第3章機床電氣控制線路分析與設計

3.1機床電氣控制線路分析基礎3.2C650型臥式車床電氣控制線路分析3.3Z3050型搖臂鉆床電氣控制線路分析3.4機床電氣控制線路設計原則和步驟3.5機床電氣控制線路設計的注意要點3.6CW6163型臥式車床電氣控制線路設計實例第3章機床電氣控制線路分析與設計本章教學重點：（1）C650型臥式車床電氣控制線路分析；（2）Z3050型搖臂鉆床電氣控制線路分析；（3）機床電氣控制線路設計原則和設計步驟；（4）機床電氣控制線路設計注意要點。第3章機床電氣控制線路分析與設計本章能力要求：通過本章的學習，了解幾種典型普通機床的基本結構，掌握其電氣控制原理，熟練掌握閱讀分析電氣控制原理圖的方法與步驟，培養(yǎng)讀圖能力；掌握機床電氣控制線路設計原則和設計步驟為機床及其他生產機械電氣控制系統(tǒng)的設計、安裝、調試和維護打下基礎。第3章機床電氣控制線路分析與設計機床的電氣控制線路是由各種主令電器、接觸器、繼電器、保護裝置和電動機等，按照一定的控制要求用導線連接而成的。機床電氣控制，不僅要求能夠實現(xiàn)起動、正反轉、制動和調速等基本要求，而且要滿足生產工藝的各項要求，保證機床各運動的相互協(xié)調和準確，并具有各種保護裝置，工作可靠，實現(xiàn)自動控制。第3章機床電氣控制線路分析與設計3.1.1電氣控制線路分析的內容電氣控制線路是電氣控制系統(tǒng)的核心技術資料，通過對技術資料的分析可以掌握機床電氣控制線路的工作原理、技術指標、使用方法、維護要求等。分析的具體內容和要求如下。1．設備說明書設備說明書由機械（包括液壓部分）與電氣兩部分組成。在分析時首先要閱讀這兩部分說明書，了解以下內容。（1）設備的構造，主要技術指標，機械、液壓和氣動部分的工作原理。（2）電氣傳動方式，電動機、執(zhí)行電器的數(shù)目、規(guī)格型號、安裝位置、用途及控制要求。（3）設備的使用方法，各操作手柄、開關、旋鈕、指示裝置的布置以及在控制電路中的作用。（4）清楚了解與機械、液壓部分直接關聯(lián)的電器（行程開關、電磁閥、電磁離合器、傳感器等）的位置、工作狀態(tài)。與機械、液壓部分的關系，在控制中的作用。2．電氣控制原理圖這是控制線路分析的核心內容，在分析電氣原理圖時，必須閱讀其他技術資料，例如只有通過閱讀說明書才能了解各種電動機及執(zhí)行元件的控制方式、位置及作用，各種與機械有關的行程開關和主令電器的狀態(tài)等。在原理圖分析中還可以通過所選用的電器元件的技術參數(shù)，分析出控制線路的主要參數(shù)和技術指標，估算出各部分的電流、電壓值，以便在調試及檢修設備中合理地選用儀表。3．電氣設備總裝接線圖閱讀分析總裝接線圖，可以了解系統(tǒng)的組成分布狀況，各部分的連接方式，主要電氣部件的布置和安裝要求，導線和穿線管的規(guī)格型號等。這是安裝設備不可缺少的資料。閱讀分析總裝接線圖要和閱讀分析說明書、電氣原理圖結合起來。4．電器元件布置圖與接線圖

3.1.2電氣原理圖閱讀和分析的步驟在詳細閱讀設備說明書，了解電氣控制系統(tǒng)的總體結構、電動機和電器元件的分布狀況及控制要求等內容后，便可以閱讀分析電氣原理圖了。1．分析主電路從主電路入手，根據(jù)每臺電動機和執(zhí)行電器的控制要求去分析它們的控制內容?？刂苾热莅ㄆ饎印⑥D向控制、調速和制動等。2．分析控制電路根據(jù)主電路中各種電動機和執(zhí)行電器的控制要求，逐一找出控制電路中的控制環(huán)節(jié)，利用前面學過的典型控制環(huán)節(jié)的知識，按功能不同將控制線路“化整為零”來分析。3．分析輔助電路輔助電路包括電源指示、各執(zhí)行元件的工作狀態(tài)顯示、參數(shù)測定、照明和故障報警等部分，它們大多由控制電路中的元器件來控制，因此在分析輔助電路時，要結合控制電路進行分析。4．分析聯(lián)鎖及保護環(huán)節(jié)

機床對于安全性及可靠性有很高的要求，為實現(xiàn)這些要求，除了合理地選擇拖動和控制方案外，在控制線路中還設置了一系列電氣保護和必要的電氣聯(lián)鎖。5．總體檢查經過“化整為零”，逐步分析了每一局部電路的工作原理以及各部分之間的控制關系后，還必須用“集零為整”的方法，檢查整個控制線路，以免遺漏，特別要從整體角度去進一步檢查和理解各控制環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，在金屬切削機床中，車床所占的比例最大，而且應用也最廣泛。車床能夠車削外圓、內圓、端面、螺紋等，并可用鉆頭、鉸刀等刀具對工件進行加工。3.2.1主要結構與運動分析圖3-1所示為C650型臥式車床結構示意圖。它主要由床身、主軸變速箱、尾座、進給箱、絲杠、光杠、刀架和溜板箱等組成。