《机床电气设计入门知识汇总》.docx

机床设计的入门知识本章介绍机床电气系统设计的一般规则性知识第一节：常用机床电路逻辑一、驱动线圈与触点的关系（一）线圈与触点接触器、继电器等在机床控制电路中是最典型的参与控制的器件，它们都有自身的线圈和触点线圈外接电压常开/常闭触点图3-1:线圈及常开、常闭触点器件触点又分常开（动合）触点和常闭（动断）触点，常开触点圈被送瞬间闭合（接通），常闭触点圈被送电激励的瞬间打开（分断）我们可以利用对线圈的通/断电来控制常开、常闭触点动作来实现局部电路并通过适当的触点互连关系来组成控制逻辑二）触点在电路图中的画法触点在电路图中，有两种画法，一是竖着画，一是横着画竖画时，遵行左开、右闭的原则，即常开点在左，常闭点在右如图横画时，遵行上开、下闭的原则，即常开点在上，常闭点在下如图电激励的的通断，3-13-2图3-2:常开、常闭触点横画实际项目使用中，国标符号的基本结构得到比较好的采用，但画法的方向性并不规范,更多的是受个人的制图习惯影响二、触点的串联、并联、混联串联：两个触点的首尾相连的连接方式图3-3:触点的串联串联的触点必须两个同时接通时，电路才形成通路并联：两个触点的首端相连、尾端相连的连接方式图3-4:触点的并联并联的触点只要有其中一个接通时，电路就形成通路。

混联：串联、并联相混用的方式图3-5:触点混联的例子图3-5中，上面连结实际上是1、2串联，如果把1、2看做一个触点，它又和3并联；下面连接是1、3并联，如果看做一个触点，它又与2串联事实上，无论如何混联，通过等效电路的方法，都可以最终变为串并联的基本连接关系三、白锁、互锁、连锁（一）白锁圈的控制电路中，使用该线圈本身的触点，保持线圈接通后不再掉电的连接方法叫做自锁如图3-6:线圈KM通过按钮SB1送电，接触器KM的辅助触点闭合，使电源被持续送到线圈，这时即使启动按钮SB1松开，线圈KM也持续供电KM通过其辅助触点实现了自我锁定，即自锁KM图3-6:白锁电路）互锁互锁是通过两个对立的，不允许里复发生的事件互相连锁，形成有你无我，有我无你的控制形式，以杜绝两个事件同时发生这类事件如工作台的前进/后退、升降机的上升/下降、电动机的正转/反转等等，都是不允许同时发生的事件如果控制电路不可靠，造成同一时间内发生，轻则出现故障，里则诱发更大事故图3-7给出了互锁的控制逻辑电路等效点1|rmI|KA1;KM2KA2I~~KM1I电路等效点2I图3-7:互锁电路上图中，KA1KA2被看做是KM1KM2空制回路的等效电路。

当KM1的控制条件满足而得电时，其辅助触点强行断开KM凌圈，使KM凌圈无法在同一时间内送电，KM1的辅助触点锁住了KM凌圈同理，KM咨圈送电时，KM1线圈也无法送电以上图中，KM1KM2!过辅助触点彼此形成互相锁定，以避免两个对立的事件同时发生这就是所谓的“互锁”连锁两个事连锁是指一个事件的发生作为另一个事件允许或不允许发生的条件,件之间不形成对立，只形成单向锁定关系这样的连锁关系在现实生活和设备控制中非常多见:如砂轮不旋转时，不允许工作台工进；吊具不打开到位时，不允许升降机下降；夹具不夹紧时，不允许加工开始等等我们可以用前一个事件的发生，作为后一个事件的连锁条件图3-7中，如果去掉KM2的辅助触点，那么KM1对KM瀛形成了单向的连锁关系，即KM1得电时，KM小允许得电四、启动/停止、点动启动/停止和点动电路是最简单也最常用的电路一）启动/停止电路启动/停止电路需要两个按钮、一个接触器（继电器）来完成下图是启动/停止电路图KMSB1"SB2图3-8:启动/停止电路如图3-8:线圈KM通过按钮SB1送电，接触器KM的辅助触点闭合，使电源被持续送到线圈，这时即使启动按钮SB1松开，线圈KM也持续供电，除非通过按钮SB2分断一次,KM线圈才掉电。

