王振臣主编-机床电气控制技术第5版完整课件-第二章

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1、 第二章 机床电气控制线路的分析及设计前言专业技术课程的显著特点是其实践性强。本章将就常用机床控制线路的工作原理、构成特点等问题进行分析，并以此为基础，力求使读者获得机床控制系统分析与设计的基本技能。图2-0为卧式车床实物图，它的工作离不开电气控制。图2-0 卧式车床n卧式车床的电气控制线路分析n机床电气设计的一般内容n机床电气控制线路的设计n机床常用电器的选择n机床电气控制线路设计举例本章主要内容分析电气控制系统时要注意以下几个问题： n要了解机床的主要技术性能及机械传动、液压和气动的工 作原理。n弄清各电动机的安装部位、作用、规格和型号。n初步掌握各种电器的安装部位、作用以及各操纵手柄、开

2、 关、控制按钮的功能和操纵方法。n注意了解与机床的机械、液压发生直接联系的各种电器的 安装部位及作用。如：行程开关、撞块、压力继电器、电 磁离合器、电磁铁等。n分析电气控制系统时，要结合说明书或有关的技术资料将 整个电气线路划分成几个部分逐一进行分析。例如：各电 动机的起动、停止、变速、制动、保护及相互间的联锁等 。本节首先分析几种卧式机床的电气控制线路，从中找出本节首先分析几种卧式机床的电气控制线路，从中找出 规律，逐步提高阅读电气原理图的能力。规律，逐步提高阅读电气原理图的能力。2.1卧式车床的电气控制线路分析卧式车床是机床中应用最广泛的一种，它可以用于切 削各种工件的外圆、内孔、端面及螺

3、纹。 主电动机有两种起动方式，即直接起动和降压起动。 主电动机的制动也有两种方式，即电气方法实现的能耗 制动和反接制动，以及机械的摩擦离合器制动。2.1.1 CW6163B型万能卧式车床的控制线路 图2-1为CW6163B型万能卧式车床的电气原理图。 表2-1为该机床的电气元件目录表。CW6163B型万能卧式车床影像图图2-l CW6163B型万能卧式车床电气原理图符 号 名 称 及 用 途 符 号 名 称 及 用 途Q自动开关作电源引入及 短路保护用KR1热继电 器 作主电动机过载保护用FU1-FU4 熔断器作短路保护 KR2 热继电 器 作冷却泵电动 机过载保护 用Ml主电动机（主轴及进给

4、 ）KM1 接触器作主电动机起动、停止用M2冷却泵电动 机 KM2 接触器 作冷却泵电动 机起动、停止用M3快速电动机 KM3 接触器 快速电动机起动、停止用SBl-SB4主电动机起停按钮 SB7 快速电动机点动按钮SB5-SB6冷却泵电动 机起停按钮 TC 控制与照明变压器HLl主电动机起停指示灯 ST行程开关 与操作开关联动 HL2电源接通指示灯SA 照明控制开关表2-1 CW6163B型卧式车床电器元件目录表1. 主电路整机的电气系统由M1、M2、M3三台电动机组成，它们均 为直接起动，主轴采用液压制动器。2控制、照明及显示电路 控制变压器TC二次侧110V电压作为控制回路的电源。为便于

5、操作和事故状态下的紧急停车，主电动机M1采用双点控制。冷却泵电动机的起动和停止由装在床头操纵板上的按钮SB5和SB6控制。 SA 为照明控制开关，HL1、 HL2、 EL、 为一些照明及指 示灯。行程开关ST作进给限位保护用。C616卧式车床实物影像图1.2.2 C616卧式车床的电气控制线路 图2-2 为C616卧式车床电气原理图。 图22 C616卧式车床电气原理图1主电路该机床有M1、 M2、 M3三台电动机，三相交流电源通过 组合开关Q1引入。2 2控制、照明和显示电路控制、照明和显示电路 该控制电路没有控制变压器，控制电源直接取交流该控制电路没有控制变压器，控制电源直接取交流380V

