某普通车床电气原理图的设计分析

中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 1 页 共 39 页某普通车床的电气原理图设计与分析摘 要： 数控技术发展飞速的今天，数控技术在现代制造业发挥越来越重要的作用，数控机床是数控制造业的核心，本文主要介绍了对数控车床的电气系统设计的过程。电气系统设计对数控车床尤为重要的，其内容包括强电设计、弱电设计，绘制出整个机床的电气系统原理图等。本设计给出了整个机床的原理图绘制过程，重点部分模块化，较详细地介绍了各个部分的功能及用途。通过本设计说明书可以基本上掌握数控车床的电气原理，以及基本的电气常识，使读者无论是从整体上还是各个模块中都能够了解到数控车床相关的一系列电气知识。关键词：数控车床；主电路；控制电路；电气原理图中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 2 页 共 39 页A common lathe electrical principle diagram design and analysis ABSTRACT：The numerical controls that the technique development fast today, the numerical controls technique at the modern manufacturing industry exertive more and more importance function, numerical control tool machine is number control a manufacturing industry of core, this text mainly introduced logarithms to control the processed that the electricity system of lather design.NC lathe, as to its the electricity system design make is important, its contents includes a strong electrically design, weakness design, draw the electricity system principle diagram of a the whole tool machine etc.This principle diagram which designs to the whole tool machine draws process and the point parts of mold piece turn and compared to in detail introduce each function and use of part. Through this design system can basically control numerical control the electricity principle of lather, and basic electronic common sense, make the reader regardless can understand numerical control the lather related series of electricity knowledge from wholly the top still each mold piece.Key Words： NC lathe; Main circuit; Control circuit; Electric principle charts中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 3 页 共 39 页目 录1 引言 .11.1 研究背景及意义 .11.2 历史回顾 .11.3 当前的国际水平 .21.4 我国的现状与发展展望 .32 常用低压电器元件及其符号 .42.1 电器的作用与分类 .42.2 常用低压电器及其符号 .42.2.1 接触器 .42.2.2 继电器 .52.2.3 行程开关 .72.2.4 其他常用电器 .83 基本电气控制系统 .103.1 基本电气控制主要功能 .103.2 系统组成 .103.3 常见的电气控制系统 .114 电气原理图的设计 .174.1 电气原理图设计的基本步骤 .174.2 电气原理图的设计方法 .174.3 原理图设计中的注意问题 .185 电气原理图的识别分析方法 .216 车床简介 .236.1 车床主要结构及运动形式 .236.2 车床的工作方式 .236.3 车床的发展趋势 .247 车床电气原理图的设计分析 .26中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 4 页 共 39 页结 论 .31参考文献 .32致谢 .34中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 5 页 共 39 页1 引言1.1 研究背景及意义电气技术开始时沿着信息传送（弱电）和电能利用（强电）两个方向发展，现代电气控制的特点是以弱电控制强电，使两支洪流又混合起来 1。