第三章常用机床电气控制

第三章常用机床电气控制第一节车床的电气控制第二节磨床的电气控制第三节钻床的电气控制第四节铣床的电气控制第五节镗床的电气控制第一节车床的电气控制车床是一种应用最为广泛的金属切削机床，能够切削外圆、内圆、端面、螺纹、定型表面，并可以用钻头、绞刀等进行加工。卧式车床主运动由床身、主轴变速箱、尾座进给箱、丝杠、光杠、刀架和溜板箱等组成。车削加工的主运动是主轴通过卡盘或顶尖带动工件的旋转运动，它承受车削加工时的主要切削功率。进给运动是溜板带动刀架的纵向或横向直线运动。车床的辅助运动包括刀架的快速进给与快速退回，尾座的移动与工件的夹紧与松开等。车削加工时，应根据工件材料、刀具种类、工件尺寸、工艺要求等来选择不同的切削速度，这就要求主轴能在相当大的范围内调速。目前大多数中小型车床采用三相笼型感应电动机拖动，主轴的变速是靠齿轮箱的机械有级调速来实现的。车削加工时，一般不要求反转，但在加工螺纹时，为避免乱扣，要反转退刀；同时，加工螺纹时，要求工件旋转速度与刀具的移动速度之间有严格的比例关系。为此，车床溜板箱与主轴箱之间通过齿轮传动来连接，而主运动与进给运动由一台电动机拖动。为了提高工作效率，有的车床刀架的快速移动由一台单独的进给电动机拖动。进行车削加工时，刀具的温度高，需用切削液来进行冷却。为此，车床备有一台冷却泵电动机，拖动冷却泵，实现刀具的冷却。有的车床还专门设有润滑泵电动机，对系统进行润滑。今以C650-2型卧式车床电气控制为例进行分析。图3-1为C650-2型车床电气控制电路图。C650-2型车床是一种中型车床，除有主轴电动机M1和冷却泵电动机M2外，还设置了刀架快速电动机M3。它的控制特点是：（1）主轴电动机M1采用电气正反转控制。（2）M1容量为20KW，采用电气反接制动，实现快速停车。（3）为便于对刀操作，主轴设有点动控制。（4）采用电流表来检测电动机负载情况。一、主轴电动机的控制1、主轴正反转控制由按钮SB2、SB3和接触器KM1、KM2组成主轴电动机正反转控制电路，并由接触器KM3主触点短接反接制动电阻R，实现全压直接起动运转。2、主轴的点动控制由主轴点动按钮SB4与接触器KM1控制，并且在主轴电动机M1主电路中串入电阻R减压起动和低速点动，便于对刀操作。3、主轴电动机反接制动的停车控制主轴停车时，由停止按钮SB1与正反转接触器KM1、KM2及反接制动接触器KM3、速度继电器KV，构成电动机正反转反接制动控制电路，在KV控制下实现反接制动停车。4、主轴电动机负载检测及保护环节C650-2型车床采用电流表检测主轴电动机定子电流。为防止起动电流的冲击，采用时间继电器KT的常闭通电延时断开触点连接在电流表的两端，为此KT延时应稍长于M1的起动时间。而当M1制动停车时，当按下停止按钮SB1时，KM3、KA、KT线圈相继断电释放，KT触点瞬时闭合，将电流表短接，不会受到反接制动电流的冲击。二、刀架快速移动的控制刀架的快速移动由快速移动电动机M3拖动，由刀架快速移动手柄操作。当扳动刀架快速移动手柄时，压下行程开关ST，接触器KM5线圈通电吸合，使M3电动机直接起动，拖动刀架快速移动。当将快速移动手柄扳回原位时，ST不受压，KM5断电释放，M3断电停止，刀架快速移动结束。三、冷却泵电动机的控制由按钮SB5、SB6和接触器KM4构成电动机单方向起动、停止电路，实现对冷却泵电动机M2的控制。第二节磨床的电气控制磨床是用砂轮的周边或端面进行机械加工的精密机床。磨床的种类很多，按其工作性质可分为外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床以及一些专用磨床，如螺纹磨床、齿轮磨床、球面磨床、花键磨床、导轨磨床与无心磨床等。其中尤以平面磨床应用最为普遍。平面磨床可分为下列几种基本类型：立轴矩台平面磨床，卧轴矩台平面磨床、立轴圆台平面磨床，卧轴圆台平面磨床。今以M7475B立轴圆台平面磨床的电气控制为例进行分析。