机床控制与PLC第3章电气控制线路分析.docx

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机床控制与PLC第3章电气控制线路分析

教案首页

课程名称机床电气控制技术任课教师：

韩红彪

第三章机床电气控制线路的分析计划学时：

6

教学目的和要求：

通过对车床、摇臂钻床、万能铣床、卧式镗床、组合机床等设备电气控制系统的分析，为设备安装、调试、维修打下一定基础，提高学生分析分析电气控制线路的工作原理的能力和进行控制线路综合设计的能力。

要求学生熟练掌握C650车床的控制线路、X62型万能铣床的电气控制和T68卧式镗床的电气控制线路，学会分析电气设备中各种电动机起动、制动过程和各种辅助电路的工作原理，掌握常用电气设备中电气原理图的原理和结构。

重点：

C650车床的控制线路、X62型万能铣床的电气控制和T68卧式镗床的电气控制线路

难点：

X62型万能铣床的电气控制和T68卧式镗床的电气控制线路

思考题：

各机床的电气控制线路中都采用了那些保护措施？

如果将C650车床电气原理图中的KS1和KS2触电位置对调，还有没有反接制动作用？

参考书：

电气控制与可编程控制器，陈立定，华南理工大学出版社

电气控制与可编程序控制器应用技术，郁汉琪，东南大学出版社

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课程名称机床电控与PLC任课教师：

韩红彪

第三章第一节电气控制线路的分析机床

第二节卧式车床的电气控制线路计划学时：

2

教学目的和要求：

了解电气控制电路的分析的内容和电路图阅读分析的方法与步骤,根据车床的工作原理、机械传动和加工特点、运动形式和特点及对拖动的要求等，分析了CW6163型卧式车床和C650卧式车床电气工作原理，使学生掌握这两种车床的电气控制线路工作原理及分析的方法。

要求学生掌握分析车床电气控制线路的方法和C650车床的主电机正反转和制动控制的工作原理。

重点：

C650车床的电气控制线路的工作原理分析和主电机正反转和制动控制的工作原理。

难点：

C650车床的主电机正反转和制动控制的工作原理。

思考题：

如何在控制电路中增加主电动机的点动、多点、条件控制环节？

车床电气控制线路中都有哪几种保护措施？

各有什么作用？

参考书：

电气控制与可编程控制器，陈立定，华南理工大学出版社

电气控制与可编程序控制器应用技术，郁汉琪，东南大学出版社

第一节电气控制线路的分析机床

一、电气控制电路的分析的内容

1.设备说明书

由机械、液压、电气部分组成。

1）要了解机床的主要技术性能及机械传动、液压和气动工作原理。

2）弄清各电动机的安装部位、作用、规格和型号。

3）初步掌握各种电器的安装部位、作用以及各操纵手柄、开关、控制按钮的功能和操纵方法。

4）注意了解与机床的机械、液压发生直接联系的各种电器的安装部位及作用。

如：

行程开关、撞块、压力继电器、电磁离合器、电磁铁等。

2．电气控制电路图

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。

也可分为主电路、控制电路、辅助电路、保护及联锁环节以及特殊控制电路等部分组成。

分析电气控制系统时，要结合说明书或有关的技术资料对整个电气线路划分成几个部分逐一进行分析。

例如：

各电动机的启动、停止、变速、控制、保护及相互间的连锁等。

通过选用电器元件的技术参数分析出控制电路的主要参数和技术指标等。

二、电路图阅读分析的方法与步骤

1．分析主电路。

2．分析控制电路。

化整为零、查线读图。

3．分析辅助电路。

4．分析联锁与保护环节。

5．分析特殊控制环节。

6．总体检查。

第二节卧式车床的电气控制线路

一、普通车床特点

车床的主运动是主轴通过卡盘或顶尖带动工件旋转，进给运动是溜板带动刀架直线移动。

根据被加工零件的材料的性质、车刀材料、几何形状、工件的直径、加工方式及冷却条件的不同，要求具有不同的切削速度，因而主轴就需要在相当大的范围内变速。

对于普通车床，其调速范围一般在70以上。

车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都是由同一台电动机拖动。

车削的特点之一是近似恒功率负载，因而一般中小型车床部是采用鼠笼式异步电动机拖动的，其作用是配合齿轮变速箱实行机械调速，以满足车削负载的要求；这种调速方式是恒功率调速。

