机床电气及PLC控制（第三版） 课件 课题4 M7130型平面磨床的电气控制；课题5 Z3040型摇臂钻床的电气控制

高等教育出版社教学课件内容提要

本书是“十四五”职业教育国家规划教材。本书编写按照当前职业教育教学改革和教材建设的总体目标，落实“立德树人、德技并修”，并努力体现教学内容的先进性和前瞻性，突出专业领域的新知识、新技术、新工艺、新设备。

本书包括7个学习项目：常用电动机控制电路，机床电气控制，认识PLC，机床的PLC控制，交通灯的控制，运料小车呼叫系统的控制，装配生产线的PLC控制系统。本书按照任务驱动、项目式教学方式组织教学，以工作页的形式呈现学习内容，具有鲜明的职教特色。

本书以三菱的FX3U系列PLC作为教学用机型，可以作为全国高等职业院校机电类专业的专业课程教材，也可用于职业技能培训和供从事电气自动控制技术工作的人员学习参考。“十四五”职业教育国家规划教材《机床电气及PLC控制》（第三版）主编李乃夫副主编吴淑娟高等教育出版社2024年8月第3版【项目分析】

认识普通机床的主要结构，读懂普通机床电气控制电路，掌握普通机床电气控制电路的调试方法，并能够排除机床电路常见的电气故障。项目2

机床电气控制机床电气及PLC控制高等教育出版社【学习目标】应知1.了解普通机床的基本结构、运动形式、电力拖动的形式与控制要求。2.掌握普通机床电气控制电路的组成、工作过程及工作原理。应会1.掌握普通机床电气控制电路的调试方法。2.学会排除普通机床电气控制电路常见的电气故障。项目2

机床电气控制机床电气及PLC控制高等教育出版社任务2.2M7130型平面磨床的电气控制项目2

机床电气控制机床电气及PLC控制高等教育出版社【新课导入】

1.简略复习教材“任务2.1”的内容。2.简略介绍本次课（任务2.2）的主要教学内容与3学时的教学安排。

一、平面磨床的主要结构和运动形式

磨床是用磨具和磨料（如砂轮、砂带、油石、研磨剂等）对工件的表面进行磨削加工的一种机床，它可以加工各种表面，如平面、内外圆柱面、圆锥面和螺旋面等。通过磨削加工，使工件的形状及表面的精度、光洁度达到要求；同时，它还可以进行切断加工。根据用途和采用的工艺方法不同，磨床可以分为平面磨床、外圆磨床、内圆磨床、工具磨床和各种专用磨床（如螺纹磨床、齿轮磨床、球面磨床、导轨磨床等），其中以平面磨床使用最多。平面磨床又分为卧轴和立轴、矩台和圆台四种类型，本任务介绍M7130型卧轴矩台平面磨床的电气控制电路。

M7130型平面磨床

型号的含义为：【基础知识】平面磨床机床电气及PLC控制高等教育出版社一、平面磨床的主要结构和运动形式M7130型卧轴矩台平面磨床的主要结构包括床身、立柱、滑座、砂轮箱、工作台和电磁吸盘等，如图2-4所示。磨床的工作台表面有Ｔ型槽，可以用螺钉和压板将工件直接固定在工作台上，也可以在工作台上装上电磁吸盘，用来吸持铁磁性的工件。P48(P48)图2-4M7130型卧轴矩台平面磨床结构示意图【基础知识】平面磨床机床电气及PLC控制高等教育出版社一、平面磨床的主要结构和运动形式

平面磨床进行磨削加工的示意图如图2-5所示，砂轮与砂轮电动机均装在砂轮箱内，砂轮直接由砂轮电动机带动旋转；砂轮箱装在滑座上，而滑座装在立柱上。因此，磨床的主运动是砂轮的旋转运动，而进给运动则分为以下三种运动：⑴工作台（带动电磁吸盘和工件）作纵向往复运动。⑵砂轮箱沿滑座上的燕尾槽作横向进给运动。⑶砂轮箱和滑座一起沿立柱上

