第三章典型机床的电气控制

第3‍章‍典型机床的电气控制从常用机床的电气控制入手，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控制的设计、安装、调试、运行等打下一定基础。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。3.1‍电气控制线路分析基础3.2普通车床的电气控制线路3.3Z3040型摇臂钻床的电气控制线路3.4M7130平面磨床的电气控制线路注意的问题对机床的基本结构、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。应了解机械操作手柄与电器元件的关系；了解机床液压系统与电气控制的关系等。将整个控制电路按动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联锁与互锁关系，然后再统观整个电路，形成一个整体观念。抓住各机床电气控制的特点，深刻理解电路中各电器元件、各接点的作用，学会分析的方法，养成分析的习惯。3.1‍电气控制线路分析基础3.1.1‍电气控制线路分析的内容详细阅读说明书。了解设备的结构，技术指标，机械传动、液压与气动的工作原理；电机的规格型号；各操作手柄、开关、旋钮等的作用；与机械、液压部分直接关联的行程开关、电磁阀、电磁离合器等的位置、工作状态及作用。电气控制原理图。电气控制线路原理图主要由主电路、控制电路及辅助电路等组成，这是分析控制线路的关键内容。电器元件布置图与电气总装接线。主要电气部件的布置、安装要求；电器元件布置与接线；在调试、检修中可通过布置图和接线图很方便地找到各种电器元件和测试点，进行维护和维修保养。3.1.2电气控制原理图的分析方法电气控制原理图的分析主要包括主电路、控制电路和辅助电路等几部分。1.分析主电路2.分析控制电路3.分析辅助电路4.分析联锁与保护环节5.总体检查3.2普通车床的电气控制线路3.2.1普通车床的结构及工作情况车床是一种应用最为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹、定型表面，并可以用钻头、铰刀等进行加工。组成:床身、主轴变速箱、尾座进给箱、丝杠、光杠、刀架和溜板箱等。3.2普通车床的电气控制线路主运动：主轴带动工件的旋转运动，承受车削加工时的主要切削功率。进给运动是溜板带动刀架的纵向或横向直线运动。辅助运动包括刀架的快速进给与回退，尾座的移动、工件夹紧与松开等。为保证螺纹加工的质量，要求工件的旋转速度与刀具的移动速度之间具有严格的比例关系，并且加工完毕后要求反转退刀。C650车床溜板箱与主轴变速箱之间通过齿轮传动来连接，主电动机的正反转实现主轴的正反转，当主轴反转时，刀架也跟着后退。进行车削加工时，刀具的温度高，需备有一台冷却泵电动机。C650车床的床身较长，为减少辅助工作时间，专门设置了一台2．2kW的电动机来拖动溜板箱快速移动，并采用点动控制。要求主轴有大的调速范围：齿轮变速机构来调速，调速范围可达40倍以上。C650

车床的主电动机采用普通笼型异步电动机，功率为30kW。为提高工作效率，该机床采用了反接制动。C650型车床是一种中型车床，除有主轴电动机M1和冷却泵电动机M2外，还设置了刀架快速电动机M3。控制特点是：主轴电动机M1采用电气正反转控制。M1容量为30kW，采用电气反转控制，实现快速停车。为便于对刀操作，主轴设有点动控制。采用电流表来检测电动机负载情况。3.2.2普通车床的电气控制‍C650车床电气控制线路图KSKSRKSF33一、主电路电源引入开关为组合开关，空气开关QF为电源总短路保护。主轴电动机：FU1为主电动机M1的短路保护用熔断器；FRl为其过载保护用热继电器；R为限流电阻，在主轴点动时，限制起动电流，在停车反接制动时，又起限制过大的反向制动电流的作用；电流表PA用来监视主电动机M1的绕组电流，M1功率很大，故PA接入电流互感器TA回路。机床工作时，可调整切削用量，使电流表PA的电流接近主电动机M1额定电流的对应值(经TA后减小了的电流值)，以便提高生产效率和充分利用电动机的潜力；KM1、KM2为正反转接触器，KM3用于短接电阻R接触器，主触点直接连接M1。冷却泵电动机M2：KM4为启动接触器；FR2为过载保护用热继电器。刀架快速移动电动机M3：KM5为启动接触器，M3点动短时运转，故不设置热继电器。二、控制电路分析