少数几种车床也采用多速鼠笼式异步电动机拖动，但仅靠改变成极对数的电气调速还不能满足调速范围的要求，仍需采用变速箱，形成机电配合调速。

车床的辅助运动是指刀架的快进与快退、尾架的移动与工件的夹紧和松开。

其拖动—般采用小型异步电动机。

中、小型车床的电器控制线路的特点是，采用交流异步电动机拖动，且一般主轴运动和进给运动都由一台主轴电动机拖动，因而控制线路简单，操作方便。

其主轴电动机的启动和停止能实现自动控制。

启动方式按其容量而定。

当电动机容量在5kw左右时，均采用直接启动；而容量在10kw以上时，为避免对电网的冲击，采用降压启动。

对主轴电动机空载启动的机床，虽电动机容量较大，但也可采用直接启动，如上海机床厂制造的C650车床，其主轴电动机功率为20kw，却采用了直接启动方式。

主轴电动机的制动有电气制动和机械制动两种方式。

车床加工时需要对刀具进行冷却，所以，一船车床都有一台鼠笼式电动机拖动冷却泵，有的尚备一台润滑油泵电动机。

二、CW6163型卧式车床电气原理图、接线图

三、C650卧式车床电气控制电路

重点：

掌握正、反双向转动的反接制动控制电路结构和原理。

C650车床：

最大回转直径1020mm，最大的工件长度3000mm。

主轴电动机：

用于主轴正反向运动和刀具的工步进给运动，通过手柄操纵机械变速箱改变主轴和进给的转速。

要求：

①因转动惯量过大，主轴采用电气停车制动。

②快移电动机实现刀架拖板快速移动，以减少辅助工时。

电气控制要求：

主轴电动机（30KW）：

①正、反转②电气反接制动③正向点动。

快移电动机（2.2KW）：

点动控制。

冷却泵电动机（0.125KW）：

起停控制。

（提供冷却液）。

1.C650车床主电路分析

M1（主电动机）：

①KM3、KM4实现正反转；

②KT与电流表A用于检测运行电流；

③KM用于点动和反接制动时串入电阻R限流；电动机正常运行时R旁路。

④速度继电器BV用于反接制动时，转速的过零检测。

M2（冷却泵电机）：

KM1用于起停控制。

M3（快移电动机）：

KM2用于起停（点动）控制。

2.主电动机M1的控制：

①点动（正向）

按下SB6→KM3通（无自锁）→M1串R正转，电流表A不

投入。

松开SB2→KM1断，点动停止。

②正反转控制（SB3、SB4）。

按动SB1→KM_1通，K通→K_1、K_3通，K_2断→K和KM通自锁，KM3通电自锁，KT通电延时→KT_1断，A工作→M1正向起动。

③反接制动

当正转时，BV1闭环。

按动SB4→KM3、KT、KM4、KM、K线圈断电→松开SB4→K_2、BV1、KM3_2闭合，KM4线圈通电→M1串R反接制动→当转速接近0时→BV1断开，KM4线圈断电，M1停止反接制动。

