電氣控制與PLC技術(shù)課件第4章

Ch4電氣控制線路經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)

4.1電氣設(shè)計(jì)的基本原則4.2機(jī)床電力拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇4.3電氣控制線路設(shè)計(jì)4.4機(jī)床常用電器的選擇4.5電氣控制線路設(shè)計(jì)舉例本章要求1.了解電氣控制線路設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容。2.理解電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般程序。3.掌握電氣控制線路設(shè)計(jì)的原則。4.能夠利用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的電氣控制線路。

生產(chǎn)機(jī)械一般由機(jī)械和電氣兩大部分組成。其中，電氣控制系統(tǒng)是生產(chǎn)機(jī)械的重要組成部分，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械能否正確、可靠和安全的工作起著決定性作用。一個(gè)好的電氣控制系統(tǒng)，必須既能滿足生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求，又要符合經(jīng)濟(jì)性原則，還要安全可靠、操作維護(hù)方便。生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理與否，將直接影響其工作性能及先進(jìn)性。由各種低壓電器組成的電氣自動(dòng)控制線路，具有線路簡(jiǎn)單、維修方便、成本低等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)設(shè)備電氣控制領(lǐng)域。

電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)：根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)控制系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)和編制設(shè)備的制造、使用和維修過(guò)程中所必須的圖紙、資料，主要包括電氣原理圖、電氣元件布置圖、安裝接線圖等，編制外購(gòu)元件目錄、材料消耗清單，編寫說(shuō)明書(shū)等資料。電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括電氣原理圖設(shè)計(jì)和電氣工藝設(shè)計(jì)兩大部分內(nèi)容。電氣原理圖設(shè)計(jì)是為滿足生產(chǎn)機(jī)械及其工藝要求而進(jìn)行的電路設(shè)計(jì)，決定了生產(chǎn)機(jī)械的實(shí)用性和先進(jìn)性，是電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心；電氣工藝設(shè)計(jì)是為電氣控制裝置的制造、使用、運(yùn)行及維修的需要而進(jìn)行的生產(chǎn)施工設(shè)計(jì)，如開(kāi)關(guān)柜柜體設(shè)計(jì)、布線工藝設(shè)計(jì)等。電氣工藝設(shè)計(jì)必須在電氣原理圖設(shè)計(jì)完成后，根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求，合理考慮。

4.1電氣設(shè)計(jì)的基本原則

1．熟悉所設(shè)計(jì)機(jī)床（設(shè)備）的總體技術(shù)要求及工作過(guò)程，清楚其它系統(tǒng)對(duì)電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)要求。2．了解機(jī)床（設(shè)備）的現(xiàn)場(chǎng)工作條件，供電情況及測(cè)量?jī)x表的種類。3．通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選擇性能價(jià)格比最佳的傳動(dòng)方案和控制方案。4．設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單合理、技術(shù)先進(jìn)、工作可靠、維修方便的電氣控制電路。進(jìn)行模擬試驗(yàn)，驗(yàn)證控制電路能否滿足機(jī)床的工藝要求。5．保證使用的安全性，貫徹最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

一、機(jī)床電氣設(shè)計(jì)的基本要求1．?dāng)M定電氣設(shè)計(jì)的技術(shù)條件（任務(wù)書(shū)）；2．確定電力傳動(dòng)方案和控制方案；3．確定電動(dòng)機(jī)容量；4．設(shè)計(jì)電氣控制原理圖；5．選擇電氣元器件及裝置；制定電氣設(shè)備裝置、元件、器件的清單及備件，易損件的清單；6．繪制電氣安裝圖、位置圖、互連圖；7．設(shè)計(jì)電氣柜、操作臺(tái)、配電板及非標(biāo)準(zhǔn)器件與零件；8．編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)及使用說(shuō)明書(shū)，包括順序說(shuō)明、維修說(shuō)明及調(diào)整方法。

根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)上述步驟可作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。二、機(jī)床電氣設(shè)計(jì)的內(nèi)容及設(shè)計(jì)步驟

