机械设备控制技术电子教案第2章

第2章典型电气控制系统

电气控制系统在机械设备中起着中枢神经的作用，由于生产机械设备的工作方式、工艺要求各不相同，因此电气控制系统也显现出不同的特点。进行设备电气控制系统分析时，应注意分析机床电气控制线路的主要技术资料，掌握电气图的识图方法和步骤等。1.分析机床电气控制线路的主要技术资料（1）设备说明书（2）电气控制原理图（3）电气设备安装图（4）电气设备接线图2.电气图的识图方法和步骤（1）识图方法（2）识图步骤1）了解机械设备的主要结构、运动方式、加工工艺、技术性能、工作原理及机械设备对电气控制系统的要求。2）了解各按钮、开关、操作手柄等器件的位置和作用；了解它们之间的关系；了解机床液压系统与电气控制系统的关系，便于了解机、液、电三者之间的相互联系。3）整体阅读电气控制线路，了解各台电动机或各控制电路或支路的作用。为了识图方便，一般系统电路图的顶部分成若干个功能区，是按各电路功能分的；电路图的底部分成若干个图区，是按各控制电路或支路的排列顺序分的。4）化整为零分析电气控制线路。首先要仔细看一遍电气图，弄清电路的性质，是交流电路还是直流电路。一般来讲，机床设备的电路可分为三部分：主电路，控制电路及信号电路。然后，从主电路入手，根据各元器件的组合判断电动机的工作状况。如电动机的起停、正反转、制动等。分析完主电路后，再分析控制电路。要按动作顺序对每条小回路或每个图区逐一分析研究，然后再整个分析各条回路或各图区间的联系。在分析中，要特别注意各环节之间的联系和制约关系，以及与机械、液压部件的动作关系。最后是对照明、信号等辅助电路的分析。5）在分析完整个电气控制线路后，要对其进行整理，并要总结出各类电气控制的特点和规律。第2章典型电气控制系统

2.1.1车床主要结构和运动形式车床主要由床身、主轴箱、进给箱、溜板箱、滑板与刀架、尾座、丝杠和光杠等部件组成，图2-1所示为CA6140型卧式车床外形图及图片。CA6140车床的主运动是主轴旋转，也就是工件的旋转运动；进给运动是溜板箱带动刀具作直线运动；辅助运动是刀具快速直线运动。2.1普通车床的电气控制线路

2.1.2车床电气原理图分析图2-2所示为CA6140车床的电气控制线路原理图。2.1普通车床的电气控制线路

1.主电路分析电源由开关QS1引入。该开关为转换开关，不宜直接接通或断开负载。主电路有三台电动机：M1为主轴电动机，它拖动车床的主运动和进给运动，它的运转和停止由接触器KM1控制，由于电动机的容量不大，故可采用直接起动。M2为切削液泵电动机，它的作用是不断地向工件和刀具输送切削液，以降低它们在切削过程中产生的高温，它由中间继电器KA1控制。切削液泵电动机在主轴电动机起动后才可接通，当主轴电动机停止时，切削液泵电动机应立即停止。M3为刀架快速移动电动机，它由中间继电器KA2控制。热继电器KR1和KR2分别作主轴电动机M1和切削液泵电动机M2的过载保护。由于刀架快速移动电动机M3是短期工作，所以未设过载保护。因为考虑到进入车床前的电源处已装有熔断器，所以主轴电动机没有加熔断器作短路保护。熔断器FU1是对切削液泵电动机和刀架快速移动电动机及控制电路等作短路保护用的。2.1普通车床的电气控制线路

