第3章 常用设备电气控制系统分析

1、第第 3 章章 常用设备电气控制系统分析常用设备电气控制系统分析2 本章通过对典型生产机械电气控制系统的实例分析本章通过对典型生产机械电气控制系统的实例分析 （车床、铣床、组合机床等）（车床、铣床、组合机床等）1、进一步学习、掌握电气控制电路的组成以及各种基本控制电、进一步学习、掌握电气控制电路的组成以及各种基本控制电 路在具体电气控制系统的应用。路在具体电气控制系统的应用。2、掌握分析电气控制系统的方法，培养阅读电气控制图的能力、掌握分析电气控制系统的方法，培养阅读电气控制图的能力3、加深对机械设备中机械、液压与电气控制紧密配合的理解，、加深对机械设备中机械、液压与电气控制紧密配合的理解，

2、为实际工作中对设备电气控制系统进行分析打下基础。为实际工作中对设备电气控制系统进行分析打下基础。3 3.1 3.1 设备控制系统分析概述设备控制系统分析概述对设备电气控制系统进行分析时，首先需要对对设备电气控制系统进行分析时，首先需要对设备整体系统设备整体系统有所了解，在此基有所了解，在此基础上，才能有效地针对设备系统控制要求，分析电气控制系统的组成与功能。设础上，才能有效地针对设备系统控制要求，分析电气控制系统的组成与功能。设备整体系统分析有如下三个方面：备整体系统分析有如下三个方面：1.1.设备概况调查设备概况调查 通过阅读生产机械设备的有关技术资料，了解设备的基本结构及工作原理、通过阅读

3、生产机械设备的有关技术资料，了解设备的基本结构及工作原理、设备的传动系统类型及驱动方式、主要技术性能和规格、运动要求等。设备的传动系统类型及驱动方式、主要技术性能和规格、运动要求等。2.2.电气设备及电气元件选用电气设备及电气元件选用 明确电动机作用、型号规格以及控制要求，了解各种电器的工作原理、控制明确电动机作用、型号规格以及控制要求，了解各种电器的工作原理、控制作用及功能。作用及功能。3.3.设备和电气元件的连接关系分析设备和电气元件的连接关系分析 了解了被控设备和采用的电气设备、电气元件的基本状况，还应确定两者之了解了被控设备和采用的电气设备、电气元件的基本状况，还应确定两者之间的联接关

4、系，即信息采集传递和运动输出的形式和方法。间的联接关系，即信息采集传递和运动输出的形式和方法。信息采集传递过程信息采集传递过程是是通过设备上的各种操作手柄、撞块、挡铁以及各种现场信息检测机构作用到主令通过设备上的各种操作手柄、撞块、挡铁以及各种现场信息检测机构作用到主令信号发出元件上，并将信号采集传递到电气控制系统中；信号发出元件上，并将信号采集传递到电气控制系统中；运动输出关系运动输出关系是明确电是明确电气控制系统中的执行元件将驱动力送到机械设备上的相应点，并实现设备要求的气控制系统中的执行元件将驱动力送到机械设备上的相应点，并实现设备要求的各种动作。各种动作。4机械设备电气控制系统的分析步

5、骤：机械设备电气控制系统的分析步骤：1 1）设备运动分析）设备运动分析 包括液压传动分析。包括液压传动分析。2 2）主电路分析）主电路分析 确定电路中用电设备的数目、确定电路中用电设备的数目、 接线状况、控制要求接线状况、控制要求 化整为零化整为零3 3）控制电路分析）控制电路分析 分析各种控制功能的实现分析各种控制功能的实现 经过经过“化整为零化整为零”，逐步分析了每一个局部电路的工作原理以及各部，逐步分析了每一个局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后，还必须用分之间的控制关系之后，还必须用“集零为整集零为整”的方法，统观整个电路的的方法，统观整个电路的保护环节保护环节以及电气原理图