的导轨作垂直进给运动。(P48)图2-5磨床进行磨削加工的示意图【基础知识】平面磨床机床电气及PLC控制高等教育出版社二、平面磨床的电力拖动形式和控制要求M7130型卧轴矩台平面磨床采用多台电动机拖动，其电力拖动和电气控制、保护的要求是：⒈砂轮由一台笼型异步电动机拖动，因为砂轮的转速一般不需要调节，所以对砂轮电动机没有电气调速的要求，也不需要反转，可直接起动。⒉平面磨床的纵向和横向进给运动一般采用液压传动，所以需要由一台液压泵电动机驱动液压泵，对液压泵电动机也没有电气调速、反转和降压起动的要求。⒊同车床一样，也需要一台冷却泵电动机提供冷却液，冷却泵电动机与砂轮电动机也具有联锁关系，即要求砂轮电动机起动后才能开动冷却泵电动机。⒋平面磨床往往采用电磁吸盘来吸持工件。电磁吸盘要有退磁电路，同时，为防止在磨削加工时因电磁吸盘吸力不足而造成工件飞出，还要求有弱磁保护环节。⒌具有各种常规的电气保护环节（如短路保护和电动机的过载保护）；具有安全的局部照明装置。机床电气及PLC控制高等教育出版社三、M7130型平面磨床电气控制电路分析

M7130型平面磨床的电气原理图如图2-6所示，电器位置图如图2-7所示，电气元件明细表见表2-6。(P49)图2-6M7130型平面磨床电气原理图机床电气及PLC控制高等教育出版社三、M7130型平面磨床电气控制电路分析(P49)图2-7M7130型平面磨床的电气元件位置图机床电气及PLC控制高等教育出版社【基础知识】平面磨床三、M7130型平面磨床电气控制电路分析

㈠主电路

三相交流电源由电源引入开关QS引入，由FU1作全电路的短路保护。砂轮电动机M1和液压电动机M3分别由接触器KM1、KM2控制，并分别由热继电器KR1、KR2作过载保护。由于磨床的冷却泵箱是与床身分开安装的，所以冷却泵电动机M2由插头插座X1接通电源，在需要提供冷却液时才插上。从电路可见M2与M1是并联的，受M1起动和停机的控制。由于M2的容量较小，因此不需要作过载保护。三台电动机均直接起动，单向旋转。

㈡控制电路

控制电路采用交流380V电压供电，由FU2作短路保护。5~9区为电动机控制电路。当触点（6-8）接通时，电动机控制电路才能正常工作。触点（6-8）的接通条件是转换开关SA2拨到“退磁”位置或欠电流继电器KA的动合触点（6-8）闭合。机床电气及PLC控制高等教育出版社三、M7130型平面磨床电气控制电路分析

㈡控制电路1.开车前的准备

合上电源开关QS，合上照明开关SA1，照明灯EL亮，KA线圈吸合或SA2拨到“退磁”位置，各操作手柄置合理位置后方可进行加工操作。2.砂轮电动机M1、冷却泵电动机M2的控制

按下起动按钮SB1，接触器KM1线圈得电吸合，电动机M1起动，砂轮旋转，冷却泵M2起动。按下停止按钮SB2，接触器KM1线圈断电，电动机M1、M2停转。3.液压泵电动机M3的控制

按下起动按钮SB3，接触器KM2线圈得电吸合，液压泵电动机M3起动运转。按下液压泵停止按钮SB4，接触器KM2线圈断电，液压泵电动机M3停转。机床电气及PLC控制高等教育出版社三、M7130型平面磨床电气控制电路分析

㈢电磁吸盘电路

电磁吸盘就是一个电磁铁，其线圈通电后产生电磁吸力，以吸持铁磁性材料的工件进行磨削加工。与机械夹具相比较，电磁吸盘具有操作简便、不损伤工件的优点，特别适合于同时加工多个小工件；采用电磁吸盘还有一个好处，就是工件在磨削时发热能够自由伸缩，不至于变形。但是电磁吸盘不能吸持非铁磁性材料的工件，而且其线圈还必须使用直流电。机床电气及PLC控制高等教育出版社【基础知识】平面磨床三、M7130型平面磨床电气控制电路分析

