第三章電氣控制系統分析主要內容3.1CA6140車床電氣控制線路分析3.2X62臥式萬能銑床電氣控制線路分析3.3C650臥式車床電氣控制線路分析（選講）3.1CA6140車床電氣控制線路分析

一、普通車床的主要工作情況普通車床是一種應用極為廣泛的金屬切削機床，主要用于加工各種回轉表面、螺紋和端面等，并可通過尾架進行鉆孔、鉸孔等切削加工。 車床的切削加工包括：主運動為工件的旋轉運動。進給運動為刀具的直線運動。輔助運動為刀架的快速移動及工件的夾緊、放松等。鉆孔車螺紋車削表面圖3-1CA6140車床外形圖夾緊裝置及切削冷卻液切削照明二、普通車床對電機拖動的特點與要求

根據切削加工工藝的要求，對電氣控制提出下列要求：

（1）為保證主運動與進給運動的嚴格比例關系，進給機構消耗的功率很小，主軸旋轉和進給運動采用一臺電動機拖動，從經濟性和可靠性出發，采用三相籠型電動機。（2）車床切削加工時，刀具和工件都會產生高溫，應設一臺冷卻泵電動機，提供切削液。（3）車床刀架進給運動采用點動控制。（4）中小型車床的主軸電機采用直接起動，制動一般采取機械或電氣反接制動，實現快速停車。（5）為滿足調速要求，采用機械變速，主軸電機與主軸之間采用齒輪箱連接。主軸切削螺紋時要求正反轉，主軸正反轉采用摩擦離合器來實現。（6）電路應有必要的保護環節、照明電路和信號指示電路。三、CA6140車床的電氣控制分析控制系統有三臺電動機：M1為主軸電動機，M2為冷卻泵電機，M3為刀架快速移動電機。有三個旋動開關：SA1是指示燈旋動開關，SA2是冷卻泵旋動開關，SA3是車床電源鑰匙旋動開關。兩個行程開關：SQ1是傳動帶箱罩檢測開關，當傳動帶箱罩未關好則SQ1斷開；SQ2是電氣箱蓋漏電開關，當電氣箱蓋打開則SQ2閉合。CA6140型臥式車床的電氣控制原理圖如圖3-1所示。電氣元件明細表如表3-1所示。表3-1CA6140車床電氣元件符號與功能說明符號名稱及用途符號名稱及用途M1主電動機SB1主電動機起動按鈕M2冷卻泵電動機SB2停止按鈕M3快速移動電動機SB3快移電機點動按鈕KM1主電動機起動接觸器SQ1傳動帶罩檢測開關KM2冷卻泵電動機起動接觸器SQ2電氣箱蓋漏電開關KM3快移電動機起動接觸器SA1指示燈旋動開關FU1～6熔斷器SA2冷卻泵旋動開關TC控制變壓器R限流電阻FR1冷卻泵電機過載保護熱繼電器EL照明燈FR2快移電機過載保護熱繼電器HL信號燈QF斷路器圖3-1CA6140型臥式車床的電氣控制原理圖傳動箱罩檢測開關電氣箱罩檢測開關

1．主軸電機的控制

當SQ2漏電開關閉合合上斷路器QF漏電電阻R通電，QF就自動跳閘進行短路保護。

起動：當SQ2斷開鑰匙旋動開關SA3斷開合上斷路器QF經過變壓器TC變成110V控制電路電壓當傳動帶箱罩關好,SQ1閉合按下起動開關SB1KM1線圈得電KM1主觸點閉合，電機M1起動，KM1輔助觸點閉合自鎖，主軸電機正常運轉。

停車：按下停車按鈕SB2KM1線圈失電電機M1停轉。

2．冷卻泵電機的控制

起動：合上旋動開關SA2當主軸電機起動后,KM1輔助常開觸點閉合KM2線圈得電KM2主觸點閉合,M2電機起動；KM2輔助觸點閉合對KM1觸點自鎖。

停車：斷開旋動開關SA2KM2線圈失電冷卻泵電機停止。

3．快速移動電機的控制

起動：先將手柄扳到需要快速移動的方向按下快速移動按鈕SB3KM3線圈得電KM3主觸點閉合，M3電機起動機械超越離合器自動將進給傳給傳動鏈，傳動刀架快速移動。

停車：松開SB3按鈕M3快速移動電機停止，為點動控制。

4．車床照明和電源指示（1）車床照明燈。車床照明燈EL為36V交流電，旋動開關SA1接通時打開照明燈。（2）指示燈。指示燈HL為6.3V交流電，只要QF接通，TC二次側有電，指示燈就亮。