車削加工的主運動是主軸通過卡盤或頂尖帶動工件的旋轉運動，它承受切削加工時的主要切削功率。進給運動時溜板箱帶動刀架做縱向或橫向直線運動。車床的輔助運動包括刀架的快速進給與快速退回，尾座的移動與工件的夾緊、松開等。車削加工時，根據(jù)工件材料、刀具種類、工件尺寸和工藝要求等來選擇不同的切削速度，這就要求主軸能在相當大的范圍內調速。目前大多數(shù)中小型車床采用三相籠型異步電動機拖動，主軸的變速是靠齒輪箱的機械有級調速來實現(xiàn)的。車削加工時，一般不要求反轉，但在車螺紋時，為避免亂扣，要反轉退刀，所以，C650型車床通過主電動機的正反轉實現(xiàn)主軸的正反轉；C650型車床的車身較長，為了提高工作效率，車床刀架的快速移動由一臺單獨的電動機來拖動，并采用點動控制。進行車削加工時，刀具的溫度高，需要切削液來進行冷卻。為此，車床配備一臺冷卻泵電動機，拖動冷卻泵，實現(xiàn)刀具的冷卻。圖3-1C650型臥式車床結構示意圖1、4-帶輪；2-進給箱；3-交換齒輪架；5-主軸變速箱；6-床身；7-刀架；8-溜板箱；9-尾座；10-絲杠；11-光杠；12-床腿3.2.2電力拖動形式及控制要求1．主軸的旋轉運動C650型車床的主運動是工件的旋轉運動，由主電機拖動，其功率為30kW。主電機由接觸器控制實現(xiàn)正反轉，其調速通過主軸變速機構的操作手柄，可使主軸獲得各種不同的速度。為提高工作效率，主電機采用了反接制動。2．刀架的進給運動溜板箱帶著刀架的直線運動為進給運動。3．刀架的快速移動為了提高工作效率，車床刀架的快速移動由一臺單獨的快移電動機拖動，其功率為2.2kW，采用點動控制。4．冷卻系統(tǒng)車床內裝有一臺不調速、單向旋轉的三相異步電動機拖動冷卻泵，供給刀具切削時使用的切削液。3.2.3電氣控制線路分析C650型臥式車床的電氣控制原理圖如圖3-2所示。1．主電路圖3-2中，組合開關QS為電源開關。FU1為主電動機的短路保護用熔斷器，F(xiàn)R1為其過載保護用熱繼電器。R為限流電阻，在主軸點動時，限制起動電流，在停車時，又起到限制過大的反向制動電流的作用。電流表PA用來監(jiān)視主電動機的繞組電流，由于主電動機功率很大，故PA接入電流互感器TA回路。電流表PA用來監(jiān)視主電動機的繞組電流，由于主電動機功率很大，故PA接入電流互感器TA回路。當主電動機起動時，電流表PA被短接，只有當正常工作時，電流表PA才指示繞組電流。機床工作時，可調整切削用量，使電流表的電流接近主電動機額定電流的對應值（經TA后減小了的電流量），以便提高工作效率和充分利用電動機的潛力。KM1、KM2為正反轉接觸器，KM3是用于短接電阻R的接觸器，由它們的主觸點控制主電動機。圖3-2中，KM4為控制冷卻泵電動機M2的接觸器，F(xiàn)R2為M2的過載保護用熱繼電器。KM5為控制快速移動電動機M3的接觸器，由于M3點動短時運轉，故不設置熱繼電器。圖3-2C650型臥式車床的電氣控制原理圖2．控制電路（1）主軸電動機的點動控制C650型臥式車床主電動機點動控制電路如圖3-3所示，當按下點動按鈕SB2不松手，接觸器KM1線圈得電，KM1主觸點閉合，主軸電動機M1進行降壓起動和低速運轉（限流電阻R串聯(lián)在電路中）。當松開SB2，KM1線圈隨即斷電，主軸電動機M1停轉。（2）主軸電動機的正反轉控制主電動機的額定功率為30kW，但只是切削時消耗功率較大，起動時負載很小，起動電流并不很大，所以在非頻繁點動的一般工作時，采用全壓直接起動。圖3-3C650型臥式車床主電動機點動控制電路如圖3-4所示，按下正向起動按鈕SB3，KM3線圈得電，KM3主觸點閉合，短接限流電阻R，另一對輔助常開觸點KM3（5~15，此號表示觸點兩端的線號，下同）閉合，KA線圈得電，KA常開觸點（5~10）閉合，KM3線圈自鎖，同時KA線圈也保持通電。另一方面，當SB3尚未松開時，由于KA的另一常開觸點（9~6）已閉合，KM1線圈得電，KM1主觸點閉合，KM1的輔助常開觸點（9~10）也閉合自鎖，主電動機M1全壓正向起動運行。這樣，當松開SB3后，由于KA的兩對常開觸點閉合，其中KA（5~10）閉合使KM3線圈繼續(xù)得電，KA（9~6）閉合使KM1線圈繼續(xù)得電，故可形成自鎖通路。在KM3線圈得電的同時，通電延時時間繼電器KT得電，其作用是使電流表避免受起動電流的沖擊。圖3-4中SB4為反向起動按鈕，反向起動過程與正向類似圖3-4C650型臥式車床主軸電動機正反轉及反接制動控制電路（3）主軸電動機的反接制動控制C650型車床采用反接制動方式，用速度繼電器KS進行檢測和控制。假設原來主電動機M1正轉運行如圖3-4，則KS-1（11~13）閉合，而反向常開觸點KS-2（6~11）依然斷開。當按下停止按鈕SB1（4~5）后，原來通電的KM1、KM3、KT和KA就隨即斷電，它們的所有觸點均被釋放而復位。