電氣控制與可編程控制器技術(shù)(史國生產(chǎn)第三版)第三章電氣控制系統(tǒng)分析

第三章電氣控制系統(tǒng)分析主要內(nèi)容3.1CA6140車床電氣控制線路分析3.2X62臥式萬能銑床電氣控制線路分析3.3C650臥式車床電氣控制線路分析（選講）3.1CA6140車床電氣控制線路分析

一、普通車床的主要工作情況普通車床是一種應(yīng)用極為廣泛的金屬切削機床，主要用于加工各種回轉(zhuǎn)表面、螺紋和端面等，并可通過尾架進行鉆孔、鉸孔等切削加工。 車床的切削加工包括：主運動為工件的旋轉(zhuǎn)運動。進給運動為刀具的直線運動。輔助運動為刀架的快速移動及工件的夾緊、放松等。鉆孔車螺紋車削表面圖3-1CA6140車床外形圖夾緊裝置及切削冷卻液切削照明二、普通車床對電機拖動的特點與要求

根據(jù)切削加工工藝的要求，對電氣控制提出下列要求：

（1）為保證主運動與進給運動的嚴格比例關(guān)系，進給機構(gòu)消耗的功率很小，主軸旋轉(zhuǎn)和進給運動采用一臺電動機拖動，從經(jīng)濟性和可靠性出發(fā)，采用三相籠型電動機。（2）車床切削加工時，刀具和工件都會產(chǎn)生高溫，應(yīng)設(shè)一臺冷卻泵電動機，提供切削液。（3）車床刀架進給運動采用點動控制。（4）中小型車床的主軸電機采用直接起動，制動一般采取機械或電氣反接制動，實現(xiàn)快速停車。（5）為滿足調(diào)速要求，采用機械變速，主軸電機與主軸之間采用齒輪箱連接。主軸切削螺紋時要求正反轉(zhuǎn)，主軸正反轉(zhuǎn)采用摩擦離合器來實現(xiàn)。（6）電路應(yīng)有必要的保護環(huán)節(jié)、照明電路和信號指示電路。三、CA6140車床的電氣控制分析控制系統(tǒng)有三臺電動機：M1為主軸電動機，M2為冷卻泵電機，M3為刀架快速移動電機。有三個旋動開關(guān)：SA1是指示燈旋動開關(guān)，SA2是冷卻泵旋動開關(guān)，SA3是車床電源鑰匙旋動開關(guān)。兩個行程開關(guān)：SQ1是傳動帶箱罩檢測開關(guān)，當傳動帶箱罩未關(guān)好則SQ1斷開；SQ2是電氣箱蓋漏電開關(guān)，當電氣箱蓋打開則SQ2閉合。CA6140型臥式車床的電氣控制原理圖如圖3-1所示。電氣元件明細表如表3-1所示。表3-1CA6140車床電氣元件符號與功能說明符號名稱及用途符號名稱及用途M1主電動機SB1主電動機起動按鈕M2冷卻泵電動機SB2停止按鈕M3快速移動電動機SB3快移電機點動按鈕KM1主電動機起動接觸器SQ1傳動帶罩檢測開關(guān)KM2冷卻泵電動機起動接觸器SQ2電氣箱蓋漏電開關(guān)KM3快移電動機起動接觸器SA1指示燈旋動開關(guān)FU1～6熔斷器SA2冷卻泵旋動開關(guān)TC控制變壓器R限流電阻FR1冷卻泵電機過載保護熱繼電器EL照明燈FR2快移電機過載保護熱繼電器HL信號燈QF斷路器圖3-1CA6140型臥式車床的電氣控制原理圖傳動箱罩檢測開關(guān)電氣箱罩檢測開關(guān)

1．主軸電機的控制

當SQ2漏電開關(guān)閉合合上斷路器QF漏電電阻R通電，QF就自動跳閘進行短路保護。

起動：當SQ2斷開鑰匙旋動開關(guān)SA3斷開合上斷路器QF經(jīng)過變壓器TC變成110V控制電路電壓當傳動帶箱罩關(guān)好,SQ1閉合按下起動開關(guān)SB1KM1線圈得電KM1主觸點閉合，電機M1起動，KM1輔助觸點閉合自鎖，主軸電機正常運轉(zhuǎn)。