反转时的反接制动请自行分析。

3.其他控制电路原理

M2（冷却泵）：

SB5、SB3及KM4构成起停控制电路：

M3（快移）：

刀架操纵手柄控制刀架拖板的工步移动和快速移动。

按动操作手柄点动按钮，压下位置开关ST→KM2线圈通电→电动机M3点动。

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课程名称机床电控与PLC任课教师：

韩红彪

第三章第三节X62W万能升降台铣床电气控制线路计划学时：

2

教学目的和要求：

根据万能铣床的机械传动和加工特点、运动形式和特点及对拖动的要求等，分析了万能铣床的电气控制线路的工作原理，使学生掌握这铣床的电气控制线路工作原理及分析的方法。

要求学生掌握分析铣床电气控制线路的方法和铣床的主电机控制和工作台进给运动联锁控制的工作原理。

重点：

铣床的主电机控制和工作台进给运动联锁控制的工作原理。

难点：

铣床的主电机控制和工作台进给运动联锁控制的工作原理。

思考题：

工作台进给运动的联锁控制是如何实现的？

铣床电气控制线路中都有哪几种保护措施？

各有什么作用？

参考书：

电气控制与可编程控制器，陈立定，华南理工大学出版社

电气控制与可编程序控制器应用技术，郁汉琪，东南大学出版社

第三节X62W万能升降台铣床电气控制线路

用途：

铣削平面、斜面和加工沟槽。

分类：

立铣、卧铣、龙门铣、仿形铣、专用铣床。

该铣床由三台异步电动机拖动，M1为主轴电动机（功率为7.5kW、1450r/min），通过组合开关SA5改变电源相序实现主轴正反两个旋转方向。

为了准确停车，主轴电动机采用电磁离合制动器。

M2为进给电动机，它通过操纵手柄和机械离合器相配合实现前、后、左、右、上、下六个方向的进给运动和进给方向的快速移动。

进给的快速移动是通过牵引电磁阀和机械的挂档来完成的。

为了扩大其加工能力，在工作台上可以加圆形工作台，圆形工作台的回转运动是由电动机M2经传动机构驱动的。

M3为冷却泵电动机，三台电动机都具有可靠的短路保护和过载保护。

根据加工工艺要求，该机床应具有如下电气联锁措施：

（1）为防止刀具和机床的损坏，要求只有主轴旋转后才允许有进给运动和进给方向的快速移动。

（2）为降低加工件表面粗糙度，只有进给停止后主轴才能停止或同时停止，该机床在电气上采用了主轴和进给同时停止的方式。

但是由于主轴运动的惯量很大，实际上就保证了进给运动先停止、主轴运动后停止的要求。

（3）六个方向的进给运动同时只有一种运动产生，该机床采用了机械操纵手柄和行程开关相配合的办法来实现六个方向进给运动的互锁。

（4）主轴运动和进给运动采用变速孔盘来进行速度选择，为保证变速齿轮进入良好啮合状态，两种运动都要求变速后作瞬时点动。

（5）当主电机或冷却泵电动机过载时，进给运动必须立即停止，以免损坏刀具和机床。

2.主电路

①KM1启动主电动机M1。

组合开关SA5控制M1的正反转和停止。

②Q2可接通和断开冷却泵电动机M2。

③KM2、KM3控制进给电动机M3正、反转。

其他还有短路、过载保护器件。

3.主电动机控制

（1）主轴换刀制动

在上、换刀时，应使主轴处于制动状态。

由转换开关SA2控制，在换刀时SA2_2通，YC1通电，主轴处于制动状态。

当上、换刀结束后，将SA2板到断开位置，这时SA2-2触点断开，SA2-1触点闭合，为主轴起动做好准备。

（2）主电动机的起动

按下SB1/SB2→KM1通电自锁→M1起动（方向由SA5控制），K1_2通，为工作台进给线路提供了电源；KM1_3断，取消制动。

（3）主电动机的制动

采用了电磁离合器的制动方式。

按下SB3/SB4→KM1断，M1停止，YC1通电，主轴制动停车。

（4）主轴变速时的瞬时点动

将变速手柄拉出，转动蘑菇形变速手轮，选好合适的转速，将变速手柄复位，在手柄复位的过程中，压动ST7→ST7_1通，ST7_2断，KM1瞬时接通，M1瞬时点动，以达到齿轮的良好啮合。