然而當SB1松開后，反轉接觸器KM2立即得電，電流通路是：4（線號）→SB1常閉觸點（4~5）→KA常閉觸點（5~11）→KS正向常開觸點KS-1（11~13）→KM1常閉觸點（13~14）→KM2線圈（14~8）→FR1常閉觸點（8~3）→3（線號）。這樣，主電動機M1就串聯(lián)電阻R進行反接制動，正向速度很快降下來，當速度降到很低時（n≤100r/min)，KS的正向常開觸點KS-1（11~13）斷開復位，從而切斷了上述電流通路。至此，正向反接制動就結束了。（4）主軸電動機負載檢測及保護環(huán)節(jié)C650型車床采用電流表檢測主軸電動機定子電流。為防止起動電流的沖擊，采用時間繼電器KT的通電延時斷開動斷觸點連接在電流表的兩端，為此，KT延時應稍長于起動時間。而當制動停車時，當按下停止按鈕SB1時，KM3、KA、KT線圈相繼電器釋放，KT的觸點立即復位，將電流表短接，使其免受反接制動電流的沖擊。（5）刀架快速移動控制圖3-2中，轉動刀架手柄，限位開關SQ（5~19）被壓動而閉合，使接觸器KM5線圈得電，快移動電動機M3就起動運轉，而當?shù)都苁直鷱臀粫r，M3隨即停轉。（6）冷卻泵控制圖3-2中，按下按鈕SB6（16~17），接觸器KM4線圈得電自鎖，KM4主觸點閉合，冷卻泵電動機M2起動運轉；按下SB5（5~16），接觸器KM4線圈斷電，M2停轉。3．輔助電路（照明電路和控制電源）圖3-2中TC為控制變壓器，二次側有兩路，一路為127V，提供給控制電路；另一路為36V（安全電壓），提供給照明電路。置燈開關SA（30~31）為“通”狀態(tài)時，照明燈EL（30~33）點亮；置SA為“斷”狀態(tài)時，EL就熄滅。3.2.4C650型臥式車床電氣控制線路特點C650型臥式車床的電氣控制線路有以下幾個特點：（1）主軸的正反轉是通過電氣方式而非機械方式實現(xiàn)的，簡化了機械結構；（2）主電動機停車采用電氣反接制動形式，并用速度繼電器進行控制；（3）控制回路由于電器元件較多，故通過控制變壓器TC與三相電網進行電隔離，提高了操作和維護時的安全性；（4）采用時間繼電器KT對電流表PA進行保護。當主電動機正向或反向起動以后，KT通電，延時時間尚未到時，PA被延時動斷觸點KT（34~35）短路，避免了大起動電流的沖擊，延時時間到后，才有電流指示；（5）中間繼電器KA起著擴展接觸器KM3觸點的作用。從電路中可見KM3常開觸點（5~15）直接控制KA，故KM3和KA的觸點的閉合和斷開情況相同。從圖3-2中可見，KA的常開觸點用了三個（9~6、5~10、12~13），常閉觸點用了一個（5~11），而KM3的輔助常開觸點只有一個，故不得不增設中間繼電器KA進行觸點數(shù)量的擴展?？梢?，電氣線路要考慮電器元件觸點的實際情況，在線路設計時更應引起重視。鉆床是一種用途廣泛的孔加工機床。它主要用鉆頭鉆削精度要求不太高的孔，另外，還可以用來擴孔、鉸孔、鏜孔，以及修刮端面、攻螺紋等多種形式的加工。鉆床的結構形式很多，有立式鉆床、臥式鉆床、深孔鉆床及多軸鉆床等。3.3.1主要結構與運動分析搖臂鉆床是一種立式鉆床，它適用于單件或批量生產中帶有多孔的大型零件的孔加工，是一般機械加工車間常用的機床。Z3050型搖臂鉆床主要由底座、內立柱、外立柱、搖臂、主軸箱、工作臺等組成，其結構示意圖如圖3-5所示。內立柱固定在底座上，在它外面空套著外立柱，外立柱可繞著固定不動的內立柱回轉一周。搖臂一端的套筒部分與外立柱滑動配合，搖臂升降電動機安裝于立柱頂部，借助于絲杠，搖臂可沿外立柱上下移動，但二者不能相對轉動，因此，搖臂只和外立柱一起相對內立柱回轉。主軸箱是一個復合部件，它由主電動機、主軸和主軸傳動機構、進給和進給變速機構以及機床的操作機構等部分組成。主軸箱安裝在搖臂水平導軌上，它可借助手輪操作使其在水平導軌上沿搖臂做徑向運動。機床除冷卻泵電動機M4、電源開關QS1、FU1、QS2是安裝在固定部件外，其他電氣設備均安裝在回轉部件上。由于該機床立柱頂上沒有集電環(huán)，故在使用時，要注意不要總是沿著一個方向連續(xù)轉動搖臂，以免將穿入內立柱的電源線擰斷。圖3-5Z3050型搖臂鉆床結構示意圖1-主軸箱；2-搖臂；3-工作臺；4-底座；5-電源開關箱；6-立柱；7-主軸3.3.2電力拖動形式及控制要求Z3050型搖臂鉆床共有四臺電動機，M1為主軸電動機，主要實現(xiàn)主軸旋轉并通過機械傳動機構變速和正反轉；M2為搖臂升降電動機，實現(xiàn)搖臂的升降運動；M3為液壓泵電動機，主要實現(xiàn)搖臂、內外立柱的夾緊和放松；M4為冷卻泵電動機，提供切削液。機床使用的各電器元件符號及功能說明如表3-1所示。表3-1Z3050型搖臂鉆床電器元件符號及功能說明3.3.3電氣控制線路分析

