第3章 典型机械设备电气控制系统

第3章 典型机械设备电气控制系统

一、教学目的

1.掌握典型机床控制电路的分析方法

2.了解常用机床电气控制电路和排除电路故障的方法

3.一般生产机械电气控制的方法

二、教学内容

1．一般生产机械电气控制的方法

2.7120 型平面磨床的电气控制线路分析

3. Z3040 型摇臂钻床的电气控制

4.X62W 型万能铣床的电气控制

5.T68 型卧式镗床的电气控制

6.机床电气控制系统故障分析

三、教学重点和难点

重点：机床控制电路的分析方法

难点：机床控制电路的分析方法

四、教学方法

板书和 多媒体相结合的教学方法。分析各种机床的电气控制线路。

第一节 电气控制系统分析基础

一、电气控制系统分析的内容

1 ．设备说明书

2 ．电气控制原理图

3 ．电气设备的总装接线图

4 ．电器元件布置图与接线图

二、 电气原理图阅读分析的方法与步骤

１．分析主电路

２．分析控制电路

３．分析辅助电路

４．分析联锁与保护环节

５．分析特控制环节

６．总体检查

第二节 M7120 型平面磨床的电气控制线路分析

一、 主要结构及运动形式

M7120 平面磨床的结构如图 3.1 所示，它由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮箱、滑座、立柱等部分组成。

二、 电力拖动特点和控制要求

三、 电气控制线路分析

线路由主电路、控制电路、电磁吸盘控制电路和辅助电路四部分组成。 1 ．主电路分析

主电路中有四台电动机。其中 M1 为液压泵电动机，由 KM1 控制。 M2 为砂轮电动机， M3 为冷却泵电动机，同由 KM2 的控制。 M4 为砂轮箱升降电动机，分别由 KM3 、 KM4 的控制。 FU1 对电路进行短路保护， FR1、 FR2 、 FR3 分别对 M1、 M2 、 M3 进行过载保护。因砂轮升降电动机短时运行，所以不设置过载保护。

２．控制电路分析

当电源正常时，合电源开关 QS1 ，电压继电器 KV 的常开触点闭合，可进行操作。

（ 1 ）液压泵电动机 M1 控制 （其控制电路位于 6 区）

起动过程为：按下 SB2 ， SB2 + → KM1 + ( 得电吸合 ) → M1 起动 停止过程为：按下 SB1 ， SB1 + → KM` - ( 失电释放 ) → M1 停转。 （ 2 ）砂轮电动机 M2 的控制 （其控制电路位于 7 区）

起动过程为：按下 SB4 ， SB4 + → KM2 + → M2 起动；

停止过程为：按下 SB3 ， SB3 + → KM2 - → M2 停转。

（ 3 ）冷却泵电动机控制 冷却泵电动机由于通过插座 XS2 与接触器 KM2 主触点相联，因此 M3 是与砂轮电动机 M2 联动控制，按下 SB4 时 M3 与 M2 同时起动，按下 SB3 时同时停止。 FR2 与 FR3 的常闭触点串联在 KM2 线圈回路中， M2 、 M3 中任一台过载 时，相应的热继电器动作，都将使 KM2 线圈失电， M2 、 M3 同时停止。

（ 4 ）砂轮升降电动机控制 其控制电路位于 8 区， 9 区，采用点动控制。 砂轮上升控制过程为：按下 SB5 ， SB5 + → KM3 + → M4 起动正转。 当砂轮上升到预定位置时，松开 SB5 ， SB5 - → KM3 - → M4 停转。 砂轮下降控制过程为：按下 SB6 ， SB6 + → KM4 + → M4 起动反转。