如图2-6所示，变压器T1将220V交流电降压至127V后，经桥式整流器VC变成110V直流电压供给电磁吸盘线圈YH。SA2是电磁吸盘的控制开关，待加工时，将SA2扳至右边的“吸合”位置，触点(301-303)、(302-304)接通，电磁吸盘线圈通电，产生电磁吸力将工件牢牢吸持。加工结束后，将SA2扳至中间的“放松”位置，电磁吸盘线圈断电，可将工件取下。如果工件有剩磁难以取下，可将SA2扳至左边的“退磁”位置，触点(301-305)、(302-303)接通，可见此时线圈通以反向电流产生反向磁场，对工件进行退磁，注意这时要控制退磁的时间，否则工件会因反向充磁而更难取下。R2用于调节退磁的电流。采用电磁吸盘的磨床还配有专用的交流退磁器，如果退磁不够彻底，可以使用退磁器退去剩磁，X2是退磁器的电源插座。机床电气及PLC控制高等教育出版社三、M7130型平面磨床电气控制电路分析

㈣电气保护环节

除常规的电路短路保护和电动机的过载保护之外，电磁吸盘电路还专门设有一些保护环节。⒈电磁吸盘的弱磁保护

采用电磁吸盘来吸持工件有许多好处，但在进行磨削加工时一旦电磁吸力不足，就会造成工件飞出，这是很危险的。因此在电磁吸盘线圈电路中串入欠电流继电器KI的线圈，KI的动合触点与SA2的一对动合触点并联，串接在控制主电动机M1的接触器KM1线圈支路中(接点编号为6-8)，SA2的动合触点(6-8)只有在“退磁”挡才接通，而在“吸合”挡是断开的，这就保证了电磁吸盘在吸持工件时必须保证有足够的充磁电流，才能起动砂轮电动机M1；在加工过程中一旦电流不足，欠电流继电器KI动作，能够及时地切断KM1线圈电路，使主电动机M1停转，避免事故发生。如果不使用电磁吸盘，可以将其插头从插座X3上拔出，将SA2扳至“退磁”挡，此时SA2的触点(6-8)接通，不影响对各台电动机的操作。机床电气及PLC控制高等教育出版社三、M7130型平面磨床电气控制电路分析

⒉电磁吸盘线圈的过电压保护

电磁吸盘的线圈的电感量较大，当SA2在各挡间转换时，线圈会产生很大的自感电动势，会损坏线圈的绝缘和电器的触点。因此在电磁吸盘线圈两端并联电阻R3，提供了放电回路。⒊整流器的过电压保护

在整流变压器T1的二次侧并联由R1、C组成的阻容吸收电路，用以吸收交流电路产生的过电压和在直流侧电路通断时产生的浪涌电压，对整流器进行过电压保护。

㈤照明电路

照明变压器T2将380V交流电压降至36V安全电压供给照明灯EL，EL的一端接地，SA1为灯开关，由FU3作照明电路的短路保护。P52机床电气及PLC控制高等教育出版社【基础知识】平面磨床

工作步骤步骤一：器材准备

按表2-7准备完成本任务所需的器材和设备。（P53）表2-7完成任务2.2所需设备、工具、器材明细表机床电气及PLC控制高等教育出版社序号名称型

号规

格单位数量1三相交流电源

3×380/220V16A

2单相交流电源

220V、36V、6V

3M7130型平面磨床(或实训装置)

