机电、钻削加工控制系统设计

河南工业职业技术学院《机电一体化》课程设计（论文）题目钻削加工电气控制系统设计学生姓名马海龙专业机电一体化班级机电0806班指导教师田林红绪论 (3)第一章课程设计要求 (4)1.1 设计要求 (4)1.2 课题要求 (2)第二章课程设计内容 (4)2.1 钻削加工的流程 (5)2.2 继电器控制的电器原理 (7)2.3 继电器控制的电器原理图 (7)2.4电器原理图的符号意义 (8)2.5电磁阀的选择 (9)2.6 电器控制系统设计功能树 (11)2.7 系统负载速度图 (11)第三章机械传动设计 (11)3.1 限位开关SQ1的设计 (11)3.2 限位开关SQ2的设计 (12)3.3 限位开关SQ3的设计 (12)3.4. 滚珠丝杠的介绍、选择及计算说明 (12)3.5 步进电动机的选用 (16)3.6 蜗杆与滚珠丝杠配合 (19)3.7 钻削深度计算 (20)第四章调试及注意事项 (20)致谢 (22)参考文献 (23)一、课程设计的目的：《机电一体化系统设计》课程设计是大学生在完成《机电一体化系统设计》等专业课学习后,进行综合性实践性教学环节，总的目的是在老师的指导下,使学生通过课程设计,对所学课程理论知识进行一次系统的回顾检查复习和提高,并运用所学理论,通过调研,设计一个机电控制方面的课题,受到从理论到实践应用的综合训练，培养学生独立运用所学理论解决具体问题的能力,具体有以下几点：1、通过检索查阅运用有关手册、标准及参考资料，培养起学生检索查阅资料、使用资料的方法和能力。

2、通过回顾查阅课程理论知识、运用所学的基础课,专业技术课和专业课知识，培养学生根据实际问题正确设计总体方案, 分析具体问题、进行工程设计的能力。

二、设计意义钻床是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、铰空或进行攻丝等加工。

钻床可分为以下类型：一，台式钻床：是安装在工作台上操作的一种小钻床，一般最大钻孔直径为12MM。

广泛用于小型维修工厂。

二，立式钻床：主要用于钻、扩、铰、惚中小型工作上攻螺纹等，其最大钻孔直径25MM。

三，摇臂钻床：主要用于对大中型零件的孔加工和螺纹加工，其最大钻孔直径50MM。

四，特殊钻床：只用于特殊零件的加工。

比如深孔钻床、多轴钻床等。

钻床的加工特点：加工过程中工件不动，刀具移动，将刀具中心对准孔中心，并使刀具转动（主运动）。

操作可以是手动也可是机动。

机电一体化的课程设计在机电一体化专业教学中占有重要的位置的，它关系到学生知识的综合运用和学生的动手能力的培养及机电类及机电产品开发的能力。

因此设计内容的选择很重要。

基于钻削加工电气控制系统的设计是典型的机电一体化系统，以此为设计内容有较强的教学研究意义。

第一章课程设计要求及内容1.1 设计要求用继电器控制一条多工位加工线，其中第三工位的第一道工序为钻孔。

此工序的动作要求如下：气动后，夹紧装置动作。

为确保其可靠夹紧，延时10秒钟，控制冷却油的电磁阀吸合。

同时，钻头向工件方向快进。

当接近工件时，限位开关SQ1动作，钻头开始慢进，开始钻削。

达到预定深度，限位开关SQ2动作，钻头快速退回。

回来原始位置，限位开关SQ3动作，钻头停止移动，钻削结束。

1.2 课题要求1）画出加工过程流程图2）画出继电器控制的电器原理图3）完成加工程序设计。

4）整理设计说明书，答辩。

第二章课程设计设计内容2.1钻削加工的流程钻削加工工序的动作要求如下：启动后，夹紧装置动作。

为确保其可靠夹紧，延时10秒钟，控制冷却油的电磁阀吸合。

同时，钻头向工件方向快进。

当接近工件时，限位开关SQ1动作，钻头开始慢进，开始钻削。

达到预定深度，限位开关SQ2动作，钻头快速退回。

回来原始位置，限位开关SQ3动作，钻头停止移动，钻削结束。

流程图如图1图1 加工过程流程图2.2 继电器的控制原理1）过程如下：将工件放在工作台上，按下起动开关SB1，钻头旋转，同时夹紧装置动作将箱体夹紧，延时10s后，喷油控制继电器KM2得电，喷油电磁阀YV闭合冷却液流出，同时快进接触器KM2启动，钻头向箱体快进，到达距离箱体表面设定值时限位开关SQ1，进给继电器KM3得电，钻头快进变为工进，开始钻削。

步进电机控制滚珠丝杠旋转，蜗杆转动N圈时，霍尔传感器发出信号给限位开关，SQ2动作，快退接触器KM4得电，钻头由工进变为快退，退回到原位置时碰触限位开关SQ3,步进电机停止移动，钻头停止移动。

本工序结束，转到下一工序。

2.3继电器控制的电器原理图1、控制原理图的绘制注意事项1）在继电器电路图中，触点可以放在线圈的左边，也可以放在线圈的右边。

并联多的应放右边。

在串联电路中，单个触点应放在右边；在并联电路中，单个触点应放在下面。

2）设置中间单元，若多个线圈都受某一触点串并联电路的控制，为了简化电路，可设置该电路控制的辅助继电器它类似继电器电路中的中间继电器.4）外部联锁电路的设立为了防止控制正反转的两个接触器同时动作造成三相电源短路。

