深孔钻床毕业设计
毕业设计任务书（七）
指导教师：田林红
一、设计题目 深孔钻床的电气控制设计
二、设计的目的
1）掌握机床的深孔钻床液压控制的功能。
2）掌握深孔钻加工动作流程。
3）掌握电气控制元件的选择与计算方法。
三、设计要求
一台深孔钻床用于零件的深孔加工，实现定时自动排屑。进给速度分为快进和二次工进，进给采用液压控制。主轴采用2000kW电机，液压系统是1000W电机，设计要求：
1）钻头作往复运动，采用直流24V电磁阀，行程开关作位置检测。
2）液压泵电动机才能启动主轴电动机。
3）有工作状态指示及照明。
4）有必要的电气保护和联锁。
四、完成的任务
要求说明详细，字迹工整，原理正确，元件选择有理。图纸规范，图形清晰，符号标准，线条均匀。
（1）设计与绘制电气控制原理图，元件安装布置图、接线图。
（2）毕业设计说明书（8000以上）
1）设计题目
2）控制原理说明设计方案论证
3）主要器件选择依据与计算
4）元件明细表
5）设计总结及改进意见
6）主要参考资料
五、参考文献
工厂电气控制技术 机械工业出版社 主编 方承远
工厂电气控制设备 机械工业出版社 主编 许廖
机床电气控制技术 机械工业出版社 主编 王炳实
可编程序控制器的应用技术 机械工业出版社 主编 王兆义
可编程序控制器的原理及程序设计 电子工业出版社 主编 崔亚军
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目录
第一章、钻床概述
1.钻床
2.钻床的结构
3.钻床的运动形式
第二章、主要电气原理图设计过程
1.主要电气原理图设计过程
2.电力拖动及控制要求
第三章、机床低压电器的选择
1.机床低压电器的分类
2.低压电器的选择
2.1.控制信号电器
2.2保护电器
2.3执行电器
第四章、深孔钻床的电气控制系统
1.控制电路的基本环节
2具有二工进的液压动力滑台的控制线路
3.主体电气图
第五章、深孔加工的冷却与排屑
总结
参考文献
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第一章、钻床概述
1.钻床概述
钻床系指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。
钻床可分为下列类型：
(1)台式钻床：可安放在作业台上，主轴垂直布置的小型钻床。
(2)立式钻床：主轴箱和工作台安置在立柱上，主轴垂直布置的钻床。
(3)摇臂钻床：摇臂可绕立柱回转、升降，通常主轴箱可在摇臂上作水平移动的钻床。它适用于大件和不同方位孔的加工。
(4)铣钻床：工作台可纵横向移动，钻轴垂直布置，能进行铣削的钻床。
(5)深孔钻床：使用特制深孔钻头，工件旋转，钻削深孔的钻床。
(6)平端面中心孔钻床：切削轴类端面和用中心钻加工的中心孔钻床。
(7)卧式钻床：主轴水平布置，主轴箱可垂直移动的钻床。
2.钻床的结构
2.深孔钻床的结构
深孔钻床的主要组成部件有：
深孔机床的通用部件由：动力部分（如动力头和动力滑台）支撑
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部件（如滑坐，床身，立柱和中间底座）输送部件（如回转分度工作台，及零件输送装置），控制部件（如液压元件，控制板，按钮台及电气挡铁）其他部件（如机械扳手）排屑装置和润滑装置。这些元件都标准化系列化和通用化。其控制系统大都采用机械，液压或气动，电器相结合的控制方式，其中电气控制又起到中枢连接作用。
3.深孔钻床的运动形式
为了加工各种旋转表面，深孔钻床必须具有钻削运动和辅助运动。钻削运动包括主运动和进给运动，而除此之外的所有运动都称之为辅助运动
深孔钻床的主运动为主轴的旋转运动，由主轴通过卡爪带动刀具旋转，它承受钻削加工时的主要切削功率。 根据工艺要求，主轴应有不同的切削速度。主轴变速是由主轴电动机经V带传递到主轴变速箱实现的。
深孔钻床的进给运动是滑台的直线运动，其运动形式有手动和机动两种。 加工螺纹是工件的旋转和刀具的移动之间有严格的比例关系，所以主运动和进给运动采用同一台电动机来拖动。深孔钻床主轴箱输出轴经挂轮箱传给进给箱，进行钻削或攻丝。钻床的辅助运动是钻床上除钻削运动以外的其他一切必需的运动。
第二章、要电气原理图设计过程
1主要电气原理图设计过程
1.1 设计主回路
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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。
1.2 设计控制电路
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。
