第四章控制线路设计及元件选择

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综上所述，机床电气设计应包括以下内容： （1）拟定电气设计任务书（技术条件）； （2）确定电气传动控制方案，选择电动机； （3）设计电气控制原理图； （4）选择电气元件，并制定电气元件明细表； （5）设计操作台、电气柜及非标准电气元件； （6）设计机床电气设备布置总图、电气安装图， 以及电气接线图； • （7）编写电气说明书和使用操作说明书。
• ①自动空气开关脱扣器的额定电流应等于或大 于负载允许的长期平均电流； • ②自动开关的极限分断能力要大于，至少等于 电路最大短路电流 • ③自动开关脱扣器电流整定应按下面原则： • 欠电压脱扣器额定电压应等于主电路额定电压； 热脱扣器的整定电流应与被控对象（负载）额 定电流相等；电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流 应大于负载正常工作时的尖峰电流；保护电动 机时，电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流为电动 机起动电流的1.7倍。 • 机床常用：DZ系列、DW系列
• （3）机床电动机的调速性质应与机床的负载特性相适应； • 调速性质是指转矩、功率与转速的关系。 • 电机的调速性质必须与机床的负载特性相适应。双速异步电机，定 子绕组由三角形改成星形联结时，转速由低速升为高速，功率增加 的很小，因此适用于恒功率传动。定子绕组低速为星形联接，而告 诉为双星形联接的双速电机，转速改变时，电动机所输出的转矩保 持不变，因此适用于恒转矩调速。 • 他励直流电机改变电压的调速方式则属于恒转矩调速；改变励磁的 调速方法是属于恒功率调速。 • （4）正确合理的选择电气控制方式是机床电气设计的主要内容； • 在一般普通机床中，其工作程序往往是固定的，使用中并不需要经 常改变原有程序，可 采用有触电的继电器系统，控制线路在结构 上接成“固定”的。 • 程序控制器是介于继电器系统的固定接线装置与电子计算机控制之 间的一种新型的通用控制部件。 • 随着电子技术的发展，数字程序控制系统在机床上的应用越来越广 泛，已经发展成为数控机床。 • （5）明确有关操纵方面的要求，在设计中实施； • （6）设计应考虑用户供电电网情况，如电网容量、电流种类、电 压及频率。
第三节 机床电器控制线路的设计
• 一般中小型机床电气传动控制系统并不复杂，大多 数都是由继电器接触器系统来实现其控制的。重点就是 设计继电器接触器控制线路及选择电气元件。 一、电器控制线路的电源 • 在电器控制线路比较简单，电器元件不多的情况下， 应尽可能用主回路电源作为控制回路电源，即可直接用 交流380V或220V，简化供电设备。
• 4.组合开关
• 可以起停5kW以下的异步电动机，但每小时的接通次数 不宜超过10~20次，开关的额定电流一般取电动机额定 电流的1.5~2.5倍。 • 组合开关主要根据电源种类、电压等级、所需触点数 及电动机容量进行选用。常用的有HZ-10系列，额定电 流为10、25、60和100A四种。适用于交流380V以下， 直流220V以下的电气设备中。
2.机床进给运动电动机容量选择 • 机床进给运动的功率也是由有效功率和损 失功率两部分组成。一般进给运动的有效效率 是比较小的，如通用车床进给有效功率仅为主 运动功率的0.0015~0.0025，铣床为 0.015~0.025，但由于进给机构传动效率很低， 实际需要的进给功率，车床、钻床的有效功率 约为主运动功率的0.03~0.05，而铣床则为 0.2~0.25。一般，机床进给运动传动效率为 0.15~0.2，甚至还低。 • 车床和钻床，当主运动和进给运动采用同 一电动机时，只计算主运动电动机功率即可。
第四节 机床常用电器的选择
一、按钮、低压开关的选用
