第3章機(jī)床電氣控制線路分析與設(shè)計(jì)

3.1機(jī)床電氣控制線路分析基礎(chǔ)3.2C650型臥式車(chē)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(jī)床電氣控制線路設(shè)計(jì)原則和步驟3.5機(jī)床電氣控制線路設(shè)計(jì)的注意要點(diǎn)3.6CW6163型臥式車(chē)床電氣控制線路設(shè)計(jì)實(shí)例第3章機(jī)床電氣控制線路分析與設(shè)計(jì)本章教學(xué)重點(diǎn)：（1）C650型臥式車(chē)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(jī)床電氣控制線路設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)步驟；（4）機(jī)床電氣控制線路設(shè)計(jì)注意要點(diǎn)。第3章機(jī)床電氣控制線路分析與設(shè)計(jì)本章能力要求：通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，了解幾種典型普通機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)，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(jī)床電氣控制線路設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)步驟為機(jī)床及其他生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維護(hù)打下基礎(chǔ)。第3章機(jī)床電氣控制線路分析與設(shè)計(jì)機(jī)床的電氣控制線路是由各種主令電器、接觸器、繼電器、保護(hù)裝置和電動(dòng)機(jī)等，按照一定的控制要求用導(dǎo)線連接而成的。機(jī)床電氣控制，不僅要求能夠?qū)崿F(xiàn)起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速等基本要求，而且要滿足生產(chǎn)工藝的各項(xiàng)要求，保證機(jī)床各運(yùn)動(dòng)的相互協(xié)調(diào)和準(zhǔn)確，并具有各種保護(hù)裝置，工作可靠，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。第3章機(jī)床電氣控制線路分析與設(shè)計(jì)3.1.1電氣控制線路分析的內(nèi)容電氣控制線路是電氣控制系統(tǒng)的核心技術(shù)資料，通過(guò)對(duì)技術(shù)資料的分析可以掌握機(jī)床電氣控制線路的工作原理、技術(shù)指標(biāo)、使用方法、維護(hù)要求等。分析的具體內(nèi)容和要求如下。1．設(shè)備說(shuō)明書(shū)設(shè)備說(shuō)明書(shū)由機(jī)械（包括液壓部分）與電氣兩部分組成。在分析時(shí)首先要閱讀這兩部分說(shuō)明書(shū)，了解以下內(nèi)容。（1）設(shè)備的構(gòu)造，主要技術(shù)指標(biāo)，機(jī)械、液壓和氣動(dòng)部分的工作原理。（2）電氣傳動(dòng)方式，電動(dòng)機(jī)、執(zhí)行電器的數(shù)目、規(guī)格型號(hào)、安裝位置、用途及控制要求。（3）設(shè)備的使用方法，各操作手柄、開(kāi)關(guān)、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(jī)械、液壓部分直接關(guān)聯(lián)的電器（行程開(kāi)關(guān)、電磁閥、電磁離合器、傳感器等）的位置、工作狀態(tài)。與機(jī)械、液壓部分的關(guān)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(nèi)容，在分析電氣原理圖時(shí)，必須閱讀其他技術(shù)資料，例如只有通過(guò)閱讀說(shuō)明書(shū)才能了解各種電動(dòng)機(jī)及執(zhí)行元件的控制方式、位置及作用，各種與機(jī)械有關(guān)的行程開(kāi)關(guān)和主令電器的狀態(tài)等。在原理圖分析中還可以通過(guò)所選用的電器元件的技術(shù)參數(shù)，分析出控制線路的主要參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)，估算出各部分的電流、電壓值，以便在調(diào)試及檢修設(shè)備中合理地選用儀表。3．電氣設(shè)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(dǎo)線和穿線管的規(guī)格型號(hào)等。這是安裝設(shè)備不可缺少的資料。閱讀分析總裝接線圖要和閱讀分析說(shuō)明書(shū)、電氣原理圖結(jié)合起來(lái)。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(xì)閱讀設(shè)備說(shuō)明書(shū)，了解電氣控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)和電器元件的分布狀況及控制要求等內(nèi)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(tái)電動(dòng)機(jī)和執(zhí)行電器的控制要求去分析它們的控制內(nèi)容?？刂苾?nèi)容包括起動(dòng)、轉(zhuǎn)向控制、調(diào)速和制動(dòng)等。2．分析控制電路根據(jù)主電路中各種電動(dòng)機(jī)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(xué)過(guò)的典型控制環(huán)節(jié)的知識(shí)，按功能不同將控制線路“化整為零”來(lái)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(cè)定、照明和故障報(bào)警等部分，它們大多由控制電路中的元器件來(lái)控制，因此在分析輔助電路時(shí)，要結(jié)合控制電路進(jìn)行分析。4．分析聯(lián)鎖及保護(hù)環(huán)節(jié)

機(jī)床對(duì)于安全性及可靠性有很高的要求，為實(shí)現(xiàn)這些要求，除了合理地選擇拖動(dòng)和控制方案外，在控制線路中還設(shè)置了一系列電氣保護(hù)和必要的電氣聯(lián)鎖。5．總體檢查經(jīng)過(guò)“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(guān)系后，還必須用“集零為整”的方法，檢查整個(gè)控制線路，以免遺漏，特別要從整體角度去進(jìn)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(jī)床中，車(chē)床所占的比例最大，而且應(yīng)用也最廣泛。車(chē)床能夠車(chē)削外圓、內(nèi)圓、端面、螺紋等，并可用鉆頭、鉸刀等刀具對(duì)工件進(jìn)行加工。3.2.1主要結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)分析圖3-1所示為C650型臥式車(chē)床結(jié)構(gòu)示意圖。它主要由床身、主軸變速箱、尾座、進(jìn)給箱、絲杠、光杠、刀架和溜板箱等組成。車(chē)削加工的主運(yùn)動(dòng)是主軸通過(guò)卡盤(pán)或頂尖帶動(dòng)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它承受切削加工時(shí)的主要切削功率。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)溜板箱帶動(dòng)刀架做縱向或橫向直線運(yùn)動(dòng)。車(chē)床的輔助運(yùn)動(dòng)包括刀架的快速進(jìn)給與快速退回，尾座的移動(dòng)與工件的夾緊、松開(kāi)等。車(chē)削加工時(shí)，根據(jù)工件材料、刀具種類(lèi)、工件尺寸和工藝要求等來(lái)選擇不同的切削速度，這就要求主軸能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)調(diào)速。