第5章典型机床电气控制系统分析

,第5章典型机床电气控制系统分析,1.掌握分析常用机床的电气控制电路的方法通过常用机床控制电路的分析，加深对典型控制环节的理解、掌握及其应用.2.了解机床等电气设备上机械、电气、液压之间的配合关系.3.运用电气控制的典型环节进行电气控制系统的设计、了解电气控制系统的安装、调试、故障检修等.,第5章典型机床电气控制系统分析在学习了常用低压电器与继电-接触器控制电路基本环节基础上，下面将对生产机械的电气控制进行分析和研究。本章从常用机床的电气控制入手，以期学会阅读、分析机床电气控制电路的方法、步骤，加深对典型控制环节的理解和应用，了解机床上机械、液压、电气三者的紧密配合，从机床加工工艺出发，掌握各种典型机床的电气控制，为机床及其生产机械,电气控制的设计、安装、调试、运行等一定基础。机床的电气控制，不仅要求能够实现起动、制动、反向和调速等基本要求，更要满足生产工艺的各项要求，还要保证机床各运动的准确和相互协调，具有各种保护装置，工作可靠，实现操作自动化等。学习与分析机床电气控制电路时，应注意,以下几个问题：（1）对机床的基本结构、运动情况、加工工艺要求等应有一定的了解，做到了解控制对象，明确控制要求。（2）应了解机械操作手柄与电器开关元件的关系；了解机床液压系统与电气控制的关系等。（3）将整个控制电路按功能不同分成若干局部控制电路，逐一分析，分析时应注意各局部,电路之间的连锁与互锁关系，然后再通观整个电路，形成一个整体概念。（4）抓住各机床电气控制的特点，深刻理解电路中各电器元件、各触点的作用，学会分析的方法，养成分析的习惯。下面以几台典型机床控制电路为例，分析其电气控制。,1.了解CA6140车床的电力拖动特点、控制要求。2.掌握CA6140车床电气控制线路的工作原理。,学习目标,一、车床简介,课程内容,二、车床的电力拖动特点及控制要求,三、车床的电气控制,普通车床是最常见的一种机床，约占机床总数的2035，其电气控制系统较简单。车床可以车削外圆、内圆、端面、螺纹、螺杆和车削定型表面，并可以装上钻头或铰刀进行钻孔或铰孔等加工。,教学内容,CA6140车床型号意义,5.1.1CA6140型卧式车床的结构,CA6140型普通车床主要由床身、主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、丝杠、光杠、尾架等部分组成。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。,溜板箱,光杠,丝杠,5.1.2CA6140型卧式车床的电力拖动及控制要求,电力拖动特点及控制要求：,主轴电动机：选用三相鼠笼型异步电动机。启动、停止按钮操作。调速机械有级调速（齿轮箱）正反转机械方法（摩擦离合器）只须单向连续旋转。,自锁正转控制线路,冷却泵电动机与主轴电动机之间是顺序启动、同时停止。刀架快移电动机短时单向旋转。刀架移动与主轴转动的固有比例关系由机械传动保证。必须有过载、短路、欠压、失压保护。具有信号、照明电路。,顺序控制线路,5.1.3CA6140型卧式车床电气控制线路分析,一、主电路QS1电源开关M1主电机，KMl控制，不设短路保护；M2冷却电机，KM2控制M3快移电机，KM3控制FU1M2和M3短路保护FR1、FR2和FR3过载保护二、控制电路控制电路由控制变压器TC将380V交流电压降为110V控制电压供电，并由熔断器FU2作短路保护。,1启动准备合上电源开关QS1，变压器TC副边有电，指示灯HL亮。合上SA3，照明灯EL点亮。2.主轴电动机M1的控制按下启动按钮SB2，接触器KM1的线圈得电吸合，KM1主触头闭合，主轴电动机M1启动。按下停止按钮SB1，电动机M1停转。,三、电路控制原理分析,3.