第二章王振臣主编-机床电气控制技术第5版完整课件-

第二章机床电气控制电路的分析及设计1）了解机床的主要技术性能及机械传动、液压和气动原理。2）弄清各电动机的安装部位、作用、规格和型号。3）掌握各种电器的安装部位、作用以及各操纵手柄、开关、控制按钮的功能和操纵方法。4）了解与机床的机械、液压发生直接联系的各种电器的安装部位及作用。如：行程开关、撞块、压力继电器、电磁离合器、电磁铁等。5）分析电气控制电路时，要结合说明书或有关的技术资料将整个电路划分成几个部分逐一进行分析。例如：各电动机的起动、停止、变速、制动、保护及相互间的联锁等。2.1卧式车床的电气控制电路分析

卧式车床是机床中应用最广泛的一种，它可以用于切削各种工件的外圆、内孔、端面及螺纹。

主轴旋转运动需要正反转，改变主轴电动机的转向或采用离合器来实现。进给运动是把主轴运动分出一部分动力，通过挂轮箱传给进给箱实现刀具的进给。刀架快速运动由一台电动机单独拖动。车床设有交流电动机拖动的冷却泵，实现刀具切削时的冷却。主电动机有两种起动方式，即直接起动和降压起动。主电动机有两种制动方式，即电气方法实现的能耗制动和反接制动，以及机械的摩擦离合器制动。CW6163B型万能卧式车床1.主电路

整机的电气系统由M1主电动机、M2冷却泵电动机、M3快速移动电动机组成，均为直接起动，主轴采用液压制动器。CW6163B型万能卧式车床三相交流电通过断路器QF引入，KM1为主电动机M1的接触器。KR1为主电动机M1的过载保护电器，M1的短路保护由断路器QF中的电磁脱扣实现。电流表A监视主电动机的电流，机床工作时，可调整切削量，使电流表的电流接近主电动机的额定电流来提高生产效率，充分利用电动机。CW6163B型万能卧式车床熔断器FU1为电动机M2、M3作短路保护。电动机M2的控制由KM2来完成，KR2为M2的过载保护。KM3为电动机M3控制用接触器。快速移动电动机M3为短期工作制，可不设过载保护。CW6163B型万能卧式车床2．控制、照明及显示电路控制变压器TC二次侧110V电压作为控制电路的电源。为便于操作和事故状态下的紧急停车，主电动机M1采用双点控制。它的起动和停止由装在床头操纵板上的按钮SB1和SB3及装在刀架拖板上的SB2和SB4进行控制。主电动机过载时，KR1的动断触点断开，切断交流接触器KM1的通电回路，电动机M1停止。CW6163B型万能卧式车床ST是与操作开关联动的行程开关，开机操作时被压合。冷却泵电动机的起动和停止由装在床头操纵板的按钮SB5和SB6控制。快速移动电动机由安装在进给操纵手柄顶端的按钮SB7控制，它与交流接触器KM3组成点动控制环节。HL1为工作指标灯、HL2为电源指标灯、EL为照明灯，SA为照明控制开关。表2-1CW6163B型卧式车床电器元件目录表1.2.2C616卧式车床电气控制电路

图2-2为C616卧式车床电气原理图。

1．主电路

机床有M1、M2、M3三台电动机，三相交流电通过组合开关Q1引入，FU1、KR1分别为主电动机M1的短路保护和过载保护。KM1、KM2为主电动机M1的正转接触器和反转接触器。KM3为电动机M2的起动、停止接触器。组合开关Q3作电动机M3的接通和断开用，KR2、KR3为M2和M3过载保护用热继电器。2．控制、照明和显示电路控制电路没有控制变压器，控制电源直接取交流380V。合上组合开关Q1，三相交流电源被引入。当操纵手柄SA1处于零位时，如上图所示，接触器KM3通电动作，润滑泵电动机M2起动。KM3的动合触点闭合为主电动机起动作淮备。操纵手柄控制的开关SA1在零位，SA1-1触点接通，SA1-2、SA1-3断开，中间继电器KA通电吸合，KA的动合触点闭合自锁。操纵手柄搬到向下位置，SA1-2接通，SA1-1、SA1-3断开，正转接触器KM1通电吸合，主电动机M1正转起动。当操纵手柄搬到向上位置时，SA1-3接通，SA1-1、SA1-2断开，反转接触器KM2通电吸合，主电动机M1反转。开关SA1的触点在机械上保证两个接触器同时只能吸合一个。KM1和KM2的动断辅助触点在电气上保证了同时只有一个接触器吸合，避免两个接触器触点同时接通。手柄扳回零位，SA1-2，SA1-3断开，接触器KM1或KM2断电，电动机M1自由停车。

