機床電氣控制技術-第2章-機床電氣控制線路的分析及設計

第二章機床電氣控制線路的分析及設計臥式車床的電氣控制線路分析機床電氣設計的一般內(nèi)容機床電氣控制線路的設計機床電氣控制線路設計舉例要了解機床的主要技術性能及機械傳動、液壓和氣動的工作原理。弄清各電動機的安裝部位、作用、規(guī)格和型號。初步掌握各種電器的安裝部位、作用以及各操縱手柄、開關、控制按鈕的功能和操縱方法。注意了解與機床的機械、液壓發(fā)生直接聯(lián)系的各種電器的安裝部位及作用。如：行程開關、撞塊、壓力繼電器、電磁離合器、電磁鐵等。分析電氣控制系統(tǒng)時，要結合說明書或有關的技術資料將整個電氣線路劃分成幾個部分逐一進行分析。例如：各電動機的起動、停止、變速、制動、保護及相互間的聯(lián)鎖等。本章首先分析幾種臥式機床的電氣控制線路，從中找出規(guī)律，逐步提高閱讀電氣原理圖的能力。分析電氣控制系統(tǒng)時要注意以下幾個問題：2.1臥式車床的電氣控制線路讀圖要領：先主回路，后控制回路，以電機為中心。

一．CW6163B型萬能臥式車床的控制線路

CW6163：最大工件回轉(zhuǎn)半徑630mm,最大工件長度：1500mm，或3000mm。

CW6163B型萬能臥式車床電氣控制線路(1)電動機及控制接觸器M1-KM1：主運動和進給運動;M2-KM2：冷卻泵;M3-KM3：快速運動。

(2)電動機的保護：M1-熱繼電器KR1、空氣開關Q、電流表A;M2-熔斷器FU、熱繼電KR2；M3-熔斷器FU；M3短時工作，不設過載保護。

1.主電路:2、控制回路

接觸器線圈電壓取110V，由變壓器TC提供。機床起、?？刂疲篗1：多點（兩組）控制。SB1、SB3一組，裝于床頭操縱板。SB2、SB4一組，裝于刀架拖板上。ST為機床限位開關，正常工作時被壓下，為主軸起動工作好準備。

起動：M1,M2

ST→SB3(SB4)→KM1(M1)→SB6→KM2(M2)。（順序控制）M1:9-11-23-25-27-29-32-地；M2:

9-11-23-25-27-29-33-35-37-地

M3:Q→SB7(點動)

停止：M1,M2：SB1或SB2或KR1

M2:SB5或KR2

指示燈及照明燈HL2：電源指示燈；HL1：機床工作指示燈；EL:機床照明燈，開關SA。二.C616臥式車床的電氣控制線路C6132：工件最大回轉(zhuǎn)半徑320mm，工件最大長度500mm，750mm，1000mm.

M1-KM1、KM2；FU1；KR1

M2-KM3；KR2；FU2：M2起動后,M1才能起動；

M3-Q2；KR3；FU2。

1.主回路:2．控制回路手柄開關，SA1-1，SA1-2，SA1-3，中間繼電器K。停車位：手柄開關處于中間零位：

SA1-1閉合，SA1-2和SA1-3斷開。

啟動（1）潤滑(并為主軸啟動做好準備)Q1→SA1-1→K和KM3→M2

（2）正轉(zhuǎn)：手柄下壓到位

K→SA1-2→KM3→KM1（3）反轉(zhuǎn)：手柄上提到位

K→SA1-3→KM3→KM2

停車：手柄回到中間位置SA1-1閉合，SA1-2、SA1-3斷開，KM1、KM2斷電，K、KM3得電。

互鎖：KM1與KM2常閉；SA1-2與SA1-3雙重互鎖。零電壓保護：中間繼電器KHL為電源指示燈；EL為機床照明燈，由開關SA2控制。實際的C6132改進很大，主要是加裝了電磁制動。

三．C650臥式車床的電氣控制線路1．主電路

特點：串電阻反接制動及點動調(diào)整。

M1主電動機KM3、KM4;R;KM;KR1;U1;A;KT;M2：冷卻泵電動機

KM1;KR2;FU2;

M3：溜板箱快速移動電動機

KM2;FU2.2.控制電路

電源由變壓器TC提供。FU4，F(xiàn)U5作短路保護

功能：點動調(diào)整；主電機正、反轉(zhuǎn)；主電機反接制動；刀架快速移動。

(1)點動調(diào)整控制

SB6;KM3不自鎖,M1串電阻正轉(zhuǎn).

