电机与电器控制 教学课件 ppt 作者 冯晓 刘仲恕编 第五章 机械设备

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1、第五章 机械设备的电气控制,第一节 铣床的电气控制,铣床可用来加工各种形状的表面：平面、成 形面、沟槽等，甚至还可加工回转体，铣床的效 率很高。 分类：按结构型式和加工特点不同，可分为 立式铣床、卧式铣床、龙门铣床、仿形铣床和各 种专用铣床。,铣床所用的切削刀具为各种形式的铣刀。 铣床的主运动：刀具的旋转运动； 进给运动：在大多数铣床上是由工件在垂直 铣刀轴线方向的直线移动来实现。为了调整铣刀 与工件的相对位置，工件或铣刀可在三个相互垂 直的方向上作调整运动。而且根据加工要求，可 在其中的任何一个方向上作进给运动。 下面以X62W型万能升降台铣床为例。,一、铣床结构外形与运动形式,铣床结构：箱

2、形的床身13固定在底座1上，在床身内 装有主轴传动机构及主轴变速操纵机构。在床身的顶部 有水平导轨，上面是带有一个或两个刀杆支架的悬梁。 刀杆支架3上安装与主轴相连的刀杆及铣刀，以进行切 削加工。在床身的前方有垂直导轨，升降台可沿其作上 下移动。在升降台上面的水平导轨上，装有可平行于主 轴线的方向移动（横向移动）的溜板5。工作台7可沿溜 板上部转动部分6的导轨在垂直于主轴轴线方向移动（纵 向移动）。,安装在工作台上的工件，可以在三个方向调整位置 或完成进给运动。 此外，由于转动部分对溜板5可绕垂直轴线转动一 个角度(通常为45)，即工作台于水平面上除能平行 或垂直于主轴轴线方向进给外，还能在倾

3、斜方向上进 给，从而完成铣螺旋槽的加工。 该铣床还可安装圆工作台以扩大铣削能力。 卧式铣床与卧式万能铣床唯一的区别：在于前者没 有转动部分6，因此不能加工螺旋槽。,图5-1 铣床结构及运动简图 a) 铣床结构外形图 b) 运动简图 1-床身（立柱） 2-悬梁 3-刀杆支架 4-主轴 5-工作台 6-升降台 7-升降导轨,二、X62W型铣床的电力拖动特点 及控制要求,1.铣床主轴的旋转运动为主运动，主轴电动机M1 （功率7.5kw）空载时直接起动，为满足顺銑和逆銑两种 工作方式，要求主轴能正反转，采用电磁离合器控制主轴 停车制动和主轴上刀制动，主轴电动机M1可在两处进行 起停操作。 2.主轴电动

4、机应设有停车制动，以保证主轴迅速停止。 同时，主轴在上刀时，也应使主轴制动。为此，采用电磁 离合器控制主轴停车制动和主轴上刀制动。,3.为提高主轴旋转的均匀性并消除铣削加工时的振 动，主轴上装有飞轮。主轴由主轴电动机经主轴变速箱驱 动，可获得18种转速，调速范围为50:1。 4.铣床工作台的进给运动，由单独电动机M2拖动， 直接起动。为满足工作台在三个相互垂直方向上的进给运 动，要求M2能正反转,工作台还可在三个相互垂直方向上 的快速直线移动，铣床的纵向进给能实现自动循环。并由 手柄操作机械离合器选择进给运动的方向。 5.铣床在铣削加工时，为提高生产率，在小进刀量时 用高速铣削，反之，用低速铣

5、削。,这就要求主传动系统在保持功率不变下能够调速。主 轴电动机采用笼型异步电动机，经齿轮变速箱拖动主轴。 主轴运动和进给运动的速度都可以通过机械方法调节，采 用变速孔盘选择较合适的速度。变换速度时，主轴电动机 和进给电动机都能作瞬时冲动，使变速齿轮易于啮合。 6.具有可靠的电气联锁与保护环节 （1）只有在主轴电动机已经起动的情况下，才能开动 工作台的进给和快速运动，否则将造成设备事故。 （2）主轴电动机的接触器一旦失电释放，进给电动机 的接触器也要失电释放。 （3）操作手柄和开关能使工作台六个方向的进给和快速运动，但在同一时刻只能选择其中之一。,四、X62W型铣床的电气控制,（一）主拖动控制电

