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第3章典型生产机械电气控制系统 生产中广泛使用的机床设备有普通机床 数控机床和加工中心等类别 普通机床设备的电气控制线路是典型的继电接触器控制系统 广泛应用于企业生产 数控机床和加工中心以微计算机控制为核心 是计算机控制与继电接触器控制相结合的控制系统 所以学习和掌握继电接触器电气控制系统的分析方法有着十分重要的意义 本章以常见的机床设备为例 分析具体电气控制系统的应用 为电气识图 设备安装 调试 维护和修理打下一定的基础 同时为继电接触器控制系统的原理设计奠定基础 第3章典型生产机械电气控制系统 3 1电气控制线路分析基础 电气控制线路的工作原理主要结合电气原理图进行分析 通常电气原理图可分为主电路和控制电路及信号指示电路等几部分 也可以按照电动机的编号将电路分成若干模块 甚至可以将每台电动机的控制系统按照其控制功能细分为若干个控制环节 通过对电路环节控制原理的分析 达到了解和掌握电动机各个控制环节以及整个设备电气控制线路原理的目的 分析电气线路工作原理常用的方法 查线读图法和逻辑代数法 第3章典型生产机械电气控制系统 3 1 1查线读图法 1 了解生产工艺与执行电器的关系在分析电气线路前 充分了解机械设备的动作及工艺加工过程 明确各个动作之间的要求 以及机械动作与执行电器间的关系 为分析线路提供线索 奠定基础 2 分析主电路线路的分析一般从电动机主电路入手 根据主电路控制元件的触点 电阻和其它检测 保护器件 大致判定电动机的控制和保护功能 3 控制电路的分析方法根据主电路控制元件主触点和其它电器的文字符号 在控制电路中找出相应控制环节 以及环节间的相互关系 对控制电路由上往下 由左往右阅读 然后 设想按动某操作按钮 查对线路 观察那些元件受控动作 并逐一查看动作元件的触点又如何控制其它元件动作 进而驱动的被控对象如何动作 3 1 2逻辑代数法 第3章典型生产机械电气控制系统 逻辑代数法是通过电路逻辑表达式的运算分析控制电路的工作原理 任何一条电气控制线路的支路都可以用逻辑表达式来描述 逻辑代数法的优点是逻辑关系简洁明了 有助于计算机辅助分析 主要缺点是复杂电路逻辑关系表达式很繁琐 并且电路分析不如查线读图法直观 第3章典型生产机械电气控制系统 3 2C650卧式车床电气控制系统 C650卧式车床主要由床身 主轴变速箱 尾座 进给箱 丝杠 光杠 刀架和溜板箱组成 主要用作车削外圆 内圆 端面 螺纹螺杆等工作 最大加工工件回转直径1020mm 最大工件长度3000mm 车床的主运动是主轴通过卡盘带动工件作旋转运动 进给运动是溜板箱带动刀具作纵向或横向运动 为了满足机械加工工艺的要求 主轴旋转运动与带动刀具溜板箱的工步进给运动由同一台主轴电动机驱动 第3章典型生产机械电气控制系统 3 2 1C650车床电力拖动的控制要求及特点 1 主轴负载主要为切削性恒功率负载 要求正反转 反接制动和调速控制 系统采用齿轮变速箱的机械调速方式 要求电气控制系统实现正反转和反接制动控制 2 由于C650车床床身较长 为减少辅助工作时间 提高加工效率 设置了一台2 2KW的笼型三相交流异步电动机拖动刀架及溜板箱的快速移动 由于快速移动为短时工作制 要求采用点动控制 3 为在机加工过程中对刀具进行冷却 车床的冷却液循环系统采用一台125W的三相交流异步机驱动冷却泵运转 冷却泵电机要求采用起停控制 第3章典型生产机械电气控制系统 3 2 2C650车床主电路分析 主电路中组合开关QS为电源开关 开关右侧分别为电动机M1 M2 M3的主电路 根据控制要求 主电路用接触器KM1 KM2主触点接成主轴电动机M1的正 反转控制电路 电阻R在反接制动和点动控制时起限流作用 接触器KM3在运行时起旁路限流电阻R的作用 电流互感器TA 电流表PA和时间继电器KT用于检测主轴电机M1起动结束后的工作电流 起动过程中KT常闭延开触点闭合 电流表PA被旁路 起动结束 KT常闭延时断开触点打开 电流表PA投入工作 