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1、电气控制及PLC讨论课题目：卧式车床的电气控制及电路分析 小组成员：刘小平 张文辉 孙永海 杨森 指导教师：姜万录 C650卧式车床的电气控制及电路分析C650型普通卧式车床简介在金属切削机床中，车床所占的比例最大，而且应用也最广泛。它能够车削外圆、内圆、端面、螺纹和螺杆，能够车削定型表面，并可用钻头、铰刀等刀具进行钻孔、镗孔、倒角、割槽及切断等加工工作C650卧式车床属于中型车床，可加工的最大工件回转直径为1020mm，最大工件长度为30000mm。它主要由床身、光杆、丝杆、尾座、刀架、主轴变速箱、进给箱、和溜板箱等组成，如图1-1。主轴箱：又称床头箱，他的主要任务是将主电动机的旋转运动经过
2、一系列的变速，机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值将会降低。进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。 丝杠：用以连接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。溜板箱：是车床进给运动的操作箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变
3、成刀架直线运动的机构。通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动，横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架做纵向直线运动，以便车削螺纹。刀架：用来装夹车刀并使其做纵向运动，最多可以安装四把刀。尾架：尾座套筒内装入顶尖用来支撑长轴类零件的另一端，亦可以装上钻头等工具，进行钻孔等工作。床身：连接机床各主要部件，并保证各部件之间有相对正确的位置。床身上的导轨，用以引导刀架和尾座相对于主轴的移动。图1-1 C650卧式车床结构图工艺过程：为了加工各种旋转表面，车床具有切削运动(主运动和进给运动)和辅助运动。主运动是主轴通过卡盘或顶尖带动工件作旋转运动。进给运动是溜板带动刀架的纵向和横向的直线运动。辅助运动是指
4、刀架的快速移动及工件的加紧与放松。C650型卧式车床由主轴运动和刀具进给运动完成切削加工，车床的主轴、冷却泵、刀架快速移动均由三相异步电动机拖动。车床有三种运动形式：车削加工的主运动是主轴通过卡盘或者鸡心夹头带动工件的旋转运动，它承受车削加工时的主要切削功率；进给运动是溜板带动刀架的纵向或横向运动；辅助运动为溜板箱的快速移动，尾座的移动和工件的夹紧与放松。主轴的旋转运动由主电动机，经传动机构实现。机床车削加工时，要求车床主轴能在较大范围内变速。通常根据被加工零件的材料性能、零件尺寸精度要求、车刀材料、冷却条件及加工方式等来选择切削速度，采用机械变速方法。车床纵、横两个方向的进给运动由主轴变速箱
5、的输出轴，经挂轮箱、进给箱、光杆传入溜板箱而获得，其运动方式有手动与机动两种。其工作过程过程如下：(1) 正常车削加工时一般不要求反转，但在加工螺纹时，为保证螺纹的加工质量，为避免乱扣，加工完毕后要求反转退刀，且工件旋转速度与刀具的移动速度之间保持严格的比例关系。因此，C650卧式车床溜板箱与主轴变速箱之间通过齿轮传动来连接，由同一台电动机拖动。(2) C650卧式车床通过主电动机的正、反转来实现主轴的正、反转，当主轴反转时，刀架也跟着后退。(3) 电流表A经电流互感器TA接在主电动机M1的动力回路上，用来监测电动机的负载情况。(4) 车削加工近似于恒功率负载，主电动机M1通常选用普通笼型异步
6、电动机（功率为30KW），完成主轴运动和刀具进给运动的驱动。M1电动机采用直接启动的方式，可正反两个方向旋转，为加工方便，还具有点动功能。由于加工的工件比较大，加工时其转动惯量也比较大，需停车时不易立即停止转动，必须有停车制动动能，C650车床的正反停车采用速度继电器控制电源的反接制动，以提高生产效率。(5) 车削加工中，为防止刀具和工件的温度过高，延长刀具使用寿命，提高加工质量，车床附有一台单方向旋转的冷却泵电动机M2。(6) C650卧式车床的床身较长，为了提高生产效率、减轻工人的劳动强度，专门设置了一台功率为2.2KW的电动机来拖动溜板箱快速移动。电动机可根据使用需要，随时手动控制起停。
