机床自动控制

1、 机床电气自动控制第一章 绪论一、电气自动控制之在机床中的地位现代机床由工作机构，传动机构，原动机和自动控制系统四个部分组成。所谓自动控制是指在没有人直接参与的（或经由少数人参与）的情况下，利用自动控制系统是被控制及对象（生产过程）自动地按预定的规律去工作 。如机床按照规定的程序自动的启动或停车；利用微型计算机控制数控车床，按照看计算机发出的程序指令，自动按预定的轨迹加工；利用可编程控制器，按照预先编制的程序，是机床实现各种自动循环控制，所以这些都是电气自动控制的应用。实现自动控制的搜短有多种多样，可以用电器的方法来实现自动控制。也可以用机械的、液压的、启动的等方法来实现自动控制，由于现代化的

2、金属切削机床均用交，直流电机作动力源，因而电气自动控制是现代机床的主要控制手段。即使采用其他控制方法，也离不开电气控制的配合，本书是以机床作为典型对象来研究电气自动控制技术的基本原理，方法和应用，这些基本控制方法自然也适用于其他机器设备及生产过程。 机床经过一百多年的发展，结构不断改进，性能不断提高，在很大程度上取决于电器的拖动与电气控制系统的更新。电气拖动在速度调节方面具有无可比拟的优越性和发展前途，采用直流或交流无级调速电动机驱动机床，是结构复杂的变速箱变得十分简单，简化了机床结构。提高了效率和刚度，也提高了精度，今年研究成功的电机主轴部件，将交流电机转子安装在主轴上，使其振动和噪音均减小

3、，他完全代替了主轴变速齿轮箱，对机床传动与结构将产生变革性的影响。生产技术和生产力的高速发展，要求及其需要更高的精度，更高的效率，更多的品种，更高的自动化程序及可靠性。科学技术特别是微电子技术的高度发展为电气控制的进步创造了良好的条件，现代机床在电气控制方面综合应用了许多先进科技技术成果，如计算机技术、电子技术、传感技术、伺服驱动技术。特别是廉价可靠的在机床行业的广泛应用，是机床的自动化程序，加工效率，加工精度，可靠性不断提高，同时以扩大工艺范围，缩短新产品的试制周期，加速产品的更新换代，降低劳动成本和减轻劳动强度起到重要作用，近年来出现的各种机电一体化产品，数控机床，机器人，柔性制造单元及系

4、统等军事电气控制自动化的说硕果。可见电气自动控制对现代机床的发展起到重要作用，机械制造专业的学生以及从事机械设计和制造的工程技术人员都必须掌握机床电气自动控制的理论和方法。二、机床电气自动控制的发展情况1. 电气拖动的发展电气控制和电气拖动有着密切的关系。20世纪初，由于电动机的出现，使得机床的拖动发生了变革，用电动机代替蒸汽机，机床的电器拖动随电动机的发展而发展。（1）单电机的拖动 一台电机拖动一台机床，较之乘组拖动简化了传动机构，缩短了传动路线，提高了传动效率，至今中小型通用机床人采用单电机拖动的。（2）多电机拖动 由于生产的发展，机床的运动增多，要求提高，创先了多台电机拖动一套机床的拖动

5、方式。采用了多台电机拖动以后，不但简化了机械结构，提高了传动效率，而且易于实现个运动部件的自动化。多电机拖动是待机床最基本的拖动方式。（3）交，直流无级调速 电气无级调速具有可灵活选择最佳切削速度和极大简化机械传动的优点。由于直流电动机具有良好的启动，制动和调速性能 ，可以很方便的在宽范围内实行平滑预计调速，所以在20世纪30年代以后直流调速系统在重型和紧密机床上得到广泛的应用。20世纪60年代以后，由于大功率晶闸管的问世，大功率率整流技术和大功率晶体管的发展，晶闸管电动机无极调速系统取代了直流电动机直流电动机，电磁放大机等直流调速系统，采用脉宽调速的直流调速系统也获得广泛的应用，20世纪80

6、年代以后，由于半导体技术的发展，使得较快、流电动机调速系统有突破性的发展。交流调速有许多优点，单机容量和转速可大大高于直流电机，交流电机无电刷和换向器，易于维护，可靠性高，能用于带有腐蚀性、易爆性、含蛏气体等特殊环境中。与直流电机相比，交流电机还具有体积小、重量轻、制造简单、坚固耐用的优点。交流调速已突破关键性技术，从实用阶段进入扩大应用、系列化的新阶段。以鼠笼式交流伺服电器为对象的矢量控制技术，是近年来新型的控制技术，它能使直流调速具有优越调速性能。交流变频调速器、矢量控制伺服单元及交流伺服电机已日益广泛的应用于工业中。交流调速的发展必将对机床行业产生深远影响，必须引起充分重视。2.电气控制

7、系统的发展电气拖动的控制方式亦经历了一个从低级到高级的发展过程。最初采用手动控制。 最早的自动控制在20世纪2030年代出现的继电接触器控制，它可以实现对控制对象的起动、停车、调速、自动循环以及保护等控制。它所使用的控制器件结构简单，廉价，控制方式直观，易掌握，工作可靠，易维护，因此在机床控制上得到长期，广泛的应用。它的缺点是体积大，功耗大，控制速度慢，改变控制程序困难，由于是有触点控制，在空中复杂是可靠性降低。为了解决复杂和程序可变控制对象的需要，在20世纪60年代出现了顺序控制器，它是继电器和半导体元件的综合应用的控制装置，具有程序改变容易，通用较强等优点，广泛用于组合机床和自动线上，随着

