机床电气控制.ppt

机械装备电气控制技术 主讲赵一丁 2012 8 绪论 1 机床电力拖动系统的发展成组拖动多电动机拖动交流电动机拖动直流电动机拖动 2 机床电气控制系统的发展在控制方法上 手动操纵发展到自动控制在控制功能上 从单一功能发展到多功能在操作上 从紧张 繁重发展到轻巧自如 一 机床电气控制的发展概况 二 机床电力拖动自动控制的基本概念 机床组成的三个基本部分工作机构传动机构原动机 电力拖动系统直流拖动系统交流拖动系统电力拖动部分电气控制部分 开始第一章啦 第一节电气原理图的画法及阅图方法 电力拖动电气控制线路主要由各种电器元件 如接触器 继电器 电阻器 开关 和电动机等用电设备组成 为了设计 研究分析 安装维修时阅图方便 在绘制电气控制线路图时 必须使用国家统一规定的电气图形符号和文字符号 常用的电气设备图样有三类 电气原理图表明了电气控制线路的工作原理 以及各电器元件的作用和相互关系 而不考虑各电路元件安装位置和实际连线情况 绘制电气原理图 一般遵循下面的规则 1 电气控制线路分为主电路和控制电路 主电路用粗 一 电气原理图 图1 1T68型卧式镗床的电气原理图 线绘出 而控制电路用相对较细线画 一般主电路画在左侧 控制电路画在右侧 2 电气控制线路中 同一电器的各导电部件如线圈和触点常常不画在一起 但必须用统一文字标明 3 电气控制线路的全部触点都按 平常 状态绘出 图1 1为卧式车床控制线路的工作原理图 电气安装图表示各种电气设备在机械设备和电气控制柜中的实际安装位置 电气设备接线图表明各电气设备之间的实际接线情况 电气设备安装图和电气设备接线图主要用于安装 接线 检查维修和工程施工 二 电气设备安装图 三 电气设备接线图 对于相对简单的系统 常常将安装图与接线图画到一起 下图是小型卧式车床的电气安装与接线图 卧式车床电气安装 接线图 第二节笼型电动机的起动控制线路 笼型异步电动机有直接起动和降压起动两种方式 一 直接起动控制线路 对于控制要求不高的简单机械如小型台钻 砂轮机 冷却泵等都直接用开关起动 如图1 2所示 对于中小型卧式车床主电机都采用接触器直接起动线路 如图1 3所示 图中KM是自锁触点 图1 2用开关直接起动线路图1 3用接触器直接直接起动线路 二 降压起动控制线路 较大容量的笼型异步电动机一般都采用降压起动的方式起动 星 三角变换降压起动控制线路在正常运行时 电动机定子绕组联成三角形 起动时联结成星形 起动即将完毕再恢复成三角形 图1 4是一种起动线路 其中动断触点KM2与KM3保证接触器KM2与KM3线圈不会同时通电 以防电源短路 动断触点KM2同时也使时间继电器KT断电 图1 5是用两个接触器和一个时间继电器进行星 三角转换的降压起动控制线路 电动机连成星或三角都是由接触器KM2完成的 图1 4星 三角降压起动控制线路 1 图1 5星 三角变换降压起动控制电路 2 定子串电阻降压起动控制线路图1 6是定子串电阻降压起动控制线路 电动机起动时在三相定子电路中串接电阻可降低绕组电压 起动后再将电阻短路掉 电动机即可在全压下运行 这种起动方式由于不受电动机接线方式的限制 设备简单 因而得到广泛应用 机床中常用这种串接电阻的方法限制点动调整时的起动电流 随着电力电子技术 计算机技术的发展 已经生产出各种性能优越的软起动器 能按要求平滑起动 彻底的解决了起动电流冲击问题 不过价钱稍高 图1 6定子串电阻降压起动控制线路 第三节电动机正反转控制线路 许多生产机械都有可逆运行的要求 由电动机的正反转来实现生产机械的可逆运行是很方便的 只需使拖动电动机可以两个方向运行就可以了 如果用KM1和KM2分别完成电动机的正反向控制 那么由正转与反转起动线路组合起来就成了正反转控制线路 一 电动机正反转控制线路 图1 7为异步电动机正反转控制线路 图1 7异步电动机正反转控制线路 从图1 7中的主电路部分可知 若KM1和KM2分别闭合 则电动机的定子绕组所接U W两相电源对调 结果电动机转向不同 若KM1和KM2同时闭合 就会造成主回路短路 如图1 7a 图1 7b需要先停止正转 反转 然后再按反转 正转 才能实现反转 正转 显然操作不方便 图1 7c解决了这种问题 二 正反转自动循环线路 图1 8是机床工作台往返循环的控制线路 