监视电动机运行时的定子工作电流 熔断器FU1用于电动机M1的短路保护 热继电器FR1用于过载保护 速度继电器KS用于检测电动机M1转动速度的过零点 接触器KM4控制冷却泵电动机M2的起动和停止 FR2用于电动机M2的过载保护 接触器KM5用于控制快速移动电动机M3工作 由于快速移动为短时操作 故电动机M3不设过载保护 第3章典型生产机械电气控制系统 3 2 3控制电路分析 控制电路采用变压器TC隔离降压的110V电源供电 熔断器FU3用作控制电路的短路保护 控制电路 主轴电机刀架拖板快速移动电机冷却泵电机 第3章典型生产机械电气控制系统 1 主轴电机M1的控制 主轴电动机M1 30KW 不要求频繁起动 采用直接起动方式 要求供电变压器的容量足够大 主轴电机能够实现正反转 正向点动 反接制动等电气控制 控制电路如图3 2所示 第3章典型生产机械电气控制系统 1 正 反转控制按动正向起动按钮SB3时 两个常开触点同时闭合 SB3右侧常开触点使接触器KM3通电 时间继电器KT线圈通电延时 中间继电器KA线圈通电自锁 SB3左侧常开触点使接触器KM1线圈通电并通过KA的两个常开触点自锁 主电路的主轴电动机M1起动 全压 时间继电器KT延时时间到 起动过程结束 主电机M1进入正转工作状态 主电路KT常闭延开触点断开 电流表PA投入工作 动态指示电动机运行工作的线电流 在电动机正转工作状态 控制电路线圈通电工作的电器有KM1 KM3 KT KA等 反向起动的控制过程与正向起动类似 SB4为反向起动按钮 在M1反转运行状态 控制电路线圈通电工作的电器有KM2 KM3 KT KA等 第3章典型生产机械电气控制系统 3 2 3 1主轴电机M1的控制 2 正向点动控制 按下点动按钮SB2 手不松开 时 接触器KM1线圈通电 无自锁回路 主电路电源经KM1的主触点和电阻R送入主电动机M1 主轴电动机M1作定子串R的正向点动 松开按钮SB2后 接触器KM1线圈断电 主电动机M1点动停止 3 反接制动 下面首先讨论正转的反接制动 M1正转过程中 控制电路KM1 KM3 KT KA线圈通电 速度继电器KS的正转常开触点 n 0 闭合 为反接制动做好了准备 按动停止按钮SB1 依赖自锁环节通电的KM1 KM3 KT KA线圈均失电 自锁电路打开 触点复位 松开停止按钮SB1后 控制电流经SB1 KA KM1的常闭触点和KS n 0 的常开触点 动合 使接触器KM2线圈通电 主轴电动机M1定子串电阻R接入反相序电源进行反接制动 当电动机转速接近于零时 KS n 0 的常开触点断开 KM2线圈断电 电动机M1主电路断电 反接制动过程结束 第3章典型生产机械电气控制系统 2 冷却泵电动机M2的控制 冷却泵电动机M2为连续运行工作方式 控制按钮SB5 SB6和接触器KM4构成电动机M3的起停控制电路 热继电器FR2起过载保护作用 熔断器FU4用做主电路的短路保护 第3章典型生产机械电气控制系统 3 刀架快速移动电动机M3的控制 转动刀架手柄 压下位置开关SQ 接触器KM5线圈通电 电动机M3起动 经传动机构驱动溜板箱带动刀架快速移动 刀架手柄复位时 SQ复位 KM5线圈失电 快移电动机M3停转 快移结束 熔断器FU5用做电动机M3主电路的短路保护 由于电动机M3工作在手动操作的短时工作状态 故未设过载保护 车床照明电路采用36V安全供电 钮子开关SA为照明灯EL的控制开关 熔断器FU6作照明电路的短路保护 第3章典型生产机械电气控制系统 3 3万能铣床电气控制系统 铣床可以用来加工平面 斜面和各种形式的沟槽等 装上分度头后可以铣切直齿齿轮和螺旋面 装上圆工作台还可以铣切凸轮和弧形槽 是一种常用的机床设备 铣床的种类很多 有立铣 卧铣 龙门铣 仿形铣及各种专用铣床 卧式万能铣床的工作台为升降式工作台 故又称为升降台式铣床 用于加工尺寸不太大的工件 第3章典型生产机械电气控制系统 3 3 1XA6132型卧式万能铣床的结构和运动形式 图3 3XA6132型卧式结构万能铣床结构简图 XA6132型卧式万能铣床有床身 