电气控制的应用范围极广，从控制对象工艺过程上看，大体可分为电气传动控制盒电气仪表过程控制两大部分类，它们在控制规律上有许多相似之处 2。电气控制的目标是保证生产过程和产品质量的优化、节约能源、提高可靠性和自动化水平，是现代化生产中提高生产力的必要途径。当前标志电气控制技术先进水平的是：（1）以电子计算机和其他电子装置为主的控制手段；（2）以电力电子装置为弱电控制强电的媒介；（3）以自动控制理论和信息传输理论为理论基础；（4）充分了解控制对象，从控制对象的物理规律抽象出数学模型是实现电气控制的重要前提；（5）以数字仿真和计算机辅助设计、辅助制造（CAD/CAM）等为科研和生产的工具 3。因此，电气控制技术正成为电工、自动控制、计算机应用、电力电子学、数字仿真与CAD几门学科互相交叉的新兴学科。目前我国在这些方面都有一定基础，薄弱环节是大规模集成电路、电力电子器件和装置。只要看清方向、调动各种积极因素、集中力量突破薄弱环节，在我国实现电气控制技术的现代化是完全可能的 4。要实现这一展望，生产和科研体质的改革是一个重要问题，没有强大的在经济上和生产部门溶为一体的科研开发基地为后盾，就不可能赶上现代化生产的高速发展趋势，在这方面要作出艰巨的努力 5。1.2 历史回顾早在电的利用以前，人类已经发明了多种控制技术，例如我国古代的自动计程车，滴漏计时器，西方的蒸汽机飞轮调速器、航海罗经稳定器等待；虽然它们只是比较简单的机械式的控制，但毕竟都闪烁着人类劳动与创造的的光辉 6。电的发现可以追溯到公元一世纪，当时我国东汉王充在论衡 中就记述了静电的作用；直到 1819 世纪科学家们陆续发现并总结出电和磁及其相互关系的基本规律，才在人类征服自然的历史上揭开了利用电的新的一页。有了电，使控制技术获得了日益广阔的应用和更为灵巧的性能 7。中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 6 页 共 39 页电的利用一开始就沿着信息传送和电能应用两个方向发展，即通常所谓的弱电与强电，前者例如电话、电报、无线电通讯等。后者如电动机传动、电解、电弧冶炼等等。随着生产的发展与技术的进步，实现了现代的电气控制，其特征是：以弱电检测、判断并发出控制信息，用强电来执行控制的使命。从这个角度上看，可以说，先帝啊电气控制技术是强电与弱电的相结合技术；这样，利用电的两支洪流在电气控制技术上又汇合到一起来了 8。如果说古代的控制技术好像是点缀在慢慢历史长空中的几颗明星，那么现代电气控制的应用就已象夏夜繁星那样几乎遍及工农业生产和交通运输等所有部门，种类繁多，形式各异，但从控制对象的工艺过程角度上看，大体可分为两大部类：一类是以机械运动为主要生产方式、以电动机为执行机构的电气传动装置；一类是以化学反应或热量流程为主要生产方式、以自动化仪表与装置为检测和执行机构的电气仪表过程控制。两类生产方式迥然不同，在控制规律上却有许多相似之处，特别是应用计算机进行控制以后，两类生产过程的电气控制更走到一起来了 9。历史回顾清楚地表明，近半个世纪以来，随着现代技术的腾飞，电气控制技术发展很快。控制的手段不断更新，控制的方式螺旋式地前进，由于实践的需要，控制理论也在不断地发展。而一切发展都是朝着同样的目标：保证生产过程的优化、产品质量的提高、劳动生产率的增长、能源和原材料消耗的降低、安全可靠性的加强、劳动条件的改善。由此可见，电气控制技术已成为现代化生产中提高生产力的必要途径 10。1.3 当前的国际水平当前，标志着电气控制技术国际先进水平的问题，可以归纳为五个方面。（1）以电子计算机和其它电子装置为主要控制手段。（2）以电力电子装置为弱电控制强电的媒介。（3）以走动控制理论和信息传输李林为电气控制技术的理论基础。（4）充分了解控制对象，从控制对象的物理规律抽象出数学模型是实现电气控制的重要前提。（5）以数字仿真和计算机辅助设计、辅助制造（CAD/CAM）等为科研和生产的有力工具 11。中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 7 页 共 39 页1.4 我国的现状与发展展望从整体来看，我国自产电气控制装置的水平与国际先进水平相比大约落后二十年。具体分析一下，我们在控制软件设计和控制理论应用上都有一定基础，能力并不很弱，在理论研究的某些方面还有领先的成就，计算机和控制装置的硬件是我们主要的薄弱环节，其中更根本的弱点在于元器件大规模集成电路和新型电力电子器件 12。前者已经受到国家很大的重视，发展势头较大，而后者尚未得到足够的重视，只有本行业在努力。当前我国电力电子器件的生产水平与国际生产水平有差距，此外在设计方法上基本上仍处于图版加计算器的状况，数字仿真与计算机辅助设计的应用并不普遍 13。我国工业生产水平的现代化，除少量引进设备外，大部分要依靠老企业的改造，而电气控制装置的现代化又是老企业改造中的重要环节，其需要量是很大的14。