实质上是用行程开关来自动控制电动机正反转的 组合机床 龙门刨床 铣床的工作台常用这种线路实现往返循环 图1 8机床工作台往返循环的控制线路 ST1 ST2 ST3 ST4按要求安装在固定的位置上 其实这是按一定的行程用撞块压行程开关 代替了人工按按钮 按下正向起动按钮SB2 接触器KM1得电动作并自锁 电动机正转使工作台前进 当运行到ST2位置时 撞块压下ST2 ST2动断触点使KM1断电 但ST2的动合触点使KM2得电动作并自锁 电动机反转使工作台后退 当工作台运动到右端点撞块压下ST1时 使KM2断电 KM1又得电动作 电动机又正转使工作台前进 这样可一直循环下去 直到按下停止按钮才能停下来 上述这种用行程开关按照机械运动部件的位置或位置的变化所进行的控制 称作按行程原则的自动控制 或称行程控制 第四节电动机制动控制线路 许多机床都要求能迅速停车或准确定位 这就要求对机械进行制动 强迫其迅速停车 制动停车的方式有机械制动和电气制动 电气制动实质是使电动机产生一个与转子原来的转动方向相反的制动转矩 机床中常用的电气制动是能耗制动和反接制动 一 能耗制动控制线路 能耗制动是在三相笼型异步电动机切断三相电源的同时 给定子绕组接通直流电源 在转速为零时再切除直流电源的制动过程 制动过程中机械能转为电能消耗在转子电阻上 图1 9a b是分别用复合按钮和时间继电器实现能耗制动的控制线路 图1 9能耗制动控制线路 反接制动实质上是改变接在电动机定子绕组上的三相电源相序 产生与转子转动方向相反的转矩 因而起制动作用 反接制动过程为 当想要停车时 首先将三相电源切换 然后当电动机转速接近零时 再将三相电源切除 二 反接制动控制线路 图1 10为反接制动控制线路及工作流程图 1 10a b都为反接制动的控制线路 1 10a有这样一个问题 在停车期间如为调整工件 需要用手转动机床主轴时 速度继电器的转子也将随着转动 其动合触点闭合 接触器KM2得电动作 电动机接通电源发生制动作用 不利于调整工作 1 10b解决了这个问题 1 10c为反接制动工作流程图 图1 10反接制动的控制线路及工作流程图 C 图1 11双速电动机高 低控制线路 D1 D2 D3接电源 D4 D5 D6悬空 则绕组为三角形接法 每项绕组中两个线圈串联 电机为两对磁极 转速为低速 D1 D2 D3短接 D4 D5 D6接电源 则绕组为双星形接法 每项绕组中两个线圈并联 电机为一对磁极 转速为高速 接触器KM1动作为低速 KMh动作为高速 第五节双速电动机高低速控制线路 双速电动机在机床中有较多应用 它是由改变定子绕组的磁极对数来改变其转速的 接触器KM1动作为低速 KMh KM动作为高速 图1 11双速电动机高 低控制线路 用开关S实现高 低速控制 针对上面那个主电路 用复合按钮SB2 SB3实现高 低速控制 同样针对上面那个主电路 用开关S转换高 低速 较大容量的电动机可采用此控制方式 适用下面那个主电路 第六节电液控制 液压传动系统和电气控制线路相结合的电液控制系统在组合机床 自动化机床 生产自动线 数控机床等中的应用越来越广泛 液压传动系统易获得较大的力矩 运动传递平稳 均匀 准确可靠 控制方便 易实现自动化 一 电磁换向阀 液压传动系统由4个部分组成 动力装置 液压泵 2 执行机构 液压缸或液压马达 3 控制调节装置 溢流阀 节流阀 换向阀 4 辅助装置 油箱 油管 过滤器 压力计等 其中换向阀在机床液压系统中用以改变液流方向 实现运动换向 接通或关断油路 电磁换向阀是利用电磁铁推动滑阀移动来控制液流流动方向的 电磁换向阀的种类很多 动力头是既能完成进给运动 而且又能同时完成刀具切削运动的动力部件 液压动力头的自动工作循环是由控制电路控制液压系统来实现的 图1 14是一次工作进给液压系统和其电气控制线路图 其自动工作过程如下 图1 14a为它的工作流程图 1 动力头原位停止2 动力头快进3 动力头工进4 动力头快退5 动力头 点动调整 二 液压动力头控制线路 图1 14a动力头自动工作循环工作流程图 图1 14一次工作进给液压系统及其电气控制线路图 三 半自动车床刀架纵进 横进 快退电液控制线路 图1 16及图1 17是半自动车床刀架的液压系统和电气控制电路图 图1 17a是它的工作流程图 图1 16半自动车床刀架液压系统图 