当砂轮下降到预定位置时，松开 SB6 ， SB6 - → KM4 - → M4 停转。 3 ．电磁吸盘控制电路分析

（ 1 ）电磁吸盘构造及原理 电磁吸盘外形有长方形和圆形两种。矩形平面磨床采用长方形电磁吸盘，圆台平面磨床用圆形电磁吸盘。电磁吸盘工作原理如图 3.3 所示。

图 3-3 电磁吸盘工作原理

1- 钢制吸盘体 2- 线圈 3- 钢制盖

板 4- 隔磁层 5- 工件

（２）磁吸盘控制电路

它由整流装置、控制装置及保护装置等组成。

整流部分由整流变压器 T 和桥式整流器 VC 组成，输出 110V 直流电压。 （ 3 ）电磁吸盘保护环节

① 欠电压保护

② 电磁吸盘线圈的过电压保护

③ 电磁吸盘的短路保护

4 ．辅助电路分析

四、 平面磨床电气设备常见故障分析

1 ．电磁吸盘没有吸力

2 ．电磁吸盘吸力不足

3 ．电磁吸盘退磁效果差，造成工件难以取下

第三节 Z3040 型摇臂钻床的电气控制

钻床按用途和结构可分为立式钻床、台式钻床、多轴钻床、摇臂钻床及其它专用钻床等。 一、主要结构及运动形式

摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成， 主运动：主轴的旋转运动；

进给运动：主轴的纵向进给；

辅助运动：摇臂沿外立柱垂直移动；主轴箱沿摇臂长度方向移动；摇臂与外立柱一起绕内立柱回转运动。

二、 电力拖动特点及控制要求

三、 液压系统简介

该摇臂钻床具有两套液压控制系统，一个是操纵机构液压系统；一个是夹紧机构液压系统。前者安装在主轴箱内，用以实现主轴正反转、停车制动、空档、预选及变速；

后者安装在摇臂背后的电器盒下部，用以夹紧松开主轴箱、摇臂及立柱。

1 ．操纵机构液压系统

该系统压力油由主轴电动机拖动齿轮泵供给。主轴电动机转动后，由操作手柄控制，使压力油作不同的分配，获得不同的动作。操作手柄有五个位置：“空档”、“变速”、“正转”、“反转”、“停车”。

2 ．夹紧机构液压系统

夹紧机构液压系统压力油由液压泵电动机拖动液压泵供给，实现主轴箱、立柱和摇臂的松开与夹紧。其中主轴箱和立柱的松开与夹紧由一个油路控制，摇臂的松开与夹紧由另一个油路控制，这两个油路均由电磁阀操纵，主轴箱和立柱的夹紧与松开由液压泵电动机点动就可实现。摇臂的夹紧与松开与摇臂的升降控制有关。

3.3.4 电气控制电路分析

１．主电路分析

M1 为单方向旋转，由接触器 KM1 控制，主轴的正反转则由机床液压系统操纵机构配合正反转摩擦离合器实现，并由热继电器 FR1 作电动机长期过载保护。 M2 由正、反转接触器 KM2 、 KM3 控制实现正反转。控制电路保证，在操纵摇臂升降时，首先使液压泵电动机起动旋转，供出压力油，经液压系统将摇臂松开，然后才使电动机 M2 起动，拖动摇臂上升或下降。当移动到位后，保证 M2 先停下，再自动通过液压系统将摇臂夹紧，最后液压泵电机才停下。 M2 为短时工作，不设长期过载保护。

M3 由接触器 KM4 、 KM5 实现正反转控制，并有热继电器 FR2 作长期过载保护。

M4 电机容量小，仅 0 。 125kW ，由开关 SA 控制。

２．控制电路分析

由变压器 T 将 380V 交流电压降为 110V ，作为控制电源。指示灯电源为

6.3V 。

（ 1 ）主轴电动机的控制

按下起动按钮 SB2 ，接触器 KM1 吸合并自锁，主轴电动机 M1 起动并运转。按下

停止按钮 SB1 ，接触器 KM1 释放，主轴电动机 M1 停转。

（ 2 ）摇臂升降电动机的控制

控制电路要保证在摇臂升降时，先使液压泵电动机起动运转，供出压力油，经液压系统将摇臂松开，然后才使摇臂升降电动机 M2 起动，拖动摇臂上升或下降。当移动到位后，又要保证 M2 先停下，再通过液压系统将摇臂夹紧，最后液压泵电动机 M3 停。

（ 3 ）主轴箱和立柱松开与夹紧的控制

主轴箱和立柱的松开或夹紧是同时进行的。按松开按钮 SB5 ，接触器 KM4 通电，液压泵电动机 M3 正转。与摇臂松开不同，这时电磁阀 YV 并不通电，压力油进入主轴箱松开油缸和立柱松开油缸，推动松紧机构使主轴箱和立柱松开。行程开关 SQ4 不受压，其常闭触点闭合，指示灯 HL1 亮，表示主轴箱和立柱松开。

３．辅助电路

四、 电气控制电路常见故障分析

1 ．摇臂不能上升

2 ．摇臂移动后夹不紧

3 ．液压系统的故障

第四节 X62W 型万能铣床的电气控制

一、主要结构与运动形式

X62W 卧式万能铣床具有主轴转速高、调速范围宽、操作方便、工作台能自动循环加工等特点，主要由底座、床身、悬梁、刀杆支架、工作台、溜板和升降台等部分组成。

X62W 万能铣床的运动方式有：

主运动：铣刀的旋转。

进给运动：工作台的上、下、左、右、前、后运动。

辅助运动：工作台在六个方向上的快速运动。

二、 电气控制线路分析

１．主电路分析

主电路有三台电动机，其中 M1 为主轴电动机， M2 为工作台进给电动机， M3 为冷却泵电动机。 QS 为电源开关，各电动机的控制过程分别是：

主轴电动机由接触器 KM3 控制， M1 旋转方向由组合开关 SA5 预先选择。 M1 的起动、停止的控制可在两地操作，采用串电阻反接制动。通过机械机构和接触器 KM2 进行变速冲动控制。