中间继电器KA起零压保护作用。当电源电压降低或消失，KA释放，KA的动合触点断开，KM3释放，KM3的动合触点断开，KM1或KM2也断电释放。电网电压恢复后，开关SA1不在零位，KM3不会得电吸合，KM1或KM2也不会得电吸合。即使SA1在零位，SA1-2、SA1-3触点断开，KM1或KM2也不会得电造成电动机的自起动。

照明电路的电源由照明变压器TC二次侧输出36V电压供电，SA2为照明灯接通或断开的开关。HL为电源指示灯，由TC二次侧输出6.3V供电。2.1.3C650卧式车床的电气控制电路

C650卧式车床属于中型车床1、主电路组合开关Q将三相电源引入，FU1为主电动机M1的短路保护用熔断器，KR1为M1的过载保护用热继电器。为防止连续点动时起动电流造成电动机的过载，点动时加入限流电阻R。通过互感器TA接入电流表A以监视主电动机绕组的电流。FU2为电动机M2、M3的短路保护，接触器KM1、KM2为电动机M2、M3控制用接触器。KR2为电动机M2的过载保护。快速移动电动机M3为短时工作制所以不设过载保护。2、控制电路（1）主电动机的点动调整控制。KM3为电动机M1的正转接触器，KM为电动机M1的长动接触器，K为中间继电器。电动机M1的点动由点动按钮SB6控制。按下SB6，接触器KM3得电吸合，主触点闭合，电动机的定子绕组经限流电阻R与电源接通，电动机在较低速度下起动。松开按钮SB6，KM3断电，电动机停转。在点动过程中，中间继电器K线圈不通电，KM3线圈不会自锁。（2）主电动机的正反转控制。正转由正向起动按钮SB1控制。按下SB1，KM得电，主触点闭合将限流电阻R短接，辅助动合触点使中间继电器K得电，另一辅助动合触点闭合，使KM3得电吸合。KM3主触点将三相电源接通，电动机在满电压下正转起动。KM3的动合辅助触点和K的动合触点闭合使KM3线圈自锁。反转起动用反向起动按钮SB2。按下SB2，KM得电，接通K和KM4，电动机在满压下反转起动。KM4的动合辅助触点和K的动合触点将KM4线圈自锁。KM3的动断辅助触点、KM4的动断辅助触点分别串在对方线圈的回路中，起动了电动机正转和反转的电气互锁作用。（3）主轴电动机的反接制动控制。速度继电器与电动机同轴连接，正转时，速度继电器的正转常开触点KS1闭合；反转时，速度继电器的反转动合触点KS2闭合。正转时，KM3和KM及K都得电，速度继电器的正转动合触点KS1闭合，为电动机正转时的反接制动作淮备。要停车时，按下停止按钮SB4，接触器KM失电，主触点断开，电阻R串入主电路。KM3也失电，断开了电动机的电源，K失电，K的动断触点闭合。松开SB4后就使反转接触器KM4的线圈得电，电动机的电源反接，电动机处于反接制动状态。当电动机的转速下降到速度继电器的复位转速时，速度继电器KS的正转动合触点KS1断开。切断了KM4的通电回路，电动机脱离电源停止。电动机反转时的制动与正转时的制动相似。当电动机反转时，速度继电器的反转动合触点KS2是闭合的，按一下停止按钮SB4，在SB4松开后正转接触器KM3线圈得电，吸合后将电源反接使电动机制动后停止。（4）刀架的快速移动和冷却泵控制刀架的快速移动是由转动刀架手柄压动行程开关ST实现。手柄压动行程开关ST后，KM2得电吸合，电动机M3带动刀架快速移动。M2为冷却泵电动机，它的起动与停止通过按钮SB3和SB5控制的监视主电路负载的电流表通过电流互感器接入。防止电动机起动电流对电流表的冲击，电路中采用时间继电器KT。起动时，KT线圈通电，KT的延时断开的动断触点在延时时间未到时，不会断开，电流互感器二次电流经该触点构成闭合回路，电流表没有电流流过。起动完成，KT延时断开动断触点打开，电流流经电流表，反映负载电流大小。2.2机床电气设计的内容

机床由机械与电气两大部分组成，设计一台机床，首先明确机床的技术要求，拟定总体技术方案。电气设计是机床设计的重要组成部分，电气设计应满足机床的总体技术方案。

(1)机床的主要技术性能

机械传动、液压和气动系统的性能，及对电气控制系统的要求。(2)机床的电气技术指标即电气传动方案，要根据机床的结构、传动方式、调速指标，以及对起动、制动和正反向要求等来确定。中小型机床，采用单速或双速笼型异步电动机，通过变速箱传动；对传动功率较大、主轴转速较低的机床，采用转速较低的异步电动机；对调速范围、调速精度、调速的平滑性要求较高的机床，用交流变频调速和直流调速系统，以满足无级调速和自动调速的要求。(3)机床电动机的调速性质应与机床的负载特性匹配

