机床电器与可编程序控制器 姚永刚 第3章 典型生产机械电气控制 新

第3章典型设备电气控制系统O目的通过对车床、摇臂钻床、万能铣床、卧式镗床、平面磨床、组合机床、桥式起重机等设备电气控制系统的分析，为设备安装、调试、维修打下一定基础，本章是前两章知识的综合应用。O要求学会分析电气设备中各种电动机起动、制动过程和各种辅助电路的工作原理，掌握常用电气设备中电气原理图的原理和结构。2018/2/11第3章典型设备电气控制系统O生产机械的电气自动控制系统，不仅能完成启动、反转、制动和调速等一些基本控制要求，而且应保证设备各部分动作的准确与协调，以满足生产工艺所提出的具体要求。目前,电气控制电路的实现，可以是继电器、接触器逻辑控制方法、可编程逻辑控制方法及计算机控制方法等，但绝大多数生产机械仍采用继电器、接触器等电器元件控制，掌握传统生产机械电器控制线路的分析方法具有重要的现实意义。本章介绍了几种常用典型机床的结构、工作特点，并分析了各种机床电气控制的原理。通过对整台机床电气控制原理的分析，有助于加深对基本控制电路的认识和理解，熟悉机、电、液在控制中的相互配合，掌握各种机床电气控制的规律，培养阅读电气图能力，进一步掌握分析电气图的方法，为逐步掌握机床电气控制电路常见故障的分析、检测和维修打好基础。2018/2/12第一节电气识图与制图基础知识O为了表达生产机械电气控制系统工作原理，便于使用、安装、调试和检修控制系统，需要将电气控制系统中各电气元件及其连接，用一定的图形表达出来，这样绘制出来的图就是电气控制系统图。O常见的电气控制系统图有电气原理图、电器布置图与电气安装接线图。本章中机床电气控制原理分析中只介绍和使用电气原理图。2018/2/13一、电气控制系统图的基本表达方法一图幅的分区O为了易于查找和确定图纸上某元件或设备的位置，方便阅读，往往需要将图幅分区。图幅分区的方法是在图的边框处，从标题栏相对的左上角开始，竖边方向用大写拉丁字母，横边方向用阿拉伯数字，依次编号，这样就将图幅分成了若干个图区。图幅分区式样见图34。2018/2/14图34图幅分区示例2018/2/15二电气控制系统中的图形符号、文字符号和回路标号电气控制系统图中，电气元件的图形符号、文字符号、接线端子标记等，必须采用国家最新标准，其他方面应符合电气制图的国家标准。国家标准局参照国际电工委员会的有关标准，制定了我国电气设备的有关国家标准，如GB472885电气图常用图形符号、GB725987电气技术中的文字符号制定通则、GB402683电器接线端子的识别和用字母数字符号标志接线端子的通则、GB698886电气制图、GB509485电气技术中的项目代号、GB522685机床电气设备通用技术条件等。2018/2/16二、电气原理图O电气原理图是为了便于阅读和分析控制线路，根据简单清晰的原则，根据电路的工作原理、各电器元件的作用和相互关系，采用电气元件展开的形式，表示电气元件导电部件连接关系和电路工作原理的图形。O绘制、识读电气原理图的原则绘制、识读电气原理图的原则在电工技术中所绘制的控制线路图为原理图，它不考虑电器的结构和实际位置，突出的是电气原理。在绘制、识读电气原理图时应遵循下述原则O应将主电路、控制电路、指示电路、照明电路分开绘制。O电源电路应绘成水平线，而受电的动力装置及其保护电路应垂直绘出。控制电路中的耗能元件如接触器和继电器的线圈、信号灯、照明灯等应画在电路的下方，而电器触点应放在耗能元件的上方。2018/2/173在原理图中，各电器的触点应是未通电的状态，机械开关应是循环开始前的状态。4图中从上到下，从左到右表示操作顺序。5原理图应采用国家规定的国标符号。在不同位的同一电器元件应标有相同的文字符号。6在原理图中，若有交叉导线联接点，要用小黑圆点表示，无直接电联系的交叉导线则不画出小黑圆点。在电路图中，应尽量减少或避免导线的交叉。2018/2/18三、电器布置图电器布置图是用来表明电气设备上所有电动机和各电器元件的实际位置，如电动机要和被拖动的机械部件画在一起、行程开关应放在要取得信号的地方、操作元件放在操作的地方、一般电气元件应放在控制柜内，从而为生产机械上电气控制设备的安装和维修提供必备的资料。四、电气安装接线图电气安装接线图主要是用来表示电气控制系统中各种电气设备之间的实际接线关系，它是根据电器元件布置合理、经济等原则来安排的。它可以清楚地表明各电器元件之间的电气连接，是实际安装接线的重要依据。2018/2/19第二节C650卧式车床电气控制重点掌握正、反双向转动的反接制动控制电路结构和原理。一车床结构介绍和控制要求C650车床最大回转直径1020MM，最大的工件长度3000MM。