机床电气控制课程设计机床工作台的往复运动

青岛理工大学（临沂）

《机电一体化技术与系统》课程设计说明书

设计题目：机床工作台的自动循环往复运动

院（系）：机电工程系

专业：机电一体化114班

学号: *********

学生姓名: 肖**

****: ***

起迄日期: 2013.12.16-2013.12.27

机床工作台的自动循环往复运动

一、设计目的

在实际生产中,有些生产机械的工作台需要自动往复运动,并且有的还要求在两终端要有一定时间的停留,以满足生产工艺要求。在机床电气设备中，有些是通过工作台自动往复循环控制的，例如万能铣床，龙门刨床的工作台上下、前后、左右的运动等。这些生产机械运动部件的行程或位置要受到限制，或者需要其运动部件在一定范围内自动往返循环等。这些都要让我们会正确识别、选用安装、使用行程开关，熟悉电动机位置控制、自动往返控制电路的构成和工作原理。会安装与检测电动机位置控制和自动往返控制线路。还要让我们学会运用机械设计与制造的知识，正确选择工作台的传动装置、支撑部分，另外机床工作台系统的材料也要合理的选择以符合工程力学。电动机的正反转是实现工作台自动往复循环的基本环节。

二、设计要求

1.要有机械设计，电气控制设计

2.自动控制与手动控制相结合

3.运行过程中任一位置都可以停止和再次起动

4.要有必要的保护电器

5.所用元件应便于安装和调整，注意经济性。

6.了解和熟悉所设计机械设备的总体技术要求、加工工艺过程和生产现场的工作条件。

7.了解该设备中采用的其他系统，如液压系统、气动系统对电气控制系统的技术要求。

8.通过技术经济分析，确定该系统具有的自动化、通用化程度。

三、工作台传动方式

1.工作台类型选择

工作台的类型大体有以下几种

A 桥框式

B 悬臂移动式

C 立柱式

桥框式和悬臂移动式的工作台基本固定，机床的主轴部分驱动来进给作业，这类驱动在技术上要求较高，而且长时间的作业会让悬臂变形，影响精度作业。本设计选用的是X-Y工作台，即立柱式工作台，其结构牢靠、精度高，可以加工与检测合为一体，但是他有一个缺点就是XY两个方向运动，相对占用空间大一些。

2.基本传动方式选择

根据丝杠和螺母相对运动组合情况，其基本传动形式有四（1）螺母固定，丝杠转动并移动；（2）丝杠转动，螺母移动；（3）螺母转动，丝杠移动；（4）丝杠固定，螺母转动并移动。如图1所示。选择螺母固定、丝杠转动并移动传动形式。

图1 基本传动形式

该传动形式国螺母本身起着支承作用，消除了丝杠轴承可能产生的附加轴向窜动，结构较简单，可获得较高的传动精度，且其轴向尺寸不是太长，适用于300×400mm的行程。

四、导轨选择

导轨是机床的关键部件之一，其性能好坏，将直接影响机床的加工精度、

承载能力和使用寿命。导轨设计应满足：导向精度、耐磨性、低速运动平稳性、刚度、结构简单、工艺性好、便于间隙调整，具有良好的润滑和防护等要求。

1.滚动导轨类型的选择

滚动导轨类型很多，有直线运动和回转运动导轨；按滚动体的开关分有滚珠，滚柱和滚针；按滚动体是否循环分为滚动体不循环和滚动体循环导轨。在此次设计中选用滚动体循环的直线滚动导轨副，这是因为直线滚动导轨副中，滚珠沟槽接触，因而许用载荷和刚度与点接触相比有较大提高，又采用直线滚动导轨副可简化设计、制造和装配工作。其定位精度可达到0.1-0.2μm，用于精密机械加工。

图2

根据使用要求不同，国内已开发出两种类型的直线滚动导轨副，选用适用于X-Y工作台的GGA型，其特性和结构如图2所示

2. .导轨的防护装置

导轨常用的防护装置有：1）刮板式其宽度、形状与导轨相同，耐热

性好但只能排除大的颗粒；2）伸缩式有软式皮腔式和叠层式。这类结构可以把导轨全部封闭起来，防护可靠，在滚动导轨和滑动导轨中都能使用。其中皮腔式防护多用帆布、皮革做成，结构简单，但是不耐热；而叠层式的盖板由钢板制成，耐热性好，强度高，刚性好，寿命长。本设计选用伸缩叠层防护装置。

五、继电器-接触器控制电路设计

1.行程开关是一种将机械信号转换为电气信号，以控制运动部件位置或行程的自动控制电器。而位置控制就是利用生产机械运动部件上的挡铁与位置开关碰撞，使其触头动作，来接通或断开电路，以实现对生产机械运动部件的位置或行程的自动控制。

图3位置控制电路

线路工作原理叙述如下：先合上电源开关QS 。

此时，即使再按下SB1，由于SQ1常闭触头已分断，接触器KM1线圈也不会得电，保证了行车不会超过SQ1所在的位置。

移至限定位置，挡铁1碰撞位置开关SQ1

行车停止前移

SQ1常闭触头分断 行车前移

行车后移（SQ1常闭触头恢复闭合）

移至限定位置，挡铁2碰撞位置开关SQ2 SQ2常闭

电动机M 失电停转

停止时，按下SB3 整个控制电路失电

电动机M 失电停转

KM1(或KM2)主触头分断

六、电动机及其他电气元件的选择

1.电动机的选择

电动机功率的确定是选择电动机的关键，但也要对转速、使用电压等级及结构形式等项目进行选择。异步电动机由于它结构简单坚固、维修方便、造价低廉，因此在机床中使用得最为广泛。电动机的转速愈低则体积愈大，价格也愈高，功率因数和效率也就低，因此电动机的转速要根据机械的要求和传动装置的具体情况加以选定。异步电动机的同步转速有3000 r/min、1500 r/min、1000 r/min、750 r/min、600 r/min等几种，这是由于电动机的磁极对数的不同而决定的。电动机转子转速由于存在着转差率，一般比同步转速约低2％~5％。一般情况下，可选用同步转速为1500r/min的电动机，因为这个转速下的电动机适应性较强，而且功率因数和效率也高。若电动机的转速与该机械的转速不一致，可选取转速稍高的电动机通过机械变速装置使其一致。根据以上内容选择主轴电动机M1转速为1450r/min。

2.接触器的选用

选择接触器主要依据以下数据：电源种类（直流或交流）；主触点额定电流；辅助触点的种类、数量和触点的额定电流；电磁线圈的电源种类、频率和额定电压；额定操作频率等。机床用的最多的是交流接触器。

交流接触器的选择主要考虑主触点的额定电流、额定电压、线圈电压等。

交流接触器主触点的额定电压一般按高于线路额定电压来确定。

根据控制回路的电压决定接触器的线圈电压。为保证安全，一般接触器吸引线圈选择较低的电压。但如果在控制线路比较简单的情况下，为了省去变压器，可选用380V电压。值得注意的是，接触器产品系列是按使用类别设计的，所以要根据接触器负担的工作任务来选用相应的产品系列。