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1、第 4 章,电气控制与PLC,电气控制系统实例,1,本章提要,4.1 卧式车床电气控制 4.2 摇臂钻床电气控制 4.3 平面磨床电气控制 4.4 铣床电气控制 4.5 电源切换控制 4.6 异步电动机软启动控制 4.7 异步电动机变频调速控制,2,4.1 卧式车床电气控制,车床是机械制造和修配工厂中使用最广的一类金属切削机床，可车削外圆、内园、端面、螺纹和成型表面，也可用钻头、铰刀、镗刀等进行加工。车床按结构型式和用途可分为立式车床、卧式钻床、半自动车床、仿形车床、数控车床等。在各类车床中，卧式车床操作方便，灵活，适用范围广，是机械加工中常用的机床设备。本节以C650卧式车床为例，介绍其电气
2、控制原理。,3,4.1.1 C650卧式车床的主要工作情况,C650卧式车床属中型车床，加工工件旋转半径最大可达1020mm，长度可达3000mm。其结构主要由床身、主轴变速箱、卡盘、尾座、进给箱、刀架和溜板箱等组成，外形如图4-1所示。 C650卧式车床由主轴电动机M1、冷却泵电动机M2和刀架快速移动电动机M3拖动。,4,1-主轴变速箱 2-卡盘 3-刀架 4-尾座 5-床身 6-溜板箱 7-进给箱,图4-1 C650卧式车床结构示意图,5,各电动机的控制要求：,1）主轴电动机M1采用空载直接起动，能实现正、反向旋转的连续运行。为便于对工件作调整，主轴电动机能实现单方向的点动控制。停车采用反
3、接制动。 2）冷却泵电动机M2采用直接起动，单向连续工作。 3）快速运动电动机M3为单向点动、短时运转。 4）控制电路应有必要的保护环节和照明装置。,6,4.1.2 C650卧式车床的电气控制,（1）主轴电动机M1的控制 M1的点动控制； M1正、反转控制； M1的反接制动控制；,图4-2,7,（2）冷却泵电动机M2的控制 （3）刀架快速移动电动机M3的控制 （4）照明电路与保护环节 车床局部照明由变压器TC输出36V安全电压，通过开关SA控制照明灯EL。 熔断器FU1FU5分别作主电路和控制电路的短路保护，FR1与FR2分别为M1和M2的过载保护，电阻R作为M1的反接制动限流保护。此外，接触
4、器KM1与KM2的线圈之间利用各自的辅助触点实现互锁保护。,图4-2,8,图4-2 C650 卧式车床的电气控制原理图,M1 M2 M3,速度继电器什么时候动作？,接触器线圈的额定电压？,9,制动,4.2 摇臂钻床电气控制,钻床是一种用途广泛的万能机床，可进行钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及修刮端面等多种形式的加工。钻床按结构型式可分为立式钻床、卧式钻床、摇臂钻床、深孔钻床、台式钻床等。在各种钻床中，摇臂钻床操作方便，灵活，适用范围广，特别适用于带有多孔大型工件的孔加工，是机械加工中常用的机床设备，具有典型性。下面以Z3040摇臂钻床为例，分析其电气控制工作原理。,10,4.2.1 Z3040摇臂钻
5、床的主要工作情况,Z3040摇臂钻床主要由底座、内外立柱、摇臂、主轴箱和工作台等组成，如图4-3所示。内立柱固定在底座的一端，在它外面套有外立柱，由于升降螺母固定在摇臂上，所以摇臂只能与外立柱一起绕内立柱回转。摇臂的一端为套筒，套装在外立柱上，并借助丝杠的正、反转可沿外立柱作上下移动。,11,图4-3 Z3040摇臂钻床结构示意图,Z3040摇臂钻床由主轴电动机M1、升降电动机M2、液压泵电动机M3和冷却泵电动机M4拖动。,1-主轴箱 2-摇臂 3-工作台 4-底座 5-立柱,12,各电动机的控制要求,1）主轴电动机M1采用直接起动方式，单向旋转，主轴的正反转采用机械方法实现。主轴变速机构和进