当手轮复位后ST7恢复到常态，断开了主轴瞬时点动线路。

在手柄复位时要迅速、连续，以免电动机的转速升的很高，在齿轮没有啮合好时可能使齿轮打牙。

当瞬时点动一次没有实现良好啮合时，可以重复进行瞬时点动动作。

4、工作台进给运动

（1）矩形工作台的直线运动：

运动方向（三维空间）：

纵向（左右）、横向（长后）、升降（上、下）。

操纵方法：

纵向操纵手柄，左、0、右（3工位）位置。

十字操纵手柄（两个机械联动），前、上、0、下、后（5工位）位置。

（2）圆形工作台的圆弧旋转运动：

矩形工作台的纵向操纵手柄和十字操纵手柄均在0位时，通过操作转换开关SA1控制圆形工作台的圆弧旋转运动。

矩形工作台的三维空间6个方向的直线运动和圆形工作台的圆弧运动要互锁。

每个时刻只允许有一个运动方向。

5.进给运动的控制

（1）工作台的左右（纵向）运动

SA1为圆形工作台转换开关，这时的SA1要处于断开位置，它的SA1-1、SA1-3接通，SA1-2断开。

纵向手柄搬向右侧，通过联动机构接通了纵向进给离合器，压下ST1→ST1_1通，KM2通，M2正转，带动工作台向右运动。

纵向手柄搬向左侧时，ST2被压下，ST1复位→KM2通，M2反转，带动工作台向左运动。

（2）工作台上、下（垂直）运动和前后（横向）运动

垂直和横向进给手柄搬向上或搬向下时，机械上接通了垂直进给离合器；当手柄向前或向后时，机械上接通了横向进给离合器；手柄在中间位置时，横向和垂直进给离合器均不接通。

手柄板到向下或向前位置，ST3被压下→ST3_1通，ST3_2断→KM2通，M2正转，带动工作台作向下或向前运动。

手柄板到向上或向后位置时ST4被压下→ST3复位，ST4接通→ST4_1通，ST4_2断→KM3通，M2反转带动工作台向上或向右运动。

（3）进给变速时的瞬时点动

进给变速必须在进给操纵手柄放在零位时进行。

将进给变速的蘑菇形手柄拉出，选好合适的进给速度，将手柄继续拉出，在拉出时ST6被压动→ST6_2断，ST6_1通→KM2通，M2瞬时正转。

手柄推回原位时ST6复位,M2停止。

一次瞬时点动齿轮仍未进入啮合状态，可以再重复进行一次，直到进入良好的啮合状态为止。

（4）进给方向的快速移动

六个方向的快速移动是通过相应的手柄和快速按钮配合实现的。

当在某一方向有进给运动后，按下SB5或SB6→KM4通，KM4_1断，YC2断，KM4_2通，YC3通→工作台在原方向上作快速移动，松开按钮快速移动停止。

（5）进给运动方向上的极限位置保护

该铣床的极限位置保护采用的是机械和电气相配合的方式。

由档块确定各进给方向上的极限位置。

当达到极限位置时，档块将操纵手柄自动推回到零位。

电气上就使在相应进给方向上的行程开关复位，切断了进给电动机的控制电路，进给运动停止，保证了工作台在规定的范围内运动。

6.圆形工作台的控制

圆形工作台可以手动也可以自动，当需要用电气方法自动控制时，SA1板到接通位置，SA1-1和SA1-3断开，SA1-2接通。

按下SB1或SB2→M1起动→KM2得电，M2起动，带动圆形工作台做旋转运动。

圆形工作台的运动必须和六个方向的进给运动有可靠的互锁，否则会造成刀具或机床的损坏。

从电气上保证了只有纵向、横向及垂直手柄放在零位时才可以进行圆形工作台的旋转运动。

如果某一手柄不在零位，行程开关ST1-ST4就有一个被压下，它所对应的动断触点就要断开，KM2无法得电。

所以在圆工作台工作时，如果板动了任何一个进给手柄，KM2线圈将断电，M2电动机自动停止。

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课程名称机床电控与PLC任课教师：

韩红彪

第三章第四节T68卧式镗床的电气控制线路计划学时：

2

教学目的和要求：

根据镗床的运动形式、拖动要求、机械结构等，分析了T68卧式镗床的电气工作原理，使学生掌握T68卧式镗床的电气控制线路工作原理及分析的方法。