悬梁 刀杆支架 升降台等部分组成 结构外形见图3 3 1 底座2 进给电动机3 升降台4 进给变速手柄及变速盘5 溜板6 转动部分7 工作台8 刀架支杆9 悬梁10 主轴11 主轴变速盘12 主轴变速手柄13 床身14 主轴电动机 第3章典型生产机械电气控制系统 3 3 1XA6132型卧式万能铣床的结构和运动形式 铣床的主要运动形式有主轴 带刀具 旋转运动和工作台 固定工件 的进给运动 两种运动分别用两台电动机拖动 主轴所带铣刀的切削运动有顺铣和逆铣两种工作方式 升降台分为矩形和圆形两层结构 矩形工作台可实现工作台纵向 横向和垂直三种进给运动 对应左右 前后 上下六个移动方向 装有圆工作台的万能铣床还有圆形工作台的回转运动 万能铣床的矩 圆形工作台共有4种运动形式 第3章典型生产机械电气控制系统 工作台进给电动机M2经机械传动链传动 由电磁离合器选择工作台的工步和快速进给 并由机械离合器接通相应方向的机械传动链 驱动工作台实现各方向的移动进给 进给运动机械传动链的传递示意图见图3 4所示 3 3 1XA6132型卧式万能铣床的结构和运动形式 图3 4进给运动机械传动链的传递示意图 第3章典型生产机械电气控制系统 X6132型卧式万能铣床的控制要求 3 3 1XA6132型卧式万能铣床的结构和运动形式 1 主轴电动机M1 7 5KW 空载时直接起动 要求实现两地控制的正反转 顺逆铣 运动及电磁离合器的停车制动 采用电磁离合器 为安全和操作方便 换刀时 使主轴处于制动状态 主轴的正 反转不需要经常变换 并且通常在加工前设置 2 工作台驱动电动机M2 1 5KW 要求能够实现正反转 并要求两个工作台 矩 圆形 各个方向的运动互锁 矩形工作台的六个运动方向和圆工作台的旋转运动要求互锁 任何时刻 只允许存在一种运动形式的一个方向运动 第3章典型生产机械电气控制系统 3 主轴旋转与工作台进给运动均采用机械齿轮变速箱调速 要求主轴电动机和工作台电动机在主轴和进给变速时能够瞬时冲动 保证变速时齿轮的正确啮合和设备的安全 4 为避免打刀要求主轴驱动电动机M1起动后 工作台驱动电动机M2方能起动 3 3 1XA6132型卧式万能铣床的结构和运动形式 第3章典型生产机械电气控制系统 3 3 2铣床控制线路分析 XA6132型卧式万能铣床控制线路如图3 5所示 铣床控制电路分为主电路 控制电路 直流电路 电磁离合器 和照明电路等部分 1 主电路分析 低压断路器QF1用作万能铣床控制线路的总开关 兼有电流脱扣的短路保护功能 中间继电器KA3的常开触点控制冷却泵电机M1 接触器KM1 KM2的主触点控制主轴电动机M2的正反转 熔断器FU1用于进给电机M3和变压器原边的短路保护 接触器KM3 KM4的主触点控制进给电动机M3的正反转 热继电器FR1 FR3用于电动机M1 M3的过载保护 控制变压器TC副边提供110V 48V 36V三组电源分别供给控制电路和照明负载 其中48V电源经整流后供给直流电磁离合器和电磁制动器电磁线圈的工作电路 第3章典型生产机械电气控制系统 2 主轴电动机M2和冷却泵电机M1的控制线路分析 主轴电机的正转起动控制 切换开关SA4合向 正转 按动起动按钮SB3或SB4 中间继电器KA1线圈通电自锁 接触器KM1线圈通电吸合 主轴电机M2正转 主轴电动机M2的制动控制 按动停车按钮SB1或SB2 SB1和SB2为不具有自锁功能的红色蘑菇头按钮 接触器KM1线圈断电 打开自锁回路 切断电动机M1 M2 M3供电电源 同时直流供电电路的电磁制动离合器YB线圈通电 主轴电动机M2进行电磁制动停车 同时快进电磁铁YC2线圈通电 进给电动机M3迅速停转 松开按钮SB1或SB2 电磁制动器YB YC2线圈断电 制动过程结束 第3章典型生产机械电气控制系统 主轴电动机M2的上刀制动 进行上刀和换刀操作时 转动旋钮开关SA2 其常闭触点切断KA KM1 KM2的线圈电路 其常开触点使主轴电磁制动器线圈YB通电 主轴电磁制动 保证上刀和换刀的顺利进行 2 主轴电动机M2和冷却泵电机M1的控制线路分析 