目前大多數(shù)中小型車(chē)床采用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，主軸的變速是靠齒輪箱的機(jī)械有級(jí)調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的。車(chē)削加工時(shí)，一般不要求反轉(zhuǎn)，但在車(chē)螺紋時(shí)，為避免亂扣，要反轉(zhuǎn)退刀，所以，C650型車(chē)床通過(guò)主電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)；C650型車(chē)床的車(chē)身較長(zhǎng)，為了提高工作效率，車(chē)床刀架的快速移動(dòng)由一臺(tái)單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)，并采用點(diǎn)動(dòng)控制。進(jìn)行車(chē)削加工時(shí)，刀具的溫度高，需要切削液來(lái)進(jìn)行冷卻。為此，車(chē)床配備一臺(tái)冷卻泵電動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)冷卻泵，實(shí)現(xiàn)刀具的冷卻。圖3-1C650型臥式車(chē)床結(jié)構(gòu)示意圖1、4-帶輪；2-進(jìn)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(dòng)形式及控制要求1．主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)C650型車(chē)床的主運(yùn)動(dòng)是工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由主電機(jī)拖動(dòng)，其功率為30kW。主電機(jī)由接觸器控制實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，其調(diào)速通過(guò)主軸變速機(jī)構(gòu)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(jī)采用了反接制動(dòng)。2．刀架的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)溜板箱帶著刀架的直線運(yùn)動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。3．刀架的快速移動(dòng)為了提高工作效率，車(chē)床刀架的快速移動(dòng)由一臺(tái)單獨(dú)的快移電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，其功率為2.2kW，采用點(diǎn)動(dòng)控制。4．冷卻系統(tǒng)車(chē)床內(nèi)裝有一臺(tái)不調(diào)速、單向旋轉(zhuǎn)的三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)冷卻泵，供給刀具切削時(shí)使用的切削液。3.2.3電氣控制線路分析C650型臥式車(chē)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(kāi)關(guān)QS為電源開(kāi)關(guān)。FU1為主電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)用熔斷器，F(xiàn)R1為其過(guò)載保護(hù)用熱繼電器。R為限流電阻，在主軸點(diǎn)動(dòng)時(shí)，限制起動(dòng)電流，在停車(chē)時(shí)，又起到限制過(guò)大的反向制動(dòng)電流的作用。電流表PA用來(lái)監(jiān)視主電動(dòng)機(jī)的繞組電流，由于主電動(dòng)機(jī)功率很大，故PA接入電流互感器TA回路。電流表PA用來(lái)監(jiān)視主電動(dòng)機(jī)的繞組電流，由于主電動(dòng)機(jī)功率很大，故PA接入電流互感器TA回路。當(dāng)主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，電流表PA被短接，只有當(dāng)正常工作時(shí)，電流表PA才指示繞組電流。機(jī)床工作時(shí)，可調(diào)整切削用量，使電流表的電流接近主電動(dòng)機(jī)額定電流的對(duì)應(yīng)值（經(jīng)TA后減小了的電流量），以便提高工作效率和充分利用電動(dòng)機(jī)的潛力。KM1、KM2為正反轉(zhuǎn)接觸器，KM3是用于短接電阻R的接觸器，由它們的主觸點(diǎn)控制主電動(dòng)機(jī)。圖3-2中，KM4為控制冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2的接觸器，F(xiàn)R2為M2的過(guò)載保護(hù)用熱繼電器。KM5為控制快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3的接觸器，由于M3點(diǎn)動(dòng)短時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，故不設(shè)置熱繼電器。圖3-2C650型臥式車(chē)床的電氣控制原理圖2．控制電路（1）主軸電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制C650型臥式車(chē)床主電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制電路如圖3-3所示，當(dāng)按下點(diǎn)動(dòng)按鈕SB2不松手，接觸器KM1線圈得電，KM1主觸點(diǎn)閉合，主軸電動(dòng)機(jī)M1進(jìn)行降壓起動(dòng)和低速運(yùn)轉(zhuǎn)（限流電阻R串聯(lián)在電路中）。當(dāng)松開(kāi)SB2，KM1線圈隨即斷電，主軸電動(dòng)機(jī)M1停轉(zhuǎn)。（2）主軸電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制主電動(dòng)機(jī)的額定功率為30kW，但只是切削時(shí)消耗功率較大，起動(dòng)時(shí)負(fù)載很小，起動(dòng)電流并不很大，所以在非頻繁點(diǎn)動(dòng)的一般工作時(shí)，采用全壓直接起動(dòng)。圖3-3C650型臥式車(chē)床主電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制電路如圖3-4所示，按下正向起動(dòng)按鈕SB3，KM3線圈得電，KM3主觸點(diǎn)閉合，短接限流電阻R，另一對(duì)輔助常開(kāi)觸點(diǎn)KM3（5~15，此號(hào)表示觸點(diǎn)兩端的線號(hào)，下同）閉合，KA線圈得電，KA常開(kāi)觸點(diǎn)（5~10）閉合，KM3線圈自鎖，同時(shí)KA線圈也保持通電。另一方面，當(dāng)SB3尚未松開(kāi)時(shí)，由于KA的另一常開(kāi)觸點(diǎn)（9~6）已閉合，KM1線圈得電，KM1主觸點(diǎn)閉合，KM1的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)（9~10）也閉合自鎖，主電動(dòng)機(jī)M1全壓正向起動(dòng)運(yùn)行。這樣，當(dāng)松開(kāi)SB3后，由于KA的兩對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)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(shí)，通電延時(shí)時(shí)間繼電器KT得電，其作用是使電流表避免受起動(dòng)電流的沖擊。圖3-4中SB4為反向起動(dòng)按鈕，反向起動(dòng)過(guò)程與正向類(lèi)似圖3-4C650型臥式車(chē)床主軸電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)及反接制動(dòng)控制電路（3）主軸電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)控制C650型車(chē)床采用反接制動(dòng)方式，用速度繼電器KS進(jìn)行檢測(cè)和控制。假設(shè)原來(lái)主電動(dòng)機(jī)M1正轉(zhuǎn)運(yùn)行如圖3-4，則KS-1（11~13）閉合，而反向常開(kāi)觸點(diǎn)KS-2（6~11）依然斷開(kāi)。