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第三章 电气控制系统分析 主要内容 3.1 CA6140车床电气控制线路分析 3.2 X62卧式万能铣床电气控制线路分析 3.3 C650卧式车床电气控制线路分析(选讲) 3.1 CA6140车床电气控制线路分析 一、普通车床的主要工作情况 普通车床是一种应用极为广泛的金属切削机床 ,主要用于加工各种回转表面、螺纹和端面等,并 可通过尾架进行钻孔、铰孔等切削加工。 车床的切削加工包括: 主运动为工件的旋转运动。 进给运动为刀具的直线运动。 辅助运动为刀架的快速移动及工件的夹紧、放 松等。 钻孔 车螺纹 车削 表面 图3-1 CA6140车床外形图 夹紧装置及 切削冷却液 切削照明 二、普通车床对电机拖动的特点与要求 根据切削加工工艺的要求,对电气控制提出下列 要求: (1)为保证主运动与进给运动的严格比例关系, 进给机构消耗的功率很小,主轴旋转和进给运动采用 一台电动机拖动,从经济性和可靠性出发,采用三相 笼型电动机。 (2)车床切削加工时,刀具和工件都会产生高温 ,应设一台冷却泵电动机,提供切削液。 (3)车床刀架进给运动采用点动控制。 (4)中小型车床的主轴电机采用直接起动,制动 一般采取机械或电气反接制动,实现快速停车。 (5)为满足调速要求,采用机械变速,主轴电机 与主轴之间采用齿轮箱连接。主轴切削螺纹时要求正 反转,主轴正反转采用摩擦离合器来实现。 (6)电路应有必要的保护环节、照明电路和信号 指示电路。 三、CA6140车床的电气控制分析 控制系统有三台电动机:M1为主轴电动机,M2 为冷却泵电机,M3为刀架快速移动电机。有三个旋 动开关:SA1是指示灯旋动开关,SA2是冷却泵旋动 开关,SA3是车床电源钥匙旋动开关。两个行程开 关:SQ1是传动带箱罩检测开关,当传动带箱罩未 关好则SQ1断开;SQ2是电气箱盖漏电开关,当电气 箱盖打开则SQ2闭合。CA6140型卧式车床的电气控 制原理图如图3-1所示。电气元件明细表如表3-1所 示。 表3-1 CA6140车床电气元件符号与功能说明 符 号 名称及用途 符号名称及用途 M1主电动电动 机 SB1主电动电动 机起动动按钮钮 M2冷却泵电动泵电动 机 SB2停止按钮钮 M3快速移动电动动电动 机 SB3快移电电机点动动按钮钮 KM1主电动电动 机起动动接触器 SQ1传动带传动带 罩检测检测 开关 KM2冷却泵电动泵电动 机起动动接触器 SQ2电电气箱盖漏电电开关 KM3快移电动电动 机起动动接触器 SA1指示灯旋动动开关 FU16熔断器 SA2冷却泵泵旋动动开关 TC控制变压变压 器 R限流电电阻 FR1 冷却泵电泵电 机过载过载 保护热继电护热继电 器 EL照明灯 FR2快移电电机过载过载 保护热继电护热继电 器 HL信号灯 QF断路器 图3-1 CA6140型卧式车床的电气控制原理图 传动箱罩检测开关 电气箱罩检测开关 1主轴电机的控制 当SQ2漏电开关闭合合上断路器QF漏电电阻 R通电,QF就自动跳闸进行短路保护。 起动 :当SQ2断开钥匙旋动开关SA3断开 合上断路器QF经过变压器TC变成110V控制电路电 压当传动带箱罩关好,SQ1闭合按下起动开关 SB1KM1线圈得电KM1主触点闭合,电机M1起动 ,KM1辅助触点闭合自锁,主轴电机正常运转。 停车 : 按下停车按钮SB2KM1线圈失电 电机M1停转。 2冷却泵电机的控制 起动:合上旋动开关SA2当主轴电机起动后,KM1 辅助常开触点闭合KM2线圈得电KM2主触点闭合,M2 电机起动;KM2辅助触点闭合对KM1触点自锁。 停车:断开旋动开关SA2KM2线圈失电冷却泵 电机停止。 