《电气控制与可编程控制器技术》电子课件3

第三章电气控制系统分析3.1C650卧式车床电气控制线路分析3.2X62卧式万能铣床电气控制线路分析3.3T68卧式镗床电气控制线路分析3.4组合机床电气控制线路分析电气控制系统是机械设备的重要组成部分，是保证机械设备各种运动的准确与协调，使生产工艺各项要求得以满足，工作安全可靠及操作自动化的主要技术手段。了解电气控制系统对于机械设备的正确安装、调整、维护与使用都是必不可少的。本章以几种典型机床的电气控制系统为例进行介绍，使读者学会分析电气控制系统的方法，提高读图能力，并为按照生产设备工艺要求设计电气控制系统打下一定基础。在分析典型生产机械的电气控制系统时，首先应对其机械结构及各部分的运动特征有清楚的了解。其次，由于现代生产机械多采用机械、液压和电气相结合的控制技术，并以电气控制系统技术作为联接中枢，所以应树立机、电、液相结合的整体概念，注意它们之间的协调关系。3.1C650卧式车床电气控制线路分析一、普通车床的主要工作情况普通车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，主要用于加工各种回转表面、螺纹和端面，并可通过尾架进行钻孔、铰孔等切削加工。车床的切削加工包括主运动、进给运动和辅助运动。主运动为工件的旋转运动：由主轴通过卡盘或顶尖带动工件旋转。进给运动为刀具的直线运动：由进给箱调节加工时的纵向或横向进给量。辅助运动为刀架的快速移动及工件的夹紧、放松等。根据切削加工工艺的要求，对电气控制提出下列要求：主拖动电动机采用三相笼型电动机，主轴的正、反转由主轴电动机正、反转来实现。调速采用机械齿轮变速的方法。中小型车床采用直接起动方法（容量较大时，采用星-三角减压起动）。为实现快速停车，一般采用机械制动或电气反接制动。控制线路具有必要的保护环节和照明装置。二、C650型普通车床的电气控制图3-1为C650普通车床的的电气控制原理图，表3-1为其电气元件符号与功能说明。车床共有三台电动机：M1为主轴电动机，拖动主轴旋转，并通过进给机构实现进给运动。M2为冷却电动机，提供切削液。M3为快速移动电动机，拖动刀架的快速移动。图3-1C650普通车床的的电气控制原理图符号名称及用途符号名称及用途M1主电动机SB1总停按钮M2冷却泵电动机SB2主电动机正向点动按钮M3快速移动电动机SB3主电动机正向启动按钮KM1主电动机正转接触器SB4主电动机反向启动按钮KM2主电动机反转接触器SB5冷却泵电动机停止按钮KM3短接限流电阻接触器SB6冷却泵电动机启动按钮KM4冷却泵电动机启动接触器TC控制变压器KM5快移电动机启动接触器FU1～6熔断器KA中间继电器FR1主电机过载保护热继电器KT通电延时时间继电器FR2冷却泵电机保护热继电器SQ快移电动机点动行程开关R限流电阻SA开关EL照明灯KS温度继电器TA电流互感器A电流表QS隔离开关1．M1的点动控制调速车床时，要求M1点动控制，工作过程如下：合上刀开关QS→按起动按钮SB2→接触器KM1通电→M1串接限流电阻R低速转动，实现点动。松开SB2→接触器KM1断电→M1停转。2．M1的正、反转控制（1）正转：合上刀开关QS→按起动按钮SB3→接触器KM3通电→时间继电器KT通电中间继电器KA通电→接触器KM1通电→电动机M1短接电阻R正向起动。主电路中通过电流互感器T接入电流表A监视负载电流，为防止起动电流对电流表的冲击，起动时利用时间继电器KT常闭触头把电流表A短接，电流表起动时被时间继电器KT常闭触头短接→延时t秒后→KT延时断开常闭触头断开→电流表A串接于主电路中。（2）反转：合上刀开关QS→按起动按钮SB4→接触器KM3通电→时间继电器KT通电中间继电器KA通电→接触器KM2通电→电动机M1反接电源相序，短接电阻R反向起动。电流表A跟正转时作用相同。（3）停车：按停止按钮SB1→控制线路电源全部切断→电动机M1停转。3．