1．主电动机的点动调整控制

当按下点动按钮SB2不松手时，接触器KMl线圈通电，KMl主触点闭合，经限流电阻R接通电动机M1，减少了起动电流。中间继电器KA未通电，KM1不自锁。当松开SB2后KM1线圈断电，电动机M1停转。2．主电动机的正反转控制M1额定功率为30kW，但是其启动负载很小，起动电流很大，所以，在非频繁点动的一般工作时，采用了全压直接起动。按下正向起动按钮SB3时，KM3通电，并保持，主触点闭合，短接限流电阻R；常开辅助触点闭合，KA通电，其常开触点闭合，KM3保持通电，进而KA也保持通电。当SB3尚未松开时，SB3闭合，KA常开触点已闭合，故KM1通电，主触点闭合，电动机M1全压启动。KM1辅助触点闭合。当松开SB3后，可形成自锁通路，KM1保持通电。KM3得电同时，通电延时继电器KT通电，使电流表避免起动电流的冲击。SB4为反向起动按钮，反向起动过程同正向时类似。

3.主轴电动机反接制动主轴停车时，由停止按钮SB1与正反转接触器KM1、KM2及反接制动接触器KM3、速度继电器KS，构成电动机正反制动控制电路，在KS控制下实现反接制动停车。4.主轴电动机负载检测及保护环节车床采用电流表检测主轴电动机定子电流。为防止起动电流的冲击，采用时间继电器KT的常闭通电延时断开触点接连在电流表的两端，为此KT延时应稍长于M1的起动时间。而当M1制动停车时，当按下停止按钮SB1时，KM3、KA、KT线圈相继断电释放，KT触点瞬时闭合，将电流表短接，不会受到反接制动电流的冲击。5.刀架快速移动的控制刀架的快速移动由快速移动电动机M3拖动，由于架快速手柄操作。当扳动刀架快速移动手柄时，压下行程开关ST，接触器KM5线圈通电吸合，使M3电动机直接起动，拖动刀架快速移动。当将快速移动手柄扳回原位时，ST不受压，KM5断电释放，M3断电停止，刀架快速移动结束。6.冷却泵电动机的控制由按钮SB5、SB6和接触器KM4构成电动机单方向起动、停止电路，实现对冷却蚌电动机M2的控制。三、C650卧式车床电气控制线路的特点主轴的正反转不是通过机械方式来实现，而是通过电气方式，即主电动机的正反转来实现的，从而简化了机械结构。主电动机的制动采用了电气反接制动形式，并用速度继电器进行控制。控制回路由于电器元件很多，故通过控制变压器TC同三相电网进行电隔离，提高了操作和维修时的安全性。中间继电器KA起着扩展接触器KM3触点的作用。从电路可见KM3的常开触点直接控制KA故KM3和KA的触点的闭合和断开情况相同。3.3Z3040型摇臂钻床的电气控制线路3.3.1摇臂钻床的结构及工作情况钻床是一种孔加工机床，可用来钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及修刮面等多种形式的加工。结构型式很多，有立式钻床、卧式钻床、深孔钻床及多轴钻床等。摇臂钻床是一种立式钻床，适用于单件或批量生产中带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常用的机床。主要由底座、内立柱、外立、摇臂、主轴箱、工作台等组成。内立柱固定在底座上，在它的外面空套着外立柱，外立柱可绕着不动的内立柱回转360°。摇臂一端为套筒，套装在外立柱上，不能绕外立柱转动，而只能与外立柱一起绕内立柱回转，还可借助丝杠的正、反转沿外立柱作上下垂直移动。主轴箱：由主电动机、主轴和主轴传动机构、进给和进给变速机构及机床的操作机构等组成。安装在摇臂水平导轨上，借助手轮操作使其在水平导轨上沿摇臂作径向运动。加工时，由特殊的夹紧装置将主轴箱紧固在摇臂导轨上，外立柱紧固在内立柱上，摇臂紧固在外立柱上，然后进行钻削加工。钻削加工时，钻头一面旋转进行切削，同时进行纵向进给。3.3.2摇臂钻床的运动形式钻削加工时，钻头一边进行旋转切削，一边进行纵向进给。其运动形式如下：

