机床电气控制技术-第2章-机床电气控制线路的分析及设计

第二章机床电气控制线路的分析及设计卧式车床的电气控制线路分析机床电气设计的一般内容机床电气控制线路的设计机床电气控制线路设计举例要了解机床的主要技术性能及机械传动、液压和气动的工作原理。弄清各电动机的安装部位、作用、规格和型号。初步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。注意了解与机床的机械、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。分析电气控制系统时，要结合说明书或有关的技术资料将整个电气线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。本章首先分析几种卧式机床的电气控制线路，从中找出规律，逐步提高阅读电气原理图的能力。分析电气控制系统时要注意以下几个问题：2.1卧式车床的电气控制线路读图要领：先主回路，后控制回路，以电机为中心。

一．CW6163B型万能卧式车床的控制线路

CW6163：最大工件回转半径630mm,最大工件长度：1500mm，或3000mm。

CW6163B型万能卧式车床电气控制线路(1)电动机及控制接触器M1-KM1：主运动和进给运动;M2-KM2：冷却泵;M3-KM3：快速运动。

(2)电动机的保护：M1-热继电器KR1、空气开关Q、电流表A;M2-熔断器FU、热继电KR2；M3-熔断器FU；M3短时工作，不设过载保护。

1.主电路:2、控制回路

接触器线圈电压取110V，由变压器TC提供。机床起、停控制：M1：多点（两组）控制。SB1、SB3一组，装于床头操纵板。SB2、SB4一组，装于刀架拖板上。ST为机床限位开关，正常工作时被压下，为主轴起动工作好准备。

起动：M1,M2

ST→SB3(SB4)→KM1(M1)→SB6→KM2(M2)。（顺序控制）M1:9-11-23-25-27-29-32-地；M2:

9-11-23-25-27-29-33-35-37-地

M3:Q→SB7(点动)

停止：M1,M2：SB1或SB2或KR1

M2:SB5或KR2

指示灯及照明灯HL2：电源指示灯；HL1：机床工作指示灯；EL:机床照明灯，开关SA。二.C616卧式车床的电气控制线路C6132：工件最大回转半径320mm，工件最大长度500mm，750mm，1000mm.

M1-KM1、KM2；FU1；KR1

M2-KM3；KR2；FU2：M2起动后,M1才能起动；

M3-Q2；KR3；FU2。

1.主回路:2．控制回路手柄开关，SA1-1，SA1-2，SA1-3，中间继电器K。停车位：手柄开关处于中间零位：

SA1-1闭合，SA1-2和SA1-3断开。

启动（1）润滑(并为主轴启动做好准备)Q1→SA1-1→K和KM3→M2

（2）正转：手柄下压到位

K→SA1-2→KM3→KM1（3）反转：手柄上提到位

K→SA1-3→KM3→KM2

停车：手柄回到中间位置SA1-1闭合，SA1-2、SA1-3断开，KM1、KM2断电，K、KM3得电。

互锁：KM1与KM2常闭；SA1-2与SA1-3双重互锁。零电压保护：中间继电器KHL为电源指示灯；EL为机床照明灯，由开关SA2控制。实际的C6132改进很大，主要是加装了电磁制动。

三．C650卧式车床的电气控制线路1．主电路

特点：串电阻反接制动及点动调整。

M1主电动机KM3、KM4;R;KM;KR1;U1;A;KT;M2：冷却泵电动机

KM1;KR2;FU2;

M3：溜板箱快速移动电动机

KM2;FU2.2.控制电路

电源由变压器TC提供。FU4，FU5作短路保护

功能：点动调整；主电机正、反转；主电机反接制动；刀架快速移动。

(1)点动调整控制

SB6;KM3不自锁,M1串电阻正转.