M1的反接制动控制C650车床采用速度继电器实现电气反接制动。速度继电器KS与电动机M1同轴连接，当电动机正转时，速度继电器正向触头KS2动作，当电动机反转时，速度继电器反向触头KS1动作。M1反接制动工作过程如下：M1的正向反接制动：电动机正转时，速度继电器正向常开触头KS2闭合。制动时，按下停止按钮SB1→接触器KM3、时间继电器KT、中间继电器KA、接触器KM1均断电，主回路串入电阻R（限制反接制动电流）→松开SB1→接触器KM2通电（由于M1的转动惯性，速度继电器正向常开触头KS2仍闭合）→M1电源反接，实现反接制动，当速度≈0时，速度继电器正向常开触头断开→KM2断电→M1停转、制动结束。M1的反向反接制动：工作过程和正向相同，只是电动机M1反转时，速度继电器的反向常开触头KS1动作，反向制动时，KM1通电，实现反接制动。4．刀架快速移动控制转动刀架手柄压下限位开关SQ→接触器KM5通电→电动机M3转动，实现刀架快速移动。5．冷却泵电动机控制按起动按钮SB6→接触器KM4通电→电动机M2转动，提供切削液。按下停止按钮SB5→KM4断电→M2停止转动。三、C650普通车床电气控制线路特点（1）主轴与进给电动机M1主电路具有正、反转控制、点动控制以及监视电动机绕组工作电流变化的电流表和电流互感器。（2）该机床采用反接制动的方法控制M1的正、反转制动。（3）能进行刀架的快速移动3.2X62卧式万能铣床电气控制线路分析铣床是用铣刀进行铣削的机床。由于铣床的主运动是铣刀的旋转运动，切削速度高，且又是多刃连续切削，所以它的生产效率较高铣床的种类很多，有卧式铣床、立式铣床、仿形铣床和各种专门铣床。铣床可以用来加工平面、斜面和沟槽等，如果装上分度头，还可用于铣削直齿轮和螺旋面等。现以X62W万能铣床为例对其电气控制系统进行分析。图3-2是X-62W万能铣床的外观简图。图3-2X-62W万能铣床的外观简图一、主要结构和运动形式X62W万能铣床是卧式铣床，主要由床身、悬梁、刀杆支架、工作台、溜板和升降台等几部分组成。床身固定在底座上，内装主轴传动机构和变速机构，床身顶部有水平导轨，悬梁可沿导轨水平移动。刀杆支架装在悬梁上，可在悬梁上水平移动。升降台可沿床身前面的垂直导轨上下移动。溜板在升降台的水平导轨上可作平行于主轴轴线方向的横向移动。工作台安装在溜板的水平导轨上，可沿导轨作垂直于主轴轴线的纵向移动。此外，溜板可绕垂直轴线左右旋转45°，所以工作台还能在倾斜方向进給，以加工螺旋轴。二、电力拖动和控制要求（1）铣床的主运动是铣刀的旋转运动，主轴由一台5.5kw鼠笼式异步电动机拖动，要求能正反转。主轴改变转速是通过机械变速机构实现的，可以有18种不同转速。为提高工作效率，停车采用反接制动。（2）为了实现工作台纵向、横向和垂直方向的进给运动，采用一台1.5kw交流电动机拖动，3个方向的选择由机械手柄操纵，每个方向的正反向运动由电动机的正反转实现，还需有快速移动和限位控制。（3）为保证主轴和进给变速时变速箱内齿轮易于啮合，减小齿轮端面冲击，要求有变速冲动，即变速时电动机能点动一下。（4）冷却泵由一台0.125kw交流电动机拖动，供给铣削用的冷却液。三、控制电路分析图3-3是X62W万能铣床的电气控制系统原理图，表3-2是其电气元件符号及功能说明。（一）主电动机M1的控制主电动机由接触器KM3控制，其逻辑表达式为：12)321(34273FRKMKMSBSBSBSBSQKM为方便操作，主轴电动机的起停按钮各有两个，可在两处中的任一处进行操作。起动前，先将换向开关SA5旋转到所需旋转方向，然后按下起动按钮SB1或SB2，接触器KM3线圈通电并自锁，主轴电动机M1起动。热继电器FR1的动断触点串接于KM3控制电路中作过载保护。在主电动机达到一定转速时，速度继电器KS的动合触头闭合，为停车时的反接制动作好准备。