當(dāng)按下停止按鈕SB1（4~5）后，原來(lái)通電的KM1、KM3、KT和KA就隨即斷電，它們的所有觸點(diǎn)均被釋放而復(fù)位。然而當(dāng)SB1松開(kāi)后，反轉(zhuǎn)接觸器KM2立即得電，電流通路是：4（線號(hào)）→SB1常閉觸點(diǎn)（4~5）→KA常閉觸點(diǎn)（5~11）→KS正向常開(kāi)觸點(diǎn)KS-1（11~13）→KM1常閉觸點(diǎn)（13~14）→KM2線圈（14~8）→FR1常閉觸點(diǎn)（8~3）→3（線號(hào)）。這樣，主電動(dòng)機(jī)M1就串聯(lián)電阻R進(jìn)行反接制動(dòng)，正向速度很快降下來(lái)，當(dāng)速度降到很低時(shí)（n≤100r/min)，KS的正向常開(kāi)觸點(diǎn)KS-1（11~13）斷開(kāi)復(fù)位，從而切斷了上述電流通路。至此，正向反接制動(dòng)就結(jié)束了。（4）主軸電動(dòng)機(jī)負(fù)載檢測(cè)及保護(hù)環(huán)節(jié)C650型車(chē)床采用電流表檢測(cè)主軸電動(dòng)機(jī)定子電流。為防止起動(dòng)電流的沖擊，采用時(shí)間繼電器KT的通電延時(shí)斷開(kāi)動(dòng)斷觸點(diǎn)連接在電流表的兩端，為此，KT延時(shí)應(yīng)稍長(zhǎng)于起動(dòng)時(shí)間。而當(dāng)制動(dòng)停車(chē)時(shí)，當(dāng)按下停止按鈕SB1時(shí)，KM3、KA、KT線圈相繼電器釋放，KT的觸點(diǎn)立即復(fù)位，將電流表短接，使其免受反接制動(dòng)電流的沖擊。（5）刀架快速移動(dòng)控制圖3-2中，轉(zhuǎn)動(dòng)刀架手柄，限位開(kāi)關(guān)SQ（5~19）被壓動(dòng)而閉合，使接觸器KM5線圈得電，快移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3就起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，而當(dāng)?shù)都苁直鷱?fù)位時(shí)，M3隨即停轉(zhuǎn)。（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(diǎn)閉合，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)；按下SB5（5~16），接觸器KM4線圈斷電，M2停轉(zhuǎn)。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(cè)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(kāi)關(guān)SA（30~31）為“通”狀態(tài)時(shí)，照明燈EL（30~33）點(diǎn)亮；置SA為“斷”狀態(tài)時(shí)，EL就熄滅。3.2.4C650型臥式車(chē)床電氣控制線路特點(diǎn)C650型臥式車(chē)床的電氣控制線路有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）主軸的正反轉(zhuǎn)是通過(guò)電氣方式而非機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)的，簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)；（2）主電動(dòng)機(jī)停車(chē)采用電氣反接制動(dòng)形式，并用速度繼電器進(jìn)行控制；（3）控制回路由于電器元件較多，故通過(guò)控制變壓器TC與三相電網(wǎng)進(jìn)行電隔離，提高了操作和維護(hù)時(shí)的安全性；（4）采用時(shí)間繼電器KT對(duì)電流表PA進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)主電動(dòng)機(jī)正向或反向起動(dòng)以后，KT通電，延時(shí)時(shí)間尚未到時(shí)，PA被延時(shí)動(dòng)斷觸點(diǎn)KT（34~35）短路，避免了大起動(dòng)電流的沖擊，延時(shí)時(shí)間到后，才有電流指示；（5）中間繼電器KA起著擴(kuò)展接觸器KM3觸點(diǎn)的作用。從電路中可見(jiàn)KM3常開(kāi)觸點(diǎn)（5~15）直接控制KA，故KM3和KA的觸點(diǎn)的閉合和斷開(kāi)情況相同。從圖3-2中可見(jiàn)，KA的常開(kāi)觸點(diǎn)用了三個(gè)（9~6、5~10、12~13），常閉觸點(diǎn)用了一個(gè)（5~11），而KM3的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)只有一個(gè)，故不得不增設(shè)中間繼電器KA進(jìn)行觸點(diǎn)數(shù)量的擴(kuò)展?？梢?jiàn)，電氣線路要考慮電器元件觸點(diǎn)的實(shí)際情況，在線路設(shè)計(jì)時(shí)更應(yīng)引起重視。鉆床是一種用途廣泛的孔加工機(jī)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(lái)擴(kuò)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)分析搖臂鉆床是一種立式鉆床，它適用于單件或批量生產(chǎn)中帶有多孔的大型零件的孔加工，是一般機(jī)械加工車(chē)間常用的機(jī)床。Z3050型搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)立柱、外立柱、搖臂、主軸箱、工作臺(tái)等組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-5所示。內(nèi)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(dòng)的內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)一周。搖臂一端的套筒部分與外立柱滑動(dòng)配合，搖臂升降電動(dòng)機(jī)安裝于立柱頂部，借助于絲杠，搖臂可沿外立柱上下移動(dòng)，但二者不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，搖臂只和外立柱一起相對(duì)內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)。主軸箱是一個(gè)復(fù)合部件，它由主電動(dòng)機(jī)、主軸和主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、進(jìn)給和進(jìn)給變速機(jī)構(gòu)以及機(jī)床的操作機(jī)構(gòu)等部分組成。主軸箱安裝在搖臂水平導(dǎo)軌上，它可借助手輪操作使其在水平導(dǎo)軌上沿?fù)u臂做徑向運(yùn)動(dòng)。機(jī)床除冷卻泵電動(dòng)機(jī)M4、電源開(kāi)關(guān)QS1、FU1、QS2是安裝在固定部件外，其他電氣設(shè)備均安裝在回轉(zhuǎn)部件上。由于該機(jī)床立柱頂上沒(méi)有集電環(huán)，故在使用時(shí)，要注意不要總是沿著一個(gè)方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)搖臂，以免將穿入內(nèi)立柱的電源線擰斷。圖3-5Z3050型搖臂鉆床結(jié)構(gòu)示意圖1-主軸箱；2-搖臂；3-工作臺(tái)；4-底座；5-電源開(kāi)關(guān)箱；6-立柱；7-主軸3.3.2電力拖動(dòng)形式及控制要求Z3050型搖臂鉆床共有四臺(tái)電動(dòng)機(jī)，M1為主軸電動(dòng)機(jī)，主要實(shí)現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)并通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)變速和正反轉(zhuǎn)；M2為搖臂升降電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)搖臂的升降運(yùn)動(dòng)；M3為液壓泵電動(dòng)機(jī)，主要實(shí)現(xiàn)搖臂、內(nèi)外立柱的夾緊和放松；M4為冷卻泵電動(dòng)機(jī)，提供切削液。機(jī)床使用的各電器元件符號(hào)及功能說(shuō)明如表3-1所示。表3-1Z3050型搖臂鉆床電器元件符號(hào)及功能說(shuō)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?？刂齐娐贰⒄彰骱椭甘倦娐肪勺儔浩鱐C降壓后供電，電壓分別為127V、36V和6V。QS1為機(jī)床總電源開(kāi)關(guān)。該鉆床配備四臺(tái)電動(dòng)機(jī)，M1為主軸電動(dòng)機(jī)，由交流接觸器KM1控制，只要求單向旋轉(zhuǎn)，主軸的正反轉(zhuǎn)由機(jī)械手柄操作；M2為搖臂升降電動(dòng)機(jī)，要求具有正反轉(zhuǎn)功能，由交流接觸器KM2、KM3控制其正反轉(zhuǎn)，由于該電動(dòng)機(jī)短時(shí)工作，故不設(shè)過(guò)載保護(hù)電器；M3為液壓泵電動(dòng)機(jī)，