Z3050型搖臂鉆床電氣控制線路原理圖如圖3-6所示。1．主電路如圖3-6所示，Z3050型搖臂鉆床的主電路采用380V、50Hz三相交流電源供電?？刂齐娐?、照明和指示電路均由變壓器TC降壓后供電，電壓分別為127V、36V和6V。QS1為機床總電源開關。該鉆床配備四臺電動機，M1為主軸電動機，由交流接觸器KM1控制，只要求單向旋轉，主軸的正反轉由機械手柄操作；M2為搖臂升降電動機，要求具有正反轉功能，由交流接觸器KM2、KM3控制其正反轉，由于該電動機短時工作，故不設過載保護電器；M3為液壓泵電動機，

要求具有正反轉控制，由交流接觸器KM4、KM5控制，該電動機的主要作用是供給夾緊、放松裝置壓力油，實現(xiàn)搖臂、立柱和主軸箱的夾緊與放松；M4為冷卻泵電動機，只能正轉控制，由于該電動機功率較小，故不設過載保護。除冷卻泵電動機采用開關QS2直接起動外，其余三臺電動機均采用接觸器起動方式。四臺電動機均設有接地保護措施，M1、M3分別由熱繼電器FR1、FR2作為過載保護，F(xiàn)U1為總熔斷器，兼作M1、M4的短路保護，F(xiàn)U2熔斷器作為M2、M3及控制變壓器一次側的短路保護。圖3-6Z3050型搖臂鉆床電氣控制線路原理圖

2．控制電路（1）主軸電動機M1的控制Z3050型搖臂鉆床主軸電動機控制電路如圖3-7所示，合上電源開關后，按起動按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電吸合，主電路中主觸點閉合，主軸電動機M1起動，同時其動合觸點KM1（3~4）閉合自鎖，其動合觸點KM1（201~204）閉合，指示燈HL3亮。停車時，按下SB1，接觸器KM1線圈斷電釋放，其所有觸點復位，M1停轉，指示燈HL3熄滅。圖3-7Z3050型搖臂鉆床主軸電動機控制電路（2）搖臂升降控制1）搖臂上升Z3050型搖臂鉆床搖臂上升控制電路如圖3-8所示。長按搖臂上升按鈕SB3，則時間繼電器KT線圈得電，其瞬時閉合動合觸點KT（14~15）閉合，其延時斷開動合觸點KT（5~20）閉合，使電磁鐵YA和接觸器KM4線圈得電，接觸器KM4主觸點閉合，液壓泵電動機M3起動正向旋轉，供給壓力油，壓力油經兩位六通閥體進入搖臂的“松開”油腔，推動活塞運動，活塞推動菱形塊，將搖臂松開。同時，活塞桿通過彈簧片壓位置開關SQ2，使其動斷觸點SQ2（7~14）斷開，動合觸點SQ2（7~9）閉合。前者切斷了接觸器KM4的線圈電路，接觸器KM4所有觸點復位，液壓泵電動機M3停車；后者使交流接觸器KM2線圈得電，其主觸點閉合，搖臂升降電動機M2起動正向運轉，帶動搖臂上升。圖3-8Z3050型搖臂鉆床搖臂上升控制電路若此時搖臂尚未松開，則位置開關SQ2（7~9）觸點不閉合，接觸器KM2不能得電吸合，搖臂將不能上升。當搖臂上升至所需位置時，松開按鈕SB3，則接觸器KM2和時間繼電器KT同時斷電釋放，電動機M2停車，搖臂停止上升。由于斷電型時間繼電器KT斷電，經1~3s時間的延時后，其延時閉合動斷觸點KT（17~18）閉合，使接觸器KM5線圈得電，接觸器KM5主觸點閉合，液壓泵電動機M3反向旋轉，此時，YA仍處于吸合狀態(tài)，壓力油從相反方向經兩位六通閥進入搖臂“夾緊”油腔，向相反方向推動活塞和菱形塊，使搖臂夾緊，在搖臂夾緊的同時，活塞桿通過彈簧片壓位置開關SQ3（5~17）的動斷觸點，使其斷開，使KM5和YA都失電釋放，液壓泵電動機M3停車，完成了搖臂松開、上升、夾緊的整套動作。2）搖臂下降搖臂下降工作過程與搖臂上升相似。如圖3-8所示，長按搖臂下降按鈕SB4，則時間繼電器KT線圈得電，其瞬時動合觸點KT（14~15）閉合，其延時斷開動合觸點KT（5~20）閉合，使電磁鐵YA和接觸器KM4線圈得電，接觸器KM4主觸點閉合，液壓泵電動機M3起動正向旋轉，供給壓力油。壓力油經兩位六通閥體進入搖臂的“松開”油腔，推動活塞運動，活塞推動菱形塊，將搖臂松開。同時，活塞桿通過彈簧片壓位置開關SQ2，使其動斷觸點SQ2（7~14）斷開，動合觸點SQ2（7~9）閉合。前者切斷了接觸器KM4的線圈電路，接觸器KM4所有觸點復位，液壓泵電動機M3停車；后者使交流接觸器KM3線圈得電，其主觸點閉合，搖臂升降電動機M2起動反向運轉，帶動搖臂下降。同理，若此時搖臂尚未松開，則位置開關SQ2（7~9）觸點不閉合，接觸器KM3不能得電吸合，搖臂將不能下降。當搖臂下降至所需位置時，松開按鈕SB4，則接觸器KM3和時間繼電器KT同時斷電釋放，電動機M2停車，搖臂停止下降。由于斷電型時間繼電器KT斷電，經1~3s時間的延時后，其延時閉合動斷觸點KT（17~18）閉合，使接觸器KM5線圈得電，接觸器KM5主觸點閉合，液壓泵電動機M3反向旋轉，此時，YA仍處于吸合狀態(tài)，壓力油從相反方向經兩位六通閥進入搖臂“夾緊”油腔，向相反方向推動活塞和菱形塊，使搖臂夾緊，在搖臂夾緊的同時，活塞桿通過彈簧片壓位置開關SQ3（5~17）的動斷觸點，使其斷開，使KM5和YA都失電釋放，液壓泵電動機M3停車，完成了搖臂松開、下降、夾緊的整套動作。