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1、第3章 典型生产机械电气控制系统,生产中广泛使用的机床设备有普通机床、数控机床和加工中心等类别。普通机床设备的电气控制线路是典型的继电接触器控制系统，广泛应用于企业生产；数控机床和加工中心以微计算机控制为核心，是计算机控制与继电接触器控制相结合的控制系统。所以学习和掌握继电接触器电气控制系统的分析方法有着十分重要的意义。本章以常见的机床设备为例，分析具体电气控制系统的应用，为电气识图、设备安装、调试、维护和修理打下一定的基础，同时为继电接触器控制系统的原理设计奠定基础。,第3章 典型生产机械电气控制系统,3.1 电气控制线路分析基础,电气控制线路的工作原理主要结合电气原理图进行分析。通常电气原
2、理图可分为主电路和控制电路及信号指示电路等几部分，也可以按照电动机的编号将电路分成若干模块，甚至可以将每台电动机的控制系统按照其控制功能细分为若干个控制环节。通过对电路环节控制原理的分析，达到了解和掌握电动机各个控制环节以及整个设备电气控制线路原理的目的。,分析电气线路工作原理常用的方法: 查线读图法和逻辑代数法。,第3章 典型生产机械电气控制系统,3.1.1查线读图法,1.了解生产工艺与执行电器的关系 在分析电气线路前，充分了解机械设备的动作及工艺加工过程，明确各个动作之间的要求，以及机械动作与执行电器间的关系，为分析线路提供线索、奠定基础。 2.分析主电路 线路的分析一般从电动机主电路入手
3、，根据主电路控制元件的触点、电阻和其它检测、保护器件，大致判定电动机的控制和保护功能。,3.控制电路的分析方法 根据主电路控制元件主触点和其它电器的文字符号，在控制电路中找出相应控制环节，以及环节间的相互关系。对控制电路由上往下、由左往右阅读，然后，设想按动某操作按钮，查对线路，观察那些元件受控动作，并逐一查看动作元件的触点又如何控制其它元件动作，进而驱动的被控对象如何动作。,3.1.2 逻辑代数法,第3章 典型生产机械电气控制系统,逻辑代数法是通过电路逻辑表达式的运算分析控制电路的工作原理，任何一条电气控制线路的支路都可以用逻辑表达式来描述。逻辑代数法的优点是逻辑关系简洁明了，有助于计算机辅
4、助分析，主要缺点是复杂电路逻辑关系表达式很繁琐，并且电路分析不如查线读图法直观。,第3章 典型生产机械电气控制系统,3.2 C650卧式车床电气控制系统,C650卧式车床主要由床身、主轴变速箱、尾座、进给箱、丝杠、光杠、刀架和溜板箱组成。主要用作车削外圆、内圆、端面、螺纹螺杆等工作。最大加工工件回转直径1020mm，最大工件长度3000mm。 车床的主运动是主轴通过卡盘带动工件作旋转运动。进给运动是溜板箱带动刀具作纵向或横向运动。为了满足机械加工工艺的要求，主轴旋转运动与带动刀具溜板箱的工步进给运动由同一台主轴电动机驱动。,第3章 典型生产机械电气控制系统,3.2.1 C650车床电力拖动的控
5、制要求及特点,1. 主轴负载主要为切削性恒功率负载，要求正反转、反接制动和调速控制，系统采用齿轮变速箱的机械调速方式，要求电气控制系统实现正反转和反接制动控制 。,2. 由于C650车床床身较长，为减少辅助工作时间，提高加工效率，设置了一台2.2KW的笼型三相交流异步电动机拖动刀架及溜板箱的快速移动，由于快速移动为短时工作制，要求采用点动控制。,3. 为在机加工过程中对刀具进行冷却，车床的冷却液循环系统采用一台125W的三相交流异步机驱动冷却泵运转，冷却泵电机要求采用起停控制。,第3章 典型生产机械电气控制系统,3.2.2 C650车床主电路分析,主电路中组合开关QS为电源开关，开关右侧分别为
