第三章 典型生产机械电气控制

３.１.２ Ｃ６５０车床主电路分析
• Ｃ６５０车床的电气控制电路如图３.１.１所示，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 于检测主轴电动机Ｍ１起动结束后的工作电流，起动过程中ＫＴ 动断延时触点闭合，电流表ＰＡ被旁路，起动结束，ＫＴ动断延 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的工作，由于快速移动为短时操作，故电 动机Ｍ３不设过载保护。
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。
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，ＫＭ ５线圈断电，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，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。
３.２.２ 摇臂钻床的主电路
• Ｚ３０４０型摇臂钻床电气控制线路如图３. ２.３所示。电源由隔离开关ＱＳ引入，（Ｆ Ｕ１用作系统的短路保护，）主轴电动机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Ｍ ３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，熔断器Ｆ Ｕ１用做电动机Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３主电路的过 流和短路保护。
• 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（３ｋ Ｗ）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。
３.２.１ 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１２ ００ｍｍ。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３．２．１所示。摇 臂钻床的内立柱固定在底座上，外立柱可绕内立柱回转３ ６０°（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。
• 反转时的反接制动与正转反接制动相类似，在反转过 程中，速度继电器ＫＳ（ｎ＜０）动合触点闭合，按 下停车按钮ＳＢ１，反转时通电电器的线圈断电、触 点复位，松开停止按钮ＳＢ１后，控制电流经ＫＡ、 ＫＭ２的动断触点和ＫＳ（ｎ＜０）的动合触点使Ｋ Ｍ１线圈通电，主轴电动机Ｍ１进行反转的反接制动， ｎ＝０时，ＫＳ（ｎ＜０）的动合触点断开，ＫＭ１ 线圈断电，主轴电动机Ｍ１主电路断电，制动过程结 束。 • 熔断器ＦＵ１和热继电器ＦＲ１分别实现电动机Ｍ１ 的短路和过载保护。
＊３.２ 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Ｚ３０ ４０型摇臂钻床为例，介绍摇臂钻床电气控制 系统的工作原理。
３．１ Ｃ６５０卧式车床电气控制电路 • 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。 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。车床结构简 图略。
• 正向点动控制：按下点动按钮ＳＢ２（手不松开）时，接触器Ｋ Ｍ１线圈通电（无自锁回路），主电路电源经ＫＭ１的主触点和 电阻Ｒ送入主轴电动机Ｍ１，主轴电动机Ｍ１正向点动。松开按 钮ＳＢ２后，接触器ＫＭ１线圈断电，主轴电动机Ｍ１点动停止。 • 反接制动：电动机Ｍ１的控制电路能实现正、反转状态下的反接 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 转动合触点（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 线圈均断电，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的动断触点和ＫＳ（ｎ＞０） 的动合触点使接触器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）的动合触点断开，ＫＭ２线圈断电，电动机Ｍ１ 主电路断电，反接制动过程结束。
３.１.１ Ｃ６５０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 为了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 的三相交流异步电动机 驱动冷却泵运转，冷却泵电动机要求采用起停控制。
３．移位运动部件的夹紧与放松
• 摇臂钻床的三种对刀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）。 通常主轴箱和立柱的夹紧与放松同时进行。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３．２．２所示，图中液压泵采用双向定量泵。 液压泵电动机Ｍ３（０．６ｋＷ）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、ＫＭ ５控制液压泵电动机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控制液压泵电动机Ｍ３的正、反 转，实现摇臂的夹紧与放松。
第三章 典型生产机械电气控制
主讲 钱宏设备有普通机床、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。本章以常见的机床及起重机械设备为例，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－接触器控制系统的一般性原理设计奠定基础。 下面首先讨论电气控制线路的分析基础和方法。 电气控制线路的分析基础：电气控制线路的功能以满足机械设备控 制要求为目的。故详细了解设备的基本结构、工作原理、运动部件 的动作要求，以及操作手柄、开关、按钮及位置（行程）开关的状 态和控制作用是控制线路的分析基础。
３.１.３ 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。 控制电路由主轴电动机、刀架拖板快速移动电动 机和冷却泵电动机等三部分电路组成。
１．主轴电动机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，主轴电动机能够实现正反转、 正向点动、反接制动等电气控制，控制电路如图３．１．２所示。 下面具体叙述各种控制原理。 • 正、反转控制：按动正向起动按钮ＳＢ３时，两个动合触点同时 闭合，ＳＢ３右侧动合触点使接触器ＫＭ３通电、时间继电器Ｋ Ｔ线圈通电延时，中间继电器ＫＡ线圈通电自锁，ＳＢ３左侧动 合触点使接触器ＫＭ１线圈通电并通过ＫＡ的两个动合触点自锁， 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，主轴电动机Ｍ１进入正转工作状态，主电 路ＫＴ动断延时断开触点断开，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。