在生产过程中一定要开发与节约并重，在节约能源的措施中电气控制能够起很大的作用 15。解决这些问题的根本方法，在于认真贯彻党中央提出的开放与改革的政策，走引进、消化、开发、创新的的道路 16。我们的财力是有限的，如果不能把力量用到刀刃上，或则盲目引进，或则引而不注重消化吸收，或则不能集中力量突破薄弱环节，那么，我们的绝度水平既低，发展速度又快不起来，差距只能越来越大。为了加快发展速度，在引进和消化之后，关键还在于自己要有足够的研究和开发的力量 17。在这方面，生产与科研体制的改革是一个重要的问题。没有强大的在经济上和生产部门融为一体的科研开发基地为后盾，就不可能赶上现代化生产高速发展的趋势。只要我们看清方向，采取正确的符合实际的方针和线路，调动各种积极因素，那么我国的电气控制技术会得到很大的提过。中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 8 页 共 39 页2 常用低压电器元件及其符号低压电器（Low voltage Apparatus）通常指工作在交流、直流电压1200V 以下的电路中起通断、控制、保护和调节作用的电气设备。本章主要介绍常见的接触器、继电器、低压断路器、万能转换开关、熔断器等设备的基本结构、功能及工作原理 18。2.1 电器的作用与分类电器就是广义的电气设备。它可能很大、很复杂，比如一台彩色电视机或者一套自动化装置；它也可以很少、很简单，比如一个钮子开关或者一个熔断器。在工业意义上，电器是指能根据特定的信号和要求，自动或手动地接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的电气设备 19。电器的种类繁多，构造各异，通常按以下分类方法分为几类。 按 电 压 等 级 分：高压电器（High-voltage Apparatus） 、低压电器（Low-voltage Appara-tus） ； 按所控制的对象分 ：低压配电电器（Distributing Apparatus） 、低压控制电器（Control Apparatus） 。前者主要用于配电系统，如刀开关、熔断器等，后者主要用于电力拖动自动控制系统和其他用途的设备中。 按 使 用 系 统 分：电力系统用电器、电力拖动及自动控制系统用电器、自动化通信系统用电器； 按 工 作 职 能 分：手动操作电器、自动控制电器（自动切换电器、自动控制电器、自动保护电器） 、其他电器（稳压与调压电器、起动与调速电器、检测与变换电器、牵引与传动电器） ； 按 电 器 组 合 分：单个电器、成套电器与自动化装置； 按 有 无 触 点 分：有触点电器、无触点电器、混合式电器； 按 使 用 场 合 分：一般工业用电器、特殊工矿用电器、农用电器、其他场合（如航空、船舶、热带、高原）用电器。中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 9 页 共 39 页2.2 常用低压电器及其符号2.2.1 接触器接触器（Contactor）是用来频繁接通和切断电动机或其他负载主电路的一种自动切换电器。接触器由于生产方便、成本低廉、用途广泛，故在各类低压电器中，生产量最大、使用面最广。接触器是利用电磁吸力的作用来使触头闭合或断开大电流电路的，是一种非常典型的电磁式电器。接触器的主要组成部分为电磁系统和触头系统。电磁系统是感测部分，触头系统是执行部分。触头工作时，需经常接通和分断额定电流或更大的电流，所以常有电弧产生，为此，一般情况下都装有灭弧装置，并与触头共称触头一灭弧系统，只有额定电流甚小者才不设灭弧装置 20。接触器按其主触头通过的电流种类，分为直流接触器和交流接触器。按主触头的极数又可分为单极、双极、三极、四极和五极等几种。直流接触器一般为单极或双极；交流接触器大多为三极，四极多用于双回路控制，五极用于多速电动机控制或者自动式自耦减压起动器中。接触器的电气符号，如图2.1 所示。图2.1 接触器符号常用接触器分为直流接触器和交流接触器，直流接触器（Direct Current Contactor）是一种通用性很强的电器产品，除用于频繁控制电动机外，还用于各种直流电磁系统中。随着控制对象及其运行方式不同，接触器的操作条件也有较大差别。接触器铭牌上所规定的电压、电流、控制功率及电气寿命，仅对应于一定类别的额定值 21。交流接触器（Alternating Current Contactor）一般有3 对主触头，两个动合（常开）辅助触头，两个动断常闭辅助触头。中等容量及以下为直动式，大容量为转动式。中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 10 页 共 39 页2.2.2 继电器继电器（Relay）是一种根据特定形式的输入信号而动作的自动控制电器。一般来说，继电器由承受机构、中间机构和执行机构三部分组成。承受机构反映断电器输入量，并传递给中间机构，将它与预定的量（即整定值）进行比较，当达到整定值时（过量或欠量） ，中间机构就使执行机构产生输出量，用于控制电路的开、断。继电器通常触点容量较小，接在控制电路中，主要用于反应控制信号，是电气控制系统中的信号检测元件；而接触器触点容量较大，直接用于开、断主电路，是电气控制系统中的执行元件 22。