第3章 常用設(shè)備電氣控制系統(tǒng)分析

1、第第 3 章章 常用設(shè)備電氣控制系統(tǒng)分析常用設(shè)備電氣控制系統(tǒng)分析2 本章通過對典型生產(chǎn)機械電氣控制系統(tǒng)的實例分析本章通過對典型生產(chǎn)機械電氣控制系統(tǒng)的實例分析 （車床、銑床、組合機床等）（車床、銑床、組合機床等）1、進一步學習、掌握電氣控制電路的組成以及各種基本控制電、進一步學習、掌握電氣控制電路的組成以及各種基本控制電 路在具體電氣控制系統(tǒng)的應用。路在具體電氣控制系統(tǒng)的應用。2、掌握分析電氣控制系統(tǒng)的方法，培養(yǎng)閱讀電氣控制圖的能力、掌握分析電氣控制系統(tǒng)的方法，培養(yǎng)閱讀電氣控制圖的能力3、加深對機械設(shè)備中機械、液壓與電氣控制緊密配合的理解，、加深對機械設(shè)備中機械、液壓與電氣控制緊密配合的理解，

2、為實際工作中對設(shè)備電氣控制系統(tǒng)進行分析打下基礎(chǔ)。為實際工作中對設(shè)備電氣控制系統(tǒng)進行分析打下基礎(chǔ)。3 3.1 3.1 設(shè)備控制系統(tǒng)分析概述設(shè)備控制系統(tǒng)分析概述對設(shè)備電氣控制系統(tǒng)進行分析時，首先需要對對設(shè)備電氣控制系統(tǒng)進行分析時，首先需要對設(shè)備整體系統(tǒng)設(shè)備整體系統(tǒng)有所了解，在此基有所了解，在此基礎(chǔ)上，才能有效地針對設(shè)備系統(tǒng)控制要求，分析電氣控制系統(tǒng)的組成與功能。設(shè)礎(chǔ)上，才能有效地針對設(shè)備系統(tǒng)控制要求，分析電氣控制系統(tǒng)的組成與功能。設(shè)備整體系統(tǒng)分析有如下三個方面：備整體系統(tǒng)分析有如下三個方面：1.1.設(shè)備概況調(diào)查設(shè)備概況調(diào)查 通過閱讀生產(chǎn)機械設(shè)備的有關(guān)技術(shù)資料，了解設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)及工作原理、通過閱讀

3、生產(chǎn)機械設(shè)備的有關(guān)技術(shù)資料，了解設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)及工作原理、設(shè)備的傳動系統(tǒng)類型及驅(qū)動方式、主要技術(shù)性能和規(guī)格、運動要求等。設(shè)備的傳動系統(tǒng)類型及驅(qū)動方式、主要技術(shù)性能和規(guī)格、運動要求等。2.2.電氣設(shè)備及電氣元件選用電氣設(shè)備及電氣元件選用 明確電動機作用、型號規(guī)格以及控制要求，了解各種電器的工作原理、控制明確電動機作用、型號規(guī)格以及控制要求，了解各種電器的工作原理、控制作用及功能。作用及功能。3.3.設(shè)備和電氣元件的連接關(guān)系分析設(shè)備和電氣元件的連接關(guān)系分析 了解了被控設(shè)備和采用的電氣設(shè)備、電氣元件的基本狀況，還應確定兩者之了解了被控設(shè)備和采用的電氣設(shè)備、電氣元件的基本狀況，還應確定兩者之間的聯(lián)接關(guān)

4、系，即信息采集傳遞和運動輸出的形式和方法。間的聯(lián)接關(guān)系，即信息采集傳遞和運動輸出的形式和方法。信息采集傳遞過程信息采集傳遞過程是是通過設(shè)備上的各種操作手柄、撞塊、擋鐵以及各種現(xiàn)場信息檢測機構(gòu)作用到主令通過設(shè)備上的各種操作手柄、撞塊、擋鐵以及各種現(xiàn)場信息檢測機構(gòu)作用到主令信號發(fā)出元件上，并將信號采集傳遞到電氣控制系統(tǒng)中；信號發(fā)出元件上，并將信號采集傳遞到電氣控制系統(tǒng)中；運動輸出關(guān)系運動輸出關(guān)系是明確電是明確電氣控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件將驅(qū)動力送到機械設(shè)備上的相應點，并實現(xiàn)設(shè)備要求的氣控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件將驅(qū)動力送到機械設(shè)備上的相應點，并實現(xiàn)設(shè)備要求的各種動作。各種動作。4機械設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的分析步

