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《电气控制与PLC应用技术》电子教案主编伍金浩曾庆乐中等职业教育机电技术应用专业规划教材丛书主编李乃夫第2章常用机械设备的电气控制2.1概述2.1.1常用机床设备简介在机械加工的过程中由于工艺的要求，机床必须具有多种的机械运动配合，而这些机械运动往往是通过电气系统对电动机的控制来配合实现的。我国将机床按其作用、结构、性能、特点及使用范围分为十二大类。可见电气控制系统在机床电路的实际应用中非常普遍，控制对象和要求的不同使电路结构也差别很大，本章以一些常用机床的电气控制电路为例进行分析，通过学习提高对接触器控制电路的认识，加深对交流电动机控制方法的理解。2.1.2电气控制系统图的构成规则和绘图的基本方法电气控制系统图一般有三种：电气原理图、电器元件布置图与电气安装接线图。１．电气控制电路图绘制的基本方法（1）符号的使用1)图形符号电气图中的图形符号由符号要素、一般符号、限定符号等部分组成。2)文字符号电气设备中的文字符号用来标明电路、电气设备、装置和元器件的名称、功能、状态和特征等，文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。①基本文字符号分单字母和双字母两种，均用大写字母表示。单字母符号将各种电器元件、设备和装置划分为23大类。例如继电器--接触器控制电路中常用的有：K表示继电器或接触器类；M表示电动机；F表示保护器件；S表示控制、记忆、信号电路的开关器件选择器；T表示变压器等。双字母符号的第一位必须与上述23大类单字母符号相对应，表示器件大类，第二位表示附加信息。如：K表示继电器或接触器类，KT表示时间继电器，KM表示接触器。②辅助文字符号用来表示电器、装置、电气设备和元件的功能、状态、特征等，由l～3位大写字母组成。如：A表示电流或模拟信号、AC表示交流、PEN表示保护接地与中性线共用等。（2）图线的使用电气图中常用图线有实线、虚线、点画线等。实线是绘制图中主要内容的基本线，用来画符号的轮廓线和导线；虚线是辅助线，用来画机械联动线、屏蔽线、不可见线等；点画线常用作分界线和围框线。2.电气原理图绘制的基本原则用图形符号和文字符号表示电路各电器元件连接关系和电路工作原理的图形称为电气原理图。绘制电气原理图应遵循的一些基本原则：l）原理图分主电路和辅助电路两部分。2）原理图使用国家标准规定的图形符号和文字符号绘制，不表现电器元件的外形和机械结构，同一电器的不同组件可按工作原理需要分开绘制，但应标注相同的文字符号。3）原理图中的所有触点都按未动作时的通断情况绘制，有电连接的交叉导线应在交叉点画上圆点。4）接触器或继电器线圈的下方应标明其对应的文字符号，并列触点表。5）控制电路的接点标记（线号）采用三位及三位以下阿拉伯数字按等电位原则标注。6）主电路各接点标记要按规定原则标注。7）整张图纸的图面按回路划分成若干个图区，图区编号用阿拉伯数字写在图面下部的方框内。C620普通车床的电气控制原理图3.电气安装图电气安装图是用来指示电气控制系统中各电器元件的实际安装位置和接线情况的。在图中电器元件用实线框表示，而不必按其外形形状画出。①体积大和较重的电器设备应安装在电器安装板的下方，而发热元器件应安装在电器安装板的上面。②强电、弱电应分开，强电要加防护，弱电应加屏蔽，以策安全和防止外界干扰。③需要经常维护、检修、调整的电器元件应安装于便于操作的位置，不宜过高或过低。④电器元件的布置应考虑整齐、美观、对称，不宜过密，应留有一定间距，便于散热和维护。4.电气系统安装接线图电气系统安装接线图用来表明电气设备之间的接线关系，清楚的表明电气设备外部元件之间的电气连接。电气系统安装接线图主要用于电器的安装接线、线路检查、线路维修和故障处理，通常接线图与电气原理图一起使用。电气系统接线图的绘制原则是：①各电气元件均按实际安装位置绘出，电气元件的图形符号和文字符号必须与电气原理图一致，并符合国家标准。