冷却泵电动机M1的控制只有在KM1得电吸合，主轴电动机M1启动后，再合上开关SA，才能使KM2线圈得电吸合，冷却泵电动机M2启动。,4.刀架快速移动的控制刀架快速移动电动机M3的启动是由安装在进给操纵手柄顶端的按钮SB3来控制。将操纵手柄扳到所需的方向，压下按钮SB3，接触器KM3得电吸合，电动机M3得电启动，刀架就向指定方向快速移动。,5.照明和信号电路照明灯ELTC次级24V供电，QS2控制；指示灯HLTC次级6V供电，QS1按下HL亮。,6.电气控制线路的保护短路保护：FU过载保护：FR零压欠压保护：自锁电路实现。,刀架快速移动电动机M3由接触器KM3控制,于是点动控制,故未设过载保护。FUl作为冷却泵电动机M2、快速移动电动机M3、控制变压器TC的短路保护。,1.了解X62W铣床的电力拖动特点、控制要求。2.掌握X62W铣床电气控制线路的工作原理。,学习目标,一、铣床简介,课程内容,二、铣床的电力拖动特点及控制要求,三、铣床的电气控制,铣床是一种用途十分广泛的金属切削机床，其使用范围仅次于车床。铣床可用于加工平面、斜面和沟槽；如果装上分度头，可以铣削直齿齿轮和螺旋面；如果装上圆工作台，还可以加工凸轮和弧形槽等。,教学内容,铣床的分类,卧式铣床、立式铣床、龙门铣床、仿形铣床、专用铣床,常用的万能铣床有X62W型卧式万能铣床和X53K型立式万能铣床,5.2.1X62W型卧式铣床的结构,1）床身用于安装铣床的其它部件。2）主轴、悬梁及刀杆支架用于固定铣刀。3）工作台用于安装夹具和工件，可作垂直于主轴轴线方向的纵向移动。4）横向溜板及回转盘安装于工作台的下方，提供工作台的横向和左右斜向的移动。5）升降台提供工作台的上下移动。6）圆工作台铣切凸轮和弧形槽等曲线时所用的铣床附件，使用时安装在工作台上。,铣床的运动形式,1主运动X62W万能铣床的主运动是主轴带动铣刀的旋转运动。2进给运动进给运动是指工件随工作台在前后、左右和上下六个方向上的运动以及随圆形工作台的旋转运动。,3辅助运动辅助运动包括工作台的快速运动及主轴和进给的变速冲动。,1铣床的主运动由一台笼型异步电动机拖动，直接起动，能够正反转，并设有电气制动环节，能进行变速冲动。2工作台的进给运动和快速移动均由同一台笼型异步电动机拖动，直接起动，能够正反转，也要求有变速冲动环节。3冷却泵电动机只要求单向旋转。4三台电动机之间有联锁控制，即主轴电动机起动之后，才能对其余两台电动机进行控制。,5.2.2X62W型卧式铣床的控制要求与特点,5.2.3X62W型卧式铣床的控制电路分析,一、电气控制线路分析,1.主电路有三台电动机。M1是主轴电动机；M2是进给电动机；M3是冷却泵电动机。（1）主轴电动机M1通过换相开关SA5与接触器KM1配合，能进行正反转控制，而与接触器KM2制动电阻器R及速度继电器的配合,能实现串电阻瞬时冲动和正反转反接制动控制,并能通过机械进行变速。,（2）进给电动机M2能进行正反转控制，通过接触器KM3、KM4与行程开关及KM5、牵引电磁铁YA配合，能实现进给变速时的瞬时冲动、六个方向的常速进给和快速进给控制。（3）冷却泵电动机M3只能正转。,（4）熔断器FU1作机床总短路保护，也兼作M1的短路保护；FU2作为M2、M3及控制变压器TC、照明灯EL的短路保护；热继电器FR1、FR2、FR3分别作为M1、M2、M3的过载保护。,2.主电路的控制与保护电器,3.X62W万能铣床电气控制线路分析1）主轴电动机的控制SB1、SB2与SB3、SB4是分别装在机床两边的停止（制动）和启动按钮，实现两地控制，方便操作。KM1是主轴电动机启动接触器，KM2是反接制动和主轴变速冲动接触器。SQ7是与主轴变速手柄联动的瞬时动作行程开关。,主轴电动机变速时的瞬时（冲动）控制,变速时，先下压变速手柄，然后拉到前面，当快要落到第二道槽时，转动变速盘，选择需要的转速。