8、计算机技术的发展，又出现一微型计算机为基础的具有编程，储存，逻辑控制及数字运算功能的可编程控制器PLA。PLA的设计以工业控制为目标，因而具有公率级输出，接线简单，通用性强。编程容易，抗干扰能力强，工作可靠等一系列优点。它一问世即以强大的生命力，大面积的占领了传统的控制领域。PLC的一个发展方向是微型，简易，价廉，以图取代传统继电器的控制；而它的另一个发展方向是大容量，高速。高性能，对大规模复杂控制系统能进行综合控制。数字控制是机床电气控制的另一方面，数控机床是数控技术用于机床的产物。它是20世纪50年代初，为适应中小屁机械加工自动化的需要 ，应用电子技术，计算机技术，现代控制理论，精密测量技

9、术，伺服驱动技术等现代金额学技术的成果。数控机床极具有专用机床生产率高的优点，又兼有通用机床工艺范围广，使用灵活的特点，并且还会拥有能自动加工复杂成型表面，精度高的优点。数控机床集高效率，高精度，高柔性于一身，成为当今机床自动化的理想形式。数控机床的控制系统，最初是由硬件逻辑电路组成的专用数控装置NC，它的灵活性差，可靠性不够。随着价格廉价可靠的微型计算机的发展，数控机床的控制系统无疑以为微机控制系统所取代，成为CNC或MNC系统。加工中心机床是工序高度集中的数控机床，具有刀库和换刀机械手是他的显著特征，在加工中心机床上，工件可以通过一次装夹，完成全部加工。 从现代控制理论中的“最优控制理论”

10、出发，研制了自动应数控机床（AC）。它能自动适应毛培数量变化，硬度不均匀，刀锯磨损等随机因素的变化，是道具具有最佳的切削用量，从而使中保证有高的生长率和加工质量。为了发挥计算机运算速度快的能力，可有一台计算机控制多台数控机床，他成为计算机群控系统DNC,又称为“直接群控系统”。20世纪90年代以后，“直接群控系统”在不断退减，而有柔性制造系统取而代之。随生产的发展，由单个机床的自动化发展为生产过程的综合自动化，柔性制造系统FMS是有一种计算机控制的机械加工自动线，是数控机床，工业机器人、自动搬运车、自动化检测、自动化仓库组成的高技术产物。加上计算机辅助系统CAD、计算机辅助系统CAM、计算机辅

11、助质量检测CAQ及计算机信息管理系统将构成计算机集成制造系统CIMS。它是当前机械加工自动化发展的最高峰。三、本课程的内容及要求“机床电器自动控制”是机制专业的一门电类专业课，其任务是讲授以及床位主要对象的自动控制技术的基本原理和实现手段。本课程的先修课是“电工学”、“微机原理及应用”、“机床”。本课程的内容处理上应首先注意到我国机床电控的现状，以几点接触器为基本讲授内容；同时药充分重视电气控制的先进技术和发展趋势，从应用的角度出发讲授电气无级调速、可编程控制器、数控技术的基本技术的基本内容。在学完本课程以后，学生应掌握电气自动控制的基本原理；学会分析一般机床的电气控制电路并具有一定的设计能力

12、；了解电器无极调速的主要类型、工作原理及其应用；掌握数控技术的基本内容；对可编程控制器应具有基本的能力。综上所述，通过学习本门课程以后，学生能够具有对机电一体化产品的综合分析设计能力。第二章 机床继电接触器基本控制电路及逻辑表示金属切削机床和机械设备一般均由电动机拖动，尤其以采用三相异步电动机拖动较为普遍 。对电动机的控制有多种方式，而在普遍机床中大多采用几点接触器控制方式。 继电接触器控制电路继电器、接触器、按钮、开关等元件组成这些电器元件均属于开关元件，它们一般只有两种工作状态，即触头的通和断，电磁线圈的得电与失电，这与逻辑代数中的“1”和“0”相对应，因而可以完全采用逻辑代数这一数学工具

13、描述、分析和设计机床电气控制电路。逻辑代数在20世纪20年代就被用来研究电路设计，随着科学技术的发展，逻辑代数现已是数字技术和计算技术的一个强有力的工具。对三相异步电动机的控制主要有启动、正反转、制动及变速控制等，这些控制电路是组成机床电气控制电路的基本环节。本章在对常用电器元件简述的基础上，介绍一些电气控制电路的基本环节，并用逻辑代数来描述这些电路。21 常用低压电器低压电器是指工作电压在1000V一下或1200V以下的各种电器，这种电器种类繁多，功能多样，应用十分广泛。下面介绍一些常用低压电器的功能、工作原理即在电路图中的图形符号和文字符号。一、 开关电器开关电器是指低压电器中作为不频繁的

14、手动接触和分段电路的开关，或作为机床电路中电源的引入开关。它包括刀开关，组合开关及自动开关等。刀开关结构简单，手动操作，在低压控制柜中作为电源的引入开关。在机床种组合开关和自动开关应用也很广泛。1、 组合开关组合开关又称转换开关。它由动触头1、静触头2、方形转轴3、手柄4、定位机构及外壳等组成。动、静触头叠装在数层绝缘壳内，其结构示意如图21所示。当手柄由位置1转到位置2时，方轴带动各层动触片一起转动，使相应的静触头插入动触头中，便接通电路。动触头有180°分布，也有90°分布的。若各层动静触头选用不同的形式与分布、在转动手柄时，电路就有不同的通、断状态。组合开关有单极，双