7、(7) C650在进行车削加工时，因被加工的工件材料、形状、大小、性质及工艺要求不同，且使用的刀具也不同，所以要求切削速度也不同，这就要求主轴有较大的调速范围。车床大多采用机械方法调速，变换主轴箱外的手柄位置，可改变主轴的转速。车床的控制电路保护电器的选择 （1）熔断器熔断器在电路中主要作短路保护和严重过载保护，用于保护线路。熔断器的熔体串接于被保护的电路中，当通过它的电流小于规定值时，其熔体相当于一根导线，起电气连接作用；当通过它的电流超过规定值（电路发生严重过载或短路时）一定时间后，其熔体自动熔断并切断电路，从而起到保护作用。一般电气控制线路中常用螺旋式熔断器，其常用的产品有RL5、RL6
8、、RL7和RL8系列产品，一般选择熔体熔断电流应为电机额定电流的1.52.5倍。则主轴电机电路熔断器选取型号为:RL1-100/100.冷却泵电机电路、快进电机电路熔断器选取型号分别为：RL1-15/2、RL1-15/6.控制电路选取型号RL1-15/2。（2）热继电器热继电器是利用电流热效应原理来工作的保护电器，具有与电动机容许过载特性相近的反时限保护特性。主要用于电动机的过载保护、断相及电流不平衡运行保护。也常与接触器配合成电池启动器。三相异步电动机在实际运行中，常会遇到因电气或机械原因等引起的过电流(过载和断相)现象，如果过电流不严重，持续时间短，绕组不超过允许温升，这种过电流是允许；如
9、果过电流情况严重，持续时间较长，则会加快电动机绝缘老化，甚至会烧毁电动机，因此，在电动机回路中应设置热继电器保护。选型原则：应根据被保护对象的使用条件、工作环境、启动情况、负载性质，电动机的形式以及电动机允许的过载能力等加以考虑。一般原则是使热继电器的安秒特性位于电动机的过载特性之下，并尽可能地接近，以充分发挥电动机的过载能力，同时使电动机在短时过载和启动瞬间(56)Ie不受影响。通常热继电器选取的额定电流应为大于或等于电动机额定电流。整定电流一般为电动机额定电流的1.051.1倍。主轴电机电路热继电器选取型号为：JR36-63,整定电流为：60A；冷却泵电路热继电器选取型号为：JR36-20
10、，整定电流为：0.36A。控制开关电器的选择（1）转换开关转换开关又称组合开关，一般用于电气设备中非频繁的通断电路、换接电源和负载、测量三相电压以及直接控制小容量感应电动机的运行状态。转换开关由动触头（动触片）、静触头（静触片）、转轴、手柄、定位机构及外壳等部分组成。其动静触头分别叠装于数层绝缘壳内，当转换手柄时，每层的动触片随方形转轴一起转动。一般选取的原则为允许通过的电流大于或等于电路的额定电流，按此选择转换开关。常用的产品有：HZ5、HZ10和HZ15等系列。本次设计选取HZ10-100/3。（2）按钮开关盒按钮开关（简称按钮）又称控制按钮，是一种接通或断开小电流电路的手动开关电器，一般
11、不直接去控制主电路的通断，而在控制电路中发出启动或停止“命令”以远距离控制接触器、继电器、电磁启动器等电器线圈电流的接通或断开，再由它们去控制主电路。目前常用的按钮开关盒为LA4系列产品，本次设计选择的按钮开关型号为LA4-3H。主电动机的点动调整控制 图为点动环节的控制电路原理图。电路中KM3为M1电动机的正转接触器，KM1为M1电动机的长动接触器，KA为中间继电器。M1电动机的点动由点动按钮SB6控制。按下按钮SB6，接触器KM3得电吸合，它的主触电闭合，电动机的定子绕组经限流电阻R与电源接通，电动机在较低速度下起动。 主电动机的正反转控制电路 图为主电动机正反转控制电路。主电动机正转由正