(2)主电机正、反转控制

正转：KM;KM3

SB1:3-5-15-KM-8-43-5-KM-27-K-43-5-15-13-7-11-KM3-8-4

反转：KM;KM4

SB2:3-5-15-KM-8-4;3-5-KM-27-K-4;3-5-15-21-23-25-KM4-8-4

连锁:KM3、KM4的常闭触头。

思考:交替按SB1和SB2能否实现正反转直接转换？

(3)反接制动电路

速度继电器状态：正转:KM3得电，BV1闭合；反转:KM4得电，BV2闭合；停止按钮SB4:按下：继电器失电，接入限流电阻。放开：制动开始。正转反接制动3-5-K-17-BV1-23-25-KM4(线圈)-8-4

反转反接制动3-5-K-17-BV2-7-11-KM3(线圈)-8-4

制动结束:电机转速到零，BV1、BV2恢复常开，切断KM4、KM3.

(4)冷却泵和快速移动控制

M2:SB3(SB5)→KM1M3:ST→KM2(5)KT的动作

1．CW6163B车床控制电路顺序启动：先主轴后冷却泵（冷却泵启动按钮在主轴接触器常开触头之后）；主轴多点控制（启动按钮并联，停止按钮串联）。2．C616卧式车床的电气控制线路手柄开关控制正反转（“一通两断”）；零电压保护（停电后各接触器失电，必须重新启动才能运行）；3．C650卧式车床的电气控制线路正反转控制：自锁功能（两触头串联后与启动按钮并联）；反接制动：限流电阻接入；速度继电器工作特点（随转向变化的动合触头串入“反转”接触器线圈之前）。点动调节：不自锁。小结补充：X62W万能升降台铣床电气控制线路

一.铣床加工、运动的特点

＊可加工平面、斜面、沟槽；＊加上分度头可以铣切直齿和螺旋面；＊装上圆工作台可以铣切轮和弧形槽。

纵向手柄

十字手柄

1．主运动

铣刀：多刃不连续切削→飞轮。主轴：正转→装顺铣刀；反转→装逆铣刀。铣刀一经装上，主轴只能朝一个方向旋转。

2．进给运动：工作台纵向（左右）；横向（前后）；垂直六个方向工进及快速移动。

要求：(1)主轴启动后才能进给;(2)进给先停止，主轴后停止;(3)任一时刻六种进给运动只能有一种。二.控制线路1.主电动机控制线路(1)主电动机起动:M1,KM1;

正反转：转换开关SA5

正转:u41-M13,w43-M11,v42-M12;反转:u41-M11,w43-M13,v42-M12起动过程：(a)准备：

SA2-1（1-31）接通；

SA2-2（112-105）断开；

合上Q1，装好铣刀

(b)多点控制:

起动：

SB1(机床正面)；

SB2（机床侧面）。

停止：

SB3(机床正面)；

SB4（机床侧面）。

(2)接通工作台进给线路电源:

KM1动合（7-17）：保证主轴先于进给起动。(3)主电动机制动:

SB3或SB4：

3-7动分，切断KM1、M1；

112-105动合：

103-104-KM1常闭-112-105-YC1。104-108-YC3(离合器)

104-108动合：

(4)

变速瞬时点动：

ST7：

ST7-1（31-9）动合，KM1得电;ST7-2（31-3）动分，M1点动。

(5)换刀制动

换刀:

SA2-1(1-31)断开，KM1、M1断电;

SA2-2(112-105)-YC1得电制动.换刀毕:

SA2-1(1-31)接通;

SA2-2(112-105)断开,YC1失电.