15、极及多级之分，图21所示为三相（三级）开关。组合开关在机床电气设备中主要作为电源引入开关，也可以来直接控制小容量异步电动机的非频繁地启动和停止。刀开关和组合开关在电路中的图形符号与文字符号如图22所示。2、 自动开关 自动开关又称自动空气开关。当电路发生严重过载、短路以及施压故障时，能自动切断故障电路，有效的保护串联在它后面的电气设备。在正常情况下，自动开关也可以不频繁的接通和断开电路及控制电动机直接起动，因此，自动开关是低压电路常用的具有保护环节的断合电器。图23时自动开关的工作原理图，图中手动合闸操作机构未画出，自动开关处于合闸位置。当过电流（短路）时，衔铁11吸合；欠电压时，衔铁7释放；

16、过载时双金属片10向上弯曲；三者都通过杠杆5使搭钩3脱开。由主触头1切断电路。由于主触头系统要断开电路的短路电流，因此主触头由耐弧合金制成并带有栅片灭弧装置。自动开关的图形符号及文字符号如图24所示。二熔断器熔断器是一种最简单有效的而价廉的保护电器。使用时，它串联在所保护的电器中，作为电路及用电设备的短路及严重过载的保护元件，主要用作短路保护。熔断器主要由熔体（俗称保险丝）和安装熔体的熔管（或熔座）两部分组成。熔体是由易熔的金属铅，锡、铜、银以及其合金制成，通常制成丝状或片状，熔管是装溶体的外壳，由陶瓷，绝缘钢纸或玻璃纤维制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。熔断器的熔体与被保护的电路串联，当电路正

17、常工作时，熔体允许通过1、2倍额定电流而不熔断。当电路发生短路或严重过载时，溶体中流过很大的故障电流，当电流产生的热量达到溶体的熔点时，熔体熔断切断电路，从而达到保护目的。电流通过熔体时产生的热量与电流的平方及电流通过时间成正比，即电流过大，熔体熔断时间越短，这一特性称为熔断器的保护特性（熔断器的安秒特性），如图25所示。熔断器的图形符号及文字符号见图26所示。三、主令电器主令电器是自动控制系统中用于发送控制指令的非自动切换电器。主要有控制按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、十字开关、主合控制器及其他控制器。下面介绍应用较多的按钮开关和行程开关。1、 按钮按钮是一种结构简单，应用广泛的主令

18、电器。在低压控制电路中，用于手动发出控制信号。按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触头、和外壳组成，通常做成复合式，即具有常闭（动断）触头和常开（动合）触头，其结构示意图如图27所示。按钮的图形符号及文字符号见图28。2、 行程开关行程开关又称限位开关，是一种利用生产机械的某运动部件对开关操作系统的碰撞而使触头动作发出控制信号的主令电器。主要用来控制生产机械的运动方向、行程及位置保护。行程开关按其结构可分为直动式（如LX1系列等）、滚轮式（如LX2系列等）和微动式（如LWX-11等）三种。直动式行程开关的结构与按钮相似，缺点是触头的分合速度取决于挡板的移动速度，当仿版移动速度低于0.4m/min时，因

19、触头断开太慢，易受电弧烧坏，这时应选用有顺势机构的滚轮式或微动行程开关。图29111所示是行程开关原理图及图形符号。四、交流接触器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（主电路及大容量控制电路）的自动切换电器。其主要控制对象是电动机，也可用于控制其他电力负载如电热器、电照明、电烙铁及电容器组等。它具有低电压（欠电压或失压）释放保护功能，并能实现远距离控制。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。交流接触器多用于远距离控制电压至380V，电流至600A的交流电路，频繁起动和控制交流电流电动机，它主要由电磁机构、触头系统、灭弧装置等部分组成，图212为常用的CJ

20、10系列交流接触器结构原理图，它有3对主触头，2对动合辅助触头，2对东段辅助触头。1. 电磁结构电磁结构是接触器的动力元件，由铁心、衔铁（动铁心）、电磁线圈和释放弹簧组成。当电磁线圈接上交流电时，产生吸引力，是衔铁带动触头系统动作。为渐少涡流及磁滞损耗，铁心与衔铁皆采用薄硅钢片叠制而成，再铁心柱端面上装上短路环，以减少衔铁交流震动噪声，其电磁线圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上。3、 触头系统与灭弧装置触头系统是接触器的执行元件，起分段与闭合电路作用。因此，要求出头接触电阻小，导电性能好，工作可靠。触头分主触头与辅助触头，主触头与辅助触头，主触头用以通断主电路，辅助触头用以通断控制电路。触头结构采

21、用双断点桥式触头（如图212所示），触头用纯银或者银基粉末冶金材料制成，在触头系统中设有缓冲弹簧，以减轻触头磨损，为增加触头初压力，还设有触头弹簧。接触主触头在断开电路时，触头间会产生弧光放电现象，电弧的高温会将触头烧损，并使电路的切断时间延长，严重时还会引起火灾和其他事故 ，为使电弧迅速熄灭，交流接触装置触头间常设置灭弧装置。接触器的图形和文字符号见图213所示。五继电器继电器是一种根据电量（电压、电流）或非电量的（如转速、时间、温度等）变化开闭控制电路，实现自动控制和保护电力拖动装置的电器。继电器按输入信号的性质可分为：电压继电器、电流继电器、速度继电器、时间继电器、压力继电器等。按工作原