5．電氣保護環節短路保護：FU1和FU2實現主電路的短路保護，FU3實現變壓器的短路保護，FU4、FU5和FU6實現控制電路和輔助電路的短路保護。過載保護：FR1和FR2熱繼電器實現過載保護，QF斷路器也具有過載保護功能。QF斷路器可實現過流、欠壓和失壓保護。位置保護：SQ1和SQ2是檢測傳動帶罩和電氣箱蓋是否關好的位置保護開關，可實現斷電保護。四、常見故障分析

1．斷路器QF合不上（1）未用鑰匙斷開旋動開關SA2；（2）電源箱未關好，行程開關SQ2未合上；（3）QF故障。

2．三臺電機均不起動（1）控制電路熔斷器FU6斷開；（2）傳動帶箱罩未關好，行程開關SQ1斷開；（3）變壓器一次側熔斷器FU3斷開；

3．主軸電機不能起動（1）熱繼電器FR1斷開，未復位；（2）接觸器KM1主觸點觸頭接觸不良；（3）停止按鈕SB1觸點未復位或接觸不良；（4）電機M1故障。

4．按下起動按鈕SB1，主軸電機發出嗡嗡聲不能起動電機缺相，可能電源進線一相斷路，接觸器KM1一對觸頭接觸不良，電機三根引線一根斷線，電機一相繞組損壞。

5．按下停止按鈕SB2主軸電機不停轉（1）接觸器KM1主觸點未斷開，可能觸頭被熔焊或被卡住，銜鐵有剩磁；（2）停止按鈕常閉觸頭未斷開，可能觸頭被熔焊或被卡住，絕緣被擊穿。

6．冷卻泵電機不能起動（1）旋動開關SA1觸點不閉合；（2）熔斷器FU1斷開；（3）熱繼電器FR2斷開；（4）接觸器KM2主觸點觸頭接觸不良；（5）冷卻泵電機損壞。

7．快速移動電機不起動（1）點動按鈕SB3不閉合；（2）接觸器KM3主觸點觸頭接觸不良；（3）熔斷器FU2斷開；（4）快速移動電機損壞。3.2X62臥式萬能銑床電氣控制線路分析

銑床是用銑刀進行銑削的機床。由于銑床的主運動是銑刀的旋轉運動，切削速度高，且又是多刃連續切削，所以它的生產效率較高。銑床的種類很多，有臥式銑床、立式銑床、仿形銑床和各種專門銑床。 銑床可以用來加工平面、斜面和溝槽等，如果裝上分度頭，還可用于銑削直齒輪和螺旋面等。圖3-3X-62W萬能銑床的外觀簡圖一、主要結構和運動形式X62W萬能銑床是臥式銑床，主要由床身、懸梁、刀桿支架、工作臺、溜板和升降臺等幾部分組成。 床身頂部有水平導軌，懸梁可沿導軌水平移動。刀桿支架裝在懸梁上，可在懸梁上水平移動。升降臺可沿床身前面的垂直導軌上下移動。溜板在升降臺的水平導軌上可作平行于主軸軸線方向的橫向移動。工作臺安裝在溜板的水平導軌上，可沿導軌作垂直于主軸軸線的縱向移動。

此外，溜板可繞垂直軸線左右旋轉45°，所以工作臺還能在傾斜方向進給，以加工螺旋軸。

二、電力拖動和控制要求

（1）銑床的主運動是銑刀的旋轉運動，主軸由一臺5.5kw鼠籠式異步電動機拖動，要求能正反轉，停車采用反接制動。（2）為了實現工作臺縱向、橫向和垂直方向的進給運動，采用一臺1.5kw交流電動機拖動，3個方向的選擇由機械手柄操縱，每個方向的正反向運動由電動機的正反轉實現，還需有快速移動和限位控制。（3）為保證主軸和進給變速時變速箱內齒輪易于嚙合，減小齒輪端面沖擊，要求有變速沖動，即變速時電動機能點動一下。（4）冷卻泵由一臺0.125kw交流電動機拖動，供給銑削用的冷卻液。表3-2銑床電氣元件符號及功能說明符號名稱及用途符號名稱及用途M1主軸電動機SQ6進給變速沖動開關M2進給電動機SQ7主軸變速沖動開關M3冷卻泵電動機SA1圓工作臺轉換開關KM3主電動機啟、停控制接觸器SA3冷卻泵轉換開關KM2反接制動接觸器SA4照明燈開關KM4,KM5進給電動機正、反轉接觸器SA5主軸電機換向開關KM6快速移動接觸器QS電源隔離開關KM1冷卻泵接觸器SB1、SB2分設在兩處的主軸啟動按鈕KS速度繼電器SB3、SB4分設在兩處的主軸停滯按鈕YA快速電磁鐵線圈SB5、SB6工作臺快速移動按鈕R限流電阻FR1主軸電動機熱繼電器SQ1工作臺向右進給行程開關FR2進給電動機熱繼電器SQ2工作臺向左進給行程開關FR3冷卻泵熱繼電器SQ3工作臺向前、向下進給行程開關TC變壓器SQ4工作臺向后、向上進給行程開關FU1～FU4短路保護圖3-4X－62W萬能銑床的電氣控制原理圖動畫顯示