2．进给运动的控制

六个方向进给由手柄通过机械联锁机构，接通相应离合器及行程开关控制电动机M2的正反转实现；

M2正转：

右、下、前，KM2得电；

M2反转：

左，上、后，KM3得电。

纵向手柄：

左、右运动，中间为零位;

十字手柄：

上、下，前、后，中间为零位。

矩形工作台：

SA1-1+,SA1-2-,SA1-3+

工作台纵向：SA1-1+,SA1-2-,SA1-3+

(1)向右：

ST1-1+(ST1-2-)

KM1+-ST6-2+-ST4-2+-ST3-2-ST1-1+-KM2(线圈)-M2正转7-17-19-21-23-25-13-14-12-KM2(线圈)

向左：

ST2-1+(ST2-2-)KM1+-ST6-2+-ST4-2+-ST3-2-ST2-1+-KM3(线圈)-M2反转

7-17-19-21-23-25-15-16-12-KM3(线圈)

SA1-1+,SA1-2-,SA1-3+

工作台横向、升降：

(2)向下、向前:

ST3-1+(ST3-2-)

KM1+-SA1-3+-ST2-2+-ST1-2+-SA1-1-ST3-1+-KM2-M2正转7-17-27-29-23-25-13-14-12-KM2(线圈)

SA1-1+,SA1-2-,SA1-3+

向上、向后:

ST4-1+(ST4-2-)

KM1+-SA1-3+-ST2-2+-ST1-2+-SA1-1-ST4-1+-KM3-M2反转

7-17-27-29-23-25-15-16-12-KM3(线圈)

(3)进给变速时的瞬时点动

ST6-1+(ST6-2-)操作手柄处于零位，拉出进给变速手柄:

KM1+-SA1-3+-ST2-2+-ST1-2+-ST3-2+-ST4-2+-ST6-1+-KM2-M2正转7-17-27-29-23-21-19-13-14-12-KM2(线圈)不自锁

(4)进给方向快速移动

SB5或SB6:

选定进给方向KM4+不自锁,-YC2-(进给离合器)-YC3+（快速离合器）

7-11-KM4(线圈)-12；104-108-YC3。

三．圆形工作台的控制

SA1-1-,SA1-2+,SA1-3-

KM1+-ST6-2+-ST4-2+-ST3-2-ST1-2+-ST2-2+-SA1-2+-KM2-M2正转

7-17-19-21-23-29-27-13-14-12-KM2(线圈)四．各类互锁

1．矩形工作台与圆工作台的互锁

矩形工作台：SA1-1+,SA1-2-,SA1-3+；

圆工作台：SA1-1-,SA1-2+,SA1-3-。2．六个进给方向的互锁

手柄开关：ST1,ST2,ST3,ST4

右：ST1-1+，ST1-2-，KM3常闭；

左：ST2-1+，ST2-2-，KM2常闭；

前、下：ST3-1+，ST3-2-，

ST1-2+，KM3常闭；

后、上：ST4-1+，ST4-2-，

ST2-2+，KM3常闭；

机械离合器：垂直（上下）进给离合器；横向（前后）进给离合器：

1．铣床运动的特点：先主轴后进给；主轴旋转方向由铣刀决定；六个进给方向严格互锁。2．主轴制动与换刀制动3．主轴变速和进给变速时的瞬时点动4．进给方向快速移动5．圆形工作台的控制。小结第二节机床电气设计的一般内容机床一般都是由机械与电气两大部分组成的，设计一台机床，首先要明确该机床的技术要求，拟定总体技术方案。机床的电气设计是机床设计的重要组成部分，机床的电气设计应满足机床的总体技术方案要求。在这一节将就机床电气设计涉及的主要内容，以及电气控制系统如何满足机床的主要技术性能加以讨论。

即机械传动、液压和气动系统的工作特性，以及对电气控制系统的要求。1.机床主要技术性能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，以及对起制动和正反向要求等来确定。

3.机床电动机的调速性质应与机床的负载特性相适应调速性质是指转矩、功率与转速的关系。设计任何一个机床电力拖动系统都离不开对负载和系统调速性质的研究，它是选择拖动和控制方案及确定电动机容量的前提。4.正确合理的选择电气控制方式是机床电气设计的主要内容

