第4章典型生产机械设备电气控制

第四章典型生产机械的电气控制第一节电气控制电路分析基础一、电气控制分析的依据依据：设备本身的基本结构、运行情况、加工工艺要求和电力拖动自动控制的要求；熟悉了解控制对象，掌握其控制要求等。二、电气控制分析的内容设备说明书电气控制原理图电气设备的总装接线图电器元件布置图与接线图三、电气原理图的阅读分析方法先机后电先主后辅化整为零总结特点集零为整、统观全局四、分析举例C650卧式车床属中型车床，加工工件回转半径最大可达1020mm，长度可达3000mm。其结构主要有床身、主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、丝杆和光杆等部分组成。（一）卧式车床的主要结构和运动情况以C650普通卧式车床为例车床是一种应用极为广泛的金属切削机床。在机械加工中广泛使用，根据其结构和用途不同、分成普通车床、立式车床、六角车床、仿形车床等。车床主要用于车削外圆、内孔、端面、螺纹定型表面和回转体的端面等，并可装上钻头、绞刀等刀具进行孔加工。普通车床的结构示意图1-进给箱2-挂轮箱3-主轴变速箱4-溜板与刀架5-溜板箱6-尾架7-光杆8-丝杆9-床身（二）C650车床对电气控制的要求1．主轴与进给电动机M12．冷却泵电动机M23．快速移动电动机M34．有必要的保护和联锁，有安全可靠的照明电路。从车削加工工艺要求出发，对各电动机的控制要求是：1．主电路分析2．控制电路分析1）主电动机的点动调整控制2）主电动机的正反转控制3）主电动机的反接制动控制4）刀架的快速移动和冷却泵控制5)辅助电路6)完善的联锁与保护3．电气控制电路特点1）采用三台电动机拖动，尤其是车床溜板箱的快速移动单由一台电动机拖动。2）主轴电动机不但有正、反向运转，还有单向低速点动的调整控制，正、反向停车时均具有反接制动控制。3）设有检测主轴电动机工作电流的环节。4）具有完善的保护与联锁。（三）C650车床的电气控制电路分析C650普通车床主电动机的功率为30kW,为提高工作效率，该机床采用了反接制动，为减小制动电流，定子回路串入了限流电阻R。为减轻工人的劳动强度和节省辅助工作时间，专门设置一台2.2kW的拖动溜板箱的快速移动电动机。1.主电路分析该车床有三台电动机，M1为主电动机，拖动主轴旋转，并通过进给机构以实现进给运动。M2为冷却泵电动机，提供切削液。M3为快速移动电动机，拖动刀架快速移动。开关QS将三相电源引入，FU1为主电动机M1的短路保护用熔断器，FR1为M1的过载保护用热继电器。R为限流电阻，防止在点动时连续的起动电流造成电动机的过载。通过电流互感器TA接入电流表A以监视主电动机绕组的电流，熔断器FU2为M2、M3电动机的短路保护，接触器KM4、KM5为M2、M3起动用接触器。FR2为M2的过载保护热继电器，因快速电动机M3短时工作，故不设过载保护。2、控制电路分析（1）主电动机M1的点动调整控制调整车床时，要求主电动机M1点动控制。线路中KM1为M1电动机的正转接触器，KM2为M1的反转接触器，KA为中间继电器。工作过程如下：M1电动机的点动控制是由点动按钮SB2控制。按下SB2，接触器KM1的线圈得电，它的主触点闭合，电动机定子绕组经限流电阻R和电源接通，电动机在低速下启动。松开SB2，KM1断电，电动机停止。在点动过程中，中间继电器KA不通电，因此KM1不会自锁。（2）主电动机M1的正、反转控制正转：主电动机正转由正向起动按钮SB3控制。按下SB3时，接触器KM3首先得电动作，它的主触点闭合将限流电阻R短接，辅助触点也同时闭合，使中间继电器KA的线圈得电，KA的辅助常开触点闭合使接触器KM1得电，电动机在全电压下启动。由于KM1的常开触点、KA的常开触点闭合将KM1自锁。反转：主电动机的反转是由反向起动按钮SB4控制的。其控制过程与上面的相类似，当电动机处于停车状态时，按下SB4时，KM3首先得电，然后KA得电，它的辅助触点闭合，使KM2得电吸合，KM2的主触点将电动机的三相电源相序改变，使电动机在全电压下反转启动。