图1 17半自动车床刀架电气控制电路图 图1 17a半自动车床刀架电液系统工作流程图 第七节控制线路的其他基本环节 一 点动控制 电动机在正常工作时多数需要连续不断地工作 即所谓长动 而点动指的是 按住按钮时电动机转动工作 手放开按钮时 电动机即停止工作 点动常用于生产设备的调整 如机床的刀架 横梁 立柱的快速移动 机床的调整对刀等 图1 18为点动控制线路 图1 18点动控制线路 用复合按钮实现点动 用开关实现点动 用中间继电器实现点动 1 联锁在机床控制线路中 经常要求电动机有顺序的起动 如某些机床主轴必须在液压泵工作后才能工作 龙门刨床工作台移动时 导轨内必须有足够的润滑油 铣床的主轴旋转后 工作台方可移动等 这些都要求有联锁关系 如图1 19所示 二 联锁与互锁 图1 19联锁控制线路 互锁实际上是一种联锁关系 其所以这样称谓 是为了强调触点之间的互相作用 在图1 20中控制对象是两台电动机 工艺上要求它们不能同时工作 于是采用了两个接触器动断触点互锁 这种互锁关系前面已用在电动机的正反转线路中 可保证正反向接触器KM1和KM2主触点不能同时接通 以防止电源短路 2 互锁 图1 20两台电动机的互锁线路 在操作比较复杂的机床中 也常用操作手柄和行程开关形成联锁 下面以X62W铣床进给运动为例讲述这种联锁关系 铣床工作时 工作台的各方向进给是不允许同时接通的 因此各方向的进给运动必须互相联锁 实际上 操纵进给的两个手柄各自都只能扳向一个操作位置 即接通一种进给 因此只要使两个操作手柄不能同时起到操作的作用 0 位为不操作 就达到了联锁的目的 通常采取的电气联锁方案是 当两个手柄同时扳离 0 位时 就立即切断进给电路 可避免事故 图1 21是有关进给运动的联锁控制电路 KM3是控制主轴电动机的接触器 其动合触点在这里完成主轴与进给运动的联锁 既只有主轴运转了才允许进给 图1 21铣床进给运动的联锁控制线路 三 多点控制 在大型机床设备中 为了操作方便 常要求能在多个地点进行控制 如图1 22把起动按钮并联连接 停止按钮串联连接 分别安置在三个地方 就可三地操作 图1 22多点控制线路 1 工作台的正反向自动循环控制许多机床的自动循环控制都是靠行程控制来完成的 某些机床的工作台要求正反向运动自动循环 图1 23是龙门刨工作台自动正反向控制线路 用行程开关ST1 ST2作主令信号进行自动转换 电路工作过程如下 按起动按钮SB2 KM1得电 工作台前进 当达到预定行程后 可通过调整挡块位置来调整行程 挡块压下ST1 ST1动断触点断开 切断接触器KM1 同时ST1动合触点闭合 反向接触器KM2得电 工作台反向运行 当反向到位 挡块压下ST2 工作台又转到正向运行 进行下一个循环 四 工作循环自动控制 行程开关ST3 ST4是作极限保护用的 图1 24是动力头的行程控制电路 它也是由行程开关按行程来实现动力头的往复运动的 此控制电路完成了这样一个工作循环 首先是动力头I由位置b移到位置a停下 然后动力头II由位置c移到位置d停住 接着使动力头I和动力头II同时退回原位停下 行程开关ST2 ST1 ST3 ST4分别装在床身的a b c d处 电动机M1带动动力头I 电动机M2带动动力头II 动力头I和II在原位时分别压下ST1和ST3 2 动力头的的自动循环控制 图1 24动力头的自动循环控制线路 第八节电动机的保护 保护环节是所有机床电气控制系统不可缺少的组成部分 利用它来保护电动机 电网 电气控制设备以及人身安全等 常用的保护环节有过载保护 短路电流保护 零电压和欠电压保护以及直流电动机的弱磁保护等 短路电流引起电气设备绝缘损坏和产生强大的电动力使电器设备损坏 因此在产生短路现象时 必须迅速地将电源切断 常用的有 熔断器保护自动开关保护 一 短路保护 二 过载保护电动机长期超载运行 电动机绕组温升超过其允许值 电动机的绝缘材料就要变脆 寿命减少 严重时使电动机损坏 过载电流越大 达到允许温升的时间就越短 常用的过载保护元件是热继电器和断路器的热脱扣器 过电流保护广泛用于直流电动机或绕线转子异步电动机 对于三相笼型电动机 由于其短时过电流不会产生严重后果 故不采用过电流保护而采用短路保护 过电流往往是由于不正确的起动和过大的负载转矩引起的 一般比短路电流要小 为