（3）立柱和主軸箱的夾緊與松開控制1）立柱和主軸箱的松開控制如圖3-8所示，按下松開按鈕SB5，接觸器KM4線圈得電吸合，其主觸點閉合，液壓泵電動機M3正向旋轉，供給壓力油，壓力油經兩位六通閥（此時電磁鐵YA處于釋放狀態(tài)）進入立柱和主軸箱松開油缸，推動活塞及菱形塊，使立柱和主軸箱分別松開，活塞桿通過彈簧片壓位置開關SQ4，松開指示燈HL2亮。2）立柱和主軸箱的夾緊控制如圖3-8所示，按下夾緊按鈕SB6，接觸器KM5線圈得電吸合，其主觸點閉合，液壓泵電動機M3反向旋轉，供給壓力油，壓力油經兩位六通閥（此時電磁鐵YA處于釋放狀態(tài)）進入立柱和主軸箱夾緊油缸，推動活塞及菱形塊，使立柱和主軸箱分別夾緊，夾緊指示燈HL1亮。3.3.4Z3050型搖臂鉆床電氣控制線路特點從上述分析中可知，Z3050型搖臂鉆床的電氣線路有以下幾個特點：（1）主軸變速及正反轉控制是通過機械方式實現(xiàn)的；（2）由于控制回路電器元件較多，故通過控制變壓器TC與三相電網進行電隔離，提高了操作和維護時的安全性；（3）利用位置開關SQ1來限制搖臂的升降行程。當搖臂上升至極限位置時，SQ1（6~7）斷開，使KM2線圈失電釋放，升降電動機M2停車，而另一組觸點SQ1（7~8）仍閉合，以保證搖臂能夠下降。當搖臂下降至極限位置時，SQ1（7~8）斷開，KM3線圈失電釋放，M2停車，而另一組觸點SQ1（6~7）仍閉合，以保證搖臂能夠上升；（4）時間繼電器的主要作用是控制KM5的吸合時間，使升降電動機停車后，再夾緊搖臂。KT的延時時間視需要，整定時間一般為1~3s；（5）搖臂的自動夾緊是由位置開關SQ3來控制的，如果液壓夾緊系統(tǒng)出現(xiàn)故障而不能自動夾緊搖臂，或者由于SQ3調整不當，在搖臂夾緊后不能使SQ3的動斷觸點斷開，都會使液壓泵電動機M3處于長時間過載運行狀態(tài)而造成損壞。為防止損壞電動機M3，電路中使用了熱繼電器FR2，其整定值應根據(jù)M3的額定電流來調整；（6）搖臂升降電動機的正反轉控制過程中，接觸器KM2、KM3不允許同時得電動作，以防電源短路。為避免因操作失誤等原因造成短路事故，在搖臂上升和下降的控制線路中，采用接觸器的輔助觸點互鎖及采用復合按鈕聯(lián)鎖的雙重保護方法來確保電路的安全工作。生產機械種類繁多，其電氣控制設備各異，但電氣控制系統(tǒng)的設計原則和設計方法基本相同。任何機床電氣控制系統(tǒng)的設計都包含兩個基本方面：一是滿足生產機械和工藝的各種控制要求；二是滿足電氣控制裝置本身的制造、使用以及維修的需要。因此電氣控制系統(tǒng)設計包括原理與工藝設計兩個方面。原理設計決定了一臺設備的使用效能和自動化程度，即決定著生產機械設備的先進性、合理性。而工藝設計的合理性、先進性則決定了電氣控制設備的生產可行性和經濟性等。正確的設計思想和工程觀點是高質量完成設計任務的保證。任何一臺機械設備的結構形式和使用效能與其電氣自動化程度有著十分密切的關系，因此機床電氣設計應與機械設計同時進行并密切配合。對于電氣設計人員來說，必須對機床機械結構、加工工藝有一定的了解，這樣才能設計出符合要求的電氣控制設備。3.4.1機床電氣控制線路設計的基本原則（1）最大限度滿足機床和工藝對電氣控制的要求。（2）在滿足控制要求的前提下，設計方案應力求簡單、經濟和實用，不宜盲目追求自動化和高性能指標。（3）妥善處理機械與電氣的關系。很多生產機械是采用機電結合控制方式來實現(xiàn)控制要求的，要從工藝要求、制造成本、機械電氣結構的復雜性和使用維護等方面協(xié)調處理好二者的關系。（4）將電氣系統(tǒng)的安全性和可靠性放在首位，確保使用安全、可靠。（5）正確合理地選用電器元件。3.4.2機床電氣控制線路設計的基本內容機床電氣控制系統(tǒng)設計包含原理設計和工藝設計兩個方面。1．原理設計內容

（1）擬定電氣控制系統(tǒng)設計任務書。（2）選擇拖動方案、控制方式和電動機。（3）設計并繪制電氣原理圖和選擇電器元件（4）對原理圖各連接點進行編號。（5）編寫設計說明書。電氣原理圖是整個設計的中心環(huán)節(jié)，是工藝設計和制定其他技術資料的依據(jù)。2．工藝設計內容工藝設計的主要目的是便于組織電氣控制裝置的制造，實現(xiàn)原理設計要求的各項技術指標，為設備的調試、維護、使用提供必要的圖樣資料、工藝設計的主要內容是：（1）根據(jù)電氣原理圖及選定的電器元件，繪制電氣設備總裝接線圖。（2）設計并繪制電器元件布置圖。（3）設計并繪制電器元件的接線圖。（4）設計并繪制電氣箱及非標準零件圖。（5）列出所用各類元器件及材料清單。（6）編寫設計說明書和使用維護說明書。3.4.3機床電氣控制線路設計的一般步驟設計程序一般是先進行原理設計再進行工藝設計，通常電氣控制系統(tǒng)的設計程序按以下步驟進行。1．