主运动摇臂钻床的主运动是指主轴的旋转运动。

进给运动摇臂钻床的进给运动是指主轴的纵向进给运动。辅助运动摇臂钻床的辅助运动是指：

摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动；

摇臂沿外立柱上导轨的上下垂直移动；

主轴箱沿摇臂长度方向的左右移动。3.3.3Z3040型摇臂钻床的电力拖动特点及控制要求为了简化机械传动装置，摇臂钻床采用直接起动的方式起动四台电动机进行拖动：主轴电动机，带动主轴旋转；摇臂升降电动机，带动摇臂进行升降；液压泵电动机，拖动液压泵供出压力油，使液压系统的夹紧机构实现夹紧与放松；冷却泵电动机，驱动冷却泵供给机床冷却液。摇臂钻床的主运动和进给运动均为主轴的运动，可由一台主轴电动机拖动，并通过传动机构分别实现主轴的旋转和进给。主轴电动机和冷却泵电动机只需要正向旋转，摇臂升降电动机和液压泵电动机，因需分别实现升降和夹紧与放松，要求能正反向旋转。应具备完善的保护环节和照明电路。3.3.4Z3040型摇臂钻床的电气控制Z3040型摇臂钻床电气控制原理图摇臂延时夹紧电源保护冷却电动机主轴电动机短路保护摇臂电动机上升下降上升液压泵电动机夹紧放松控制电源指示灯放松主轴照明主轴控制摇臂下降上升液压泵放松夹紧放松夹紧电磁铁夹紧YV１．主电路电源由转换开关ＱＳ引入。主电路有四台电动机：M1为主轴电动机，主轴作钻孔圆周运动，接触器KM1控制M1的启停，热继电器FR1进行过载保护；M2为摇臂升降电动机，可进行正、反转由接触器KM2，KM3控制，M2一般短时工作，不设长期过载保护；M3为液压泵电动机，正、反转由接触器KM4、KM5控制，热继电器FR2对Ｍ３进行过载保护；Ｍ４为冷却泵电动机，由转换开关ＳＡ１控制,不断地向工件和刀具输送切削液，以降低它们在切削过程中产生的高温。2.控制电路控制电路设有总起动按钮和总停止按钮，便于操纵和紧急刹车。主电路由隔离开关QS1、QS2进行保护。隔离开关中的电磁脱扣作为短路保护，从而取代了熔断器。长期运转的主电动机M1与液压泵电动机M3设有热继电器KR1、KR2作长期过载保护。采用4台电动机拖动，4台电动机容量都较小，均采用直接起动控制。摇臂的移动严格按照摇臂松开→移动→摇臂夹紧的程序进行。为此，要求M3与M2顺序起动，由摇臂松开、夹紧行程开关ST2，ST3实现。具有信号指示装置：对机床的每一主要动作作出显示，这样便于操作和维修。摇臂的夹紧放松与升降按自动控制进行，而立柱和主轴箱的夹紧放松可以单独操作，也可以同时进行，由转换开关SC和按钮SB5或SB6控制。3.4M7130平面磨床的电气控制线路3.4.1M7130平面磨床的结构磨床的一种主要用砂轮旋转研磨工件以使其可达到要求的平整度。根据工作台形状：矩形工作台和圆形工作台。矩形工作台主参数：工作台宽度及长度圆台平面磨床主参数：工作台面直径。根据轴类的不同：卧轴及立轴磨床之分。M7432立轴圆台平面磨床,M7130卧轴矩台平面磨床。

M7130结构组成：床身、工作台、电磁吸盘、砂轮箱、滑座和立柱等机床在加工过程中，必须形成一定形状的发生线（母线和导线），才能获取所需的工件表面形状。因此，机床必须完成一定的运动，这种运动称为表面成形运动。此外，还有多种辅助运动3.4.2M7130平面磨床运动形式磨床主运动及进给运动示意图主运动

:

砂轮的旋转运动，线速度30～50米/秒。为保证消磨加工质量，要求砂轮有较高转速，通常采用两级笼型异步电机拖动；为提高砂轮主轴的刚度，采用装入式砂轮电动机直接拖动，电动机与砂轮主轴同轴；砂轮电动机只要求单方向旋转，可直接启动无调速和制动要求。进给运动:

