B2012A龙门刨床电气线路分析全

1、【实习目的】 A型龙门刨床电气控制系统既包括交、直流电动机、电器的继电器接触器控制，又包括连续反馈控制及扰动补偿前馈控制，属于复合控制系统。它概括电气控制技术的主要内容，具有一定的典型性、综合性与复杂性。通过实习使学生获得全面系统的基本训练，提高综合分析能力和测试维修技能。【实习原理】龙门刨床用来加工各种平面、斜面、槽、更适合于加工大型而狭小成批的机械零件，如：机床床身、导轧、箱体、立柱等。其生产工艺主要是刨削，控制目标是控制工作台自动往复循环运动和调速。控制要求如下：1、调速范围宽B2012A系统采用电压调速，并加一级机械变速（齿轮变速）低速档：6-60m/min ；高速档：9-90m/mi

2、n ；在低速档和高速档，均能实现无级变速。2、静差度 在加工过程中，由于工件表面不平及材料不均匀度的影响，会导致切削力的变动，为保证工作台速度不致因切削力的变动而变化太大，以便保证加工精度。B2012A静差度为10% 3、工作台的往复运动能适应切削工艺要求，应实现自动往返循环(1)在切削速度较高时，为减小刀具切入工件时的冲击，应使刀慢速切入，然后增加到规定速度。(2)若切削速度冲击刀具所能承受，可以取消慢速切入。(3) 在工作台前进或返回行程的末尾，工作台能自动减速，以使刀具慢速离开工件，防止工件边缘剥裂。(4)工作台速度低于10m/min，减速环节不起作用。(5)工作台自动循环速度图(6)工

3、作台没有慢速切入循环速度图(7)工作台速度低于10m/min速度图4、满足磨削的要求磨削速度 1m/min5、调速方案满足负载性质的要求25m/min以下为恒转矩；25m/min以上为恒功率；B2012A采用机电联合调速。6、工作台正反向过渡过程要快，工作台运行要稳定7、满足刀架运动的要求如：刀架的移动，进刀、退刀、抬刀等都与工作台的运动有机的配合8、设置必要的联锁9、系统的机械特性应具有下垂特性，当负荷过大时，使电机转速迅速下降，保护电机及机械。当主电路电流 IIbe 下降IIbe 堵转 静特性如下图10、运动形式主运动工作台连续重复往返运动进给运动刀架进给辅助运动横梁的夹紧、放松、上升、下

4、降、抬刀和放刀11、龙门刨床电气设备方框图控制电路分六个：（1）电机组启动 （4）进刀控制（2）给定控制 （5）抬刀控制（3）工作台控制 （6）横梁控制交流控制电路控制机组启动、刀架运动、横梁升降、刨台运动。直流控制电路控制刨台往返运动速度和抬刀运动。【教学内容】1、电机组启动控制电路分析电机组主电路控制原理图如下：电机组控制电路原理图如下： 由于电机组电动机容量比较大（55KW或60KW），采用“Y-”降压启动(1) 启动过程如下： 接触器C-A线圈得电A合上UZ交流电源指示灯2e亮按起动2A时间继电器 SJ-A线圈得电B接触器Y线圈得电C辅助触点C-A闭合(703-705)自锁A 主触点闭

5、合交流电机A “Y”形起动L运转UL（75%）主触点闭合SJ-线圈得电DC常闭点断开与“”联锁（705-717）延时断开为Y形断电作准备 B （705-723）延时闭合为C-B得电作好准备 主触点断开切断Y形A惯性运转（705-717）瞬时断开Y线圈失电（702-706）闭合D（723-725）瞬时闭合 C-B得电E（723-705）闭合（705-725）闭合（自锁）（717-719）断开（联锁） E（717-721）闭合为得电形作准备主触点闭合 为B、FB作准备常闭点断开（51）SJ-线圈失电 （705-717）延时闭合 线圈得电F（723-725）延时断开 主触点闭合形运转F （705-7

