电气控制与可编程控制器技术(史国生产第三版)第三章电气控制系统分析

第三章电气控制系统分析主要内容3.1CA6140车床电气控制线路分析3.2X62卧式万能铣床电气控制线路分析3.3C650卧式车床电气控制线路分析（选讲）3.1CA6140车床电气控制线路分析

一、普通车床的主要工作情况普通车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，主要用于加工各种回转表面、螺纹和端面等，并可通过尾架进行钻孔、铰孔等切削加工。 车床的切削加工包括：主运动为工件的旋转运动。进给运动为刀具的直线运动。辅助运动为刀架的快速移动及工件的夹紧、放松等。钻孔车螺纹车削表面图3-1CA6140车床外形图夹紧装置及切削冷却液切削照明二、普通车床对电机拖动的特点与要求

根据切削加工工艺的要求，对电气控制提出下列要求：

（1）为保证主运动与进给运动的严格比例关系，进给机构消耗的功率很小，主轴旋转和进给运动采用一台电动机拖动，从经济性和可靠性出发，采用三相笼型电动机。（2）车床切削加工时，刀具和工件都会产生高温，应设一台冷却泵电动机，提供切削液。（3）车床刀架进给运动采用点动控制。（4）中小型车床的主轴电机采用直接起动，制动一般采取机械或电气反接制动，实现快速停车。（5）为满足调速要求，采用机械变速，主轴电机与主轴之间采用齿轮箱连接。主轴切削螺纹时要求正反转，主轴正反转采用摩擦离合器来实现。（6）电路应有必要的保护环节、照明电路和信号指示电路。三、CA6140车床的电气控制分析控制系统有三台电动机：M1为主轴电动机，M2为冷却泵电机，M3为刀架快速移动电机。有三个旋动开关：SA1是指示灯旋动开关，SA2是冷却泵旋动开关，SA3是车床电源钥匙旋动开关。两个行程开关：SQ1是传动带箱罩检测开关，当传动带箱罩未关好则SQ1断开；SQ2是电气箱盖漏电开关，当电气箱盖打开则SQ2闭合。CA6140型卧式车床的电气控制原理图如图3-1所示。电气元件明细表如表3-1所示。表3-1CA6140车床电气元件符号与功能说明符号名称及用途符号名称及用途M1主电动机SB1主电动机起动按钮M2冷却泵电动机SB2停止按钮M3快速移动电动机SB3快移电机点动按钮KM1主电动机起动接触器SQ1传动带罩检测开关KM2冷却泵电动机起动接触器SQ2电气箱盖漏电开关KM3快移电动机起动接触器SA1指示灯旋动开关FU1～6熔断器SA2冷却泵旋动开关TC控制变压器R限流电阻FR1冷却泵电机过载保护热继电器EL照明灯FR2快移电机过载保护热继电器HL信号灯QF断路器图3-1CA6140型卧式车床的电气控制原理图传动箱罩检测开关电气箱罩检测开关

1．主轴电机的控制

当SQ2漏电开关闭合合上断路器QF漏电电阻R通电，QF就自动跳闸进行短路保护。

起动：当SQ2断开钥匙旋动开关SA3断开合上断路器QF经过变压器TC变成110V控制电路电压当传动带箱罩关好,SQ1闭合按下起动开关SB1KM1线圈得电KM1主触点闭合，电机M1起动，KM1辅助触点闭合自锁，主轴电机正常运转。

停车：按下停车按钮SB2KM1线圈失电电机M1停转。

2．冷却泵电机的控制

起动：合上旋动开关SA2当主轴电机起动后,KM1辅助常开触点闭合KM2线圈得电KM2主触点闭合,M2电机起动；KM2辅助触点闭合对KM1触点自锁。

停车：断开旋动开关SA2KM2线圈失电冷却泵电机停止。

3．快速移动电机的控制

起动：先将手柄扳到需要快速移动的方向按下快速移动按钮SB3KM3线圈得电KM3主触点闭合，M3电机起动机械超越离合器自动将进给传给传动链，传动刀架快速移动。

停车：松开SB3按钮M3快速移动电机停止，为点动控制。

4．车床照明和电源指示（1）车床照明灯。车床照明灯EL为36V交流电，旋动开关SA1接通时打开照明灯。（2）指示灯。指示灯HL为6.3V交流电，只要QF接通，TC二次侧有电，指示灯就亮。