M7475B立轴圆台平面磨床是大型平面磨床，主运动是砂轮的旋转，圆形工作台带动工件转动为进给运动。磨头的升降与台面的左右移动为辅助运动。工作台上设有电磁吸盘，用来吸持工件。图3-2为M7475B型平面磨床交流电力拖动控制电路图，图3-2M7475B型平面磨床交流控制电路图a)主电路图b)交流控制电路图3-3为M7475B型平面磨床电磁吸盘励磁、退磁控制电路图。一、控制电路的特点（1）砂轮电动机M1容量为25KW，采用Y-D减压起动。（2）工作台旋转由双速电动机M2拖动，慢速时电动机联结成D形，快速时为YY联结。（3）电动机M2和冷却泵电动机M5由手动选择开关SA1、SA3操作，为实现M2、M5的零电压保护，设置了零压继电器KHV。（4）工作台的左右运动，磨头上下运动全都采用电气控制。（5）机床设有完善的保护环节：FR1～FR5热继电器实现电动机M1～M5的过载保护；FU1、FU2熔断器分别为M2及M3～M5电动机的短路保护；行程开关SQ1、SQ2及SQ3分别为工作台左行、右行及磨头上升的限位保护；接触器KM8与KM3及KM4的电气互锁，实现工作台旋转与磨头下降运动之间的互锁。（6）M7475B型立轴圆台磨床电气控制电路由两部分组成。一部分为交流继电-接触器控制系统，控制交流电力拖动部分；另一部分为电子控制电路，控制电磁吸盘（magncticchuck）的励磁与退磁。由按钮SB8、SB9控制中间继电器KA1，再由KA1控制KA2，实现对电磁吸盘的控制。其中V1、V2组成电子开关电路，用于给电磁吸盘励磁，V3和V4组成多谐振荡器电路，用于电磁吸盘的退磁。二、交流控制电路分析1、砂轮电动机M1的控制合上开关，引入三相交流电源，按下起动按钮SB1，零压保护继电器KHV线圈通电并自锁，电源接通，信号灯HL1亮，表明机床的电气电路处于带电状态。按下砂轮电动机起动按钮SB2，接触器KM2线圈处于断电状态，其常闭辅助触点闭合，将砂轮电动机定子绕组联结成Y形。同时，接触器KM1线圈通电吸合并自保，时间继电器KT线圈通电吸合。KM1主触点闭合，将M1接通三相交流电源，使电动机定子绕组在Y联结下起动旋转。经过一定时间延时，当M1转速接近其额定转速时，时间继电器触点KT（4-8）断开，KM线圈断电释放，触点KM1（5-6）闭合，为KM2线圈通电作准备。同时，触点KT（7-4）闭合，使KM2线圈通电吸合并自保，将砂轮电动机M1定子绕组联结成D形。在KM2线圈通电后，触点KM2（7-8）闭合，使KM1线圈重新通电吸合，接通M1电源，M1进入正常运转状态。由上可知，在M1电动机起动过程中，KM2断电，电动机联结成Y形，KM1通电起动旋转，当电动机转速接近额定转速时，KM1先断电释放切断三相电源，然后KM2通电吸合，电动机联结成D形，再让KM1吸合动作。这是由于接触器KM2容量为40A，比KM1（容量为75A）小；另外电路中采用KM2辅助触点将M1电动机定子绕组联结成Y形，而辅助触点断开电流能力比主触点小得多。所以，首先使KM1断电释放，切断电源，然后才使KM2吸合，再无电的情况下将电动机联结成D形，再使KM1动作，重新接通电源。如果KM1不先断电释放，直接使KM2动作，势必使KM2的辅助触点断开大电流，这可能将触点烧蚀。即使触点不被烧坏，在断开大电流时也要产生强烈的电弧。而辅助触点的灭弧能量差，到KM2主触点闭合时，辅助触点间的电弧有可能尚未熄灭，这将发生电源短路。砂轮电动机起动后，触点KM1接通砂轮起动信号灯HL2，同时KM1另一常闭触点断开砂轮停止信号灯HL3。停车时，按下停止按钮SB12，KM1、KM2和KT线圈断电释放，砂轮电动机M1停转。同时，指示灯HL2灭，HL3亮。2、工作台转动控制工作台有高、低速两种旋转速度，在按下总起动按钮SB1，KHV通电并自保，指示灯HL1亮之后，由选择开关SA1选择。当SA1向下扳动时，触点SA1（11-13）接通，接触器KM3线圈通电吸合，工作台转动电动机M2定子绕组联结成Y形，电动机低速旋转，经传动机构带动工作台低速转动。