要求具有正反轉(zhuǎn)控制，由交流接觸器KM4、KM5控制，該電動(dòng)機(jī)的主要作用是供給夾緊、放松裝置壓力油，實(shí)現(xiàn)搖臂、立柱和主軸箱的夾緊與放松；M4為冷卻泵電動(dòng)機(jī)，只能正轉(zhuǎn)控制，由于該電動(dòng)機(jī)功率較小，故不設(shè)過(guò)載保護(hù)。除冷卻泵電動(dòng)機(jī)采用開(kāi)關(guān)QS2直接起動(dòng)外，其余三臺(tái)電動(dòng)機(jī)均采用接觸器起動(dòng)方式。四臺(tái)電動(dòng)機(jī)均設(shè)有接地保護(hù)措施，M1、M3分別由熱繼電器FR1、FR2作為過(guò)載保護(hù)，F(xiàn)U1為總?cè)蹟嗥鳎孀鱉1、M4的短路保護(hù)，F(xiàn)U2熔斷器作為M2、M3及控制變壓器一次側(cè)的短路保護(hù)。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(dòng)機(jī)M1的控制Z3050型搖臂鉆床主軸電動(dòng)機(jī)控制電路如圖3-7所示，合上電源開(kāi)關(guān)后，按起動(dòng)按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電吸合，主電路中主觸點(diǎn)閉合，主軸電動(dòng)機(jī)M1起動(dòng)，同時(shí)其動(dòng)合觸點(diǎn)KM1（3~4）閉合自鎖，其動(dòng)合觸點(diǎn)KM1（201~204）閉合，指示燈HL3亮。停車(chē)時(shí)，按下SB1，接觸器KM1線圈斷電釋放，其所有觸點(diǎn)復(fù)位，M1停轉(zhuǎn)，指示燈HL3熄滅。圖3-7Z3050型搖臂鉆床主軸電動(dòng)機(jī)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(zhǎng)按搖臂上升按鈕SB3，則時(shí)間繼電器KT線圈得電，其瞬時(shí)閉合動(dòng)合觸點(diǎn)KT（14~15）閉合，其延時(shí)斷開(kāi)動(dòng)合觸點(diǎn)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(diǎn)閉合，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3起動(dòng)正向旋轉(zhuǎn)，供給壓力油，壓力油經(jīng)兩位六通閥體進(jìn)入搖臂的“松開(kāi)”油腔，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，活塞推動(dòng)菱形塊，將搖臂松開(kāi)。同時(shí)，活塞桿通過(guò)彈簧片壓位置開(kāi)關(guān)SQ2，使其動(dòng)斷觸點(diǎn)SQ2（7~14）斷開(kāi)，動(dòng)合觸點(diǎn)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(diǎn)復(fù)位，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3停車(chē)；后者使交流接觸器KM2線圈得電，其主觸點(diǎn)閉合，搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2起動(dòng)正向運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖臂上升。圖3-8Z3050型搖臂鉆床搖臂上升控制電路若此時(shí)搖臂尚未松開(kāi)，則位置開(kāi)關(guān)SQ2（7~9）觸點(diǎn)不閉合，接觸器KM2不能得電吸合，搖臂將不能上升。當(dāng)搖臂上升至所需位置時(shí)，松開(kāi)按鈕SB3，則接觸器KM2和時(shí)間繼電器KT同時(shí)斷電釋放，電動(dòng)機(jī)M2停車(chē)，搖臂停止上升。由于斷電型時(shí)間繼電器KT斷電，經(jīng)1~3s時(shí)間的延時(shí)后，其延時(shí)閉合動(dòng)斷觸點(diǎn)KT（17~18）閉合，使接觸器KM5線圈得電，接觸器KM5主觸點(diǎn)閉合，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3反向旋轉(zhuǎn)，此時(shí)，YA仍處于吸合狀態(tài)，壓力油從相反方向經(jīng)兩位六通閥進(jìn)入搖臂“夾緊”油腔，向相反方向推動(dòng)活塞和菱形塊，使搖臂夾緊，在搖臂夾緊的同時(shí)，活塞桿通過(guò)彈簧片壓位置開(kāi)關(guān)SQ3（5~17）的動(dòng)斷觸點(diǎn)，使其斷開(kāi)，使KM5和YA都失電釋放，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3停車(chē)，完成了搖臂松開(kāi)、上升、夾緊的整套動(dòng)作。2）搖臂下降搖臂下降工作過(guò)程與搖臂上升相似。如圖3-8所示，長(zhǎng)按搖臂下降按鈕SB4，則時(shí)間繼電器KT線圈得電，其瞬時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn)KT（14~15）閉合，其延時(shí)斷開(kāi)動(dòng)合觸點(diǎn)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(diǎn)閉合，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3起動(dòng)正向旋轉(zhuǎn)，供給壓力油。壓力油經(jīng)兩位六通閥體進(jìn)入搖臂的“松開(kāi)”油腔，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，活塞推動(dòng)菱形塊，將搖臂松開(kāi)。同時(shí)，活塞桿通過(guò)彈簧片壓位置開(kāi)關(guān)SQ2，使其動(dòng)斷觸點(diǎn)SQ2（7~14）斷開(kāi)，動(dòng)合觸點(diǎn)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(diǎn)復(fù)位，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3停車(chē)；后者使交流接觸器KM3線圈得電，其主觸點(diǎn)閉合，搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2起動(dòng)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖臂下降。同理，若此時(shí)搖臂尚未松開(kāi)，則位置開(kāi)關(guān)SQ2（7~9）觸點(diǎn)不閉合，接觸器KM3不能得電吸合，搖臂將不能下降。當(dāng)搖臂下降至所需位置時(shí)，松開(kāi)按鈕SB4，則接觸器KM3和時(shí)間繼電器KT同時(shí)斷電釋放，電動(dòng)機(jī)M2停車(chē)，搖臂停止下降。由于斷電型時(shí)間繼電器KT斷電，經(jīng)1~3s時(shí)間的延時(shí)后，其延時(shí)閉合動(dòng)斷觸點(diǎn)KT（17~18）閉合，使接觸器KM5線圈得電，接觸器KM5主觸點(diǎn)閉合，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3反向旋轉(zhuǎn)，此時(shí)，YA仍處于吸合狀態(tài)，壓力油從相反方向經(jīng)兩位六通閥進(jìn)入搖臂“夾緊”油腔，向相反方向推動(dòng)活塞和菱形塊，使搖臂夾緊，在搖臂夾緊的同時(shí)，活塞桿通過(guò)彈簧片壓位置開(kāi)關(guān)SQ3（5~17）的動(dòng)斷觸點(diǎn)，使其斷開(kāi)，使KM5和YA都失電釋放，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3停車(chē)，完成了搖臂松開(kāi)、下降、夾緊的整套動(dòng)作。