②各电气元件上凡是需接线的部件端子都应绘出，并予以编号，各接线端子的编号必须与电气原理图上的导线编号相一致。③不在同一控制柜、控制屏等控制单元上的电器零件之间的电气连接必须通过端子板进行，并标明去向。④在电气系统安装接线图中布线方向相同的导线用线束表示，连接导线应注明导线的规格(数量、截面积等)；若采用线管走线时，须留有一定数量的备用导线。还应注明线管的尺寸和材料。C620普通车床的电气安装接线图2.1.3生产机械设备电气控制电路图的读图方法要学会读懂机床电气线路图，必须在熟练掌握电气控制的基本方法、控制形式等并充分了解各种机床机械运动的基础上，对其电气控制电路进行分析加深理解。熟悉机、电配合及动作情况，掌握各种典型机床的电气控制原理。其基本读图方法是：(1)看说明书，对设备有一个总体的了解，从设备的基本结构、运动情况、工艺要求、操作方法，到设备对电力拖动的要求，电气控制和保护的具体方法等。(2)看主电路，了解电力拖动系统由几台电动机所组成，并结合工艺要求了解电动机的运行特点(如起动、制动方式，是否正反转，有无调速要求等)，各电动机使用了那些电器实行控制和保护。(3)分析控制电路，按照设备的工艺要求和动作顺序，对应控制电路的各种基本环节，分析各个控制环节的工作原理和过程。(4)分析保护要求，结合设备各个系统的配合情况，找出各个环节之间的联系、工作程序和联锁关系，配合控制电路的全面分析。可总结为“化整为零看局部，综合为整看全图”。(5)最后看其他辅助电路(如检测、信号指示、照明电路等)。2.2CA6140型普通车床的电气控制电路2.2.1车床的电力拖动形式和控制要求普通车床对电力拖动及其控制有以下基本要求：(1)主拖动电动机采用笼型异步电动机，由于车床采用机械的方法调速和反转传动，因此对电动机没有电气调速及反转的控制要求；主轴电动机采用直接起动。(2)在车削加工时，为防止刀具和工件温度过高，需要由—台冷却泵电动机来提供冷却液。—般要求冷却泵电动机在主轴电动机起动后才能起动，主轴电动机停机，冷却泵电动机也同时停机的顺序控制。(3)为了方便操作有的车床还配有—台刀架快速移动电动机，采用点动控制。(4)具有短路、过载、欠压、失压等保护环节。(5)具有安全的局部工作照明装置。2.2.2CA6140型普通车床的主要结构和运动形式CA6140型车床是—种普通车床，其基本结构和控制电器位置如图所示，主要由床身、主轴变速箱、主轴(主轴上带有用于夹持工件的卡盘)、挂轮箱、进给箱、溜板箱、溜板与刀架、尾架、丝杆等组成。2.2.3CA6140型普通车床电气控制电路分析1．电源电路（图区1、2）电源采用三相380V交流电源，由带漏电保护断路器QF引入，总熔断器FU由用户电源提供，PE为接地保护线路。2．主电路（图区3、4、5、6）主电路有三台电动机的供电电路组成，主轴电动机M1的短路保护由电源电路的断路器QF响应，而冷却泵电动机M2和刀架快速移动电动机M3的短路保护，分别由熔断器FU1、FU2实现。三台电动机分别由交流接触器KM1、KM2、KM3控制直接起动，单向运转。由热继电器FR1、FR2分别实现对M1、M2的过载保护，由于M3是短时工作制，所以不需要过载保护。３．控制电路（图区7、8、9、10）(1)控制电路电源的控制合上QF接通电源。控制电路由控制变压器TC提供110V电源，FU3作短路保护。(2)主轴电动机的控制起动时：按下绿色按钮SB1→接触器KM1通电并自锁→主轴电动机M1起动运行；停机时：按下装在SB1旁边的红色蘑菇形按钮SB2→接触器KM1断电→主轴电动机M1停止转动，SB2在按下后可自行锁住，要复位需向右旋。(3)冷却泵电动机的控制冷却泵电动机M2由旋钮开关SA1操纵，通过KM2控制。(4)刀架快速移动电动机的控制刀架快速移动电动机M3由按钮SB3点动控制。刀架快速移动的方向则由装在溜板箱上的十字形手柄控制。４．照明与信号指示电路（图区11、12）照明与信号指示电路的电源同样由TC提供，EL为车床工作照明灯，电压为24V；HL为电源指示灯，电压为6V。