电气控制与PLC：第四章 电气控制系统实例

4.1.1 C650卧式车床的主要工作情况
C650卧式车床属中型车床，加工工件旋转半 径最大可达1020mm，长度可达3000mm。其结构 主要由床身、主轴变速箱、卡盘、尾座、进给箱、 刀架和溜板箱等组成，外形如图4-1所示。
C650卧式车床由主轴电动机M1、冷却泵电动 机M2和刀架快速移动电动机M3拖动。
2）使用电磁吸盘的正常工作和不用电磁吸盘的机床 调整时，各运动部件均能动作。
3）具有完善的电路保护环节。 4）电磁吸盘具有吸持、松开工件，并使工件去磁的
控制环节。
4.3.2 M7130平面磨床的电气控制
1.主电路分析
砂轮电动机M1由接触器KM1控制。冷却泵电 动机M2经KM1和插头XP1控制。液压泵电动机M3 由接触器KM2控制。三台电动机均直接起动，单 向旋转。共用熔断器FU1作短路保护。M1和M2分 别由热继电器FR1与FR2作长期过载保护。
3.装有圆工作台的万能铣床还有圆形工作台的回转 运动，万能铣床的矩形、圆形工作台共有4种运动形式。
图4-7 X62W卧式万能铣床结构示意图
1-主轴 2-刀杆 3-横梁 4-工作台 5-回转盘 6-横溜板 7-升降台 8-床身
铣床对电气控制的要求
1）主轴电动机M1空载时直接起动，要求实现两地控制的正 反转（顺逆铣）运动及反接制动停车。
图4-6
4.必要的保护环节和照明线路
1）电磁吸盘的欠电流保护。 2）电磁吸盘的过电压保护。 3）整流装置的过电压保护。 4）短路保护。 5）过载保护。 6）变压器TC提供36V交流照明电源电压，由转
换开关SA2控制照明灯EL。
图4-6
主电路 控制电路 电磁吸盘控制
图4-6 M7130平面磨床电气控制原理图
2）摇臂升降电动机M2要求正反转。 3）液压泵电动机M3用来驱动液压泵送出不同流向的压力油，推动活塞、
带动菱形块动作来实现内外立柱的夹紧与放松以及主轴箱和摇臂的 夹紧与放松，故液压泵电动机M3要求正反转。 摇臂的移动严格按照摇臂松开→摇臂移动→移动到位摇臂夹紧的程 序进行。因此，摇臂的夹紧放松与摇臂升降应按上述程序自动进行。 4）冷却泵电动机M4拖动冷却泵以提供冷却液，M4采用直接起动，单向 连续工作。 控制电路应有必要的联锁与保护环节和照明装置。
图4-4
2. 控制电路分析
（1）主轴电动机M1的控制 按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电，电
动机M1转动。按停止按钮SB1，接触器KM1断 电，M1停止。
图4-4
（2）摇臂升降电动机M2的控制
摇臂上升控制：按上升起动按钮SB3，时间继电器KT通电，使 电磁阀YV通电，推动松开机构使摇臂松开；同时接触器KM4通电， 液压泵电动机M3正转，松开机构压下限位开关SQ2，使接触器KM4断 电，M3停转，停止松开，与此同时，上升接触器KM2通电，升降电 动机M2正转，摇臂上升，到预定位置时松开SB3，上升接触器KM2断 电，M2停转，摇臂停止上升；时间继电器KT断电，延时t（s）后， 其延时闭合常闭触点闭合，接触器KM5通电，M3反转，电磁阀推动 夹紧机构使摇臂夹紧，夹紧机构压动限位开关SQ3后，电磁阀YV断 电，接触器KM5断电，液压泵电动机M3停转，夹紧停止。
4.4 铣床电气控制
铣床可以用来加工平面、斜面和各种 形式的沟槽等，装上分度头后可以铣切直齿 轮和螺旋面，装上圆工作台还可以铣切凸轮 和弧形槽，是一种常用的机床设备。铣床的 种类很多，有立铣、卧铣、龙门铣、仿形铣 及各种专用铣床。本节以X62W卧式万能铣 床为例，分析中小型铣床控制线路的工作原 理。
图4-6
2.控制电路
砂轮电动机M1和冷却泵电动机M2的工作过程：合上刀 开关QK并插上插头XP1，按下起动按钮SB2，接触器KM1 通电，电动机M1 、M2同时起动。按下停止按钮SB1，接 触器KM1断电，电动机M1 、M2同时停止。
