中职教育-机床电气及plc控制高教版课件：课题二专用机床的电气控制李乃夫-刘鹏飞-韩俊青编.课件

《电工电子技术》主编李乃夫刘鹏飞

韩俊青副主编

王洪华

宋

阳

王燕燕参

编

周伟贤

周文煜

张军枚

教学课件“十二五”职业教育国家规划教材【学习目标】

1.了解专用机床、组合机床和数控机床的基本结构、运动形式、电力拖动的形式与控制要求。2.了解专用机床、组合机床和数控机床电气控制系统的组成与基本原理。3.掌握生产机械继电器-接触器控制电路的基本设计方法。

课题2专用机床的电气控制【新课导入】

1.简略回顾课题1的内容并尽快导入本课。

2.简略介绍本课题（教材“项目2”）的主要教学内容与8学时的教学安排。【学习任务】学习任务2.1：专用机床的电气控制学习任务2.2：组合机床的电气控制学习任务2.3：数控机床的电气控制学习任务2.4：生产机械电气控制系统的设计学习任务2.1专用机床的电气控制

一、专用机床简介

项目1介绍的普通机床是通用机床。通用机床用途较广，适应面宽，但如果用于大批量、多工序的机械加工，则由于经常要装卸工件及更换刀具，生产效率较低。为完成一些专门化的加工要求，设计了专用机床，与通用机床相比，专用机床具有结构较简单、操作方便、自动化程度和生产率较高等优点，但其适应面较窄，只适用于一些单一工件的加工。为融合通用和专用机床两者的优点，达到通用性与灵活性、高效率的统一，发展形成了组合机床。组合机床由一些通用部件及少量专用部件组成，一般采用多轴、多刀、多工序、多面同时加工，可以在一部机床上完成各种通用机床的车、铣、磨削和进行各种孔加工；而且一旦更换了产品和加工要求，又能够较方

便地重新组装成新的机床，因而得到广泛地应用。学习任务2.1专用机床的电气控制

一、专用机床简介

自20世纪80年代以来，随着科学技术和社会生产力的发展，以及市场竞争的日趋激烈，使得产品的更新周期越来越短，对零件的机械加工也转为以小批量、多品种为主，而且对加工精度和表面质量的要求也越来越高，因而加工精度和自动化更高的数控机床已逐渐取代传统的机床，在机械加工中已占有主导地位（可见“任务2.3”）。即使是传统机床的电气控制，也逐渐由可编程控制器等更先进的控制系统

取代了传统的继电器－接触器控制系统。

二、专用机床的电气控制(P53)图2-1YC80型皮革冲裁机的电气控制电路二、专用机床的电气控制

本任务以YC80型皮革冲裁机为例介绍专用机床的电气控制电路。皮革冲裁机是皮革制制品生产厂(如皮鞋厂)常用的生产机械，它类似于金属加工的冲压机床，将皮革冲裁成所需的形状。YC80型皮革冲裁机的电气控制电路如图2-1所示。图中M为液压油泵电动机，机床冲压部件的下冲和上升分别由电磁阀YV1和YV2控制液压系统来实现，其工作过程为：同时按下SB3和SB4→继电器KA1通电→KA1自锁，其动断触点切断上升电磁阀YV2，动合触点接通下冲电磁阀YV1，通过液压系统控制机床冲裁皮件→下冲到位后，行程开关SQ1动作→SQ1动断触点切断YV1而动合触点接通KA2→KA2的动断触点又切断KA1线圈的电源→KA1动合触点断开而切断YV1，而KA1动断触点闭合接通YV2→控制机床上升→上升到位时碰行程开关SQ2→YV2断电，上升停止，机床的一次冲裁动作到此结束。下次动作需从重新操作SB3、SB4开始。二、专用机床的电气控制SB3、SB4和SB5、SB6分别为下冲和上升控制按钮开关。根据冲压机械操作规程的规定，为保证安全，将SB3和SB4安装在两处，操作人员要用两只手同时按下SB3和SB4，才能控制机床的下冲动作，这是为了防止贪图快捷一只手还在取皮件，而另一只手却已去起动机床，从而容易造成事故。而要控制上升，则只需要按下SB5或SB6的任何一个即可。电磁阀的工作电压为直流24V，由变压器降压桥式整流器整流提供。【微视频】