电气控制方式应能保证机床的使用效能和动作程序、自动循环等基本动作要求。

5.明确有关操纵方面的要求，在设计中施实。

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。

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。第三节机床电器控制线路的设计一般中小型机床电气传动控制系统并不复杂，大多数都是由继电器接触器系统来实现的，因此在设计时，第二节所讲述的机床电气设计的某些内容可以省略。其重点就是设计继电器接触器控制线路及选择电气元件。当机床的控制方案确定后，可根据各电动机的控制任务不同，参照典型线路逐一分别设计局部线路，然后再根据各部分的相互关系综合成完整的控制线路。一、电气控制线路的电源

在电器控制线路较简单、电器元件不多的情况下，控制回路电源应尽可能与主回路电源相同，也就是直接采用交流380V或220V，这样可以简化供电设备。对于比较复杂的控制线路，控制电路应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。这是从安全角度考虑的。一般机床照明电路为36V以下电源。这些不同的电压等级，一般可由同一个控制变压器提供。直流控制线路多用220V或110V。对于直流电磁铁、电磁离合器，常用24V直流电源供电。继电器控制线路有一个共同的特点，就是通过触点的“通’’和“断’’来控制电动机或其他电气设备进而使运动机构动作的。即使是复杂的控制线路，很大一部分也是动合和动断触点组合而成的。为了设计方便把它们的相互关系归纳为以下几个方面。二、控制线路的设计规律当要求几个条件同时具备时，才使电器线圈得电动作，可用几个常开触点与线圈串联的方法实现。如图2-7a中，K1、K2、K3都动作时接触器KM才动作，这种关系在逻辑线路中称“与”逻辑。图2-7b是一条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线路。a)b)图2-7自动线各动力头控制的部分监控线路所有动力头加工完成K0动作，动力头都退到原位K10动作，各夹具松开到位则K12动作。1．动合触点串联当在几个条件中，只要求具备其中任一条件，所控制的继电器线圈就能得电，这时可用几个动合触点并联来实现。这种关系在逻辑线路中叫“或”逻辑。如图2-8a，只要K1、K2、K3其中之一动作，KM就得电动作。图2-8b中SB2、SB4为两地控制起动按钮，只要其中之一动作，接触器KM就动作，具备条件之一即可。a)b)

图2-8两地控制电路2．动合触点并联

当几个条件仅具备一个时，继电器线圈就断电，可用几个动断触点与控制电器线圈串联的方法来实现。如图2-8b中SB1、SB3两个停止按钮，其中一个动作，接触器就断电；图2-9中的SB0各停止按钮也是如此。图2-9自动线预停控制线路3．动断触点串联

当要求几个条件都具备时，电器线圈才断电，可用几个动断触点并联，再与控制电器线圈串联的方法来实现。图2-9中自动线预停时，可按“预停”按钮SB3，由动断触点K3、K10和K12所组成的并联电路与接触器KM0线圈串联来保证。以实现当所有动力头已经退回原位、夹具拔销松开、并在原来已发出“预停”信号基础上，才能使KM0断电释放，将控制电路的电源切断。4．动断触点并联一般保护电器应既能保证控制线路长期正常运行，又能起到保护电动机及其它电器设备的作用。一旦线路出故障，它的触点就由“通”转为“断”。5．保护电路三、控制线路设计的一般问题

1、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，如图2-10。a)不适当b)适当图2-10触点的合理使用三、控制线路设计的一般问题

2.设计电路时，应正确联接电器的线圈。在设计控制电路时，电器线圈的一端应接在电源的同一端。交流电器线圈不能串联使用。a)错误b)正确图2-11具有反接制动的线路3.在控制线路中应尽量减少电器触点数，以提高线路的可靠性。图2-12中例举一些触点简化的例子。

例：触点简化与合并K2K1K4.设计控制线路时，应尽量减少联接导线的数量与长度（特别是长导线的数量）。如图2-13所示，c、d是不适当的接线方式，a、b是适当的。图中粗线代表长的接线。（操作点与电气柜距离较远、两点操作的两点间距离也较远）