(2)主電機正、反轉(zhuǎn)控制

正轉(zhuǎn)：KM;KM3

SB1:3-5-15-KM-8-43-5-KM-27-K-43-5-15-13-7-11-KM3-8-4

反轉(zhuǎn)：KM;KM4

SB2:3-5-15-KM-8-4;3-5-KM-27-K-4;3-5-15-21-23-25-KM4-8-4

連鎖:KM3、KM4的常閉觸頭。

思考:交替按SB1和SB2能否實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)直接轉(zhuǎn)換？

(3)反接制動電路

速度繼電器狀態(tài)：正轉(zhuǎn):KM3得電，BV1閉合；反轉(zhuǎn):KM4得電，BV2閉合；停止按鈕SB4:按下：繼電器失電，接入限流電阻。放開：制動開始。正轉(zhuǎn)反接制動3-5-K-17-BV1-23-25-KM4(線圈)-8-4

反轉(zhuǎn)反接制動3-5-K-17-BV2-7-11-KM3(線圈)-8-4

制動結束:電機轉(zhuǎn)速到零，BV1、BV2恢復常開，切斷KM4、KM3.

(4)冷卻泵和快速移動控制

M2:SB3(SB5)→KM1M3:ST→KM2(5)KT的動作

1．CW6163B車床控制電路順序啟動：先主軸后冷卻泵（冷卻泵啟動按鈕在主軸接觸器常開觸頭之后）；主軸多點控制（啟動按鈕并聯(lián)，停止按鈕串聯(lián)）。2．C616臥式車床的電氣控制線路手柄開關控制正反轉(zhuǎn)（“一通兩斷”）；零電壓保護（停電后各接觸器失電，必須重新啟動才能運行）；3．C650臥式車床的電氣控制線路正反轉(zhuǎn)控制：自鎖功能（兩觸頭串聯(lián)后與啟動按鈕并聯(lián)）；反接制動：限流電阻接入；速度繼電器工作特點（隨轉(zhuǎn)向變化的動合觸頭串入“反轉(zhuǎn)”接觸器線圈之前）。點動調(diào)節(jié)：不自鎖。小結補充：X62W萬能升降臺銑床電氣控制線路

一.銑床加工、運動的特點

＊可加工平面、斜面、溝槽；＊加上分度頭可以銑切直齒和螺旋面；＊裝上圓工作臺可以銑切輪和弧形槽。

縱向手柄

十字手柄

1．主運動

銑刀：多刃不連續(xù)切削→飛輪。主軸：正轉(zhuǎn)→裝順銑刀；反轉(zhuǎn)→裝逆銑刀。銑刀一經(jīng)裝上，主軸只能朝一個方向旋轉(zhuǎn)。

2．進給運動：工作臺縱向（左右）；橫向（前后）；垂直六個方向工進及快速移動。

要求：(1)主軸啟動后才能進給;(2)進給先停止，主軸后停止;(3)任一時刻六種進給運動只能有一種。二.控制線路1.主電動機控制線路(1)主電動機起動:M1,KM1;

正反轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)換開關SA5

正轉(zhuǎn):u41-M13,w43-M11,v42-M12;反轉(zhuǎn):u41-M11,w43-M13,v42-M12起動過程：(a)準備：

SA2-1（1-31）接通；

SA2-2（112-105）斷開；

合上Q1，裝好銑刀

(b)多點控制:

起動：

SB1(機床正面)；

SB2（機床側(cè)面）。

停止：

SB3(機床正面)；

SB4（機床側(cè)面）。

(2)接通工作臺進給線路電源:

KM1動合（7-17）：保證主軸先于進給起動。(3)主電動機制動:

SB3或SB4：

3-7動分，切斷KM1、M1；

112-105動合：

103-104-KM1常閉-112-105-YC1。104-108-YC3(離合器)

104-108動合：

(4)

變速瞬時點動：

ST7：

ST7-1（31-9）動合，KM1得電;ST7-2（31-3）動分，M1點動。

(5)換刀制動

換刀:

SA2-1(1-31)斷開，KM1、M1斷電;

SA2-2(112-105)-YC1得電制動.換刀畢:

SA2-1(1-31)接通;

SA2-2(112-105)斷開,YC1失電.

2．進給運動的控制

六個方向進給由手柄通過機械聯(lián)鎖機構，接通相應離合器及行程開關控制電動機M2的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)；

M2正轉(zhuǎn)：

右、下、前，KM2得電；

M2反轉(zhuǎn)：

左，上、后，KM3得電。

縱向手柄：

左、右運動，中間為零位;

十字手柄：

上、下，前、后，中間為零位。

矩形工作臺：

SA1-1+,SA1-2-,SA1-3+

工作臺縱向：SA1-1+,SA1-2-,SA1-3+

(1)向右：

ST1-1+(ST1-2-)

KM1+-ST6-2+-ST4-2+-ST3-2-ST1-1+-KM2(線圈)-M2正轉(zhuǎn)7-17-19-21-23-25-13-14-12-KM2(線圈)

向左：

ST2-1+(ST2-2-)KM1+-ST6-2+-ST4-2+-ST3-2-ST2-1+-KM3(線圈)-M2反轉(zhuǎn)

7-17-19-21-23-25-15-16-12-KM3(線圈)

SA1-1+,SA1-2-,SA1-3+

工作臺橫向、升降：

(2)向下、向前:

ST3-1+(ST3-2-)

KM1+-SA1-3+-ST2-2+-ST1-2+-SA1-1-ST3-1+-KM2-M2正轉(zhuǎn)7-17-27-29-23-25-13-14-12-KM2(線圈)

SA1-1+,SA1-2-,SA1-3+

向上、向后:

ST4-1+(ST4-2-)

KM1+-SA1-3+-ST2-2+-ST1-2+-SA1-1-ST4-1+-KM3-M2反轉(zhuǎn)

7-17-27-29-23-25-15-16-12-KM3(線圈)

(3)進給變速時的瞬時點動

ST6-1+(ST6-2-)操作手柄處于零位，拉出進給變速手柄:

KM1+-SA1-3+-ST2-2+-ST1-2+-ST3-2+-ST4-2+-ST6-1+-KM2-M2正轉(zhuǎn)7-17-27-29-23-21-19-13-14-12-KM2(線圈)不自鎖

(4)進給方向快速移動

SB5或SB6:

選定進給方向KM4+不自鎖,-YC2-(進給離合器)-YC3+（快速離合器）

7-11-KM4(線圈)-12；104-108-YC3。

三．圓形工作臺的控制

SA1-1-,SA1-2+,SA1-3-

KM1+-ST6-2+-ST4-2+-ST3-2-ST1-2+-ST2-2+-SA1-2+-KM2-M2正轉(zhuǎn)