6、17）闭合常闭触点（704-702）断开SJ-A线圈断电 复位（705-723）断开(2) 停车过程如下按1A按钮 电机组控制电路切断电源交流电机A、B、FB停止直流电机停止运行。(3) 注意几个问题 1） 交流电机A“”形运转后，起动过程结束，投入正常运行。 2）直流时间继电器的作用（SJ-） 保证交流电机 A“Y-”转换有一定的时间，“Y”断电释放后形通电，防止主电路短路事故发生。 只有L正常工作时，SJ-及C-B接触器才能获电动作，交流电机A才能完成起动，直流电机D才能工作，防止D在没有磁场或弱磁场下运行，烧坏发电机F和直流电动机D。 当工作台不磨削时，M常闭点是闭合 当工作台自动循环时

7、，JI常开点闭合 保证电动机A、B、FB 当工作台后退换向时，1Q常闭触点断开中任一台过载时，工作台始终停在后退末了位置，以防损坏刀具和工件表面。2、工作台控制线路分析(1) 交磁放大机控制绕组的作用1）0控制绕组的作用是给定信号、电压负反馈信号、电流截止负反馈信号的综合给定信号选择R-Q或者R-H调速电位器手柄，那么加在0绕组上的电压为a1Ug(210-R-Q间或210-R-H间的电压)，作为给定信号R-Q向左移升速；R-Q向右移减速R-H向左移减速；R-H向右移升速电压负反馈2R（200-S2-F间的电压）两端的电压作为电压负反馈信号电压，它与F端电压成正比，与给定信号电压极性相反。作用：

8、调节系统自动稳速。电流截止负反馈作用：使系统加快过渡过程，并得到下垂特性，缩短调速过程由4R、1ZX、2ZX比较电压组成。 当直流电动机主回路电流I电动机n超过截止电流数值时，电压降Uab>Uc和整流管ZX的正向压降之和电流截止负反馈起作用，在0中产生去磁电流IqKF端电压主回路电流I电机起动完毕后，恢复正常2）0控制绕组的作用0为电流正反馈绕组补偿回路中，直流电阻引起的电压降产生的转速不稳定。3）0控制绕组的作用（稳定环节）电压微分负反馈(2) 工作台自动循环控制过程是： 慢速前进（刀具切入工件）工作速度前进（刀具切削工件） 减速前进（刀具离开工件）返回（制动、停止、反向起动到快速退回

9、） 减速退回 制动、停止、起动，转下一个循环。交流控制电路图如下：直流控制电路图如下：1） 工作台慢速前进 H-JS H-JS1闭合原始位置时，撞块压下行程开关 H-JS2断开H-HX H-HX1断开H-HX2闭合（107-129）闭合自锁1Q线圈得电A接前进按钮9AJI线圈得电 （200-220）闭合 （1-3）闭合B（111-113）闭合 Q线圈得电（220-225）闭合（161-163）闭合J线圈得电225-237闭合 CA（230-250）断开（250-O2）断开B JS线圈得电（2-204）（1-201）闭合 Cb-Q全部b-H部分电阻接入O回路I0电流回路： 1JS203(不经11

10、RT)R-Q3RT237225220200S2-FO1O2b-Q全部、b-H部分2101RJS2I0较小，刀具在工作台慢速下切入工件2)工作台以工作速度前进H-HX2断开慢速前进完毕后，行程开关H-HX复位 H-HX1闭合1Q线圈断电J线圈失电（225-237）断开慢速前进回路断开 工作台速度加速到工作速度。其励磁回路： 1JS203(不经11RT)2211RT223225220200S2-FO1O22502302101RJS23）工作台减速前进Q-JS1闭合刀具将要离开工件时，撞块压下行程开关Q-JS Q-JS2断开J线圈得电工作台又减速前进（其回路同慢速切入）这时b-H全部串入， b-Q部