1.3 设计辅助电路
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。
1.4 设计互锁与保护环节
机床对于安全性和可靠性有很高的要求,实现这些要求,除了合理地选择元器件和控制方案以外,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。
1.5 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。
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2.电力拖动及控制要求
根据钻床结构及运动情况，对其电力拖动和控制提出以下要求
（1）钻床运动部件较多，为简化传动装置，应采用多电动机拖动。
（2）钻床主运动与进给运动皆为主轴的运动为此这两种运动由一台主轴电动机拖动，分别经主轴传动机构、进给传动机构实现主轴旋转和进给，所以主轴变速机构和进给，所以主轴变速机构与进给变速机构都装在主轴箱内。
（3）为适应多种加工方式的需要，要求主轴及进给有较大的调速范围。一般采用机械变速，有时为简化变速箱的结构，采用多速鼠笼式异步电动机。
（4）加工螺纹时，要求主轴能正反向旋转。钻床主轴正反转一般采用机械方法来实现，因此，主轴电动机只需单方向旋转。
（5）主轴的移动由电动机拖动丝杠实现，要求电动机能正反转。
（6）内外立柱的夹紧与放松，主轴箱与主轴的夹紧与放松可采用手柄机械操作、电-气-机械装置、电气-液压-机械装置等几种控制方法来实现。此机床采用液压泵电动机带动液压泵，通过夹紧机构来实现。其夹紧与放松是通过液压泵电动机的正反转输出不同的压力油，通过液压传动机构推动活塞，带动菱形块动作来实现的，因此液压泵电动机要求正反向旋转。
（7）钻削加工时，需要提供冷却液进行冷却。这可通过单独控制冷却泵电动机拖动冷却泵实现。
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（8）摇臂的移动即上升与下降，严格按照摇臂松开-摇臂移动-摇臂夹紧的程序自动进行。因此，摇臂的夹紧、放松与摇臂升降要实现自动控制。
（9）具有必要的连锁与保护环节。
(10) 具有机床安全照明电路与信号指示电路。
第三章、钻床低压电器的选择
1．钻床低压电器的作用及分类
低压电器能够依据操作信号或外界现场信号的要求，自动或手动地改变电路的状态、参数，实现对电路或被控对象的控制、保护、测量、指示、调节。低压电器的作用有：
（1）控制作用 如机床的主轴移动、快慢速自动切换与自动停车等。
（2）保护作用 能根据设备的特点，对设备、环境、以及人身实行自动保护，如电机的过热保护、电网的短路保护、漏电保护等。
（3）测量作用 利用仪表及与之相适应的电器，对设备，电网或其它非电参数进行测量，如电流、电压、功率、转速、温度、湿度等。
（4）调节作用 低压电器可对一些电量和非电量进行调整，以满足用户的要求，如柴油机油门的调整、房间温湿度的调节、照度的自动调节等。
（5）指示作用 利用低压电器的控制、保护等功能，检测出设
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备运行状况与电气电路工作情况，如绝缘监测、保护掉牌指示等。
（6）转换作用 在用电设备之间转换或对低压电器、控制电路分时投入运行，以实现功能切换，如励磁装置手动与自动的转换等。
机床低压电器品种繁多，分类方法也很多，按用途分为以下三类：
(1).控制电器
控制电动机的起动、制动、调速等动作，如开关电器、信号控制、接触器、继电器、电磁启动器、控制器等。
(2).保护电器
保护电动机和生产机械，使其安全运行，如熔断器、电流继电器、热继电器等。
(3).执行电器
带动生产机械运行或保持机械装置在固定位置上的一种执行元件，如电磁阀、电磁离合器等。
2.低压电器的选择
2.1.控制信号电器
2.1.1.控制按钮
(1).作用：在控制电路中常用作远距离手动控制接触器、继电器等有电磁线圈的电器，也可用于电气联锁等电路中。
(2).按钮的选择
按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式动触头、静触头、和外壳等组成。
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按钮分为常开按钮，常闭按钮和复合按钮。其选择应根据使用场合、控制电路所需触点数目及按钮颜色等要求选用。一般用红色表示停止和急停；绿色表示起动；黑色表示点动；还有黄、白、蓝等颜色，供不同场合使用.