继电器的主要特点是具有跳跃式的输入-输出特性，电磁式继电器的特性如图2.2 所示，这一矩形曲线统称为继电器特性曲线 23。图2.2 继电特性曲线常用继电器主要有以下几种：（1）电磁式继电器常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继电器、中间继电器和时间继电器。中间继电器实际上也是一种电压继电器，只是它具有数量较多、容量较大的触点，起到中间放大（触点数量及容量）作用。电磁式继电器的结构与原理与接触器类似，是由铁心、衔铁、线圈、释放弹簧和触点等部分组成客观上，接触器与中间继电器无截然的分界线。某些容量特别小的接触器与一些中间继电器相比，无论从原理和外观都难以看出有什么明显的不同。中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 11 页 共 39 页图2.3 电流、电压继电器符号图2.4 中间继电器符号图2.5 时间继电器符号2.2.3 行程开关行程开关（Travel Switch）又称限位开关，是一种根据生产机械运动的行程位置而动作的小电流开关电器。它是通过其机械结构中可动部分的动作，将机械信号变换为信号，以实现对机械的电气控制。从结构看，行程开关由3 个部分组成：操作头，触头系统和外壳。操作头是开关的感测部分，它接受机械结构发出的动作信号，并将此信号传递到触头系统。触头系统是开关的执行部分，它将操作头传来的机械信号，通过本身的转换动作，变换为电信号，输出到有关控制回中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 12 页 共 39 页路，使之能按需要作出必要的反应 24。图2.6 JW 系列型微动开关示意图图2.7 LX19K 型行程开关示意图图2.8 行程开关触点符号2.2.4 其他常用电器低压熔断器符号及特性曲线中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 13 页 共 39 页图2.9 低压熔断器符号及特性曲线图2.10 低压断路器中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 14 页 共 39 页3 基本电气控制系统电气控制系统一般称为电气设备二次控制回路，不同的设备有不同的控制回路，而且高压电气设备与低压电气设备的控制方式也不相同。3.1 基本电气控制主要功能为了保证一次设备运行的可靠与安全，需要有许多辅助电气设备为之服务，能够实现某项控制功能的若干个电器组件的组合，称为控制回路或二次回路。这些设备要有以下功能：(1)自动控制功能。高压和大电流开关设备的体积是很大的，一般都采用操作系统来控制分、合闸，特别是当设备出了故障时，需要开关自动切断电路，要有一套自动控制的电气操作设备，对供电设备进行自动控制。(2)保护功能。电气设备与线路在运行过程中会发生故障，电流(或电压)会超过设备与线路允许工作的范围与限度，这就需要一套检测这些故障信号并对设备和线路进行自动调整(断开、切换等)的保护设备。(3)监视功能。电是眼睛看不见的，一台设备是否带电或断电，从外表看无法分辨，这就需要设置各种视听信号，如灯光和音响等，对一次设备进行电气监视。(4)测量功能。灯光和音响信号只能定性地表明设备的工作状态(有电或断电)，如果想定量地知道电气设备的工作情况，还需要有各种仪表测量设备，测量线路的各种参数，如电压、电流、频率和功率的大小等。(5)在设备操作与监视当中，传统的操作组件、控制电器、仪表和信号等设备大多可被电脑控制系统及电子组件所取代，但在小型设备和就地局部控制的电路中仍有一定的应用范围。这也都是电路实现微机自动化控制的基础 25。3.2 系统组成(1)电源供电回路。供电回路的供电电源有 AC380V 和220V 等多种。(2)保护回路。保护(辅助)回路的工作电源有单相220、36V 或直流220、24V等多种，对电气设备和线路进行短路、过载和失压等各种保护，由熔断器、热继电器、失压线圈、整流组件和稳压组件等保护组件组成。(3)信号回路。能及时反映或显示设备和线路正常与非正常工作状态信息的回中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 15 页 共 39 页路，如不同颜色的信号灯，不同声响的音响设备等。(4)自动与手动回路。电气设备为了提高工作效率，一般都设有自动环节，但在安装、调试及紧急事故的处理中，控制线路中还需要设置手动环节，通过组合开关或转换开关等实现自动与手动方式的转换。(5)制动停车回路。切断电路的供电电源，并采取某些制动措施，使电动机迅速停车的控制环节，如能耗制动、电源反接制动，倒拉反接制动和再生发电制动等。(6)自锁及闭锁回路。启动按钮松开后，线路保持通电，电气设备能继续工作的电气环节叫自锁环节，如接触器的动合触点串联在线圈电路中。两台或两台以上的电气装置和组件，为了保证设备运行的安全与可靠，只能一台通电启动，另一台不能通电启动的保护环节，叫闭锁环节。如：两个接触器的动断触点分别串联在对方线圈电路中。