第3章典型生产机械电气控制系统 主轴变速冲动 主轴变速可以在主轴不转动时进行 也可以在主轴转动时进行 主轴变速时拉出变速离合器手柄 变速手柄拉出的过程中瞬时压动位置开关SQ5 其常闭触点切断接触器KM1线圈电路 使主轴电动机M2断电 然后转动变速手轮选择转速 转速选定后将变速手柄复位 变速手柄复位的过程中又瞬时压动位置开关SQ5 SQ5的常闭触点断开自锁回路 常开触点接通接触器KM1线圈电路 主轴电动机M2作瞬时冲动 点动 主轴电动机的瞬时冲动用以调整齿轮位置 齿轮进入正常啮合状态时 变速手柄可以推回原位 位置开关SQ5复位 接触器KM1线圈失电 主轴电动机M1停止 变速冲动过程结束 主轴传动齿轮没有正常啮合时 变速手柄不能推回到位 应立即将手柄拉出 以免SQ5没能及时复位 防止电动机转速上升 在齿轮没有啮合好的情况下打坏齿轮 重复进行复位瞬时冲动操作 直至变速手柄完全复位 齿轮正常啮合工作 2 主轴电动机M2和冷却泵电机M1的控制线路分析 第3章典型生产机械电气控制系统 第3章典型生产机械电气控制系统 3 工作台电动机M3的控制 根据工作台的顺序与互锁控制要求 工作台电动机用中间继电器KA1的常开触点作顺序控制 用旋钮开关SA3的常开触点选择圆形与矩形工作台的操作 矩形升降式工作台设有纵向和十字两个操作手柄 各个操作手柄在机械上分别接通各自的机械传动链 并通过挡铁压动位置开关接通相应控制电路 使工作台电动机M3正转或者反转 以带动工件实现左右 前后 上下的三维空间移动 两个操作手柄实现的动作之间互锁 第3章典型生产机械电气控制系统 3 工作台电动机M3的控制 1 矩形工作台纵向进给控制 2 矩形工作台横向和升降运动控制 3 工作台快速移动 4 圆工作台回转运动 5 工作台电机M3的变速冲动 第3章典型生产机械电气控制系统 3 4Z3040摇臂钻床电气控制系统 钻床用来对工件进行钻孔 扩孔 绞丝 锪平面和攻螺纹等加工 在有工装的条件下还可以进行镗孔 钻床的形式很多 主要有台式钻床 立式钻床 摇臂钻床和专用钻床等 台式钻床和立式钻床结构简单 应用的灵活性及范围受到一定的限定 摇臂钻床操作方便 灵活 适用范围广 具有典型性 多用于中 大型零件的加工 是常见的机加工设备 下面以Z3040型摇臂钻床为例 介绍摇臂钻床电气控制系统的工作原理 第3章典型生产机械电气控制系统 3 4 1摇臂钻床的主要结构及运动情况 Z3040型摇臂钻床最大钻孔直径40mm 跨距1200mm 主要由底座 内外立柱 摇臂 主轴箱 主轴及工作台等部分组成 结构外形如图3 7所示 1 电动机2 摇臂3 立柱4 主轴箱5 丝杆6 导轨7 灯8 主轴9 工作台10 底座 第3章典型生产机械电气控制系统 3 4 1摇臂钻床的主要结构及运动情况 摇臂钻床的内立柱固定在底座上 外立柱可绕内立柱回转3600 不要沿一个方向连续转动以防扭断内立柱中的电线 摇臂可以借助丝杠在外立柱上作升降运动 并可以与外立柱一起沿内立柱作回转运动 主轴箱可以沿摇臂上的导轨作水平移动 回转 升降 水平三种形式的运动构成主轴箱带动刀具在立体空间的三维运动 加工前 可以将主轴上安装的刀具移至固定在底座上工件的任一加工位置 加工时 使用液压机构驱动夹紧装置将主轴箱夹紧固定在摇臂导轨上 摇臂夹紧在外立柱上 外立柱夹紧在内立柱上 然后用主轴的旋转与进给带动刀具对工件进行孔的加工 第3章典型生产机械电气控制系统 3 4 1摇臂钻床的主要结构及运动情况 摇臂钻床主要运动形式为 1 主轴带刀具的旋转与进给运动 主轴的旋转与进给运动由一台三相交流异步电动机 3KW 驱动 主轴的转动方向由机械及液压装置控制 2 各运动部件的移位运动 主轴在三维空间的移位运动有主轴箱沿摇臂长度方向的水平移动 手动 摇臂沿外立柱的升降运动 摇臂的升降运动由一台1 1KW笼型三相异步电动机拖动 外立柱带动摇臂沿内立柱的回转运动 手动 等三种 各运动部件的移位运动用于实现主轴的对刀移位 第3章典型生产机械电气控制系统 3 移位运动部件的夹紧与放松 3 4 