電氣設(shè)計(jì)的技術(shù)條件通常以設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的形式表達(dá)。它是整個(gè)電氣設(shè)計(jì)的依據(jù)。在任務(wù)書(shū)中，除了簡(jiǎn)要說(shuō)明所設(shè)計(jì)的機(jī)床（設(shè)備）型號(hào)、用途、工藝過(guò)程、技術(shù)性能、傳動(dòng)參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)工作條件外，還必須說(shuō)明：1．用戶供電電網(wǎng)的種類、電壓、頻率及容量；2．有關(guān)電氣傳動(dòng)的基本特性，如運(yùn)動(dòng)部件的數(shù)量和用途、負(fù)載特性、調(diào)速指標(biāo)、電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反向和制動(dòng)要求等；3．有關(guān)電氣控制的特性，如電氣控制的基本方式、自動(dòng)工作循環(huán)的組成、自動(dòng)控制的動(dòng)作順序、電氣保護(hù)及聯(lián)鎖條件等；4．有關(guān)操作方面的要求，如操作臺(tái)的布置、測(cè)量顯示、故障報(bào)警及照明等要求；5．機(jī)床主要電氣設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)、執(zhí)行電器和行程開(kāi)關(guān)等）的參數(shù)及布置框圖；該技術(shù)任務(wù)書(shū)是依據(jù)所設(shè)計(jì)機(jī)床（設(shè)備）的總體技術(shù)方案擬定的。

三、電氣設(shè)計(jì)的技術(shù)條件

四、機(jī)床電力傳動(dòng)方案的確定

1.確定機(jī)床傳動(dòng)的調(diào)速方式

生產(chǎn)機(jī)械從生產(chǎn)工藝和節(jié)能等方面考慮往往要求能夠調(diào)速，不同的設(shè)備有不同的調(diào)速范圍和精度要求，不同的調(diào)速性能應(yīng)選用不同的調(diào)速方案。

機(jī)床傳動(dòng)的調(diào)速方式一般可分為機(jī)械調(diào)速和電氣控制調(diào)速。前者是通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變速機(jī)構(gòu)或液壓裝置，對(duì)機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)速。后者是采用直流電動(dòng)機(jī)或交流電動(dòng)機(jī)以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，以達(dá)到機(jī)床無(wú)級(jí)和自動(dòng)調(diào)速的目的。

對(duì)于一般中小型生產(chǎn)機(jī)械，無(wú)特殊調(diào)速指標(biāo)要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠的三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，配以適當(dāng)級(jí)數(shù)的齒輪變速箱或液壓調(diào)速系統(tǒng)。若需進(jìn)一步簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、提高傳動(dòng)效率、擴(kuò)大調(diào)速范圍，如調(diào)速范圍D=2～3、調(diào)速級(jí)數(shù)≤4時(shí)，可采用雙速或多速鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。對(duì)于大型、重型生產(chǎn)機(jī)械和精密機(jī)械，應(yīng)盡可能采用電氣無(wú)級(jí)調(diào)速，一般采用晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)或交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、維護(hù)困難，變頻調(diào)速技術(shù)已日益成熟。變頻電機(jī)采用“專用變頻感應(yīng)電動(dòng)機(jī)+變頻器”的交流調(diào)速方式，使生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率大為提高，目前正取代傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)速和直流調(diào)速方案。2.傳動(dòng)方式與其負(fù)載特性相適應(yīng)

在確定機(jī)床電力傳動(dòng)方案時(shí)，必須對(duì)電力傳動(dòng)的調(diào)速性質(zhì)和其負(fù)載特性進(jìn)行分析，找出電動(dòng)機(jī)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)矩、功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系[T=f（n）；P=f（n）]。確定負(fù)載需要恒功率傳動(dòng)，還是恒轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)

。(Y-YY接適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，△-YY接適用于恒功率調(diào)速。)3.電動(dòng)機(jī)的起制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)的要求