此时凸轮压下弹簧杆，使冲动行程SQ7的常闭触点先断开，切断KM1线圈的电路，电动机M1断电；同时SQ7的常开触点后接通，KM2线圈得电动作，M1被反接制动。当手柄拉到第二道槽时，SQ7不受凸轮控制而复位，M1停转。接着把手柄从第二道槽推回原始位置时，凸轮又瞬时压动行程开关SQ7，使M1反向瞬时冲动一下，以利于变速后的齿轮啮合。,但要注意，不论是开车还是停车时，都应以较快的速度把手柄推回原始位置，以免通电时间过长，引起M1转速过高而打坏齿轮。,主轴电动机需启动时，要先将SA5扳到主轴电动机所需要的旋转方向，然后再按启动按钮SB3或SB4来启动电动机M1。M1启动后，速度继电器KS的一副常开触点闭合，为主轴电动机的停转制动作好准备。,停车按停止按钮SB1或SB2切断KM1电路，接通KM2电路，改变M1的电源相序进行串电阻反接制动。当M1的转速低于120转/分时，速度继电器KS的一副常开触点恢复断开，切断KM2电路，M1停转，制动结束。,M2电机在主轴电机M1起动后才能进行工作。,2）工作台进给电动机的控制,左右进给控制,左右进给操作手柄与行程开关SQ1和SQ2联动，有左、中、右三个位置,工作台的上下和前后进给控制,进给电动机变速时的瞬动（冲动）控制变速时，为使齿轮易于啮合，进给变速与主轴变速一样，设有变速冲动环节。蘑菇形手轮用力向外拉到极限位置并随即推向原位，就在一次操纵手轮的同时，其连杆机构二次瞬时压下行程开关SQ6，使KM3瞬时吸合，M2作正向瞬动。,进给变速手柄及变速盘,进给变速时，必须先把进给操纵手柄放在中间位置，然后将进给变速盘（在升降台前面）向外拉出，选择好速度后，再将变速盘推进去。在推进的过程中，挡块压下行程开关SQ2，接触器KM3得电动作，电动机M2启动；但随着变速盘复位，行程开关SQ2跟着复位，使KM3断电释放，M2失电停转。,变速时的瞬时点动,工作台的快速进给控制为提高劳动生产率，要求铣床在不作铣切加工时，工作台能快速移动。,主轴电动机启动后，将进给操纵手柄扳到所需位置，工作台按照选定的速度和方向作常速进给移动时，再按下快速进给按钮SB5（或SB6），使接触器KM5通电吸合，接通牵引电磁铁，电磁铁通过杠杆使摩擦离合器合上，减少中间传动装置，使工作台按运动方向作快速进给运动。当松开快速进给按钮时，电磁铁YA断电，摩擦离合器断开，快速进给运动停止，工作台仍按原常速进给时的速度继续运动。,3）圆工作台运动的控制,圆工作台工作时，应先将进给操作手柄都扳到中间（停止）位置，然后将圆工作台组合开关SA3扳到圆工作台接通位置。此时SA3-1断，SA3-3断，SA3-2通。准备就绪后，按下主轴启动按钮SB3或SB4,则接触器KM1与KM3相继吸合。主轴电机M1与进给电机M2相继启动并运转，而进给电动机仅以正转方向带动圆工作台作定向回转运动。,1.了解M7130磨床的电力拖动特点、控制要求。2.掌握M7130磨床电气控制线路的工作原理。,学习目标,一、磨床简介,课程内容,二、磨床的电力拖动特点及控制要求,三、磨床的控制,磨床是用磨具和磨料（如砂轮、砂带、油石、研磨剂等）对工件的表面进行磨削加工的一种机床，它可以加工各种表面，如平面、内外圆柱面、圆锥面和螺旋面等。通过磨削加工，使工件的形状及表面的精度、光洁度达到预期的要求；同时，它还可以进行切断加工。,教学内容,根据用途和采用的工艺方法分类,使用最广,型号含义,5.3.1M7130型平面磨床的主要结构,5.3.2M7130型平面磨床的运动形式,4.为适应磨削小工件需要，采用电磁吸盘来吸持工件。,1.砂轮电动机拖动砂轮旋转；,2.液压电动机枢动液压泵，供出压力油，经液压传动机构来完成工作台往复纵向运动并实现砂轮的横向自动进给并承担工作台导轨的润滑；,3.冷却泵电动机拖动冷却泵，供给磨削加工时需要的冷却液。