7-17-19-21-23-29-27-13-14-12-KM2(線圈)四．各類互鎖

1．矩形工作臺與圓工作臺的互鎖

矩形工作臺：SA1-1+,SA1-2-,SA1-3+；

圓工作臺：SA1-1-,SA1-2+,SA1-3-。2．六個進給方向的互鎖

手柄開關：ST1,ST2,ST3,ST4

右：ST1-1+，ST1-2-，KM3常閉；

左：ST2-1+，ST2-2-，KM2常閉；

前、下：ST3-1+，ST3-2-，

ST1-2+，KM3常閉；

后、上：ST4-1+，ST4-2-，

ST2-2+，KM3常閉；

機械離合器：垂直（上下）進給離合器；橫向（前后）進給離合器：

1．銑床運動的特點：先主軸后進給；主軸旋轉(zhuǎn)方向由銑刀決定；六個進給方向嚴格互鎖。2．主軸制動與換刀制動3．主軸變速和進給變速時的瞬時點動4．進給方向快速移動5．圓形工作臺的控制。小結第二節(jié)機床電氣設計的一般內(nèi)容機床一般都是由機械與電氣兩大部分組成的，設計一臺機床，首先要明確該機床的技術要求，擬定總體技術方案。機床的電氣設計是機床設計的重要組成部分，機床的電氣設計應滿足機床的總體技術方案要求。在這一節(jié)將就機床電氣設計涉及的主要內(nèi)容，以及電氣控制系統(tǒng)如何滿足機床的主要技術性能加以討論。

即機械傳動、液壓和氣動系統(tǒng)的工作特性，以及對電氣控制系統(tǒng)的要求。1.機床主要技術性能2.機床的電氣技術指標即電氣傳動方案，要根據(jù)機床的結構、傳動方式、調(diào)速指標，以及對起制動和正反向要求等來確定。

3.機床電動機的調(diào)速性質(zhì)應與機床的負載特性相適應調(diào)速性質(zhì)是指轉(zhuǎn)矩、功率與轉(zhuǎn)速的關系。設計任何一個機床電力拖動系統(tǒng)都離不開對負載和系統(tǒng)調(diào)速性質(zhì)的研究，它是選擇拖動和控制方案及確定電動機容量的前提。4.正確合理的選擇電氣控制方式是機床電氣設計的主要內(nèi)容

電氣控制方式應能保證機床的使用效能和動作程序、自動循環(huán)等基本動作要求。

5.明確有關操縱方面的要求，在設計中施實。

6.設計應考慮用戶供電電網(wǎng)情況

如電網(wǎng)容量、電流種類、電壓及頻率。

綜上所述，機床電氣設計應包括以下內(nèi)容：

擬定電氣設計任務書(技術條件)。確定電氣傳動控制方案，選擇電動機。設計電氣控制原理圖。選擇電氣元件，并制定電氣元件明細表。設計操作臺、電氣柜及非標準電氣元件。設計機床電氣設備布置總圖、電氣安裝圖，以及電氣接線圖。編寫電氣說明書和使用操作說明書。第三節(jié)機床電器控制線路的設計一般中小型機床電氣傳動控制系統(tǒng)并不復雜，大多數(shù)都是由繼電器接觸器系統(tǒng)來實現(xiàn)的，因此在設計時，第二節(jié)所講述的機床電氣設計的某些內(nèi)容可以省略。其重點就是設計繼電器接觸器控制線路及選擇電氣元件。當機床的控制方案確定后，可根據(jù)各電動機的控制任務不同，參照典型線路逐一分別設計局部線路，然后再根據(jù)各部分的相互關系綜合成完整的控制線路。一、電氣控制線路的電源