22、理可分为：电磁式继电器、感应式继电器、热继电器、电动式继电器与电子继电器等。按用途可分为：控制用和保护用继电器等。1 电磁式继电器低压控制系统中采用的控制继电器大部分为电磁式，如电压继电器、电流继电器、中间继电器及一部分时间继电器等，其构造和工作原理与接触器相似，由电磁机构的触头系统组成，由于用于控制电路，电路电流小，故不设灭弧装置。中间继电器实质上是电压继电器，但它的触头对数多，触头容量较大（额点电流510A），动作灵敏。当其他用电器的触头对数或触头容量不够时，可借助中间继电器来扩大它的触头数或触头容量，起到中间转换作用。中间继电器图形及文字符号见图214.2 热继电器热继电器是利用电流的热

23、效应原理来工作的保护电器。它在电路中用作三相导步电动机的过载保护。电动机在实际运动中常会遇到过载情况，但只要过在不太严重，时间较短，绕组不超过允许温升，这种过载是允许的，但如果在时间太长 ，绕组温升超过允许值，会加速电机绝缘的老化，甚至烧坏绕组。因此，长期运行的电动机应设有过载保护。热继电器主要由发热元件、双金属片和触头三部分组成。双金属片是热继电器的感测元件，由两种热膨胀系数不同的金属碾压而成。当温度升高时，双金属片向膨胀系数小的金属一面弯曲。热继电器的工作原理如图215所示。发热元件串联于定子绕组电路中。电机正常运转时，热元件仅能是双金属片弯曲，还不足使触头动作。当电机过载时，即流过热元件

24、的电流超过完整电流时，热元件发热量增加使双金属片弯曲的位移增大，经过一段时间后，双金属片推动导板使热继电器动断触头断开，切断电动机的控制电路，使电机停车。热继电器的整定电流是指热继电器长久不动作的最大电流，超过此值即动作。热继电器的整定电流旋钮进行调整。热继电器的图形及文字符号见图216.3时间继电器凡是继电器感测元件得到动作信号后，其执行元件（触头）触头要延迟一段时间才动作的继电器称为时间继电器。时间继电器按延时性质分，由线圈通电延时型和线圈断电延时型两种。按原理分电磁阻尼式、空气阻尼式、电动机式和晶体管式等几种。下面就常用的空气阻尼式和晶体管是时间继电器作简单介绍。1） 空气阻尼式时间继电

25、器空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼作用用来获得延时的，它由电磁系统、延时机构和触头三部分组成。触头系统采用LX5型微动开关，延时机构采用采用气囊式阻尼器。这种时间继电器可以做成时间延时型。其动作原理如图217所示。现已通电延时型为例说明其工作原理。当线圈一通电后，衔铁3被铁心2吸合，活塞杆6在塔形弹簧8的作用下，带动活塞12及橡皮膜10向上移动。但由于橡皮膜下方气室的空气稀薄，形成负压，因此活塞杆6只能缓慢的向上移动，其移动的速度视气孔的大小而定，可通过调节螺杆13进行调整。经过一定延时时间后，活塞杆才能移动到最上端，这时通过杠杆7将微动开关15压动，使其动触头断开，动合触头闭合，起到同点延

26、迟的作用。当线圈一断电时，电磁吸力消失，衔铁3在反力弹簧4的作用下释放，并通过活塞杆6将活塞12推向下端，这时橡皮膜10下方气室内的空气通过橡皮膜、弱弹簧9和活塞12的肩部所形成的单向阀，迅速地从橡皮膜上方的气室缝隙中排掉。因此杠杆7和微动开关45能迅速的复位。在线圈1通电和断电时，微动开关16在推板5的作用下都能瞬时动作，即为时间继电器的瞬时触头。空间阻尼式时间继电器延时范围大（0.4180s），结构简单，价格低廉，寿命长，但延时误差大（±10%-±20%），难以精准的整定延时值。2） 晶体管式时间继电器晶体管式时间继电器也称为半导体式时间继电器，它具有延时范围广，精度高

27、，体积小，耐冲击，耐振动、调节方便及其寿命长的特点，所以发展很快，使用也日益广泛。晶体管式时间继电器一般是利用RC电路电容充电时，电容器上的电压逐渐上升的原理作为延时基础的。改变充电电路的时间常数（改变电阻值），即可整定其延时时间。继电器的输出形式由两种：有触电式和无触电式，前者是用晶体管驱动小型电磁式继电器，后者是采用晶体管或晶闸管输出。时间继电器的图形及文字符号见图218所示，4速度继电器速度继电器主要用作笼型异步电动机的反接制动控制，亦称反接制动继电器，它主要由转子，定和触头三部分组成。转子是一个圆柱形永久磁铁，定子是一个笼型空心圆环，由沙钢片叠成，并装有笼型绕组。 图219为速度继电器

28、的原理示意图。其转子的轴与被控电动机的轴项相连接，而定子空套在转子上。当电动机转动时，速度继电器的转自随之转动，定子内的短路导体便切割磁场而感应电势并产生电流，此电流与旋转的转子磁场作用产生转矩，于是定子开始转动，当转到一定角度时，装在定子轴上的摆锤推动簧片（或触头）动作，使常闭触头分段，常开出头闭合，当电动机猪速低于某一值时，定子产生的转矩减小，出头在黄片作用下复位。一般速度继电器的动作转速为120r/min，触头复位转速在100r/min以下。 速度继电器的图形及文字符号如图220所示。22 机床电器原理图的画法准则机床电器控制系统是由许多电器元件按照一定的要求连接而成，从而实现对机床电的