2.控制电路分析1）先合上电源开关QS1。2）主轴电动机控制。支路6为其控制线路，按SB2，使线圈KM1得电自锁，KM1主触点闭合，主轴电动机起动，同时，支路9中的动合触点KM1也闭合，为切削液泵电动机得电起动作准备。按停止按钮SB1，使线圈KM1断电，主触点KM1断开，使主轴电动机停止。3）切削液泵电动机控制。支路9为其控制线路，当主轴电动机起动后，合上QS2（也可先合上），线圈KA1得电，其触点KA1闭合，切削液泵电动机起动。由于主轴电动机停止时，切削液泵电动机应立即停止，所以当按下SB1时，线圈KM1断电，其动合触点KM1由原来闭合状态转为断开状态，切断电路，使线圈KA1断电，其动合触点KA1断开，切削液泵电动机停止。4）刀架快速移动电动机的控制。支路8为其控制线路，控制按钮SB3安装在进给操作手柄的顶端，将操作手柄扳到所需的方向，按下SB3使线圈KA2得电，其动合触点闭合，电动机起动。操作手柄复位，则松开SB3，线圈KA2失电，动合触点断开，电动机停止。热继电器KR1和KR2的动断触点均串联在控制电路中，所以，只要其中一个电动机过载，其动断触点断开，使控制电路断电，两台电动机都停止。2.1普通车床的电气控制线路

3.照明和信号电路照明灯EL由控制变压器TC二次侧电压24V供电，通断由开关SA控制。熔断器FU4作短路保护。指示灯HL由二次侧电压6V供电，熔断器FU3作短路保护。当电源开关QS1合上后，指示灯HL亮，表示车床已开始工作。从图中我们可以看出，当电动机出现故障使其外壳带电或控制变压器TC的一次绕组和二次绕组发生短路时，可通过公共端XB接地，保证操作员的人身安全。2.1普通车床的电气控制线路

4.车床电气控制线路常见故障分析CA6140型车床电气控制线路常见故障及故障分析见表2-1。

2.1普通车床的电气控制线路

故障现象故障分析主轴电动机不能起动（1）可能是支路1中FU的熔丝已断，应更换新的熔丝。（2）电源开关接通后，按下SB2接触器KM1没吸合，可能是以下原因：1）控制线路的熔断器FU2熔丝已断，应更换新的熔丝。2）线圈已损坏，应修理或更换新的接触器。3）SB2的触点接触不良，应修理或更换。切削液泵电动机不能起动（1）主轴电动机尚未起动，应先起动主轴电动机。（2）熔断器FU1的熔丝已断，应更换熔丝。（3）支路9中起停开关QS2已损坏，应更换新的开关。（4）支路3中切削液泵电动机已损坏，应修理或更换新的。照明灯不亮（1）照明灯已损坏，应更换新的。．（2）支路11中照明灯开关SA未按下或已损坏，应按下开关SA或更换新的开关。（3）熔断器FU4的熔丝已断，应更换新的熔丝。（4）变压器TC的一次绕组或二次绕组已损坏，应更换新的变压器。

2.2.1铣床主要结构和运动形式铣床主要由底座、床身、主轴、悬梁、刀杆支架、工作台、回转台、床鞍、升降台等部分组成。图2-3所示为X62W万能升降台铣床的外形图及图片。2.2铣床的电气控制线路

2.2.2铣床的电气原理图分析图2-5所示为X62W万能升降台铣床的电气控制线路原理图。2.2铣床的电气控制线路

1.主电路分析在主电路中，由断路器Q为电源总开关，FU1为总电源的短路保护。在铣床中共有三台电动机，M1为主轴电动机，用来拖动主轴带动铣刀进行铣削加工，即主运动；M2为进给电动机，拖动升降台和工作台作上下、前后、左右三个相互垂直方向上的进给运动；M3为冷却泵电动机，供给切削液。主轴电动机M1的起动与停止由接触器KM1控制，转换开关SA5作为主轴的正反转换向开关。SA5的通断情况见表2-2。热继电器FR2作为主轴电动机的过载保护。进给电动机M2的正反转由接触器KM2和KM3控制，热继电器FR2作为过载保护。冷却泵电动机M3接在KM1主触点之后，只有当主轴电动机M1起动后，才能起动。转换开关SA3直接控制M3的起停，热继电器FR3作为它的过载保护。2.2铣床的电气控制线路

2.控制电路分析

（1）主轴电动机的控制1）主轴的起动。2）主轴的停车及制动。3）主轴变速冲动。4）主轴换刀制动。（2）进给运动控制1）工作台纵向（左右）进给运动控制。2）工作台横向（前后）和垂向（上下）进给运动控制。3）工作台快速移动。4）进给变速冲动。5）圆形工作台的控制3.切削液泵及机床照明的控制切削液泵电动机M3通常在铣削加工时由切削液泵控制开关SA3控制。当SA3扳到接通位置时，切削液泵起动热继电器FR3作长期过载保护。机床照明灯EL由照明变压器T，供给24V安全电压，并由控制开关SA4控制照明灯。2.2铣床的电气控制线路