3.3 常见的电气控制系统（1） 电气设备简单的起停保控制线路图 3.1 电气设备简单的起停保控制线路中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 16 页 共 39 页（2） 多地点控制线路图 3.2 多地点控制线路（3） 异步电机正、反转电气控制线路图 3.3 异步电机正、反转电气控制线路（4） 异步电机“Y-”降压启动电气控制线路中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 17 页 共 39 页图 3.4 异步电机“Y-”降压启动电气控制线路（5） 自耦变压器降压起动的控制电路图 3.5 自耦变压器降压起动的控制电路中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 18 页 共 39 页（6） 长动与点动控制电路图 3.6 长动与点动控制电路（7） 反接制动控制电路图 3.7 反接制动控制电路中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 19 页 共 39 页（8） 能耗制动控制电路图 3.8 能耗制动控制电路（9） 电磁抱闸制动控制线路图 3.9 电磁抱闸制动控制线路中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 20 页 共 39 页（10） 用按钮和接触器控制双速电动机的控制电路图 3.10 用按钮和接触器控制双速电动机的控制电路（11） 三速电动机变极调速控制电路图3.11 三速电动机变极调速控制电路中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 21 页 共 39 页4 电气原理图的的设计4.1 电气原理图设计的基本步骤1.根据选定的拖动方案及控制方式设计系统的原理框图，拟订出各部分的主要技术要求和主要技术参数。2. 根据各部分的要求，设计出原理框图中各个部分的具体电路。对于每一部分的设计总是按主电路、控制电路、辅助电路、联锁与保护、总体检查，反复修改与完善的步骤进行。3.绘制总原理图。按系统框图结构将各部分联成一个整体。4.正确选用原理线路中每一个电器元件，并制订元器件目录清单。对于比较简单的控制线路，例如普通机床的电气配套设计，可以省略前两步，直接进行原理图设计和选用电器元件。但对于比较复杂的自动控制线路，例如专用的数控生产机械或者采用微机或电子控制的专用检测与控制系统，要求有程序预选、刀具调整与补偿和一定的加工精度、生产效率、自动显示、各种保护、故障诊断、报警、打印记录等，就必须按上述过程一步一步进行设计。只有各个独立部分都达到技术要求，才能保证总体技术要求的实现，保证总装调试的顺利进行。4.2 电气原理图的设计方法电气原理图的设计方法主要有分析设计法和逻辑设计法两种，分别介绍如下。1. 分析设计法所谓分析设计法是根据生产工艺的要求去选择适当的基本控制环节（单元电路）或经过考验的成熟电路，按各部分的联锁条件组合起来并加以补充和修改，综合成满足控制要求的完整线路。当找不到现成的典型环节时，可根据控制要求边分析边设计，将主令信号经过适当的组合与变换，在一定条件下得到执行元件所需要的工作信号。设计过程中，要随时增减元器件和改变触点的组合方式，以满足拖动系统的工作条件和控制要求，经过反复修改得到理想的控制线路。由于这种设计方法是以熟练掌握各种电气控制线路的基本环节和具备一定的阅读分析电气控制线路的经验为基础，所以又称为经验设计法。分析设计法的特点是无固中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 22 页 共 39 页定的设计程序，设计方法简单，容易为初学者所掌握，对于具有一定工作经验的电气人员来说，也能较快地完成设计任务，因此在电气设计中被普遍采用。其缺点是设计方案不一定是最佳方案，当经验不足或考虑不周时会影响线路工作的可靠性。2.逻辑设计法逻辑设计法是利用逻辑代数这一数学工具来进行电路设计，即根据生产机械的拖动要求及工艺要求，将执行元件需要的工作信号以及主令电器的接通与断开状态看成逻辑变量，并根据控制要求将它们之间的关系用逻辑函数关系式来表达，然后再运用逻辑函数基本公式和运算规律进行简化，使之成为需要的与或关系式，根据最简式画出相应的电路结构图，最后再作进一步的检查和完善，即能获得需要的控制线路。采用逻辑设计法能获得理想、经济的方案，所用元件数量少，各元件能充分发挥作用，当给定条件变化时，能指出电路相应变化的内在规律，在设计复杂控制线路时，更能显示出它的优点。任何控制线路，控制对象与控制条件之间都可以用逻辑函数式来表示，所以逻辑法不仅能用于线路设计，也可以用于线路简化和读图分析。逻辑代数读图法的优点是各控制元件的关系能一目了然，不会读错和遗漏 26。逻辑电路有两种基本类型，对应的设计方法也各有不同。（1）组合逻辑电路 其特点是执行元件的输出状态只与同一时刻控制元件的状态有关，输入、输出呈单方向关系，即输出量对输入量无影响。它的设计方法比较简单，可以作为经验设计法的辅助和补充，用于简单控制电路的设计，或对某些局部电路进行简化，进一步节省并合理使用电器元件与触点。