29、电气自动控制。为了方便对控制系统进行设计、研究分析、安装调试、使用和维修，需要对电气控制系统中各电器元件及其相互连接用国家规定的统一符号。文字图形表示出来。这种图形就是电气控制系统图，它有三种形式：电器原理图、电气布置图、电器安装接线图。下面着重介绍电气原理图的绘制。电器原理图是为了便于阅读和分析控制电路的各种功能，用各种符号、电气连接联系起来描绘全部或分电气设备的工作原理的路线图。绘制电气原理图应按GB472884、GB715987、GB698886等规定标准绘图。考虑到新老标准更换需要时间，本书附录提供了电气图常用用图形符号和文字符号新旧对照表，以供参考。根据简单清晰的原则，原理图采用电器

30、元件展开的形式描绘。它包括所有电气元件的导电部件和接线端点，但并不按照电气元件的实际位置来描绘，也不反应电器元件的大小。一、 绘制原理图的原则和要求1、 原理图一般分为主电路、控制电路、信号电路、照明电路及保护电路等。主电路（动力电路）指从电流到电动机大电流通过的电路，其中电源电路用水平线绘制，受电动力设备（电动机）极其保护电路，应垂直于电源电路画出。控电电路、照明电路、信号电路及保护电路等，应垂直绘地绘于两水平电源线之间，耗能元件（如线圈、电磁铁、信号灯等的一端应直接连接在接地的水平电源线上，控制触头连接在上方水平线与耗能元件之间）。2、 图中所有电器触头、都按没有通电和没有外力作用时开闭状

31、态画出。对于继电器、接触器的触头，按吸引线圈不通电状态画，按钮、行程开关触头按不受外力作用时的状态画。3、 无论主电路还是辅助电路，各元件一般应按动作顺序从上到下、从左到右依次排列。4、 原理图中，各电气元件和部件在控制线路中的位置，应根据便于阅读的原则安排。同一电气元件的各个部件可以不画在一起。 5、 原理图中有直接电联系的交叉导线连接点，用实心原点表示；可插接或测试点用实心原点表示；无直接电联系的交叉点则不画圆点。6、 对非电气控制和人工操作的电器，必须在原理图上用相应的图形符号表示其操作方式及工作状态。由同一机构操作的所有触头，应用机械连杆符号表示其联动关系。各个触头的运动位置协调一致。

32、7、 对于电气控制有关的机、液、气装置，应用符号绘出简图，以表示其关系。图221是CY6140机床电气原理图。二、图面区域的划分为了便于检索电气路线，方便阅读电气原理图，应将图划分为若干区域。图区的编号一般写在图的下方，图的上方设有用途栏，用文字表明该栏对应的下面电路或元件的功能，以利用原理图理解各部分的功能及全电路的工作原理。三、符号位置的索引由于接触器、继电器的线圈和触头在电气原理图中不是画在一起，其触头也分布在图中所需的各个图区，为便于阅读，在继电器、接触器线圈的下方画出其触头的索引表。对于接触器，索引表中各栏的含义如下： 左栏 中栏 右栏主触头所 在图区号辅助动合头所在图区号辅助动断触

33、头所在图区好对于继电器，索引表中各栏的含义如下：左栏 右栏动合触头所在图区好动断触头所在图区好例如在221中，接触器KM1及KM2下的索引表分别为：保护电源电源开主电机冷却泵电机快速移动电机主电机起停冷却泵起停快速起停控制变压器电源指示起动指示停止指示照明灯KM1索引表表明：KM1有三对主触头均在3图区，两对辅助动合触头分别在8图区及13图区，一对辅助触头在14图区。 KM1索引表明：KM2有三对主触头均在4图区，“×”表示没有使用的辅助触头，有时也可采用省去“×”的表示法。23 基础电路的逻辑表示一、 机床电器的逻辑表示为便于逻辑代数描述电路，对电器元件状态的逻辑表示如下

34、规定：1. 用KA、KM、SQ、SB分别表示继电器、接触器、行程开关的动合（常开）触头；、表示其相应的动断常闭触头。2. 电路开关元件的受激状态（如继电器线圈得电，行程开关受压）为“1”状态；开关元件的原始状态（如继电器线圈失电，行程开关未受压）为“0”状态。触头的闭合状态为“1”的状态，触头的断开状态为“2”的状态。这样，下列各式有明确意义：KA=1 继电器线圈处于得电状态KA=0 继电器线圈处于失电状态KA=1 继电器常开触头闭合KA=0 继电器常开触头断开=1 继电器常闭触头闭合=0 继电器常闭触头断开从上述规定看出：开关元件本身状态的“1”（得电线圈）、“0”取值和它的动合触头的“1”

35、、“0”取值一致，而和其动断触头的取值相反。二、逻辑代数的基本逻辑关系及串、并联电路的逻辑表示在逻辑代数中，常用大写字母A、B、C表示逻辑变量。基本逻辑有三种：逻辑或、逻辑与、逻辑非。1、 逻辑或其公式为：f=A+B，与并联电路相对应，如图2-22所示。2、 逻辑与其公式为：f=A*B，与串联电路相对应，如图2-23所示。3、 逻辑非在逻辑表达式的两个取值中，=1，=0，若令A=1，则=0，反之，A=0，则=1.如A表示电器的动合触头，那么表示它的动断触头。三、机床电路的逻辑表示有了上述规定和基本逻辑关系，我们就可以应用逻辑代数这一工具对电路进行描述和分析。具体步骤是：以某一控制电器的线圈为对

