典型机床电气控制

模块三典型机床电气控制知识目标：熟练掌握典型生产机械的工作原理、控制特点；综合了解实际设备中机、电、液之间的配合能力目标：初步具有对不太复杂的机床控制电路改造和设计能力；具有机床常见电气故障的排除能力第一部分理论基础金属切削机床素有工作母机之称。现在，绝大多数机床仍采用继电器、接触器等电器元件控制，也就是继电接触式控制。另一方面，随着科学技术的进步，现代化的微型计算机数控机床(MicrocomputerNumericalControlMachinetools)，简称MNC机床，正在不断涌现，但是大规模的普及还要较长的时间。因此，掌握传统机床电气控制线路的分析方法具有重要的现实意义。一、电气控制线路分析基础1.电气控制线路分析的内容电气控制线路是电气控制系统各种技术资料的核心文件。分析的具体内容和要求主要包括以下几个方面：1）设备说明书。2）电气控制原理图3）电气设备总装接线图4）电气元件布置图与接线图2.电气原理图阅读分析的方法与步骤在仔细阅读了设备说明书，了解了电气控制系统的总体结构、电动机和电器元件的分布状况及控制要求等内容之后，便可以阅读分析电气原理图了。1）分析主电路从主电路入手，根据每台电动机和电磁阀等执行电器的控制要求去分析它们的控制内容，控制内容包括起动、方向控制、调速和制动等。2）分析控制电路根据主电路中各电动机和电磁阀等执行电器的控制要求，逐一找出控制电路中的控制环节，利用前面学过的基本环节的知识，按功能不同划分成若干个局部控制线路来进行分析。分析控制电路的最基本方法是查线读图法。3）分析辅助电路辅助电路包括电源显示、工作状态显示、照明和故障报警等部分，它们大多由控制电路中的元件来控制的，所以在分析时，还要回过头来对照控制电路进行分析。4）分析联锁与保护环节机床对于安全性和可靠性有很高的要求，实现这些要求，除了合理地选择拖动和控制方案以外，在控制线路中还设置了一系列电气保护和必要的电气联锁。5）总体检查经过“化整为零”，逐步分析了每一个局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后，还必须用“集零为整”的方法，检查整个控制线路，看是否有遗漏。特别要从整体角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系，理解电路中每个元件所起的作用。二、C6140T车床电气控制1.车床的认识（回顾机加工实习对车床的认识）1）车床的结构认识图3-1车床结构示意图1—床身2—进给箱3—挂轮箱4—主轴箱5—溜板箱6—溜板及刀架7—尾座8—丝杠9—光杠C6140T车床主要构造由床身、主轴变速箱、进给箱、溜板与刀架、尾座、丝杠、光杠等几部分组成，其外形图如图3-1所示。2）车床的运动情况认识主运动（切削运动）：主轴通过卡盘或顶尖带动工件的旋转运动进给运动：溜板箱带动刀架的直线运动。其它运动有：刀架的快速移动。刀架移动和主轴旋转都是由一台电动机来拖动的。2.车床加工对控制线路要求分析1）主运动（切削运动）——主轴通过卡盘或顶尖带动工件的旋转运动2）进给运动——溜板带动刀架的直线运动机械调速：工件材料、尺寸加工工艺等不同，切削速度应不同，因此要求主轴的转速也不同。正反转控制：车削螺纹时，要求主轴反转来退刀，因此要求主轴能正反转。车床主轴的旋转方向可通过机械手柄来控制。制动：为了缩短停车时间，主轴停车时采用能耗制动。其它：显示电动机的工作电流以监视切削状况。3）快速移动——溜板带动刀架的快速运动单向点动操作、短时工作方式。4）冷却润滑要求车削加工中，根据不同的工件材料，也为了延长刀具的寿命和提高加工质量，需要切削液对工件和刀具进行冷却润滑，而有时又不采用，因此采用自动空气开关控制冷却泵电动机单向旋转。此外还应配有安全照明电路和必要的联锁保护环节。总结：C6140T车床由3台三相笼型异步电动机拖动，即主电动机M1、冷却泵电动机M2和刀架快速移动电动机M3。3．