5．电气保护环节短路保护：FU1和FU2实现主电路的短路保护，FU3实现变压器的短路保护，FU4、FU5和FU6实现控制电路和辅助电路的短路保护。过载保护：FR1和FR2热继电器实现过载保护，QF断路器也具有过载保护功能。QF断路器可实现过流、欠压和失压保护。位置保护：SQ1和SQ2是检测传动带罩和电气箱盖是否关好的位置保护开关，可实现断电保护。四、常见故障分析

1．断路器QF合不上（1）未用钥匙断开旋动开关SA2；（2）电源箱未关好，行程开关SQ2未合上；（3）QF故障。

2．三台电机均不起动（1）控制电路熔断器FU6断开；（2）传动带箱罩未关好，行程开关SQ1断开；（3）变压器一次侧熔断器FU3断开；

3．主轴电机不能起动（1）热继电器FR1断开，未复位；（2）接触器KM1主触点触头接触不良；（3）停止按钮SB1触点未复位或接触不良；（4）电机M1故障。

4．按下起动按钮SB1，主轴电机发出嗡嗡声不能起动电机缺相，可能电源进线一相断路，接触器KM1一对触头接触不良，电机三根引线一根断线，电机一相绕组损坏。

5．按下停止按钮SB2主轴电机不停转（1）接触器KM1主触点未断开，可能触头被熔焊或被卡住，衔铁有剩磁；（2）停止按钮常闭触头未断开，可能触头被熔焊或被卡住，绝缘被击穿。

6．冷却泵电机不能起动（1）旋动开关SA1触点不闭合；（2）熔断器FU1断开；（3）热继电器FR2断开；（4）接触器KM2主触点触头接触不良；（5）冷却泵电机损坏。

7．快速移动电机不起动（1）点动按钮SB3不闭合；（2）接触器KM3主触点触头接触不良；（3）熔断器FU2断开；（4）快速移动电机损坏。3.2X62卧式万能铣床电气控制线路分析

铣床是用铣刀进行铣削的机床。由于铣床的主运动是铣刀的旋转运动，切削速度高，且又是多刃连续切削，所以它的生产效率较高。铣床的种类很多，有卧式铣床、立式铣床、仿形铣床和各种专门铣床。 铣床可以用来加工平面、斜面和沟槽等，如果装上分度头，还可用于铣削直齿轮和螺旋面等。图3-3X-62W万能铣床的外观简图一、主要结构和运动形式X62W万能铣床是卧式铣床，主要由床身、悬梁、刀杆支架、工作台、溜板和升降台等几部分组成。 床身顶部有水平导轨，悬梁可沿导轨水平移动。刀杆支架装在悬梁上，可在悬梁上水平移动。升降台可沿床身前面的垂直导轨上下移动。溜板在升降台的水平导轨上可作平行于主轴轴线方向的横向移动。工作台安装在溜板的水平导轨上，可沿导轨作垂直于主轴轴线的纵向移动。

此外，溜板可绕垂直轴线左右旋转45°，所以工作台还能在倾斜方向进給，以加工螺旋轴。

二、电力拖动和控制要求

（1）铣床的主运动是铣刀的旋转运动，主轴由一台5.5kw鼠笼式异步电动机拖动，要求能正反转，停车采用反接制动。（2）为了实现工作台纵向、横向和垂直方向的进给运动，采用一台1.5kw交流电动机拖动，3个方向的选择由机械手柄操纵，每个方向的正反向运动由电动机的正反转实现，还需有快速移动和限位控制。（3）为保证主轴和进给变速时变速箱内齿轮易于啮合，减小齿轮端面冲击，要求有变速冲动，即变速时电动机能点动一下。（4）冷却泵由一台0.125kw交流电动机拖动，供给铣削用的冷却液。表3-2铣床电气元件符号及功能说明符号名称及用途符号名称及用途M1主轴电动机SQ6进给变速冲动开关M2进给电动机SQ7主轴变速冲动开关M3冷却泵电动机SA1圆工作台转换开关KM3主电动机启、停控制接触器SA3冷却泵转换开关KM2反接制动接触器SA4照明灯开关KM4,KM5进给电动机正、反转接触器SA5主轴电机换向开关KM6快速移动接触器QS电源隔离开关KM1冷却泵接触器SB1、SB2分设在两处的主轴启动按钮KS速度继电器SB3、SB4分设在两处的主轴停滞按钮YA快速电磁铁线圈SB5、SB6工作台快速移动按钮R限流电阻FR1主轴电动机热继电器SQ1工作台向右进给行程开关FR2进给电动机热继电器SQ2工作台向左进给行程开关FR3冷却泵热继电器SQ3工作台向前、向下进给行程开关TC变压器SQ4工作台向后、向上进给行程开关FU1～FU4短路保护图3-4X－62W万能铣床的电气控制原理图动画显示