台14万用表MF-47

个15兆欧表ZC11-8500V0～100MΩ个16钳形电流表MG-270-10-50-250A0-300-600V0～300Ω个17电工和PLC实训通用工具

试电笔、榔头、螺丝刀、电工刀、电工钳、尖嘴钳、剥线钳、活络扳手等（详见表1-1）套1

工作步骤

步骤二：熟悉磨床的运动形式和电气控制电路

对照图2-6和图2-7，结合对M7130型平面磨床的现场学习，领会平面磨床电气控制的要求和电路的原理，主要领会：

⑴拖动电动机的用途、运行方式（起动、停止）和控制要求；

⑵对电动机和电路的保护电器和保护作用。填写表2-8。2.可在教师指导下对平面磨床进行操作，观察平面磨床的主要结构和运动形式，了解平面磨床的各种工作状态和操作方法。3.对照图2-6和图2-7，熟悉磨床电气元件的实际位置和走线情况。

P53机床电气及PLC控制高等教育出版社

工作步骤

P53表2-8磨床学习记录表机床电气及PLC控制高等教育出版社机床名称(型号)

机床主要功能

电力拖动系统的组成电动机名称安装位置起动方式是否需要反转电气调速方式电气制动方式

观察该机床的运行方式和操作过程的记录

其他记录(如电器的名称、安装位置、操纵方法等)

工作步骤步骤三：磨床常见电气故障的诊断与排除

可预先设置故障进行检修，将情况记录于表2-9中。P54表2-9磨床常见电气故障诊断与排除记录表机床电气及PLC控制高等教育出版社故

障

情

况排

除

方

法1

2

3

4

5

6

7

8

【学习记录与分析】

完成表2-8、表2-9及实训的相关记录。1.完成“任务2.2”的互动练习。P542.选做教材P76～78“项目2”的“思考与练习题”。

【评价反馈】按照P54表2-10完成“任务2.2”的评价反馈。机床电气及PLC控制高等教育出版社【作业布置】高等教育出版社教学课件内容提要

本书是“十四五”职业教育国家规划教材。本书编写按照当前职业教育教学改革和教材建设的总体目标，落实“立德树人、德技并修”，并努力体现教学内容的先进性和前瞻性，突出专业领域的新知识、新技术、新工艺、新设备。

本书包括7个学习项目：常用电动机控制电路，机床电气控制，认识PLC，机床的PLC控制，交通灯的控制，运料小车呼叫系统的控制，装配生产线的PLC控制系统。本书按照任务驱动、项目式教学方式组织教学，以工作页的形式呈现学习内容，具有鲜明的职教特色。

本书以三菱的FX3U系列PLC作为教学用机型，可以作为全国高等职业院校机电类专业的专业课程教材，也可用于职业技能培训和供从事电气自动控制技术工作的人员学习参考。“十四五”职业教育国家规划教材《机床电气及PLC控制》（第三版）主编李乃夫副主编吴淑娟高等教育出版社2024年8月第3版【项目分析】

认识普通机床的主要结构，读懂普通机床电气控制电路，掌握普通机床电气控制电路的调试方法，并能够排除机床电路常见的电气故障。项目2

机床电气控制机床电气及PLC控制高等教育出版社【学习目标】应知1.了解普通机床的基本结构、运动形式、电力拖动的形式与控制要求。2.掌握普通机床电气控制电路的组成、工作过程及工作原理。应会1.掌握普通机床电气控制电路的调试方法。2.学会排除普通机床电气控制电路常见的电气故障。项目2

机床电气控制机床电气及PLC控制高等教育出版社任务2.3Z3040型摇臂钻床的电气控制项目2

机床电气控制机床电气及PLC控制高等教育出版社【新课导入】

1.简略复习教材“任务2.2”的内容。2.简略介绍本次课（任务2.3）的主要教学内容与3学时的教学安排。

一、摇臂钻床的主要结构和运动形式

钻床是一种专门进行孔加工的机床，主要用于钻孔，还可以进行扩孔、铰孔和攻丝等。钻床的主要类型有：台式钻床、立式钻床、卧式钻床、深孔钻床和多轴钻床等，摇臂钻床是立式钻床中的一种，可用于加工大中型工件。Z3040型摇臂钻床的摇臂松开→升降→夹紧功能，是由电气－液压－机械装置来实现的，因此其电气控制电路有一定的特点。Z3040型摇臂钻床型号的含义为：