专用机床的主要结构和运动形式

工作步骤：参观专用机床

可组织参观相关行业的工业企业(如金属加工、机械设备制造或加工、电器设备制造、轻工业等企业)的一到两台专用机床（或自动机和自动生产线等)，了解设备的功能、基本结构、运动形式，对电力拖动形式及其电气控制的要求，电气控制系统的组成等。将观察结果记录于(P54)表2-1中。

参观注意事项：⒈参观首先一定要注意安全。在参观前必须要进行安全教育，强调

绝对不能动、碰任何电器、设备。在组织参观前要做好联系工作，事先了解现场环境，安排好参观位置，不要影响生产，防止发生事故。⒉参观现场若比较狭窄，可分组分批轮流或交叉参观，每组人数根据实际情况确定，以保证安全、不影响生产为前提，以确保教学效果为原则。⒊在参观时,若机床正在运行，要保持一定距离，以防金属屑飞溅伤人。若需要观察机床电器设备的安装位置(如安装在床身壁龛内的电动机或电器)，应在机床停止运行并切断电源的情况下进行。⒋根据教学需要和实际条件，可组织参观工业企业中常用的金属切削机床。此外，还可以专门组织参观相关行业的生产企业(如金属加工、机械设备制造、电器设备制造、轻工业等企业)的一台生产设备(如专用机床、组合机床、生产自动机和自动线等)。注意学习任务2.2组合机床的电气控制

一、组合机床简介

组合机床的控制系统大多采用机－电－液压（或气动）系统相结合的方式，而电气控制系统往往又起着中枢联接的作用，因此在分析时应注意组合机床的电气控制系统与机械、液压系统的关系。组合机床的电气控制系统与组合机床的总体设计有着相同的特点，也是由其通用部件的典型控制电路和一些基本的控制环节，根据加工、操作要求以及自动循环的不同组合而成。由于这些基本环节都经过实际运行的检验，因而由此组合而成的控制系统不仅设计制造周期短，而且工作稳定可靠。【微视频】组合机床的主要结构和运动形式学习任务2.2组合机床的电气控制

一、组合机床简介

组合机床中使用的通用部件，按其功能可分为动力部件、传送部件、支承部件、控制部件和辅助部件等几种类型。动力部件用来实现主运动和进给运动，包括动力头和动力滑台。在动力部件中，能同时完成加工刀具的切削运动及进给运动的称为动力头，而只能完成进给运动的动力部件称为动力滑台。传送部件在多工位的组合机床中用于各工位的转换，包括有回转分度工作台、回转鼓轮工作台和直线移动工作台等。支承部件包括滑座、床身、立柱和中间底座等。控制部件包括液压元件、控制板、按钮台、控制挡铁及电气控制部分。辅助部件

有机械扳手、气动扳手、排屑、润滑、冷却等装置。(P56)图2-2组合机床单机电气控制电路图二、组合机床的电气控制电路二、组合机床的电气控制电路

图2-2为一台具有液压回转台和液压动力头的四工位立式钻、扩、铰孔组合机床单机电气控制电路（电器元件明细表见表2-2）。该机床主要由液压回转工作台和液压动力头两个通用部件组合而成，用于加工某轮毂工件上的十二个孔。立式动力头上装有三十六把刀具，其中有十二把钻孔钻头，十二把扩孔钻头和十二把铰刀。回转台有四个工作位置，每回转90°为一个工位，如图2-3所示：第一、二、三个工位分别进行钻、扩、铰孔加工，第四个工位用于装卸工件。(P57)图2-3

组合机床加工工位示意图二、组合机床的电气控制电路

该组合机床的自动工作循环是：回转台抬起→回转台回转→回转台反靠→回转台夹紧→动力头快进→动力头工进→动力头延时停留→动力头快退。电路也是主要由回转工作台和动力头两部分控制电路组合而成。

㈠主电路、控制电路及电源信号指示电路

主电路（图2-2中1～5区）比较简单，该机床共有三台电动机：主轴电动机M1、液压油泵电动机M2和冷却泵电动机M3。三台电动机均直接起动，分别由KM1、KM2、KM3控制单向运转，均没有电气变速、制动的要求，由FR1、FR2、FR3作过载保护。QS为电源引入开关。FU1、FU2单独作M1、M2的短路保护；由于M3的容量较小，由FU3作M3及控制电路