（3）立柱和主軸箱的夾緊與松開(kāi)控制1）立柱和主軸箱的松開(kāi)控制如圖3-8所示，按下松開(kāi)按鈕SB5，接觸器KM4線圈得電吸合，其主觸點(diǎn)閉合，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3正向旋轉(zhuǎn)，供給壓力油，壓力油經(jīng)兩位六通閥（此時(shí)電磁鐵YA處于釋放狀態(tài)）進(jìn)入立柱和主軸箱松開(kāi)油缸，推動(dòng)活塞及菱形塊，使立柱和主軸箱分別松開(kāi)，活塞桿通過(guò)彈簧片壓位置開(kāi)關(guān)SQ4，松開(kāi)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(diǎn)閉合，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3反向旋轉(zhuǎn)，供給壓力油，壓力油經(jīng)兩位六通閥（此時(shí)電磁鐵YA處于釋放狀態(tài)）進(jìn)入立柱和主軸箱夾緊油缸，推動(dòng)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(diǎn)從上述分析中可知，Z3050型搖臂鉆床的電氣線路有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）主軸變速及正反轉(zhuǎn)控制是通過(guò)機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)的；（2）由于控制回路電器元件較多，故通過(guò)控制變壓器TC與三相電網(wǎng)進(jìn)行電隔離，提高了操作和維護(hù)時(shí)的安全性；（3）利用位置開(kāi)關(guān)SQ1來(lái)限制搖臂的升降行程。當(dāng)搖臂上升至極限位置時(shí)，SQ1（6~7）斷開(kāi)，使KM2線圈失電釋放，升降電動(dòng)機(jī)M2停車(chē)，而另一組觸點(diǎn)SQ1（7~8）仍閉合，以保證搖臂能夠下降。當(dāng)搖臂下降至極限位置時(shí)，SQ1（7~8）斷開(kāi)，KM3線圈失電釋放，M2停車(chē)，而另一組觸點(diǎn)SQ1（6~7）仍閉合，以保證搖臂能夠上升；（4）時(shí)間繼電器的主要作用是控制KM5的吸合時(shí)間，使升降電動(dòng)機(jī)停車(chē)后，再夾緊搖臂。KT的延時(shí)時(shí)間視需要，整定時(shí)間一般為1~3s；（5）搖臂的自動(dòng)夾緊是由位置開(kāi)關(guān)SQ3來(lái)控制的，如果液壓夾緊系統(tǒng)出現(xiàn)故障而不能自動(dòng)夾緊搖臂，或者由于SQ3調(diào)整不當(dāng)，在搖臂夾緊后不能使SQ3的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，都會(huì)使液壓泵電動(dòng)機(jī)M3處于長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載運(yùn)行狀態(tài)而造成損壞。為防止損壞電動(dòng)機(jī)M3，電路中使用了熱繼電器FR2，其整定值應(yīng)根據(jù)M3的額定電流來(lái)調(diào)整；（6）搖臂升降電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制過(guò)程中，接觸器KM2、KM3不允許同時(shí)得電動(dòng)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(diǎn)互鎖及采用復(fù)合按鈕聯(lián)鎖的雙重保護(hù)方法來(lái)確保電路的安全工作。生產(chǎn)機(jī)械種類(lèi)繁多，其電氣控制設(shè)備各異，但電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法基本相同。任何機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都包含兩個(gè)基本方面：一是滿足生產(chǎn)機(jī)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(shè)計(jì)包括原理與工藝設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。原理設(shè)計(jì)決定了一臺(tái)設(shè)備的使用效能和自動(dòng)化程度，即決定著生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的先進(jìn)性、合理性。而工藝設(shè)計(jì)的合理性、先進(jìn)性則決定了電氣控制設(shè)備的生產(chǎn)可行性和經(jīng)濟(jì)性等。正確的設(shè)計(jì)思想和工程觀點(diǎn)是高質(zhì)量完成設(shè)計(jì)任務(wù)的保證。任何一臺(tái)機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式和使用效能與其電氣自動(dòng)化程度有著十分密切的關(guān)系，因此機(jī)床電氣設(shè)計(jì)應(yīng)與機(jī)械設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行并密切配合。對(duì)于電氣設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，必須對(duì)機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)、加工工藝有一定的了解，這樣才能設(shè)計(jì)出符合要求的電氣控制設(shè)備。3.4.1機(jī)床電氣控制線路設(shè)計(jì)的基本原則（1）最大限度滿足機(jī)床和工藝對(duì)電氣控制的要求。（2）在滿足控制要求的前提下，設(shè)計(jì)方案應(yīng)力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)和實(shí)用，不宜盲目追求自動(dòng)化和高性能指標(biāo)。（3）妥善處理機(jī)械與電氣的關(guān)系。很多生產(chǎn)機(jī)械是采用機(jī)電結(jié)合控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)控制要求的，要從工藝要求、制造成本、機(jī)械電氣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和使用維護(hù)等方面協(xié)調(diào)處理好二者的關(guān)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(jī)床電氣控制線路設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含原理設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。1．原理設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）擬定電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。（2）選擇拖動(dòng)方案、控制方式和電動(dòng)機(jī)。（3）設(shè)計(jì)并繪制電氣原理圖和選擇電器元件（4）對(duì)原理圖各連接點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)。（5）編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。電氣原理圖是整個(gè)設(shè)計(jì)的中心環(huán)節(jié)，是工藝設(shè)計(jì)和制定其他技術(shù)資料的依據(jù)。2．工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容工藝設(shè)計(jì)的主要目的是便于組織電氣控制裝置的制造，實(shí)現(xiàn)原理設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，為設(shè)備的調(diào)試、維護(hù)、使用提供必要的圖樣資料、工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：（1）根據(jù)電氣原理圖及選定的電器元件，繪制電氣設(shè)備總裝接線圖。