2.1.2.位置开关
位置开关又称行程开关或限位开关，可将机械信号转换为电信号，实现对机械的控制。它是根据运动部件的位置而切换的电器，能实现运动部件的极限保护。其原理与按钮类似，利用生产机械运动部件的碰压使其触头动作，而将机械信号转变为电信号。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。
行程开关的结构基本相同，主要有触头系统、操作机构和外壳组成。
2.1.3.交流接触器
交流接触器是机床中电动机控制和信号传递的器件，是连接数控装置、可编程控制器与强电和执行部件的枢纽，也是发生故障最多的器件之一。交流接触器由以下四部分组成：电磁机构、触点系统、灭弧装置 其他部件 包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构及外壳等。 其工作原理如下：线圈通电后，在铁芯中产生磁通及电磁吸力。此电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合，带动触点机构动作，常闭触点打开，常开触点 闭合，互锁或接通线路。线圈失电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁
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释放，触点机构复位，断开线路或解除互锁。
交流接触器的选择应根据被控对象和工作参数如电压、电流、功率、频率及工作制等确定。
a.接触器的线圈电压，一般应低一些为好，这样对接触器的绝缘要求可以降低，使用时也较安全。但为了方便和减少设备，常按实际电网电压选取。
b.电动机的操作频率不高，如压缩机、水泵、风机、空调、冲床等，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CJl0、CJ20等。
c.接触器额定电流是指接触器在长期工作下的最大允许电流，持续时间≤8h，且安装于敞开的控制板上，如果冷却条件较差，选用接触器时，接触器的额定电流按负荷额定电流的110%～120%选取。对于长时间工作的电机，由于其氧化膜没有机会得到清除，使接触电阻增大，导致触点发热超过允许温升。实际选用时，可将接触器的额定电流减小30%使用。
2.1.4.中间继电器
中间继电器是最常用的继电器之一,中间继电器是根据某种输入信号的变化，接通或断开控制电路，实现自动控制和保护电力装置的自动电器。中间继电器的结构和交流接触器基本相同，只是电磁系统小些，触点多些。 常用的中间继电器型号有JZ7、JZ14等。
2.1.5.时间继电器
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时间继电器是一种利用电磁原理或机械动作原理实现触点延时接通或断开的自动控制电器，其种类很多，常用的有电磁式、空气阻尼式、电动式和晶体管式等。
选用时间继电器时应注意：其线圈(或电源)的电流种类和电压等级应与控制电路相同；按控制要求选择延时方式和触点型式；校核触点数量和容量，若不够时，可用中间继电器进行扩展。
2.2.保护电器种类
2.2.1.熔断器
熔断器在电路中主要起短路保护作用，用于保护线路。熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管(绝缘座)组成。使用时，熔断器的熔体串接于被保护的电路中，熔断器以其自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现短路保护及过载保护。
2.2.2.热继电器
热继电器主要是用于电气设备（电动机）的过负荷保护。热继电器是一种利用电流热效应原理工作的电器，它具有与电动机容许过载特性相近的反时限动作特性，主要与接触器配合用，用于对三相异步电动机的过负荷和断相保护。
三相异步电动机在实际运行中，常会遇到因电气或机械原因等引起的过电流（过载和断相）现象。如果过电流不严重，持续时间短，绕组不超过允许温升，这种过电流是允许的；如果过电流情况严重，持续时间较长，则会加快电动机绝缘老化，甚至烧毁电动机，因此，
