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電氣控制及PLC討論課題目：臥式車(chē)床的電氣控制及電路分析 小組成員：劉小平 張文輝 孫永海 楊森 指導(dǎo)教師：姜萬(wàn)錄 C650臥式車(chē)床的電氣控制及電路分析C650型普通臥式車(chē)床簡(jiǎn)介在金屬切削機(jī)床中，車(chē)床所占的比例最大，而且應(yīng)用也最廣泛。它能夠車(chē)削外圓、內(nèi)圓、端面、螺紋和螺桿，能夠車(chē)削定型表面，并可用鉆頭、鉸刀等刀具進(jìn)行鉆孔、鏜孔、倒角、割槽及切斷等加工工作C650臥式車(chē)床屬于中型車(chē)床，可加工的最大工件回轉(zhuǎn)直徑為1020mm，最大工件長(zhǎng)度為30000mm。它主要由床身、光桿、絲桿、尾座、刀架、主軸變速箱、進(jìn)給箱、和溜板箱等組成，如圖1-1。主軸箱：又稱床頭箱，他的主要任務(wù)是將主電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)一系列的變速，機(jī)構(gòu)使主軸得到所需的正反兩種轉(zhuǎn)向的不同轉(zhuǎn)速，同時(shí)主軸箱分出部分動(dòng)力將運(yùn)動(dòng)傳給進(jìn)給箱。主軸箱中等主軸是車(chē)床的關(guān)鍵零件。主軸在軸承上運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性直接影響工件的加工質(zhì)量，一旦主軸的旋轉(zhuǎn)精度降低，則機(jī)床的使用價(jià)值將會(huì)降低。進(jìn)給箱：又稱走刀箱，進(jìn)給箱中裝有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的變速機(jī)構(gòu)，調(diào)整其變速機(jī)構(gòu)，可得到所需的進(jìn)給量或螺距，通過(guò)光杠或絲杠將運(yùn)動(dòng)傳至刀架以進(jìn)行切削。 絲杠：用以連接進(jìn)給箱與溜板箱，并把進(jìn)給箱的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給溜板箱，使溜板箱獲得縱向直線運(yùn)動(dòng)。絲杠是專門(mén)用來(lái)車(chē)削各種螺紋而設(shè)置的，在進(jìn)行工件的其他表面車(chē)削時(shí)，只用光杠，不用絲杠。溜板箱：是車(chē)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的操作箱，內(nèi)裝有將光杠和絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成刀架直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。通過(guò)光杠傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和快速移動(dòng)，通過(guò)絲杠帶動(dòng)刀架做縱向直線運(yùn)動(dòng)，以便車(chē)削螺紋。刀架：用來(lái)裝夾車(chē)刀并使其做縱向運(yùn)動(dòng)，最多可以安裝四把刀。尾架：尾座套筒內(nèi)裝入頂尖用來(lái)支撐長(zhǎng)軸類(lèi)零件的另一端，亦可以裝上鉆頭等工具，進(jìn)行鉆孔等工作。床身：連接機(jī)床各主要部件，并保證各部件之間有相對(duì)正確的位置。床身上的導(dǎo)軌，用以引導(dǎo)刀架和尾座相對(duì)于主軸的移動(dòng)。圖1-1 C650臥式車(chē)床結(jié)構(gòu)圖工藝過(guò)程：為了加工各種旋轉(zhuǎn)表面，車(chē)床具有切削運(yùn)動(dòng)(主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng))和輔助運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)是主軸通過(guò)卡盤(pán)或頂尖帶動(dòng)工件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是溜板帶動(dòng)刀架的縱向和橫向的直線運(yùn)動(dòng)。輔助運(yùn)動(dòng)是指刀架的快速移動(dòng)及工件的加緊與放松。C650型臥式車(chē)床由主軸運(yùn)動(dòng)和刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)完成切削加工，車(chē)床的主軸、冷卻泵、刀架快速移動(dòng)均由三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。車(chē)床有三種運(yùn)動(dòng)形式：車(chē)削加工的主運(yùn)動(dòng)是主軸通過(guò)卡盤(pán)或者雞心夾頭帶動(dòng)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它承受車(chē)削加工時(shí)的主要切削功率；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是溜板帶動(dòng)刀架的縱向或橫向運(yùn)動(dòng)；輔助運(yùn)動(dòng)為溜板箱的快速移動(dòng)，尾座的移動(dòng)和工件的夾緊與放松。主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由主電動(dòng)機(jī)，經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。機(jī)床車(chē)削加工時(shí)，要求車(chē)床主軸能在較大范圍內(nèi)變速。通常根據(jù)被加工零件的材料性能、零件尺寸精度要求、車(chē)刀材料、冷卻條件及加工方式等來(lái)選擇切削速度，采用機(jī)械變速方法。車(chē)床縱、橫兩個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由主軸變速箱的輸出軸，經(jīng)掛輪箱、進(jìn)給箱、光桿傳入溜板箱而獲得，其運(yùn)動(dòng)方式有手動(dòng)與機(jī)動(dòng)兩種。