6、路分析 1.主轴电动机的起动控制 主轴电动机M1空载直接起动，起动前，由组合开关 SA5预选电动机的转向，控制电路中选择开关SA2选定电 动机的为正常工作方式，即SA2-1触点闭合，SA2-2触点 断开，然后按动按钮SB3或SB4，KMl线圈得电吸合，其 主触点接通M1电路，实现M1按给定方向起动旋转； 按下停止按钮SB1或SB2，主轴电动机M1停转。SB3 或SB4与SB1或SB2分别位于两个操作板上，以实现两地 操作控制。,图5-2 X62W型铣床电气控制电路图,2.主轴电动机制动及换刀制动控制 为使主轴能迅速停车，控制电路采用电磁摩擦离合器 YC1构成主轴制动停车控制环节。 按下停车按钮

7、SB1或SB2， KM1线圈断电释放，主轴 电动机M1断开三相交流电源；同时，YC1线圈通电，产生 磁场，在电磁吸力作用下将摩擦片压紧产生制动，使主轴 迅速制动。 当松开按钮SB1或SB2时，YC1线圈断电，摩擦片松 开，制动结束。 这种制动方式迅速、平稳，制动时间不超过0.5s。,当进行上刀和换刀操作时，为防止主轴意外转动发生 事故，在主轴上刀或更换铣刀时，主轴需处在断电停车和 制动状态。 电路上设有主轴上刀制动环节，在主轴上刀换刀前， 将SA2扳到“接通”位置，触点SA2-1断开，使主轴起动KM1 线圈断电，M1不能起动旋转；另一触点SA2-2闭合，接通 主轴制动电磁离合器YC1线圈电路，

8、摩擦片压紧，使主轴 处于制动状态。上刀换刀结束后，再将SA2扳到“断开”位 置，触点SA2-2断开，解除主轴制动状态； 同时，触点SA2-1闭合，为主轴电动机起动作准备。,3.主轴的变速冲动控制 变换主轴转速的操作过程如下： （1）将主轴变速手柄向下压，然后拉动手柄； （2）旋转变速数字盘，选择好速度； （3）将主轴变速手柄推回原位。 在把变速手柄推回原位时，将瞬间压下主轴变速行程 开关SQ7，使开触点SQ7闭合，闭触点SQ7断开。于是KM1 线圈瞬间通电吸合，其主触头瞬间接通主轴电动机M1，作 瞬时点动，拖动主轴变速箱中的齿轮转动一下，使变速齿 轮顺利地滑入啮合位置，完成变速过程。 这就是主

9、轴变速冲动。,当变速手柄复位后，开关SQ7就不再受压，触点恢复 原状，切断了主轴电动机M1瞬时点动的控制电路，主轴 变速冲动一次结束。 手柄复位时要求动作迅速、连续，一次不到位应立 即拉出，以免压合SQ7时间过长，主轴电动机转速升得过 高，不利于齿轮啮合甚至打坏齿轮。但在变速手柄推回， 接近原位时，应减慢推动速度，以利齿轮啮合。当手柄完 全推回原位时，开关SQ7又恢复原状，切断了主轴电动机 的冲动控制电路。,（二）进给M2拖动控制电路分析 进给M2拖动控制电路分为三部分： （1）顺序控制部分，主轴M1起动后，进给M2的正反 转接触器KM3、KM4才能得电。 （2）工作台各进给运动之间的联锁控制

10、部分，可实现 水平工作台各运动之间的联锁，也可实现水平工作台与圆 工作台各运动之间的联锁。 （3）进给M2正反转接触器控制电路部分。,1. 水平工作台纵向进给运动的控制 操作手柄与行程开关SQl、SQ2组合控制。 纵向操作手柄有左、右两个工作位和一个中间不工作位。 控制过程如表5-2所示。 纵向操作手柄扳到中间位置时，行程开关都处于未被压下 的原始状态。M2不转动，工作台停止移动。 工作台两端装有限位撞块，当运行到终端时，撞块撞 击手柄，回到中间位，工作台终端停车实现了限位保护。,表5-2 工作台纵向进给运动过程,2.水平工作台横向和升降进给运动控制 通过十字复式手柄和行程开关SQ3、SQ4组

11、合控制， 操作手柄有上、下、前、后四个工作位和一个中间不工作 位。 进给过程如表5-3所示。 十字复式操作手柄扳回中间位置时，横向和垂直方向 的机械离合器脱开，SQ3、SQ4不再受压而复位，动合触点 SQ3或SQ4断开，KM2或KM3线圈断电释放，电动机M2停 止旋转，工作台向前进给停止。,表5-3 工作台横向和垂直方向进给运动过程,3. 水平工作台进给运动的联锁控制 工作台六个方向的运动，在同一时刻只容许一个方向 有进给运动，需要进行互锁。 控制线路中采用机械与电气方法实现。 机械方法使用两套操作手柄（纵向操作手柄和十字复 式操作手柄），每个操作手柄的每个位置只有一种操作。 电气方法是由行程