在機(jī)床的傳動(dòng)控制中，采用電氣控制電動(dòng)機(jī)的起制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)是較為簡(jiǎn)單的一種控制方式。對(duì)于一般較小容量的電動(dòng)機(jī)，其容量不超過(guò)供電變壓器容量的20%，一般可采用直接起動(dòng)。

必須采取限制起動(dòng)電流或起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的措施。常用的方法有：在定子電路中串入電阻或電抗，星三角起動(dòng)和延邊三角形起動(dòng)，使用自耦變壓器降壓起動(dòng)等。若在電網(wǎng)允許的壓降內(nèi)，為了提高電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，有時(shí)可采取某些措施，例如，對(duì)繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接對(duì)稱電阻的起動(dòng)。傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)是否需要制動(dòng)，這要根據(jù)機(jī)床工作需要而定。若無(wú)特殊要求，一般采用反接制動(dòng)，這樣可使控制線路簡(jiǎn)化。若在制動(dòng)過(guò)程中要求平穩(wěn)、準(zhǔn)確，而且不允許有反轉(zhuǎn)情況發(fā)生，則必須采取其它可靠的制動(dòng)措施，如能耗制動(dòng)方式，電磁制動(dòng)器，錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)等。對(duì)于其它一些要求起制動(dòng)頻繁、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確的精密機(jī)床設(shè)備，除必須采用限制電動(dòng)機(jī)起制動(dòng)電流以外，還需要采用反饋控制系統(tǒng)、高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)或其它較復(fù)雜的控制方式，以滿足機(jī)床的控制要求。

對(duì)于超過(guò)電網(wǎng)允許壓降的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)或?qū)C(jī)床運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生過(guò)大的動(dòng)態(tài)應(yīng)力的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，

在確定控制方案時(shí)，需要綜合考慮各方案的性能、成本、壽命、發(fā)展趨勢(shì)等因素，主要遵循以下原則：自動(dòng)化程度要與國(guó)情相適應(yīng)。盡可能選用最新科技成果，同時(shí)要與企業(yè)自身經(jīng)濟(jì)實(shí)力相適應(yīng)?？刂品绞綉?yīng)與設(shè)備通用化和專用化的程度相適應(yīng)。對(duì)于工作程序固定，無(wú)需經(jīng)常改變程序的普通生產(chǎn)機(jī)械，可采用繼電接觸器控制系統(tǒng)，控制方法簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，能夠控制的功率較大；對(duì)于要求較復(fù)雜的控制對(duì)象，或經(jīng)常變換工序和加工對(duì)象的設(shè)備，可采用數(shù)字控制或可編程序控制器控制系統(tǒng)?？刂品绞诫S控制過(guò)程的復(fù)雜程度而變化。根據(jù)控制要求及控制過(guò)程的復(fù)雜程度，可采用分散控制或集中控制，但單機(jī)的控制方式和基本控制環(huán)節(jié)應(yīng)盡量保持一致，以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和制造過(guò)程。五、機(jī)床電氣控制方案的確定

控制系統(tǒng)的工作方式，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)、安全的前提下，最大限度地滿足工藝要求。控制方案選擇，應(yīng)考慮采用自動(dòng)、半自動(dòng)循環(huán)，并考慮手動(dòng)調(diào)整、聯(lián)鎖、安全保護(hù)、故障診斷、信號(hào)指示、照明等?？刂齐娐返碾娫幢仨毧煽俊：?jiǎn)單控制電路可直接用電網(wǎng)電源；較復(fù)雜電路的控制裝置，可將電網(wǎng)電壓隔離降壓，以降低故障率；自動(dòng)化程度較高的生產(chǎn)設(shè)備，可采用直流電源，有助于節(jié)省安裝空間，方便與無(wú)觸點(diǎn)元件連接，使元件動(dòng)作平穩(wěn)，操作維修也安全。