其工作過(guò)程過(guò)程如下：(1) 正常車(chē)削加工時(shí)一般不要求反轉(zhuǎn)，但在加工螺紋時(shí)，為保證螺紋的加工質(zhì)量，為避免亂扣，加工完畢后要求反轉(zhuǎn)退刀，且工件旋轉(zhuǎn)速度與刀具的移動(dòng)速度之間保持嚴(yán)格的比例關(guān)系。因此，C650臥式車(chē)床溜板箱與主軸變速箱之間通過(guò)齒輪傳動(dòng)來(lái)連接，由同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。(2) C650臥式車(chē)床通過(guò)主電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸的正、反轉(zhuǎn)，當(dāng)主軸反轉(zhuǎn)時(shí)，刀架也跟著后退。(3) 電流表A經(jīng)電流互感器TA接在主電動(dòng)機(jī)M1的動(dòng)力回路上，用來(lái)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況。(4) 車(chē)削加工近似于恒功率負(fù)載，主電動(dòng)機(jī)M1通常選用普通籠型異步電動(dòng)機(jī)（功率為30KW），完成主軸運(yùn)動(dòng)和刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)。M1電動(dòng)機(jī)采用直接啟動(dòng)的方式，可正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，為加工方便，還具有點(diǎn)動(dòng)功能。由于加工的工件比較大，加工時(shí)其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也比較大，需停車(chē)時(shí)不易立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，必須有停車(chē)制動(dòng)動(dòng)能，C650車(chē)床的正反停車(chē)采用速度繼電器控制電源的反接制動(dòng)，以提高生產(chǎn)效率。(5) 車(chē)削加工中，為防止刀具和工件的溫度過(guò)高，延長(zhǎng)刀具使用壽命，提高加工質(zhì)量，車(chē)床附有一臺(tái)單方向旋轉(zhuǎn)的冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2。(6) C650臥式車(chē)床的床身較長(zhǎng)，為了提高生產(chǎn)效率、減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，專門(mén)設(shè)置了一臺(tái)功率為2.2KW的電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)溜板箱快速移動(dòng)。電動(dòng)機(jī)可根據(jù)使用需要，隨時(shí)手動(dòng)控制起停。(7) C650在進(jìn)行車(chē)削加工時(shí)，因被加工的工件材料、形狀、大小、性質(zhì)及工藝要求不同，且使用的刀具也不同，所以要求切削速度也不同，這就要求主軸有較大的調(diào)速范圍。車(chē)床大多采用機(jī)械方法調(diào)速，變換主軸箱外的手柄位置，可改變主軸的轉(zhuǎn)速。車(chē)床的控制電路保護(hù)電器的選擇 （1）熔斷器熔斷器在電路中主要作短路保護(hù)和嚴(yán)重過(guò)載保護(hù)，用于保護(hù)線路。熔斷器的熔體串接于被保護(hù)的電路中，當(dāng)通過(guò)它的電流小于規(guī)定值時(shí)，其熔體相當(dāng)于一根導(dǎo)線，起電氣連接作用；當(dāng)通過(guò)它的電流超過(guò)規(guī)定值（電路發(fā)生嚴(yán)重過(guò)載或短路時(shí)）一定時(shí)間后，其熔體自動(dòng)熔斷并切斷電路，從而起到保護(hù)作用。一般電氣控制線路中常用螺旋式熔斷器，其常用的產(chǎn)品有RL5、RL6、RL7和RL8系列產(chǎn)品，一般選擇熔體熔斷電流應(yīng)為電機(jī)額定電流的1.52.5倍。則主軸電機(jī)電路熔斷器選取型號(hào)為:RL1-100/100.冷卻泵電機(jī)電路、快進(jìn)電機(jī)電路熔斷器選取型號(hào)分別為：RL1-15/2、RL1-15/6.控制電路選取型號(hào)RL1-15/2。（2）熱繼電器熱繼電器是利用電流熱效應(yīng)原理來(lái)工作的保護(hù)電器，具有與電動(dòng)機(jī)容許過(guò)載特性相近的反時(shí)限保護(hù)特性。主要用于電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)、斷相及電流不平衡運(yùn)行保護(hù)。也常與接觸器配合成電池啟動(dòng)器。三相異步電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，常會(huì)遇到因電氣或機(jī)械原因等引起的過(guò)電流(過(guò)載和斷相)現(xiàn)象，如果過(guò)電流不嚴(yán)重，持續(xù)時(shí)間短，繞組不超過(guò)允許溫升，這種過(guò)電流是允許；如果過(guò)電流情況嚴(yán)重，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，則會(huì)加快電動(dòng)機(jī)絕緣老化，甚至?xí)龤щ妱?dòng)機(jī)，因此，在電動(dòng)機(jī)回路中應(yīng)設(shè)置熱繼電器保護(hù)。選型原則：應(yīng)根據(jù)被保護(hù)對(duì)象的使用條件、工作環(huán)境、啟動(dòng)情況、負(fù)載性質(zhì)，電動(dòng)機(jī)的形式以及電動(dòng)機(jī)允許的過(guò)載能力等加以考慮。