典型设备电气控制系统

电气控制与PLC浙江水利水电专科学校孙平教授第3章典型设备电气控制系统目的：通过对车床、摇臂钻床、万能铣床、卧式镗床、平面磨床、组合机床、桥式起重机等设备电气控制系统的分析，为设备安装、调试、维修打下一定基础，本章是前两章知识的综合应用。要求：学会分析电气设备中各种电动机起动、制动过程和各种辅助电路的工作原理，掌握常用电气设备中电气原理图的原理和结构。第3章典型设备电气控制系统电气控制系统分析的一般方法步骤：1、了解机械设备的机械动作及工步图。分析传动系统的驱动方式，含电动、液压、气动驱动原理。2、了解电器元件的安装位置及作用。3、分析机械部件与电器元件的关联，含操纵手柄，行程控制的档铁、撞块、离合器、电磁铁等的状态及安装位置。4、分析电气控制原理。第3章目录3.1C650卧式车床控制线路分析3.2摇臂钻床控制线路分析3.3万能铣床控制线路分析3.4卧式镗床控制线路分析3.5磨床电气控制线路分析3.6组合机床控制线路分析3.7桥式起重机控制线路分析3.1C650卧式车床电气控制电路重点：掌握正、反双向转动的反接制动控制电路结构和原理。3.1.1车床结构介绍和控制要求C650车床：最大回转直径1020mm，最大的工件长度3000mm。主轴电动机：用于主轴正反向运动和刀具的工步进给运动，通过手柄操纵机械变速箱改变主轴和进给的转速。要求：①因转动惯量过大，主轴采用电气停车制动。②快移电动机实现刀架拖板快速移动，以减少辅助工时。驱动电机电气控制要求：主轴电动机（30KW）：①正、反转②电气反接制动③正向点动。快移电动机（2.2KW）：点动控制。冷却泵电动机（0.125KW）：起停控制。（提供冷却液）。3.1.2C650车床主电路分析M1（主电动机）：①KM1、KM2实现正反转；②KT与电流表PA用于检测运行电流；③KM3用于点动和反接制动时串入电阻R限流；正反转电动运行时R旁路。④速度继电器KS用于反接制动时，转速的过零检测。M2（冷却泵电机）：KM4用于起停控制。M3（快移电动机）：KM5用于起停（点动）控制。1、主电动机M1的控制：①、点动（正向）按下点动按钮SB2→KM1线圈通电（无自锁）→M1串R全压正向点动，电流表PA不投入。松开点动按钮SB2→KM1线圈断电，点动停止。②、正反转控制（SB3、SB4）。按动正转SB3→KT线圈通电延时、KM3线圈通电→主回路R被旁路→KA线圈通电→KM1线圈通电自锁→M1正向起动。启动完毕，KT延时时间到→PA投入检测运行电流。③、反接制动（正转时n0触点闭合）按动停车按钮SB1→KM1、KT、KM3、KA线圈断电，松开SB1→KM2线圈通电→M1串R反接→n100r/min时→KM2线圈断电，切除反接电源，M1停止转动。反转及反转的反接制动请自行分析。2、其他控制电路原理M2（冷却泵）：SB5、SB6及KM4构成起停控制电路：M3（快移）：刀架操纵手柄控制刀架拖板的工步移动和快速移动。按动操作手柄点动按钮，压下位置开关SQ→KM5线圈通电→电动机M3点动。3.2摇臂钻床电气控制系统钻床的用途：钻孔、扩孔、镗孔、绞孔、功丝等机械加工。摇臂钻床的用途：主要用于加工大、中型零件。Z3040摇臂钻床简介：最大钻孔直径400mm、跨距1200mm。摇臂钻床的构成（机械结构示意）：底座、立柱（内、外）、摇臂、主轴箱、（外形图）主轴、工作台（固定工件）。机械运动：主运动：主轴带动钻头刀具作旋转运动。（主电动机M1驱动）进给运动：主轴的上、下进给运动（主电动机M1驱动）辅助运动：①外立柱和摇臂绕内立柱作回转运动（手动）②摇臂沿外立柱作升降运动（升降电动机M2驱动）③主轴箱沿摇臂水平移动（手动）④夹紧与放松运动，外立柱与内立柱、摇臂与外立柱、主轴箱与摇臂间的（液压驱动，电动机M3拖动）。3.2.1摇臂钻床的液压原理液压泵采用双向定量泵。接触器KM4、KM5控制液压泵电机M3的正、反转。电磁换向阀YV的电磁铁YA用于选择夹紧、放松的对象。