控制方式主要有時(shí)間控制、速度控制、電流控制及行程控制：時(shí)間控制方式：利用時(shí)間繼電器或可編程邏輯控制器的延時(shí)單元將感測(cè)系統(tǒng)接收到的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延時(shí)后再發(fā)出輸出信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)電路的切換。速度控制方式：利用速度繼電器或測(cè)速發(fā)電機(jī)，直接或間接的檢測(cè)某機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)速度，按照速度原則實(shí)現(xiàn)電路的控制。電流控制方式：借助于電流繼電器，其動(dòng)作反映了某一電路中電流的變化，從而實(shí)現(xiàn)按電流原則的控制。行程控制方式：利用生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件與事先安排好位置的行程開(kāi)關(guān)或接近開(kāi)關(guān)進(jìn)行配合，達(dá)到位置控制的作用。六、控制方式的選擇

電氣工藝設(shè)計(jì)的主要目的在于方便電氣控制裝置的制造，實(shí)現(xiàn)原理圖設(shè)計(jì)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，為設(shè)備調(diào)試、使用和維護(hù)提供必要的圖紙資料。其主要內(nèi)容包括：

1）根據(jù)電氣原理圖和選定的電器元件，設(shè)計(jì)電氣設(shè)備的總體配置，繪制電氣控制系統(tǒng)的總裝配圖和總接線圖?？偨泳€圖應(yīng)體現(xiàn)電動(dòng)機(jī)、執(zhí)行電器、電器箱組件、操作臺(tái)、電源和檢測(cè)元件的分布狀況以及各部分間的接線關(guān)系，以供裝配、調(diào)試及日常維護(hù)使用。2）按照原理框圖或劃分的組件進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，繪制各組件原理圖，列出元件目錄表，并根據(jù)總圖編號(hào)統(tǒng)計(jì)各組件的進(jìn)出線號(hào)?！镫姎夤に囋O(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

★電氣工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（續(xù)）

3）根據(jù)組件原理電路及選定的元件目錄表，設(shè)計(jì)組件裝配圖、接線圖，圖中應(yīng)反映出各電器元件的安裝方式與接線方式。4）根據(jù)組件裝配要求，繪制電器安裝板和非標(biāo)準(zhǔn)電器安裝零件圖。5）設(shè)計(jì)電氣箱。6）根據(jù)總圖、組件原理圖等資料，匯總后列出外購(gòu)清單、標(biāo)準(zhǔn)件清單和主要材料消耗定額等。7）編寫使用維護(hù)說(shuō)明書(shū)。

在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，首先應(yīng)選擇合適的功率；其次，應(yīng)綜合考慮電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電壓、結(jié)構(gòu)形式等。選擇的基本原則如下：電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械提出的要求，要與被拖動(dòng)負(fù)載特性相適應(yīng)，以保證運(yùn)行穩(wěn)定，并具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，對(duì)有調(diào)速要求時(shí)應(yīng)合理選擇調(diào)速方案。電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能滿足機(jī)械設(shè)計(jì)提出的安裝要求，選擇恰當(dāng)?shù)氖褂妙悇e和工作制，并能適應(yīng)周圍環(huán)境的工作條件。工作過(guò)程中電動(dòng)機(jī)容量能得到充分利用，使其溫升盡可能達(dá)到或接近額定溫升值。電動(dòng)機(jī)的電壓選擇應(yīng)根據(jù)使用地點(diǎn)的電源電壓來(lái)決定，額定功率根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的功率負(fù)載和轉(zhuǎn)矩負(fù)載來(lái)選擇。在滿足設(shè)計(jì)要求情況下，應(yīng)優(yōu)先采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、維護(hù)方便的籠型三相交流異步電動(dòng)機(jī)。4.2機(jī)床電力拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇

一、機(jī)床用電動(dòng)機(jī)容量的選擇1．機(jī)床主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量的選擇

（1）調(diào)查統(tǒng)計(jì)類比法

臥式車床主電動(dòng)機(jī)的功率：

式中P——主拖動(dòng)電機(jī)功率（kW）D——工件最大直徑（m）立式車床主電動(dòng)機(jī)的功率：

式中D——工件最大直徑（m）（2）分析計(jì)算法

可根據(jù)機(jī)床總體設(shè)計(jì)中對(duì)機(jī)械傳動(dòng)功率的要求，確定機(jī)床拖動(dòng)用電動(dòng)機(jī)功率。即知道機(jī)械傳動(dòng)的功率，可計(jì)算出所需電動(dòng)機(jī)功率：