5、驟：機械設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的分析步驟：1 1）設(shè)備運動分析）設(shè)備運動分析 包括液壓傳動分析。包括液壓傳動分析。2 2）主電路分析）主電路分析 確定電路中用電設(shè)備的數(shù)目、確定電路中用電設(shè)備的數(shù)目、 接線狀況、控制要求接線狀況、控制要求 化整為零化整為零3 3）控制電路分析）控制電路分析 分析各種控制功能的實現(xiàn)分析各種控制功能的實現(xiàn) 經(jīng)過經(jīng)過“化整為零化整為零”，逐步分析了每一個局部電路的工作原理以及各部，逐步分析了每一個局部電路的工作原理以及各部分之間的控制關(guān)系之后，還必須用分之間的控制關(guān)系之后，還必須用“集零為整集零為整”的方法，統(tǒng)觀整個電路的的方法，統(tǒng)觀整個電路的保護環(huán)節(jié)保護環(huán)節(jié)以及電氣原理圖

6、中其他以及電氣原理圖中其他輔助電路輔助電路（如檢測、信號指示、照明等電（如檢測、信號指示、照明等電路）。檢查整個控制線路，看是否有遺漏，特別要從整體角度去進一步檢路）。檢查整個控制線路，看是否有遺漏，特別要從整體角度去進一步檢查和查和理解各控制環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系理解各控制環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，理解電路中每個元件所起的作用。，理解電路中每個元件所起的作用。5 金屬切削機床是進行機械加工的主要設(shè)備，它用切削的方法將金屬毛坯加工金屬切削機床是進行機械加工的主要設(shè)備，它用切削的方法將金屬毛坯加工成有一定形狀、尺寸和表面質(zhì)量的機械零件。常見的金屬切削機床有車床、銑床成有一定形狀、尺寸和表面質(zhì)量的機械零件。常見的金

7、屬切削機床有車床、銑床、磨床、鉆床、組合機床等。、磨床、鉆床、組合機床等。 金屬切削機床的機械運動可分為三類：對金屬工件進行切削的運動稱為金屬切削機床的機械運動可分為三類：對金屬工件進行切削的運動稱為主運主運動（一般為機床主軸的旋轉(zhuǎn)運動動（一般為機床主軸的旋轉(zhuǎn)運動）；持續(xù)地把金屬工件的被切削層投入切削的運）；持續(xù)地把金屬工件的被切削層投入切削的運動稱為動稱為進給運動（即加工工具與加工工件之間的相對運動）進給運動（即加工工具與加工工件之間的相對運動）；而其他的運動（如；而其他的運動（如機床部件的位置調(diào)整運動）統(tǒng)稱為機床部件的位置調(diào)整運動）統(tǒng)稱為輔助運動輔助運動。 臥式車床是機械加工中應用最廣泛的

8、一種機床，能完成多種多樣的加臥式車床是機械加工中應用最廣泛的一種機床，能完成多種多樣的加工工序：（工工序：（1）加工各種軸類、套筒類和盤類零件上的回轉(zhuǎn)表面，如車削）加工各種軸類、套筒類和盤類零件上的回轉(zhuǎn)表面，如車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、環(huán)槽及成型回轉(zhuǎn)面；（內(nèi)外圓柱面、圓錐面、環(huán)槽及成型回轉(zhuǎn)面；（2）車削端面及各種常用螺）車削端面及各種常用螺紋；（紋；（3）配合鉆頭、鉸刀等還可進行孔的加工。）配合鉆頭、鉸刀等還可進行孔的加工。 總體上看，由于臥式車床運動形式簡單，采用機械調(diào)速的方法，因此總體上看，由于臥式車床運動形式簡單，采用機械調(diào)速的方法，因此相應的控制電路也不算復雜。相應的控制電路也不算復雜。