工件或砂轮的往返运动为进给运动，有垂直进给、横向进给及纵向进给三种。工作台每完成一次纵向往返运动时，砂轮箱做一次间断性的横向进给；当加工完后，砂轮箱作一次间断性的垂直进给。辅助运动其功能是实现机床的各种辅助动作，为表面成形运动创造条件。如进给运动前后的快进和快退；调整刀具和工件之间正确相对位置的调位运动；工件夹紧；工作台横向运动；工作冷却等操纵控制运动。3.4.2M7130平面磨床电气控制线路分析L1L2L3KM1M3～QS1U11V11W11FU1M3～M3～U12W12V12KM1KM2U13W13V13U14V14W14KH1KH21U1V1W2U2V2W3U3V3WM1M2M3PEX1FU2012345678QS2SB1SB2SB3SB4KH1KH2KAKM2KM1KM2T1R1C201202203204205206207208209210VCR2QS2R3KAX2YHT2FU3101102SAELXSI＜X退放吸磁松合22274449电源开关及保护砂轮电动机冷却泵电动机液压泵电动机控制电路保护砂轮控制液压泵控制整流变压器整流器电磁吸盘照明1112131415161710987654321L1L2L3KM1M3～QS1FU1M3～M3～KM1KM2KH1KH2M1M2M3PEX1FU2012345678QS2SB1SB2SB3SB4KH1KH2KAKM2KM1KM2T1R1C201202203204205206207208209210VCR2QS2R3KAX2YHT2FU3101102SAELXSI＜X退放吸磁松合22274449电源开关及保护砂轮电动机冷却泵电动机液压泵电动机控制电路保护砂轮控制液压泵控制整流变压器整流器电磁吸盘照明1112131415161710987654321合上QS1L1L2L3KM1M3～QS1FU1M3～M3～KM1KM2KH1KH2M1M2M3PEX1FU2012345678QS2SB1SB2SB3SB4KH1KH2KAKM2KM1KM2T1R1C201202203204205206207208209210VCR2QS2R3KAX2YHT2FU3101102SAELXSI＜X退放吸磁松合22274449扳动QS2,电磁吸盘吸合电源开关及保护砂轮电动机冷却泵电动机液压泵电动机控制电路保护砂轮控制液压泵控制整流变压器整流器电磁吸盘照明1112131415161710987654321L1L2L3KM1M3～QS1FU1M3～M3～KM1KM2KH1KH2M1M2M3PEX1FU2012345678QS2SB1SB2SB3SB4KH1KH2KAKM2KM1KM2T1R1C201202203204205206207208209210VCR2QS2R3KAX2YHT2FU3101102SAELXSI＜X退放吸磁松合22274449按下SB1电源开关及保护砂轮电动机冷却泵电动机液压泵电动机控制电路保护砂轮控制液压泵控制整流变压器整流器电磁吸盘照明1112131415161710987654321KM1M3～QS1FU1M3～M3～KM1KM2KH1KH2M1M2M3PEX1FU2012345678QS2SB1SB2SB3SB4KH1KH2KAKM2KM1KM2T1R1C201202203204205206207208209210VCR2QS2R3KAX2YHT2FU3101102SAELXSI＜X退放吸磁松合22274449按下SB3L1L2L3电源开关及保护砂轮电动机冷却泵电动机液压泵电动机控制电路保护砂轮控制液压泵控制整流变压器整流器电磁吸盘照明1112131415161710987654321KM1M3～QS1FU1M3～M3～KM1KM2KH1KH2M1M2M3PEX1FU2012345678QS2SB1SB2SB3SB4KH1KH2KAKM2KM1KM2T1R1C201202203204205206207208209210VCR2QS2R3KAX2YHT2FU3101102SAELXSI＜X退放吸磁松合22274449合上SAL1L2L3电源开关及保护砂轮电动机冷却泵电动机液压泵电动机控制电路保护砂轮控制液压泵控制整流变压器整流器电磁吸盘照明1112131415161710987654321KM1M3～QS1FU1M3～M3～KM1KM2KH1KH2M1M2M3PEX1FU2012345678QS2SB1SB2SB3SB4KH1KH2KAKM2KM1KM2T1R1C201202203204205206207208209210VCR2QS2R3KAX2YHT2FU3101102SAELXSI＜X退放吸磁松合22274449按下SB2，SB4扳动QS2,电磁吸盘放松L1L2L3电源开关及保护砂轮电动机冷却泵电动机液压泵电动机控制电路保护砂轮控制液压泵控制整流变压器整流器电磁吸盘照明1112131415161710987654321KM1M3～QS1FU1M3～M3～KM1KM2KH1KH2M1M2M3PEX1FU2012345678QS2SB1SB2SB3SB4KH1KH2KAKM2KM1KM2T1R1C201202203204