3快速移动电机的控制 起动:先将手柄扳到需要快速移动的方向按下 快速移动按钮SB3KM3线圈得电KM3主触点闭合, M3电机起动机械超越离合器自动将进给传给传动链 ,传动刀架快速移动。 停车:松开SB3按钮M3快速移动电机停止,为点 动控制。 4车床照明和电源指示 (1)车床照明灯。车床照明灯EL为36V交流电, 旋动开关SA1接通时打开照明灯。 (2)指示灯。指示灯HL为6.3V交流电,只要QF接 通,TC二次侧有电,指示灯就亮。 5电气保护环节 短路保护:FU1和FU2实现主电路的短路保护, FU3实现变压器的短路保护,FU4、FU5和FU6实现控 制电路和辅助电路的短路保护。 过载保护:FR1和FR2热继电器实现过载保护, QF断路器也具有过载保护功能。 QF断路器可实现过流、欠压和失压保护。 位置保护:SQ1和SQ2是检测传动带罩和电气箱盖 是否关好的位置保护开关,可实现断电保护。 四、常见故障分析 1断路器QF合不上 (1)未用钥匙断开旋动开关SA2; (2)电源箱未关好,行程开关SQ2未合上; (3)QF故障。 2三台电机均不起动 (1)控制电路熔断器FU6断开; (2)传动带箱罩未关好,行程开关SQ1断开; (3)变压器一次侧熔断器FU3断开; 3主轴电机不能起动 (1)热继电器FR1断开,未复位; (2)接触器KM1主触点触头接触不良; (3)停止按钮SB1触点未复位或接触不良; (4)电机M1故障。 4按下起动按钮SB1,主轴电机发出嗡嗡声不 能起动 电机缺相,可能电源进线一相断路,接触器 KM1一对触头接触不良,电机三根引线一根断线,电 机一相绕组损坏。 5按下停止按钮SB2主轴电机不停转 (1)接触器KM1主触点未断开,可能触头被熔焊 或被卡住,衔铁有剩磁; (2)停止按钮常闭触头未断开,可能触头被熔 焊或被卡住,绝缘被击穿。 6冷却泵电机不能起动 (1)旋动开关SA1触点不闭合; (2)熔断器FU1断开; (3)热继电器FR2断开; (4)接触器KM2主触点触头接触不良; (5)冷却泵电机损坏。 7快速移动电机不起动 (1)点动按钮SB3不闭合; (2)接触器KM3主触点触头接触不良; (3)熔断器FU2断开; (4)快速移动电机损坏。 3.2 X62卧式万能铣床电气控制线路分析 铣床是用铣刀进行铣削的机床。由于铣床的主 运动是铣刀的旋转运动,切削速度高,且又是多刃 连续切削,所以它的生产效率较高。 铣床的种类很多,有卧式铣床、立式铣床、仿 形铣床和各种专门铣床。 铣床可以用来加工平面、斜面和沟槽等,如果 装上分度头,还可用于铣削直齿轮和螺旋面等。 图3-3 X-62W万能铣床的外观简图 一、主要结构和运动形式 X62W万能铣床是卧式铣床,主要由床身、悬 梁、刀杆支架、工作台、溜板和升降台等几部分组 成。 床身顶部有水平导轨,悬梁可沿导轨水平移动 。刀杆支架装在悬梁上,可在悬梁上水平移动。升 降台可沿床身前面的垂直导轨上下移动。溜板在升 降台的水平导轨上可作平行于主轴轴线方向的横向 移动。工作台安装在溜板的水平导轨上,可沿导轨 作垂直于主轴轴线的纵向移动。 此外,溜板可绕垂直轴线左右旋转45,所 以工作台还能在倾斜方向进給,以加工螺旋轴。 二、电力拖动和控制要求 (1)铣床的主运动是铣刀的旋转运动,主轴由一 台5.5kw鼠笼式异步电动机拖动,要求能正反转,停 车采用反接制动。 (2)为了实现工作台纵向、横向和垂直方向的进给 运动,采用一台1.5kw交流电动机拖动,3个方向的选 择由机械手柄操纵,每个方向的正反向运动由电动机 的正反转实现,还需有快速移动和限位控制。 (3)为保证主轴和进给变速时变速箱内齿轮易于 啮合,减小齿轮端面冲击,要求有变速冲动,即变速 时电动机能点动一下。 (4)冷却泵由一台0.125kw交流电动机拖动,供给 铣削用的冷却液。 表3-2 铣铣床电电气元件符号及功能说说明 符号 名称及用途 符号名称及用途 M1主轴电动 机 SQ6进给变 速冲动开关 M2进给电动 机 SQ7主轴变 速冲动开关 M3冷却泵电动 机 SA1圆工作台转换 开关 KM3主电动 机启、停控制接触器 SA3冷却泵转换 开关 KM2反接制动接触器 SA4照明灯开关 KM4,KM5进给电动 机正、反转接触器 SA5主轴电机换向开关 KM6快速移动接触器 QS 电源隔离开关 KM1冷却泵接触器 SB1、SB2 分设在两处的主轴启动按 钮 KS速度继电 器 SB3、SB4 分设在两处的主轴停滞按 钮 YA快速电磁铁线 圈 SB5、SB6工作台快速移动按钮 R限流电阻 FR1主轴电动 机热继电 器 SQ1工作台向右进给 行程开关 FR2进给电动 机热继电 器 SQ2工作台向左进给 行程开关 FR3冷却泵热继电 器 SQ3工作台向前、向下进给 行程开关 TC变压 器 SQ4工作台向后、向上进给 行程开关FU1FU4短路保护 图3-4 X62W万能铣床的电气控制原理图 动画显示 三、控制电路分析 (一)主电动机M1的控制 主电动机由接触器KM3控制,其逻辑表达式为: 起动前,先将换向开关SA5旋转到所需旋转方向 。然后按下起动按钮SB1或SB2,接触器KM3线圈通电 并自锁,主轴电动机M1起动。在主电动机达到一定转 速时,速度继电器KS的动合触头闭合,为停车时的反 接制动作好准备。 主轴电动机制动时,按下停止按钮SB3或SB4,其 动断触点断开,切断KM3电源,主轴电动机M1的电源被 切断,因为惯性,M1会继续旋转。SB3或SB4的动合触 点接通,使接触器KM2线圈通电,M1反接制动,直至转 速降低至速度继电器KS的动合触点断开,反接制动停 止。在速度继电器触点断开前,不应松开按钮SB3或 SB4,以保证在整个停车过程中进行反接制动。 当主轴需要变速时,为保证变速齿轮易于啮合, 需设置变速冲动控制,它是利用变速手柄和冲动开关 SQ7通过机械上的联动机构完成的。变速冲动的操作过 程是:先将变速手柄拉向前面,然后旋转变速盘选择 转速,再把手柄快速推回原位。在手柄推拉过程中, 凸轮瞬时压下弹簧杆,冲动开关SQ7瞬时动作,使接触 器KM2短时通电,电动机M1反转一下,以利齿轮咬合。 为避免KM2通电时间过长,手柄的推拉操作都应以较快 速度进行。 (二)进给电动机M2的控制 1工作台横向(前、后)和升降(上、下)进 给运动的控制 先将工作台转换开关SA1扳在断开位置,这 时SA1-1和SA1-3接通。 工作台的横向和升降控制是通过十字复式操 作手柄进行的,该手柄有上、下、前、后和中间 零位共5个位置。在扳动手柄时,通过联动机构 将控制运动方向的机械离合器合上,并压下相应 行程开关SQ3(向下、向前)或SQ4(向上、向 后)。比如欲使工作台向上运动,将手柄扳到向 上位置,压下SQ4,接触器KM5线圈通电,M2 电动机反转,工作台向上运动,其控制逻辑为: 2工作台纵向(左右)运动控制 首先将工作台转换开关SA1扳到断开位置, 然后通过纵向操作手柄控制工作台的纵向运动。 该手柄有左、右、中间3个位置,扳动手柄时, 一方面合上纵向进给机械离合器同时压下行程开 关SQ1(向右)或SQ2(向左)。 3工作台的快速移动控制 工作台上述6个方向的快速移动也是由M2拖动的,通过 上述两个操作手柄和快速移动按钮SB5和SB6实现控制。当 按下SB5或SB6时,接触器KM6线圈通电,快速进给电磁铁 YA线圈接通电源,通过
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