6、380V。操纵手柄控制的开关操纵手柄控制的开关SASA1 1可以控制主电动机的正转与反可以控制主电动机的正转与反转。中间继电器转。中间继电器KAKA起零压保护作用。起零压保护作用。 照明电路的电源由照明变压器二次侧输出照明电路的电源由照明变压器二次侧输出36V36V电压供电，电压供电，SASA2 2为照明灯接通或断开的开关。为照明灯接通或断开的开关。HLHL为电源指示灯，由为电源指示灯，由TCTC二次侧输出二次侧输出6.3V6.3V供电。供电。2.1.3 C650卧式车床的电气控制线路 C650卧式车床属于中型车床，图2-3是它的电气原理图。 1主电路该机床有M1、 M2、 M3三台电动机，三

7、相交流电源通过 组合开关Q引入。2控制电路主电动机的点动调整控制：图2-4为点动环节的控制电路图。 图2-4 C650卧式车床点动控制线路 主电动机的正反转控制电路 图2-5为主电动机正反转控制电路。3.主轴电动机的反接制动控制 C650卧式车床采用了反接制动方式。当电动机的转速接近到零时，用速度继电器的触点给出信号切断电动机的电源。图2-6是C650卧式车床正转、反转与反接制动的控制线路。速度继电器与被控电动机是同轴连结的，当电动机正转时，速度继电器的正转常开触点KS1闭合；电动机反转时，速度继电器的反转动合触点KS2闭合。 刀架的快速移动是由转动刀架手柄压动行程开关ST来实的。 4.刀架的

8、快速移动和冷却泵控制冷却泵电动机的起、停控制由按钮SB3、SB5完成。2.2 机床电气设计的一般内容机床一般都是由机械与电气两大部分组成的，设计 一台机床，首先要明确该机床的技术要求，拟定总体 技术方案。机床的电气设计是机床设计的重要组成部 分，机床的电气设计应满足机床的总体技术方案要求 。在这一节将就机床电气设计涉及的主要内容，以及电气控制系统如何满足机床的主要技术性能加以讨论。 (1)机床主要技术性能即机械传动、液压和气动系统的工作特性，以及对电气控 制系统的要求。(2)机床的电气技术指标 即电气传动方案，要根据机床的结构、传动方式、调速指 标，以及对起制动和正反向要求等来确定。 (3)机

9、床电动机的调速性质应与机床的负载特性相适应调速性质是指转矩、功率与转速的关系。设计任何一个机床电力拖动系统都离不开对负载和系统调速性质的研究，它是选择拖动和控制方案及确定电动机容量的前提。(4)正确合理的选择电气控制方式是机床电气设计的主要内容 电气控制方式应能保证机床的使用效能和动作程序、自动循环等基本动作要求。 (5)明确有关操纵方面的要求，在设计中施实 (6)设计应考虑用户供电电网情况 如电网容量、电流种类、电压及频率。 综上所述，机床电气设计应包括以下内容： n拟定电气设计任务书 (技术条件)n确定电气传动控制方案，选择电动机n设计电气控制原理图n选择电气元件，并制定电气元件明细表n设

10、计操作台、电气柜及非标准电气元件n设计机床电气设备布置总图、电气安装图，以及电气接 线图n编写电气说明书和使用操作说明书2.3 机床电器控制线路的设计一般中小型机床电气传动控制系统并不复杂，大多数 都是由继电器接触器系统来实现的，因此在设计时，第二 节所讲述的机床电气设计的某些内容可以省略。其重点就 是设计继电器接触器控制线路及选择电气元件。当机床的控制方案确定后，可根据各电动机的控制任 务不同，参照典型线路逐一分别设计局部线路，然后再根 据各部分的相互关系综合成完整的控制线路。 1.电气控制线路的电源 在电器控制线路较简单、电器元件不多的情况下，控 制回路电源应尽可能与主回路电源相同，也就是

11、直接采用 交流380V或220V，这样可以简化供电设备。对于比较复杂的控制线路，控制电路应采用控制电源变压器，将控制电 压由交流380V或220V降至110V、48V或24V。这是从安全角 度考虑的。一般机床照明电路为36 V以下电源。这些不同 的电压等级，一般可由同一个控制变压器提供。直流控制线路多用220 V或110V。对于直流电磁铁、 电磁离合器，常用24V直流电源供电。继电器控制线路有一个共同的特点，就是通过触 点的“通和“断来控制电动机或其他电气设备进而使 运动机构动作的。即使是复杂的控制线路，很大一部 分也是动合和动断触点组合而成的。为了设计方便把 它们的相互关系归纳为以下几个方面