1摇臂钻床的主要结构及运动情况 图3 8摇臂钻床液压原理 摇臂钻床的三种对刀具移位装置对应三套夹紧与放松装置 对刀移动时 需要将装置放松 机加工过程中 需要将装置夹紧 三套夹紧装置分别为摇臂夹紧 摇臂与外立柱之间 主轴箱夹紧 主轴箱与摇臂导轨之间 立柱夹紧 外立柱和内立柱之间 等 通常主轴箱和立柱的夹紧 放松同时进行 摇臂的夹紧与放松则要与摇臂升降运动结合进行 Z3040摇臂钻床夹紧与放松机构液压原理如图3 8 图中液压泵采用双向定量泵 液压泵电动机M3 0 6KW 的正 反转时 驱动液压缸中活塞的左 右移动 实现夹紧装置的夹紧与放松运动 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 接触器KM4 KM5控制液压泵电机M3的正 反转 实现主轴箱和立柱 同时 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 接触器KM4 KM5控制M3的正转 实现主轴箱和立柱 同时 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 接触器KM4 KM5控制M3的正 反转 实现摇臂的夹紧与放松 第3章典型生产机械电气控制系统 3 4 2摇臂钻床的主电路 Z3040型摇臂钻床电气控制线路见图3 9 电源由低压断路器QF1引入 FU1用作系统的短路保护 主电动机M1由接触器KM2 KM3控制正反转 接触器KM4 KM5的主触点控制液压泵电动机M3正反转 FR2作过载保护 冷却泵电动机M4的工作由组合开关SA1控制 低压断路器QF2用做电动机M1 M2 M3主电路的过流和短路保护 第3章典型生产机械电气控制系统 3 4 3摇臂钻床的控制电路 1 主电动机M1的控制 按钮SB1 SB2与接触器KM1线圈及自锁触点构成电动机M1的起 停控制电路 热继电器FR1的常闭触点在电动机M1过载时切断接触器KM1线圈电流 KM1的主触点将电动机M1主电路的电源分断 主轴电动机工作时 KM1的常开辅助触点使信号灯HL3通电作运行指示 2 摇臂的升降控制 摇臂升降运动必须在摇臂完全放松的条件下进行 升降过程结束后应将摇臂夹紧固定 故摇臂升降运动的动作过程为 摇臂放松 摇臂升 降 摇臂夹紧 第3章典型生产机械电气控制系统 摇臂上升与下降控制的工作过程如下 3 4 3摇臂钻床的控制电路 按下升 降控制按钮SB3 SB4 断电延时时间继电器KT线圈通电 接触器KM4线圈通电 同时 电磁铁YA线圈通电 液压夹紧机构实现摇臂的放松 行程开关SQ3复位 摇臂夹紧时压下 松至压下行程开关SQ2 接触器KM4线圈断电 摇臂放松过程结束 接触器KM2 KM3线圈通电 摇臂上升或下降 至需要高度后 松开按钮SQ3 SQ4 KM2 KM3线圈断电 摇臂升 降运动停止 时间继电器KT线圈断电延时 延时时间到 其常闭延时闭合触点闭合 接触器KM5线圈通电 电磁铁YA线圈仍通电 摇臂做夹紧运动 KT常开延时断开触点断开 行程开关SQ3投入工作 摇臂夹紧后 压下行程开关SQ3 接触器KM5线圈和电磁铁YA线圈断电 摇臂升 降运动结束 第3章典型生产机械电气控制系统 3 4 3摇臂钻床的控制电路 3 主轴箱和立柱的夹紧与放松 根据液压回路原理 电磁换向阀YV的电磁铁YA线圈不通电时 液压泵电动机M3的正 反转 使主轴箱和立柱同时放松或加紧 具体操作过程如下 按动按钮SB5 接触器KM4线圈通电 液压泵电机M3正转 YA不通电 主轴箱和立柱的夹紧装置放松 完全放松后位置开关SQ4不受压 指示灯HL1作主轴箱和立柱的放程结束 HL1放松指示状态下 可手动操作外立柱带动摇臂沿内立柱的回转动作 以及主轴箱沿摇臂长度方向水平移动 按动按钮SB6 接触器KM5线圈通电 主轴箱和立柱的夹紧装置夹紧 夹紧后压下位置开关SQ4 指示灯HL2作夹紧指示 松开按钮SB6 接触器KM5线圈断电 主轴箱和立柱的夹紧状态保持 在HL2的夹紧指示状态下 可以进行孔加工 此时不能手动移位 