机床电气设计入门知识

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1、机床设计的入门知识 本章介绍机床电气系统设计的一般规则性知识。第一节：常用机床电路逻辑一、驱动线圈与触点的关系（一）线圈与触点接触器、继电器等在机床控制电路中是最典型的参与控制的器件，它们都有自身的线圈和触点。外接电压线圈常开/常闭触点 图3-1：线圈及常开、常闭触点 器件触点又分常开（动合）触点和常闭（动断）触点，常开触点在线圈被送电激励的瞬间闭合（接通），常闭触点在线圈被送电激励的瞬间打开（分断）。 我们可以利用对线圈的通/断电来控制常开、常闭触点动作来实现局部电路的通断，并通过适当的触点互连关系来组成控制逻辑。（二）触点在电路图中的画法 触点在电路图中，有两种画法，一是竖着画，一是横着画

2、。 竖画时，遵行左开、右闭的原则，即常开点在左，常闭点在右。如图3-1。 横画时，遵行上开、下闭的原则，即常开点在上，常闭点在下。如图3-2。 图3-2：常开、常闭触点横画 实际项目使用中，国标符号的基本结构得到比较好的采用，但画法的方向性并不规范，更多的是受个人的制图习惯影响。二、触点的串联、并联、混联串联：两个触点的首尾相连的连接方式。图3-3：触点的串联串联的触点必须两个同时接通时，电路才形成通路。并联：两个触点的首端相连、尾端相连的连接方式。图3-4：触点的并联并联的触点只要有其中一个接通时，电路就形成通路。混联：串联、并联相混用的方式。123123图3-5：触点混联的例子图3-5中，

3、上面连结实际上是1、2串联，如果把1、2看做一个触点，它又和3并联；下面连接是1、3并联，如果看做一个触点，它又与2串联。事实上，无论如何混联，通过等效电路的方法，都可以最终变为串并联的基本连接关系。三、自锁、互锁、连锁（一）自锁 在线圈的控制电路中，使用该线圈本身的触点，保持线圈接通后不再掉电的连接方法叫做自锁。 如图3-6：线圈KM通过按钮SB1送电，接触器KM的辅助触点闭合，使电源被持续送到线圈，这时即使启动按钮SB1松开，线圈KM也持续供电。KM通过其辅助触点实现了自我锁定，即自锁。KMKMSB1 图3-6：自锁电路（二）互锁 互锁是通过两个对立的，不允许重复发生的事件互相连锁，形成有

4、你无我，有我无你的控制形式，以杜绝两个事件同时发生。 这类事件如工作台的前进/后退、升降机的上升/下降、电动机的正转/反转等等，都是不允许同时发生的事件。如果控制电路不可靠，造成同一时间内发生，轻则出现故障，重则诱发重大事故。 图3-7给出了互锁的控制逻辑。KA2KM1KA1KM2电路等效点2电路等效点1KM2KM1 图3-7：互锁电路 上图中，KA1、KA2被看做是KM1、KM2控制回路的等效电路。当KM1的控制条件满足而得电时，其辅助触点强行断开KM2线圈，使KM2线圈无法在同一时间内送电，KM1的辅助触点锁住了KM2线圈。同理，KM2线圈送电时，KM1线圈也无法送电。以上图中，KM1、K

5、M2通过辅助触点彼此形成互相锁定，以避免两个对立的事件同时发生。这就是所谓的“互锁”。（三）连锁 连锁是指一个事件的发生作为另一个事件允许或不允许发生的条件，两个事件之间不形成对立，只形成单向锁定关系。 这样的连锁关系在现实生活和设备控制中非常多见：如砂轮不旋转时，不允许工作台工进；吊具不打开到位时，不允许升降机下降；夹具不夹紧时，不允许加工开始等等。我们可以用前一个事件的发生，作为后一个事件的连锁条件。 图3-7中，如果去掉KM2的辅助触点，那么KM1对KM2就形成了单向的连锁关系，即KM1得电时，KM2不允许得电。四、启动/停止、点动 启动/停止和点动电路是最简单也最常用的电路。（一）启动

6、/停止电路 启动/停止电路需要两个按钮、一个接触器（继电器）来完成。 下图是启动/停止电路图。KMKMSB1SB2 图3-8：启动/停止电路 如图3-8：线圈KM通过按钮SB1送电，接触器KM的辅助触点闭合，使电源被持续送到线圈，这时即使启动按钮SB1松开，线圈KM也持续供电，除非通过按钮SB2分断一次，KM线圈才掉电。这里的SB1为启动按钮，SB2为停止按钮。（二）点动电路 点动也叫寸动，一般是指对运动机构的控制，即按下按钮时，输出动作，抬起按钮时，输出停止。KMSB1 图3-9：点动电路 上述电路中，即实现了点动的规定动作。KMKMSB1SB2SB3 图3-10：启动/停止、点动电路 上述

7、电路是启动停止、点动的合成电路，即可以完成启动/停止的持续运转，又可以点动。 点动电路一般用于设备的调试、调整、修理作业。五、自动/手动工作方式设备控制电路常需要设置若干控制方式，最普遍用到的是自动/手动方式，有的设备为方便维修，还设有维修方式、标定方式等。 工作方式一般用主令开关（两位或三位）来选择。当选择自动时，其自动条件被加到只有自动循环时才允许的动作逻辑中；选择手动时，其手动条件被加到只有手动调整时才允许的动作逻辑中。KA1KA1SA1SB1KA2SA1SB1自动手动KA2KA1KA2 图3-11：自动/手动电路 上图中，SA1为自/手动选择开关，SB1为自动/手动复位按钮，KA1、K