一般原則是使熱繼電器的安秒特性位于電動(dòng)機(jī)的過(guò)載特性之下，并盡可能地接近，以充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，同時(shí)使電動(dòng)機(jī)在短時(shí)過(guò)載和啟動(dòng)瞬間(56)Ie不受影響。通常熱繼電器選取的額定電流應(yīng)為大于或等于電動(dòng)機(jī)額定電流。整定電流一般為電動(dòng)機(jī)額定電流的1.051.1倍。主軸電機(jī)電路熱繼電器選取型號(hào)為：JR36-63,整定電流為：60A；冷卻泵電路熱繼電器選取型號(hào)為：JR36-20，整定電流為：0.36A?？刂崎_(kāi)關(guān)電器的選擇（1）轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)又稱組合開(kāi)關(guān)，一般用于電氣設(shè)備中非頻繁的通斷電路、換接電源和負(fù)載、測(cè)量三相電壓以及直接控制小容量感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)由動(dòng)觸頭（動(dòng)觸片）、靜觸頭（靜觸片）、轉(zhuǎn)軸、手柄、定位機(jī)構(gòu)及外殼等部分組成。其動(dòng)靜觸頭分別疊裝于數(shù)層絕緣殼內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)換手柄時(shí)，每層的動(dòng)觸片隨方形轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。一般選取的原則為允許通過(guò)的電流大于或等于電路的額定電流，按此選擇轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。常用的產(chǎn)品有：HZ5、HZ10和HZ15等系列。本次設(shè)計(jì)選取HZ10-100/3。（2）按鈕開(kāi)關(guān)盒按鈕開(kāi)關(guān)（簡(jiǎn)稱按鈕）又稱控制按鈕，是一種接通或斷開(kāi)小電流電路的手動(dòng)開(kāi)關(guān)電器，一般不直接去控制主電路的通斷，而在控制電路中發(fā)出啟動(dòng)或停止“命令”以遠(yuǎn)距離控制接觸器、繼電器、電磁啟動(dòng)器等電器線圈電流的接通或斷開(kāi)，再由它們?nèi)タ刂浦麟娐?。目前常用的按鈕開(kāi)關(guān)盒為L(zhǎng)A4系列產(chǎn)品，本次設(shè)計(jì)選擇的按鈕開(kāi)關(guān)型號(hào)為L(zhǎng)A4-3H。主電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)調(diào)整控制 圖為點(diǎn)動(dòng)環(huán)節(jié)的控制電路原理圖。電路中KM3為M1電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)接觸器，KM1為M1電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)動(dòng)接觸器，KA為中間繼電器。M1電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)由點(diǎn)動(dòng)按鈕SB6控制。按下按鈕SB6，接觸器KM3得電吸合，它的主觸電閉合，電動(dòng)機(jī)的定子繞組經(jīng)限流電阻R與電源接通，電動(dòng)機(jī)在較低速度下起動(dòng)。 主電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路 圖為主電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路。主電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)由正向起動(dòng)按鈕SB1控制。按下SB1時(shí)，接觸器KM首先得電動(dòng)作，它的主觸點(diǎn)閉合將限流電阻短接，接觸器KM的輔助動(dòng)合觸點(diǎn)閉合使中間繼電器KA得電，它的觸點(diǎn)閉合，使接觸器KM3得電吸合。KM3的主觸點(diǎn)將三相電源接通，電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正轉(zhuǎn)起動(dòng)。KM3的動(dòng)合觸點(diǎn)和KA的動(dòng)合觸點(diǎn)的閉合將KM3線圈自鎖。反轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)用反向啟動(dòng)按鈕SB2，按下SB2，同樣是接觸器KM得電，然后接通接觸器KM4和中間繼電器KA，于是電動(dòng)機(jī)在滿壓下反轉(zhuǎn)起動(dòng)。KM3的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)，KM4的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)分別串在對(duì)方接觸器線圈的回路中，起到了電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的電氣互鎖作用。 主電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)控制 C650臥式車(chē)床采用了反接制動(dòng)方式。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，用速度繼電器的觸點(diǎn)給出信號(hào)切斷電動(dòng)機(jī)的電源。圖是C650臥式車(chē)床正反轉(zhuǎn)與反接制動(dòng)的控制電路圖速度繼電器與被控電動(dòng)機(jī)是同軸連接的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開(kāi)觸電KS1閉合；電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS2閉合。