（2）設(shè)計(jì)并繪制電器元件布置圖。（3）設(shè)計(jì)并繪制電器元件的接線圖。（4）設(shè)計(jì)并繪制電氣箱及非標(biāo)準(zhǔn)零件圖。（5）列出所用各類(lèi)元器件及材料清單。（6）編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和使用維護(hù)說(shuō)明書(shū)。3.4.3機(jī)床電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般步驟設(shè)計(jì)程序一般是先進(jìn)行原理設(shè)計(jì)再進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，通常電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序按以下步驟進(jìn)行。1．?dāng)M定設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)條件，通常是以電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的形式加以表達(dá)的，電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。擬定電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，應(yīng)聚集電氣、機(jī)械工藝、機(jī)械結(jié)構(gòu)三方面的設(shè)計(jì)人員，根據(jù)所設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備的總體技術(shù)要求，共同商討，擬定認(rèn)可。在電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中，應(yīng)簡(jiǎn)要說(shuō)明所設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備的型號(hào)、用途、工藝過(guò)程、技術(shù)性能、傳動(dòng)要求、工作條件、使用環(huán)境等。除此以外，還應(yīng)說(shuō)明以下技術(shù)指標(biāo)及要求：（1）給出機(jī)械及傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖、工藝過(guò)程、負(fù)載特性、動(dòng)作要求、控制方式、調(diào)速要求及工作條件。（2）給出電氣保護(hù)、控制精度、生產(chǎn)效率、自動(dòng)化程度、穩(wěn)定性及抗干擾要求。（3）給出設(shè)備布局、安裝、照明、顯示和報(bào)警方式等要求。（4）目標(biāo)成本、經(jīng)費(fèi)限額、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及方式等。2．選擇電力拖動(dòng)方案與控制方式電力拖動(dòng)方案與控制方式的確定是設(shè)計(jì)的重要部分。電力拖動(dòng)方案是指根據(jù)生產(chǎn)工藝要求、生產(chǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)要求、負(fù)載性質(zhì)、調(diào)速要求以及投資額等條件去確定電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型、數(shù)量、拖動(dòng)方式，并擬定電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行、調(diào)速、轉(zhuǎn)向及制動(dòng)等控制要求，以此作為電氣控制原理圖設(shè)計(jì)及電器元件選擇的依據(jù)。3．選擇電動(dòng)機(jī)在確定拖動(dòng)方案后，就可以進(jìn)一步選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型、數(shù)量、結(jié)構(gòu)形式、容量、額定電壓及額定轉(zhuǎn)速等。4．設(shè)計(jì)電氣原理圖并合理選用元器件，編制元器件目錄清單。5．設(shè)計(jì)電氣設(shè)備制造、安裝、調(diào)試所必須的各種施工圖紙。6．編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械的電力拖動(dòng)方案和控制方案已經(jīng)確定后，即可以進(jìn)行電氣控制線路的設(shè)計(jì)工作。電氣控制線路是生產(chǎn)機(jī)械的重要組成部分，對(duì)生產(chǎn)機(jī)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(shè)計(jì)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(chǎn)工藝的要求。電氣控制線路設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題。3.5.1合理選擇控制線路電流種類(lèi)與控制電壓數(shù)值

在控制線路比較簡(jiǎn)單的情況下，可直接采用電網(wǎng)電壓，即交流220V、380V供電，以省去控制變壓器。對(duì)于具有5個(gè)以上電磁線圈（例如接觸器、繼電器等）的控制線路，應(yīng)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(wú)觸點(diǎn)器件，具有動(dòng)作平穩(wěn)可靠、檢修操作安全等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于微機(jī)控制系統(tǒng)，應(yīng)注意弱電控制與強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)控制電壓等級(jí)為：380V、220V、127V、110V、48V、36V、24V、6.3V。直流標(biāo)準(zhǔn)控制電壓等級(jí)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(biāo)準(zhǔn)電器元件，同一用途盡可能選用相同型號(hào)。電氣控制系統(tǒng)的先進(jìn)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(shè)計(jì)人員必須關(guān)注電器元件的發(fā)展動(dòng)向，不斷搜集新產(chǎn)品資料，以便及時(shí)應(yīng)用于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，使控制線路在技術(shù)指標(biāo)、穩(wěn)定性、可靠性等方面得到進(jìn)一步提高。3.5.3合理布線，力求控制線路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)在滿足生產(chǎn)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(diǎn)的數(shù)量也越少，因而控制線路就越簡(jiǎn)單。同時(shí)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(lèi)觸點(diǎn)在圖3-9a和圖3-9b中，實(shí)現(xiàn)的控制功能一致，但圖3-9b比圖3-9a少用了一對(duì)觸點(diǎn)。合并同類(lèi)觸點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意所有觸點(diǎn)的容量應(yīng)大于兩個(gè)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(lèi)觸點(diǎn)合并圖3-10中間繼電器的應(yīng)用2．利用轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)的方式利用具有轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)的中間繼電器將兩對(duì)觸點(diǎn)合并為一對(duì)觸點(diǎn)，如圖3-10所示。3．