停車：按下停車按鈕SB2KM1線圈失電電機M1停轉(zhuǎn)。

2．冷卻泵電機的控制

起動：合上旋動開關(guān)SA2當主軸電機起動后,KM1輔助常開觸點閉合KM2線圈得電KM2主觸點閉合,M2電機起動；KM2輔助觸點閉合對KM1觸點自鎖。

停車：斷開旋動開關(guān)SA2KM2線圈失電冷卻泵電機停止。

3．快速移動電機的控制

起動：先將手柄扳到需要快速移動的方向按下快速移動按鈕SB3KM3線圈得電KM3主觸點閉合，M3電機起動機械超越離合器自動將進給傳給傳動鏈，傳動刀架快速移動。

停車：松開SB3按鈕M3快速移動電機停止，為點動控制。

4．車床照明和電源指示（1）車床照明燈。車床照明燈EL為36V交流電，旋動開關(guān)SA1接通時打開照明燈。（2）指示燈。指示燈HL為6.3V交流電，只要QF接通，TC二次側(cè)有電，指示燈就亮。

5．電氣保護環(huán)節(jié)短路保護：FU1和FU2實現(xiàn)主電路的短路保護，F(xiàn)U3實現(xiàn)變壓器的短路保護，F(xiàn)U4、FU5和FU6實現(xiàn)控制電路和輔助電路的短路保護。過載保護：FR1和FR2熱繼電器實現(xiàn)過載保護，QF斷路器也具有過載保護功能。QF斷路器可實現(xiàn)過流、欠壓和失壓保護。位置保護：SQ1和SQ2是檢測傳動帶罩和電氣箱蓋是否關(guān)好的位置保護開關(guān)，可實現(xiàn)斷電保護。四、常見故障分析

1．斷路器QF合不上（1）未用鑰匙斷開旋動開關(guān)SA2；（2）電源箱未關(guān)好，行程開關(guān)SQ2未合上；（3）QF故障。

2．三臺電機均不起動（1）控制電路熔斷器FU6斷開；（2）傳動帶箱罩未關(guān)好，行程開關(guān)SQ1斷開；（3）變壓器一次側(cè)熔斷器FU3斷開；

3．主軸電機不能起動（1）熱繼電器FR1斷開，未復(fù)位；（2）接觸器KM1主觸點觸頭接觸不良；（3）停止按鈕SB1觸點未復(fù)位或接觸不良；（4）電機M1故障。

4．按下起動按鈕SB1，主軸電機發(fā)出嗡嗡聲不能起動電機缺相，可能電源進線一相斷路，接觸器KM1一對觸頭接觸不良，電機三根引線一根斷線，電機一相繞組損壞。

5．按下停止按鈕SB2主軸電機不停轉(zhuǎn)（1）接觸器KM1主觸點未斷開，可能觸頭被熔焊或被卡住，銜鐵有剩磁；（2）停止按鈕常閉觸頭未斷開，可能觸頭被熔焊或被卡住，絕緣被擊穿。

6．冷卻泵電機不能起動（1）旋動開關(guān)SA1觸點不閉合；（2）熔斷器FU1斷開；（3）熱繼電器FR2斷開；（4）接觸器KM2主觸點觸頭接觸不良；（5）冷卻泵電機損壞。

7．快速移動電機不起動（1）點動按鈕SB3不閉合；（2）接觸器KM3主觸點觸頭接觸不良；（3）熔斷器FU2斷開；（4）快速移動電機損壞。3.2X62臥式萬能銑床電氣控制線路分析