的短路保护。二、组合机床的电气控制电路

电器的工作电压有两种：三只接触器工作电压为交流220V，由控制变压器TC降压后提供；其余全部继电器和电磁铁的工作电压均为直流24V，由TC的另一绕组降压后经整流器VC提供。直流电器工作平稳安全且便于操作，但由于电磁铁线圈的电感量较大，在切换时容易感生电动势，产生电弧而将电器的触点烧蚀，因此在控制电路中SQ9的动断触点(5-41)两端并联了一只电容器（图2-2中12区），以吸收感应电压，起保护电器触点的作用。在该电路中，由于SQ9的动断触点切换的电器较多，所以并联了电容器保护，其余电器的触点也可以根据需要并联电容器保护。HL为电源指示灯，接通电源后HL亮；M2起动后KM2动断触点断开，HL熄灭。FU5、FU4分别作整流器交、直流

侧的短路保护。二、组合机床的电气控制电路

㈡交流控制电路

交流控制电路由三个交流接触器的线圈电路组成，位于图2-2的6、7、8区。SA3和SA4为M1、M2的调整开关，用于控制两台电动机的运行状态。⒈M1、M2同步运行

SA3、SA4均置原位，其动合触点(11-14)、(14-12)均断开、动断触点(12-13)、(12-15)均闭合，此时可按下起动按钮SB1→KM1、KM2线圈同时通电→其动合主触点闭合，使M1、M2同步起动，同时KM1、KM2的辅助动合触点(11-14)、(14-12)闭合，串联构成KM1、KM2的自锁电路。⒉M1、M2分别运行

如果要求M1单独运行，则扳动SA4，使其动断触点(12-15)断开而动合触点(14-12)闭合，此时若按下SB1，为KM1单独通电→M1单独运行；显然，如果要求M2单独运行，则

应扳动SA3（SA4置原位）。二、组合机床的电气控制电路

此外，KM2的动合触点(6-8)串联在直流控制电路的输出端，如果KM2不动作（即液压油泵电动机M2不起动），则直流控制电路不能接通，无法对机床进行控制。

冷却泵电动机M3的运行由调整开关SA5、SA6控制。SA6控制M3为手动或自动控制：将SA6置"1"挡→SA6(11-16)接通→可用SB2手动控制M3；若将SA6置"2"挡→SA6(11-16)断开→则由滑台自动工作循环的开始信号（KA2动合触点(11-17)）控制KM3→控制M3。如果不需要开动冷却泵，可断开SA5。SB6为停机按钮，当按下SB6时，KM1、KM2、KM3均断电并解除自锁，使M1、M2、M3同时停机。

㈢液压回转工作台回转控制电路

回转工作台属于组合机床的通用部件之一。带有回转工作台的组合机床，一般有若干个加工工位，各工位的夹具就安装在工作台的台面上，一次转位就可以完成该工位的全部加工工序；工件在回转台上回转一周，就完成了在该机床上的全部加工工序。回转工作台可分为机械的和液压的两种，液压回转工作台是靠控制液压系统的油路来实现工作台的自动转位动作的，而液压系统的动作循环又是靠电路控制的。图2-2电路中的液压回转工作台回转控制电路部分位于图中10～14区。

回转工作台的转位动作为：自锁销脱开及回转台抬起→回转台回转及缓冲→回转台反靠→回转台夹紧。对应电路的控制过程见教材P59。

组合机床是由控制电路控制中间继电器→控制电磁铁→电磁阀→控制液压系统动作，从而控制部件的动作

（如回转台的转位动作）的。二、组合机床的电气控制电路二、组合机床的电气控制电路

㈣液压动力头控制电路（图2-2的15～18区）

动力头由液压油缸带动，可以作前后进给运动。动力头的自动工作循环是：

动力头快进┌─────→┐SQ3↑│动力头工进

原位│└───────→┐SQ4││动力头停止进给││SQ1└──────────────←┘延时停留

动力头快退⒈动力头自动进给控制

动力头的控制过程紧接上述回转台回转的控制过程，对应电路的控制过程见教材P60。二、组合机床的电气控制电路⒉动力头点动调整控制

当需要点动调整动力头时，可将控制开关SA1置"2"挡，使SA1(5-22)接通，可按下动力头点动按钮SB4(22-34)→接通KA1→YA1、YA3→动力头快进。因KA1的自锁支路是断开的，所以此时为点动控制。⒊动力头快退控制