主轴电动机用于主轴正反向运动和刀具的工步进给运动，通过手柄操纵机械变速箱改变主轴和进给的转速。要求因转动惯量过大，主轴采用电气停车制动。快移电动机实现刀架拖板快速移动，以减少辅助工时。驱动电机电气控制要求主轴电动机（30KW）正、反转电气反接制动正向点动。快移电动机（22KW）点动控制。冷却泵电动机（0125KW）起停控制。（提供冷却液）。2018/2/110二C650车床主电路分析M1（主电动机）KM1、KM2实现正反转；KT与电流表PA用于检测运行电流；KM3用于点动和反接制动时串入电阻R限流；正反转电动运行时R旁路。速度继电器KS用于反接制动时，转速的过零检测。M2（冷却泵电机）KM4用于起停控制。M3（快移电动机）KM5用于起停（点动）控制。2018/2/1111、主电动机M1的控制、点动（正向）按下点动按钮SB2KM1线圈通电（无自锁）M1串R全压正向点动，电流表PA不投入。松开点动按钮SB2KM1线圈断电，点动停止。、正反转控制（SB3、SB4）。按动正转SB3KT线圈通电延时、KM3线圈通电主回路R被旁路KA线圈通电KM1线圈通电自锁M1正向起动。启动完毕，KT延时时间到PA投入检测运行电流。、反接制动（正转时N0触点闭合）按动停车按钮SB1KM1、KT、KM3、KA线圈断电，松开SB1KM2线圈通电M1串R反接N100R/MIN时KM2线圈断电，切除反接电源，M1停止转动。反转及反转的反接制动请自行分析。2018/2/1122、其他控制电路原理M2（冷却泵）SB5、SB6及KM4构成起停控制电路M3（快移）刀架操纵手柄控制刀架拖板的工步移动和快速移动。按动操作手柄点动按钮，压下位置开关SQKM5线圈通电电动机M3点动。2018/2/113第三节组合机床电气控制线路分析组合机床用途进行多轴、多刀具、多面、多工位同时加工，适用于大批量产品加工。组合机床构成通用部件、动力部件（动力头和滑台），支撑部件、（滑坐、床身、立柱），输送部件（回转台、机械手等零件和产品的输送装置）。控制系统多用机械、液压、气动和电气控制相结合的控制方式。动力头能同时完成切削和进给运动的动力装置（部件）。动力滑台只完成进给运动的动力装置（部件），有液压和机械两种结构形式。2018/2/114一机械动力滑台控制O构成滑台、滑座、双驱动电动机（工进电动机M1、快进电动机M2）功能自动加工循环、工步图见上图。顺序为快进工进反向工进反向快退1、主电路KM1、KM2用于工进电动机M1正、反转控制以及快进电动机M2的转动方向控制（与M1转动方向一致）。KM3用于控制快进电动机M2转动。2018/2/1152、控制电路主轴与滑台的顺序控制控制主轴电动机的KM4辅助常开触点，提供动力滑台控制电源。动力滑台自动循环控制按动SB1KM1线圈通电自锁KM3线圈通电快进电动机M2的断电抱闸制动电磁铁YB线圈通电松闸电动机M1、M2正转，滑台快进；压下SQ2KM3线圈断电YB断电，快进电机M2抱闸制动，滑台工进；压动SQ3KM1线圈断电，KM2线圈通电滑台反向工进，SQ2复位KM3线圈通电，YB通电，M2反转，滑台快退；压下SQ1KM2、KM3线圈断电，M1、M2、YB断电抱闸制动，滑台停在原位。其他SQ4用于正向限位保护，压动SQ4后，工作台可自动返回原位。SB2用于手动返回控制。2018/2/116二组合机床控制举例卧式双面扩孔组合机床机床构成两个带主轴旋转的液压滑台（动力头）液压固定夹具1、卧式双面扩孔组合机床控制要求在工件夹紧状态下，同时启动左、右动力滑台快进、完成工作循环，返回各自其出发位置停止。O液压系统用三个液压油缸分别用于左、右滑台进退及工件夹紧的控制。O液压系统状态表见P76图365，电磁铁YA1、YA2用于左滑台进给和后退，YA3、YA4用于右滑台进给和后退，YA5、YA6用于工件的夹紧与放松，压力继电器SP检测夹紧状态。2018/2/1172、卧式双面扩孔组合机床组合机床控制电路分析左右主轴和液压泵电动机控制主电路KM1控制左主轴电动机转动。KM2控制右主轴电动机转动KM3控制液压泵电动机控制电路SA1、SA2、SA3为三台电动机的调整开关。三台电动机同时工作，SA1SA3为常态。按动起动按钮，KM1KM3线圈同时通电自锁，电动机M1M3同时起动工作。2018/2/118液压动力滑台自动循环过程O装上工件，按SB5YA5线圈通电，夹工件夹紧后SP继电器动作松SB5、YA5线圈断电；（加指示）按SB3（常开）KA5线圈通电KA1、KA3线圈通电自锁电磁铁线圈YA1、YA3线圈通电，左、右滑台快进；分别压下各自的液压行程阀转为工进；正向终点分别压下SQ3、SQ4KA1、KA3、YA2、YA4线圈断电KA2、KA4线圈通电自锁电磁换向阀YA2、YA4线圈分别通电左、右滑台快退；退到原位压下SQ1、SQ2KA2、KA4线圈分别断电YA2、YA4线圈断电，循环结束。