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在电动机回路中应设置电动机保护装置。
热继电器主要用于电动机的过载保护，使用中应考虑电动机的工作环境、起动情况、负载性质等因素，具体应按以下几个方面来选择：
1.热继电器结构型式的选择：星形接法的电动机可选用两相或三相结构热继电器，三角形接法的电动机应选用带断相保护装置的三相结构热继电器。
2.热继电器的动作电流整定值一般为电动机额定电流的1.05～
1.1倍。
3.对于重复短时工作的电动机，由于电动机不断重复升温，热继电器双金属片的温升跟不上电动机绕组的温升，电动机将得不到可靠的过载保护。因此，不宜选用双金属片热继电器，而应选用过电压继电器进行保护
2.2.3.电流继电器
电流继电器是一种常用的电磁式继电器，电流继电器用于电力拖动系统的电流保护和控制。其线圈串联接入主电路，用来感测主电路的线路电流；触点接于控制电路，为执行元件。电流继电器反映的是电流信号。
欠电流继电器（KA）用于电路起欠电流保护，吸引电流为线圈额定电流30％～65％，释放电流为额定电流10％～20％，因此，在电路正常工作时，衔铁是吸合的，只有当电流降低到某一整定值时，继电器释放，控制电路失电，从而控制接触器及时分断电路。
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2.3.执行电器的分类
2.3.1.电磁阀
当控制系统中负载惯性较大，所需功率也较大时，一般用液压或气压控制系统。电磁阀是此系统的主要组成部分。
电磁阀的基本结构一般是由吸入式电磁铁及液压阀两部分组成。 其基本工作原理为：当电磁铁线圈通、断电时衔铁吸合或释放，由于电磁铁的动铁心与液压阀的阀芯连接，就会直接控制阀芯位移 ，来实现液体的沟通、切断和方向变换，操纵各种机构动作如气缸的往返，马达的旋转，油路系统的升压、卸荷和其他工作部件的顺序动作等。
第四章深孔钻床的电气控制系统
1.控制电路的基本环节
深孔钻床加工时要求进给电动机拖动动力部件，在主轴不旋转的状况下向前运动，当运动到接近工件的加工部位时主轴才启动旋转，进行加工。当加工结束，动力头退离工件时主轴立刻停转，而进给电动机在拖动动力部件返回原位后才停止。并且在加工过程中主轴电动机与进给电动机互锁，以保护刀具、工件安全。
图为主轴不转是引入和退出的控制电路。图中KM1 KM2分别为主轴电动机与进给电动机的线路接触器，SQ2为动力部件接近工件加工部件压下的行程开关，SQ3为动力部件主轴部件到达工件加工部位压
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下
的行程开关，在整个加工过程中SQ2、SQ3一直由长挡铁压下。SA1 SA2为进给电动机 主轴电动机单位工作的调整开关。
起动是按下起动按钮SB3 KM2经SQ3常闭触头通电吸合并自锁，进给电动机起动旋转，拖动动力部件移动。当移到主轴接近工件加工部位是，长挡压下SQ2，KM1线圈通电吸合，主轴电动机起动旋转。此是辅助触头同时为KM1，KM2线圈通电提供自锁电路。当动力部件移到一
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小段距离是，长挡铁压下SQ3，开始加工。而KM1线圈通过SQ2、SQ3在整个加工过程中一直被长挡铁压下，就保证了在加工过程中进给运动与主轴旋转互为依存的关系。
加工结束。动力部件退回，当长挡铁退出放开SQ3是，KM1常开辅助触头与KM2常开辅助触头并联后供电给KM1，KM2线圈。动力部件继续退出，当长挡铁放开SQ2时，KM1线圈断电释放，主轴电动机停止旋转，但KM2仍自锁，动力头继续退回，实现了 主轴不转是的退出，直至动力部件退至原位，按下停止按钮SB1，进给电动机停转，整个加工过程结实。
SA1为进给电动机单独工作开关，SA2为主轴电动机单独工作开关，操作相应开关实现调整工作
2具有二工进的液压动力滑台的控制线路
液压动力滑台是应用压力油控制滑台向前或向后运动。液压滑台是由滑台、滑座及油缸三部分组成，油缸拖动滑台在滑座上移动液压滑台有电气控制液压系统，实现滑台的自动工作循环。
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