12、开关SQ1SQ4各自的动断触点连 成互锁电路来实现的。纵向操作手柄控制的SQ1、SQ2的 动断触点串联在一条支路上，而十字复式操作手柄控制的 SQ3、SQ4的动断触点串联在另一条支路上。,4. 水平工作台的快速移动 水平工作台选定进给方向后，可通过电磁离合器YC1 接通快速移动传动系统，实现工作台空行程的快速移动。 采用手动控制，按下SB5或SB6，KM4线圈得电，其动 断触点断开，使正常进给电磁离合器YC2线圈失电，断开 正常进给传动系统；KM4动合触点闭合，使快速给电磁离 合器YC1线圈得电，接通快速移动传动系统，水平工作台 沿选定进给方向快速移动。 松开SB5或SB6，KM4线圈失电，Y

13、C1线圈失电，YC2 线圈得电，恢复水平工作台的工作进给。,5.圆工作台进给拖动的控制 为进行弧形加工，由进给电动机经传动机构驱动圆工 作台的回转运动。 SA1开关为水平工作台与圆工作台的选择开关。 圆工作台工作时，首先将SA1扳到“圆工作台”位置， SA1-1、SA1-3触点打开，SA1-2触点闭合。工作台六个方 向的进给运动都停止，按下主轴起动按钮SB3或SB4，KA1、 KM1或KM2线圈通电吸合，主轴电动机M1起动。接触器 KM3线圈经SQ1SQ4行程开关的常闭触点SQ1-2、SA2-2、 SQ3-2、SQ2-2、SQ4-2和触点SA1-2通电吸合，于是M2起 动，拖动圆工作台单方向回

14、转。,6. 水平工作台的变速冲动 原理与主轴变速冲动一样，变速手柄拉出后，选择好 速度，再将变速手柄复位，在复位过程中瞬时压动SQ6， 动合触点SQ6闭合，KM2的线圈得电，M2转动。动断触点 SQ6断开，切断KM2的线圈的自锁。变速手柄复位后，松 开SQ6。 手柄复位时要求动作迅速，一次不到位，应立即拉 出，再重复瞬时点动操作，直到齿轮处于良好啮合状态， 进入正常工作。,（三）冷却泵与机床照明的控制 冷却泵电动机M3通常在铣削加工时由转换开关SA3操 作，当扳至“接通”位置时，M3起动，拖动冷却泵。 机床局部照明由照明变压器T2输出36V安全电压，由 开关SA4控制照明灯EL。 （四）控制电

15、路的联锁与保护 （1）进给运动与主运动的顺序联锁 （2）工作台六个运动方向间的联锁 （3）水平工作台与圆工作台间的联锁,（五）X62W铣床的控制特点与常见故障分析 1.电气控制特点 （1）采用电磁摩擦离合器的传动装置，实现主轴电动 机的停车制动和主轴上刀时的制动，对工作台的工作进给 与快速进给的控制。 （2）主轴变速与进给变速均设有冲动环节。 （3）进给电动机的控制采用机械挂档与电气开关联动 的手柄操作。 （4）工作台上下左右前后六个方向具有联锁保护。,2.常见故障分析 （1）主轴停车制动效果不明显或无制动 制动效果不明显故障原因：按下停止按钮时间太短， 松手过早；可能未将停止按钮按到位，导致

16、YC1线圈无法 通电而无制动；可能整流输出直流电压偏低，使制动效果 差；或者由于YC1线圈断线，造成主轴无制动。 （2）主轴变速与进给变速时无变速冲动 由于主轴变速冲动开关SQ7或进给变速开关SQ6在频 繁压合下，开关位置改变以致压不上，甚至开关底座被撞 碎或SQ7、SQ6触点接触不良，无法接通KM2，都将造成 主轴变速与进给变速时无瞬时冲动。,（3）工作台控制电路的故障 电路故障较多，如：工作台能够左右运动，但无垂直 与横向运动。既然能左右运动则说明进给电动机M2及 KM3、KM4都运行正常，但操作横向垂直操纵手柄无运 动，这可能是由该手柄压合的行程开关S03或SQ4压合不 上；也可能是SQl或SQ2在纵向操纵手柄扳回中间位置后 不能复位。有时，进给变速冲动开关SQ6损坏，其常闭触 点SQ6（19-22）闭合不上，也会出现上述故障。,第二节 组合机床的电气控制,通用机床在加工大批量、多工序的零件时，不易实现 多刀、多面同时加工，生产效率低，加工质量不稳定，精 度较低，操作频繁，劳动强度大。 为改善生产条件，采用多刀加工的各类专用机床，但 当零件