11、分接入。4）工作台快速退回减速前进结束后（刀具己离开工件），撞块压下Q-HX（1-3）断开 Q-HX1断开 Q线圈断电（220-225）断开断开正向励磁回路（123-125）闭合H线圈得电2H线圈得电A（220-226）闭合 接通0反向励磁回路A（1-11）（2-12）闭合接通电磁铁电路（210-230）断开b-Q和b-H串接在回路中Q-HX2闭合1H线圈得电（305-307）闭合（405-407）闭合 刀具实行自动进刀（505-507）闭合 其励磁回路：1JS203R-Q210b-Q部分、b-H全部O2O1S2-F 2002202262RTR-H2042 K、F输出电压极性相反 电机 D反接

12、制动反向起动并加速，工作台退回5）工作台减速后退后退行程将要结束时，撞块压下行程开关H-JS，H-JS1闭合（129-159）J线圈得电（224-226）断开 断开高速回路（226-238）闭合 接通慢速回路Io减小电动机D减速6）转为下一次循环H-HX2闭合1Q线圈得电 A退回行程结速时，压合行程开关H-HXH-HX1断开H线圈断电B A（161-163）闭合J线圈得电（223-225）断开（225-237）闭合接通正向励磁回路B（113-115）闭合Q线圈得电（220-225）闭合（220-226）断开断开返回励磁回路励磁回路：1JS203(不经11RT) R-Q3RT2372252202

13、00S2-FO1O2b-Q全部、b-H部分2101RJS2 工作台立即制动并正向起动慢速切入工件 重复以上过程，实现工作台自动循环工作。(3) 工作台的步进，步退电路分析1）步进按步进按钮8AQ线圈得电（1-3）闭合JS得电接通步进回路励磁回路：1JS203(不经11RT)R-Q5RT241240200S2-FO1O22502302101RJS2 2）步退按步退按钮12AH线圈得电（1-3）闭合JS得电接通步退回路励磁回路：1JS203(不经11RT) R-Q2051R 210230250O2O1S2-F2002406RT206JS2 注意：调节5RT，6RT，207、208触头位置，可调节步

14、退，步进速度。(4) 停车制动及自消磁回路1）作用：防止电机剩磁存在，停车后工作台出现“爬行”现象。2）方法：采用电压负反馈和欠补偿环节组成自消磁电路3）原理：工作台停车时，O励磁电压立即消失，JS线圈失电，其触头（280-O2 ）延时闭合，将F电机剩磁电压的大部分从电阻2R上以电压负反馈的形式接入O中。其回路：280JSO2O1S2-F，这时使放大机去磁绕组改变输出电压极性，从而使发电机去磁，发电机剩磁电压迅速减小，输出电压随之减小，由于机械系统的惯性，直流电机的反电势暂时不变，因此电动机的反电势大于发电机电势，电枢回路电流反流电动机再生发电制动，工作台迅速制动。（4RT上分压流入O ，电流

15、正反馈环节也对发电机消磁）4）JS触头（270S1-K）延时闭合，使7R并联在K电枢和换向绕组两端形成欠补偿回路 工作台工作时JS触头断开，7R不起作用，设 B1-K为“” H2-K 为“”，停车时，电压负反馈环节使O中励磁反向，则 B1-K为“” H2-K 为“”，同时JS触头闭合有电流IF，其回路：H2-K7R270JSS1-K，使K的补偿绕组中的电流更加小，使K处于过渡的欠补偿状态其输出电压迅速下降，大大减小了F的励磁，加强停车稳定性。(5) 工作台磨削控制 （165-181）断开切断慢速回路需要磨削加工时，转换开关8KK接通M得电(201-203)断开串入11RT全部A（4-W2-F）

16、（290-294）闭合BA I O降低磨削速度 B 加强电流正反馈和电桥稳定环节(6) 工作台低速运行 Q得电调节R-Q和R-H使KK-Q、KK-H闭合，这时给定电压最小 H得电 JO线圈得电A A（163-165）断开 切断减速回路 （294-290）闭合 加强电流正反馈3、刀架控制电路(1) 刀架控制线路能实现刀架的快速移动和自动进刀刀架的快速移动，自动进刀及刀架的运动方向由装在刀架进刀箱上的机械手柄来选择左侧刀架由接触器Q-Z、H-Z的触点控制电动机Z右侧刀架由接触器Q-Y、H-Y的触点控制电动机Y两个垂直刀架由接触器Q-C、H-C的触点控制电动机C(2) 自动进刀 KK-C1 刀架配合