盡量縮短連接導(dǎo)線的數(shù)量和長(zhǎng)度在設(shè)計(jì)電氣控制線路時(shí)，合理考慮并安排各種電氣設(shè)備和電器元件的位置及實(shí)際連線，以保證各種電氣設(shè)備和電器元件之間的連接導(dǎo)線的數(shù)量最少，導(dǎo)線的長(zhǎng)度最短。如圖3-11a和3-11b所示，僅從控制原理上分析，沒(méi)有什么不同，但若考慮實(shí)際接線，圖3-11a不合理，因?yàn)榘粹o安裝于操作臺(tái)上，接觸器安裝于電氣柜內(nèi)，從電氣柜到操作臺(tái)需要引4根導(dǎo)線。圖3-11b合理，因?yàn)樗鼘⑵饎?dòng)按鈕和停止按鈕直接相連，從而保證了兩個(gè)按鈕之間的距離最短，導(dǎo)線連接最短，并且從電氣柜到操作臺(tái)只需引出3根導(dǎo)線。所以一般都將起動(dòng)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(diǎn)在電氣線路中應(yīng)盡可能具有更多的公共連接線，這樣可減少導(dǎo)線段數(shù)及縮短導(dǎo)線長(zhǎng)度。如圖3-12所示，限位開(kāi)關(guān)安裝于生產(chǎn)機(jī)械上，繼電器安裝于電氣柜內(nèi)，圖3-12a中用4根長(zhǎng)導(dǎo)線連接，而圖3-12b中用3根長(zhǎng)導(dǎo)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(diǎn)的安排圖3-12節(jié)省連接導(dǎo)線的方法4．盡可能減少通電電器的數(shù)量正常工作中，應(yīng)盡可能減少通電電器的數(shù)量以利節(jié)能，延長(zhǎng)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(shí)間繼電器KT線圈一直得電，對(duì)于整個(gè)控制電路而言，時(shí)間繼電器KT已經(jīng)完成控制動(dòng)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(shí)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(shè)計(jì)中要注意以下幾點(diǎn)。1．電器元件觸點(diǎn)位置的正確畫(huà)法同一電器元件的動(dòng)合觸點(diǎn)和動(dòng)斷觸點(diǎn)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(kāi)關(guān)SQ的動(dòng)合觸點(diǎn)和動(dòng)斷觸點(diǎn)，其動(dòng)合觸點(diǎn)接在電源的一相，動(dòng)斷觸點(diǎn)接在電源的另一相上，當(dāng)觸點(diǎn)斷開(kāi)產(chǎn)生電弧時(shí)，可能在兩觸點(diǎn)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(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使分布在線路不同位置的同一電器觸點(diǎn)盡量接到同一個(gè)極或盡量共接同一電位點(diǎn)，以避免在電器觸點(diǎn)上引起短路，圖3-14b正確。a）不正確b）正確圖3-14觸點(diǎn)位置的畫(huà)法2．電器元件線圈位置的正確畫(huà)法（1）在交流控制線路中不允許將兩個(gè)電器元件的線圈串聯(lián)在一起使用，即使是兩個(gè)同型號(hào)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?yàn)槊總€(gè)線圈上分配到的電壓與線圈的阻抗成正比，而這兩個(gè)電器元件的動(dòng)作總是有先后之差，不可能同時(shí)動(dòng)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(dá)不到動(dòng)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(gè)電器元件同時(shí)動(dòng)作，應(yīng)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(huà)法圖3-16大電感線圈和直流繼電器并聯(lián)畫(huà)法（2）在直流控制電路中，對(duì)于電感較大的電磁線圈，如電磁閥、電磁鐵或直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁線圈等不宜與相同電壓等級(jí)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(dāng)觸點(diǎn)KM斷開(kāi)時(shí)，電磁鐵YA線圈兩端產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，加在中間繼電器KA的線圈上，造成KA誤動(dòng)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(kāi)觸點(diǎn)，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(dòng)作過(guò)程中，發(fā)生意外接通的電路稱(chēng)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(dòng)作。圖3-17a所示是一個(gè)具有指示燈和過(guò)載保護(hù)的電動(dòng)機(jī)正反向控制電路。正常工作時(shí)，能完成正反向起動(dòng)、停止和信號(hào)指示。但當(dāng)熱繼電器FR動(dòng)作時(shí)，會(huì)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(hù)作用。如果將指示燈與其相應(yīng)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(jìng)爭(zhēng)”和“冒險(xiǎn)”復(fù)雜控制電路中，在某一控制信號(hào)作用下，電路從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，常常會(huì)引起幾個(gè)電器的狀態(tài)變化?？紤]到電器元件有一定的動(dòng)作時(shí)間，對(duì)一個(gè)時(shí)序電路來(lái)說(shuō)，就會(huì)得到幾個(gè)不同的輸出狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電路的“競(jìng)爭(zhēng)”。由于電器元件的釋放延時(shí)作用，開(kāi)關(guān)電路中的開(kāi)關(guān)元件可能不按要求的邏輯功能輸出，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“冒險(xiǎn)”?！案?jìng)爭(zhēng)”和“冒險(xiǎn)”都將造成控制電路不能按要求動(dòng)作，引起控制失靈。圖3-18所示為一個(gè)產(chǎn)生這種現(xiàn)象的典型電路。圖3-18a電路中，KM1控制電動(dòng)機(jī)M1，KM2控制電動(dòng)機(jī)M2，其本意是：按下SB2后，KM1、KT通電，電動(dòng)機(jī)M1運(yùn)轉(zhuǎn)，延時(shí)時(shí)間到后，電動(dòng)機(jī)M1停轉(zhuǎn)而M2運(yùn)轉(zhuǎn)。運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象：有時(shí)候可以正常運(yùn)行，有時(shí)候不能正常運(yùn)行。原因在于圖3-18a電路設(shè)計(jì)不可靠，存在臨界競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。KT延時(shí)到后，其延時(shí)常閉觸點(diǎn)總是由于機(jī)械運(yùn)動(dòng)原因先斷開(kāi)而延時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)后閉合，當(dāng)延時(shí)常閉觸點(diǎn)先斷開(kāi)后，KT線圈隨即斷電，由于磁場(chǎng)不能突變?yōu)榱愫豌曡F復(fù)位需要時(shí)間，故有時(shí)候延時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)來(lái)得及閉合，但有時(shí)侯因受到某些干擾而不能閉合?？