KM2的常开触点和KA的常开触点的闭合将KM2自锁。KM2和KM1的常闭触点分别串在对方的接触器线圈的回路中，起到正转和反转的互锁作用。（3）主电动机M1的反接制动控制速度继电器与被控电动机同轴联接，当电动机正转时，速度继电器的正转常开触点KS1闭合，电动机反转时，速度继电器的反转常开触点KS2闭合。在电动机正转时，接触器KM1，KM3和继电器都处于得电状态，速度继电器的正转常开触点KS1也是闭合的，这样就为正转反接制动做好准备。当停车时，按下停止按钮SB，接触器KM3失电，其主触点断开，电阻R串入主回路。与此同时KM1也失电，断开了电动机的电源，同时KA也失电，使它的常闭触点闭合。这样就使反转接触器线圈KM2通过1-3-5-17-23-25线路得电，电机的电源反接，使其处于反接制动状态。当电动机的转速下降为速度继电器的复位转速时，速度继电器的正转常开触点KS1（17-23）断开，切断KM2的通电回路，电动机停止。电动机反转时的制动与正转时的制动相似。（4）刀架的快速移动和冷却泵控制刀架的快速移动由转动刀架手柄压动限位开关SQ，使接触器KM5吸合，M3电动机转动来实现。（5）其它辅助线路监视主回路负载的电流表是通过电源互感器接入的。为防止电动机起动、点动和制动电流对电流表的冲击，线路中采用一个时间继电器KT。例如当启动时，KT线圈通电，而KT的延时断开的常闭触点尚未动作，电流互感器副边电流只流经该触点构成闭合回路，电流表没有电流流过。启动后，KT延时断开的常闭触点打开，此时电流才流经电流表。控制电路的电源采用了控制变压器TC低压供电，这样使之更加安全。正向点动1、合QS2、按SB2点动主电机正转1、合QS2、按下SB33、松开SB3按下SB1停车制动松开SB1速度降为100r/m时KS2断开•电路特点：•1、点动（串电阻）•2、正反转起动•3、反接制动•4、保护•5、控制变压器•6、中间继电器铣床是用铣刀进行铣削加工的机床。可以用来加工机械零件的平面、斜面、沟槽等型面，在装上分度头以后，可以加工直齿轮和螺旋面；装上回转圆工作台，则可以加工凸轮和弧形槽等回转体。按结构形式的不同，可分为立式铣床、卧式铣床、龙门铣床、仿型铣床以及各种专用铣床。4.2普通铣床的电气控制X62W卧式万能铣床的结构一、X62W型卧式万能铣床主要结构及运动形式X62W卧式万能铣床由床身、悬梁、刀杆支架、工作台、溜板和升降台等部件组成。该铣床可以实现七个方向的运动：•升降台的上下移动，一般称为垂直运动。•溜板沿水平导轨作平行于主轴轴线方向的前后运动，一般称横向进给。•工作台沿回转台上的导轨作垂直于轴线方向的左右移动，一般称为纵向移动•倾斜方向进给，以加工螺旋槽。4.2.3X62W型卧式普通铣床控制线路分析•主轴电动机控制电路–两地操作–主轴电动机M1反接制动–主轴变速–主轴变速的冲动•进给电动机控制电路–工作台纵向前后运动的方向联锁–工作台垂直上下运动和横向左右运动的方向联锁–圆工作台和长工作台之间的联锁–进给变速时的冲动–工作台的快速移动X62W型铣床有三种运动，即主运动、进给运动和辅助运动。主运动：主轴带动铣刀的旋转运动；进给运动：加工过程中工作台带动工件在三个相互垂直方向上的直线运动；辅助运动：工作台在三个互相垂直方向上的快速直线运动，以及工作台的旋转运动。二、X62W型卧式万能铣床的电力拖动及控制要求1．X62W型万能铣床的主轴与工作台各自采用单独的笼型异步电动机拖动。2．主轴电动机空载起动，采用直接起动。为完成顺铣和逆铣，要求有正反转。3．主轴电动机有停车制动控制。4．工作台的纵向、横向和垂直三个方向的进给运动由同一台进给电动机拖动，三个方向的选择由操纵手柄改变传动链来实现，同一时间只允许工作台向一个方向移动，故三个方向的运动之间应有完善的联锁保护。5．X62W型万能铣床通过吸合一个快速电磁铁的方法来改变传动链的传动比从而实现快速移动。6．