机床电气控制原理设计

1第十章机床电气控制线路的设计2第九章机床电气控制线路的设计机床一般都是由机械与电气两大部分组成的，设计一台机床，首先要明确该机床的技术要求，拟订总体技术方案。机床的电气设计是机床设计的重要组成部分，机床的电气设计应满足机床的总体技术方案要求。机床电气设计涉及的内容广泛，主要是设计电气原理图，正确选择低压控制电器及编制电气元件一览表等。3第九章机床电气控制线路的设计要求：了解机床电气设计的基本内容，重点掌握继电器―接触器控制线路设计的一般规律及设计方法，掌握普通机床电气原理图设计的一般方法，正确选择电动机、接触器、继电器、熔断器和主令电器等低压控制电器。49.1电气设计的一般原则9.1电气设计的一般原则9.1.1机床电气设计的基本要求(1)熟悉设计机床的总体技术要求及工作过程，弄清其它系统对电气控制系统的技术要求。(2)了解所设计机床(设备)的现场工作条件、电源及测量仪表种类等情况。59.1电气设计的一般原则9.1电气设计的一般原则9.1.1机床电气设计的基本要求(3)依据总体技术要求，通过技术经济分析，选择出最佳的传动方案和控制方案。(4)设计机构简单、技术先进、工作可靠、维护方便、经济耐用的电气控制电路，进行模拟试验，验证其能满足所设计机床的工艺要求。69.1电气设计的一般原则(5)保证使用安全，贯彻执行最新的国家标准。1.1.2机床电气设计的基本内容(1)拟订电气设计的技术条件(任务书)。(2)选择并确定电气传动形式与控制方案。79.1电气设计的一般原则(3)确定电动机容量。(4)设计电气控制原理图。(5)选择电气元件，制定电动机和电气元件明细表。89.1电气设计的一般原则(6)画出电动机、执行电磁铁、电气控制部件以及检测元件的总布置图。(7)设计电气柜、操作台、电气安装板以及非标准电器和专用安装零件。(8)绘制装配图和接线图。99.1电气设计的一般原则(9)编写设计计算说明书和使用说明书。根据机械设备的总体技术要求和电气系统的复杂程度不同，以上步骤可增可减，某些图纸和技术文件也可适当合并或增删。109.1电气设计的一般原则9.1.3电气设计的技术条件电气设计的技术条件通常是以设计技术任务书的形式表达，它是整个电气设计的依据。在任务书中，除了需简要说明所设计的机械设备的型号、用途、工艺过程、技术性能、传动参数以及现场工作条件外还必须说明以下几点：119.1电气设计的一般原则(1)用户供电电网的种类(直流或交流)、电压、频率及容量。(2)有关电气传动的基本特性，如运动部件的数量和用途、负载特性、调速范围和平滑性，电动机的启动、反向和制动的要求等。(3)有关电气控制的特性，如电气控制的基本方式，自动工作循环的组成，自动控制的动作程序，电气保护及联锁条件等。129.1电气设计的一般原则(4)有关操作方面的要求，如操作台的布置，操作按钮的设置和作用，测量仪表的种类以及显示、报警和照明要求等。(5)机床主要电气设备(如电动机、执行电器和行程开关等)的布置草图。电气设计的技术条件，是由参与设计的各方面人员根据所设计机械设备的总体技术要求共同讨论拟订的。139.1电气设计的一般原则9.1.4电气传动形式的确定电气传动形式的确定是电气设计的主要内容之一，也是以后各部分设计内容的基础和先决条件。1.传动形式149.1电气设计的一般原则1.传动形式单电动机拖动：指用一台电动机拖动一台生产机械，通过机械传动链将动力传送到每个工作机构。当一台生产机械的运动部件较多时，这种拖动方式的机械传动机构十分复杂。多电动机拖动：指一台设备由多台电动机分别驱动各个工作机构。例如，数控机床，除必需的内在联系外，主轴、每个刀架、工作台及其他辅助运动机构，都分别由单独的电动机驱动。159.1电气设计的一般原则这种拖动方式不仅大大简化了生产机械的传动机构，而且控制灵活，为生产机械的自动化提供了有利的条件，现代化机械传动机构基本上采用这种拖动形式。