6、给变速机构均装在主轴箱内。 2）摇臂升降电动机M2要求正反转。 3）液压泵电动机M3用来驱动液压泵送出不同流向的压力油，推动活塞、带动菱形块动作来实现内外立柱的夹紧与放松以及主轴箱和摇臂的夹紧与放松，故液压泵电动机M3要求正反转。 摇臂的移动严格按照摇臂松开摇臂移动移动到位摇臂夹紧的程序进行。因此，摇臂的夹紧放松与摇臂升降应按上述程序自动进行。 4）冷却泵电动机M4拖动冷却泵以提供冷却液，M4采用直接起动，单向连续工作。 控制电路应有必要的联锁与保护环节和照明装置。,13,4.2.2 Z3040摇臂钻床的电气控制,1.主电路分析 电源由总开关QK引入，主轴电动机M1单向旋转，由接触器KM1控制
7、。主轴的正、反转由机床液压系统操作结构配合摩擦离合器实现。摇臂升降电动机M2由正、反转接触器KM2 、KM3控制，液压泵电动机M3拖动液压泵送出压力夜，由接触器KM4 、KM5控制其正、反转。冷却泵电动机M4用转换开关SA2控制。,图4-4,14,2. 控制电路分析,图4-4,（1）主轴电动机M1的控制 按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电，电动机M1转动。按停止按钮SB1，接触器KM1断电，M1停止。,简单,15,（2）摇臂升降电动机M2的控制,摇臂上升控制：按上升起动按钮SB3。,时间继电器KT通电，使电磁阀YV通电，推动松开机构使摇臂松开；,同时接触器KM4通电，液压泵电动机M3正转
8、，,松开机构压下限位开关SQ2，使接触器KM4断电，M3停转，停止松开；,与此同时，上升接触器KM2通电，升降电动机M2正转，摇臂上升；,到预定位置时松开SB3，上升接触器KM2断电，M2停转，摇臂停止上升；,时间继电器KT断电，延时t（s）后，其延时闭合常闭触点闭合，接触器KM5通电，M3反转，电磁阀推动夹紧机构使摇臂夹紧，夹紧机构压动限位开关SQ3后，电磁阀YV断电，接触器KM5断电，液压泵电动机M3停转，夹紧停止。,摇臂下降过程和上升情况相同，不同的是由下降起动按钮SB4和下降接触器KM3实现控制,KM4,M3,液体通过YV驱动松开锁紧机构,KM2,M2,驱动摇臂升,连锁,KM2驱动M2
9、电机正转摇臂升,16,主轴箱和立柱的夹紧与松开是同时进行的，均采用液压机构控制。工作过程如下： 1) 松开。按下松开按钮SB5，接触器KM4通电，液压泵电动机M3正转，推动松紧机构使主轴箱和立柱分别松开，松开后限位开关SQ4复位，使指示灯HL1亮，表示已松开。 2) 夹紧。按下松开按钮SB6，接触器KM5通电，液压泵电动机M3反转，推动松紧机构使主轴箱和立柱分别夹紧，压下限位开关SQ4，使指示灯HL2亮，表示已夹紧。,图4-4,（3）主轴箱与立柱的夹紧与放松控制,(4) 冷却泵电动机M4的控制 电动机M4由转换开关SA2直接控制起停。,KM4 使M3电机正转，放松,KM5 使M3电机反转，夹紧
10、,17,图4-4 Z3040摇臂钻床电气控制原理图,M1 M2 M3,18,3. 保护环节和照明线路,熔断器FU1FU4分别实现电路的短路保护。热继电器FR1和FR2分别作为M1与M3的过载保护，M2电动机正反转具有双重互锁，M3电动机正反转具有电气互锁。立柱与主轴箱松开、夹紧按钮SB5、SB6的常闭触点串接在电磁阀YV线圈电路中，实现立柱与主轴箱松开、夹紧操作时，压力油只进入立柱与主轴箱夹紧油腔而不进入摇臂夹紧油腔的联锁。此外，摇臂升降有限位保护，当摇臂上升到极限位置时压动限位开关SQ1-1，或下降到极限位置时压动限位开关SQ1-2，使摇臂停止升或降。 照明线路由变压器T提供36V交流照明电
11、源电压，通过转换开关SA1控制照明灯EL。,19,4.3 平面磨床电气控制,磨床是以砂轮周边或端面对工件进行磨削加工的精密机床，不仅能加工一般金属材料，而且能加工一般刀具不能加工的硬质合金和淬火钢等硬材料。利用磨削加工能够获得较高的加工精度和光洁度，广泛应用于零件的精加工。 磨床的种类很多，有平面磨床、外圆磨床、内圆磨床、无心磨床以及专用磨床（如螺纹磨床、球面磨床、齿轮磨床、导轨磨床）等。其中以平面磨床应用最为广泛。下面以M7130型平面磨床为例分析磨床的基本结构和电气控制原理。,20,4.3.1 M7130平面磨床的主要工作情况,M7130型平面磨床是利用砂轮周边进行磨削加工的平面磨床，主要