C6140T车床控制线路分析1）主电路（见图3-2）合上自动空气开关QF1。M1：交流接触器KM1主触点闭合，M1直接起动运行。M2：交流接触器KM1主触点闭合后，交流接触器KM2主触点闭合，再合上自动空气开关QF2，M2直接起动运行。M3：交流接触器KM3主触点闭合，M3直接起动运行。2）控制电路（见图3-3）控制电路电源由电源变压器TC供给控制电路交流电压127V，照明电路交流电路36V，指示电路6.3V。即采用变压器380V/127V，36V，6.3V①M1、M2直接起动：合上QF1→按下SB2→KM1、KM2线圈得电自锁→KM1主触点闭合→M1直接起动；KM2主触点闭合→合上QF2→M2直接起动②M3直接起动：合上QF1→按下SB3→KM3线圈得电→KM3主触点闭合→M3直接起动（点动）③M1能耗制动合上SQ1→KT线圈得电→KT常闭触点断开→KM1、KM2线圈断电→KT常开触点闭合，KM4线圈得电→其主触点闭合，M1能耗制动；KT线圈断电→延时t秒后，KT延时触点复位，KM4主触点断开，制动结束。图3-2C6140T车床控制线路的主电路图3-3C6140T车床控制线路的控制电路3）照明电路电源变压器TB将380V的交流电压降到36V的安全电压，供照明用。照明电路由开关K控制灯泡EL。熔断器FU3用作照明电路的短路保护。冷却泵电动机M2运行指示灯HL1，6.3V电压供电源指示HL2，刻度照明HL3。总结：①主轴电动机采用单向直接起动，单管能耗制动。能耗制动时间用断电延时型时间继电器控制。②主轴电动机和冷却泵电动机在主电路中保证顺序联锁关系。③用电流互感器检测电流，监视电动机的工作电流。4.C6140T车床电气线路常见故障分析1）故障现象：主轴电动机M1不能起动。原因分析：①控制电路没有电压。②控制线路中的熔断器FU5熔断。③接触器KM1未吸合，按起动按钮SB2，接触器KM1若不动作，故障必定在控制电路，如按钮SB1、SB2的触头接触不良，接触器线圈断线，就会导致KM1不能通电动作。当按SB2后，若接触器吸合，但主轴电动机不能起动，故障原因必定在主线路中，可依次检查接触器KM1主触点及三相电动机的接线端子等是否接触良好。2）故障现象：主轴电动机不能停转。原因分析：这类故障多数是由于接触器KM1的铁芯面上的油污使铁芯不能释放或KM1的主触点发生熔焊，或停止按钮SB1的常闭触点短路所造成的。应切断电源，清洁铁芯极面的污垢或更换触点，即可排除故障。3）故障现象：主轴电动机的运转不能自锁。原因分析：当按下按钮SB2时，电动机能运转，但放松按钮后电动机即停转，是由于接触器KM1的辅助常开触头接触不良或位置偏移、卡阻现象引起的故障。这时只要将接触器KM1的辅助常开触点进行修整或更换即可排除故障。辅助常开触点的连接导线松脱或断裂也会使电动机不能自锁。4）故障现象：刀架快速移动电动机不能运转原因分析：按点动按钮SB3，接触器KM3未吸合，故障必然在控制线路中，这时可检查点动按钮SB3，接触器KM3的线圈是否断路。5）故障现象：M1能起动，不能能耗制动起动主轴电动机M1后，若要实现能耗制动，只需踩下行程开关SＱ1即可。若踩下行程开关SＱ1，不能实现能耗制动，其故障现象通常有两种，一种是电动机M1能自然停车，另一种是电动机M1不能停车，仍然转动不停。原因分析：踩下行程开关SＱ1，不能实现能耗制动，其故障范围可能在主电路，也可能在控制电路中电路。三、X62W卧式万能铣床电气控制在金属切削机床中，铣床在数量上占第二位，仅次于车床。铣床可用来加工平面、斜面、和沟槽等，装上分度头后还可以铣切直齿齿轮和螺旋面，如果装上圆工作台还可以铣切凸轮和弧形槽。铣床的种类很多，有卧铣、立铣、龙门铣、仿形铣及各种专用铣床等。现以应用广泛的X62W卧式万能铣床为例进行分析。1.铣床认识（回顾机加工实习对铣床的认识）1）铣床的结构认识X62W卧式万能铣床具有主轴转速高、调速范围宽、操作方便和加工范围广等特点。（说明：主要关注可移动部分的结构）2）铣床的运动情况认识主运动：铣刀的旋转运动。