4.X62W万能铣床电气控制线路常见故障及故障分析X62W万能铣床电气控制线路常见故障及故障分析见表2-4。2.2铣床的电气控制线路

故障现象故障分析主轴电动机不能起动（1）主轴换向开关SA5在停止位（2）总电源熔断器FU1熔丝烧断，应更换熔丝（3）换刀开关SA2在制动位（4）熔断器FU2、FU3熔丝烧断，应更换熔丝（5）起动、停止按钮（SB1、SB2、SB3、SB4）接触不良，应修复或更换（6）热继电器FR1、FR2动作后未复位（7）主轴变速冲动行程开关的动断触点接触不良，应修复或更换主轴不能变速冲动主轴变速冲动行程开关SQ7损坏，如开关的位置不正确，断线或已被撞坏主轴不能制动（1）整流变压器烧坏（2）熔断器FU4、FU6熔丝烧断，应更换熔丝（3）整流桥二极管损坏（4）主轴起动用接触器的动断触点接触不良（5）主轴停止按钮的动合触点接触不良（6）主轴制动电磁离合器线圈已烧坏2.2铣床的电气控制线路

4.X62W万能铣床电气控制线路常见故障及故障分析X62W万能铣床电气控制线路常见故障及故障分析见表2-4。续表故障现象故障分析按下停止按钮主轴不停（1）主轴停止按钮的动断触点熔焊（2）接触器KM1主触点熔焊工作台不能进给（1）控制变压器TC1烧坏（2）熔断器FU3熔丝烧断，应更换熔丝（3）进给变速冲动开关SQ6动断触点接触不良（4）主轴电动机未起动（5）接触器KM2、KM3线圈断开或主触点接触不良（6）行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4的动断触点接触不良，接线松动或接线脱落（7）热继电器FR2动断触点接触不良（8）两个进给手柄都不在零位进给变速不能冲动（1）主轴变速冲动行程开关SQ7损坏，如开关的位置不正确，断线或已被撞坏（2）进给操作手柄不在零位工作台不能快速移动（1）快速移动按钮SB5或SB6的触点接触不良或接线松动、脱落（2）接触器KM4的线圈已损坏（3）整流二极管损坏（4）快速离合器YC3损坏2.3摇臂钻床的电气控制线路

2.3.1型摇臂钻床主要结构和运动形式钻床主要由底座、外立柱、内立柱、摇臂、主轴箱、工作台等部分组成。图2-6所示为Z3040摇臂钻床的外形图及图片。摇臂钻床的主运动是主轴带动钻头的旋转运动。进给运动是钻头的上下运动。辅助运动有主轴箱沿摇臂作水平移动；摇臂沿外立柱作上下移动；摇臂和外立柱一起绕内立柱作回转运动。2.3摇臂钻床的电气控制线路

2.3.2摇臂钻床的电气原理图分析图2-7所示为Z3040型摇臂钻床的电气控制线路原理图。2.3摇臂钻床的电气控制线路

1.主电路分析主电路共有4台电动机；M1为主轴电动机，主轴的旋转和钻头的进给由它进行拖动。M1的起动和停止由接触器KM1控制。M2为摇臂升降电动机，摇臂的升降由它进行拖动，接触器KM2和KM3控制电动机的上升和下降。M3为液压泵电动机，用它来拖动液压泵。内外立柱、摇臂和主轴箱的夹紧和放松是由液压泵电动机的正反向旋转带动双向液压泵送出不同流向的压力油，再通过夹紧机构动作来实现的，接触器KM4和KM5控制其电动机的正反转，热继电器FR2作为它的过载保护。M4为切削液泵电动机，它的起动和停止可用开关SA1控制。2.控制线路分析（1）主轴电动机M1的控制（2）摇臂升降控制（3）主轴箱、立柱的夹紧与放松的控制3.照明和信号电路机床照明和信号灯电路的电源，都由变压器TC供给。指示灯电压为18V，照明灯电压为24V，由开关SQ2控制。2.3摇臂钻床的电气控制线路