要求圆工作台旋转运动与工作台的上下、左右、前后三个方向的直线运动之间有联锁保护控制。7．X62W型铣床采用机械方式变速。要求主轴或进给变速时电动机进行冲动（短时转动）控制。8．主轴旋转与工作台进给之间应有起停顺序联锁控制，9．冷却泵由一台电动机拖动，供给铣削时的冷却液。10．为操作方便，机床的起、停要求两处控制。三、X62W型卧式万能铣床控制电路分析X62W型万能铣床电气控制电路见下页。（一）主电路分析万能铣床主电路共有三台电动机，其中M1为主轴拖动电动机，M2为工作台进给拖动电动机，M3为冷却泵电动机。1．控制电路电源由控制变压器TC的110V副边供给。（二）控制电路分析X62W型万能铣床电气控制电路4.2.3X62W型卧式普通铣床控制线路分析主轴工作台4.2.3X62W型卧式普通铣床控制线路分析主电机起动正反转,SA5多地控制4.2.3X62W型卧式普通铣床控制线路分析主电机制动正反转,SA54.2.3X62W型卧式普通铣床控制线路分析主电机冲动控制正反转,SA54.2.3X62W型卧式普通铣床控制线路分析进给电机控制1)顺序控制2)联锁控制4.2.3X62W型卧式普通铣床控制线路分析进给电机控制1)顺序控制2)联锁控制2．主轴电动机M1的控制（1）主轴电动机M1的起动SQ7处于不受力SA4扳到主轴所需要的旋转方向起动前准备起动：合上QS按下SB1（或SB2）KM1得电自锁M1直接起动n120r/minKS1（或KS2）动作为M1的停车制动作好准备主轴变速时的冲动控制，是利用变速手柄、SQ7行程开关和变速数字盘的机电联合控制实现的。既可以停车变速，又可以运行时变速。（2）主轴电动机M1的停车制动按下SB3（或SB4）KM1断电M1串电阻反接制动n〈120r/minKS1（或KS2）断开KM2得电自锁M1停车停车：（3）主轴变速时的冲动控制当需要对主轴变速时，操作过程是：变速手柄拉出SQ7受力KM2得电M1反接制动主轴速度降低转动变速盘快速将变速手柄复位SQ7复位KM2失电M1停车总之，主轴变速冲动过程就是SQ7行程开关短时受压又恢复原状、主轴短时低速运转，与机械变速严密配合的过程。当主轴重新起动后，就会按新的转速运行。3．工作台进给电动机M2的控制转换开关SA1是用来控制圆工作台接通与停止的主令电器，当圆工作台使用或停用时SA1的状态如表3-1所示（“+”表示触头接通，“-”表示触头断开）。圆工作台转换开关工作状态位置触点接通圆工作台断开圆工作台SA11－+SA12+－SA13－+注意：万能铣床要求在主轴电动机起动后，才能起动进给电动机。所以电路原理图设计为主轴电动机M1的控制接触器KM1动作后，由其辅助常开触头（从13号线）把工作台进给运动控制电路的电源接通，即KM1得电，工作台才能运动。由工作台纵向操纵手柄来控制。手柄有三个位置：向右、向左、中间。工作台纵向操纵手柄在不同位置会压到SQ1、SQ2两个行程开关，这些行程开关的工作状态见表3-2。（1）工作台左右（纵向）运动的控制：工作台纵向行程开关工作状态向左中间（停）向右SQ11--+SQ12++-SQ21+--SQ22-++纵向操纵手柄触点工作台移动的前提条件是“主轴已启动”，即13号线得电。向右移动：向左移动：手柄扳到右压下SQ1KM4得电M2正转拖动工作台向右移动手柄扳到左压下SQ2KM3得电M2反转拖动工作台向左移动（2）工作台的上下（升降）和前后（横向）运动的控制：工作台的上下运动和前后运动由十字复式操纵手柄来控制。此手柄有五个位置，即上、下、前、后和中间位置。工作台横向、升降行程开关工作状态见下表3-3。表3-3工作台升降、横向行程开关工作状态向前向下中间（停）向后向上SQ31+--SQ32-++SQ41--+SQ42++-升降及横向操纵手柄触点向上运动：主轴起动后十字手柄扳至“向上”位置压下SQ4KM3得电M2反转工作台向上运动向下运动：主轴起动后十字手柄扳至“向下”位置压下SQ3KM4得电M2正转工作台向下运动注意：对电路分析来说，工作台的“向前”与“向下”运动