6、中其他以及电气原理图中其他辅助电路辅助电路（如检测、信号指示、照明等电（如检测、信号指示、照明等电路）。检查整个控制线路，看是否有遗漏，特别要从整体角度去进一步检路）。检查整个控制线路，看是否有遗漏，特别要从整体角度去进一步检查和查和理解各控制环节之间的联系理解各控制环节之间的联系，理解电路中每个元件所起的作用。，理解电路中每个元件所起的作用。5 金属切削机床是进行机械加工的主要设备，它用切削的方法将金属毛坯加工金属切削机床是进行机械加工的主要设备，它用切削的方法将金属毛坯加工成有一定形状、尺寸和表面质量的机械零件。常见的金属切削机床有车床、铣床成有一定形状、尺寸和表面质量的机械零件。常见的金

7、属切削机床有车床、铣床、磨床、钻床、组合机床等。、磨床、钻床、组合机床等。 金属切削机床的机械运动可分为三类：对金属工件进行切削的运动称为金属切削机床的机械运动可分为三类：对金属工件进行切削的运动称为主运主运动（一般为机床主轴的旋转运动动（一般为机床主轴的旋转运动）；持续地把金属工件的被切削层投入切削的运）；持续地把金属工件的被切削层投入切削的运动称为动称为进给运动（即加工工具与加工工件之间的相对运动）进给运动（即加工工具与加工工件之间的相对运动）；而其他的运动（如；而其他的运动（如机床部件的位置调整运动）统称为机床部件的位置调整运动）统称为辅助运动辅助运动。 卧式车床是机械加工中应用最广泛的

8、一种机床，能完成多种多样的加卧式车床是机械加工中应用最广泛的一种机床，能完成多种多样的加工工序：（工工序：（1）加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面，如车削）加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面，如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成型回转面；（内外圆柱面、圆锥面、环槽及成型回转面；（2）车削端面及各种常用螺）车削端面及各种常用螺纹；（纹；（3）配合钻头、铰刀等还可进行孔的加工。）配合钻头、铰刀等还可进行孔的加工。 总体上看，由于卧式车床运动形式简单，采用机械调速的方法，因此总体上看，由于卧式车床运动形式简单，采用机械调速的方法，因此相应的控制电路也不算复杂。相应的控制电路也不算复杂。

9、6 卧式车床结构图卧式车床结构图7 c650c650卧式车床卧式车床：中型车床，可加工的最大工件回转直径为：中型车床，可加工的最大工件回转直径为1020mm1020mm，最大工件，最大工件 长度为长度为3000mm3000mm。 车削加工的车削加工的主运动主运动是主轴通过卡盘带动工件的旋转运动，运动速度较高，消耗的功是主轴通过卡盘带动工件的旋转运动，运动速度较高，消耗的功率较大；率较大；进给运动进给运动是由溜板箱带动溜板和刀架作纵、横两个方向的运动。速度较低，所是由溜板箱带动溜板和刀架作纵、横两个方向的运动。速度较低，所消耗的功率也较少。由于在车削螺纹时，要求消耗的功率也较少。由于在车削螺纹时

10、，要求主轴的旋转速度与刀具的进给速度保持严主轴的旋转速度与刀具的进给速度保持严格的比例格的比例，因此，卧式车床的进给运动也由主轴电动机来拖动。由于加工的工件尺寸较，因此，卧式车床的进给运动也由主轴电动机来拖动。由于加工的工件尺寸较大，加工时其转动惯量也比较大，为提高工作效率，须采用大，加工时其转动惯量也比较大，为提高工作效率，须采用停车制动停车制动。在加工时，需要。在加工时，需要配备配备冷却泵冷却泵及冷却泵电动机。为减轻工人的劳动强度以及减少辅助工时，要求及冷却泵电动机。为减轻工人的劳动强度以及减少辅助工时，要求溜板箱能溜板箱能够快速移动够快速移动。1. 1. 主轴电动机主轴电动机m1m1控制