在電器控制線路較簡單、電器元件不多的情況下，控制回路電源應盡可能與主回路電源相同，也就是直接采用交流380V或220V，這樣可以簡化供電設備。對于比較復雜的控制線路，控制電路應采用控制電源變壓器，將控制電壓由交流380V或220V降至110V、48V或24V。這是從安全角度考慮的。一般機床照明電路為36V以下電源。這些不同的電壓等級，一般可由同一個控制變壓器提供。直流控制線路多用220V或110V。對于直流電磁鐵、電磁離合器，常用24V直流電源供電。繼電器控制線路有一個共同的特點，就是通過觸點的“通’’和“斷’’來控制電動機或其他電氣設備進而使運動機構動作的。即使是復雜的控制線路，很大一部分也是動合和動斷觸點組合而成的。為了設計方便把它們的相互關系歸納為以下幾個方面。二、控制線路的設計規(guī)律當要求幾個條件同時具備時，才使電器線圈得電動作，可用幾個常開觸點與線圈串聯(lián)的方法實現(xiàn)。如圖2-7a中，K1、K2、K3都動作時接觸器KM才動作，這種關系在邏輯線路中稱“與”邏輯。圖2-7b是一條自動線上各動力頭加工完成后退回原位且夾具拔銷松開的監(jiān)控線路。a)b)圖2-7自動線各動力頭控制的部分監(jiān)控線路所有動力頭加工完成K0動作，動力頭都退到原位K10動作，各夾具松開到位則K12動作。1．動合觸點串聯(lián)當在幾個條件中，只要求具備其中任一條件，所控制的繼電器線圈就能得電，這時可用幾個動合觸點并聯(lián)來實現(xiàn)。這種關系在邏輯線路中叫“或”邏輯。如圖2-8a，只要K1、K2、K3其中之一動作，KM就得電動作。圖2-8b中SB2、SB4為兩地控制起動按鈕，只要其中之一動作，接觸器KM就動作，具備條件之一即可。a)b)

圖2-8兩地控制電路2．動合觸點并聯(lián)

當幾個條件僅具備一個時，繼電器線圈就斷電，可用幾個動斷觸點與控制電器線圈串聯(lián)的方法來實現(xiàn)。如圖2-8b中SB1、SB3兩個停止按鈕，其中一個動作，接觸器就斷電；圖2-9中的SB0各停止按鈕也是如此。圖2-9自動線預?？刂凭€路3．動斷觸點串聯(lián)

當要求幾個條件都具備時，電器線圈才斷電，可用幾個動斷觸點并聯(lián)，再與控制電器線圈串聯(lián)的方法來實現(xiàn)。圖2-9中自動線預停時，可按“預?！卑粹oSB3，由動斷觸點K3、K10和K12所組成的并聯(lián)電路與接觸器KM0線圈串聯(lián)來保證。以實現(xiàn)當所有動力頭已經(jīng)退回原位、夾具拔銷松開、并在原來已發(fā)出“預?！毙盘柣A上，才能使KM0斷電釋放，將控制電路的電源切斷。4．動斷觸點并聯(lián)一般保護電器應既能保證控制線路長期正常運行，又能起到保護電動機及其它電器設備的作用。一旦線路出故障，它的觸點就由“通”轉(zhuǎn)為“斷”。5．保護電路三、控制線路設計的一般問題

1、應盡量避免許多電器依次動作才能接通另一個電器的現(xiàn)象，如圖2-10。a)不適當b)適當圖2-10觸點的合理使用三、控制線路設計的一般問題

2.設計電路時，應正確聯(lián)接電器的線圈。在設計控制電路時，電器線圈的一端應接在電源的同一端。交流電器線圈不能串聯(lián)使用。a)錯誤b)正確圖2-11具有反接制動的線路3.在控制線路中應盡量減少電器觸點數(shù)，以提高線路的可靠性。圖2-12中例舉一些觸點簡化的例子。

例：觸點簡化與合并K2K1K4.設計控制線路時，應盡量減少聯(lián)接導線的數(shù)量與長度（特別是長導線的數(shù)量）。如圖2-13所示，c、d是不適當?shù)慕泳€方式，a、b是適當?shù)?。圖中粗線代表長的接線。（操作點與電氣柜距離較遠、兩點操作的兩點間距離也較遠）