36、象，写出与此对象有关的电路中各控制元件、信号元件、执行元件。保护元件等，它们触头间相互连接关系的逻辑函数表达式（均以未受激的状态来表示）。有了各个电器元件（以线圈为对象）的逻辑表达式后，当发出主令控制信号时（如按一下按钮或某开关动作），我们可分析判断哪些逻辑表达式输出为“1”（表示那个电器线圈得电），哪些表达式由“1”变“0”。从而可进一步分析哪些电动机或电磁阀等运动状态改变，使机床各部件的运行发生何种变化等。图2-21电动机M1控制电路中，接触器线圈KM1的逻辑表达式为 f（KM1）=（SB2+KM1）也可用下述方法表示，即KM1=（SB2+KM1）上式表示接触器KM1线圈得电与失电由停止按

37、钮，启动按钮SB2、热继电器和自锁触头KM1控制。四、逻辑代数的基本性质及应用举例根据以上“与”、“或”、“非”三种基本逻辑关系，可得到逻辑代数的一些基本性质的关系式，如表2-1所示表2-1 逻辑代数的基本性质序号名称 恒等式1基本定律 0和1 定律0+A=A20*A=A31+A=141*A=A5 互补 定则A+=16A*=17 同一 定律A+A=A8A*A=A9反转定律=A10 交换律A+B=B+A11A*B=B*A12 结合律(A+B)+C=A+(B+C)13(A*B)*C=A*(B*C)14 分配律A*(B+C)=AB+AC15(A+B)(B+C)=A+BC16 吸收集A+AB=A17A

38、*(+B)=A18A*(A+B)=AB19A+B=A+B20AB+C+BC=AB+AC21(A+B)(A+C)(B+C)=(A+B)(A+C)22 莫根 定律=*23=+利用逻辑代数的基本关系和基本性质可帮助我们分析电路、设计电路（见第六章电路的逻辑设计法），在设计电路中用来简化电路。下面是一个简化电路的例子。有一电路图如图2-24a）所示，用逻辑表达式化简该电路。a) 图逻辑表达式f=A(BC+A(C+C)化简f=ABC+A+AB+AC=AB(C+)+A（C+）=AB+A=A化简后的电路如b）图所示。24 异步电动机起动、正反转、制动电路一、 异步电动机的起动电路异步电动机有直接起动和降压起

39、动两种方式。在供电变压器容量足够大时，异步电动机直接起动，否则采用降压起动方式。1、 直接起动控制电路（1） 对小站台钻、冷却泵、砂轮机等，可用直接开关起动（图2-25）。（2） 对中小型普通车床的主电动机采用接触器直接起动（图2-26）。图2-26中，SB1为停止按钮，SB2为起动按钮。热继电器FR1过载保护，熔断器FU1、FU2作短路保护。按下SB2按钮，接触器线圈KM得电，其主触头（图区3）闭合，使电动机直接起动。其辅助常开触头（图区6）闭合，保持KM线圈一直处于得电状态，此控制电路称为自锁电路，触头的自锁作用在电路中叫做“记忆功能”。按下SB1按钮时，KM线圈断电，切断电动机电源，并消

40、除自锁电路，电动机停止。2、 降压起动控制电路降压气动时，就是起动时降低压在电动机定子绕组上的电压，当电动机起动到接近额定转速时，再将电压恢复到额定值。对容量较大的异步电动机，一般采用降压加压的方式起动。机床中最常见的降压起动有星三角形降压起动和定子串电阻降压起动两种。（1） 星三角（Y）降压起动控制电路电动机正常运行时，其定子绕组接成形，此时每相所承受的电压为电源的线电压（380V）；起动时接接成Y型，每相绕组所承受的电压为电源电压的相电压（220V），启动完毕时再自动接成形运行。凡是正常运行时定子绕组接成三角形的笼型异步电动机，均可采用星形三角形的降压起动方法来限定额定电流。我过新设计的Y

41、系列异步电动机，4KW以上均为三角形接法。图227是利用时间继电器在电动机起动过程中自动完成星三角形切换的起动控制电路。控制电路的逻辑表达式为KM1=*(SB2+KM1)KT=*(SB2+KM1)*KM3=*（SB2+KM1）*KM2=*（SB2+KM2）*(KT+KM2)由式（21）及图227可看出，按下SB2后，KM1线圈得电并自锁，同时KT、KM3线圈也得电，KM1、KM3主触头同时闭合，电动机绕组接成星形，电动机降压起动。经KT延时，其延时动断触头断开，KM3线圈断电，延时动断触头闭合，KM2线圈得电，这时，KM1,、KM2动触头处于闭合状态，电动机绕组换为三角形连接，全压运行。在控制