要求学生掌握分析镗床电气控制线路的方法和镗床的主电机起动、制动、瞬时点动控制等。

重点：

镗床的主电机起动、制动、瞬时点动控制等。

难点：

镗床的主电机起动、制动、瞬时点动控制等

思考题：

如何在控制电路中增加主电动机的点动、多点、条件控制环节。

镗床电气控制线路中都有哪几种保护措施？

各有什么作用？

参考书：

电气控制与可编程控制器，陈立定，华南理工大学出版社

电气控制与可编程序控制器应用技术，郁汉琪，东南大学出版社

第四节T68卧式镗床的电气控制线路

1、构成：

床身，前立柱，镗头架，工作台，后立柱，尾架。

2、运动形式

主运动：

镗杆和花盘的旋转运动。

进给运动：

*镗杆（主轴）的进给运动，运动速度（工、快进）。

*花盘刀具溜板径向运动（工进）。

*工作台水平位移（前后、左右），移动速度（工进，快进）。

*其他：

镗头架和尾架的上下移动（工，快进）。

互锁要求：

主轴（镗杆）进给运动和工作台水平移动的互锁（两者只能取一）。

1.电气控制线路的特点

（1）主电动机为双速电动机，机床的主运动和进给运动都用这台电动机（5.5/7.5kW，1440/2900r/min）来拖动。

低速时将定子绕组接成三角形，高速时将定子绕组接成双星形。

高低速的转换由主轴孔盘变速机构内的行程开关ST控制。

ST常态时接通低速，被压下时接通高速。

（2）主电动机可实现正转、反转及正反转时的反接制动、点动控制，为限制电动机的起动和制动电流，在点动或制动时，定子绕组串入了限流电阻。

（3）主电动机在低速时可以直接起动，在高速时控制电路要保证先接通低速经延时再接通高速，以减小起动电流。

（4）为保证变速后齿轮进入良好的啮合状态，在主轴变速和进给变速时，主电动机要缓慢的转动。

本机床主轴变速时电动机的缓慢转动是通过行程开关ST1和ST2，进给变速是通过行程开关ST3和ST4及速度继电器BV共同完成的。

2.主电路

主电动机M1（双速电动机）：

KM1、KM2用于正、反转控制。

KM6用于低速△形连接

KM7、KM8用于高速YY连接

KM3用于点动或制动限流控制。

快速移动电动机M2：

KM4、KM5作正，反转控制。

3.主电动机启动控制

M1的点动由SB3和SB4控制。

按下SB3→KM1通，KM1_1通→KM6通，M1低速正转→松开SB3→M1断电停止。

M1正反转控制由SB1和SB2操纵。

M1低速运转时，ST断，ST3-1和ST1-1为闭合状态。

按下SB1→K1通电自锁，KM3通→限流电阻R短路→KM1通→KM6通，M1直接起动低速运行。

M1高速旋转时，ST通，按下SB1→K1通电自锁，KT和KM3通→限流电阻R短路→KM1通→KM6通，M1低速起动→KT延时到后→KT_1断，KM6断电，KT_2通，KM7和KM8通。

M1双星形高速旋转。

反向旋转的起动过程与正向起动相同。

4.主电动机制动控制

M1低速正转，即K1、KM1、KM3、KM6通，BV1闭合。

按下SB5→SB5_1使K1、KM3、KM1断电，M1断电。

同时SB5_2闭合→KM2通电自锁（KM2_1通）→KM6通，KM3断，使三相电源经过KM2的主触点、限流电阻R和KM6主触点反接给电动机，电动机进行反接制动。

当电动机的转速降低到速度继电器的复位转速时，BV1断开→KM2断→KM2_1断→KM6断，M1断电，电动机制动结束。

反向旋转的制动过程与正向旋转相似，此时参与控制的电器是速度继电器的反转动合触点BV3、接触器KM1和KM6。

5.主轴或进给变速时主电动机的瞬时点动控制

该机床的主轴或进给变速可以在停车和机床运行中进行。

主轴变速孔盘拉出→ST1_1断→KM3断电，主回路中接入R→KM1断，M1断电。

旋转孔盘到合适的转速，将孔盘推入，如果滑移齿轮的齿和固定齿轮的齿发生顶撞，则孔盘不能退回原位，ST1、ST2没受压，ST1_2和ST2、BV2闭合→KM1、KM6通电→M1经限流电阻R低速正转→M1转动后，BV2断开，BV1闭合→KM1断，KM2通，M1反接制动。