圖2—13電氣元件的合理接線圖2-13電氣元件的合理接線

5.滿足生產(chǎn)要求的前提下，要合理安排各元件的位置，盡可能減少接線，提高經(jīng)濟性和安全可靠性。KAKM1KAKM2a)KAKM1KAKM2b)說明：①a)圖合理，b)圖不合理。線圈應接在下方水平電源線上，因為當KA觸點發(fā)生電弧或碰線等短路故障時，b)圖將導致電源短路，工作不可靠，且安裝接線不方便。SB2SB1KM1KM2KM1c)SB2SB1KM1KM2KM1d)②c)圖合理，d)圖不合理。因為按鈕安裝在面板或操縱臺上，而電器安裝在控制柜內(nèi)，d)圖需4根連線，而c)圖只需3根連線。SB2SB1KM1KM1e)SB2SB1KM1KM1f)③e)圖不合理。通常停止按鈕以前應帶電，此種連接方法不利于檢修，不好判別。④f)圖不安全。因為假如SB2發(fā)生粘連，則SB1無法斷開KM1，由此造成誤操作。兩個交流電器線圈串聯(lián)使用時，每個線圈至多得到1/2的電源電壓，又由于吸合的時間不盡相同，只要有一個線圈先吸合，它線圈上的電感就增大，導致電壓增大，從而使另一個未吸合的線圈達不到所需的工作電壓，這樣兩個線圈不僅不能同時工作，還因它們的等效感抗減小，電路中的電流增大，時間長了可能將兩個線圈燒壞。6.在同一條控制線路中，通常交流電器線圈不能串聯(lián)，只能并聯(lián)。當線圈KM常開觸點斷開時，由于電磁鐵YA線圈的電感很大，儲存的磁能經(jīng)relay放電，而使本應斷開的K重新吸合，產(chǎn)生誤動作。所以應將YA線圈和K線圈分別由KM常開觸點控制。其中：與Y并聯(lián)的電阻Rd稱為放電電阻，為YA提供放電回路，以防止電磁線圈過電壓而燒壞。7.大容量的直流電磁鐵線圈不能與繼電器線圈直接并聯(lián)：看下圖。8.避免電路中有寄生回路和競爭現(xiàn)象產(chǎn)生，如下圖。SB3SB2KM1KM1KR1KR2SB4SB1KM2KM2HLSB3SB2KM1KM1KR1KR2SB4SB1KM2KM2HL當KR1OFF時，KM2經(jīng)過圖示紅色路線形成一個寄生回路而不斷開。修改后電路如右圖：圖a)中：按SB2→(KM1、KT)ON→延時后KM2ON→KTOFF→KT觸點OFF，若在此之前KM2的常開觸點尚未閉合，但KM2常閉觸點先斷開，就回使KM2線圈失電，造成誤動作。這種觸頭的動作時間造成了電路的競爭現(xiàn)象。SB1SB2KM1KM2KTKTKM2a)KM2KM1SB1SB2KM1KM2KTKTKM2KM1b)KM2KM1修改后如圖b)9.控制線路中還應據(jù)具體情況和要求設置相應的檢測儀表、信號指示(HL)及照明(EL)等設備。10.節(jié)約能源，延長電器元件的使用周期，控制電路工作時，除必要的電器通電外，已完成動作任務的電氣盡量不通電。一般要考慮的因素有允許的電流和電壓值，還有結構、可控制電動機的容量等因素，應具體問題具體分析、選用，查手冊。四、常用控制電器元件的選擇：⒈融斷器FU的選擇：⑴對無沖擊電流的負載：如照明電路，IFU>=II,II----電路中的工作電流。⑵對于一臺電動機的融斷器保護：IFU=Ist/2.5或：IFU=（1.5～2.5）Ied⑶對于多臺電動機由一個融斷器保護：IFU>=IM/2.5

IM為電路中可能出現(xiàn)的最大電流。⒉熱繼器KR的選擇：一般使：IKR≈（0.9～1.05）Ied，即熱繼器KR的電流接近或略大于電動機的額定工作電流。⑷對于多臺電動機由一個融斷器保護，且對于多臺電動機不同時啟動，則上述公式中的IM計算方法為：IM為最大一臺電動機的啟動電流，加上其他電動機的額定電流。⒊接觸器的選用：主觸點的額定電流IC：一般根據(jù)電動機容量Pd計算，K：經(jīng)驗常數(shù)，一般取1～1.4，Ud：為電動機的額定電壓。⒋時間繼電器KT的選擇