1.按钮 • 按钮通常是用来短时接通或断开小电流的控制电路的开关。常用：旋 钮式、指示灯式、紧急式；机床上常用的按钮为LA系列。 2.刀开关 • 主要作用是接通和切断长期工作设备的电源，也用于不经常起制动的 容量小于7.5kW的异步电动机，这时其额定电流不要小于电动机额定电流 的三倍。 • 一般，刀开关的额定电压不超过500V，额定电流由10A到上千安培的多 种等级。不带熔断器式刀开关主要有HD型及HS型，带熔断器式刀开关有 HR3系列。 3.自动空气开关 • 又称自动空气断路器，能接通或分断正常工作电流，也能自动分断过 载或短路电流，分断能力大，有欠压和过载保护作用。 • 选择参数：额定电压、额定电流和允许切断的极限电流等。
• 卧式车床主电动机的功率：P=36.5D1.54 P——主拖动电机功率 D——工件最大直径 • 立式车床主电动机的功率：P=20D0.88 D——工件最大直径 • 摇臂钻床主电动机的功率：P=0.0646D1.19 D——最大钻孔直径 • 卧式镗床主电动机的功率：P=0.004D1.7 D——镗杆直径 • 龙门铣床主电动机的功率：P= 1/166B1.15 B——工作台宽度（mm）
——第四章控制线路设计及元件选择
第四章：机床电气控制线路的 设计及电气元件的选择
• 第一节：机床电气设计的一般内容 • 第二节：机床电力拖动电动机的选择 • 第三节：机床电气控制线路的设计 • 第四节：机床常用电器的选择 • 第五节：机床电气控制线路设计举例
第一节 机床电气设计的一般内容
• 机床的电气设计与机床的机械结构设计是分不开的，尤其是现 代机床的结构以及使用效能与电气自动控制的程度密切相关。 • （1）机床主要技术性能，即机械传动、液压和气动系统的工作 特性，以及对电气控制系统的要求； • （2）机床的电气技术指标，即电气传动方案，要根据机床的结 构、传动方式、调速指标，以及对起制动和正方向要求等来确 定； • 中小型机床，一般采用单速或双速鼠笼式异步电动机，通过变 速箱传动；对传动功率较大，主轴转速较低的机床，为了降低 成本，简化变速机构，可选用转速较低的异步电动机；对调速 范围、调速精度、调速的平滑性要求较高的机床，可考虑采用 交流变频调速和直流调速系统，满足无级调速和自动调速的要 求。 • 对于由电动机实现正反向的机床，对制动无特殊要求时，一般 采用反接制动，可使控制线路简化。在电动机频繁起制动或经 常正反向的情况下，必须采取措施限制电动机起制动电流。
36V
110V FU2
KM1
KM3
KM2
KR1 M1 3～ M2 3～ 冷却电动机
SB4 SB1 SB2 KM1 KR1
A
KR2 SB5 M3 3～ 快速电动机 SB7
SB6 KM2
KM2 KR2
主电动机
图2-1 CW6163B型万能卧式车床电气原理
KM3
ຫໍສະໝຸດ Baidu
二、控制线路的设计规律
• 继电器接触器控制线路有一个共同特点，是通过触点 的“通”和“断”控制电动机或其他电气设备来完成 运动机构的动作的。
快速移动所需要的功率，一般由经验数据来选择
机床类型
Dm=400mm
运动部件 溜 板
移动速度
6～9 4～6 3～4 0.5～1.5 4～6 1.5～2.0 0.25～0.50 1.0～1.5 0.5～1.1
所需电动机 功率（kW）
0.6～1.0 0.8～1.2 3.2 1～2.8 0.8～1.2 1.2～1.5 2～4 1.5～2 1.5～2
u v w ××× Q
FU1
KM
FU2 SB1 SB2 KM
KR
KR
M ～ KM
(a) 未通电时的状态
对于比较复杂的控制线路，应采用控制电源变压器，将控制 电压由交流380V或220V降至110V或48V、24V，机床 照明电路为36V以下电源。
u v w
Q1 FU1 TC FU4 6.3V FU3 SA SB3 ST KM1 EL1 EL2 EL KM1
• （2）分析计算法