第3章典型生产机械电气控制系统 3 5T68卧式镗床电气控制系统 镗床是机加工中使用比较普遍的机床设备 分为卧式镗床和坐式镗床两种 主要用于加工精确的孔和各孔间相互位置要求较高的零件 本节以T68卧式镗床为例讨论镗床电气控制原理 图3 10T68卧式镗床机外形结构简图 1 镗头架2 前立柱3 平旋盘4 镗轴5 工作台6 后立柱7 尾架8 刀具溜板 第3章典型生产机械电气控制系统 3 5 1主要结构 运动形式及控制要求 T68卧式镗床主要由床身 前立柱 镗头架 用来安装镗杆和花盘 工作台 后立柱和尾架等部分组成 如图3 10所示 机加工时 工件固定在工作台上 在镗杆或花盘上固定的刀具旋转的同时 刀具或工作台进给做切削加工 镗床的主运动为镗杆和花盘的旋转运动 进给运动为工作台前后 左右及主轴箱和尾架的上下运动 镗杆的进出和花盘上刀具溜板作垂直于主轴轴线方向的径向进退运动 除花盘溜板仅能作工步自动进给以外 其余八个方向除自动和手动 工步 进给外 还可以进行快速移动 其他辅助运动还有工作台的回转 后立柱的水平移动等 第3章典型生产机械电气控制系统 1 双速主电机 机床的主运动和进给运动用同一台双速电机 5 5 7 5KW 1440 2980rqw 来拖动 机械齿轮变速和电机变极调速相结合 既可获及较宽广的调速范围 又简化了机械传动机构 电气控制线路的特点及要求 2 机加工时 主轴刀具做旋转运动 镗杆带动刀具作主轴进给运动或工作台带工件作进给运动只允许选择其一 要求主轴进给和工作台进给互锁 以避免机床和刀具的损坏 3 为保证变速后齿轮的良好啮合 主轴变速和进给变速时主电机缓慢转动 4 各进给部分的快速移动 采用快速移动电机M2 2 2KW 拖动 T68卧式镗床电气控制电路如图3 11所示 下面分别从主电路和控制电路分析工作原理 第3章典型生产机械电气控制系统 3 5 2主电路分析 接触器KM1和KM2的主触点控制主电机M1的正反转 接触器KM3的主触点在低速时将定子绕组接成三角形 接触器KM4 KM5的主触点在高速时将定子绕组接成双星形 在三角形和双星形接法的电动工作状态 主轴断电制动型电磁铁YB线圈通电 松开抱闸 电动机运转 停转时 电动机M1断电 电磁铁YB线圈断电 电动机作抱闸制动 迅速停车 主电路的热继电器FR1用作电动机M1的过载保护 接触器KM6和KM7的主触点控制快速移动电机M2的正 反转 由于快移电机M2点动操作 短时运行 电路不设过载保护 第3章典型生产机械电气控制系统 3 5 3控制电路分析 1 主电机起动控制 主电机控制电路见图3 12所示 主电机的起动方法有正 反向的高 低速起动和正 反向点动控制 高速起动时 为减小起动电流 先低速起动 然后切换到高速起动和运行 电路中 控制按钮SB3 SB2为高低速正 反向起动按钮 SB4 SB5为正 反向点动控制按钮 下面以正向起动和点动为例分别讨论电路低 高速及点动起动的控制原理 图3 12主电机控制电路 第3章典型生产机械电气控制系统 3 5 3控制电路分析 正向高速起动 变速手柄在高速位置 压下位置开关SQ1 按动起动按钮SB2 接触器KM1线圈通电自锁 通电延时型时间继电器KT线圈通电 接触器KM3线圈通电 断电制动电磁铁YB线圈通电 电动机M1松闸作低速起动 时间继电器KT线圈通电的同时开始延时 延时间到后 接触器KM3线圈断电 接触器KM4和KM5线圈通电 电磁铁YB维持通电 电动机M1高速起动 运行 正向点动 按下正向点动按钮SB3 接触器KM1线圈通电 无自锁 位置开关SQ1为原态 接触器KM3线圈通电 制动电磁铁YB线圈通电 电动机M1松闸作低速点动 松开按钮SB3 接触器KM1 KM3 YB线圈失电 主电机M1抱闸制动 停止工作 主轴电动机反向高低速起动和点动的控制按钮分别为SB5和SB4 控制过程的分析方法与正向类似 第3章典型生产机械电气控制系统 2 主电机的停车制动 3 5 3控制电路分析 主电机转动过程中 按动停止按钮SB1 接触器KM1或KM2线圈断电 KM3或KM4和KM5线圈断电 电磁铁YB线圈断电 