12、。 2.2.控制线路的设计规律控制线路的设计规律(1)动合触点串联 当要求几个条件同时具备时，才使电器线圈得电动作， 可用几个常开触点与线圈串联的方法实现。如图2-7a中，K1 、K2、K3都动作时接触器KM才动作，这种关系在逻辑线路中称 “与”逻辑。图2-7b是一条自动线上各动力头加工完成后退回原位且 夹具拔销松开的监控线路。 所有动力头加工完成K0动作，动力头都退到原位K10动作， 各夹具松开到位则K12动作。图2-7 动合触点串联及自动线各动力头控制的部分监控线路(2)动合触点并联 当在几个条件中，只要求具备其中任一条件，所 控制的继电器线圈就能得电，这时可用几个动合触点 并联来实现。这

13、种关系在逻辑线路中叫“或”逻辑。 如图2-8a，只要K1、K2、K3其中之一动作，KM就得电 动作。图2-8b中SB2、SB4为两地控制起动按钮，只要 其中之一动作，接触器KM就动作，具备条件之一即可 。图2-8 动合触点并联及两地控制电路(3)动断触点串联 当几个条件仅具备一个时，继电器线圈就断电，可 用几个动断触点与控制电器线圈串联的方法来实现。如 图2-8b中SB1、SB3两个停止按钮，其中一个动作，接触 器就断电；图2-9中的SB0各停止按钮也是如此。 图29 自动线预停控制线路 图210 触点的合理使用 a)不适当 b) 适当(4)动断触点并联 当要求几个条件都具备时，电器线圈才断电

14、，可用几个动断触点并联，再与控制电器线圈串联的方法来实现。图2-9中自动线预停时， 可按“预停”按钮SB3，由动断触点K3、K10和K12所组成的并联电路与接 触器KM0线圈串联来保证。以实现当所有动力头已经退回原位、夹具拔 销松开、并在原来已发出“预停”信号基础上，才能使KM0断电释放， 将控制电路的电源切断。(5)保护电路一般保护电器应既能保证控制线路长期正常运行，又能起到保护电动机及其它电器设备的作用。一旦线路出故障，它的触点就 由“通”转为“断”。3.控制线路设计的一般问题 (1)(1)简化动作简化动作 应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的现应尽量避免许多电器依次动作才能接通

15、另一个电器的现象，如图象，如图2-102-10。(2)(2)应正确联接电器的线圈应正确联接电器的线圈 在设计控制电路时，电器线圈的一端应接在电源的同一 端，如图2-11b。 交流电器线圈不能串联使用，如图2-11a。图211 触点和线圈的正确连接（具有反接制动功能的线路）a) 正确 b) 错误（3）在控制线路中应尽量减少电器触点数可提高线路的可靠性。图2-12中例举一些触点简化的 例子。 图2-12 触点简化与合并（4）应尽量减少两地间（接线长）联接导线的数量 如图2-13所示，c、d是不适当的接线方式，a、b是适当的。 图中粗线代表长的接线。（操作点与电气柜距离较远、两点操 作的两点间距离也

16、较远） 图213 电气元件的合理接线（5）设计控制线路时应考虑各种联锁关系，以及电气 系统具有的各种电气保护措施，例如过载、短路、欠 压、零压、限位等保护措施。 （6）在设计控制线路时也应考虑有关操纵、故障检查 、检测仪表、信号指示、报警，以及照明等要求。2.4 机床常用电器的选择 完成电器控制线路的设计之后，应开始选择所需要的 控制电器。机床电器的选择，主要是根据电器产品目录上 的各项技术指标(数据)来进行。 （1）按钮n按钮是用来短时接通或断开小电流的控制电路的开关。 按钮在结构上有多种形式：旋钮式-用手扭动旋转进行 操作；指示灯式-按钮内可装入信号灯显示信号；紧急 式-装有蘑菇形钮帽，以便于紧急操作。2.4.12.4.1按钮、低压开关的选用按钮、低压开关的选用n按钮的选用：按钮主要是根据所需要的触点数、触点形 式、使用的场合及颜色来选择。机床常用的按钮为LA 系列。n （2）刀开关的选用n 又称闸刀，用来接通和切断长期工作设备