电磁铁YA线圈不通电时，电磁换向阀YV工作在左工位，同时实现主轴箱和立柱的夹紧与放松。电磁铁YA线圈通电时，电磁换向阀YV工作在右工位，实现摇臂的夹紧与放松。双向定量泵摇臂液压缸溢流阀M3~YVYA主轴箱液压缸立柱液压缸3.2摇臂钻床电气控制系统控制要求：1、主轴的控制主轴由机械摩擦片式离合器实现正转、反转及调速的控制。2、摇臂升降过程：放松→升/降→夹紧a.摇臂在完全放松状态下压下放松位置开关SQ2；b.做升/降运动；c.升降完毕与夹紧之间加入1~3S的时间延时，以克服惯性；d.升降完毕后，做夹紧运动，完全夹紧，压下夹紧位置开关SQ3，摇臂升降过程结束。位置开关SQ1、SQ6用于升降限位保护。3、工作状态指示HL1、HL2用于主轴箱和立柱的夹紧、放松工作状态指示HL3用于主轴电动机运转工作状态指示。3.2.2摇臂钻床电气控制主电路主电动机M1：KM1单向起停控制。摇臂升降M2：KM2、KM3，正反转控制。液压泵机M3：KM4、KM5，正、反转（夹/松）控制。冷却泵M4：组合开关SA1单向手动控制。3.2.3摇臂钻床电气控制电路主电动机控制SB1、SB2、KM1构成主轴电动机的起停控制电路，HL3用作运行指示。摇臂上升过程分析（夹紧时压下SQ3）:按下SB3→KT通电→电磁阀YA线圈通电、KM4线圈通电→液压泵电机M3正转、压力油进入摇臂夹紧油缸右腔→摇臂松开→压下ＳQ2→KM4线圈断电→M3停止放松（此时SQ3恢复为常态，YA线圈仍通电）。压下的ＳQ2→KM2线圈通电→摇臂升降电机M2正转→摇臂上升→升至需要高度时，松开SB3或摇臂压下限位开关SQ1时→KT线圈断电延时、KM2线圈断电→M2停止上升。KT线圈断电延时1~3S→KM5线圈通电→液压泵电机M3反转→摇臂夹紧→压下SQ3→KM5、YA线圈断电→M3停止。夹紧完毕，摇臂上升的全部过程结束。3.2.2摇臂钻床电气控制电路主轴箱与立柱,外立柱与内立柱间的夹紧、松开（两者同时进行）：松开：按下SB5→KM4线圈通电→液压泵电动机M3正转，电磁铁YA线圈不通电，泵入的压力油进入主轴箱和立柱液压缸右腔→主轴箱和立柱同时松开→直至位置开关SQ4复位→HL1作松开状态指示，此时松开按钮SB5，放松过程结束。夹紧：按下SB6→KM5线圈通电→液压泵电动机M3反转、YA线圈不通电，泵入的压力油进入主轴箱和立柱液压缸左腔→主轴箱和立柱同时夹紧→直至压下位置开关SQ4→HL2作夹紧状态指示，此时，松开按钮SB6，夹紧过程结束。3.3万能铣床电气控制系统用途：铣削平面、斜面和加工沟槽。分类：立铣、卧铣、龙门铣、仿形铣、专用铣床。常用的卧式万能铣床型号：X62W、改进型XA6132。XA6132是在X62W型万能铣床的基础上增设电磁铁离合器抱闸制动，其他机械结构相同及电气控制电路基本相同。3.3.1XA6132万能铣床简介XA6132万能铣床的构成：床身、悬梁、刀杆支架、升降台。主运动：主轴电动机驱动主轴带动刀具作顺铣、逆铣，转动方向手动预选。为了换刀方便，主轴采用电磁离合器制动。为了主轴和进给机械变速后的齿轮啮合，采用瞬时变进冲动。升降式工作台进给运动（进给电动机驱动）：工作台带工件作快进、工进运动。升降台的构成：矩形（直线运动）、圆形（圆弧运动）两层结构。矩形工作台的六个运动方向和圆工作台的旋转运动要求互锁，任何时刻，只允许存在一种运动形式的一个方向运动。为了避免打刀（安全），要求有先做主轴旋转，然后工件进给的顺序控制。3.3.2万能铣床控制线路分析XA6132卧式万能铣床控制线路可分为主电路、控制电路、直流电路、照明电路等部分。1、主电路①中间继电器KA3控制冷却泵电动机M1。②KM1、KM2控制主轴电动机M2正、反转。③KM3、KM4控制进给电动机M3正、反转。其他，还有短路、过载保护器件。2、主轴及冷却泵电动机控制主轴：主轴在加工前，由选择开关SA4选择主轴电动机M2的转动方向（顺、逆铣）。