4.摇臂钻床电气控制线路常见故障分析表2-5Z3040型摇臂钻床电气控制线路常见故障及故障分析故障现象故障分析刚起动主轴电动机M1，熔断器FU1就立即熔断1）进给量太大，使主轴堵转2）钻头被铁屑卡死摇臂不能升降1）限位开关SQ2没有压下。可能因为：电动机的电源相序接反了；限位开关SQ2的位置移动，使摇臂松开后没有压下SQ2；液压系统出现故障，摇臂不能完全松开2）摇臂升降电动机不能起动。此时如果摇臂已松开，可能是接触器KM2或KM3的主触点接触不良或线圈已损坏，应修理或更换接触器摇臂升降的限位开关失灵1）限位开关SQ1的触点接触不良2）限位开关SQ1早巳损坏，其触点不能动作3）限位开关SQ1的触点熔焊2.4组合机床的电气控制线路2.4.1组合机床主要结构和运动形式组合机床是由大量的通用部件及少量的专用部件组成。动力滑台是组合机床上完成进给运动的动力部件，下面仅以动力滑台为例介绍其结构和运动形式。动力滑台由滑台、机械滑座及两个进给电动机的传动装置等组成，动力滑台进给运动的自动工作循环是靠传动装置将动力传给丝杠来完成的。可完成一次工作进给或双向工作进给。一次工作进给的工作循是在动力滑台起动后，为减小空行程时间，滑台先快速进给（快进）当滑台移动到接近加工位置时，滑台减速，开始进行工作进给（工进），当滑台工进到终点时，滑台又快速返回（快退），最后滑台返回到原位时便自动停止。双向工作进给，在动力滑台被起动后，滑台先快速进给（快进入当滑台移动到接近加工位置时，滑台减速，开始进行工作进给（正向工进）；当滑台工进到终点时，滑台又由正向工进转成反向工进，反向工进到离开加工位置时，又快速返回（快退）最后滑台返回到原位时便自动停止。2.4组合机床的电气控制线路2.4.2组合机床的电气原理图分析1.一次进给动力滑台（1）主电路分析按起动按钮SB1，动力滑台起动后，下面的工序分别是用行程开关SQ1、SQ2和SQ3控制，通过电气控制线路自动完成的。图2-8所示为一次进给工作循环流程图，图2-9所示为一次工进的控制线路，其工作原理如下：电气控制线路主电路中有两台进给电动机。M2为快速进给电动机，用来拖动滑台快进或快退，分别用接触器KM1和KM3控制，KM1控制快进，KM3控制快退。M1为慢速工作进给电动机，由KM2控制。主轴电动机的旋转由另外一台专门的电动机拖动，并由KM控制，图中未画出。YB为快速电动机的制动电磁铁，具有断电制动作用。FR1与FR2为两台进给电动机的过载保护。2.4组合机床的电气控制线路

（2）控制电路分析当主轴起动后，KM动合触点闭合。按下SB1，KM1得电并自锁，制动电磁铁YB得电松开制动轮，则快速电动机M2正转，滑台快进。当滑台快速移动到接近加工位置时，滑台上的撞块压下SQ2，SQ2的动断触点断开，KM1线圈断电释放，制动电磁铁YB断电抱闸制动，快速电动机M2断电并迅速停转；SQ2的动合触点闭合，KM2线圈得电并自锁，工作进给电动机M1得电运转；滑台由快进转为工进。当工进到位后，滑台上的撞块压下终点限位开关SQ3，SQ3的动断触点断开，使KM2断电释放，电动机M1停转；SQ3的动合触点闭合，接触器KM3得电自锁，使YB得电松开制动器，快速电动机M2反转运行，滑台快速退回。当滑台退至原位，滑台上的撞块压下SQ1，使KM3、YB断电，电动机M2迅速停车制动，滑台停在原位，完成一个启动循环。图中SQ4为超行程保护开关。当滑台向前运动发生越位时，撞块压下SQ4，切断滑台的进给控制电路，滑台自动停止进给。SB2为快退按钮？当滑台在进给过程中或出现超行程而停止在终点位置时，按下SB2，滑台便快退，回到原位自动停止。SA为方便滑台调整而设置的开关。2.4组合机床的电气控制线路2.双向工作进给的控制线路（1）主电路分析按起动按钮SB1，动力滑台起动后，下面的工序仍是用行程开关SQ1、SQ2和SQ3控制，但电气控制线路与一次工进的控制线路不同。图2-10所示为双向进给的控制流程图，图2-11所示为双向工进的电气控制线路，其工作原理如下：主电路中有两台进给电动机。M1为工进电动机，M2为快速进给电动机。M1单独工作时为慢速工作进给，当两台电动机M1和M2同时正转或反转时，实现快速移动。M1和M2的正反转都是用KM1和KM3控制。而快速电动机M2是由KM2控制。同样，主轴电动机的旋转曲另外一台专门的电动机拖动，由KM控制，图中未画出。YB为快速电动机的制动电磁铁，具有断电制动作用。FR1与FR2为两台进给电动机的过载保护。2.4组合机床的电气控制线路