,M7130平面磨床电机拖动特点,5.3.3M7130型平面磨床的电气控制线路分析,一、M7130平面磨床控制电路分类：电动机控制、电磁吸盘直流供电、工作照明等部分。一）主电路分析主电路中有四台电动机：M1液压泵电动机，实现工作台的往复运动；M2砂轮电动机，带动砂轮转动来完成磨削工件加工；M3冷却泵电动机，为砂轮磨削工件时输送切削液；M4砂轮升降电动机，用于磨削过程中调整砂轮与工件之间的位置。,二）控制电路1.液压泵电动机M1的控制。如电源电压正常时，欠电压继电器KV的线圈吸合，KV常开触点闭合；然后按下启动按钮SB3，接触器KM1线圈得电，KM1主触点闭合，电动机M1启动。2.砂轮电动机M2及冷却泵电动机M3的控制。按下启动按钮SB5，接触器KM2线圈得电吸合，砂轮电动机M2启动。同时冷却泵电动机M3也同时启动。,三）砂轮升降电动机M4的控制因为砂轮升降是短时运转，所以采用点动控制。按下点动按钮SB6，接触器KM3线圈得电吸合，电动机M4启动正转，砂轮上升，砂轮上升到所需的位置，松开SB6，KM3线圈失电释放，电动机M4停转，砂轮停止上升。按下点动按钮SB7，接触器KM4线圈得电吸合，电动机M4启动反转，砂轮下降。当砂轮下降到所需的位置，松开SB7，KM4线圈失电释放，电动机M4停转，砂轮停止下降。,四)电磁吸盘控制电路分析1.电磁吸盘构造与原理电磁吸盘外形有长方形和圆形两种。矩形平面磨床采用长方形电磁吸盘。,1钢制吸盘体2线圈3钢制盖板4隔磁板5工件,图中1为钢制吸盘体，在它的中部凸起的芯体A上绕有线圈2，钢制盖板3被隔磁层4隔开。在线圈2中通入直流电流，芯体将被磁化，磁力线经由盖板、工件、盖板、吸盘体、芯体闭合，将工件5牢牢吸住。盖板中的隔磁层由铅、铜、黄铜及巴氏合金等非磁性材料制成，其作用是使磁力线通过工件再回到吸盘体。不致直接通过盖板闭合，以增强对工件的吸持力。,2.电磁吸盘电路的分析电磁吸盘电路包括整流电路，控制电路和保护电路三部分。整流变压器TC将3800V的交流电压降为145V，然后经桥式整流后输出110V直流电压。按下启动按钮SB8，接触器KM5线圈得电吸合，KM5主触点闭合，电磁吸盘YH线圈得电，工作台充磁吸住工件。同时KM5自锁触点闭合，联锁触点断开。,磨削加工完毕，取下加工好的工件后，先按SB9，切断电磁吸盘YH线圈的直流电源，由于吸盘和工件都有剩磁，所以需对吸盘和工件进行去磁。按下点动按钮SB10，接触器KM6线圈得电吸合，KM6主触点闭合，电磁吸盘YH线圈通入反向直流电，使工作台和工件去磁。去磁时为防止因时间过长使工作台反向磁化，再次吸住工件，因此接触器KM6采用点动控制。保护装置由放电电阻R、放电电容C及欠电压继电器KV组成。,五)照明和指示灯电路图中EL为照明灯，工作电压为24V，由变压器TC供给，SA为照明负荷隔离开关。HL1电源正常指示HL2电动机M1工作指示HL3电动机M2工作指示HL4电动机M4工作指示HL5电磁吸盘YH工作指示,5.4摇臂钻床电气控制线路,1.了解Z3040摇臂钻床的结构与运动情况及拖动特点。2.掌握Z3040型摇臂钻床的电气控制原理分析方法及调试技能3.能对Z3040摇臂钻床常见的电气故障进行分析、诊断及排除。,学习目标,一、钻床简介,课程内容,二、摇臂钻床的电力拖动特点及控制要求,三、摇臂钻床的控制,钻床是一种用途广泛的孔加工机床。它主要是用钻头钻削精度要求不太高的孔，另外还可用来扩孔、铰孔、镗孔，以及刮平面、攻螺纹等。,钻孔扩孔铰孔攻螺纹锪孔刮平面,教学内容,立式钻床、台式钻床、摇臂钻床和专门化钻床如深孔钻床等。,分类,立式钻床可调式多轴立式钻床台式钻床摇臂钻床,型号含义,摇臂钻床是一种立式钻床，它适用于单件或批量生产中带有多孔的大型零件的孔加工。