主电机M1抱闸制动 迅速停车 3 主轴 刀具 进给和工作台 工件 进给的互锁 主轴进给手柄搬到进给位置压下限位开关SQ3 工作台进给手柄搬到进给位置时压下限位开关SQ4 若两个手柄均搬在进给位置 SQ3 SQ4的常闭触点都断开 切断控制电路 故不会出现主轴和工作台同时进给情况 实现两者间的互锁要求 第3章典型生产机械电气控制系统 4 主轴或进给变速控制 3 5 3控制电路分析 镗床主轴或进给变速时 主电机可获得自动低速正向起动 以利于齿轮啮合 该机床的主轴和进给变速是在主电动机运转中进行的 拉出主轴变速孔盘或进给变速手柄 限位开关SQ2受压断开 接触器KM3或KM4 KM5线圈断电 时间继电器KT断电 电磁铁YB线圈断电 主电机M1抱闸制动 停转 选择好主轴转速后 推回变速孔盘 则SQ2复位闭合 接触器KM3线圈通电 主电机M1自动低速起动 若齿轮未啮合好 变速孔盘推不上 只要拉出主轴变速孔盘或进给变速手柄 位置开关SQ2受压断开 主电机M1停转 来回推拉 可以使电动机M1产生变速冲动 直至变速孔盘或手柄推回原位 齿轮正确啮合为止 第3章典型生产机械电气控制系统 5 快速移动控制 3 5 3控制电路分析 快速电机M2拖动镗床各部件的快速移动 快速手柄扳到正向或反向快速位置时 压动限位开关SQ5或SQ6 接触器KM6或KM7线圈通电 电动机M2正向或反向转动 运动部件形成所选方向的快速移动 第3章典型生产机械电气控制系统 3 6组合机床电气控制系统 组合机床是针对特定工件 进行特定工序加工的高效自动化机加工设备 一般采用多轴 多刀具 多面 多工位同时加工 适用于产品的大批量生产 可以完成车 铣 钻 扩 镗等切削和精加的工多道工序机加工 组合机床由通用部件和少量专用部件组成 常用的通用部件有动力部件 动力头和动力滑台 支撑部件 滑座 床身 立柱等 输送部件 回轮台 机械手传送自动线 出料装置 等 动力头和动力滑台是组合机床最基本的组成部件 用以完成组合机床的切削运动和进给运动 能同时完成组合机床的切削运动和进给运动的动力部件称为动力头 只能完成进给运动的动力部件称为动力滑台 第3章典型生产机械电气控制系统 3 6组合机床电气控制系统 动力滑台组成的组合机床比较灵活 可在滑台上安装单轴或多轴及各种形式的切削头 用以完成钻 扩 铰 镗 铣等各种加工工序 动力滑台广泛被用来配置卧式和立式组合机床 常用的动力滑台又分为机械动力滑台和液压动力滑台两种类型 动力部件是电气控制的主要对象 控制系统多用机械 液压 气动和电气相结合的控制方式 下面就机械动力滑台和组合机床的应用讨论组合机床的电气控制原理 第3章典型生产机械电气控制系统 3 6 1机械动力滑台控制线路 机械动力滑台采用电力驱动 由滑台 滑座及电机传动装置三部分组成 机械动力滑台结构示意如图3 13所示 机械动力滑台用两台电机分别实现动力滑台的快进与工进 可以实现多种自动工作循环控制 滑台的自动循环由机械传动及电气控制完成 在一次循环中 要实现速度差别很大的快进和工进 两者之比通常可达300 1 快进 快退由快进电机实现 工进由工进电动机实现 快进电机和工进电机同时工作时 工作台的运行速度为快进速度加上一个工进速度 设机械动力滑台一次工步进给的循环要求如图3 14所示 实现快进 工进 反向工进 快退工作循环要求的控制电路如图3 15所示 第3章典型生产机械电气控制系统 图3 13机械动力滑台结构示意图 图3 14循环要求示意图 3 6 1机械动力滑台控制线路 第3章典型生产机械电气控制系统 3 6 1机械动力滑台控制线路 图3 15机械动力滑台控制电路 第3章典型生产机械电气控制系统 3 6 3控制电路原理分析 1 顺序控制 主轴电动机旋转与滑台进给运动的动作要求是先主轴启动 后滑台进给 本电路用主轴电动机控制接触器KM4的辅助触点实现顺序控制 主轴电动转动时 KM4常开触点闭合 滑台控制电路的KM1 KM2 KM3 YB线圈才可能通电工作 1 2 一次进给的自动循环控制 按动起动按钮SB1 接触器KM1线圈通电吸合并自锁 