其它SA为点动选择开关，系统在工件未夹紧时点动调整；SB4用于滑台向后调整；按钮SA4、SA5用于左、右滑台进给选择开关。SB6用于工件放松。（左列SB3为常开触点）2018/2/119第四节锻压机械的电气控制电路O锻压机械设备应用相当广泛，液压机是常用的锻压机械的一种，它主要适用于金属材料的压制工艺。本节以YH32500D型四柱液压机为例，对其电液控制系统作简要介绍。OYH32500D型大台面立柱结构压力机由四根立柱、滑块机身、主液压缸、工作台、顶出缸、液压及驱动控制装置等组成。图310为其结构简图。2018/2/120图310YH32500D液压机结构空气滤清器2充液油箱3充液阀5滑块行程限位开关6机身7上油管8液压控制柜9电气柜10液压泵驱动电机11动力机构12下管路13顶出缸14工作台15活动按钮盒2018/2/121一、液压机工作过程一主缸动作循环O1快速下行O2慢速下行加压O3保压O4卸压O5回程O6停止二顶出缸动作循环1顶出2退回2018/2/122二、电气控制系统本压力机电气控制线路由两台油泵电动机的Y转换起动电路和液压回路的电气控制两大部分组成，图312为压力机电气控制原理图2018/2/123三滑块机身的电气控制当液压泵电机起动后，KM2、KM5的联锁触点闭合，即可对液压控制电路进行操作。将移动操作台上滑块工作方式选择开关SA分别扳至“调整”和“工作”位置时，滑块可实现调整与单循环半自动两种不同的工作方式。各工步电磁阀动作仍见表32。2018/2/124四顶出缸和停止操作O顶出缸只有点动一种操作方式，按顶出按钮SB10或退回按钮SB11，电磁阀YV1、YV9或YV1、YV10通电，顶出器上升或退回。松开按钮时运动停止。因顶出器未设行程限位保护，由操作者视成品已经顶出即可停止上升，然后按SB11使顶杆退回原位。O按动停止按钮SB9，滑块控制电路断电，滑块停止，液压泵电动机仍运转。当主油路压力超过电接点压力表P整定压力时，超压报警灯HL5亮。2018/2/125第五节摇臂钻床电气控制系统钻床的用途钻孔、扩孔、镗孔、绞孔、功丝等机械加工。摇臂钻床的用途主要用于加工大、中型零件。Z3040摇臂钻床简介最大钻孔直径400MM、跨距1200MM。摇臂钻床的构成（机械结构示意）底座、立柱（内、外）、摇臂、主轴箱、（外形图）主轴、工作台（固定工件）。机械运动主运动主轴带动钻头刀具作旋转运动。（主电动机M1驱动）进给运动主轴的上、下进给运动（主电动机M1驱动）辅助运动外立柱和摇臂绕内立柱作回转运动（手动）摇臂沿外立柱作升降运动（升降电动机M2驱动）主轴箱沿摇臂水平移动（手动）夹紧与放松运动，外立柱与内立柱、摇臂与外立柱、主轴箱与摇臂间的（液压驱动，电动机M3拖动）。2018/2/12651摇臂钻床的液压原理O液压泵采用双向定量泵。接触器KM4、KM5控制液压泵电机M3的正、反转。O电磁换向阀YV的电磁铁YA用于选择夹紧、放松的对象。电磁铁YA线圈不通电时，电磁换向阀YV工作在左工位，同时实现主轴箱和立柱的夹紧与放松。电磁铁YA线圈通电时，电磁换向阀YV工作在右工位，实现摇臂的夹紧与放松。2018/2/12752摇臂钻床电气控制系统控制要求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。位置开关SQ1、SQ6用于升降限位保护。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。2018/2/128521摇臂钻床电气控制主电路主电动机M1KM1单向起停控制。摇臂升降M2KM2、KM3，正反转控制。液压泵机M3KM4、KM5，正、反转（夹/松）控制。冷却泵M4组合开关SA1单向手动控制。2018/2/129522摇臂钻床电气控制电路主电动机控制OSB1、SB2、KM1构成主轴电动机的起停控制电路，HL3用作运行指示。O摇臂上升过程分析（夹紧时压下SQ3）按下SB3KT通电电磁阀YA线圈通电、KM4线圈通电液压泵电机M3正转、压力油进入摇臂夹紧油缸右腔摇臂松开压下Q2KM4线圈断电M3停止放松（此时SQ3恢复为常态，YA线圈仍通电）。压下的Q2KM2线圈通电摇臂升降电机M2正转摇臂上升升至需要高度时，松开SB3或摇臂压下限位开关SQ1时KT线圈断电延时、KM2线圈断电M2停止上升。KT线圈断电延时13SKM5线圈通电液压泵电机M3反转摇臂夹紧压下SQ3KM5、YA线圈断电M3停止。夹紧