9、6 臥式車床結(jié)構(gòu)圖臥式車床結(jié)構(gòu)圖7 c650c650臥式車床臥式車床：中型車床，可加工的最大工件回轉(zhuǎn)直徑為：中型車床，可加工的最大工件回轉(zhuǎn)直徑為1020mm1020mm，最大工件，最大工件 長度為長度為3000mm3000mm。 車削加工的車削加工的主運動主運動是主軸通過卡盤帶動工件的旋轉(zhuǎn)運動，運動速度較高，消耗的功是主軸通過卡盤帶動工件的旋轉(zhuǎn)運動，運動速度較高，消耗的功率較大；率較大；進給運動進給運動是由溜板箱帶動溜板和刀架作縱、橫兩個方向的運動。速度較低，所是由溜板箱帶動溜板和刀架作縱、橫兩個方向的運動。速度較低，所消耗的功率也較少。由于在車削螺紋時，要求消耗的功率也較少。由于在車削螺紋時

10、，要求主軸的旋轉(zhuǎn)速度與刀具的進給速度保持嚴主軸的旋轉(zhuǎn)速度與刀具的進給速度保持嚴格的比例格的比例，因此，臥式車床的進給運動也由主軸電動機來拖動。由于加工的工件尺寸較，因此，臥式車床的進給運動也由主軸電動機來拖動。由于加工的工件尺寸較大，加工時其轉(zhuǎn)動慣量也比較大，為提高工作效率，須采用大，加工時其轉(zhuǎn)動慣量也比較大，為提高工作效率，須采用停車制動停車制動。在加工時，需要。在加工時，需要配備配備冷卻泵冷卻泵及冷卻泵電動機。為減輕工人的勞動強度以及減少輔助工時，要求及冷卻泵電動機。為減輕工人的勞動強度以及減少輔助工時，要求溜板箱能溜板箱能夠快速移動夠快速移動。1. 1. 主軸電動機主軸電動機m1m1控制

11、要求控制要求 三相籠型異步電動機，完成主軸運動和進給運動的拖動。三相籠型異步電動機，完成主軸運動和進給運動的拖動。 直接起動，能夠正、反兩個方向旋轉(zhuǎn)，并可對正、反兩個旋轉(zhuǎn)方向進行電氣停車直接起動，能夠正、反兩個方向旋轉(zhuǎn)，并可對正、反兩個旋轉(zhuǎn)方向進行電氣停車制動，為加工、調(diào)整方便，還要具有點動功能。制動，為加工、調(diào)整方便，還要具有點動功能。2. 2. 冷卻泵電動機冷卻泵電動機m2m2控制要求控制要求 采用直接起動，并且為連續(xù)工作狀態(tài)。采用直接起動，并且為連續(xù)工作狀態(tài)。3. 3. 快移電動機快移電動機m3m3控制要求控制要求 可根據(jù)需要隨時手動控制起停?？筛鶕?jù)需要隨時手動控制起停。891.c650

12、1.c650車床主電路分析車床主電路分析m1m1（主軸電路）（主軸電路）：km1km1、km2km2實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)；實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)；km3km3用于點動和反接制動時用于點動和反接制動時 串入電串入電阻阻r r限流；限流；ktkt與電流表與電流表papa用于檢測運行電流；用于檢測運行電流；速度繼電器速度繼電器srsr用于反接制動時轉(zhuǎn)速用于反接制動時轉(zhuǎn)速的過零檢測。的過零檢測。m2m2（冷卻泵電動機）（冷卻泵電動機）： km4km4用于起停控制（長動）。用于起?？刂疲ㄩL動）。m3m3（快移電動機）（快移電動機）： km5km5用于起停（點動）控制。用于起停（點動）控制。分別由熔斷器分別由熔斷器fu1fu1