三、控制电路分析

（一）主电动机M1的控制主电动机由接触器KM3控制，其逻辑表达式为：

起动前，先将换向开关SA5旋转到所需旋转方向。然后按下起动按钮SB1或SB2，接触器KM3线圈通电并自锁，主轴电动机M1起动。在主电动机达到一定转速时，速度继电器KS的动合触头闭合，为停车时的反接制动作好准备。

主轴电动机制动时，按下停止按钮SB3或SB4，其动断触点断开，切断KM3电源，主轴电动机M1的电源被切断，因为惯性，M1会继续旋转。SB3或SB4的动合触点接通，使接触器KM2线圈通电，M1反接制动，直至转速降低至速度继电器KS的动合触点断开，反接制动停止。在速度继电器触点断开前，不应松开按钮SB3或SB4，以保证在整个停车过程中进行反接制动。当主轴需要变速时，为保证变速齿轮易于啮合，需设置变速冲动控制，它是利用变速手柄和冲动开关SQ7通过机械上的联动机构完成的。变速冲动的操作过程是：先将变速手柄拉向前面，然后旋转变速盘选择转速，再把手柄快速推回原位。在手柄推拉过程中，凸轮瞬时压下弹簧杆，冲动开关SQ7瞬时动作，使接触器KM2短时通电，电动机M1反转一下，以利齿轮咬合。为避免KM2通电时间过长，手柄的推拉操作都应以较快速度进行。（二）进给电动机M2的控制1．工作台横向（前、后）和升降（上、下）进给运动的控制

先将工作台转换开关SA1扳在断开位置，这时SA1-1和SA1-3接通。工作台的横向和升降控制是通过十字复式操作手柄进行的，该手柄有上、下、前、后和中间零位共5个位置。在扳动手柄时，通过联动机构将控制运动方向的机械离合器合上，并压下相应行程开关SQ3（向下、向前）或SQ4（向上、向后）。比如欲使工作台向上运动，将手柄扳到向上位置，压下SQ4，接触器KM5线圈通电，M2电动机反转，工作台向上运动，其控制逻辑为：

2．工作台纵向（左右）运动控制

首先将工作台转换开关SA1扳到断开位置，然后通过纵向操作手柄控制工作台的纵向运动。该手柄有左、右、中间3个位置，扳动手柄时，一方面合上纵向进给机械离合器同时压下行程开关SQ1（向右）或SQ2（向左）。

3．工作台的快速移动控制

工作台上述6个方向的快速移动也是由M2拖动的，通过上述两个操作手柄和快速移动按钮SB5和SB6实现控制。当按下SB5或SB6时，接触器KM6线圈通电，快速进给电磁铁YA线圈接通电源，通过机械机构将快速离合器挂上，实现快速进给。由于KM6线圈控制电路中没有自锁，所以快速进给为点动工作，松开按钮，仍以原进给速度工作。

接触器KM4线圈的逻辑表达式为：

4．进给变速时的冲动控制由变速手柄与冲动开关SQ6通过机械上的联动机构进行控制。

其操作顺序是：变速时，将蘑菇形进给变速手柄向外拉一些，转动该手柄选择好进给速度，再把手柄向外一拉并立即推回原位，在拉到极限位置的瞬间，其连杆机构推动冲动开关SQ6，其动断触点SQ6-2断开一下，动合触点SQ6-1闭合，接触器KM4线圈短时通电，进给电动机M2瞬时转动一下，完成了变速冲动。

5．圆工作台回转运动控制

圆工作台的回转运动由进给电动机M2经传动机构拖动。在机床开动前,先将圆工作台转换开关SA1扳到接通位置,SA1-1和SA1-3断开，SA1-2闭合，工作台全部操作手柄位于中间位置,行程开关SQ1～SQ4均不受压。这时按主轴电动机起动按钮SB1或SB2，主轴电动机起动，进给电动机M2也因接触器KM4线圈通电吸合而开始转动，从而拖动工作台转动。