当M1的转速制动到复位转速后，BV1断，BV2闭合，又接通了瞬时点动线路，重复上述过程。

孔盘推回原位后，ST1和ST2被按下→ST1_2、ST2断开，切断瞬时点动线路。

ST1_1闭合→KM3通，KM1得电，M1在新的转速下转动。

进给变速时瞬时点动的控制原理与主轴变速时完全相同，不过用的是行程开关ST3和ST4。

6.主轴箱、工作台或主轴的快速移动

机床各部件的快速移动由快速手柄操纵配合M2拖动来完成。

快速手柄板到正向快速位置时，ST7被压动，KM4得电动作，M2正转。

快速手柄板到反向快速位置，ST6被压动，KM5通电动作，M2反转。

7.主轴进刀和工作台互锁

为防止机床或刀具的损坏，主轴箱和工作台的进给运动在电路上必须相互连锁，即不能同时接通。

它是通过行程开关ST5和ST6来实现的，当同时有两种进给时，ST5和ST6都被压下，切断了控制回路电源，避免了机床或刀具的损坏。

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韩红彪

第三章第五节组合机床电气控制线路（自学）计划学时：

2

教学目的和要求：

根据组合机床的运动形式、拖动要求、机械结构等，分析组合机床的电气工作原理，使学生掌握组合机床的电气控制线路工作原理及分析的方法。

要求学生掌握分析组合机床电气控制线路的方法和组合机床的回转工作台的工作原理等。

重点：

组合机床的回转工作台的工作原理

难点：

组合机床的回转工作台的工作原理

思考题：

如何在控制电路中增加主电动机的点动、多点、条件控制环节。

组合机床电气控制线路中都有哪几种保护措施？

各有什么作用？

参考书：

电气控制与可编程控制器，陈立定，华南理工大学出版社

电气控制与可编程序控制器应用技术，郁汉琪，东南大学出版社

第五节组合机床电气控制线路

组合机床是对某特定工作进行特定加工的一种高效率的自动化专用加工设备。

这类机床大都具有自动工作循环，并能同时用十几把、几十把刀具进行加工。

组合机床都由通用部件和一些专用部件组成，它的控制系统大多采用机械、液压、电气相结合的控制方式。

组合机床是由通用部件组成，所以它的基本线路，可根据通用部件的控制线路综合组成。

1.DU型组合机床工作原理

这台机床是由液压动力头和液压回转工作台组成，是用来加工某轮毂工件上12个孔用的。

立式动力头上装有36把刀具，共有四个工位。

第一、二、三工位分别是钻孔、扩孔和铰孔的工序，第四工位装卸工件用。

某工位布置如图2－10所示。

本机床的自动工作循环为：

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→延时停留→动力头快退。

2.主电路

M1和M2起停：

SB2、SB1控制起停，SA3、SA4是M1、M2电机的选择开关。

M2起停：

SB3为手动起动按钮，S是自动和手动选择开关、K2是动力头工进继电器，可自动起动M3，SA5是M3的选择开关。

3.液压系统原理图

液压回转工作台是靠控制液压系统的油路来实现工作台转位动作的。

液压系统的动作循环是靠电气控制进行的。

回转工作台的转位动作如下：

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。

4.液压回转工作台回转控制

⑴自锁销脱开及回转台抬起（动力头在原位时，限位开关ST1被压动，回转台才能转位；3G在原位，ST9被压下）按SB4→YA5通→夹紧液压缸1G的活塞上移抬起回转台。

同时自锁液压缸2G的活塞下移使自锁销脱开。

⑵回转台回转及缓冲

回转台抬起，压动ST5→YA7通，压力油到3G的左腔，活塞右移，经活塞中部的齿条带动齿轮，使回转台回转。

当转到接近定位点时，转台定位块1将滑块2压下→压动ST6,ST6_2切断K5，ST6_1闭合，K4得电自锁→K4_2通使YA9通，使3G的回油只能经L流回油箱。

所以回转台变为低速回转。

⑶回转台反靠

回转台继续回转使定位块1离开滑块2→ST6复位，ST6_2通→K5通，K5_1断→YA7断电；同时K5_2通→YA8通电→压力油经YV3和L送至3G的右腔，使回转台低速（因YA9已通电）反靠。

这时定位块的右端面将通过滑块靠紧在挡铁的左端面上，达到准确定位。

⑷回转台夹紧

反向靠紧后压动ST7→K6通→YA6通电（YA5已断），1G将回转台向下压紧。

同时2G接至回油路，自锁销4被弹簧顶起，使定位块1锁紧。