13、、fu2fu2、fu3fu3對電動機對電動機m1m1、m2m2、m3m3實現(xiàn)實現(xiàn)短路保護短路保護，由熱繼電器，由熱繼電器fr1fr1、fr2fr2對對m1m1和和m2m2進行進行過載保護過載保護，快速移動電動機，快速移動電動機m3m3由于由于是短時工作制是短時工作制，所以不需要過載保護。，所以不需要過載保護。10sb2fr1sb3sb4kmsb11kakakm2km2km3km1kasb4sb2fr1sb3sb4kmnnsr-1sr-2sb11kakakm2kakm2km3km1kasb4km1kakm3ktkm2km1kakm3km22.2.控制電路分析控制電路分析主軸電動機主軸電動機m1m

14、1的控制的控制點動（正向）點動（正向）正反轉(zhuǎn)控制正反轉(zhuǎn)控制反接制動（反接制動（限流）限流） 11冷卻泵電動機冷卻泵電動機的控制：的控制： sb7sb7、sb6sb6及及km4km4構(gòu)構(gòu)成起、?？刂齐娐罚撼善?、?？刂齐娐罚旱都艿目焖僖苿与姍C刀架的快速移動電機m3m3的的控制控制： 刀架操縱手柄控刀架操縱手柄控制刀架拖板的工步移動制刀架拖板的工步移動和快速移動。和快速移動。 按動操作手柄點按動操作手柄點動按鈕，壓下位置開關(guān)動按鈕，壓下位置開關(guān)sqkm5sqkm5線圈通電線圈通電電電動機動機m3m3點動。點動。照明電路：照明電路：123.3 銑床電氣控制系統(tǒng)分析銑床電氣控制系統(tǒng)分析 在機械加工工藝中

15、，銑削是一種高效率的加工方式。銑床的種類很多，在機械加工工藝中，銑削是一種高效率的加工方式。銑床的種類很多，有立銑、臥銑、龍門銑、仿形銑以及各種專用銑床等，現(xiàn)以應用廣泛的臥有立銑、臥銑、龍門銑、仿形銑以及各種專用銑床等，現(xiàn)以應用廣泛的臥式萬能升降臺銑床為例分析中小型銑床的控制電路。式萬能升降臺銑床為例分析中小型銑床的控制電路。3.3.1臥式銑床的主要結(jié)構(gòu)和運動形式分析臥式銑床的主要結(jié)構(gòu)和運動形式分析 該銑床主要由床身、主軸、懸梁、刀桿支架、工作臺、升降工作臺、該銑床主要由床身、主軸、懸梁、刀桿支架、工作臺、升降工作臺、 底座、滑座等部分組成底座、滑座等部分組成 。 一般中小型銑床都采用三相籠型

16、異步電動機拖動，一般中小型銑床都采用三相籠型異步電動機拖動，主軸帶動銑刀的主軸帶動銑刀的旋轉(zhuǎn)運動稱為主運動旋轉(zhuǎn)運動稱為主運動，它有順銑和逆銑兩種加工方式，并且同工作臺，它有順銑和逆銑兩種加工方式，并且同工作臺的進給運動之間無速度比例協(xié)調(diào)的要求，所以主軸的拖動由一臺主軸的進給運動之間無速度比例協(xié)調(diào)的要求，所以主軸的拖動由一臺主軸電路承擔。電路承擔。 13銑床結(jié)構(gòu)簡圖銑床結(jié)構(gòu)簡圖1.底座底座 2.進給傳動進給傳動 3.立柱立柱 4.底槽底槽 5.操作手柄操作手柄 6.升降臺升降臺 7.水平工水平工作臺作臺 8.前支撐前支撐 9.懸梁懸梁 10.中間支撐中間支撐 11.刀桿刀桿 12.銑刀軸銑刀軸