（2）时序逻辑电路 其特点是输出状态不仅与同一时刻的输入状态有关，而且还与输出量的原有状态及其组合顺序有关，即输出量通过反馈作用，对输入状态产生影响。这种逻辑电路设计要设置中间记忆元件（如中间继电器等） ，记忆输入信号的变化，以达到各程序两两区分的目的。4.3 原理图设计中应注意的问题电气控制设计中应重视设计、使用和维护人员在长期实践中总结出来的许多经验，使设计线路简单、正确、安全、可靠、结构合理、使用维护方便。通常应注意以下问题。中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 23 页 共 39 页1. 选择控制电源尽量减少控制线路中电源的种类，控制电源用量，控制电压等级应符合标准等级。在控制线路比较简单的情况下，可直接采用电网电压，即交流220V、380V供电，以省去控制变压器。当控制系统使用电器数量比较多时，应采用控制变压器降低控制电压，或用直流低电压控制，既节省安装空间，又便于采用晶体管无触点器件，具有动作平稳可靠、检修操作安全等优点。对于微机控制系统应注意弱电控制与强电电源之间的离，不能共用零线，避免引起电源干扰。照明、显示及报警等电路应采用安全电压。2.选择电器元件尽量减少电器元件的品种、规格与数量。在电器元件选用中，尽可能选用性能优良、价格便宜的新型器件，同一用途尽可能选用相同型号。电气控制系统的先进性总是与电器元件的不断发展、更新紧密联系在一起的，因此，设计人员必须密切关注电机、电器技术、电子技术的新发展，不断收集新产品资料，以便及时应用于控制系统设计中，使控制线路在技术指标、稳定性、可靠性等方面得到进一步的提高 27。3.减少通电电器的数量正常工作过程中，尽可能减少通电电器的数量，以利节能，延长电器元件寿命以及减少故障。4. 合理使用电器触点在复杂的继电接触控制线路中，各类接触器、继电器数量较多，使用的触点也多，线路设计应注意以下问题。（1）主副触点的使用量不能超过限定对数，因为各类接触器、继电器的主副触点数量是一定的。设计时应注意尽可能减少触点使用数量.以采用逻辑设计化简方法，改变触点的组合方式，以减少触点使用数量，或增加中间继电器来解决。（2）检查触点容量是否满足控制要求，避免因使用不当而出现触点烧坏、熔焊的故障，要合理安排接触器主副触点的位置，避免用小容量继电器去切断大容量负载。总之，要计算触点断流容量是否满足被控制负载的要求，还要考虑负载性质（阻性、容性、感性等） ，以保证触点工作寿命和可靠性。5.正确连线中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 24 页 共 39 页具体应注意以下几个方面。（1）正确连接电器线圈 电压线圈通常不能串联使用，即使用两个同型号电压线圈也不能采用串联施加额定电压之和的电压值，因为电器动作总有先后之差，可能由于动作过程中阻抗变化造成电压分配不均匀.对于电感较大的电器线圈，例如电磁阀、电磁铁或直流电机励磁线圈等则不宜与相同电压等级的接触器或中间继电器直接并联工作，否则在接通或断开电源时会造成后者的误动作。（2）合理安排电器元件及触点位置 对一个串联回路，各电器元件或触点位置互换，并不影响其工作原理，但从实际连线上却影响到安全、节省导线等各方面的问题。（3）注意避免出现寄生回路 在控制电路的动作过程中，如果出现不是由于误操作而产生的意外接通的电路，称为寄生回路。中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 25 页 共 39 页5 电气原理图的识别分析方法看电气控制电路图一般方法是先看主电路，再看辅助电路，并用辅助电路的回路去研究主电路的控制程序。（1）看主电路的步骤第一步：看清主电路中用电设备。用电设备指消耗电能的用电器具或电气设备，看图首先要看清楚有几个用电器，它们的类别、用途、接线方式及一些不同要求等。第二步：要弄清楚用电设备是用什么电器元件控制的。控制电气设备的方法很多，有的直接用开关控制，有的用各种启动器控制，有的用接触器控制。第三步：了解主电路中所用的控制电器及保护电器。前者是指除常规接触器以外的其他控制元件，如电源开关（转换开关及空气断路器） 、万能转换开关。后者是指短路保护器件及过载保护器件，如空气断路器中电磁脱扣器及热过载脱扣器的规格、熔断器、热继电器及过电流继电器等元件的用途及规格。一般来说，对主电路作如上内容的分析以后，即可分析辅助电路。第四步：看电源。要了解电源电压等级，是 380V 还是 220V，是从母线汇流排供电还是配电屏供电，还是从发电机组接出来的。（2）看辅助电路的步骤辅助电路包含控制电路、信号电路和照明电路。分析控制电路。根据主电路中各电动机和执行电器的控制要求，逐一找出控制电路中的其他控制环节，将控制线路“化整为零” ，按功能不同划分成若干个局部控制线路来进行分析。如果控制线路较复杂，则可先排除照明、显示等与控制关系不密切的电路，以便集中精力进行分析。第一步：看电源。首先看清电源的种类是交流还是直流。其次要看清辅助电路的电源是从什么地方接来的，及其电压等级。电源一般是从主电路的两条相线上接来，其电压为 380V。