这里的SB1为启动按钮,SB2为停止按钮二）点动电路点动也叫寸动，一般是指对运动机构的控制，即按下按钮时，输出动作，抬起按钮时，输出停止KM图3-9:点动电路上述电路中，即实现了点动的规定动作-717图3-10:启动/停止、点动电路上述电路是启动停止、点动的合成电路，即可以完成启动/停止的持续运转,又可以点动点动电路一般用于设备的调试、调整、修理作业五、自动/手动工作方式设备控制电路常需要设置若干控制方式，最普遍用到的是自动/手动方式，有的设备为方便维修，还设有维修方式、标定方式等工作方式一般用主令开关（两位或三位）来选择当选择自动时，其自动条件被加到只有自动循环时才允许的动作逻辑中；选择手动时，其手动条件被加到只有手动调整时才允许的动作逻辑中KA11SA1SB1KA2KA手动白动图3-11:自动/手动电路SB1・KA1■■KA2上图中，SA1为白/手动选择开关，SB1为自动/手动复位按钮KA1KA2分别为自动、手动方式继电器，自动、手动回路通过辅助触点彼此互锁，并实现自锁后续电路中，可以引用KA1KA2的辅助触点进行控制实际上，现在的电路中，这类逻辑普遍使用PLC来实现，除非比较简单的硬线盘，很少有用硬线做逻辑的了。

六、正、反转电路下面是一个正反转控制电路ErE-YSB3\KH2KMlKM2正图3-12:正/反转控制电路SB2、SB3分别用于启动正、反转KM1KM洞时正、反转通过自身辅助触点自锁和互锁互锁控制还通过SB2SB3实现FR为电动机的保护热继电器，其下的按钮为停止按钮第二节：机床电路基本结构传统的机床电路本身又分为主电路和控制电路，前者用于分配电源、驱动电动机，是传输功率比较大的电路；后者用于完成控制逻辑，不用于传输功率主电路最典型的主电路是电动机驱动电路，同时也包含电子半导体器件电路一）供电体制三相四线制主电路包含A、B、C三相火线和一根零/地线（接在一起），三相五线制主电路包含A、B、C三相火线和一根零线N、一根地线P巳目前轿车公司采用的是三相五线制A、BC之间的电压叫做线电压，为380VACA、B、C对零线的电压叫相电压，为220VAC三相电压之间相位依次相差120°二）火线相序主电路配线需要注意的一个问题是，如果机床上有电动机等对火线相序有要求的电器，ABCEffi顺序就有严格要求以三相异步电动机为例相序不同时，将造成电机反转，如果一旦接错，可能引发设备事故三）主电路下图是一个晶体管整流、逆变主电路。

交流电通过二极管整流电路得到直流电，再通过IGBT功率管逆变电路得到脉动交流电这是典型的变频器电路的主电路图3-14:变频器主电路tito38（阳FU2Us¥~a-tf/反转电路的主电路，反转时，通过KM1进行火线相图3-15:正、反转电路的主电路上面电路中，FU2左侧为电动机正序的改变，从而获得反转控制电路与前面介绍相同下图是一个带有变频器的电动机驱动主电路，即可以实现两台电动机的直接启动（KM1KM3），又可以实现变频启动（KM2KM4S）图3-16:比较复杂的主电路实例、控制电路控制电路指机床逻辑控制部分如前面提到的启动/停止、点动、正/反转电路等都是相对于品体管功率电路（主电路）来讲，控制功率器件（如|GBT、SCF等）工作逻辑的电子线路也可以叫做控制电路，这属于电子技术专门课程，此处略图3-15中，FU2及其右侧部分即为控制电路复杂的机床控制电路可以做到非常复杂，不过，由于PLC技术的普及，现在复杂的机床控制逻辑已经被PLC程序取代三、PLC电路PLC是计算机技术发展的产物，由于有了该项技术，机床电气控制变得越来越容易实现，并大幅度节省了硬件配线，降低了故障率一）输入/输出电路PLC电路实际上是控制电路的一部分。