12、由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮箱（磨头）、滑座、立柱等部分组成。 主运动：砂轮的旋转运动 进给运动：工作台和砂轮的往复运动 辅助运动：砂轮架的快速移动和工作台的移动,图4-5 M7130平面磨床结构示意图,1-砂轮箱 2-滑座 3-立柱 4-工作台 5-床身 6-横向进给手轮 7-工作台手轮 8-电磁吸盘,21,电气控制的要求,1）砂轮电动机M1、冷却泵电动机M2和液压泵电动机M3在电气上均要求单向转动。 2）使用电磁吸盘的正常工作和不用电磁吸盘的机床调整时，各运动部件均能动作。 3）具有完善的电路保护环节。 4）电磁吸盘具有吸持、松开工件，并使工件去磁的控制环节。,22,4.3.2 M713
13、0平面磨床的电气控制,1.主电路分析 砂轮电动机M1由接触器KM1控制。冷却泵电动机M2经KM1和插头XP1控制。液压泵电动机M3由接触器KM2控制。三台电动机均直接起动，单向旋转。共用熔断器FU1作短路保护。M1和M2分别由热继电器FR1与FR2作长期过载保护。,图4-6,23,2.控制电路,砂轮电动机M1和冷却泵电动机M2的工作过程：合上刀开关QK并插上插头XP1，按下起动按钮SB2，接触器KM1通电，电动机M1 、M2同时起动。按下停止按钮SB1，接触器KM1断电，电动机M1 、M2同时停止。 液压泵电动机M3的工作过程：按下起动按钮SB4，接触器KM2通电，液压泵电动机M3起动。按下停
14、止按钮SB3，接触器KM2断电，M3停止。 特别注意：电动机的起动必须在电磁吸盘YH工作、且欠电流继电器KA通电吸合，其常开触点KA（6-8）闭合，或YH不工作，但转换开关SA1置于“去磁”位置，其触点SA1-5（6-8）闭合的情况下方可进行。,图4-6,24,3.电磁吸盘控制,充磁 SA1扳向“充磁”位置，SA1的触头SA1-3、SA1-4闭合，电流继电器触点KA（6-8）闭合，按下按钮SB2，接触器KM1通电，M1转动；按下按钮SB4，接触器KM2通电，M3转动，此时可进行磨削加工。表4-1开关SA1的触点通断情况 去磁 SA1扳向“去磁”位置，SA1的触头SA1-1、SA1-2闭合，电磁
15、吸盘通以反向电流实现去磁。去磁结束，SA1扳向“断电”位置，电磁吸盘断电，取下工件。,图4-6,25,4.必要的保护环节和照明线路,1）电磁吸盘的欠电流保护。 2）电磁吸盘的过电压保护。 3）整流装置的过电压保护。 4）短路保护。 5）过载保护。 6）变压器TC提供36V交流照明电源电压，由转换开关SA2控制照明灯EL。,图4-6,26,图4-6 M7130平面磨床电气控制原理图,主电路 控制电路 电磁吸盘控制,27,4.4 铣床电气控制,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轮和螺旋面，装上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，
16、有立铣、卧铣、龙门铣、仿形铣及各种专用铣床。本节以X62W卧式万能铣床为例，分析中小型铣床控制线路的工作原理。,28,4.4.1 X62W铣床的主要工作情况,X62W卧式万能铣床由主轴、刀杆、横梁、工作台、回转盘、横溜板、升降台、床身等部分组成。 铣床的主要运动形式有： 1.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。 2.主轴所带铣刀的旋转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、横向和垂直三种直线进给运动，对应左右、前后、上下六个移动方向。 3.装有圆工作台的万能铣床还有圆形工作台的回转运动，万能铣床的矩形、圆形工作台共有4种运动形式。,29,1-主轴 2-刀杆 3-横梁 4-工作台 5-回转盘 6-横溜板 7-升降台 8-床身,图4-7 X62W卧式万能铣床结构示意图,30,铣床对电气控制的要求,1）主轴电动机M1空载时直接起动，要求实现两地控制的正反转（顺逆铣）运动及反接制动停车。 2）工作台驱动电动机M2