17、13.主傳動主傳動 14.主軸電動機主軸電動機14 水平工作臺水平工作臺可在可在上下、左右及前后三個方向上下、左右及前后三個方向上進行進給運動或調(diào)整位置，各運上進行進給運動或調(diào)整位置，各運動部件在三個方向上的運動由同一臺進給電動機拖動；動部件在三個方向上的運動由同一臺進給電動機拖動； 工作臺上還可以安裝工作臺上還可以安裝圓工作臺圓工作臺，使用圓工作臺可銑削圓弧、凸輪。，使用圓工作臺可銑削圓弧、凸輪。 進給電動機經(jīng)機械傳動鏈傳動，通過機械離合器在選定的進給方向上驅(qū)動工作臺進給電動機經(jīng)機械傳動鏈傳動，通過機械離合器在選定的進給方向上驅(qū)動工作臺移動進給，進給運動的傳遞示意圖移動進給，進給運動的傳遞示

18、意圖3.3.2電力拖動及控制要求分析電力拖動及控制要求分析 1. 1. 主軸電動機主軸電動機m1m1控制控制 m1m1空載時空載時直接起動直接起動；為完成順銑和逆銑，需要；為完成順銑和逆銑，需要正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；為提高工；為提高工作效率，要求有作效率，要求有停車制動停車制動控制；同時從安全和操作方便考慮，控制；同時從安全和操作方便考慮，換刀時主軸換刀時主軸也處于制動狀態(tài)也處于制動狀態(tài)；主軸電動機可在；主軸電動機可在兩處進行起?？刂苾商庍M行起停控制；為保證變速時齒輪；為保證變速時齒輪易于嚙合，要求變速時主軸電路有易于嚙合，要求變速時主軸電路有點動控制點動控制。橫向移動傳動鏈垂直移動傳動鏈縱向

19、移動傳動鏈機械離合器進給移動傳動鏈快速移動傳動鏈進給移動電磁離合器快速移動電磁離合器15 2. 2.進給電動機進給電動機m2m2控制控制 直接起動直接起動；為滿足縱向、橫向、垂直方向的往返運動，要求電動機能；為滿足縱向、橫向、垂直方向的往返運動，要求電動機能 正反轉(zhuǎn)正反轉(zhuǎn)；為提高生產(chǎn)率，空行程時應；為提高生產(chǎn)率，空行程時應快速移動快速移動；進給變速時，也需要；進給變速時，也需要瞬時瞬時 點動點動控制；從設(shè)備使用安全考慮，各控制；從設(shè)備使用安全考慮，各進給運動之必須聯(lián)鎖進給運動之必須聯(lián)鎖，并由手柄操作，并由手柄操作 機械離合器選擇進給運動的方向。機械離合器選擇進給運動的方向。 3. 3.電動機電

20、動機m3m3拖動冷卻泵拖動冷卻泵，在銑削加工時提供切削液。，在銑削加工時提供切削液。 4.4.加工零件時，為保證設(shè)備安全，要求主軸電動機起動以后，進給加工零件時，為保證設(shè)備安全，要求主軸電動機起動以后，進給 電動機方能起動工作。電動機方能起動工作。 3.3.3銑床電氣控制系統(tǒng)分析銑床電氣控制系統(tǒng)分析控制線路可分為主電路、控制電路和照明電路三部分控制線路可分為主電路、控制電路和照明電路三部分. 16171.1.主電路分析主電路分析182.2.控制電路分析控制電路分析( (化整為零）化整為零） 主軸電動機m1控制（起動控制、瞬時點動、（起動控制、瞬時點動、兩處起停、停車制動、換刀制動）兩處起停、停

21、車制動、換刀制動）19進給電動機進給電動機m2m2控制控制sa1sa1為工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)為工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)，水平工作臺：，水平工作臺：sa1-1sa1-1與與sa1-3sa1-3閉合；圓工作臺：閉合；圓工作臺：sal-2sal-2閉合。閉合。 水平工作臺控制電路水平工作臺控制電路正反轉(zhuǎn)控制正反轉(zhuǎn)控制順序控制順序控制（見前頁）（見前頁）縱向、橫向、垂直進給，互鎖縱向、橫向、垂直進給，互鎖正向點動正向點動 快移（見前頁）快移（見前頁）水平工作臺的操作手柄工作臺控制電路20 組合機床是根據(jù)特定工件規(guī)定的加工工藝要求而設(shè)計制造的一種組合機床是根據(jù)特定工件規(guī)定的加工工藝要求而設(shè)計制造的一種高效率自動化專用加