式中P——電動(dòng)機(jī)功率；

P1——機(jī)械傳動(dòng)軸上的功率；——生產(chǎn)機(jī)械效率；——電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械之間的傳動(dòng)效率。

式中——機(jī)床總效率，一般主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床為0.7～0.85；主運(yùn)動(dòng)為往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床為0.6～0.7（結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的取大值，復(fù)雜的取小值）。計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的功率，僅僅是初步確定的數(shù)據(jù)，還要根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行分析，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行校驗(yàn)，最后確定其容量。P=

P=（3）節(jié)能查表法

當(dāng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性很硬，以致電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在整個(gè)工作過(guò)程中可以認(rèn)為近似不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率近似與轉(zhuǎn)矩成正比。此時(shí)，等效負(fù)載P為：例：某機(jī)床負(fù)載如圖所示，試選一臺(tái)四級(jí)Y系列電動(dòng)機(jī)。由上式算得等效負(fù)載：P=5.4kWPt1002003004005006007000116.95.5

P=

P=所需電動(dòng)機(jī)功率（kW）電動(dòng)機(jī)型號(hào)應(yīng)選電動(dòng)機(jī)功率（kW）所需電動(dòng)機(jī)功率（kW）電動(dòng)機(jī)型號(hào)應(yīng)選電動(dòng)機(jī)功率（kW）0.54Y801-20.750.73Y801-40.550.92Y802-21.10.86Y802-40.751.16Y90S-21.50.98Y90S-41.12.07Y90L-22.21.17Y90L-41.52.22Y100L-232.19Y100L1-42.23.96Y112M-242.72Y100L2-434.15Y132S1-25.53.62Y112M-447.06Y132S2-27.54.15Y132S-45.57.68Y160M1-2116.63Y132M-47.511.61Y160M2-2159.02Y160M-41116.91Y160L-218.512.67Y160L-41521.89Y180M-22213.92Y180M-418.524.41Y200L1-23018.35Y180L-42237.46Y220M2-23723.27Y200L-43043.87Y225M-24525.05Y225S-43751.99Y250M-25541.98Y225M-44567.72Y280S-27555.71Y250M-455Y280M-29062.58Y280S-475Y280M-4902．機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量選擇

機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的功率也是由有效功率和功率損失兩部分組成。一般進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的有效功率都是比較小的，如通用機(jī)床進(jìn)給有效功率僅為主運(yùn)動(dòng)功率的0.0015～0.0025，銑床為0.015～0.025，但由于進(jìn)給機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率很低，實(shí)際需要的進(jìn)給功率，車床、鉆床的有效功率約為主運(yùn)動(dòng)功率的0.03～0.085，而銑床則為0.2～0.25。一般地，機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)效率為0.15～0.2，甚至還低。

車床和鉆床，當(dāng)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，只計(jì)算主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率即可。對(duì)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)沒(méi)有嚴(yán)格內(nèi)在聯(lián)系的機(jī)床，如銑床，為了使用方便和減少電能的損耗，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一般采用單獨(dú)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，該電動(dòng)機(jī)除傳動(dòng)進(jìn)給外還傳動(dòng)工作臺(tái)的快速移動(dòng)。由于快速移動(dòng)所需的功率比進(jìn)給大得多，因此電動(dòng)機(jī)功率常常是由快速移動(dòng)所需要而決定的。

快速移動(dòng)所需要的功率，一般由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)選擇，如下表所示。機(jī)床類型運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)速度（m/min）所需電動(dòng)機(jī)功率（kW）