当动力头不在原位时，SQ1复位，SQ1的动断触点(5-36)闭合。所以若需要动力头快退，可按下按钮SB5(36-35)→接通KA3→YA2→动力头快退至原位停下。

工作步骤参观组合机床

可组织参观相关行业的工业企业(如金属加工、机械设备制造或加工、电器设备制造、轻工业等企业)的一到两台组合机床（或自动机和自动生产线等)，了解设备的功能、基本结构、运动形式，对电力拖动形式及其电气控制的要求，电气控制系统的组成等。将观察结果记录于(P61)表2-3中。

参观注意事项同专用机床注意学习任务2.3数控机床的电气控制

一、数控机床简介

数字控制机床（简称“数控机床”）是由

计算机或专用控制装置进行控制的，具有广泛的通用性和较大灵活性的高度自动化的机床。与普通机床不同的是，数控机床在加工零件时，根据所输入的数控程序，由数控系统控制机床执行机构的各种动作——如机床主运动的变速、起停，进给运动的方向、速度和位移量，以及刀具的选择与交换、工件的夹紧与松开、冷却润滑的起停等。从而使刀具与工件（及其它辅助装置）严格地按照数控程序规定的顺序、路径和参数进行加工，以保证加工出来的工件满足给定的技术要求。因此，数控机床能够实现机械加工的高速度、高精度和高度自动化。【微视频】数控机床的主要结构和运动形式

如图2-4所示，数控机床一般由以下七个部分所组成：⒈程序载体

程序载体用于记载数控加工程序表示的各种加工信息，如零件加工的工艺过程、工艺参数(进给量和主轴转速等)。现常用的程序载体有磁带、磁盘和闪存卡等。其中闪存卡由于存储量大、数据交流迅速和记录可靠，已在数控机床中大量使用。(P62)图2-4数控机床的组成二、数控机床的组成二、数控机床的组成⒉输入输出装置

输入输出装置用于将程序载体中的各种加工信息输送给数控机床的CNC单元，并由数控系统显示数控机床的运行状态等。根据程序载体的不同，输入装置有磁带录音机、磁盘驱动器和计算机接口等。在现在的数控机床上，还可以通过手动的方式将工件加工程序用数控系统操作面板上的按键直接键入CNC单元，或者通过通信接口从其它计算机获取加工程序输入CNC单元。⒊CNC单元“CNC”是“计算机数控（ComputerNumericalControl）的英文缩写。CNC单元是数控机床的核心，它接收来自程序载体的控制信息并转换成数控机床的操作信号。CNC单元由输入接口、CPU、存储器和输出接口等部分组成。输入接口用于接收控制信息；CPU对输入信息进行分类、处理并发出控制信号到输入装置；输出接口则与主轴系统、伺服系统和PLC控制的辅助功能部件等连接，将CPU发出的控制信号转换成各个功能部件能接收的控制信号，使其完成预定的控制功能。二、数控机床的组成⒋伺服系统

伺服系统是数控机床位置控制的执行机构，其作用是将CNC单元输出的信号控制机床运动部件的速度、方向和位移。因此，伺服系统的性能是决定了数控机床的加工精度、表面质量和生产效率。目前伺服驱动装置有功率步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机等。⒌可编程控制器（PLC）

有关PLC的介绍请见本书“学习任务4”之后的内容。数控机床采用PLC取代了普通控制柜中的大部分机床电器，由PLC实现对工件装夹、换刀、液压和气动及润滑、冷却液等辅助动作的控制。⒍位置反馈系统

位置反馈系统的作用是通过传感器将驱动电动机的角位移和数控机床执行机构的直线位移转换成电信号，输送给CNC单元，与指令位置进行比较，并由CNC单元发出指令纠正

所产生的偏差。二、数控机床的组成⒎机床本体

数控机床的机床本体包括主轴箱、导轨、丝杆等机械部件和液压气动装置。对于加工中心类的机床，还有存放刀具的刀库、自动换刀装置和自动托盘交换装置等部件。与普通机床相比，数控机床采用了高性能的主轴部件和传动系统，进给系统采用伺服电动机驱动，简化了机械传动机构，且许多零部件都已标准化，所以数控机床的