8、A2分别为自动、手动方式继电器，自动、手动回路通过辅助触点彼此互锁，并实现自锁。后续电路中，可以引用KA1、KA2的辅助触点进行控制。 实际上，现在的电路中，这类逻辑普遍使用PLC来实现，除非比较简单的硬线盘，很少有用硬线做逻辑的了。六、正、反转电路 下面是一个正反转控制电路。 图3-12：正/反转控制电路 SB2、SB3分别用于启动正、反转KM1、KM2，同时正、反转通过自身辅助触点自锁和互锁。互锁控制还通过SB2、SB3实现。FR为电动机的保护热继电器，其下的按钮为停止按钮。第二节：机床电路基本结构 传统的机床电路本身又分为主电路和控制电路，前者用于分配电源、驱动电动机，是传输功率比较大的

9、电路；后者用于完成控制逻辑，不用于传输功率。一、主电路 最典型的主电路是电动机驱动电路，同时也包含电子半导体器件电路。（一）供电体制三相四线制主电路包含A、B、C三相火线和一根零/地线（接在一起），三相五线制主电路包含A、B、C三相火线和一根零线N、一根地线PE。目前轿车公司采用的是三相五线制。UAUBUC图3-13：三相火线相电压A、B、C之间的电压叫做线电压，为380VAC；A、B、C对零线的电压叫相电压，为220VAC。三相电压之间相位依次相差120。（二）火线相序 主电路配线需要注意的一个问题是，如果机床上有电动机等对火线相序有要求的电器，ABC三相顺序就有严格要求。以三相异步电动机为

10、例。相序不同时，将造成电机反转，如果一旦接错，可能引发设备事故。（三）主电路 下图是一个晶体管整流、逆变主电路。交流电通过二极管整流电路得到直流电，再通过IGBT功率管逆变电路得到脉动交流电。这是典型的变频器电路的主电路。图3-14：变频器主电路图3-15：正、反转电路的主电路 上面电路中，FU2左侧为电动机正/反转电路的主电路，反转时，通过KM1进行火线相序的改变，从而获得反转。控制电路与前面介绍相同。 下图是一个带有变频器的电动机驱动主电路，即可以实现两台电动机的直接启动（KM1、KM3通），又可以实现变频启动（KM2、KM4通）。图3-16：比较复杂的主电路实例二、控制电路 控制电路指机

11、床逻辑控制部分。如前面提到的启动/停止、点动、正/反转电路等都是。 相对于晶体管功率电路（主电路）来讲，控制功率器件（如IGBT、SCR等）工作逻辑的电子线路也可以叫做控制电路，这属于电子技术专门课程，此处略。 图3-15中，FU2及其右侧部分即为控制电路。 复杂的机床控制电路可以做到非常复杂，不过，由于PLC技术的普及，现在复杂的机床控制逻辑已经被PLC程序取代。三、PLC电路 PLC是计算机技术发展的产物，由于有了该项技术，机床电气控制变得越来越容易实现，并大幅度节省了硬件配线，降低了故障率。（一）输入/输出电路 PLC电路实际上是控制电路的一部分。 下面是PLC输入/输出电路图。PLC上

12、边为输入电路，外部开关、按钮等器件被接到PLC输入点，把控制信号传送给PLC；下边为输出电路，PLC的输出控制通过输出点送给外部指示灯、接触器、变频器等执行电器。 图3-17：PLC输入/输出电路（二）程序梯形图 PLC程序图是PLC的控制软件部分，是PLC控制设备图纸必不可少的组成，对维修故障时分析设备故障原因非常重要。它包括梯形图、逻辑图、语句表等形式，后续课程将详细介绍，此处略。四、机床电路的功率放大作用 所谓机床电路的功率放大作用，是指机床动作逻辑不直接被输出到大功率执行电器，如电磁阀、接触器，而是先由普通的继电器等进行逻辑运算，再输出给电磁阀、接触器等大功率控制电器，通过这类电器去驱

13、动更大负载。KAKVPLC 图3-18：通过中间继电器间接控制电磁阀、接触器等 如上图，PLC输出信号直接驱动KA继电器（几十毫安），继电器驱动电磁阀（1000毫安左右），避免了PLC直接驱动比较大电流的电磁阀，造成接口损坏。维修工通常把这个方法叫做“继电器隔离”，其实就是一种功率放大过程。 这和半导体电子线路的控制放大类似，控制逻辑也是由小功率的晶体管（几个、几十个毫安）去驱动大功率晶体管（几安到几千安），最后去驱动电动机等大功率负载。 通过功率放大作用，实现了小功率逻辑信号对大功率负载的控制。第三节：机床电路设计规划要合理设计机床电路，就要按如下过程进行。一、了解工艺要求 电路设计前的第一步，是要了解机床的工艺要求，这些要求包括： 1、机床用来做什么？ 2、所生产产品的精度要求，决定了对零部件的选择。 3、节拍要求，影响到后期逻辑或程序设计。 4、加工顺序（工艺顺序），影响到后期逻辑或程序设计。 5、对操作的要求，影响到后期逻辑或程序设计，器件选型、布置。 等。二、了解设备结构 了解机械工程师设计出来的设备结构，包括：1、机械构成和大致的装配关系。2、哪些部分为固定部分、哪些是运动部分。3、驱动动力源选择（电动机、气、液）及力矩要求。4、机床结构的限制，如行程、正反转、保险构件等。等。电路相当于为人的躯体匹