①起停：SB1、SB2及SB3、SB4和KA1用以实现主轴电动机M2的两地起停控制，两套起停控制按钮分别装在铣床正面和侧面操作板上。停车时SB1、SB2的常开触点闭合，使主轴制动电磁离合器的电磁铁YB线圈通电，同时电磁线圈YC2通电，沟通工作台快速进给传动链，此时进给电动机M2断电，工作台快停（顺控要求），实现主轴电动机迅速停车制动。②上刀制动：转换开关SA2常开触点闭合，电磁离合器电磁铁YB线圈通电，实现上刀制动。③主轴变速冲动：主轴电动机（M2）在转动过程中，拉出主轴变速手柄时，位置开关SQ5动作，KM1或KM2线圈断电、主轴电动机（M2）停止转动，主轴变速手柄在复位过程中，压下SQ5、KM1或KM2线圈通电，M2作瞬时正或反向变速冲动。反复推拉变速手柄，直至手柄放回原位，齿轮啮合为止。冷却泵：转动旋转式转换开关SA1→中间继电器KA3线圈通电→冷却泵电动机M1转动。3、工作台进给控制①传动方式及控制特点工作台矩形直线运动和圆形圆弧运动的机械传动链如上图所示。（1）矩形工作台的直线运动：运动方向（三维空间）：纵向（左右）、横向（长后）、升降（上、下）。操纵方法：纵向操纵手柄，左、0、右（3工位）位置。十字操纵手柄（两个机械联动），前、上、0、下、后（5工位）位置。（2）圆形工作台的圆弧旋转运动：矩形工作台的纵向操纵手柄和十字操纵手柄均在0位时，通过操作转换开关SA3控制圆形工作台的圆弧旋转运动。矩形工作台的三维空间6个方向的直线运动和圆形工作台的圆弧运动要互锁。每个时刻只允许有一个运动方向。(工进)1YC电磁离合器M2YC2纵向传动链垂直传动链横向传动链进给传动链(快进)机械离合器②矩形工作台的纵向进给（3）主轴与进给顺序控制和KA2常开触点并联KA1常开触点作顺序控制，KA2用做工作台快进控制。（4）工作台选择选择开关SA3常态为矩形工作台，动态为圆形工作台操作状态。②矩形工作台的纵向进给：（SA3在常态）纵向操纵手柄向右，沟通纵向机械传动链并压下位置开关SQ1；操纵手柄向左，沟通纵向机械传动链并压下位置开关SQ2；操纵手柄在中间0位为停止状态。控制电路分析：手柄向右压下SQ1→电流过SQ6、SQ4、SQ3、SA3的常闭触点和SQ1的常开动合触点使KM3线圈通电→工作台进给电动机M3正转，拖动工作台向左进给。手柄回到0位→SQ1常开触点断开→KM3线圈断电→M3停转。手柄向左→压下SQ2→KM4线圈通电，工作台进给电动机M3反转。拖动工作台向右进给。控制电流的必经路径SQ3、SQ4、SA3的常闭触点，满足了互锁要求。工作台移动到终点，终点档铁撞击手柄的凸起部分可使其返回中间位置，实现终点停车。③矩形工作台的升降和横向运动机械传动：十字操纵手柄。前、后位置沟通横向机械传动链。上、下位置沟通垂直机械传动链。电气控制：十字手柄向下和右（后）压下位置开关SQ3，上和左（前）压下位置开关SQ4。压下SQ3时，控制电流经SA3、SQ1、SQ2常闭触点和SQ3动合的常开触点使KM3线圈通电，进给电动机M3正转，通过相应的机械传动链，驱动矩形工作台向下或向右运动。压下SQ4时，控制电流经SA3、SQ1、SQ2常闭触点和SQ4动合的常开触点使KM4线圈通电，进给电动机M3正转，矩形工作台向上或向左运动。互锁：矩形工作台的垂直和横向运动中，SA3、SQ1、SQ2常闭触点的闭合条件要求纵向手柄在0位及SA3选择矩形工作台，否则横向和垂直运动无法进行。安放在床身上的限位档铁，能使十字手柄自动返回0位。实现横向、垂直的终点停车。④矩形工作台的快移运动在进给运动状态下（KM3或KM4常开触点闭合），按下SB5或SB6（两地快进控制）→KA2线圈通电→快移电磁铁YC2线圈通电，沟通快移机械传动链，实现矩形工作台快速移动。松开SB5或SB6→YC1线圈通电、YC2线圈断电，工作台改进为工进。⑤圆形工作台的回转运动矩形工作台各个操作手柄在0位，电动机沟通圆形工作台回转机械传动链。SA3