液压泵电动机M3的工作过程：按下起动按钮SB4，接触 器KM2通电，液压泵电动机M3起动。按下停止按钮SB3， 接触器KM2断电，M3停止。 特别注意：电动机的起动必须在电磁吸盘YH工作、且欠电 流继电器KA通电吸合，其常开触点KA（6-8）闭合，或 YH不工作，但转换开关SA1置于“去磁”位置，其触点 SA1-5（6-8）闭合的情况下方可进行。
熔断器FU1～FU5分别作主电路和控制电路的短 路保护，FR1与FR2分别为M1和M2的过载保护，电阻 R作为M1的反接制动限流保护。此外，接触器KM1 与KM2的线圈之间利用各自的辅助触点实现互锁保 护。
图4-2
M1 M2 M3
图4-2 C650 卧式车床的电气控制原理图
4.2 摇臂钻床电气控制
Z3040摇臂钻
床由主轴电动机 M1、升降电动机 M2、液压泵电动 机M3和冷却泵电 动机M4拖动。
图4-3 Z3040摇臂钻床结构示意图
1-主轴箱 2-摇臂 3-工作台 4-底座 5-立柱
各电动机的控制要求
1）主轴电动机M1采用直接起动方式，单向旋转，主轴的正反转采用机 械方法实现。主轴变速机构和进给变速机构均装在主轴箱内。
4）为避免打刀，要求主轴驱动电动机起动后，工作台驱动电 动机方能起动。
电气控制与PLC
第4章
电气控制系统实例
本章提要
4.1 卧式车床电气控制 4.2 摇臂钻床电气控制 4.3 平面磨床电气控制 4.4 铣床电气控制 4.5 电源切换控制 4.6 异步电动机软启动控制 4.7 异步电动机变频调速控制
4.1 卧式车床电气控制
车床是机械制造和修配工厂中使用最广的一 类金属切削机床，可车削外圆、内园、端面、螺 纹和成型表面，也可用钻头、铰刀、镗刀等进行 加工。车床按结构型式和用途可分为立式车床、 卧式钻床、半自动车床、仿形车床、数控车床等。 在各类车床中，卧式车床操作方便，灵活，适用 范围广，是机械加工中常用的机床设备。本节以 C650卧式车床为例，介绍其电气控制原理。
主运动：砂轮的旋转运动
进给运动：工作台和砂轮 的往复运动
辅助运动：砂轮架的快速 移动和工作台的移动
图4-5 M7130平面磨床结构示意图
1-砂轮箱 2-滑座 3-立柱 4-工作台 5-床身 6-横向进给手轮 7-工作台手轮 8-电磁吸盘
电气控制的要求
1）砂轮电动机M1、冷却泵电动机M2和液压泵电动机 M3在电气上均要求单向转动。
图4-6
3.电磁吸盘控制
充磁 SA1扳向“充磁”位置，SA1的触头SA1-3、SA1-4 闭合，电流继电器触点KA（6-8）闭合，按下按钮SB2， 接触器KM1通电，M1转动；按下按钮SB4，接触器KM2 通电，M3转动，此时可进行磨削加工。表4-1开关SA1 的触点通断情况 去磁 SA1扳向“去磁”位置，SA1的触头SA1-1、SA1-2 闭合，电磁吸盘通以反向电流实现去磁。去磁结束， SA1扳向“断电”位置，电磁吸盘断电，取下工件。
4.2.2 Z3040摇臂钻床的电气控制
1.主电路分析
电源由总开关QK引入，主轴电动机M1单向旋转， 由接触器KM1控制。主轴的正、反转由机床液压系统 操作结构配合摩擦离合器实现。摇臂升降电动机M2 由正、反转接触器KM2 、KM3控制，液压泵电动机 M3拖动液压泵送出压力夜，由接触器KM4 、KM5控 制其正、反转。冷却泵电动机M4用转换开关SA2控制。
图4-1 C650卧式车床结构示意图
1-主轴变速箱 2-卡盘 3-刀架 4-尾座 5-床身 6-溜板箱 7-进给箱
各电动机的控制要求：
1）主轴电动机M1采用空载直接起动，能实现正、反向 旋转的连续运行。为便于对工件作调整，主轴电动 机能实现单方向的点动控制。停车采用反接制动。
2）冷却泵电动机M2采用直接起动，单向连续工作。 3）快速运动电动机M3为单向点动、短时运转。 4）控制电路应有必要的保护环节和照明装置。
(4) 冷却泵电动机M4的控制
电动机M4由转换开关SA2直接控制起停。
图4-4
M1 M2 M3
图4-4 Z3040摇臂钻床电气控制原理图
3. 保护环节和照明线路