图1中KM1 KM3 的线圈不能同时通电图2.3 继电器控制的电气原理图2.4 电器原理图的符号意义SB1 起动SB2 停止K1 夹紧控制继电器K2 喷油控制继电器K3 进给继电器K4 快退控制继电器SQ1 快进结束限位开关SQ2 进给到位开关SQ3 钻头退到原位开关KM1 夹紧控制接触器KM2 快进接触器KM3 进给接触器KM4 快退接触器T1 定时器YV 电磁阀2.5 电磁阀的选择电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压，气动.电磁阀用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压钢控制，所以就会用到电磁阀.1）电磁阀的工作原理：电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油刚的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动.这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动. 电磁阀包括（线圈、磁铁、顶杆）。

简单来说就是当线圈接通电流，便产生了磁性，跟磁铁相互吸引，磁铁就会拉动顶杆。

关闭电源，磁铁和顶杆就复位了，这样电磁阀就完成了作功过程。

这就是电磁阀的工作原理。

电磁阀一般用于液压系统，来关闭和开通油路。

到目前为止，国内外的电磁阀从原理上分为三大类(即：直动式、分步直动式、先导式)，而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类(直动膜片结构、分步膜片结构、先导式膜片结构、直动活塞结构、分步活塞结构、先导活塞结构) 。

(一)、直动式电磁阀原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧力把关闭件压在阀座上，阀门关闭。

特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但一般通径不超过25mm。

(二)、分步直动式电磁阀原理：它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口压差≤0.05Mpa，通电时，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。

当入口与出口压差>0.05Mpa，通电时，电磁力先打开先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀和主阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。

特点：在零压差或真空、高压时亦能可靠工作，但功率较大，要求竖直安装。

(三)、先导式电磁阀原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速进入上腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，推动关闭件向下移动，关闭阀门。

特点：流体压力范围上限很高，但必须满足流体压差条件3）电磁阀的选型依据：一、根据管道参数选择电磁阀的：通径规格(即DN)、接口方式1、按照现场管道内径尺寸或流量要求来确定通径(DN)尺寸。

2、接口方式，一般>DN50要选择法兰接口，≤DN50则可根据用户需要自由选择。

二、根据流体参数选择电磁阀的：材质、温度组1、腐蚀性流体：宜选用耐腐蚀电磁阀和全不锈钢；食用超净流体：宜选用食品级不锈钢材质电磁阀。

2、高温流体：要选择采用耐高温的电工材料和密封材料制造的电磁阀，而且要选择活塞式结构类型的。

3、流体状态：大至有气态，液态或混合状态，特别是口径大于DN25订货时一定要区分开来。

4、流体粘度：通常在50cSt以下可任意选择，若超过此值，则要选用高粘度电磁阀。

三、根据压力参数选择电磁阀的：原理和结构品种1、公称压力：这个参数与其它通用阀门的含义是一样的，是根据管道公称压力来定。

2、工作压力：如果工作压力低则必须选用直动或分步直动式原理；最低工作压差在0.04Mpa以上时直动式、分步直动式、先导式均可选用。

四、电气选择：电压规格应尽量优先选用AC220V、DC24较为方便。

五、根据持续工作时间长短来选择：常闭、常开、或可持续通电1、当电磁阀需要长时间开启，并且持续的时间多余关闭的时间应选常开型。

2、要是开启的时间短或开和关的时间不多时，则选常闭型。

3、但是有些用于安全保护的工况，如炉、窑火焰监测，则不能选常开的，应选可长期通电型。

2.6 电器控制系统设计功能树2.7 系统负载速度图第三章机械传动设计3.1 有关限位开关SQ1的说明限位开关SQ1用于在钻头向工件快进过程中判断其之间距离，采用双极霍尔开关元件177A.霍尔开关原理简述如下：当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应.两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为U=K·I·B/d.其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度.霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求.霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的，当B值达到一定的程度时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转.输出端一般采用晶体管输出，和接近开关类似有NPN、PNP、常开型、常闭型、锁存型（双极性）、双信号输出之分.霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作.霍尔开关可应用于接近开关，压力开关，里程表等，作为一种新型的电器配件.其内部原理图如图3.1所示：图3.1钻头向工件方向快进，当接近工件设定的距离时，霍尔开关元件开始作用，发出信号给限位开关SQ1,SQ1动作输出信号给PLC.3.2 有关限位开关SQ3的说明限位开关SQ3用于钻头快速退回到原始位置时，发出信号给PLC控制钻头停止移动，其型号选择及工作原理如上文限位开关SQ1.3.3 有关限位开关SQ2的说明：限位开关SQ2用于钻头钻削到预定深度时，其动作输出信号给PLC控制钻头快速退回.通过步进电机驱动滚珠丝杠转动从而带动钻头旋转，设定工件需要钻削的深度值，通过计算滚珠丝杠转动的转数计算出钻头钻削工件是否到达预定深度.3.4滚珠丝杠的介绍、选择及计算说明1）滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。