11、要求控制要求 三相笼型异步电动机，完成主轴运动和进给运动的拖动。三相笼型异步电动机，完成主轴运动和进给运动的拖动。 直接起动，能够正、反两个方向旋转，并可对正、反两个旋转方向进行电气停车直接起动，能够正、反两个方向旋转，并可对正、反两个旋转方向进行电气停车制动，为加工、调整方便，还要具有点动功能。制动，为加工、调整方便，还要具有点动功能。2. 2. 冷却泵电动机冷却泵电动机m2m2控制要求控制要求 采用直接起动，并且为连续工作状态。采用直接起动，并且为连续工作状态。3. 3. 快移电动机快移电动机m3m3控制要求控制要求 可根据需要随时手动控制起停。可根据需要随时手动控制起停。891.c650

12、1.c650车床主电路分析车床主电路分析m1m1（主轴电路）（主轴电路）：km1km1、km2km2实现正反转；实现正反转；km3km3用于点动和反接制动时用于点动和反接制动时 串入电串入电阻阻r r限流；限流；ktkt与电流表与电流表papa用于检测运行电流；用于检测运行电流；速度继电器速度继电器srsr用于反接制动时转速用于反接制动时转速的过零检测。的过零检测。m2m2（冷却泵电动机）（冷却泵电动机）： km4km4用于起停控制（长动）。用于起停控制（长动）。m3m3（快移电动机）（快移电动机）： km5km5用于起停（点动）控制。用于起停（点动）控制。分别由熔断器分别由熔断器fu1fu1

13、、fu2fu2、fu3fu3对电动机对电动机m1m1、m2m2、m3m3实现实现短路保护短路保护，由热继电器，由热继电器fr1fr1、fr2fr2对对m1m1和和m2m2进行进行过载保护过载保护，快速移动电动机，快速移动电动机m3m3由于由于是短时工作制是短时工作制，所以不需要过载保护。，所以不需要过载保护。10sb2fr1sb3sb4kmsb11kakakm2km2km3km1kasb4sb2fr1sb3sb4kmnnsr-1sr-2sb11kakakm2kakm2km3km1kasb4km1kakm3ktkm2km1kakm3km22.2.控制电路分析控制电路分析主轴电动机主轴电动机m1m

14、1的控制的控制点动（正向）点动（正向）正反转控制正反转控制反接制动（反接制动（限流）限流） 11冷却泵电动机冷却泵电动机的控制：的控制： sb7sb7、sb6sb6及及km4km4构构成起、停控制电路：成起、停控制电路：刀架的快速移动电机刀架的快速移动电机m3m3的的控制控制： 刀架操纵手柄控刀架操纵手柄控制刀架拖板的工步移动制刀架拖板的工步移动和快速移动。和快速移动。 按动操作手柄点按动操作手柄点动按钮，压下位置开关动按钮，压下位置开关sqkm5sqkm5线圈通电线圈通电电电动机动机m3m3点动。点动。照明电路：照明电路：123.3 铣床电气控制系统分析铣床电气控制系统分析 在机械加工工艺中

15、，铣削是一种高效率的加工方式。铣床的种类很多，在机械加工工艺中，铣削是一种高效率的加工方式。铣床的种类很多，有立铣、卧铣、龙门铣、仿形铣以及各种专用铣床等，现以应用广泛的卧有立铣、卧铣、龙门铣、仿形铣以及各种专用铣床等，现以应用广泛的卧式万能升降台铣床为例分析中小型铣床的控制电路。式万能升降台铣床为例分析中小型铣床的控制电路。3.3.1卧式铣床的主要结构和运动形式分析卧式铣床的主要结构和运动形式分析 该铣床主要由床身、主轴、悬梁、刀杆支架、工作台、升降工作台、该铣床主要由床身、主轴、悬梁、刀杆支架、工作台、升降工作台、 底座、滑座等部分组成底座、滑座等部分组成 。 一般中小型铣床都采用三相笼型