擬定設計任務書電氣控制系統(tǒng)設計的技術條件，通常是以電氣設計任務書的形式加以表達的，電氣設計任務書是整個系統(tǒng)設計的依據(jù)。擬定電氣設計任務書，應聚集電氣、機械工藝、機械結構三方面的設計人員，根據(jù)所設計的機械設備的總體技術要求，共同商討，擬定認可。在電氣設計任務書中，應簡要說明所設計的機械設備的型號、用途、工藝過程、技術性能、傳動要求、工作條件、使用環(huán)境等。除此以外，還應說明以下技術指標及要求：（1）給出機械及傳動結構簡圖、工藝過程、負載特性、動作要求、控制方式、調速要求及工作條件。（2）給出電氣保護、控制精度、生產效率、自動化程度、穩(wěn)定性及抗干擾要求。（3）給出設備布局、安裝、照明、顯示和報警方式等要求。（4）目標成本、經費限額、驗收標準及方式等。2．選擇電力拖動方案與控制方式電力拖動方案與控制方式的確定是設計的重要部分。電力拖動方案是指根據(jù)生產工藝要求、生產機械的結構、運動要求、負載性質、調速要求以及投資額等條件去確定電動機的類型、數(shù)量、拖動方式，并擬定電動機起動、運行、調速、轉向及制動等控制要求，以此作為電氣控制原理圖設計及電器元件選擇的依據(jù)。3．選擇電動機在確定拖動方案后，就可以進一步選擇電動機的類型、數(shù)量、結構形式、容量、額定電壓及額定轉速等。4．設計電氣原理圖并合理選用元器件，編制元器件目錄清單。5．設計電氣設備制造、安裝、調試所必須的各種施工圖紙。6．編寫說明書。一般來說，當生產機械的電力拖動方案和控制方案已經確定后，即可以進行電氣控制線路的設計工作。電氣控制線路是生產機械的重要組成部分，對生產機械能否正確可靠地工作起著決定性的作用。因此必須正確設計電氣控制線路，合理選用電器元件，使電氣控制系統(tǒng)滿足生產工藝的要求。電氣控制線路設計中應注意以下幾個問題。3.5.1合理選擇控制線路電流種類與控制電壓數(shù)值

在控制線路比較簡單的情況下，可直接采用電網電壓，即交流220V、380V供電，以省去控制變壓器。對于具有5個以上電磁線圈（例如接觸器、繼電器等）的控制線路，應采用控制變壓器降低電壓，或采用直流低電壓控制，既節(jié)省安裝空間，又便于采用晶閘管無觸點器件，具有動作平穩(wěn)可靠、檢修操作安全等優(yōu)點。對于微機控制系統(tǒng)，應注意弱電控制與強電電源之間的隔離，一般情況下不要共用零線，以免引起電源干擾。交流標準控制電壓等級為：380V、220V、127V、110V、48V、36V、24V、6.3V。直流標準控制電壓等級為：220V、110V、48V、24V、12V。3.5.2正確選擇電器元件在電器元件選用中，盡可能選用標準電器元件，同一用途盡可能選用相同型號。電氣控制系統(tǒng)的先進性總是與電器元件的不斷發(fā)展、更新緊密聯(lián)系的，因此設計人員必須關注電器元件的發(fā)展動向，不斷搜集新產品資料，以便及時應用于控制系統(tǒng)設計中，使控制線路在技術指標、穩(wěn)定性、可靠性等方面得到進一步提高。3.5.3合理布線，力求控制線路簡單、經濟在滿足生產工藝的前提下，使用的電器元件越少，電氣控制線路中所涉及的觸點的數(shù)量也越少，因而控制線路就越簡單。同時還可以提高控制線路的工作可靠性，降低故障率。1．合并同類觸點在圖3-9a和圖3-9b中，實現(xiàn)的控制功能一致，但圖3-9b比圖3-9a少用了一對觸點。合并同類觸點時應注意所有觸點的容量應大于兩個線圈電流之和。a）不合理b）合理a）不合理b）合理圖3-9同類觸點合并圖3-10中間繼電器的應用2．利用轉換觸點的方式利用具有轉換觸點的中間繼電器將兩對觸點合并為一對觸點，如圖3-10所示。3．盡量縮短連接導線的數(shù)量和長度在設計電氣控制線路時，合理考慮并安排各種電氣設備和電器元件的位置及實際連線，以保證各種電氣設備和電器元件之間的連接導線的數(shù)量最少，導線的長度最短。如圖3-11a和3-11b所示，僅從控制原理上分析，沒有什么不同，但若考慮實際接線，圖3-11a不合理，因為按鈕安裝于操作臺上，接觸器安裝于電氣柜內，從電氣柜到操作臺需要引4根導線。圖3-11b合理，因為它將起動按鈕和停止按鈕直接相連，從而保證了兩個按鈕之間的距離最短，導線連接最短，并且從電氣柜到操作臺只需引出3根導線。所以一般都將起動按鈕和停止按鈕直接連接。另外要注意同一電器的不同觸點在電氣線路中應盡可能具有更多的公共連接線，這樣可減少導線段數(shù)及縮短導線長度。如圖3-12所示，限位開關安裝于生產機械上，繼電器安裝于電氣柜內，圖3-12a中用4根長導線連接，而圖3-12b中用3根長導線連接，故圖3-12b合理。a）不合理b）合理a）不合理b）合理圖3-11電器元件觸點的安排圖3-12節(jié)省連接導線的方法4．