169.1电气设计的一般原则2.调速性能有快速平稳的动态性能和准确定位的设备(如龙门刨床、镗床、数控机床等)，都要求一定金属切削机床的主运动和进给运动，起吊设备、机械手的某些运动机构，以及要求具有快速平稳的动态性能和准确定位的设备（如龙门刨床、镗床、数控机床等），都要求一定的调速范围。为了达到一定的调速范围，可采用齿轮变速箱、液压调速装置、双速或多速电动机以及电气的无级调速传动方案。179.1电气设计的一般原则重型或大型设备：主运动及进给运动，应尽可能采用电气无级调速。这有利于简化机械结构，缩小齿轮箱体积，降低制造成本，提高机床利用率。精密机械设备：坐标镗床、精密磨床、数控机床以及某些精密机械手，为了保证加工精度和动作的准确性，便于自动控制，应采取电气无级调速方案。189.1电气设计的一般原则电气无级调速，一般应用较先进的晶闸管一直流电动机调速系统。但直流电动机与交流电动机相比，体积大、造价高、维护困难。随着交流调速技术的发展，通过全面经济技术指标分析，可以考虑选用交流调速系统。一般中、小型设备，如普通机床没有特殊要求时，可选用经济、简单、可靠的三相笼型异步电动机，配以适当级数的齿轮变速箱。为了简化结构，扩大调速范围，可采用双速或多速的笼型异步电动机。199.1电气设计的一般原则在选用三相笼型异步电动机的额定转速时，应满足工艺条件要求，选用二极(极对数P=1)的(同步转速3000r／rain)、四极(极对数P=2)的(同步转速1500r／min)或更低的同步转速，以简化机械传动链，降低齿轮变速箱的制造成本。负载特性不同机械设备的各个工作机构，具有各不相同的负载特性T=f(n),P=f(n)。如机床的主运动为恒功率负载，进给运动为恒转矩负载。209.1电气设计的一般原则在选择电动机调速方案时，要使电动机的调速特性与负载特性相适应，以使电动机得到充分合理的应用。例如：双速笼型异步电动机，当定子绕组由△连接改接成双星形连接时，转速增加一倍，功率却增加很少，因此它适用于恒功率传动。219.1电气设计的一般原则对于低速为丫形连接的双速电动机改接成丫丫形连接后，转速和功率增加一倍，而电动机所输出的转矩却保持不变，适用于恒转矩传动。他励直流电动机的调磁调速属于恒功率调速，而调压调速则属于恒转矩调速。229.1电气设计的一般原则4.启动、制动和反向要求一般说来，由电动机完成机床的启动、制动和反向要比机械方法简单、容易，因此机床主轴的启动、停止、正反转运动和调速操作，只要条件允许最好由电动机完成。239.1电气设计的一般原则机床主运动传动系统的启动转矩一般都比较小，因此，原则上可采用任何一种启动方式。对于机床的辅助运动，在启动时往往要克服较大的静转矩，所以在必要时也可选用大启动转矩的电动机，或采用增大启动转矩的措施。249.1电气设计的一般原则还要考虑电网容量。对于电网容量不大而启动电流较大的电动机一定要采取限制启动电流的措施，如在定子电路中串入电阻或电抗器降压启动等，以免电网电压波动较大而造成事故。传动电动机是否需要制动，应视机械设备工作循环的长短而定。对于某些高速高效金属切削机床，为了便于测量和装卸工件或者更换刀具，宜采用电动机制动。259.1电气设计的一般原则如果对于制动性能无特殊要求而电动机又不需反转时，则采用反接制动可使线路简化。在要求制动平稳、准确，即在制动过程中不允许有反转可能性时，宜采用能耗制动方式。269.1电气设计的一般原则在起吊运输设备中常采用具有联锁保护功能的电磁机械制动(俗称电磁抱闸)，有些场合也采用再生发电制动(反馈制动)。电动机的频繁启动、反向或制动会增加过渡过程中的能量损耗，从而导致电动机过热。279.1电气设计的一般原则在这种情况下，必须限制电动机的启动或制动电流，或者在选择电动机的类型时加以考虑。如龙门刨床、电梯等设备常要求启动、制动、反向快速而平稳。