6、电动机M1、M2、 M3的主电路。 根据控制要求，主电路用接触器KM1 、KM2主触点接成主轴电动机M1的正、反转控制电路；电阻R在反接制动和点动控制时起限流作用； 接触器KM3在运行时起旁路限流电阻R的作用; 电流互感器TA、电流表PA和时间继电器KT用于检测主轴电机M1起动结束后的工作电流，起动过程中KT常闭延开触点闭合，电流表PA被旁路，起动结束，KT常闭延时断开触点打开，电流表PA投入工作，监视电动机运行时的定子工作电流。 熔断器FU1用于电动机M1的短路保护，热继电器FR1用于过载保护，速度继电器KS用于检测电动机M1转动速度的过零点。 接触器KM4控制冷却泵电动机M2的起动和停止，
7、FR2用于电动机M2的过载保护。 接触器KM5用于控制快速移动电动机M3工作，由于快速移动为短时操作，故电动机M3不设过载保护。,第3章 典型生产机械电气控制系统,3.2.3 控制电路分析,控制电路采用变压器TC隔离降压的110V电源供电，熔断器FU3用作控制电路的短路保护。 控制电路: 主轴电机 刀架拖板快速移动电机 冷却泵电机,第3章 典型生产机械电气控制系统,3.2.3.1 主轴电机M1的控制,主轴电动机M1（30KW）不要求频繁起动，采用直接起动方式，要求供电变压器的容量足够大，主轴电机能够实现正反转、正向点动、反接制动等电气控制，控制电路如图3-2所示。,第3章 典型生产机械电气控制
8、系统,3.2.3.1 主轴电机M1的控制,1. 正、反转控制 按动正向起动按钮SB3时，两个常开触点同时闭合，SB3右侧常开 触点使接触器KM3通电、时间继电器KT线圈通电延时，中间继电器KA线圈通电自锁，SB3左侧常开触点使接触器KM1线圈通电并通过KA的两个常开触点自锁，主电路的主轴电动机M1 起动（全压）。时间继电器KT延时时间到，起动过程结束，主电机M1进入正转工作状态，主电路KT常闭延开触点断开，电流表PA投入工作，动态指示电动机运行工作的线电流。在电动机正转工作状态，控制电路线圈通电工作的电器有KM1、KM3、KT、KA等。反向起动的控制过程与正向起动类似，SB4为反向起动按钮，在
9、M1反转运行状态，控制电路线圈通电工作的电器有KM2、KM3、KT、KA等。,第3章 典型生产机械电气控制系统,3.2.3.1 主轴电机M1的控制,2.正向点动控制：按下点动按钮SB2（手不松开）时，接触器KM1线圈通电（无自锁回路），主电路电源经KM1的主触点和电阻R送入主电动机M1，主轴电动机M1作定子串R的正向点动。松开按钮SB2后，接触器KM1线圈断电，主电动机M1点动停止。 3.反接制动：下面首先讨论正转的反接制动，M1正转过程中，控制电路KM1、KM3、KT、KA线圈通电，速度继电器KS的正转常开触点(n0)闭合，为反接制动做好了准备。按动停止按钮SB1，依赖自锁环节通电的KM1、
10、KM3、KT、KA线圈均失电，自锁电路打开，触点复位，松开停止按钮SB1后，控制电流经SB1、KA、KM1的常闭触点和KS (n0)的常开触点(动合)使接触器KM2线圈通电，主轴电动机M1定子串电阻R接入反相序电源进行反接制动，当电动机转速接近于零时，KS(n0)的常开触点断开，KM2线圈断电，电动机M1主电路断电，反接制动过程结束。,第3章 典型生产机械电气控制系统,3.2.3.2冷却泵电动机M2的控制,冷却泵电动机M2为连续运行工作方式，控制按钮SB5、SB6和接触器KM4构成电动机M3的起停控制电路，热继电器FR2起过载保护作用。熔断器FU4用做主电路的短路保护。,第3章 典型生产机械电
11、气控制系统,3.2.3.3 刀架快速移动电动机M3的控制,转动刀架手柄，压下位置开关SQ，接触器KM5线圈通电，电动机M3起动，经传动机构驱动溜板箱带动刀架快速移动。刀架手柄复位时，SQ复位，KM5线圈失电，快移电动机M3停转，快移结束。熔断器FU5用做电动机M3主电路的短路保护。由于电动机M3工作在手动操作的短时工作状态，故未设过载保护。 车床照明电路采用36V安全供电，钮子开关SA为照明灯EL的控制开关，熔断器FU6作照明电路的短路保护。,第3章 典型生产机械电气控制系统,3.3 万能铣床电气控制系统,铣床可以用来加工平面、斜面和各种形式的沟槽等，装上分度头后可以铣切直齿齿轮和螺旋面，装上