Dm=400mm臥式機(jī)床Dm=600mm

Dm=1000mm溜板溜板溜板6～94～63～40.6～1.00.8～1.23.2搖臂鉆床dm=35～75mm搖臂0.5～1.51～2.8升降臺(tái)銑床工作臺(tái)升降臺(tái)4～61.5～2.00.8～1.21.2～1.5龍門銑床橫梁橫梁上的銑頭立柱上的銑頭0.25～0.501.0～1.50.5～1.02～41.5～21.5～2二、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和結(jié)構(gòu)型式的選擇

電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速愈低則體積愈大，價(jià)格也愈高，功率因數(shù)和效率也就低，因此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速要根據(jù)機(jī)械的要求和傳動(dòng)裝置的具體情況加以選定。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有3000r/min；1500r/min；1000r/min；750r/min；600r/min等幾種，這是由于電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)的不同而定的。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速由于存在著轉(zhuǎn)差率，一般比同步轉(zhuǎn)速約低2%~5%。一般情況下，可選用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min的電動(dòng)機(jī)，因?yàn)檫@個(gè)轉(zhuǎn)速下的電動(dòng)機(jī)適應(yīng)性較強(qiáng)，而且功率因數(shù)和效率也高。若電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與該機(jī)械的轉(zhuǎn)速不一致，可選取轉(zhuǎn)速稍高的電動(dòng)機(jī)通過(guò)機(jī)械變速裝置使其一致。選擇電動(dòng)機(jī)的原則:先交流后直流,先鼠籠后繞線。從結(jié)構(gòu)型式看：立式、臥式;封閉式、防爆式4.3電氣控制線路設(shè)計(jì)

一般中小型機(jī)床電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)并不復(fù)雜，大多數(shù)都是由繼電器接觸器系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)其控制的，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，第一節(jié)所講述的機(jī)床電氣設(shè)計(jì)的某些內(nèi)容可以省略，其重點(diǎn)就是設(shè)計(jì)繼電器接觸器控制線路及選擇電氣元件。當(dāng)機(jī)床的控制方案確定后，可根據(jù)各電動(dòng)機(jī)的控制任務(wù)不同，參照典型線路逐一分別設(shè)計(jì)局部線路，然后再根據(jù)各部分的相互關(guān)系綜合而成完整的控制線路?？刂凭€路的設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足機(jī)床電氣控制系統(tǒng)具體要求的前提下，工作要可靠，力求操作、安裝及維修方便。一、原理圖設(shè)計(jì)的一般原則

確定了傳動(dòng)方案及控制方案后，進(jìn)一步設(shè)計(jì)控制電路原理圖時(shí)，必須遵循以下幾個(gè)原則：

（1）控制系統(tǒng)應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求；（2）力求控制電路安全可靠，簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)；（3）合理選擇各種電器元件；（4）符合人機(jī)關(guān)此，便于維修。二、控制電路電源選擇及主電路設(shè)計(jì)

1．控制電路電源的選擇

在電器控制線路比較簡(jiǎn)單，電器元件不多的情況下，應(yīng)盡可能用主回路電源作為控制回路電源，即可直接用交流380V或220V，簡(jiǎn)化供電設(shè)備。對(duì)于比較復(fù)雜的控制線路，控制電路應(yīng)采用電源變壓器，將控制電壓由交流380V或220V降至110V或48V、24V。這是從安全角度考慮的。一般機(jī)床照明的電路為36V以下電源。一般這些不同的電壓等級(jí)，都是由一個(gè)控制變壓器實(shí)現(xiàn)的。直流控制線路多用220V或110V供電。對(duì)于直流電磁鐵、電磁離合器，常用24V直流電源供電。電源選擇具體如下表所示?？刂齐娐奉愋统Ｓ玫碾妷褐担╒）電源設(shè)備交流電力傳動(dòng)的控制電路比較簡(jiǎn)單者，電磁線圈5個(gè)以下交流380、220直接采用動(dòng)力電源220、110采用控制變壓器交流電力傳動(dòng)的控制電路比較復(fù)雜者48、36、24、6采用電源變壓器照明及信號(hào)指示電路直流電力傳動(dòng)的控制電路直流220、110整流器直流電磁鐵及離合器的控制電路24整流器2．主電路設(shè)計(jì)