进给运动：工件相对于铣刀的移动。工作台的左右、上下和前后进给移动。旋转进给移动：装上附件圆工作台。工作台是用来安装夹具和工件。在横向溜板上的水平导轨上，工作台沿导轨作左、右移动。在升降台的水平导轨上，使工作台沿导轨前、后移动。升降台依靠下面的丝杠，沿床身前面的导轨同工作台一起上、下移动。变速冲动：为了使主轴变速、进给变速时变换后的齿轮能顺利地啮合，主轴变速时主轴电动机应能转动一下，进给变速时进给电动机也应能转动一下。这种变速时电动机稍微转动一下，称为变速冲动。其它运动有：进给几个方向的快移动运动；工作台上下、前后、左右的手摇移动；回转盘使工作台向左、右转动±45０；悬梁及刀杆支架的水平移动。除进给几个方向的快移运动由电动机拖动外，其余均为手动。进给速度与快移速度的区别，只不过是进给速度低，快移速度高，在机械方面由改变传动链来实现。2.铣床加工对控制线路要求分析—从运动情况看电气控制要求1）主运动——铣刀的旋转运动机械调速：铣刀直径、工件材料和加工精度的不同，要求主轴的转速也不同。正反转控制：顺铣和逆铣两种铣削方式的需要。制动：为了缩短停车时间，主轴停车时采用电磁离合器机械制动。变速冲动：为使主轴变速时变速器内齿轮易于啮合，减小齿轮端面的冲击，要求主轴电动机在变速时具有变速冲动。2）进给运动——工件相对于铣刀的移动为什么进给运动需要纵向、横向和垂直三个方向运动？此外还应配有安全照明电路。3.元器件认识－电磁离合器4.X62W卧式万能铣床电气线路分析1）主电路分析图3-7为X62W万能铣床电气原理图。图3-7中M1为主电动机，其正反转由换向组合开关SA5实现，正常运行时由KM3控制。KM2的主触点串联两相电阻与速度继电器配合实现M1的停车反接制动，还可进行变速点动控制。M2为工作台电动机，由正反转接触器KM4、KM5主触点控制，YA为快速移动电磁铁，由KM6控制。M3为冷却泵电动机，由KMl控制。2）控制电路分析①主电动机的起停控制②主轴变速点动控制③工作台移动控制④工作台各运动方向的联锁图3-7X62W万能铣床电气原理图⑤工作台进给变速点动控制⑥圆工作台控制⑦冷却泵电动机的控制冷却泵电动机M3的起停由转换开关SA3(7)直接控制，无失压保护功能，不影响安全操作。3）辅助电路及保护环节分析机床的局部照明由变压器T(6)供给36V安全电压，灯开关为SA4(6)。Ml、M2和M3为连续工作制，由FRl、FR2和FR3实现过载保护。当主电动机M1过载时，FRl动作，其常闭触点(7)切除整个控制电路的电源。当冷却泵电动机M3过载时，FR3动作，其常闭触点(7)切除M2、M3的控制电源。当进给电动机M2过载时，FR2动作，其常闭触点(13)切除自身的控制电源。由FUl、FU2实现主电路的短路保护，FU3实现控制电路的短路保护，FU4实现照明电路的短路保护。另外，还有工作台终端极限保护和各种运动的联锁保护，前面已详细叙述了。5.X62W万能铣床电气控制线路的常见故障分析（留给自学生自己分析）1）主轴停车制动效果不明显或无制动。2）主轴停车后产生短时反向旋转。3）主轴变速时无瞬时冲动。4）工作台不能快速移动。四、机床电气故障排除的方法1．机床电气设备故障的诊断步骤1）故障调查问：机床发生故障后，首先应向操作者了解故障发生的前手情况，有利于根据电气设备的工作原理来分析发生故障的原因。一般询问的内容有：故障发生在开车前、开车后，还是发生在运行中？是运行中自行停车，还是发现异常情况后由操作者停下来的；发生故障时，机床工作在什么工作顺序，按动了哪个按钮，扳动了哪个开关；故障发生前后，设备有无异常现象（如响声、气味、冒烟或冒火等）；以前是否发生过类似的故障，是怎样处理的等。看：熔断器内熔丝是否熔断，其他电气元件有无烧坏、发热、断线，导线连接螺丝有否松动，电动机的转速是否正常。听：电动机、变压器和有些电气元件在运行时声音是否正常，可以帮助寻找故障的部位。摸：电机、变压器和电气元件的线圈发生故障时，温度显著上升，可切断电源后用手去触摸。2）电路分析根据调查结果，参考该