17、工作台实现自动进刀时，应使行程开关 KK-Y1 断开KK-Y2KK-Z1 KK-C2 闭合 KK-Z2当工作台按照工作行程前进时，撞块压合开关Q-HX Q-HX2 闭合1H得电AQ-HX1断开B A（305-307）（405-407）（505-507）闭合 H-C、H-Y、H-Z得电电动机C、Y、Z 反转带动紧张环复位为进刀作好准备 BQ线圈断电（123-125）闭合H线圈得电触点（1-5）闭合 2H线圈得电（1-11）（2-12）闭合抬刀电磁铁线圈得电刀架自行抬起同时工作台制动返回 返回行程末了撞块压合开关H-HX H-HX1断开H线圈断电（113-115）闭合CH-HX2闭合1Q线圈得电D

18、CQ线圈得电（5-7）断开2H线圈断电抬刀电磁铁失电刀架放下D305-305、405-405、505-505闭合Q-C、Q-Y、Q-Z线圈得电电动机C、Y、Z 正转带动三个紧张环旋转 完成进刀(3) 刀架快速移动为缩机床调整时间，刀架可进行快速移动，利用机械手柄使相应行程开关KK-C1、KK-Y1、KK-Z1 接通，按3A、4A或5A ，相应的刀架实现快速移动。(4) 刀架控制线路的联锁行程开关 KK-C1与KK-C2、KK-Y1与KK-Y2、KK-Z1与 KK-Z12， 实现快速移动与自动进给的联锁。只有当工作台停止自动循环后，JI常闭触点（101-345）闭合，刀架方可进行快速移动。4 横

19、梁升降控制电路(1) 横梁上升上升先自动放松横梁在上升横梁夹紧操作过程：触点（601-613）断开断开夹紧回路 按6A JO-H线圈得电触点（621-623）闭合 H-J线圈得电主触点闭合电机J反转 放松横梁 压合行程开关6HXC6HXC2断开H-J断电A 6HXC1闭合Q-H得电BA主触点断开电机J停转B电动机H正转 横梁上升 上升到希望位置时松开按钮6AJ0-H线圈断电（601-605）断开Q-H断电主触点断开电机H停转停止上升 （601-613）闭合Q-J线圈得电主触点闭合电机J正转横梁夹紧（6HX复位）随着不断夹紧电动机电流增大完全夹紧后继电器JL-J动作（101-617）断开Q-J断

20、电释放电动机J停转横梁上升完毕(2)横梁下降 下降过程： 先自动放松横梁下降回升、夹紧操作过程： 按7A 首先与上升时横梁放松动作相同压合行程开关6HXC6HXC2断开 6HXC1 闭合H-H线圈得电（101-191）闭合JS-H线圈得电（603-605）闭合A主触点闭合电动机H反转 横梁下降BA为回升作准备B下降到希望位置时 松开7AJO-H断电H-H断电电机H停转下降停止H-H常开（101-191）断电JS-H失电，其触点延时断开Q-J（601-605）闭合Q-H得电电动机H正转 横梁回升（603-605）断开 回升停止J0-H（601-613）闭合Q-J通电电机J正转夹紧JL-J动作Q-

21、J断电完毕(3) 注意1）调节JS-H延时释放时间，可调节下降回升的距离。2）改变JL-J动作值，可改变夹紧程度。【实习内容】在机床上或模拟板上进行故障分析与排除训练1、电机组电路故障 1）电机组不能启动2）电机组只有Y形启动 3）电机组Y形启动后不能转换成形运行2、工作台电路故障 1）工作台不能步进或步退，或者两者都不能 2）工作台不能前进或后退，或者两者都不能 3）按前进按钮工作台反而后退 4）工作台不能自动循环 5）工作台没有慢速切入3、直流电路故障 1）工作台启动后产生飞车现象 2）工作台速度调不高 3）停车后工作台爬行 4）直流电机电刷火花太大4、横梁电路故障 1）横梁放松后不能下降