盡可能減少通電電器的數(shù)量正常工作中，應盡可能減少通電電器的數(shù)量以利節(jié)能，延長電器元件使用壽命及降低故障率。如圖3-13a所示，KM2線圈得電后，時間繼電器KT線圈一直得電，對于整個控制電路而言，時間繼電器KT已經完成控制動作，故可以將其斷電，因此圖3-13b合理。a）不合理b）合理圖3-13減少電器元件的通電時間3.5.4保證電氣控制線路工作的可靠性保證電氣控制線路工作的可靠性，最主要的是選擇可靠的電器元件。在具體的電氣控制線路設計中要注意以下幾點。1．電器元件觸點位置的正確畫法同一電器元件的動合觸點和動斷觸點靠得很近，如果分別接在電源的不同相上，如圖3-14a所示的限位開關SQ的動合觸點和動斷觸點，其動合觸點接在電源的一相，動斷觸點接在電源的另一相上，當觸點斷開產生電弧時，可能在兩觸點間形成飛弧從而造成電源短路，因此圖3-14a不正確。因此在控制線路設計時，應使分布在線路不同位置的同一電器觸點盡量接到同一個極或盡量共接同一電位點，以避免在電器觸點上引起短路，圖3-14b正確。a）不正確b）正確圖3-14觸點位置的畫法2．電器元件線圈位置的正確畫法（1）在交流控制線路中不允許將兩個電器元件的線圈串聯(lián)在一起使用，即使是兩個同型號電壓線圈也不能串聯(lián)后接在兩倍線圈額定電壓的交流電源上。這是因為每個線圈上分配到的電壓與線圈的阻抗成正比，而這兩個電器元件的動作總是有先后之差，不可能同時動作。如圖3-15a所示，若接觸器KM1先吸合，則KM1線圈的電感顯著增加，其阻抗比未吸合的接觸器KM2的阻抗大，因而分配在KM1線圈上的電壓降增大，使KM2線圈電壓達不到動作電壓，KM2線圈電流增大，有可能將其線圈燒毀。因此，若需要兩個電器元件同時動作，應將其線圈并聯(lián)，如圖3-15b所示。a）不正確b）正確a）不正確b）正確

圖3-15線圈位置的畫法圖3-16大電感線圈和直流繼電器并聯(lián)畫法（2）在直流控制電路中，對于電感較大的電磁線圈，如電磁閥、電磁鐵或直流電動機勵磁線圈等不宜與相同電壓等級的繼電器直接并聯(lián)工作。如圖3-16a所示，YA為電感量較大的電磁鐵線圈，KA為電感量較小的繼電器線圈，當觸點KM斷開時，電磁鐵YA線圈兩端產生較大的感應電動勢，加在中間繼電器KA的線圈上，造成KA誤動作。為此，可在YA線圈兩端并聯(lián)放電電阻R，并在KA支路中串入KM常開觸點，如圖3-16b所示，這樣就能可靠工作。3．防止出現(xiàn)寄生電路在電氣控制線路的動作過程中，發(fā)生意外接通的電路稱為寄生電路。寄生電路將破壞電器元件和控制線路的工作順序或造成誤動作。圖3-17a所示是一個具有指示燈和過載保護的電動機正反向控制電路。正常工作時，能完成正反向起動、停止和信號指示。但當熱繼電器FR動作時，會出現(xiàn)如圖中虛線所示的寄生電路，使正向接觸器不能釋放，起不到保護作用。如果將指示燈與其相應接觸器線圈并聯(lián)，則可防止寄生電路，如圖3-17b所示。a）不正確b）正確圖3-17防止寄生電路4．防止出現(xiàn)“競爭”和“冒險”復雜控制電路中，在某一控制信號作用下，電路從一個穩(wěn)定狀態(tài)轉換到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，常常會引起幾個電器的狀態(tài)變化。考慮到電器元件有一定的動作時間，對一個時序電路來說，就會得到幾個不同的輸出狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為電路的“競爭”。由于電器元件的釋放延時作用，開關電路中的開關元件可能不按要求的邏輯功能輸出，這種現(xiàn)象稱為“冒險”?！案偁帯焙汀懊半U”都將造成控制電路不能按要求動作，引起控制失靈。圖3-18所示為一個產生這種現(xiàn)象的典型電路。圖3-18a電路中，KM1控制電動機M1，KM2控制電動機M2，其本意是：按下SB2后，KM1、KT通電，電動機M1運轉，延時時間到后，電動機M1停轉而M2運轉。運行時會產生這樣的現(xiàn)象：有時候可以正常運行，有時候不能正常運行。原因在于圖3-18a電路設計不可靠，存在臨界競爭現(xiàn)象。KT延時到后，其延時常閉觸點總是由于機械運動原因先斷開而延時常開觸點后閉合，當延時常閉觸點先斷開后，KT線圈隨即斷電，由于磁場不能突變?yōu)榱愫豌曡F復位需要時間，故有時候延時常開觸點來得及閉合，但有時侯因受到某些干擾而不能閉合?？蓪T延時常閉觸點換成KM2常閉觸點，改進后的電路如圖3-18b所示。通常在分析控制電路的電器元件動作及觸點的接通、分斷，都是靜態(tài)分析，沒有考慮其動作時間。而在實際運行中，由于電磁線圈的電磁慣性、機械慣性、機械位移量等因素，接觸器或繼電器線圈從通電到觸點的閉合或斷開，需要一段吸引時間；而線圈斷電時，從線圈斷電到觸點斷開，也需要一段釋放時間，這些統(tǒng)稱為電器元件的動作時間，在控制電路設計過程中要求動作時間小（需延時的除外），不影響電路的正常工作。