對(duì)于三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，要考慮的主要問(wèn)題是：根據(jù)工藝要求，如何選擇主電路電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式，正反轉(zhuǎn)控制及主電路的保護(hù)環(huán)節(jié)。這些控制方式及保護(hù)環(huán)節(jié)，在前面幾章已進(jìn)行了分析介紹，關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題。（1）確定電動(dòng)機(jī)是全壓起動(dòng)還是降壓起動(dòng)。

全壓起動(dòng)必須滿足電源變壓器容量足夠大的條件，也可用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定。若條件滿足時(shí)，才能全壓起動(dòng)，反之必須采用降壓起動(dòng)。全壓起動(dòng)的條件為：≤Seb——電源變壓器額定容量（kVA）Ig——電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)電流（A）Ie——電動(dòng)機(jī)額定電流（A）Pe——電動(dòng)機(jī)額定功率（kW）（2）對(duì)于正反轉(zhuǎn)控制方式，應(yīng)防止誤操作而引起的電源相間短路，必須在控制電路中考慮互鎖保護(hù)。（3）必須注意主電路的熔斷保護(hù)、過(guò)載保護(hù)及其它保護(hù)元件的選擇與設(shè)置。（4）主電路與控制電路應(yīng)保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。三、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的步驟和特點(diǎn)

1．經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的基本步驟（1）收集分析現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外同類型機(jī)床的電氣控制電路，使控制系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)原則。（2）根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電氣控制電路的要求，首先設(shè)計(jì)各個(gè)獨(dú)立環(huán)節(jié)的控制電路，然后由各個(gè)控制環(huán)節(jié)之間的關(guān)系進(jìn)一步擬定聯(lián)鎖控制電路及輔助電路的設(shè)計(jì)。一般的機(jī)床電氣控制電路設(shè)計(jì)包括主電路、控制電路和輔助電路等設(shè)計(jì)。a.主電路設(shè)計(jì)主要考慮電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)及多速電動(dòng)機(jī)的調(diào)速等。（3）合理選擇各種電器元件，符合人機(jī)關(guān)系，便于使用和維修。（4）全面檢查所設(shè)計(jì)電路，在條件允許的情況下，進(jìn)行模擬試驗(yàn)，克服在工作過(guò)程中因誤動(dòng)作而產(chǎn)生的事故因素，逐步完善整個(gè)電器控制電路的設(shè)計(jì)。

b.控制電路設(shè)計(jì)主要考慮如何滿足電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)轉(zhuǎn)功能及生產(chǎn)工藝要求，包括實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程自動(dòng)化或半自動(dòng)化的控制等。

c.輔助電路設(shè)計(jì)主要考慮如何完善整個(gè)控制電路的設(shè)計(jì)，包括短路、過(guò)載、超程、零壓、聯(lián)鎖、光電測(cè)試、信號(hào)、照明等各種保護(hù)環(huán)節(jié)。2．經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的基本特點(diǎn)（1）其設(shè)計(jì)過(guò)程是逐步完善的，一般不易獲得最佳設(shè)計(jì)方案。但該方法簡(jiǎn)單易行，使用很廣。（2）需反復(fù)修改草案，故會(huì)影響設(shè)計(jì)速度。（3）需要一定的經(jīng)驗(yàn)才能進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中往往會(huì)因考慮不周而影響電路的可靠性。

（4）一般需要進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

四、控制線路的設(shè)計(jì)規(guī)律

繼電器控制線路有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是通過(guò)觸點(diǎn)的“通”和“斷”控制電動(dòng)機(jī)或其他電氣設(shè)備來(lái)完成運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作的。即使是復(fù)雜的控制線路，很大一部分也是動(dòng)合和動(dòng)斷觸點(diǎn)組合而成的。為了設(shè)計(jì)方便把它們的相互關(guān)系歸納為以下幾個(gè)方面。1．常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)