蓪T延時(shí)常閉觸點(diǎn)換成KM2常閉觸點(diǎn)，改進(jìn)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(dòng)作及觸點(diǎn)的接通、分?jǐn)?，都是靜態(tài)分析，沒(méi)有考慮其動(dòng)作時(shí)間。而在實(shí)際運(yùn)行中，由于電磁線圈的電磁慣性、機(jī)械慣性、機(jī)械位移量等因素，接觸器或繼電器線圈從通電到觸點(diǎn)的閉合或斷開(kāi)，需要一段吸引時(shí)間；而線圈斷電時(shí)，從線圈斷電到觸點(diǎn)斷開(kāi)，也需要一段釋放時(shí)間，這些統(tǒng)稱(chēng)為電器元件的動(dòng)作時(shí)間，在控制電路設(shè)計(jì)過(guò)程中要求動(dòng)作時(shí)間?。ㄐ柩訒r(shí)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(jìng)爭(zhēng)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(jī)械聯(lián)鎖。6．在設(shè)計(jì)電氣控制線路時(shí)，應(yīng)充分考慮繼電器觸點(diǎn)的接通和分?jǐn)嗄芰Α?.5.5保證電氣線路工作的安全性電氣控制線路應(yīng)具有完善的保護(hù)環(huán)節(jié)，來(lái)保證整個(gè)生產(chǎn)機(jī)械的安全運(yùn)行，消除其工作不正?；蛘`操作時(shí)所帶來(lái)的不利影響，避免事故的發(fā)生。常設(shè)的保護(hù)環(huán)節(jié)有短路、過(guò)流、過(guò)載、失壓、弱磁、超速和極限保護(hù)等。以CW6163型臥式車(chē)床電氣控制原理設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明設(shè)計(jì)過(guò)程。1．設(shè)計(jì)要求CW6163型臥式車(chē)床是性能優(yōu)良、應(yīng)用廣泛的小型臥式車(chē)床，工件最大車(chē)削直徑為630mm，工件最大長(zhǎng)度1500mm，其主軸運(yùn)動(dòng)的正反轉(zhuǎn)依靠?jī)山M機(jī)械式摩擦片離合器完成，主軸的制動(dòng)采用液壓制動(dòng)器，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的縱向左右運(yùn)動(dòng)、橫向前后運(yùn)動(dòng)以及快速移動(dòng)都集中由一個(gè)手柄操作。電氣控制系統(tǒng)的要求是：（1）由于工件的長(zhǎng)度較大，為減少輔助時(shí)間、提高工作效率，除配備一臺(tái)主軸電動(dòng)機(jī)外，還配備一臺(tái)刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)，另外主軸移動(dòng)的起、?？刂埔髢傻夭僮鳌＃?）由于切削時(shí)會(huì)產(chǎn)生高溫，故需配備一臺(tái)普通冷卻泵電動(dòng)機(jī)。（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(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)上述控制要求可知，該控制線路需配備三臺(tái)電動(dòng)機(jī)，分別為：（1）主軸電動(dòng)機(jī)M1，型號(hào)為Y160M－4三相異步電動(dòng)機(jī)，性能指標(biāo)為11kW、380V、22.6A、1460r/min。（2）冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2，型號(hào)為JCB－22三相異步電動(dòng)機(jī)，性能指標(biāo)為0.125kW、380V、0.43A、2790r/min。（3）快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3，型號(hào)為Y90S－4三相異步電動(dòng)機(jī)，性能指標(biāo)為1.1kW、380V、2.7A、1400r/min。3．電氣控制線路設(shè)計(jì)（1）主電路設(shè)計(jì)

1）主軸電動(dòng)機(jī)M1M1的功率較大，超過(guò)10kW，但是由于車(chē)削在車(chē)床起動(dòng)以后才進(jìn)行，并且主軸的正反轉(zhuǎn)通過(guò)機(jī)械方式進(jìn)行，所以M1采用單向直接起動(dòng)控制方式，用接觸器KM進(jìn)行控制。在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮到過(guò)載保護(hù)，并采用電流表PA監(jiān)視車(chē)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(shè)置短路保護(hù)，它的短路保護(hù)由機(jī)床的前一級(jí)配電箱中的熔斷器充任。2）冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2和快移電動(dòng)機(jī)M3由于電動(dòng)機(jī)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(kāi)常閉觸點(diǎn)都為4對(duì)）替代接觸器進(jìn)行控制。由于快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3短時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，故不設(shè)過(guò)載保護(hù)，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(shè)計(jì)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(cè)為交流380V，二次側(cè)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(shè)計(jì)1）主軸電動(dòng)機(jī)M1的控制由于機(jī)床較大，考慮到操作方便，主電動(dòng)機(jī)M1可在機(jī)床床頭操作板上和刀架拖板上分別設(shè)置起動(dòng)和停止按鈕SB3、SB1、SB4及SB2進(jìn)行操縱，實(shí)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(dòng)機(jī)M2和快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3的控制M2采用單向起?？刂品绞剑琈3采用點(diǎn)動(dòng)控制方式，具體電路如圖3-19所示。（4）局部照明與信號(hào)指示電路的設(shè)計(jì)設(shè)置照明燈EL、燈開(kāi)關(guān)SA及照明回路熔斷器FU3，具體電路如圖3-19所示?？稍O(shè)三相電源接通指示燈HL2（綠色），在電源開(kāi)關(guān)QS接通后立即發(fā)光顯示，表明機(jī)床電氣線路已處于供電狀態(tài)。設(shè)置指示燈HL1（紅色）用來(lái)顯示主軸電動(dòng)機(jī)是否運(yùn)行。指示燈HL1和指示燈HL2分別由接觸器KM的輔助常開(kāi)和輔助常閉觸點(diǎn)進(jìn)行切換通電顯示，具體電路如圖3-19所示。圖3-19CW6163型臥式車(chē)床電氣原理圖4．電器元件的選擇在電氣原理圖設(shè)計(jì)完成后就可以根據(jù)電氣原理圖進(jìn)行電器元件的選擇。該設(shè)計(jì)中所需電器元件主要包括：（1）電源開(kāi)關(guān)的選擇電源開(kāi)關(guān)QS主要用于給M1、M2、M3電動(dòng)機(jī)提供電源，而在控制變壓器二次側(cè)的電器在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生的電流相對(duì)較小，因此QS的選擇主要考慮M1、M2、M3電動(dòng)機(jī)的額定電流和起動(dòng)電流。上述已知M1、M2、M3電動(dòng)機(jī)的額定電流分別為22.6A、0.43A和2.7A，易計(jì)算額定電流之和為25.73A，由于功率最大的主軸電動(dòng)機(jī)M1為輕載起動(dòng)，并且M3為短時(shí)工作，因而電源開(kāi)關(guān)的額定電流選25A左右，具體為：三極組合開(kāi)關(guān)，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(fù)