16、异步电动机拖动，一般中小型铣床都采用三相笼型异步电动机拖动，主轴带动铣刀的主轴带动铣刀的旋转运动称为主运动旋转运动称为主运动，它有顺铣和逆铣两种加工方式，并且同工作台，它有顺铣和逆铣两种加工方式，并且同工作台的进给运动之间无速度比例协调的要求，所以主轴的拖动由一台主轴的进给运动之间无速度比例协调的要求，所以主轴的拖动由一台主轴电路承担。电路承担。 13铣床结构简图铣床结构简图1.底座底座 2.进给传动进给传动 3.立柱立柱 4.底槽底槽 5.操作手柄操作手柄 6.升降台升降台 7.水平工水平工作台作台 8.前支撑前支撑 9.悬梁悬梁 10.中间支撑中间支撑 11.刀杆刀杆 12.铣刀轴铣刀轴

17、13.主传动主传动 14.主轴电动机主轴电动机14 水平工作台水平工作台可在可在上下、左右及前后三个方向上下、左右及前后三个方向上进行进给运动或调整位置，各运上进行进给运动或调整位置，各运动部件在三个方向上的运动由同一台进给电动机拖动；动部件在三个方向上的运动由同一台进给电动机拖动； 工作台上还可以安装工作台上还可以安装圆工作台圆工作台，使用圆工作台可铣削圆弧、凸轮。，使用圆工作台可铣削圆弧、凸轮。 进给电动机经机械传动链传动，通过机械离合器在选定的进给方向上驱动工作台进给电动机经机械传动链传动，通过机械离合器在选定的进给方向上驱动工作台移动进给，进给运动的传递示意图移动进给，进给运动的传递示

18、意图3.3.2电力拖动及控制要求分析电力拖动及控制要求分析 1. 1. 主轴电动机主轴电动机m1m1控制控制 m1m1空载时空载时直接起动直接起动；为完成顺铣和逆铣，需要；为完成顺铣和逆铣，需要正转和反转正转和反转；为提高工；为提高工作效率，要求有作效率，要求有停车制动停车制动控制；同时从安全和操作方便考虑，控制；同时从安全和操作方便考虑，换刀时主轴换刀时主轴也处于制动状态也处于制动状态；主轴电动机可在；主轴电动机可在两处进行起停控制两处进行起停控制；为保证变速时齿轮；为保证变速时齿轮易于啮合，要求变速时主轴电路有易于啮合，要求变速时主轴电路有点动控制点动控制。横向移动传动链垂直移动传动链纵向

19、移动传动链机械离合器进给移动传动链快速移动传动链进给移动电磁离合器快速移动电磁离合器15 2. 2.进给电动机进给电动机m2m2控制控制 直接起动直接起动；为满足纵向、横向、垂直方向的往返运动，要求电动机能；为满足纵向、横向、垂直方向的往返运动，要求电动机能 正反转正反转；为提高生产率，空行程时应；为提高生产率，空行程时应快速移动快速移动；进给变速时，也需要；进给变速时，也需要瞬时瞬时 点动点动控制；从设备使用安全考虑，各控制；从设备使用安全考虑，各进给运动之必须联锁进给运动之必须联锁，并由手柄操作，并由手柄操作 机械离合器选择进给运动的方向。机械离合器选择进给运动的方向。 3. 3.电动机电

20、动机m3m3拖动冷却泵拖动冷却泵，在铣削加工时提供切削液。，在铣削加工时提供切削液。 4.4.加工零件时，为保证设备安全，要求主轴电动机起动以后，进给加工零件时，为保证设备安全，要求主轴电动机起动以后，进给 电动机方能起动工作。电动机方能起动工作。 3.3.3铣床电气控制系统分析铣床电气控制系统分析控制线路可分为主电路、控制电路和照明电路三部分控制线路可分为主电路、控制电路和照明电路三部分. 16171.1.主电路分析主电路分析182.2.控制电路分析控制电路分析( (化整为零）化整为零） 主轴电动机m1控制（起动控制、瞬时点动、（起动控制、瞬时点动、两处起停、停车制动、换刀制动）两处起停、停