42、电路中，、两个常闭触头分别串接在KM3、KM2线圈的控制电路中，使KM2、KM3线圈的控制电路中，使KM2、KM3线圈不能同时得电，以防止主电路可能造成的短路故障。这种利用两个接触器的常闭辅助触头互相控制的方法成为互锁。（2） 定子串电压降压气动控制电路图228是定子串电阻降压起动控制电路。电动机为起动时在三相定子电路中串联电阻，使电动机定子绕组电压降低，起动结束后再将电阻短接，电动机在额定电压下正常运行。这种起动方式由于不受电动机接线形式的限制，设备简单，因而在中小型生产机械中较广。机床也常用这种串电阻降压方式限制点动及制动时的电流。图228a）中，控制电路的逻辑表达式为图228b）中，控制

43、电路逻辑表达式图228b）的工作原理：合上电源开关，按下电动按钮SB2，KM1得电吸合并自锁，电动机M串电阻起动，同时时间继电器KT得电，经延时，KM2主触头闭合，将主电路电阻R短路，电动机全压运行。该电路中，在电动机正常运行期间，接触器KM1、时间继电器KT一直处于有电状态，这时不必要的。为减少电器不必要的通电时间，此电路可改为图228b）形式。上述降压起动控制电路，都采用了时间继电器延时动作来完成降压起动到全压运行的自动切换，这种控制方式称为按时间原则的自动控制，它在机床自动控制中得到广泛的应用。KT延时时间长短可根据起动过程所需时间整定。二、异步电动机正反转控制电路机床的工作部件常需要作

44、两个相反方向的运动，大都靠电动机正反转来实现。实现电动机正反转的原理很简单，只有将电动机的三相电源的任意两相对调，就可使电动机的反向运转。下面介绍用按钮控制和行程开关控制的两种异步电动机正反转控制电路。1、 电动机的正反转的按钮控制图229为电动机正反转按钮控制的典型线路。在主电路中。两个接触器KM1、KM2触头接法不同，故可改变电动机电源的相序，从而改变电动机转向。在控制电路a）中，SB2、SB3分别为正、反控制按钮，SB1为停止按钮。、为互锁触头，为避免SB2、SB3同时按下可能造成的短路事故。这种电路，电机的换向需要先按停止按钮SB1，频繁换向时，操作不方便。采用b）图形式，用复合按钮代

45、替单触头按钮，即可不使用停止按钮过渡而直接控制正反转。但须注意这种直接正反转控制电路仅用于小容量电动机，且拖动的机械装置转动惯量又较小的场合。2、 电动机正反转的行程开关控制图230为行程开关的正反转电路。它与按钮控制正反转电路相似，只是增加了行程开关的复合触头SQ1、SQ2。这种电路适用于铣床、龙门刨床、组合机床工作台的正反行程控制。这种利用运动部件的行程来实现的控制称为按行程原则的自动控制。在控制电路中，行程开关SQ3、SQ4用做极限位置保护，以防止SQ1、SQ2可能失效引起的事故。三、异步电动机制动电路异步电动机从切除电源到停转要有一个过程，需要一段时间。对于要求停车的时间时精简定位或尽

46、可能减少辅助时间的机床，如万能铣床、卧式镗床、组合机床等，必须采取制动措施。机床上制动停车的方式有两大类机械制动和电气制动。机械制动是用电磁铁电磁铁操作机械进行制动，如电磁抱闸制动器、电磁离合制动器等。电器制动使电动机产生一个与转子原来转动方向相反的力矩来实现制动。机床常用的电气制动方式有能耗制动和反制制动。1、 能耗制动能耗制动是指异步电动机刚切除三相电源之际，立即在定子绕组中接入直流电源。由于转子切割固定磁场产生制动力矩，使电机的动能转变为电能并消耗在转子的制动上，故称能耗制动。当转子转速为零时，切除直流电源。图231a）、b）分别用符合手动按钮控制及用时间继电器自动控制的能耗制动电路。图

47、231a）中，按下停止按钮SB1时，KM1接触器断电，同时KM2接触器的得电，使电机切除交流电源，接入直流电源，电动机能耗制动。当转速为零时，手松开SB1按钮，KM2断电，电机脱离直流电源，制动过程结束。图231b）为使用时间继电器自动完成制动结束时的直流电切除，使操作简便的电路图。在控制电路中，当按下SB1时，KM1自动断电，KM2得电自锁，KT得电。电动机能耗制动。制动后，KT延时时间到，其延时出头断开，KM2断电，解除自锁，KT得电，电动机脱离直流电源，制动过程结束。能耗制动作用的强弱与通入直流的大小和电动机转速有关，在同样的转速下，电流越大制动作用越强，一般取直流电流为电动机空载电流的

48、34倍左右，电流过大将使定子绕组过热。能耗制动比较缓和、平稳、准确、功耗小，但在低速时制动不十分迅速。适用于电动机容量不太大，要求制动平稳和起制动频繁的场合。但必须配置一套整流设备。2、 反接制动控制电路反接制动时利用改变异步电动机定子绕组上三相电源的相序，使定子产生反相旋转磁场作用于转子上而产生的强力制动。显然，反接制动时，转子与旋转磁场的相对转速接近转子转速的两倍，因此，制动力大，对设备冲击大， 通常适用于10KW以下的小容量电动机。为减小制动电流，通常要求在电动机主电路中串接一定的电阻，如图232中的R，这个电阻称为反接制动电阻。另外，当反接制动到转子转速接近于零时，必须及时切除电源，以