图2—13电气元件的合理接线图2-13电气元件的合理接线

5.满足生产要求的前提下，要合理安排各元件的位置，尽可能减少接线，提高经济性和安全可靠性。KAKM1KAKM2a)KAKM1KAKM2b)说明：①a)图合理，b)图不合理。线圈应接在下方水平电源线上，因为当KA触点发生电弧或碰线等短路故障时，b)图将导致电源短路，工作不可靠，且安装接线不方便。SB2SB1KM1KM2KM1c)SB2SB1KM1KM2KM1d)②c)图合理，d)图不合理。因为按钮安装在面板或操纵台上，而电器安装在控制柜内，d)图需4根连线，而c)图只需3根连线。SB2SB1KM1KM1e)SB2SB1KM1KM1f)③e)图不合理。通常停止按钮以前应带电，此种连接方法不利于检修，不好判别。④f)图不安全。因为假如SB2发生粘连，则SB1无法断开KM1，由此造成误操作。两个交流电器线圈串联使用时，每个线圈至多得到1/2的电源电压，又由于吸合的时间不尽相同，只要有一个线圈先吸合，它线圈上的电感就增大，导致电压增大，从而使另一个未吸合的线圈达不到所需的工作电压，这样两个线圈不仅不能同时工作，还因它们的等效感抗减小，电路中的电流增大，时间长了可能将两个线圈烧坏。6.在同一条控制线路中，通常交流电器线圈不能串联，只能并联。当线圈KM常开触点断开时，由于电磁铁YA线圈的电感很大，储存的磁能经relay放电，而使本应断开的K重新吸合，产生误动作。所以应将YA线圈和K线圈分别由KM常开触点控制。其中：与Y并联的电阻Rd称为放电电阻，为YA提供放电回路，以防止电磁线圈过电压而烧坏。7.大容量的直流电磁铁线圈不能与继电器线圈直接并联：看下图。8.避免电路中有寄生回路和竞争现象产生，如下图。SB3SB2KM1KM1KR1KR2SB4SB1KM2KM2HLSB3SB2KM1KM1KR1KR2SB4SB1KM2KM2HL当KR1OFF时，KM2经过图示红色路线形成一个寄生回路而不断开。修改后电路如右图：图a)中：按SB2→(KM1、KT)ON→延时后KM2ON→KTOFF→KT触点OFF，若在此之前KM2的常开触点尚未闭合，但KM2常闭触点先断开，就回使KM2线圈失电，造成误动作。这种触头的动作时间造成了电路的竞争现象。SB1SB2KM1KM2KTKTKM2a)KM2KM1SB1SB2KM1KM2KTKTKM2KM1b)KM2KM1修改后如图b)9.控制线路中还应据具体情况和要求设置相应的检测仪表、信号指示(HL)及照明(EL)等设备。10.节约能源，延长电器元件的使用周期，控制电路工作时，除必要的电器通电外，已完成动作任务的电气尽量不通电。一般要考虑的因素有允许的电流和电压值，还有结构、可控制电动机的容量等因素，应具体问题具体分析、选用，查手册。四、常用控制电器元件的选择：⒈融断器FU的选择：⑴对无冲击电流的负载：如照明电路，IFU>=II,II----电路中的工作电流。⑵对于一台电动机的融断器保护：IFU=Ist/2.5或：IFU=（1.5～2.5）Ied⑶对于多台电动机由一个融断器保护：IFU>=IM/2.5

IM为电路中可能出现的最大电流。⒉热继器KR的选择：一般使：IKR≈（0.9～1.05）Ied，即热继器KR的电流接近或略大于电动机的额定工作电流。⑷对于多台电动机由一个融断器保护，且对于多台电动机不同时启动，则上述公式中的IM计算方法为：IM为最大一台电动机的启动电流，加上其他电动机的额定电流。⒊接触器的选用：主触点的额定电流IC：一般根据电动机容量Pd计算，K：经验常数，一般取1～1.4，Ud：为电动机的额定电压。⒋时间继电器KT的选择