工作台进给电动机 M2 由接触器 KM4 、 KM5 控制，并由接触器 KM6 控制快速电磁铁，决定工作台移动速度， KM6 接通为快速，断开为慢速。正反转接触器 KM4 、 KM5 是由两个机械操作手柄控制的。一个是纵向操作手柄，另一个是垂直与横向操作手柄。这两个机械操作手柄各有两套，分设在铣床工作台正面与侧面，实现两地操作。

冷却泵电动机由接触器 KM1 控制，单方向运转。

２．控制电路分析

控制电路电压为 127V ，由控制变压器 TC 供给。

（ 1 ）主电动机的控制线路

① 主电动机的起动

② 主电动机的制动

③ 主轴变速控制

（ 2 ）工作台进给控制

① 工作台的左右（纵向）运动

控制过程如下：

③ 工作台的快速移动

④ 进给变速时“冲动”控制

3 ．圆工作台进给控制

为加工螺旋槽、弧形槽等， X62W 型万能铣床附有圆形工作台及其传动机构。 （ 4 ）冷却泵电动机的控制

由转换开关 SA3 控制接触器 KM1 来控制冷泵电动机 M3 的起动与停止。 ４．联锁与保护

（ 1 ）进给运动与主运动的顺序联锁

（ 2 ）工作台各运动方向的联锁

（ 3 ）长工作台与圆工作台间的联锁

（ 4 ）保护环节

三、 X62W 铣床电气控制常见故障分析

１．主轴停车制动效果不明显或无制动

２．主轴停车后产生短时反向旋转

３．主轴变速时无瞬时冲动

４．工作台不能快速移动

第五节 T68 型卧式镗床的电气控制

一、主要结构和运动形式

主要由床身、前立柱、镗头架、工作台、后立柱和尾架等部分组成。 T68 镗床的运动有：

主运动：镗轴和花盘的旋转运动。

进给运动：镗轴的轴向运动，花盘刀具溜板的径向运动，工作台的横向运动，工作台的纵向运动和镗头架的垂直运动。

辅助运动：工作台的旋转运动、后立柱的水平移动和尾架的垂直运动及各部分的快速移动。

二、电气控制线路分析

１．主电路分析

主电路中有两台电动机， M1 为主轴与进给电动机，是一台 4/2 极的双速电动机，绕组接法为△ / 丫丫。 M2 为快速移动电动机。

电动机 M1 由 5 只接触器控制， KM1 和 KM2 控制 M1 的正反转， KM3 控制 M1 的低速运转， KM4 、 KM5 控制 M1 的高速运转。 FR 对 M1 进行过载保护。

YB 为主轴制动电磁铁的线圈，由 KM3 和 KM5 的触点控制。

M2 由 KM6 、 KM7 控制其正反转，实现快进和快退。因短时运行，不需过载保护。

２．控制电路分析

（ 1 ）主轴电动机的正、反向起动控制

① 低速起动控制

过程： SB3 + → KM1 + （自锁）→ KM3 + → YB + → M1 低速起动。 ② 高速起动控制

控制过程为：

↗ KT + ↗ YB + KT 延时到 ↗ KM4 + ↗ KT -

SB3 + → KM1 + （自锁）→ KM3 + → M1 低速起动 → KM3 - → KM5 + → M1 高速起动

（ 2 ）主轴电动机的点动控制

（ 3 ）主轴电动机的停车与制动

（ 4 ）主轴变速和进给变速控制

（ 5 ）镗头架、工作台快速移动的控制

3 、联锁保护环节分析

（ 1 ）主轴进刀与工作台互锁

（ 2 ）其它联锁环节

（ 3 ）保护环节

三、 T68 卧式镗床常见电气故障分析

１．主轴电动机只有高速档或无低速档

２．主轴电动机无变速冲动或变速后主轴电动机不能自行起动

第六节 机床电气控制系统故障分析

机床电气设备发生故障后常用的检查和分析方法有以下几种：

l ．了解故障发生的经过情况

2 ．分析故障产生的原因和范围

3 ．进行外表检查

4 ．断电检查

5 ．通电检查

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