图3-3X－62W万能铣床的电气控制原理图＊KSKSKS表3-2铣床电气元件符号及功能说明符号名称及用途符号名称及用途M1主轴电动机SQ6进给变速冲动开关M2进给电动机SQ7主轴变速冲动开关M3冷却泵电动机SA1圆工作台转换开关KM3主电动机启、停控制接触器SA3冷却泵转换开关KM2反接制动接触器SA4照明灯开关KM4、KM5进给电动机正、反转接触器SA5电源隔离开关KM6快速移动接触器QS控制变压器KM1冷却泵接触器SB1、SB2分设在两处的主轴启动按钮KS速度继电器SB3、SB4分设在两处的主轴停滞按钮YA快速电磁铁线圈SB5、SB6工作台快速移动按钮R限流电阻FR1主轴电动机热继电器SQ1工作台向右进给行程开关FR2进给电动机热继电器SQ2工作台向左进给行程开关FR3冷却泵热继电器SQ3工作台向前、向下进给行程开关TC变压器SQ4工作台向后、向上进给行程开关FU1～FU4短路保护主轴电动机制动时，按下停止按钮SB3或SB4，其动断触点断开，切断KM3电源，主轴电动机M1的电源被切断，因为惯性，M1会继续旋转。SB3或SB4的动合触点接通，使接触器KM2线圈通电，M1反接制动，直至转速降低至速度继电器KS的动合触点断开，反接制动停止。在速度继电器触点断开前，不应松开按钮SB3或SB4，以保证在整个停车过程中进行反接制动。当主轴需要变速时，为保证变速齿轮易于啮合，需设置变速冲动控制，它是利用变速手柄和冲动开关SQ7通过机械上的联动机构完成的。变速冲动的操作过程是：先将变速手柄拉向前面，然后旋转变速盘选择转速，再把手柄快速推回原位。在手柄推拉过程中，凸轮瞬时压下弹簧杆，冲动开关SQ7瞬时动作，使接触器KM2短时通电，电动机M1反转一下，以利齿轮咬合。为避免KM2通电时间过长，手柄的推拉操作都应以较快速度进行。（二）进给电动机M2的控制1．工作台横向（前、后）和升降（上、下）进给运动的控制先将工作台转换开关SA1扳在断开位置，这时SA1-1和SA1-3接通。工作台的横向和升降控制是通过十字复式操作手柄进行的，该手柄有上、下、前、后和中间零位共5个位置。在扳动手柄时，通过联动机构将控制运动方向的机械离合器合上，并压下相应行程开关SQ3（向下、向前）或SQ4（向上、向后）。比如欲使工作台向上运动，将手柄扳到向上位置，压下SQ4，接触器KM5线圈通电，M2电动机反转，工作台向上运动，其控制逻辑为：工作台上、下、前、后运动的终端限位，是利用固定在床身上的挡铁撞击手柄，使其回复到中间零位加以实现的。2．工作台纵向（左右）运动控制首先将工作台转换开关SA1扳到断开位置，然后通过纵向操作手柄控制工作台的纵向运动。该手柄有左、右、中间3个位置，扳动手柄时，一方面合上纵向进给机械离合器同时压下行程开关SQ1（向右）或SQ2（向左）。比如欲使工作台向右运动，将手柄扳到向右位置，SQ1被压下，接触器KM4线圈通电，进给电动机M2正转，工作台向右移动。停止运动时，只要将手柄扳回中间位置即可。工作台向左、右运动的终端限位，也是利用床身上的挡铁撞动手柄使其回到中间位置实现的11212231334275SASQSQSAKMSBSBSQKM132414FRFRFRKMSQ接触器KM4线圈的逻辑表达式为：3．工作台的快速移动控制工作台上述6个方向的快速移动也是由M2拖动的，通过上述两个操作手柄和快速移动按钮SB5和SB6实现控制。当按下SB5或SB6时，接触器KM6线圈通电，快速进给电磁铁YA线圈接通电源，通过机械机构将快速离合器挂上，实现快速进给。由于KM6线圈控制电路中没有自锁，所以快速进给为点动工作，松开按钮，仍以原进给速度工作。232426334274SQSQSQKMSBSBSQKM13251111FRFRFRKMSQSA4．进给变速时的冲动控制由变速手柄与冲动开关SQ6通过机械上的联动机构进行控制。其操作顺序是：变速时，将蘑菇形进给变速手柄向外拉一些，转动该手柄选择好进给速度，再把手柄向外一拉并立即推回原位，在拉到极限位置的瞬间，其连杆机构推动冲动开关SQ6，其动断触点SQ6-2断开一下，动合触点SQ6-1闭合，接触器KM4