49、防止反向再起动。图232为使用速度继电器BV实现这种控制的典型电路。速度继电器与电动机转子同轴连接，当电动机转速达到120r/min以上时，其动合触头BV闭合，当转速小于100r/min时，BV触头断开，恢复原位。图232中，当电动机正常运转时，BV触头是闭合的，但由于SB1、KM2两触头是断开的，所以KM2线圈未得电。当按下停止按钮SB1时，其常闭触头SB1断开使KM1断电，其常开触头SB1闭合使KM2得电自锁，电动机串接电阻反接制动。当制动到电动机转子转速小于100r/min时，BV触头断开，KM2断电，使电动机脱离电源，制动过程结束。由于反接制动冲击大，及速度继电器动作不可靠时，可能引起

50、的反向再起动，因此，这种制动方法主要用于不频繁起、制动并对停车无准确要求而且传动机构能承受较大冲击的设备中，如铣床、镗床、中型车床等机床。 25 其他基本控制电路一、连续工作（长动）与点动控制机床在加工时需要连续运转，即所谓长动。但在试车调整及快速移动时，需要点动。长动可用自锁电路实现，取消自锁触头或使用自锁触头不起作用就是点动。如图233所示。图233中，a）图为用按钮实现长动和电动的控制电路；b）图为用开关SA实现长动和点动转换的控制电路；c）图为用中间继电器实现长动和点动的控制电路。二、多地点控制在较大型的的机床和设备上，为操作方便，常要求能在机床的多个地点进行控制。实现的方法是将分散在

51、各操作站上的起动按钮并联起来，停止按钮引线作串联连接。图234即为三地点控制，图中，SB1为急停按钮，用于紧急情况下停车操作。三、联锁控制联锁控制室机床控制中十分重要的环节。例如有两台电动机不准同时接通，如图235所示，若用KM1接触器分别控制两台电动机，为保证两点动机不能同时起动，将、常闭触头分别串接在KM2、KM1线圈控制电路中。、触头称为联锁或互锁触头、在电动机的正反控制中也常用联锁，以防电源短路。四、顺序起动控制在机床控制电路中，经常要求电动机有顺序的起动。如某些机床主轴必须在油泵工作后才能起动；龙门刨床工作台移动时，导轨内必须有充足的润滑油；铣床主轴旋转后，工作台方可移动时，都要求电

52、动机有顺序的起动工作。图236即为两台电动机顺序起动的控制电路。五、双速异步电动机的调速控制多速电动机常用来改善机的调速性能和简化机械变速装置。根据电动机转速公式 式中，s为转差率，f为电源频率，p为定子极对数。可看出，若能改变定子磁极的绕组对数p，就可以改变电动机的转速。在多速电动机中，就是通过改变绕组的连接方法来改变磁极对数的。双速电动机是最简单的多速电机，常见的接线方式有/YY和Y/YY两种。1、 /YY接法图237a）是电机四极/二极，定子绕组/YY接法的示意图。由图可看出，当接线端子1、2、3接三相电源，而4、5、6端子悬空时，电机绕组接成形电路；当4、5、6端子接电源，1、2、3端

53、子短接时，定子绕组接成YY形电路。形电路中，每相绕组由两个线圈串联而成，电机呈4极（p=2）旋转磁场，电动机同步转速为1500r/min。YY形电路中，每相绕组由两个线圈并联而成，长生2极（p=1）旋转磁场，其同步转速为3000r/min。由上可知，若将定子绕组接成形得到低速，接成YY形则得到高速。两种接法的功率近似相等，属恒功率调速，它适用于一般金属切割机场。2、 Y/YY接法Y/YY接法如图237b）所示，属恒转矩调速，它适用于起重机，电梯、皮带运输机等。图238为/YY接法的双速电动机控制电路图。图238a）是用按钮变换高、低的电路图。KM1得电，电动机绕组接成形，低速运转；KM2、KM

54、3得电，电动机绕组接成YY形，高速运转。高速与低速之间动触头互锁。图238b）是开关实现高，低速控制。当电动机容量较大时，直接做高速运转，起动电流较大，这时采用低速起动，在转换到高速运转的控制方式。图238c）中，当SA开关打到高速档时，时间继电器KT得电，其瞬时动作触头闭合，先接通低速电路起动，起动后，KT的两个延时动作触头分别断开和闭合，断开低速电路，接通高速电路。第三章 机床电路分析本章介绍几台常用机床控制电路，以使读者学会分析郑泰机床的电气控制原理、提高阅图能力，加深对基本控制电路的认识。一般来讲，机床的电气电路可分为三部分：主电路、控制电路及信号电路。阅读电路图时，先从主电路入手，了

55、解电机的动作要求。分析控制电路时，可把它分解为各种基本电路或局部电路，即化整为零，最后再统观整个电路，注意各基本电路之间的联锁关系及主电路、控制电路之间的对应关系。 31 普通车床电气控制电路普通车床为最常见的一种机床，因其运动路线少，控制电路较简单。车床的主运动为主轴回转运动，刀架的移动为进给运动。刀削加工一般不要求反转，但在加工螺纹时，为避免乱扣，需要反转退刀，并保证工件的转速与刀具的移动速度之间具有严格的比例关系，因而溜板箱与主轴箱之间通过齿轮传动系统连接，刀架移动与主轴旋转由同一台电机拖动。为减轻工人的劳动强度，有些中小型车床已采用快速移动电机使刀架能够快速的移动。车床的调速一般都采用变速箱，车床主运动转向的改变，一是离合器的方法，或者用电气的方法。车床的运动制动方式有两类，一类是机械制动，另一类是电气制动。此外，每台机床都有冷却液泵。一、 CY6140普通车床控制电路图31为CY6140普通车床的外观图，