三、控制電路分析

（一）主電動機M1的控制主電動機由接觸器KM3控制，其邏輯表達式為：

起動前，先將換向開關SA5旋轉到所需旋轉方向。然后按下起動按鈕SB1或SB2，接觸器KM3線圈通電并自鎖，主軸電動機M1起動。在主電動機達到一定轉速時，速度繼電器KS的動合觸頭閉合，為停車時的反接制動作好準備。

主軸電動機制動時，按下停止按鈕SB3或SB4，其動斷觸點斷開，切斷KM3電源，主軸電動機M1的電源被切斷，因為慣性，M1會繼續旋轉。SB3或SB4的動合觸點接通，使接觸器KM2線圈通電，M1反接制動，直至轉速降低至速度繼電器KS的動合觸點斷開，反接制動停止。在速度繼電器觸點斷開前，不應松開按鈕SB3或SB4，以保證在整個停車過程中進行反接制動。當主軸需要變速時，為保證變速齒輪易于嚙合，需設置變速沖動控制，它是利用變速手柄和沖動開關SQ7通過機械上的聯動機構完成的。變速沖動的操作過程是：先將變速手柄拉向前面，然后旋轉變速盤選擇轉速，再把手柄快速推回原位。在手柄推拉過程中，凸輪瞬時壓下彈簧桿，沖動開關SQ7瞬時動作，使接觸器KM2短時通電，電動機M1反轉一下，以利齒輪咬合。為避免KM2通電時間過長，手柄的推拉操作都應以較快速度進行。（二）進給電動機M2的控制1．工作臺橫向（前、后）和升降（上、下）進給運動的控制

先將工作臺轉換開關SA1扳在斷開位置，這時SA1-1和SA1-3接通。工作臺的橫向和升降控制是通過十字復式操作手柄進行的，該手柄有上、下、前、后和中間零位共5個位置。在扳動手柄時，通過聯動機構將控制運動方向的機械離合器合上，并壓下相應行程開關SQ3（向下、向前）或SQ4（向上、向后）。比如欲使工作臺向上運動，將手柄扳到向上位置，壓下SQ4，接觸器KM5線圈通電，M2電動機反轉，工作臺向上運動，其控制邏輯為：

2．工作臺縱向（左右）運動控制

首先將工作臺轉換開關SA1扳到斷開位置，然后通過縱向操作手柄控制工作臺的縱向運動。該手柄有左、右、中間3個位置，扳動手柄時，一方面合上縱向進給機械離合器同時壓下行程開關SQ1（向右）或SQ2（向左）。

3．工作臺的快速移動控制

工作臺上述6個方向的快速移動也是由M2拖動的，通過上述兩個操作手柄和快速移動按鈕SB5和SB6實現控制。當按下SB5或SB6時，接觸器KM6線圈通電，快速進給電磁鐵YA線圈接通電源，通過機械機構將快速離合器掛上，實現快速進給。由于KM6線圈控制電路中沒有自鎖，所以快速進給為點動工作，松開按鈕，仍以原進給速度工作。

接觸器KM4線圈的邏輯表達式為：

4．進給變速時的沖動控制由變速手柄與沖動開關SQ6通過機械上的聯動機構進行控制。

其操作順序是：變速時，將蘑菇形進給變速手柄向外拉一些，轉動該手柄選擇好進給速度，再把手柄向外一拉并立即推回原位，在拉到極限位置的瞬間，其連桿機構推動沖動開關SQ6，其動斷觸點SQ6-2斷開一下，動合觸點SQ6-1閉合，接觸器KM4線圈短時通電，進給電動機M2瞬時轉動一下，完成了變速沖動。

5．圓工作臺回轉運動控制

圓工作臺的回轉運動由進給電動機M2經傳動機構拖動。在機床開動前,先將圓工作臺轉換開關SA1扳到接通位置,SA1-1和SA1-3斷開，SA1-2閉合，工作臺全部操作手柄位于中間位置,行程開關SQ1～SQ4均不受壓。這時按主軸電動機起動按鈕SB1或SB2，主軸電動機起動，進給電動機M2也因接觸器KM4線圈通電吸合而開始轉動，從而拖動工作臺轉動。