电动机M2正向旋转，圆工作台只能单方向旋转。由于圆工作台控制电路中串接了SQ1～SQ4的动断触点，所以只要扳动工作台的任一进给手柄，都会使圆工作台停止工作，这就起到了工作台的进给运动与圆工作台的联锁保护作用。

6．进给的联锁进给运动控制中有如下联锁保护：

（1）只有主轴电动机起动后，进给电动机才能起动。这是因为进给控制的电源需经接触器KM3的辅助动合触点才能形成通路。

此时KM4线圈的逻辑表达式为：

（2）工作台在同一时刻只允许一个方向的进给运动，这是通过机械和电气的方法实现联锁的。如果两个手柄都离开中间零位，则行程开关SQ1~SQ4的4个动断触点全部断开，接触器KM4、KM5的线圈电源全部断开，进给电动机M2不能转动，达到联锁目的。（3）进给变速时,两个操作手柄都必须在中间零位。即进给变速冲动时,不能有进给运动。4个行程开关的4个动断触点SQ1-2、SQ2-2、SQ3-2、SQ4-2串联后，与冲动开关SQ6的动合触点SQ6-1串联,形成进给冲动控制电路。只要有任一手柄离开中间零位，必有一行程开关被压下，使冲动控制电路断开，接触器KM4不能吸合，M2就不能转动。（三）冷却泵电动机M3的控制

冷却泵电动机由转换开关SA3控制，当接通SA3时，接触器KM1通电吸合，冷却泵电动机M3转动。其逻辑表达式为：

在主电动机M1和冷却泵电动机M3中，任一个电动机过载发热都会使KM1断电，达到过载保护的目的。（四）照明控制机床照明灯由变压器T将380V交流电压变为36V安全电压供电，由转换开关SA4控制，熔断器FU4作短路保护。

四、X62W万能铣床的电气控制线路特点（1）电气控制线路与机械操作配合相当密切，因此分析中要详细了解机械结构与电气控制的关系。（2）运动速度的调整主要是通过机械方法，因此简化了电气控制系统中的调速控制线路，但机械结构就相对比较复杂了。（3）控制线路中设计了变速冲动控制，从而使变速顺利进行。（4）采用两处控制，操作方便。（5）具有完善的电气联锁，并具有短路、零电压、过载及超行程限位保护环节，工作可靠。

一、C650型普通车床的电气控制分析车床共有三台电动机，电气控制原理如下图3-5所示：

M1为主轴电动机，拖动主轴旋转，并通过进给机构实现进给运动。M2为冷却泵电动机，提供切削液。M3为快速移动电动机，拖动刀架的快速移动。主电路中电流表A通过电流互感器监视主电机工作状况的，启动时被时间继电器KT常闭触头短接，启动完成后（延时t秒后）→KT延时断开常闭触头断开→将电流表A串接于主电路中。3.3C650卧式车床电气控制线路分析（选讲）图3-5C650普通车床的电气控制原理图动画显示

1．M1的点动控制 合上刀开关QS→按起动按钮SB2→接触器KM1通电→M1串接限流电阻R低速转动，实现点动。松开SB2→接触器KM1断电→M1停转。

2．M1的正、反转控制（1）正转：合上刀开关QS→按起动按钮SB3→接触器KM3通电→时间继电器KT通电中间继电器KA通电→接触器KM1通电→电动机M1短接电阻R正向起动。

主电路中电流表A被时间继电器KT的常闭触头短接，经延时t秒启动结束后，常闭触头断开，电流表A串入M1主电路，监视带负载的情况。

（2）反转：合上刀开关QS→按起动按钮SB4→→接触器KM3通电→时间继电器KT通电中间继电器KA通电→接触器KM2通电→电动机M1反接电源相序，短接电阻R反向起动。电流表A跟正转时作用相同。（3）停车：按停止按钮SB1→控制线路电源全部切断→电动机M1停转。3．M1的反接制动控制

采用速度继电器实现电气反接制动。

M1的正向反接制动：电动机正转时，速度继电器正向常开触头KS2闭合。制动时，按下