21、车制动、换刀制动）19进给电动机进给电动机m2m2控制控制sa1sa1为工作台转换开关为工作台转换开关，水平工作台：，水平工作台：sa1-1sa1-1与与sa1-3sa1-3闭合；圆工作台：闭合；圆工作台：sal-2sal-2闭合。闭合。 水平工作台控制电路水平工作台控制电路正反转控制正反转控制顺序控制顺序控制（见前页）（见前页）纵向、横向、垂直进给，互锁纵向、横向、垂直进给，互锁正向点动正向点动 快移（见前页）快移（见前页）水平工作台的操作手柄工作台控制电路20 组合机床是根据特定工件规定的加工工艺要求而设计制造的一种组合机床是根据特定工件规定的加工工艺要求而设计制造的一种高效率自动化专用加

22、工设备。常采用多刀（多轴）、多面、多工位同高效率自动化专用加工设备。常采用多刀（多轴）、多面、多工位同时进行铣、钻、扩、铰、镗等加工工作，并且具有自动循环工作的功时进行铣、钻、扩、铰、镗等加工工作，并且具有自动循环工作的功能，在机械制造业中得到了广泛的应用。能，在机械制造业中得到了广泛的应用。 组合机床通常由具有一定功能的通用部件（如动力部件、输送部组合机床通常由具有一定功能的通用部件（如动力部件、输送部件、支撑部件、控制部件等）和加工专用部件（如多轴箱、夹具等）件、支撑部件、控制部件等）和加工专用部件（如多轴箱、夹具等）组成，其中动力部件是组合机床通用部件中最主要的一类部件。动力组成，其中动

23、力部件是组合机床通用部件中最主要的一类部件。动力部件常采用电动机驱动或液压驱动系统，由电气控制系统实现工作自部件常采用电动机驱动或液压驱动系统，由电气控制系统实现工作自动循环的控制，是典型的机电、机电液一体化的高自动化加工设备。动循环的控制，是典型的机电、机电液一体化的高自动化加工设备。 对于由多动力部件构成的组合机床，其控制通常有三方面的工作对于由多动力部件构成的组合机床，其控制通常有三方面的工作要求：要求： 动力部件的点动功能及复位控制。动力部件的点动功能及复位控制。 动力部件的单机自动工作循环控制动力部件的单机自动工作循环控制( (也称半自动控制也称半自动控制) )。 整机全自动工作循环

24、控制。整机全自动工作循环控制。21铣削工作滑台右铣削头工件 左铣削头左机滑台右机滑台3.4.1机床的结构及运动机床的结构及运动22铣削头(左)快进铣削头(右)快进铣削头(左)快进铣削工作台快进铣削工作台工进铣削头快退铣削工作台快退sb6 sq4sq6sq1sq7 sq5sq2sq3sq6sq4sq1组合机床工作循环图23组合机床液压系统和工作循环示意图yd1-1yd1-2yd3-1yd3-2yd2sq1sq1sq1sq6sq7待加工工作滑台的工件sq4sq5yd4-1yd4-2机床左动力滑台液压泵站机床右动力滑台yd2-1yd1yd3yd4刀具快进快退快退快进快退工进快进24组合机床的电器动作

25、关系表工步电磁换向阀线圈通电状态电动机运行转换主令yd1-1yd1-2yd2-1yd3-1yd3-2yd4-1yd4-2m2m3铣削头快进 +sb6铣削工作台快进+sq5、sq7铣削工作台工进+sq2铣削头快退+sq3铣削工作台快退+sq4、sq6停止sq1备注左动力滑台右动力滑台刀具电动机25组合机床组合机床的控制流的控制流程图程图开始ka1ka2ka3ka4ka5ka7ka6sb6 sq1sq6 sq7sq1sq2sq3ka11sq6ka8ka9ka10sq4 sq5sq4yd3-1 yd4-2yd1-1yd2-1yd3-2yd4-1yd1-1yd1-2铣削头(左)快进铣削头(右)快进铣削头(左、右)快进到位铣削工作台快进铣削工作台工进铣削头(左、右)快退铣削头(左、右)快退到位铣削工作台快退26组组合合机机床床（双双面