22、或上升 2）横梁放松后既不能下降也不能上升 3）横梁升降后不能夹紧 4）横梁下降后不能回升第二节 A系列龙门刨床的控制电路    一、龙门刨床的运动构成    二、B201216A型龙门刨床交流主电路    四、电机组起动控制电路    五、横梁控制电路    六、工作台控制电路    七、电压负馈电路    

23、;八、电流反正馈电路和稳定环节    九、前进、后退、减速和步进、步退环节    十、停车制动、自消磁和欠补偿能耗制动环节B2231系列龙门铣、磨、刨床技术参数/型号B2231最大加工工件尺寸(mm)长L40006000800090001200018000宽W3100高H2000最大加工工件重量(T)253240486068电源380，50Hz主电机功率(Kw)2*60主传动系统采用多头蜗杆和齿条传动工作台行程速度(mm/min)刨、磨40-60(无级)铣0.045-1.5（无级）工作台面积(mm)长L400060

24、00800090001200018000宽W2400T型槽数量(个)9T型槽宽度(mm)36T型槽间距(mm)270横梁刀架进给量(mm)水平0.2-30(无级)垂直0.08-11.3(无级)侧刀架进给量(mm)垂直0.2-30(无级)横粱刀架快速移动速度(mm/min)水平1230垂直460侧刀架移动速度(mm/min)1230刨刀杆的最大截面(mm2)80*80横粱升降(mm/min)500润滑油泵流量（L/min）10机床外形尺寸（mm）长L94001340017400194002540037400宽W610061006100610061006100高H45004500450045004

25、5004500刨床是用刨刀对加工工件的平面、沟槽或成形表面进行刨削的机床。用刨床刨削窄长表面时具有较高的效率，它适用于中小批量生产和维修车间。刨床主要有牛头刨床、龙门刨床和单臂刨床。常用的专门刨床有刨边机和刨模机等。牛头刨床是由滑枕带着刀架作直线往复运动；龙门刨床由工作台带着工件通过龙门框架作直线往复运动；单臂刨床与龙门刨床的区别是只有一个立柱，故适用于宽度较大而又不需在整个宽度上加工的工件；刨边机是利用置于床身侧面溜板上的刀架作直线往复运动，以刨削大钢板的边缘部分；刨模机主要用于刨削冲头和复杂形状的工件，其特点是刀具在刨削行程的终端，可摆动一个弧度而实现退刀。系列龙门铣床技术参数/型号X20

26、8X2012X2018最大加工工件尺寸(mm)长L150020004000200030004000600040006000宽W120016002400高H85013002000最大加工工件重量(T)236581015电源380，50Hz铣头功率(Kw)11(侧铣头:7.5)15(侧铣头:11)刀盘最大直径(mm)200200250主传动系统采用进口滚珠丝杠副工作台行程速度(mm/min)503000(无级)505000(无级)506000(无级)工作台面积(mm)长L150020004000200030004000600040006000宽W80012501820T型槽数量(个)557T型槽宽

27、度(mm)222836T型槽间距(mm)140250265铣头横向移动传动系统采用进口滚珠丝杠副主铣头横向移动速度(mm/min)202000(无级)101000(无级)101000(无级)主铣头上下快送速度(mm/min)360360540侧铣头移动速度(mm/min)/101000(无级)101000(无级)侧铣头左右快送速度(mm/min)/360360横粱升降(mm/min)387440440润滑油泵流量（L/min）666机床外形尺寸（mm）长L50506000100506200840010600146001100014800宽W270027002700395039504100410