a）不正確b）正確圖3-18典型臨界競爭電路5．在頻繁操作的可逆線路中，正反向接觸器之間要有電氣互鎖和機械聯(lián)鎖。6．在設計電氣控制線路時，應充分考慮繼電器觸點的接通和分斷能力。3.5.5保證電氣線路工作的安全性電氣控制線路應具有完善的保護環(huán)節(jié)，來保證整個生產機械的安全運行，消除其工作不正?；蛘`操作時所帶來的不利影響，避免事故的發(fā)生。常設的保護環(huán)節(jié)有短路、過流、過載、失壓、弱磁、超速和極限保護等。以CW6163型臥式車床電氣控制原理設計為例，說明設計過程。1．設計要求CW6163型臥式車床是性能優(yōu)良、應用廣泛的小型臥式車床，工件最大車削直徑為630mm，工件最大長度1500mm，其主軸運動的正反轉依靠兩組機械式摩擦片離合器完成，主軸的制動采用液壓制動器，進給運動的縱向左右運動、橫向前后運動以及快速移動都集中由一個手柄操作。電氣控制系統(tǒng)的要求是：（1）由于工件的長度較大，為減少輔助時間、提高工作效率，除配備一臺主軸電動機外，還配備一臺刀架快速移動電動機，另外主軸移動的起、?？刂埔髢傻夭僮?。（2）由于切削時會產生高溫，故需配備一臺普通冷卻泵電動機。（3）需配備一套局部照明裝置以及一定數(shù)量的工作狀態(tài)指示燈。2．電動機的選擇根據(jù)上述控制要求可知，該控制線路需配備三臺電動機，分別為：（1）主軸電動機M1，型號為Y160M－4三相異步電動機，性能指標為11kW、380V、22.6A、1460r/min。（2）冷卻泵電動機M2，型號為JCB－22三相異步電動機，性能指標為0.125kW、380V、0.43A、2790r/min。（3）快速移動電動機M3，型號為Y90S－4三相異步電動機，性能指標為1.1kW、380V、2.7A、1400r/min。3．電氣控制線路設計（1）主電路設計

1）主軸電動機M1M1的功率較大，超過10kW，但是由于車削在車床起動以后才進行，并且主軸的正反轉通過機械方式進行，所以M1采用單向直接起動控制方式，用接觸器KM進行控制。在設計時還應考慮到過載保護，并采用電流表PA監(jiān)視車削量，就可以得到控制M1的主電路如圖3-19所示。從圖3-19中可以看到M1未設置短路保護，它的短路保護由機床的前一級配電箱中的熔斷器充任。2）冷卻泵電動機M2和快移電動機M3由于電動機M2和M3的功率較小，額定電流分別為0.43A和2.7A，為了節(jié)省成本及縮小體積，可分別用交流中間繼電器KA1和KA2（額定電流都為5A，常開常閉觸點都為4對）替代接觸器進行控制。由于快速移動電動機M3短時運轉，故不設過載保護，這樣可得到控制M2和M3的主電路如圖3-19所示。（2）控制電源設計考慮到工作線路的安全可靠、滿足照明及指示燈的要求，采用控制變壓器TC供電，其一次側為交流380V，二次側為交流127V、36V、6.3V，其中127V提供給接觸器KM和中間繼電器KA1及KA2的線圈，36V交流安全電壓提供給局部照明電路，6.3V提供給指示燈電路，具體電路如圖3-19所示。（3）控制電路設計1）主軸電動機M1的控制由于機床較大，考慮到操作方便，主電動機M1可在機床床頭操作板上和刀架拖板上分別設置起動和停止按鈕SB3、SB1、SB4及SB2進行操縱，實現(xiàn)兩地控制，可得到M1的控制電路如圖3-19所示。2）冷卻泵電動機M2和快速移動電動機M3的控制M2采用單向起?？刂品绞剑琈3采用點動控制方式，具體電路如圖3-19所示。（4）局部照明與信號指示電路的設計設置照明燈EL、燈開關SA及照明回路熔斷器FU3，具體電路如圖3-19所示。可設三相電源接通指示燈HL2（綠色），在電源開關QS接通后立即發(fā)光顯示，表明機床電氣線路已處于供電狀態(tài)。設置指示燈HL1（紅色）用來顯示主軸電動機是否運行。指示燈HL1和指示燈HL2分別由接觸器KM的輔助常開和輔助常閉觸點進行切換通電顯示，具體電路如圖3-19所示。圖3-19CW6163型臥式車床電氣原理圖4．電器元件的選擇在電氣原理圖設計完成后就可以根據(jù)電氣原理圖進行電器元件的選擇。該設計中所需電器元件主要包括：（1）電源開關的選擇電源開關QS主要用于給M1、M2、M3電動機提供電源，而在控制變壓器二次側的電器在變壓器一次側產生的電流相對較小，因此QS的選擇主要考慮M1、M2、M3電動機的額定電流和起動電流。上述已知M1、M2、M3電動機的額定電流分別為22.6A、0.43A和2.7A，易計算額定電流之和為25.73A，由于功率最大的主軸電動機M1為輕載起動，并且M3為短時工作，因而電源開關的額定電流選25A左右，具體為：三極組合開關，HZ10－25/3型，額定電流25A。（2）接觸器的選擇根據(jù)接觸器所控制負