有些机械手、数控机床、坐标镗床除要求启动、制动、反向快速而平稳外，还要求准确定位。289.1电气设计的一般原则这类高动态性能的设备需采用反馈控制系统、步进电动机系统、交流或直流伺服系统以及其他较复杂的控制手段来满足上述要求。结构要求电动机的结构形式应当与机械结构的要求相匹配。应用凸缘或内连式电动机可以在一定程度上改善机械结构。考虑到现场环境，可选用防护式、封闭式、防腐式甚至是防爆式的电动机结构形式。299.1电气设计的一般原则9.1.5控制方案的确定随着近代电子技术、计算技术、自动控制、精密测量以及机械结构与工艺的发展，机床等各种机械设备的控制方式发生了深刻的变革，各种新型控制系统不断出现，可供选用的控制方案越来越多。309.1电气设计的一般原则合理选择电气控制方案是简便、可靠、经济地实现工艺要求的重要步骤。控制方案的确定与上述传动形式的选择紧密相关。在选择传动形式时，要考虑如何实现控制；选择控制方案时，要在传动形式选择之后才能进行。319.1电气设计的一般原则选择控制方案要遵循以下三条原则。1.控制方式应与设备通用化和专用化的程度相适应以金属切削机床为例，对于一般普通机床和专用机床，其工作程序往往是固定的，使用中并不需要经常改变原有的程序。可采用继电器一接触器控制系统，将控制线路在结构上接成固定式。329.1电气设计的一般原则对于万能机床，为了适应不同工艺过程的需要，其工作程序往往需要在一定范围内加以更改，在这种情况下，宜采用可编程序控制器。可编程序控制器在机械制造行业的应用已有很大发展，它是介于继电器－接触器控制系统的固定接线控制装置与电子计算机控制装置之间一种新型通用控制器。339.1电气设计的一般原则应用可编程序控制器可大大缩短机床、自动线、机械手的电气设计、安装和调试周期，并且可使工作程序易于变更。采用可编程序控制器可使控制器系统具有较大的灵活性和较强的控制功能，在设计时应尽量予以选用。349.1电气设计的一般原则微处理机现已进入机床、自动线、机械手的控制领域，而且发展速度异常迅猛。微处理机在控制功能、灵活性、可靠性和体积小巧等方面已显示出了突出的优越性。随着电子技术的发展，数字程序控制系统在机床上的应用越来越广泛。359.1电气设计的一般原则数控机床有较高的生产率、较短的生产周期、较高的加工精度，能够加工普通机床根本加工不了的复杂曲面零件。2.控制系统的工作方式应在经济、安全的前提下最大限度地满足工艺要求。控制方案，应考虑采用自动循环或半自动循环、手动调整、动作程序的变更、控制系统的检测，各个运动部件之间的联锁、各种保护、故障诊断、信号指示、照明以及操作方便等问题。369.1电气设计的一般原则3.控制线路的电源当控制系统所用电器的数量较多时，可采用直流低压供电。这样，可节省安装空间，便于与无触点元件连接，动作平稳，检修操作安全。在电气线路比较简单、电器元件不多的情况下，应尽可能用主回路电源作为控制回路电源，即可直接用交流380V或220V，简化供电设备。379.2电气控制线路设计对于比较复杂的控制线路，控制线路应采用控制电源变压器，将控制电压由交流380V或220V降至110V或48V、24V等，这是从安全角度考虑的，一般机床照明为36V以下电源。一般这些不同的电压等级，都是由一个控制变压器实现的。直流控制线路多用220V或110V电源。电源对于直流电磁铁、电磁离合器，常用24V直流电源供电。389.2电气控制线路设计9.2电气控制线路设计电气控制线路设计是在前述的传动形式及控制方案选择的基础上进行的，其中，电气原理图的设计是机床电气设计中的一个重要环节。399.2电气控制线路设计9.2.1电气控制线路设计遵循的原则(1)应最大限度地满足生产机械的工艺要求。(2)力求控制线路安全、可靠、简单、经济。(3)合理选择各种电气元件。(4)便于操作和维修，符合人机关系。409.2电气控制线路设计9.2.2控制线路电源的选择及动力线路设计1.控制线路