（2）控制电路分析当主轴起动后，KM动合触点闭合。按下SB1，KM1得电并自锁，同时KM2也得电，制动电磁铁YB得电松开制动轮，则M1和M2同时正转，滑台在工进电动机M1和快速电动机M2的共同拖动下快进。当滑台快速移动到接近加工位置时，滑台上的撞块压下SQ2，SQ2的动断触点断开，KM2线圈断电释放，YB断电制动，快速电动机M2断电并被迅速制动而停车，滑台在工进电动机M1单独拖动下低速进给（工进）。当工进到位后，滑台上的撞块压下终点限位开关SQ3，SQ3的动断触点断开，使KM1断电释放，电动机M1停转；SQ3的动合触点闭合，接触器KM3得电自锁，工进电动机M2由正转变为反转，滑台由正向工进转为反向工进（此过程中SQ2一直被撞块压下）。当工进结束后，SQ2释放复位，KM2、YB得电，快速电动机M2反转使滑台由反向工进转为快退。当滑台退至原位，滑台上的撞块压下SQ1，使KM3、KM2、YB断电，电动机M1、M2迅速停车制动，滑台停在原位，完成一个自动循环。图2-11的超行程保护还具有自动返回作用。当滑台向前运动发生越位时，撞块压下SQ4，SQ4的动断触点断开，切断滑台的正向进给控制电路；同时SQ4的动合触点闭合，KM3、KM2和YB相继得电，滑台先反向工进，接着快退至原位。2.5机床电气维修方法

2.5.1机床电气设备的维护与保养机床电气线路在运行中会发生各种故障，造成停机而影响生产，严重时还会造成事故，为此应注意对机床电气设备的日常维护。机床电气设备的日常维护主要是指对电动机、电器元件电气线路的维护，具体要求如下：1.电动机的维护（1）定期检查电动机的绝缘电阻。电压为380V的三相电动机，其绝缘电阻一般不小于0.5MΩ，否则应进行烘干或浸漆处理。（2）保持表面清洁。电动机表面积灰过多，会影响电动机的散热，缩短电动机的寿命。另外，在机械加工中不允许有金属屑、油垢或水滴进入电动机内部。（3）避免电动机过载。用钳形电流表检查电动机电流是否超过额定电流，三相电流是否平衡。（4）严格控制温升检查电动机温升是否超过允许值。（5）保持转动灵活观察电动机起动时有无摩擦声，运行时有无尖叫声或其他杂音。（6）接地装置要牢固，确保人身安全。（7）保持通风良好，便于散热。2.电器及连接线的维护（1）保持电器控制箱表面清洁。及时清扫电器箱内的积灰、异物，不允许有金属屑、油垢等进入电器箱内部。（2）检查接触器和继电器线圈是否过热。（3）检查电器触点接触是否良好。（4）检查各连接点的导线是否松脱。（5）检查各限位开关能否起到限位保护作用。（6）检查指示装置和照明装置是否良好。（7）检查接地装置是否良好。2.5机床电气维修方法

2.5.2机床控制线路的检修1．故障调查故障调查就是在处理故障前，详细了解故障发生前后的情况，询