28、045004500高H3100310031004200420042004200450045001 引言龙门刨床作为机械工业中的主要工作机床之一，在工业生产中占有重要的地位。其运动方式较多，结构复杂，拖动电路电机较多，控制繁杂，维护、检修困难。在实际中，龙门刨床的电路一直被作为考核技师的难题之一。随着工业自动化的发展，变频器、PLC在工厂设备改造中的广泛使用，对龙门刨床进行改造，已越来越普遍。2 龙门刨床主拖动系统的运动特点我国现行生产的龙门刨床其主拖动方式以直流发电机电动机组及晶闸管电动机系统为主，以A系列龙门刨床为例，它采用电磁扩大机作为励磁调节器的直流发电机电动机系统，通过调节直流电动机电

29、压来调节输出速度，并采用两级齿轮变速箱变速的机电联合调节方法。其主运动为刨台频繁的往复运动，在往复一个周期中，对速度的控制有一定要求，如图1所示。 图1 刨台的运动图中：t1段表示刨台起动，刨刀切入工件的阶段，为了减小刨刀刚切入工件的瞬间，刀具所受的冲击及防止工件被崩坏，此阶段速度较低。t2段为刨削段，刨台加速至正常的刨削速度t3段为刨刀退出工件段，为防止边缘被崩裂，同样要求速度较低。t4段为返回段，返回过程中，刨刀不切削工件，为节省时间，提高加工效率，返回速度应尽可能高些。t5段为缓冲区。返回行程即将结束，再反向到工作速度之前，为减小对传动机械的冲击，应将速度降低，之后进入下一周期

30、。3 刨台运动的机械特性曲线与很多切削机床相同，刨台运动特性分两种情况分析。3.1 低速区刨台运动速度较低时，此时刨刀允许的切削力由电动机最大转矩决定。电动机确定后，即确定了低速加工时的最大切削力。因此，在低速加工区，电动机为恒转矩输出。3.2 高速区速度较高时，此时切削力受机械结构的强度限制，允许的最大切削力与速度成反比，因此，电动机为恒功率输出。由此可得，主拖动系统直流电动机的运行机械特性曲线分为如图2所示两段。 图2 负载机械特性4 对电动机机械特性的要求为充分利用电动机容量，同时满足负载对电动机的要求，龙门刨床主拖动电动机运行时的机械特性应与负载机械特性配合，即电动机机械特性

31、应靠近并位于负载机械特性之上。5 变频调速机械特性从电动机调速理论可知，若采用变频调速，在频率低于额定频率时，电动机调速具有恒转矩输出特性，而在高于额定频率区，电动机电压不能升高，具有恒功率输出特性。比较可知，采用变频调速时，电动机的机械特性曲线刚好与刨台的运动所对应的特性曲线相符。因此，适宜于采用变频调速对龙门刨床主运动系统进行改造，并使电动机的工作频率适当提高至额定频率以上。由于龙门刨床的传动机构从速度为45r/min分为两档，故电动机的机械特性也以45r/min分成曲线相似的两段。6 采用变频调速的刨台运动控制6.1 机械结构及控制要求用于实现刨台往返控制的六个行程开关仍如原来所示安装，

32、工作台侧面的燕尾槽安装四个撞块。依靠四个撞块碰撞相应的行程开关实现工作台的自动工作。前进撞块A、B，后退撞块C、D分布在行程开关两侧。图4所示为各行程开关的零位状态。 图3 变频调速机械特性 图4 工作台行程开关零位状态运动控制过程如下：工作台前进时，撞块A撞击SQ3，B撞击SQ5，经过一段越位后，刨台后退。后退时，撞块B使SQ5复位，撞块A使SQ3复位。后退末了，工件退出刀具后，撞块C撞击SQ4使电机减速，D撞击SQ6使电机换向，经过一段越位后，刨台从后退换成前进。刨台即按此方式循环工作。SQ2、sQ1分别起前进、后退的限位保护。为满足龙门刨床的加工要求，要求工作台具有调整的正反向点动控制和正常工作时的自动往返控制，并能进行低速的磨削工作。控制电路除包括刨台的往返运动外，还有刨台运动与横梁、刀架之间的配合。为简化控制电路，减小维护工作量，可采用PLC作为控制元件与变频器结合实现刨床的自动化控制。6.2 控制电路以下是刨台往返运动的PLC变频调速控制电路图。其中PLC采