銑床是用銑刀進行銑削的機床。由于銑床的主運動是銑刀的旋轉(zhuǎn)運動，切削速度高，且又是多刃連續(xù)切削，所以它的生產(chǎn)效率較高。銑床的種類很多，有臥式銑床、立式銑床、仿形銑床和各種專門銑床。 銑床可以用來加工平面、斜面和溝槽等，如果裝上分度頭，還可用于銑削直齒輪和螺旋面等。圖3-3X-62W萬能銑床的外觀簡圖一、主要結(jié)構(gòu)和運動形式X62W萬能銑床是臥式銑床，主要由床身、懸梁、刀桿支架、工作臺、溜板和升降臺等幾部分組成。 床身頂部有水平導(dǎo)軌，懸梁可沿導(dǎo)軌水平移動。刀桿支架裝在懸梁上，可在懸梁上水平移動。升降臺可沿床身前面的垂直導(dǎo)軌上下移動。溜板在升降臺的水平導(dǎo)軌上可作平行于主軸軸線方向的橫向移動。工作臺安裝在溜板的水平導(dǎo)軌上，可沿導(dǎo)軌作垂直于主軸軸線的縱向移動。

此外，溜板可繞垂直軸線左右旋轉(zhuǎn)45°，所以工作臺還能在傾斜方向進給，以加工螺旋軸。

二、電力拖動和控制要求

（1）銑床的主運動是銑刀的旋轉(zhuǎn)運動，主軸由一臺5.5kw鼠籠式異步電動機拖動，要求能正反轉(zhuǎn)，停車采用反接制動。（2）為了實現(xiàn)工作臺縱向、橫向和垂直方向的進給運動，采用一臺1.5kw交流電動機拖動，3個方向的選擇由機械手柄操縱，每個方向的正反向運動由電動機的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)，還需有快速移動和限位控制。（3）為保證主軸和進給變速時變速箱內(nèi)齒輪易于嚙合，減小齒輪端面沖擊，要求有變速沖動，即變速時電動機能點動一下。（4）冷卻泵由一臺0.125kw交流電動機拖動，供給銑削用的冷卻液。表3-2銑床電氣元件符號及功能說明符號名稱及用途符號名稱及用途M1主軸電動機SQ6進給變速沖動開關(guān)M2進給電動機SQ7主軸變速沖動開關(guān)M3冷卻泵電動機SA1圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)KM3主電動機啟、停控制接觸器SA3冷卻泵轉(zhuǎn)換開關(guān)KM2反接制動接觸器SA4照明燈開關(guān)KM4,KM5進給電動機正、反轉(zhuǎn)接觸器SA5主軸電機換向開關(guān)KM6快速移動接觸器QS電源隔離開關(guān)KM1冷卻泵接觸器SB1、SB2分設(shè)在兩處的主軸啟動按鈕KS速度繼電器SB3、SB4分設(shè)在兩處的主軸停滯按鈕YA快速電磁鐵線圈SB5、SB6工作臺快速移動按鈕R限流電阻FR1主軸電動機熱繼電器SQ1工作臺向右進給行程開關(guān)FR2進給電動機熱繼電器SQ2工作臺向左進給行程開關(guān)FR3冷卻泵熱繼電器SQ3工作臺向前、向下進給行程開關(guān)TC變壓器SQ4工作臺向后、向上進給行程開關(guān)FU1～FU4短路保護圖3-4X－62W萬能銑床的電氣控制原理圖動畫顯示

三、控制電路分析

（一）主電動機M1的控制主電動機由接觸器KM3控制，其邏輯表達式為：

起動前，先將換向開關(guān)SA5旋轉(zhuǎn)到所需旋轉(zhuǎn)方向。然后按下起動按鈕SB1或SB2，接觸器KM3線圈通電并自鎖，主軸電動機M1起動。在主電動機達到一定轉(zhuǎn)速時，速度繼電器KS的動合觸頭閉合，為停車時的反接制動作好準備。

主軸電動機制動時，按下停止按鈕SB3或SB4，其動斷觸點斷開，切斷KM3電源，主軸電動機M1的電源被切斷，因為慣性，M1會繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。SB3或SB4的動合觸點接通，使接觸器KM2線圈通電，M1反接制動，直至轉(zhuǎn)速降低至速度繼電器KS的動合觸點斷開，反接制動停止。在速度繼電器觸點斷開前，不應(yīng)松開按鈕SB3或SB4，以保證在整個停車過程中進行反接制動。當主軸需要變速時，為保證變速齒輪易于嚙合，需設(shè)置變速沖動控制，它是利用變速手柄和沖動開關(guān)SQ7通過機械上的聯(lián)動機構(gòu)完成的。變速沖動的操作過程是：先將變速手柄拉向前面，然后旋轉(zhuǎn)變速盤選擇轉(zhuǎn)速，再把手柄快速推回原位。在手柄推拉過程中，凸輪瞬時壓下彈簧桿，沖動開關(guān)SQ7瞬時動作，使接觸器KM2短時通電，電動機M1反轉(zhuǎn)一下，以利齒輪咬合。為避免KM2通電時間過長，手柄的推拉操作都應(yīng)以較快速度進行。（二）進給電動機M2的控制1．工作臺橫向（前、后）和升降（上、下）進給運動的控制