電動機M2正向旋轉，圓工作臺只能單方向旋轉。由于圓工作臺控制電路中串接了SQ1～SQ4的動斷觸點，所以只要扳動工作臺的任一進給手柄，都會使圓工作臺停止工作，這就起到了工作臺的進給運動與圓工作臺的聯鎖保護作用。

6．進給的聯鎖進給運動控制中有如下聯鎖保護：

（1）只有主軸電動機起動后，進給電動機才能起動。這是因為進給控制的電源需經接觸器KM3的輔助動合觸點才能形成通路。

此時KM4線圈的邏輯表達式為：

（2）工作臺在同一時刻只允許一個方向的進給運動，這是通過機械和電氣的方法實現聯鎖的。如果兩個手柄都離開中間零位，則行程開關SQ1~SQ4的4個動斷觸點全部斷開，接觸器KM4、KM5的線圈電源全部斷開，進給電動機M2不能轉動，達到聯鎖目的。（3）進給變速時,兩個操作手柄都必須在中間零位。即進給變速沖動時,不能有進給運動。4個行程開關的4個動斷觸點SQ1-2、SQ2-2、SQ3-2、SQ4-2串聯后，與沖動開關SQ6的動合觸點SQ6-1串聯,形成進給沖動控制電路。只要有任一手柄離開中間零位，必有一行程開關被壓下，使沖動控制電路斷開，接觸器KM4不能吸合，M2就不能轉動。（三）冷卻泵電動機M3的控制

冷卻泵電動機由轉換開關SA3控制，當接通SA3時，接觸器KM1通電吸合，冷卻泵電動機M3轉動。其邏輯表達式為：

在主電動機M1和冷卻泵電動機M3中，任一個電動機過載發熱都會使KM1斷電，達到過載保護的目的。（四）照明控制機床照明燈由變壓器T將380V交流電壓變為36V安全電壓供電，由轉換開關SA4控制，熔斷器FU4作短路保護。

四、X62W萬能銑床的電氣控制線路特點（1）電氣控制線路與機械操作配合相當密切，因此分析中要詳細了解機械結構與電氣控制的關系。（2）運動速度的調整主要是通過機械方法，因此簡化了電氣控制系統中的調速控制線路，但機械結構就相對比較復雜了。（3）控制線路中設計了變速沖動控制，從而使變速順利進行。（4）采用兩處控制，操作方便。（5）具有完善的電氣聯鎖，并具有短路、零電壓、過載及超行程限位保護環節，工作可靠。

一、C650型普通車床的電氣控制分析車床共有三臺電動機，電氣控制原理如下圖3-5所示：

M1為主軸電動機，拖動主軸旋轉，并通過進給機構實現進給運動。M2為冷卻泵電動機，提供切削液。M3為快速移動電動機，拖動刀架的快速移動。主電路中電流表A通過電流互感器監視主電機工作狀況的，啟動時被時間繼電器KT常閉觸頭短接，啟動完成后（延時t秒后）→KT延時斷開常閉觸頭斷開→將電流表A串接于主電路中。3.3C650臥式車床電氣控制線路分析（選講）圖3-5C650普通車床的電氣控制原理圖動畫顯示

1．M1的點動控制 合上刀開關QS→按起動按鈕SB2→接觸器KM1通電→M1串接限流電阻R低速轉動，實現點動。松開SB2→接觸器KM1斷電→M1停轉。

2．M1的正、反轉控制（1）正轉：合上刀開關QS→按起動按鈕SB3→接觸器KM3通電→時間繼電器KT通電中間繼電器KA通電→接觸器KM1通電→電動機M1短接電阻R正向起動。

主電路中電流表A被時間繼電器KT的常閉觸頭短接，經延時t秒啟動結束后，常閉觸頭斷開，電流表A串入M1主電路，監視帶負載的情況。

（2）反轉：合上刀開關QS→按起動按鈕SB4→→接觸器KM3通電→時間繼電器KT通電中間繼電器KA通電→接觸器KM2通電→電動機M1反接電源相序，短接電阻R反向起動。電流表A跟正轉時作用相同。（3）停車：按停止按鈕SB1→控制線路電源全部切斷→電動機M1停轉。3．M1的反接制動控制

采用速度繼電器實現電氣反接制動。

M1的正向反接制動：電動機正轉時，速度繼電器正向常開觸頭KS2閉合。制動時，按下