当SA1向上扳动时，触点SA1（11-9）接通，KM4线圈通电吸合，M2定子绕组联结成YY形，电动机高速旋转，拖动工作台高速转动。将SA1开关扳到中间位置时，KM3、KM4线圈均断电释放，M2与工作台停止转动。3、工作台移动的控制由按钮SB4、SB5与接触器KM5、KM6构成移动电动机M3的正反转点动控制电路。行程开关ST1、ST2为工作台左右移动行程开关。4、磨头上升与下降的控制由按钮SB6、SB7与接触器KM7、KM8构成磨头升降电动机M4正反转点动控制电路。ST3为磨头上升行程开关。在磨头下落过程中，为安全起见，不允许工作台转动。为此，工作台转动与磨头下降之间设有电气互锁。5、冷却泵电动机的控制冷却泵电动机M5由开关SA3来控制接触器KM9，以实现其起动与停止。三、电磁吸盘励磁与退磁的控制平面磨床是依靠电磁吸盘来吸持工件，然后进行磨削加工。工件磨削加工完成后，为使工件从吸盘上取下来，要求对电磁吸盘进行退磁。1、电磁吸盘励磁控制在图3-2中，按下励磁按钮SB8，励磁中间继电器KA1线圈通电并自保，触点KA1（100-100a）断开，切断退磁中间继电器KA2电路，其触点KA2（110-118）、KA2（134-121）、KA2（135-123）断开，晶体管V1因发射极断开而不能工作，V3、V4则因输出端断开而不起作用，此时只有晶体管V2正常工作。V2选用的是3AX81PNP型锗管，当它的发射极和基极之间的电压UEB≥0.2V时，V2导通；小于0.2V时，V2截止。在V2的发射极、基极回路中，有两个输入电压，一个是从电位器RP3上取出的电压UEA，即电容器C6两端的电压；另一个是从电位器RP2上取出并经二极管V21整流的电压UBA，即动作R11两端的电压。UBA来自同步变压器TS2的220V交流电压，在其正半周，正弦波电压被稳压管V10削成梯形波后加在RP2上；在其负半周，电源电压经V10、R15构成回路，如若忽略V10正向管压降0.6V，则RP2上没有电压，使V21截止。这样，梯形波经V21给电容器C7充电，使UC7电压逐渐上升。V21截止时，C7对R11放电，在R11两端出现锯齿形电压UBA，且UBA0。这样UEB＝UEA+UAB＝UEA-UBA，所以，RP3电位器上取出电压UEA愈高，则V2的UEB愈高，V2趋向导通；而锯齿波电压UBA上升，使V2的UEB减小，V2趋向截止。在UEA、UBA两个电压共同作用下，使V2处于两种工作状态：当UEB≥0.2V时，V2导通；当UEB0.2V时，V2截止。在一般情况下，UBA处于峰值及其附近的较高电压值时，UEB0.2V，V2截止；当锯齿波电压UBA在较低电压值时，V2导通。V2开始导通时，其集电极上的脉冲变压器TP2产生一个触发脉冲，经V20送到晶闸管V6的控制极和阴极之间，使V6触发导通，电磁吸盘YH通电。半个周期后，V6阴极电压改变极性，晶闸管被关断。V2在电源电压的每个周期内导通一次，晶闸管也随着导通一次。于是，电磁吸盘YH中流过单方向脉动电流，而其脉动电压在100V左右。调节RP3改变给定电压UEA的大小，当UEA大时，V2导通时间提前，触发脉冲前移，晶闸管导通角加大，YH中电流增大，电磁吸盘吸力加大，反之，UEA小时，电磁吸盘吸力将减小。2、电磁吸盘退磁控制当工件磨削完毕，在取下工件前，应使电磁吸盘退磁。退磁时，按下停止按钮SB9，励磁中间继电器KA1线圈断电释放，其常闭触点闭合，使退磁中间继电器KA2线圈通电吸合，触点KA2（110-118）、KA2（134-121）、KA2（135-123）闭合，接通V1的发射极和V3、V4的输出电路。而触点KA2（141-142）断开，因此C10经R23与RP3放电，RP3两端电压和给定电压UEA逐渐降低。由V3、V4及有关的阻容件组成对称多谐振荡器电路。放大器V3和V4通过C8和C9互相耦合，轮流导通和截止。V3、V4一管截止时另一管导通，产生自激振荡，振荡频率由R18、R20和C8、C9决定。V3