接触器KM3线圈通电吸合 电磁铁YB线圈通电 快进电机M2制动松开 工进和快进电动机M1 M2同时正向起动 滑台向前快进 快进到长挡块压下行程开关SQ2时 KM3线圈断电 YB线圈断电 快进电机M2制动 滑台向前工进 工进到压下行程开关SQ3时 KM1线圈断电 KM2线圈通电吸合并自锁 工进电机M1反转 滑台反向工进 直到长挡块松开行程开关SQ2 接触器KM3线圈通电 电磁铁YB线圈通电 快进电机M2制动松开 反向转动 机械滑台快退 压下终点位置开关SQ1时 接触器KM2 KM3线圈断电 电动机M1 M2停转 YB断电M2快速制动 滑台停在原位 第3章典型生产机械电气控制系统 行程开关SQ4用于向前极限位置的限位保护 当行程开关SQ3失效时 压下SQ4 接触器KM1线圈断电 KM2线圈通电自锁 从而使滑台反向退回 控制按钮SB2是停止向前并反向后退的按钮 接触器KM1 KM2的辅助常闭触点用于工进电机M1正 反转互锁控制 3 6 3控制电路原理分析 第3章典型生产机械电气控制系统 3 6 4组合机床控制 卧式双面扩孔组合机床有两个带有主轴旋转运动的HY型液压滑台和液压操纵固定式夹具 可完成半自动工作循环和调整工作 图3 16为其结构简图 组合机床由动力滑台提供进给运动 电动机拖动主轴箱的刀具旋转进行切削加工的主运动 两液压动力滑台对面布置 刀具电动机固定在滑台上 中间底座上装有工件定位夹紧装置 图3 16卧式双面扩孔组合机床示意图 1 侧底座2 刀具电动机3 工件及定位夹紧装置4 主轴箱及钻头5 动力滑台 第3章典型生产机械电气控制系统 工作循环工步图和液压系统状态表如图3 17所示 工作时 工件装入夹具 定位夹紧装置 按动起动按钮开始工件的定位和夹紧 然后两面的动力滑台同时快速进给 刀具接近工件压下液压行程阀后 改为工步进给及加工 加工结束 快速退回到原位 液压装置通过三个液压缸分别驱动左 右动力滑台进给和工件的夹紧放松 液压缸的运动由相应电磁换向阀的电磁铁控制 这里省略了液压系统原理图 电气控制系统需要按照各循环工步下液压系统状态表的要求实施控制 液压回路原理图未画出 3 6 4组合机床控制 第3章典型生产机械电气控制系统 图3 17循环工步图和液压系统状态表 3 6 4组合机床控制 第3章典型生产机械电气控制系统 图3 18为卧式双面扩孔组合机床的电气控制线路图 控制线路中 旋钮SA1 3为三台电机的单独调整旋钮开关 用来选择左 右主轴电机和液压电机的调整工作 三台电动机既可以同时起动 又可以单独调整 例如单独调整液压系统时 不需要左 右主轴电机工作 转动旋钮SA1 SA2 其常闭点分开 常开点闭合 按动起动按钮SB2 只有接触器KM3线圈通电自锁 液压泵电机M3动作 从而达到单独调整的目的 系统上电后 旋钮SA1 3在原位 三台电机同时工作 按起动按钮SB2 接触器KM1 KM2 KM3线圈通电吸合并且自锁 左 右主轴电机和液压泵电机M1 M2 M3起动工作 3 6 4组合机床控制 第3章典型生产机械电气控制系统 卧式双面扩孔组合机床的自动循环过程分析如下 装上工件后 按夹紧按钮SB5 夹紧电磁换向阀的电磁铁YA5通电 工件夹紧 夹紧后压力继电器SP常开触点闭合 松开按钮SB5时 电磁换向阀的电磁铁YA5线圈断电 工件仍保持在夹紧状态下 在工件夹紧状态下 按动向前按钮SB3 中间继电器KA5线圈通电吸合 KA1 KA3线圈分别通电吸合并自锁 电磁换向阀的电磁铁YA1和YA3通电 左 右动力滑台同时向前快进 分别压下液压行程阀门后转为工进 进行加工 加工到终点 固定在滑台上的挡铁分别压下终点限位开关SQ3 SQ4 使中间继电器KA1 KA3及电磁换向阀的电磁铁YA1 YA3线圈断电 工进过程结束 同时 中间继电器KA2 KA4线圈分别通电吸合并自锁 电磁换向阀的电磁铁YA2 YA4线圈通电 左 右滑台快速后退 退到各自原位后 原位挡铁分别压下行程开关SQ1 SQ2 使中间继电器KA2 KA4线圈断电 电磁换向阀的电磁铁YA2 YA4线圈断电 左右滑台分别停在原位