12、向起动按钮SB1控制。按下SB1时，接触器KM首先得电动作，它的主触点闭合将限流电阻短接，接触器KM的辅助动合触点闭合使中间继电器KA得电，它的触点闭合，使接触器KM3得电吸合。KM3的主触点将三相电源接通，电动机在额定电压下正转起动。KM3的动合触点和KA的动合触点的闭合将KM3线圈自锁。反转起动时用反向启动按钮SB2，按下SB2，同样是接触器KM得电，然后接通接触器KM4和中间继电器KA，于是电动机在满压下反转起动。KM3的动断辅助触点，KM4的动断辅助触点分别串在对方接触器线圈的回路中，起到了电动机正转与反转的电气互锁作用。 主电动机的反接制动控制 C650卧式车床采用了反接制动方式。当
13、电动机的转速接近零时，用速度继电器的触点给出信号切断电动机的电源。图是C650卧式车床正反转与反接制动的控制电路图速度继电器与被控电动机是同轴连接的，当电动机正转时，速度继电器的正转常开触电KS1闭合；电动机反转时，速度继电器的反转动合触点KS2闭合。当电动机正向旋转时，接触器KM3和KM，继电器KA都处于得电工作状态，速度继电器的正转动合触点KS1也是闭合的，这样就为电动机正转时的反接制动做好了准备。需要停车时，按下停止按钮SB4，接触器KM失电，其主触电断开，电阻R串入主回路。与此同时KM3也失电，断开了电动机的电源，同时KA失电，KA的动断触点闭合。在松开SB4后就使反转接触器KM4的线
14、圈通过电路得电，电动机的电源反接，电动机处于反接制动状态。当电动机的转速下降到速度继电器的复位转速时，速度继电器KS的正转动合触点KS1（）断开，切断了接触器KM4的通电回路，电动机脱离电源停止。电动机的反接时的制动与正转时的制动相似。当电动机反转时，速度继电器的反转动合触点KS2是闭合的，这是按一下停止按钮SB4，在SB4松开后正转接触器线圈通过电路得电，正转接触器KM3吸合将电源反接使电动机制动后停止。 刀架的快速移动和冷却泵的控制 刀架的快速移动是由转动刀架手柄压动限位开关SQ来实现的。当手柄压动SQ后，接触器KM2得电吸合，M3电动机转动带动刀架快速移动。M2为冷却泵电动机，它的起动与
15、停止是通过按钮SB3和SB5控制的。辅助电路分析 照明电路和控制电源分析 TC为多绕组变压器，二次侧有两路，一路为110V，为控制电路提供电源；而另一路为36V（安全电压），供照明电路照明，SA为控制照明电路的开关，SA闭合时照明灯EL点亮，断开则熄灭。 电流表保护电路分析监视主回路负载的电流表是通过电流互感接入的。为防止电动机起动电流对电流表的冲击，电路中采用一个时间继电器KT。当起动时，KT线圈通电，而KT的延时断开的动断触点尚未动作，电流互感器二次电流只流经该触点构成闭合回路，电流表没有电流流过。起动后，KT延时断开的动断触点打开，此时电流流经电流表，反映出负载电流的大小。表2-1 为电
16、气元件符号及功能说明表。 电器元器件符号与功能说明表符号 名称及用途符号名称及用途M1主电动机SB1总停按钮M2冷却泵电动机SB2主电动机正向点动按钮M3快速移动电动机SB3主电动机正转按钮KM1主电动机正转接触器SB4主电动机反转按钮KM2主电动机反转接触器SB5冷却泵电动机停转按钮KM3短接限流电阻接触器SB6冷却泵电动机启动按钮KM4冷却泵电动机启动接触器TC控制变压器KM5快移电动机启动接触器FU1-6熔断器KA中间继电器FR1主电动机过载保护热继电器KT通电时间延时继电器FR2冷却泵电动机保护热继电器SQ快移电动机点动行程开关R限流电阻SA开关EL照明灯KS速度继电器TA电流互感器A
17、电流表QS电源隔离开关车床常见电气故障1、主轴电动机不能启动。可能的原因：电源没有接通；热继电器已动作，其常闭触点尚未复位；启动按钮或停止按钮内的触点接触不良；交流接触器的线圈烧毁或接线脱落等。2、按下启动按钮后，电动机发出嗡嗡声，不能启动。这是电动机的三相电流缺相造成的。可能的原因：熔断器某一相熔丝烧断；接触器一对主触点没接触好；电动机接线某一处断线等。3、按下停止按钮，主轴电动机不能停止。可能的原因：接触器触点熔焊、主触点被杂物卡阻；停止按钮常闭触点被卡阻。4、主轴电动机不能点动。可能的原因：点动按钮SB4 其常开触点损坏或接线脱落。5、不能检测主轴电动机负载。可能的原因；电流表损坏、时间继电器设定时间太短或损坏、电流互感器损坏。