件的选择
2.数控车床的主轴驱动元件的选择
3.数控系统的选择
4.接口电路的设计
八.条件因素
认真做好毕业设计,必须按计划执行,必须按老师要求去做,按时出勤,面对困难要积极应对,向老师积极答辩。
指导教师意见
签名:
年月日
论文目录
一、绪论
(一)机床电气自动控制系统
机床要运行,一是需要动力,二是需要控制。
现代机床的动力主要是由电动机来提供的,即由电动机来拖动机床的主轴和进给系统。
机床的控制任务是实现对主轴转速和进给量的控制,有时还要完成诸如各种保护、冷却、照明等系统的控制。
机床的电气控制系统就是用电气手段为机床提供动力,并实现上述控制任务的系统。
1.电气控制系统的组成
电气自动控制对于现代机床、其他机械设备及生产过程,有着及其主要的作用。
通常,电气控制系统主要包括以下三个主要环节。
(1)动力部分:
是整个系统的电源供给环节,是整个系统的主干,是电能转换为其他能量的通道部件,包括动力电源开关、电气控制部件、电动机等。
(2)生产过程自动控制部件:
是生产过程自动化的核心,也是间接控制、指挥动力电器及系统工作的部件,包括继电器和各种控制仪表、智能仪表等。
(3)传动装置:
是生产机械的连接及传动环节,位于电动机和工作机械之间,如减速箱、皮带、联轴器等。
2.机床电力拖动自动控制系统
生产机械一般是由三个基本部分组成的,即工作机构、传动机构和原动机。
当原动机为电动机时,也就是说由电动机通过传动机构带动工作机构进行工作时,这种拖动方式就称为电力拖动。
电力拖动系统主要分为直流拖动和交流拖动两大类,直流拖动是以直流电动机为动力,交流拖动是以交流电动机为动力。
(二)机床电气自动控制系统的作用及发展趋势
1.机床电气自动控制系统的作用
过去,生产机械由工作机构、传动机构、原动机三部分组成。
自从电气元件与计算机应用在机械上后,现代化生产机械已包含第四个组成部分:
以电气为主的自动控制系统,它使机器的性能不断提高,使工作机构、传动机构的结构大为简化。
机床经过一百多年的发展,机构不断改进,性能不断提高,在很大程度上取决于电力拖动与电气系统的更新。
电力拖动在速度调节方面具有无可比拟的优越性和发展前途,采用直流或交流无级调速电动机驱动机床,使机构复杂的变速箱变的十分简单,简化了机床机构,提高了效率和刚度,也提高了精度。
现代化机床在电气自动控制方面综合应用了许多先进的科学技术成果,如计算技术、电子技术、自动控制理论、精密测量技术、传感技术等,特别是当今信息时代,微型计算机已广泛应用于各行各业,机床是最早应用电子计算机的设备之一,早在20世纪40年代末期,电子计算机与机床有机的结合产生了新型机床——数控机床,选择价廉可靠地微机在机床行业中的应用日益广泛,由微机控制的数控机床与数显装置越来越多地在中国各类工厂中获得使用和推广。
这些新的科学技术的应用,使机床电气设备不断实现现代化,从而提高了机床自动化程度和机床加工效率,扩大了工艺范围,缩短了新产品试制周期,加速产品更新换代。
现代化机床还可提高产品加工质量,减少工人劳动强度,降低产品成本等。
近20年来出现的各种机电一体化产品、数控机床、机器人、柔性制造单元及系统等均是机床电气设备实现现代化的成果,总之,电气自动控制在机床中占有及其重要的地位。
2.机床电气自动控制系统的发展
在机床电气自动控制方面,最初采用手动控制,如少数容量小、动作单一的机床(小型台钻、砂轮机等),使用手动直接控制。
后来由于切削工具、机床结构的改进、切削功率的增大,机床运动的增多,手动控制已不能满足要求,于是出现了以继电器、接触器为主的控制电路所组成的控制装置和控制系统;这种控制系统,可实现对机床的各种运动的控制,如启停、反转、改变速度等的控制。
它们的控制方法简单直接、工作稳定可靠、成本低,使机床自动化向前迈进了一大步。
近年来,可编程控制器(PLC)在工业过程自动化系统中应用日益广泛。
可编程控制器是以硬接线的继电器接触器控制为基础的,逐步发展为既有逻辑控制、计时、计数,又有运算、数据处理、模拟量调节、联网通信等功能的控制装置。
可编程控制器及有关外部设备,都按既易于与工业控制系统连成一整体,又易于扩充其功能的原则设计。
可编程控制器将成为生产机械设备中开关量控制的主要电气控制装置。
在一般数控机床的基础上,近年来加工中心机床(MC)有了很大发展它可以自动选刀、换刀,自动连续地对各个加工面完成铣削、镗削、铰孔及攻螺纹等多工序加工。
改变了过去一小批量生产中一人、一机、以刀的局面,而把许多相关的分散工序集中在一起,形成一个以工件为中心的多工序自动加工机床。
随着微电子技术的发展,由小型或微型计算机再加上通用或专用大规模集成电路组成的计算机数控装置(CNC)性能更为完善,几乎所有的机床品种都实现了数控化。
自20世纪70年代以来,电气控制相继出现了直接数字控制(DDC)系统,柔性制造系统(FMS),计算机集成制造系统(CIMS),综合运用计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、智能机器人、集散控制系统(DCS)、现场总线控制系统等多项高技术,形成了从产品设计与制造和生产管理的智能化生产地完整体系,将自动制造技术推进到更高的水平。
二、车床电气设计的一般原则
(一)机床电气设计的基本内容
在生产实际中,无论是批量生产地机械装备,还是在老设备上进行技术改造,或是用动力部件组合成的专用机床,在进行机械设计的同时,都必须进行相应的电气设计。
通常,机床电气设计的基本内容应包括:
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- 教学 数控车床 电气设计 机电 一体化 大学毕业 论文
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