熔断器FU1～FU4分别实现电路的短路保护。热继电器FR1 和FR2分别作为M1与M3的过载保护，M2电动机正反转具有双重 互锁，M3电动机正反转具有电气互锁。立柱与主轴箱松开、夹 紧按钮SB5、SB6的常闭触点串接在电磁阀YV线圈电路中，实现 立柱与主轴箱松开、夹紧操作时，压力油只进入立柱与主轴箱 夹紧油腔而不进入摇臂夹紧油腔的联锁。此外，摇臂升降有限 位保护，当摇臂上升到极限位置时压动限位开关SQ1-1，或下降 到极限位置时压动限位开关SQ1-2，使摇臂停止升或降。
照明线路由变压器T提供36V交流照明电源电压，通过转换开 关SA1控制照明灯EL。
4.3 平面磨床电气控制
磨床是以砂轮周边或端面对工件进行磨削加工 的精密机床，不仅能加工一般金属材料，而且能加 工一般刀具不能加工的硬质合金和淬火钢等硬材料。 利用磨削加工能够获得较高的加工精度和光洁度， 广泛应用于零件的精加工。
摇臂下降过程和上升情况相同，不同的是由下降起动按钮SB4和下 降接触器KM3实现控制。
图4-4
（3）主轴箱与立柱的夹紧与放松控制
主轴箱和立柱的夹紧与松开是同时进行的，均采用液压机 构控制。工作过程如下： 1) 松开。按下松开按钮SB5，接触器KM4通电，液压泵电动机 M3正转，推动松紧机构使主轴箱和立柱分别松开，松开后限 位开关SQ4复位，使指示灯HL1亮，表示已松开。 2) 夹紧。按下松开按钮SB6，接触器KM5通电，液压泵电动机 M3反转，推动松紧机构使主轴箱和立柱分别夹紧，压下限位 开关SQ4，使指示灯HL2亮，表示已夹紧。
4.4.1 X62W铣床的主要工作情况
X62W卧式万能铣床由主轴、刀杆、横梁、工作台、 回转盘、横溜板、升降台、床身等部分组成。 铣床的主要运动形式有：
1.主轴（。
2.主轴所带铣刀的旋转运动有顺铣和逆铣两种工作 方式，升降台分为矩形和圆形两层结构，矩形工作台 可实现工作台纵向、横向和垂直三种直线进给运动， 对应左右、前后、上下六个移动方向。
4.2.1 Z3040摇臂钻床的主要工作情况
Z3040摇臂钻床主要由底座、内外立柱、摇 臂、主轴箱和工作台等组成，如图4-3所示。内 立柱固定在底座的一端，在它外面套有外立柱， 由于升降螺母固定在摇臂上，所以摇臂只能与外 立柱一起绕内立柱回转。摇臂的一端为套筒，套 装在外立柱上，并借助丝杠的正、反转可沿外立 柱作上下移动。
磨床的种类很多，有平面磨床、外圆磨床、内圆 磨床、无心磨床以及专用磨床（如螺纹磨床、球面 磨床、齿轮磨床、导轨磨床）等。其中以平面磨床 应用最为广泛。下面以M7130型平面磨床为例分析磨 床的基本结构和电气控制原理。
4.3.1 M7130平面磨床的主要工作情况
M7130型平面磨床是 利用砂轮周边进行磨削 加工的平面磨床，主要 由床身、工作台、电磁 吸盘、砂轮箱（磨头）、 滑座、立柱等部分组成。
2）工作台驱动电动机M2要求能够实现正、反转，并要求两个 工作台（矩形、圆形）各个方向的运动互锁，矩形工作台的六 个运动方向和圆形工作台的旋转运动要求互锁，任何时刻，只 允许存在一种运动形式的一个方向运动
3）主轴旋转与工作台进给运动均采用机械齿轮变速箱调速， 要求主轴电动机和工作台电动机在主轴和进给变速时能够瞬时 冲动，保证变速时齿轮的正确啮合和设备的安全。
4.1.2 C650卧式车床的电气控制
（1）主轴电动机M1的控制
①M1的点动控制； ② M1正、反转控制； ③ M1的反接制动控制； ④ M1的反接制动控制
图4-2
（2）冷却泵电动机M2的控制 （3）刀架快速移动电动机M3的控制 （4）照明电路与保护环节
车床局部照明由变压器TC输出36V安全电压， 通过开关SA控制照明灯EL。
钻床是一种用途广泛的万能机床，可进行钻 孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及修刮端面等多种形 式的加工。钻床按结构型式可分为立式钻床、 卧式钻床、摇臂钻床、深孔钻床、台式钻床等。 在各种钻床中，摇臂钻床操作方便，灵活，适 用范围广，特别适用于带有多孔大型工件的孔 加工，是机械加工中常用的机床设备，具有典 型性。下面以Z3040摇臂钻床为例，分析其电 气控制工作原理。