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，接觸器KM3和KM，繼電器KA都處于得電工作狀態(tài)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS1也是閉合的，這樣就為電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的反接制動(dòng)做好了準(zhǔn)備。需要停車(chē)時(shí)，按下停止按鈕SB4，接觸器KM失電，其主觸電斷開(kāi)，電阻R串入主回路。與此同時(shí)KM3也失電，斷開(kāi)了電動(dòng)機(jī)的電源，同時(shí)KA失電，KA的動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合。在松開(kāi)SB4后就使反轉(zhuǎn)接觸器KM4的線圈通過(guò)電路得電，電動(dòng)機(jī)的電源反接，電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降到速度繼電器的復(fù)位轉(zhuǎn)速時(shí)，速度繼電器KS的正轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS1（）斷開(kāi)，切斷了接觸器KM4的通電回路，電動(dòng)機(jī)脫離電源停止。電動(dòng)機(jī)的反接時(shí)的制動(dòng)與正轉(zhuǎn)時(shí)的制動(dòng)相似。當(dāng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS2是閉合的，這是按一下停止按鈕SB4，在SB4松開(kāi)后正轉(zhuǎn)接觸器線圈通過(guò)電路得電，正轉(zhuǎn)接觸器KM3吸合將電源反接使電動(dòng)機(jī)制動(dòng)后停止。 刀架的快速移動(dòng)和冷卻泵的控制 刀架的快速移動(dòng)是由轉(zhuǎn)動(dòng)刀架手柄壓動(dòng)限位開(kāi)關(guān)SQ來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)手柄壓動(dòng)SQ后，接觸器KM2得電吸合，M3電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)刀架快速移動(dòng)。M2為冷卻泵電動(dòng)機(jī)，它的起動(dòng)與停止是通過(guò)按鈕SB3和SB5控制的。輔助電路分析 照明電路和控制電源分析 TC為多繞組變壓器，二次側(cè)有兩路，一路為110V，為控制電路提供電源；而另一路為36V（安全電壓），供照明電路照明，SA為控制照明電路的開(kāi)關(guān)，SA閉合時(shí)照明燈EL點(diǎn)亮，斷開(kāi)則熄滅。 電流表保護(hù)電路分析監(jiān)視主回路負(fù)載的電流表是通過(guò)電流互感接入的。為防止電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流對(duì)電流表的沖擊，電路中采用一個(gè)時(shí)間繼電器KT。當(dāng)起動(dòng)時(shí)，KT線圈通電，而KT的延時(shí)斷開(kāi)的動(dòng)斷觸點(diǎn)尚未動(dòng)作，電流互感器二次電流只流經(jīng)該觸點(diǎn)構(gòu)成閉合回路，電流表沒(méi)有電流流過(guò)。起動(dòng)后，KT延時(shí)斷開(kāi)的動(dòng)斷觸點(diǎn)打開(kāi)，此時(shí)電流流經(jīng)電流表，反映出負(fù)載電流的大小。表2-1 為電氣元件符號(hào)及功能說(shuō)明表。 電器元器件符號(hào)與功能說(shuō)明表符號(hào) 名稱及用途符號(hào)名稱及用途M1主電動(dòng)機(jī)SB1總停按鈕M2冷卻泵電動(dòng)機(jī)SB2主電動(dòng)機(jī)正向點(diǎn)動(dòng)按鈕M3快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)SB3主電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕KM1主電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器SB4主電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕KM2主電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器SB5冷卻泵電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)按鈕KM3短接限流電阻接觸器SB6冷卻泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕KM4冷卻泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)接觸器TC控制變壓器KM5快移電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)接觸器FU1-6熔斷器KA中間繼電器FR1主電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)熱繼電器KT通電時(shí)間延時(shí)繼電器FR2冷卻泵電動(dòng)機(jī)保護(hù)熱繼電器SQ快移電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)行程開(kāi)關(guān)R限流電阻SA開(kāi)關(guān)EL照明燈KS速度繼電器TA電流互感器A電流表QS電源隔離開(kāi)關(guān)車(chē)床常見(jiàn)電氣故障1、主軸電動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)?？赡艿脑颍弘娫礇](méi)有接通；熱繼電器已動(dòng)作，其常閉觸點(diǎn)尚未復(fù)位；啟動(dòng)按