也有从主电路的一条相线和一零线上接来，电压为单相 220V；此外，也可以从专用隔离电源变压器接来，电压有140、127、36、6.3V 等。辅助电路为直流时，直流电源可从整流器、发电机组或中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 26 页 共 39 页放大器上接来，其电压一般为 24、12、6、4.5、3V 等。辅助电路中的一切电器元件的线圈额定电压必须与辅助电路电源电压一致。否则，电压低时电路元件不动作；电压高时，则会把电器元件线圈烧坏。第二步：了解控制电路中所采用的各种继电器、接触器的用途，如采用了一些特殊结构的继电器，还应了解他们的动作原理。第三步：根据辅助电路来研究主电路的动作情况。分析了上面这些内容再结合主电路中的要求，就可以分析辅助电路的动作过程。控制电路总是按动作顺序画在两条水平电源线或两条垂直电源线之间的。因此，也就可从左到右或从上到下来进行分析。对复杂的辅助电路，在电路中整个辅助电路构成一条大回路，在这条大回路中又分成几条独立的小回路，每条小回路控制一个用电器或一个动作。当某条小回路形成闭合回路有电流流过时，在回路中的电器元件(接触器或继电器)则动作，把用电设备接人或切除电源。在辅助电路中一般是靠按钮或转换开关把电路接通的。对于控制电路的分析必须随时结合主电路的动作要求来进行，只有全面了解主电路对控制电路的要求以后，才能真正掌握控制电路的动作原理，不可孤立地看待各部分的动作原理，而应注意各个动作之间是否有互相制约的关系，如电动机正、反转之间应设有联锁等。第四步：研究电器元件之间的相互关系。电路中的一切电器元件都不是孤立存在的而是相互联系、相互制约的。这种互相控制的关系有时表现在一条回路中，有时表现在几条回路中。第五步：研究其他电气设备和电器元件。如整流设备、照明灯等。中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 27 页 共 39 页6 车床简介6.1 主要结构及运动形式卧式车床的结构形式如图 6.1 所示。图 6.1 卧式车床的结构示意图它主要由床身、主轴、进给箱、溜板箱、刀架、丝杆、光杆、尾座等部分组成。车床的切削运动包括工件旋转的主运动和刀具的直线进给运动。根据工件的材料性质、车刀材料及几何形头、工件直径、加工方式及冷却条件的不同，要求主轴有不同的切削速度。车床的进给运动是刀架带动刀具的直线运动。溜板箱把丝杆或光杆的转动传递给刀架部分，变换溜板箱外的手柄位置，经刀架部分使车辆做纵向或横向进给。车床的辅助运动为机床上除切削运动以外的其它一切必需的运动，如尾架的纵向移动，工件的夹紧与放松等。6.2 车床的工作方式以上车床是机械生产中主要的加工的一种卧室车床，主要用于切削外圆，内孔和端面等。该车床主要是由主轴运动和刀具进给运动完成切削加工的。主轴由三相异步电机拖动，卡盘夹紧工件，主轴通过卡盘带动工件旋转；进给运动，是溜中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 28 页 共 39 页板带动刀架的水平横向（相对操作者向左向右移动）和纵向（相对于操作者向前和向后移动）直线运动；辅助运动，包括刀架的快速移动东家的夹紧于松开。工作方式如下：1. 机床正常加工时一般不需要反转运动，但在加工螺纹式需要反转运动刀，且工件旋转速度与刀的进给速度要保持严格的比例，为此主轴的运动与溜板箱的移动有同一台电机拖动，主电机 M1（功率为 30kw） ，采用直接启动，可以正反两个方向旋转，为加工调整方便，还有点动功能。由于加工工件时旋转变量比较大，停车时不能立即停车，至此必须有停车制动功能，车床的正反向停车时采用速度继电器控制电源反接制动。2. 电动机 M2（2.2KW）拖动冷却泵。车削加工时，刀具与工件的温度较高，需设冷切泵电机，实现刀具与工件的冷却。电动机 M2 采用的是单向运转，采用直接启动，停止方式，且与主电机由必要的连锁保护。3. 快速移动电机 M3（0.125KW） 。为减轻工人的劳动强度和节省时间，利用M3 电机带动刀架和溜板快速移动，电机可以根基需要随时手动控制启停。4. 车削加工时，根据加工材料、性质、形状、大小及工艺要求的不同。需选择的刀具也不同，所要求的切削速度也不同，这就要求主轴有较大的调速范围。车床采用的是机械调速方法，变换主轴箱的手柄位置则可以改变主轴的转速。6.3 车床的发展趋势数控技术的应用不断给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用，因为行业所需的装备的数字化已是现代发展的大趋势。当前数控车床呈现以下发展趋势：1. 高速，高精度化高速、精密是机床发展永恒的目标。随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品更新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。为了满足这个复杂多变的市场需求。另一方面，电主轴和直线电机的成功的运用，陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心内冷和滚珠螺母的低温高速滚珠丝杆副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件的面市，也为机床向高速、精密发展创造了条件。