先將工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1扳在斷開位置，這時SA1-1和SA1-3接通。工作臺的橫向和升降控制是通過十字復(fù)式操作手柄進行的，該手柄有上、下、前、后和中間零位共5個位置。在扳動手柄時，通過聯(lián)動機構(gòu)將控制運動方向的機械離合器合上，并壓下相應(yīng)行程開關(guān)SQ3（向下、向前）或SQ4（向上、向后）。比如欲使工作臺向上運動，將手柄扳到向上位置，壓下SQ4，接觸器KM5線圈通電，M2電動機反轉(zhuǎn)，工作臺向上運動，其控制邏輯為：

2．工作臺縱向（左右）運動控制

首先將工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1扳到斷開位置，然后通過縱向操作手柄控制工作臺的縱向運動。該手柄有左、右、中間3個位置，扳動手柄時，一方面合上縱向進給機械離合器同時壓下行程開關(guān)SQ1（向右）或SQ2（向左）。

3．工作臺的快速移動控制

工作臺上述6個方向的快速移動也是由M2拖動的，通過上述兩個操作手柄和快速移動按鈕SB5和SB6實現(xiàn)控制。當按下SB5或SB6時，接觸器KM6線圈通電，快速進給電磁鐵YA線圈接通電源，通過機械機構(gòu)將快速離合器掛上，實現(xiàn)快速進給。由于KM6線圈控制電路中沒有自鎖，所以快速進給為點動工作，松開按鈕，仍以原進給速度工作。

接觸器KM4線圈的邏輯表達式為：

4．進給變速時的沖動控制由變速手柄與沖動開關(guān)SQ6通過機械上的聯(lián)動機構(gòu)進行控制。

其操作順序是：變速時，將蘑菇形進給變速手柄向外拉一些，轉(zhuǎn)動該手柄選擇好進給速度，再把手柄向外一拉并立即推回原位，在拉到極限位置的瞬間，其連桿機構(gòu)推動沖動開關(guān)SQ6，其動斷觸點SQ6-2斷開一下，動合觸點SQ6-1閉合，接觸器KM4線圈短時通電，進給電動機M2瞬時轉(zhuǎn)動一下，完成了變速沖動。

5．圓工作臺回轉(zhuǎn)運動控制

圓工作臺的回轉(zhuǎn)運動由進給電動機M2經(jīng)傳動機構(gòu)拖動。在機床開動前,先將圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1扳到接通位置,SA1-1和SA1-3斷開，SA1-2閉合，工作臺全部操作手柄位于中間位置,行程開關(guān)SQ1～SQ4均不受壓。這時按主軸電動機起動按鈕SB1或SB2，主軸電動機起動，進給電動機M2也因接觸器KM4線圈通電吸合而開始轉(zhuǎn)動，從而拖動工作臺轉(zhuǎn)動。

電動機M2正向旋轉(zhuǎn)，圓工作臺只能單方向旋轉(zhuǎn)。由于圓工作臺控制電路中串接了SQ1～SQ4的動斷觸點，所以只要扳動工作臺的任一進給手柄，都會使圓工作臺停止工作，這就起到了工作臺的進給運動與圓工作臺的聯(lián)鎖保護作用。