22、工設(shè)備。常采用多刀（多軸）、多面、多工位同高效率自動化專用加工設(shè)備。常采用多刀（多軸）、多面、多工位同時進行銑、鉆、擴、鉸、鏜等加工工作，并且具有自動循環(huán)工作的功時進行銑、鉆、擴、鉸、鏜等加工工作，并且具有自動循環(huán)工作的功能，在機械制造業(yè)中得到了廣泛的應用。能，在機械制造業(yè)中得到了廣泛的應用。 組合機床通常由具有一定功能的通用部件（如動力部件、輸送部組合機床通常由具有一定功能的通用部件（如動力部件、輸送部件、支撐部件、控制部件等）和加工專用部件（如多軸箱、夾具等）件、支撐部件、控制部件等）和加工專用部件（如多軸箱、夾具等）組成，其中動力部件是組合機床通用部件中最主要的一類部件。動力組成，其中動

23、力部件是組合機床通用部件中最主要的一類部件。動力部件常采用電動機驅(qū)動或液壓驅(qū)動系統(tǒng)，由電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)工作自部件常采用電動機驅(qū)動或液壓驅(qū)動系統(tǒng)，由電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)工作自動循環(huán)的控制，是典型的機電、機電液一體化的高自動化加工設(shè)備。動循環(huán)的控制，是典型的機電、機電液一體化的高自動化加工設(shè)備。 對于由多動力部件構(gòu)成的組合機床，其控制通常有三方面的工作對于由多動力部件構(gòu)成的組合機床，其控制通常有三方面的工作要求：要求： 動力部件的點動功能及復位控制。動力部件的點動功能及復位控制。 動力部件的單機自動工作循環(huán)控制動力部件的單機自動工作循環(huán)控制( (也稱半自動控制也稱半自動控制) )。 整機全自動工作循環(huán)

24、控制。整機全自動工作循環(huán)控制。21銑削工作滑臺右銑削頭工件 左銑削頭左機滑臺右機滑臺3.4.1機床的結(jié)構(gòu)及運動機床的結(jié)構(gòu)及運動22銑削頭(左)快進銑削頭(右)快進銑削頭(左)快進銑削工作臺快進銑削工作臺工進銑削頭快退銑削工作臺快退sb6 sq4sq6sq1sq7 sq5sq2sq3sq6sq4sq1組合機床工作循環(huán)圖23組合機床液壓系統(tǒng)和工作循環(huán)示意圖yd1-1yd1-2yd3-1yd3-2yd2sq1sq1sq1sq6sq7待加工工作滑臺的工件sq4sq5yd4-1yd4-2機床左動力滑臺液壓泵站機床右動力滑臺yd2-1yd1yd3yd4刀具快進快退快退快進快退工進快進24組合機床的電器動作

25、關(guān)系表工步電磁換向閥線圈通電狀態(tài)電動機運行轉(zhuǎn)換主令yd1-1yd1-2yd2-1yd3-1yd3-2yd4-1yd4-2m2m3銑削頭快進 +sb6銑削工作臺快進+sq5、sq7銑削工作臺工進+sq2銑削頭快退+sq3銑削工作臺快退+sq4、sq6停止sq1備注左動力滑臺右動力滑臺刀具電動機25組合機床組合機床的控制流的控制流程圖程圖開始ka1ka2ka3ka4ka5ka7ka6sb6 sq1sq6 sq7sq1sq2sq3ka11sq6ka8ka9ka10sq4 sq5sq4yd3-1 yd4-2yd1-1yd2-1yd3-2yd4-1yd1-1yd1-2銑削頭(左)快進銑削頭(右)快進銑削頭(左、右)快進到位銑削工作臺快進銑削工作臺工進銑削頭(左、右)快退銑削頭(左、右)快退到位銑削工作臺快退26組組合合機機床床（雙雙面