调速性质指转矩、功率与转速的关系。机床的切削运动需要恒功率传动，进给运动需要恒转矩传动。双速异步电动机定子绕组由三角形改成双星形联结时，转速由低速升为高速，功率增加很小，适用于恒功率传动。定子绕组低速成为星形联结，高速为双星形联结的双速电动机，转速改变时电动机输出的转矩基本保持不变，适用于恒转矩调速。(4)电气控制方式的选择普通机床工作程序往往是固定的，不需要经常改变原有程序，采用有触点继电器控制系统，控制电路在结构上接成“固定”式。PLC是介于继电器系统的固定接线装置和电子计算机控制装置的一种新型通用控制器。可缩短机床的电气设计、安装和调整周期，使机床工作程序易于更改。综上所述，机床电气设计应包括以下内容：

拟定电气设计任务书(技术条件)确定电气传动控制方案，选择电动机设计电气控制原理图选择电气元件，并制定电气元件明细表设计操作台、电气柜及非标准电气元件设计机床电气设备布置总图、电气安装图，以及电气接线图编写电气说明书和使用操作说明书(5)明确有关操纵方面的要求，在设计中施实操作台的设计、测量显示、故障诊断、保护措施等。(6)设计应考虑用户供电电网情况如电网容量、电流种类、电压及频率。

2.3机床电气控制电路的设计

1.电气控制电路的电源电气控制电路较简单、电器元件不多，用主电路电源做控制电路电源，即直接采用交流380V或220V。比较复杂的控制电路，采用控制电源变压器，将控制电压由交流380V或220V降至110V、48V或24V。机床照明电路为36V以下电源。这些不同的电压等级，由同一个控制变压器提供。直流控制电路多用220V或110V。直流电磁铁、电磁离合器，用24V直流电源供电。

2.控制电路的设计规律

(1)动合触点串联要求几个条件同时具备，才使线圈得电动作，用几个常开触点与线圈串联实现。如图2-7a中，K1、K2、K3都动作时接触器KM才动作，这种关系在逻辑电路中称“与”逻辑。

图b是自动线上各动力头加工完成后退回原位且夹具拔销松开的监控电路。

所有动力头加工完成K0动作，动力头都退到原位K10动作，各夹具拔销松开到位则K12动作。

(2)动合触点并联几个条件中，只要具备其中任一条件，控制的继电器线圈就得电，用几个动合触点并联实现。这种关系在逻辑线路中叫“或”逻辑。图a只要K1、K2、K3其中之一动作，KM就得电动作。图b中SB3、SB4为两地控制起动按钮，只要其中之一动作，KM就动作。

(3)动断触点串联几个条件中仅具备一个，线圈就断电，用几个动断触点与线圈串联实现。图2-9中的SB0各停止按钮，其中一个动作，接触器线圈就断电；

(4)动断触点并联

几个条件都具备，线圈才断电，用几个动断触点并联，再与线圈串联实现。图2-9中自动线预停时，按“预停”按钮SB3，由动断触点K3、K10和K12成并联电路与KM0线圈串联。当所有动力头已经退回原位(K10动作)、夹具拔销松开(K12动作)、并已发出“预停”信号(K3动作)基础上，才能使KM0断电释放，将控制电路的电源切断。

3.控制电路设计的问题(1)简化动作应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的现象，K1得电,K2才动作,而后K3才得电.(2)正确连接电器的线圈线圈的一端统一接在电源的同一侧，触点接在电源的另一侧。线圈不能串联连接，电器动作时间的分散性，先动者铁磁回路磁阻减少而使线圈电抗增大，分得大部份电源电压，后动者达不到所需要动作电压而无法动作。

（3）在控制电路中应尽量减少电器触点数主要是同类性质触点的合并，或一个触点能完成的动作，不用两个触点。

图2-12触点简化与合并（4）尽量减少两地间连接导线的数量如图2-13中，c、d是不适当的接线方式，a、b是适当的。按钮在操作台，电器在电气柜，图a电气柜到操作台的实际引线是3条，图c是4条。加粗的线为两地间连线。图b、d中，SB1与SB3在一起，SB2与SB4在另一地，分别两地操作。图b比图d少用了连接导线。2.4机床常用电器的选择

2.4.1按钮、低压开关的选用（1）按钮按钮：根据所需要的触点数量、触点类形、使用场合及颜色来选择。机床常用按钮为LA系列。

（2）刀开关的选用根据电源种类、电压等级、电动机容量、所需极数及使用场合来选用。（3）断路器主要参数是额定电压、额定电流和允许切断的极限电流等。欠电压脱扣器额定电压等于主电路额定电压。热脱扣器的整定电流与负载额定电流相等；电流脱扣器的瞬时脱扣整定电流应大于负载正常工作的尖峰电流，保护电动机时，电流脱扣器的瞬时脱扣整定电流为电动机起动电流的1．7倍左右。机床常用的产品有DZ系列，DW系列。（5）组合开关的选用