12、圆工作台还可以铣切凸轮和弧形槽，是一种常用的机床设备。铣床的种类很多，有立铣、卧铣、龙门铣、仿形铣及各种专用铣床。卧式万能铣床的工作台为升降式工作台，故又称为升降台式铣床，用于加工尺寸不太大的工件。,第3章 典型生产机械电气控制系统,3.3.1 XA6132型卧式万能铣床的结构和运动形式,图3-3 XA6132型卧式结构万能铣床结构简图,XA6132型卧式万能铣床有床身、悬梁、刀杆支架、升降台等部分组成，结构外形见图3-3。,1-底座 2-进给电动机 3-升降台 4-进给变速手柄及变速盘 5-溜板 6-转动部分 7-工作台 8-刀架支杆 9-悬梁 10-主轴 11-主轴变速盘 12-主轴变速手
13、柄 13-床身 14-主轴电动机,第3章 典型生产机械电气控制系统,3.3.1 XA6132型卧式万能铣床的结构和运动形式,铣床的主要运动形式有主轴（带刀具）旋转运动和工作台（固定工件）的进给运动，两种运动分别用两台电动机拖动。 主轴所带铣刀的切削运动有顺铣和逆铣两种工作方式，升降台分为矩形和圆形两层结构，矩形工作台可实现工作台纵向、横向和垂直三种进给运动，对应左右、前后、上下六个移动方向。 装有圆工作台的万能铣床还有圆形工作台的回转运动，万能铣床的矩、圆形工作台共有4种运动形式。,第3章 典型生产机械电气控制系统,工作台进给电动机M2经机械传动链传动，由电磁离合器选择工作台的工步和快速进给，
14、并由机械离合器接通相应方向的机械传动链，驱动工作台实现各方向的移动进给，进给运动机械传动链的传递示意图见图3-4所示。,3.3.1 XA6132型卧式万能铣床的结构和运动形式,图3-4 进给运动机械传动链的传递示意图,第3章 典型生产机械电气控制系统,X6132型卧式万能铣床的控制要求：,3.3.1 XA6132型卧式万能铣床的结构和运动形式,1. 主轴电动机M1（7.5KW）空载时直接起动，要求实现两地控制的正反转（顺逆铣）运动及电磁离合器的停车制动（采用电磁离合器），为安全和操作方便，换刀时，使主轴处于制动状态。主轴的正、反转不需要经常变换，并且通常在加工前设置。,2. 工作台驱动电动机M
15、2（1.5KW）要求能够实现正反转，并要求两个工作台（矩、圆形）各个方向的运动互锁，矩形工作台的六个运动方向和圆工作台的旋转运动要求互锁，任何时刻，只允许存在一种运动形式的一个方向运动。,第3章 典型生产机械电气控制系统,3. 主轴旋转与工作台进给运动均采用机械齿轮变速箱调速，要求主轴电动机和工作台电动机在主轴和进给变速时能够瞬时冲动，保证变速时齿轮的正确啮合和设备的安全。 4. 为避免打刀要求主轴驱动电动机M1起动后，工作台驱动电动机M2方能起动。,3.3.1 XA6132型卧式万能铣床的结构和运动形式,第3章 典型生产机械电气控制系统,3.3.2 铣床控制线路分析,XA6132型卧式万能铣
16、床控制线路如图3-5所示， 铣床控制电路分为主电路、控制电路、直流电路（电磁离合器）和照明电路等部分。,3.3.2.1 主电路分析,低压断路器QF1用作万能铣床控制线路的总开关，兼有电流脱扣的短路保护功能。中间继电器KA3的常开触点控制冷却泵电机M1；接触器KM1、KM2的主触点控制主轴电动机M2的正反转；熔断器FU1用于进给电机M3和变压器原边的短路保护；接触器KM3、KM4的主触点控制进给电动机M3的正反转；热继电器FR1FR3用于电动机M1M3的过载保护。 控制变压器TC副边提供110V、48V、36V三组电源分别供给控制电路和照明负载，其中48V电源经整流后供给直流电磁离合器和电磁制动器电磁线圈的工作电路。,第3章 典型生产机械电气控制系统,3.3.2.2 主轴电动机M2和冷却泵电机M1的控制线路分析,主轴电机的正转起动控制： 切换开关SA4合向“正转”，按动起动按钮SB3或SB4，中间继电器KA1线圈通电自锁，接触器KM1线圈通电吸合，主轴电机M2正转。 主轴电动机M2的制动控制： 按动停车按钮SB1或S