,Z3040摇臂钻床简介：最大钻孔直径400mm跨距1200mm,主轴箱是一个复合的部件，它具有主轴及主轴旋转部件和主轴进给的全部变速和操纵机构,借助于丝杆，摇臂可沿着外立柱上下移动摇臂也可以与外立柱一起相对内立柱回转,5.4.1Z3040型摇臂钻床的结构,5.具有必要的联锁与保护。,1.设有主轴电动机、摇臂升降电动机、立柱夹紧放松电动机及冷却泵电动机。,2.要求主轴进给有较大的调速范围。,3.摇臂钻床的主运动与进给运动皆为主轴的运动。,4.主轴要求正反转，主轴正反转一般由机械方法获得。,5.4.2Z3040型摇臂钻床的控制要求,主运动：主轴带动钻头的旋转运动；进给运动：钻头的上下运动；辅助运动：摇臂可沿外立柱的圆柱面上下垂直调整位置；主轴箱可沿摇臂的导轨横向调整位置；摇臂及外立柱绕内立柱转动至不同的位置；工作时可以很方便的调整主轴的位置（工件不动）。,摇臂钻床上运动形式,一）主电路分析,主轴电动机，由交流接触器KM1控制，只要求单方向旋转，主铀的正反转由机械手柄操作,摇臂升降电动机该电动机短时间工作，故不设过载保护,液压油泵电动机，可以做正向转动和反向转动，供给夹紧装置压力油、实现摇臂和立柱的夹紧与松开,冷却泵电动机，功率很小，由开关直接起动和停止,5.4.3Z3040型摇臂钻床的电气控制线路分析,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13S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。,二）控制电路分析,1.主轴电动机M1的控制按下启动按钮SB2，则接触器KM1吸合并自锁，使主电动机M1启动运行，同时指示灯HL3亮。按停止按钮SB1，则接触器KM1释放，使主电动机M1停止旋转，同时指示灯HL3熄灭。,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。,2.摇臂升降控制Z3040型摇臂钻床摇臂的升降由M2拖动，SB3和SB4分别为摇臂升、降的点动按钮，由SB3、SB4和KM2、KM3组成具有双重互锁的M2正反转点动控制电路。因为摇臂平时是夹紧在外立柱上的，所以在摇臂升降之前，先要把摇臂松开，再由M2驱动升降；摇臂升降到位后，再重新将其夹紧。,3.摇臂升降控制摇臂的松、紧是由液压系统完成的。在电磁阀YV线圈通电吸合的条件下，液压泵电动机M3正转，正向供出压力油进入摇臂的松开油腔，推动松开机构使摇臂松开，摇臂松开后，行程开关SQ2动作、SQ3复位；若M3反转，则反向供出压力油进入摇臂的夹紧油腔，推动夹紧机构使摇臂夹紧，摇臂夹紧后，行程开关SQ3动作、SQ2复位。,4.主轴箱和立柱的松紧控制主轴箱在摇臂上的夹紧放松与内外立柱之间的夹紧与放松，均采用液压操纵，且由同一油路控制，所以它们是同时进行的。工作时要求2位六通电磁阀线圈YV处于断电状态，松开由松开按钮SB5控制，夹紧由夹紧按钮SB6控制，并有松开指示灯HL1、夹紧指示灯HL2指示其状态。,5.冷却泵电动机M4的控制冷却泵电动机M4由开关SA1手动控制，单向旋转，可视加工需求操作SAI，使其起动或停止。,三）各电动机电源相序的调整,本机床有四台电动机工作，且机-电-液需协调配合，故需按一定的相序将电源接入各电动机。调整方法；先确定总电源相序，再定各电动机的电源相序。1.总电源相序按下SB4，若主轴箱、立柱不松开，说明M3转向不对，则需调整总电源相序。2.主轴电动机M1相序按下SB2，操纵主轴转动手柄，若主轴不转动，说明齿轮泵转向不对，则需调整。,3.摇臂升降电动机M2相序按下SB3，若摇臂下降，说明M2转向不对，则需调整。4.冷却泵电动机M4相序接通QS，若不出冷却液，说明M4转向不对，则需调整。,电气控制线路中图形、文字符号，机床电气控制原理图,元件布置图，电气安装接线图以及各图形画法规则。典型机床电气控制线路的分析和