6．進給的聯(lián)鎖進給運動控制中有如下聯(lián)鎖保護：

（1）只有主軸電動機起動后，進給電動機才能起動。這是因為進給控制的電源需經(jīng)接觸器KM3的輔助動合觸點才能形成通路。

此時KM4線圈的邏輯表達式為：

（2）工作臺在同一時刻只允許一個方向的進給運動，這是通過機械和電氣的方法實現(xiàn)聯(lián)鎖的。如果兩個手柄都離開中間零位，則行程開關(guān)SQ1~SQ4的4個動斷觸點全部斷開，接觸器KM4、KM5的線圈電源全部斷開，進給電動機M2不能轉(zhuǎn)動，達到聯(lián)鎖目的。（3）進給變速時,兩個操作手柄都必須在中間零位。即進給變速沖動時,不能有進給運動。4個行程開關(guān)的4個動斷觸點SQ1-2、SQ2-2、SQ3-2、SQ4-2串聯(lián)后，與沖動開關(guān)SQ6的動合觸點SQ6-1串聯(lián),形成進給沖動控制電路。只要有任一手柄離開中間零位，必有一行程開關(guān)被壓下，使沖動控制電路斷開，接觸器KM4不能吸合，M2就不能轉(zhuǎn)動。（三）冷卻泵電動機M3的控制

冷卻泵電動機由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3控制，當接通SA3時，接觸器KM1通電吸合，冷卻泵電動機M3轉(zhuǎn)動。其邏輯表達式為：

在主電動機M1和冷卻泵電動機M3中，任一個電動機過載發(fā)熱都會使KM1斷電，達到過載保護的目的。（四）照明控制機床照明燈由變壓器T將380V交流電壓變?yōu)?6V安全電壓供電，由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA4控制，熔斷器FU4作短路保護。

四、X62W萬能銑床的電氣控制線路特點（1）電氣控制線路與機械操作配合相當密切，因此分析中要詳細了解機械結(jié)構(gòu)與電氣控制的關(guān)系。（2）運動速度的調(diào)整主要是通過機械方法，因此簡化了電氣控制系統(tǒng)中的調(diào)速控制線路，但機械結(jié)構(gòu)就相對比較復(fù)雜了。（3）控制線路中設(shè)計了變速沖動控制，從而使變速順利進行。（4）采用兩處控制，操作方便。（5）具有完善的電氣聯(lián)鎖，并具有短路、零電壓、過載及超行程限位保護環(huán)節(jié)，工作可靠。

一、C650型普通車床的電氣控制分析車床共有三臺電動機，電氣控制原理如下圖3-5所示：

M1為主軸電動機，拖動主軸旋轉(zhuǎn)，并通過進給機構(gòu)實現(xiàn)進給運動。M2為冷卻泵電動機，提供切削液。M3為快速移動電動機，拖動刀架的快速移動。主電路中電流表A通過電流互感器監(jiān)視主電機工作狀況的，啟動時被時間繼電器KT常閉觸頭短接，啟動完成后（延時t秒后）→KT延時斷開常閉觸頭斷開→將電流表A串接于主電路中。3.3C650臥式車床電氣控制線路分析（選講）圖3-5C650普通車床的電氣控制原理圖動畫顯示

1．M1的點動控制 合上刀開關(guān)QS→按起動按鈕SB2→接觸器KM1通電→M1串接限流電阻R低速轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)點動。松開SB2→接觸器KM1斷電→M1停轉(zhuǎn)。

2．M1的正、反轉(zhuǎn)控制（1）正轉(zhuǎn)：合上刀開關(guān)QS→按起動按鈕SB3→接觸器KM3通電→時間繼電器KT通電中間繼電器KA通電→接觸器KM1通電→電動機M1短接電阻R正向起動。

主電路中電流表A被時間繼電器KT的常閉觸頭短接，經(jīng)延時t秒啟動結(jié)束后，常閉觸頭斷開，電流表A串入M1主電路，監(jiān)視帶負載的情況。

（2）反轉(zhuǎn)：合上刀開關(guān)QS→按起動按鈕SB4→→接觸器KM3通電→時間繼電器KT通電中間繼電器KA通電→接觸器KM2通電→電動機M1反接電源相序，短接電阻R反向起動。電流表A跟正轉(zhuǎn)時作用相同。（3）停車：按停止按鈕SB1→控制線路電源全部切斷→電動機M1停轉(zhuǎn)。3．M1的反接制動控制

采用速度繼電器實現(xiàn)電氣反接制動。

M1的正向反接制動：電動機正轉(zhuǎn)時，速度繼電器正向常開觸頭KS2閉合。制動時，按下