【基础知识】摇臂钻床机床电气及PLC控制高等教育出版社一、摇臂钻床的主要结构和运动形式

摇臂钻床的结构示意图如图2-8所示，其主要结构包括底座、内外立柱、摇臂、主轴箱和工作台。加工时，工件可装在工作台上，如工件体积较大，也可直接装在底座上；钻头装在主轴上并由主轴驱动旋转，由于其加工的特点，要求主轴有较宽的调速范围。主轴箱装在摇臂上，可沿摇臂的水平导轨作径向移动；摇臂的一端为套筒，套在外立柱上，由摇臂升降电动机驱动沿外立柱上下移动；而外立柱则套在内立柱上，可绕内立柱作360°回转。因此，摇臂钻床钻头的位置很容易在三维空间的各个方向上进行调整，以方便加工各种大中型工件。由此可见，摇臂钻床的主运动是主轴的旋转运动；进给运动为主轴的纵向（垂直）进给运动；而辅助运动包括：①主轴箱沿摇臂导轨的径向移动；②摇臂沿外立柱的垂直移动；③摇臂和外立柱一起绕内立柱的回转运动。

机床电气及PLC控制高等教育出版社一、摇臂钻床的主要结构和运动形式(P55)图2-8Z3040型摇臂钻床结构示意图

P55机床电气及PLC控制高等教育出版社二、摇臂钻床的电力拖动形式和控制要求

由以上对摇臂钻床机械运动的分析可见，摇臂钻床的运动部件较多，为简化传动装置，也是采用多台电动机拖动，一般有：主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机和冷却泵电动机。摇臂钻床对电力拖动及控制、保护的具体要求是：⒈摇臂钻床的主运动和进给运动均为主轴的运动，所以均由一台主轴电动机拖动，由机械传动机构实现主轴的旋转和进给。主轴的变速和反转均由机械方法实现，所以主轴电动机不需要反转和调速，也没有降压起动的要求。⒉摇臂（包括装在摇臂上的主轴箱）沿外立柱上下移动，是由一台摇臂升降电动机驱动丝杆正反转来实现的，只有一些小型的摇臂钻床才靠人力摇动丝杆升降摇臂。摇臂升降电动机要求能够正反转，直接起动。

机床电气及PLC控制高等教育出版社二、摇臂钻床的电力拖动形式和控制要求

⒊在加工位置调整好以后，在进行钻孔加工时，需要把主轴箱夹紧在摇臂上，摇臂夹紧在外立柱上。主轴、摇臂和立柱的松紧，是由液压系统实现的，因此还需要一台液压泵电动机拖动液压泵。与摇臂升降电动机一样，液压泵电动机也要求能够正反转，直接起动。⒋由一台冷却泵电动机提供冷却液。⒌各部分电路及电路之间需要

有常规的电气保护和联锁环节。

机床电气及PLC控制高等教育出版社【基础知识】摇臂钻床三、

Z3040摇臂钻床电气控制电路分析

Z3040型摇臂钻床是在Z35型的基础上进行更新的系列产品，其电气控制电路有多种形式，图2-9是其中一种常见的电路，电器位置图见图2-10，电气元件的明细表见表2-11。

(P58)图2-10Z3040型摇臂钻床电气元件的位置图机床电气及PLC控制高等教育出版社(P57)图2-9Z3040型摇臂钻床电气原理图

机床电气及PLC控制高等教育出版社【基础知识】摇臂钻床三、

Z3040摇臂钻床电气控制电路分析

㈠主电路

三相电源由QS1引入，由FU1作全电路的短路保护。M1为主轴电动机，由KM1控制，根据前述的电力拖动要求，M1直接起动，单向旋转。M2和M3分别为摇臂升降电动机和液压泵电动机，分别由KM2和KM3、KM4和KM5控制正反转。M4为冷却泵电动机，直接由转换开关QS2控制。M1和M3分别由KR1、KR2作过载保护，M2是短时工作制，M4则由于容量较小，所以均不需要过载保护。