下面是PLC输入/输出电路图PLC上边为输入电路，外部开关、按钮等器件被接到PLC输入点，把控制信号传送给PLC下边为输出电路，PLC的输出控制通过输出点送给外部指示灯、接触器、变频IO10大!E\I小i9Q2、;SHILIAA\HU\•I•XI耳：!X5X4-4KMRXSX6器等执彳亍电器图3-17:PLC输入/输出电路1R2IHA（二）程序梯形图PLC程序图是PLC的控制软件部分，是PLC控制设备图纸必不可少的组成,对维修故障时分析设备故障原因非常更要它包括梯形图、逻辑图、语句表等形式，后续课程将详细介绍，此处略四、机床电路的功率放大作用电磁阀、接触器等所谓机床电路的功率放大作用，是指M|KM2KM4辑不直接被输出到大破案执行电器,如电磁阀、接SWi）RHMM期普通的继电器等进行逻辑运算，再输出给大功率控制电器变凝过FR类电器去驱动更大负载图3-18:通过中间继电器间接控制电磁阀、接触器等如上图，PLC输出信号直接驱动KA继电器（几十毫安），继电器驱动电磁阀（1000毫安左右），避免了PLC直接驱动比较大电流的电磁阀，造成接口损坏维修工通常把这个方法叫做“继电器隔离”，其实就是一种功率放大过程。

这和半导体电子线路的控制放大类似，控制逻辑也是由小功率的晶体管（几个、几十个毫安）去驱动大功率晶体管（几安到几千安），最后去驱动电动机等大功率负载通过功率放大作用，实现了小功率逻辑信号对大功率负载的控制第三节：机床电路设计规划要合理设计机床电路，就要按如下过程进行一、了解工艺要求电路设计前的第一步，是要了解机床的工艺要求，这些要求包括：1 、机床用来做什么？2 、所生产产品的精度要求，决定了对零部件的选择3 、节拍要求，影响到后期逻辑或程序设计4 、加工顺序（工艺顺序），影响到后期逻辑或程序设计5、对操作的要求，影响到后期逻辑或程序设计，器件选型、布置二、了解设备结构了解机械工程师设计出来的设备结构，包括：1、机械构成和大致的装配关系2、哪些部分为固定部分、哪些是运动部分3、驱动动力源选择（电动机、气、液）及力矩要求4、机床结构的限制，如行程、正反转、保险构件等电路相当于为人的躯体匹配思维和神经系统，因此必须对机械结构有详细的了解，才能正确控制机床工作，并保证不损害设备例3-1:从机械工程师给出的转矩、转速要求选择电动机：依据电动机功率：P=M3计算电动机的名牌功率，其中P为功率（瓦）、M为转矩（N.m）、3为角速度（弧度/秒）。

由于电动机的名牌功率P使用千瓦（KW,转速n使用转/分（RPM,所以上面公式要进行转换P=（M>2m/60）/1000三相交流异步电动机的转速和极对数有关（后续课程），分别为1000RPM（6极电机）、1500RPM（4极电机）、3000RPM（2极电机），不是可以连续选择的，如果要得到任意转速，还需要加机械减速机、离合器或变频器等算得的功率也要靠标准的功率等级，如0.55、0.75、1、1.1、1.5、2.2、3.7、5.5、7.5（KW等一般留取余虽为30-40%三、了解气/液/润滑工作时序液压、气动、润滑等部分，机械工程师会在设计时根据自己的要求给出控制时序图，即要求电器设计时，按照他要求的动作逻辑去驱动电磁阀，以满足最终动作过程这个时序图一定要读懂，才能正确地设计控制电路去完成这个逻辑过程表3-1:工作台进给的时序表进给阀（KV1）后退。