當(dāng)要求幾個(gè)條件同時(shí)具備時(shí)，才使電器線圈得電動(dòng)作，可用幾個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)與線圈串聯(lián)的方法實(shí)現(xiàn)。如圖中K1、K2、Ｋ3都動(dòng)作接通時(shí)繼電器KM才動(dòng)作，這種關(guān)系在邏輯線路中稱“與”邏輯。

K1K2K3KM2．常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)

當(dāng)在幾個(gè)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(shí)，可用幾個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種關(guān)系在邏輯線路中叫“或”邏輯。

SB1SB3SB5SB4SB6KMKMSB23．常閉觸點(diǎn)串聯(lián)

當(dāng)幾個(gè)條件僅具備一個(gè)時(shí)，繼電器線圈就斷電，可用幾個(gè)常閉觸點(diǎn)與控制的電器線圈串聯(lián)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

SB1SB3SB5SB2SB4SB6KMKM4．常閉觸點(diǎn)并聯(lián)

當(dāng)要求幾個(gè)條件都具備時(shí)，電器線圈才斷電，可用幾個(gè)常閉觸點(diǎn)并聯(lián)，再與控制的繼電器線圈串聯(lián)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

5．保護(hù)電器的作用

一般保護(hù)電器應(yīng)既能保證控制線路長(zhǎng)期正常運(yùn)行，又能起到保護(hù)電動(dòng)機(jī)及其它電器設(shè)備的作用。一旦線路出現(xiàn)故障，它的觸點(diǎn)就應(yīng)以“通”轉(zhuǎn)為“斷”。

五、控制線路設(shè)計(jì)的一般問(wèn)題

1．簡(jiǎn)化電路、減少觸頭，提高電路工作的可靠性

從可靠性設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)看，在滿足功能要求的前提下，電路應(yīng)盡可能簡(jiǎn)化。電氣元件越少，觸頭數(shù)量就越少，發(fā)生故障的機(jī)率降低，從而工作可靠性提高。1）合并同類觸頭

如圖所示，在獲得同樣功能的情況下，b）圖比a）圖在電路上少了一個(gè)觸頭。但在合并觸頭時(shí)應(yīng)注意觸頭所允許通過(guò)的額定電流值的限制。

應(yīng)盡量避免多個(gè)觸頭依次動(dòng)作才接通另一個(gè)電器的現(xiàn)象。合并同類觸頭K1K2K2K3K1K2K3b)a)2）利用轉(zhuǎn)換觸頭

利用具有轉(zhuǎn)換觸頭的中間電器，將兩個(gè)觸頭（屬于同一個(gè)電器的一個(gè)常開(kāi)觸頭、一個(gè)常閉觸頭）合并成一個(gè)轉(zhuǎn)換觸頭。

利用轉(zhuǎn)換觸頭K1K2K3K4K5K1SAK4K3K2K53）在直流電路中利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦詠?lái)有效地減少觸頭數(shù)目

如圖所示電路是等效的，對(duì)于弱電電器控制電路是行之有效的方法，目前在自動(dòng)磨床上得到應(yīng)用。

利用二極管等效K1K2KM1KM2K1K1K2KM1KM2VD4）利用邏輯代數(shù)進(jìn)行電路化簡(jiǎn)

5）觸點(diǎn)化簡(jiǎn)與合并舉例

觸點(diǎn)化簡(jiǎn)與合并K1K2KK1K1KK1KK1K2K3K4K1KK2K3K4K2K3KK1K1K1K3KK2K1K3K4K2K3K1K3K4K22．正確聯(lián)接電器元件的線圈1）在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，電器線圈的一端應(yīng)接在電源的同一端。

繼電器、接觸器以及其它電器的線圈一端統(tǒng)一接在電源的同一側(cè)，使所有電器的觸點(diǎn)在電源的另一側(cè)，這樣當(dāng)某一電器的觸點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，不致引起電源短路，同時(shí)安裝接線也方便。

觸點(diǎn)電路觸點(diǎn)電路觸點(diǎn)電路KMKKT2）電器元件的線