㈡控制电路

控制变压器TC将380V电源降压为127V，作为控制电路的工作电压。Z3040型摇臂钻床电路M1、M4的控制比较

简单，读者完全可以自行分析，下面主要介绍M2和M3、YV的控制原理：机床电气及PLC控制高等教育出版社三、

Z3040摇臂钻床电气控制电路分析

⒈摇臂升降的控制

Z3040型摇臂钻床摇臂的升降由M2作动力，SB3和SB4分别为摇臂升、降的点动按钮（装在主轴箱的面板上，其安装位置可见图1-13），由SB3、SB4和KM2、KM3组成具有双重互锁的M2正反转点动控制电路。因为摇臂平时是夹紧在外立柱上的，所以在摇臂升降之前，先要把摇臂松开，再由M2驱动升降；摇臂升降到位后，再重新将它夹紧。而摇臂的松、紧是由液压系统完成的：在电磁阀YV线圈通电吸合的条件下，液压泵电动机M3正转，正向供出压力油进入摇臂的松开油腔，推动松开机构使摇臂松开，摇臂松开后，行程开关SQ2动作、SQ3复位；若M3反转，则反向供出压力油进入摇臂的夹紧油腔，推动夹紧机构使摇臂夹紧，摇臂夹紧后，行程开关SQ3动作、SQ2复位。由此可见：摇臂升降的电气控制是与松紧机构液压－机械系统（M3与YV）的控制配合进行的。机床电气及PLC控制高等教育出版社三、

Z3040摇臂钻床电气控制电路分析

下面就以摇臂的上升为例，用流程图分析控制的全过程：

机床电气及PLC控制高等教育出版社三、

Z3040摇臂钻床电气控制电路分析

摇臂的下降由SB4控制KM3→M2反转来实现，其过程可自行分析。时间继电器KT的作用是在摇臂升降到位、M2停机后，延时1～3s再起动M3将摇臂夹紧，其延时时间视从M2停机到摇臂静止的时间长短而定。KT为断电延时类型，在进行电路分析时应注意。

如上所述，摇臂松开由行程开关SQ2发出信号，而摇臂夹紧后由行程开关SQ3发出信号。如果夹紧机构的液压系统出现故障，摇臂夹不紧；或者因SQ3的位置安装不当，在摇臂已夹紧后SQ3仍不能动作，则SQ3的动断触点(1-17)长时间不能断开，使液压泵电动机M3出现长期过载，因此M3须由热继电器FR2进行过载保护。

摇臂升降的限位保护由行程开关SQ1实现，SQ1有

两对动断触点：SQ1-1(5-6)实现上限位保护，SQ1-2(7-6)

实现下限位保护。机床电气及PLC控制高等教育出版社三、

Z3040摇臂钻床电气控制电路分析

⒉主轴箱和立柱松、紧的控制

主轴箱和立柱的松、紧是同时进行的，SB5和SB6分别为松开与夹紧控制按钮，由它们点动KM4、KM5→控制M3的正、反转，由于SB5、SB6的动断触点(17-20-21)串联在YV线圈支路中。所以在操作SB5、SB6点动M3的过程中，电磁阀YV不吸合，液压泵供出的压力油进入主轴箱和立柱的松开、夹紧油腔，推动松、紧机构实现主轴箱和立柱的松开、夹紧。同时由行程开关SQ4控制指示灯发出信号：主轴箱和立柱夹紧时，SQ4动作，其动断触点(201-202)断开而动合触点(201-203)闭合，指示灯HL1灭HL2亮；反之，在松开时SQ4复位，HL1亮而HL2灭。HL3为主轴旋转指示灯。

㈢辅助电路

包括照明和信号指示电路。照明电路的工作电压为安全电压36V，信号指示灯的工作为6V，均由控制变压器TC提供。机床电气及PLC控制高等教育出版社