中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 29 页 共 39 页数控机床采用电主轴，取消了传统的那些复杂的环节，大大减少了主传动的转动惯量，提高了主轴动态响应速度和工作精度，彻底解决了主轴高速运转时皮带和带轮传动的振动和噪音问题。电主轴也是转速大大的提高了可以达到了1000rmin 以上。直线电机驱动速度高，加减特性号，有优越的响应的特性和跟随精度。直线滚动导轨副，由于其具有减小各向间隙的摩擦，使之较有良好的热稳定性，从而提高了全程的定位精度和重复定位精度。通过直线电机和直线滚动导轨副的应用，可使机床快速移动由目前的 1020mmin 提高到 6080mmin。甚至高达120rmin。2. 高可靠性数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标。数控机床能否发挥其高性能、高精度和高效率，并获得良好的效益，关键取决于其可靠性的高低。数控机床设计 CAD 化、结构设计模块化。随着计算机应用的普及及软件技术的发展，CAD 技术得到了广泛发展。CAD 不仅可以替代人工完成频繁的绘图工作，更重要的是可以进行设计方案的选择和大件整机的静、动态特性的分析、计算、预测及优化设计，可以对整机各工作部件进行模拟仿真。在模块化的基础上载设计阶段及可以看出产品的三维几何模型和逼真的色彩。采用 CAD 还可以大大的提高工作效率，提高设计的一次成功率，从而缩短试制周期，降低设计成本，提高市场竞争力。通过对机床部件进行模块化设计，不仅能减少重复性劳动，而且可以快速响应市场，缩短产品开发周期。3. 功能复合化功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率，使用于非加工辅助时间减少至最少。通过功能复合化，可以扩大机床的使用范围、提高效率、实现一机多用、一机多能，即一台数控机床可以实现切削功能，也可以实现铣削。中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 30 页 共 39 页7 某车床电气原理图的设计分析某普通车床的电气原理图如下图所示图 7.1 某普通车床电气原理图中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 31 页 共 39 页车床电器布置图如下图 7.2 电气布置图中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 32 页 共 39 页车床电气安装接线图如下图 7.3 电气安装接线图普通车床的电气控制系统原理分析（1）主电路分析 主电路中有三台电动机，隔离开关 QS 将三相交流电源引入。电动机 M1 电路接线分为三部分，第一部分由 KMl 和 KM2 的两组主触点构成电动机的正反转接线；第二部分为一电流表经过电流互感器接在主电动机 M1 的电源进线上；第三部分为一串联电阻限流控制部分，KM3 的主触点控制限流电阻的接入和切除。速度继电器 KV 的速度检测部分与电动机的主轴同轴相连，在停车制动中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 33 页 共 39 页过程中，当主电动机转速接近零时，其动合触点可将控制电路中反接制动相应电路切断，完成停车制动。 电动机 M2 由 KM4 的主触点控制其三相交流电源的接通与断开；电动机 M3 由KM5 控制。为保证主电路的正常运行过载保护，主电路采用熔断器实现短路保护、采用热继电器对电动机进行过载保护 (2) 控制电路分析主电动机 M1 的点动调整控制：按下 SB2KMl 线圈通电KMl 主触点闭合，电动机经限流电阻接通三相交流电源，在低速下起动松开 SB2KMl 断电，电动机断开电源，实现停车。主电动机 M1 的正、反转控制：正转控制：按下起动按钮 SB3KM3 和 KT 线圈通电KM3 主触点动作使电阻被短接KM3 动合辅助触点闭合使 KA 通电KA 动合辅助触点闭合（57）使接触器 KMl 通电，电动机在全压下起动。KMl 动合辅助触点（511）闭合、KA 的触点（311、57）闭合使 KMl 实现自锁。 反转控制：按下起动按钮为 SB4，控制过程与正转相类似。KMl 和 KM2 的动断辅助触点分别串在对方接触器线圈的回路中，实现正反转互锁保护作用。主电动机 M1 的反接制动控制：以正转为例分析反接制动的工作过程。设主电动机原为正转运行，停车时按下按钮 SB1接触器 KM3 断电KM3 主触点断开，限流电阻串入主回路KA 断电（311、57）断开KMl 断电，电动机断开正相序电源KA 动断触点（327）闭合，由于此时电动机转速较高，KV-2 为闭合状态，故 KM2 通电，电动机接通逆相序电源，实现对电动机的电源反接制动当电动机转速接近零时，KV-2 动合触点断开，KM2 断电，电动机断开电源，制动结束 。刀架的快速移动：转动刀架快速移动手柄压动限位开关 SQ接