HL和EL分别由FU4和FU5作短路保护。５．电气保护环节除短路和过载保护外，该电路还设有由行程开关SQ1、SQ2组成的安全保护环节。2.3Z535型立式钻床的电气控制电路2.3.1立式钻床的主要结构和运动形式2.3.2立式钻床的电力拖动形式和控制要求立式钻床的电力拖动及其控制要求是：(1)钻床的主轴运动和进给运动由主轴电动机带动。主轴电动机直接起动，能够正反转；由于采用机械方法调速，所以对电动机没有调速要求。(2)加工过程的冷却液由—台冷却泵电动机提供。(3)具有常规的电气保护环节和安全的局部照明装置。2.3.3Z535型立式钻床电气控制电路分析1．电源电路（图区1）电源采用三相380V交流电源，由QS1引入，FU1作全电路的短路保护，PE为接地保护线路。2．主电路（图区2、3、4）M1为主轴电动机，用于主轴的钻孔加工操作，分别由接触器KM1、KM2作正反转控制，热继电器FR作过载保护。M2为冷却泵电动机，由QS2控制运行，FU2作M2及控制、照明电路的短路保护。3．控制电路（图区5、6、7）Z535钻床的控制电路相对比较简单。由操纵手柄压动三个微动开关SQ1、SQ2、SQ3来控制KM1、KM2，实现M1的正反转控制：(1)M1正转控制：将操纵手柄置于向下位置→压动SQ1与SQ2→SQ1与SQ2的动合触点(1-2)、(2-3)闭合→KM1通电→M1正转。如果松开手柄，SQ2的动合触点(2-3)断开，但KM1由其自锁触点(8-3)经SQ3的动断触点(2-8)支路自锁而保持通电。(2)M1反转控制：将操纵手柄置于向上位置→压动SQ1与SQ3→SQ1与SQ3的动合触点(1-2)、(2-6)闭合→KM2通电→M1反转。如果松开手柄→SQ3的动合触点(2-6)开时，KM2由自锁触点(5-6)经SQ2的动断触点(2-5)支路保持通电。(3)M1停止控制：当操纵手柄置于中间位置时，SQ1的动合触点(1-2)断开→KM1（或KM2）断电→M1停机。2.4X62W型万能铣床的电气控制电路2.4.1铣床的主要结构和运动形式铣床的运动形式主要有：（1）主运动，主轴带动刀杆和铣刀的旋转运动；（2）进给运动，包括工作台带动工件在水平的纵、横方向及垂直方向三个方向上的运动；（3）辅助运动，是工作台在三个方向上的快速移动。1一底座2一进给电动机3一升降台4一进给变速手柄及变速盘5一溜板6一转动部分7一工作台8--刀杆支架9一悬梁l0--主轴ll一主轴变速盘12--主轴变速手柄13--床身14一主轴电动机2.4.2铣床的电力拖动形式和控制要求X62W万能铣床对电力拖动及其控制有以下要求：①主轴电动机M1为空载直接起动，为满足顺铣和逆铣工作方式转换的要求，电动机要求有正、反转，停车时要求主轴电动机设制动控制。②M2电动机负责拖动工作台横向、纵向和垂直三个方向的进给运动，选用直接起动方式，进给方向的选择由操作手柄配合相应机械传动来实现，且每个方向均有正、反向运动，即要求M2有正、反转。③使用圆工作台时，工作台不能有其他方向进给，因此圆工作台旋转与三个方向的进给运动间设有联锁控制。④主轴与进给工作顺序为有序联锁控制，要求加工开始时铣刀先旋转，进给运动才能进行；加工结束时，进给运动要先于铣刀停止。⑤为提高生产效率，工作台各方向调整运动均为快速移动。⑥由M3电动机拖动冷却泵，在铣削加工时提供必要的冷却液。⑦为方便操作，各部分起、停控制均为两地控制。⑧具有必要的安全保护功能和三台电动机之间有联锁控制功能。2.4.3X62W型万能铣床电气控制电路分析1.电源及主电路（图区1、2、3、4）三相电源由电源开关QS1引入，FU1作全电路的短路保护。主轴电动机M1的运行由接触器KM1控制，换相开关SA3预先选定转向。进给电动机M2由KM3、KM4实现正反转控制。在M1起动运行之后才能由QS2控制冷却泵电动机M3作单向旋转。三台电动机分别由热继电器FR1、FR2、FR3作过载保护。2．控制电路(图区5、6、