• 根据机床总体设计中对机械传动功率的要求，确定机床拖 动用电动机功率 • P=P1/ η 1η 2 • P ——电动机功率 P1 ——机械传动轴上的功率 • η 1——生产机械功率 η 2 ——电动机与生成机械之 间的传动功率 • P=P1/ η 总； η 总= η 1η 2 • η 总——机床总效率 • 一般主运动为回转运动的机床η 总＝0.7～0.85；主 运动为往复运动的机床η 总＝0.6～0.7（结构简单的取大值， 复杂的取小值）
3.动断触点串联 当几个条件仅具备一个时，继电器线圈就断 电，可用几个动断触点与控制的电器线圈串联 的方法来实现
• 4.动断触点并联
当几个条件都具备时，电器线圈才断电， 可用几个动断触点并联，再与控制的继电器线 圈串联的方法来实现。
5.一般保护电器应既能保证控制线路长期正常运行，又能起到
保护电动机及其他电器设备的作用。一旦线路出故障，他的触 点就应以“通”转为“断”。
• 5.电源开关联锁机构
• 电源开关联锁机构与相应的断路器和组合开关配套使 用，用于电源接通与断开电源和柜门开关联锁，以达 到在切断电源后才能开门，将门关闭后才能接通电源 的效果。有DJL系列和JDS系列。
二、熔断器的选用
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第二节 机床电力拖动电动机的选择
一、机床用电动机容量的选择 根据机床的负载功率（例如切削功率）就可选择 电动机的容量，然而机床的载荷是经常变化的，而每个负 载的工作时间也不尽相同，这就产生了使电动机功率如何 最经济的满足机床负载功率的问题。机床电力拖动系统一 般分为主拖动及进给拖动。 1.机床主拖动电动机容量选择 多数机床负载情况比较复杂，切削用量变化很大， 因此通常采用调查统计类比或采用分析与计算相结合的方 法来确定电动机的功率 （1）调查统计类比法 首先进行广泛调查研究，分析确定所需要的切削用 量，然后用以确定的较常用的切削用量的最大值，在同类 同规格的机床上进行切削实验，并测出电动机的输出功率， 以此测出的功率为依据，再考虑到机床最大负载情况，以 及采用先进切削方法及新工艺等，然后类比国内外同类机 床电动机的功率，最后确定所设计的机床电动机功率来选 择电动机
• 1.动合触点串联
• 当要求几个条件同时具备时，才使电器线圈得电动作， 可用几个常开触点与线圈串联的方法实现。这种关系 在逻辑线路中称“与”逻辑。
2.动合触点并联 当在几个条件中，只要求具备其中 任一条件，所控制的继电器线圈就 能得电，这时可采用几个动合触点 并联来实现，这种关系在逻辑线路中叫“或”逻辑
三、控制线路设计的一般问题
1.应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个 电器的现象。
2.设计电路时，应正确连接电器的线圈。
①在设计控制线路时，电器线圈的一端应接在电源 的同一端。 ②交流电器线圈不能串联使用。
3.在控制线路中应尽量减少触点数。
4.在设计控制线路时，应尽量避免减少连接导线的数量与长度。 5.在设计控制线路时应考虑各种联锁关系以及电气系统具有的 各种电气保护措施，例如过载、短路、欠压、零位、限位等保 护措施。 6.在设计控制线路时也应考虑有关操纵、故障检查、检测 仪表、信号指示、报警，以及照明等要求。
卧式车床
Dm=400mm
Dm=400mm
摇臂钻床dm＝35～75mm
升降台铣床
龙门铣床
溜 板 溜 板 摇 臂 工 作 台 升 降 台 横 梁 横梁上的铣头 立柱上的铣头
二、电动机转速和结构型式的选择
• 电动机的转速愈低，价格也愈高，功率因数和效率也 就低，因此电动机转速要根据机械的要求和传递装置 的具体情况而定。 • 异步电动机的电压等级为380V。但要求宽范围而平滑 的无级调速时，可采用交流变频调速或直流调速。 • 金属切削机床一般都采用通用系列的普通电动机，电 动机的结构型式按其安装位置的不同分为卧式（轴为 水平）、立式（轴为垂直）等。为了使拖动系统更加 紧凑，使电动机尽可能地靠近机床的相应工作部位。 • 对易产生悬浮飞扬的铁屑或废料，或冷却液、工业用 水等有损于绝缘的介质能侵入电动机的场合，选用封 闭式结构为宜；煤油冷却切削刀具的机床或加工易燃 合金材料的机床应采用防爆式电动机。