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電氣控制及PLC討論課題目：臥式車床的電氣控制及電路分析 小組成員：劉小平 張文輝 孫永海 楊森 指導(dǎo)教師：姜萬錄 C650臥式車床的電氣控制及電路分析C650型普通臥式車床簡介在金屬切削機(jī)床中，車床所占的比例最大，而且應(yīng)用也最廣泛。它能夠車削外圓、內(nèi)圓、端面、螺紋和螺桿，能夠車削定型表面，并可用鉆頭、鉸刀等刀具進(jìn)行鉆孔、鏜孔、倒角、割槽及切斷等加工工作C650臥式車床屬于中型車床，可加工的最大工件回轉(zhuǎn)直徑為1020mm，最大工件長度為30000mm。它主要由床身、光桿、絲桿、尾座、刀架、主軸變速箱、進(jìn)給箱、和溜板箱等組成，如圖1-1。主軸箱：又稱床頭箱，他的主要任務(wù)是將主電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動經(jīng)過一系列的變速，機(jī)構(gòu)使主軸得到所需的正反兩種轉(zhuǎn)向的不同轉(zhuǎn)速，同時主軸箱分出部分動力將運(yùn)動傳給進(jìn)給箱。主軸箱中等主軸是車床的關(guān)鍵零件。主軸在軸承上運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性直接影響工件的加工質(zhì)量，一旦主軸的旋轉(zhuǎn)精度降低，則機(jī)床的使用價值將會降低。進(jìn)給箱：又稱走刀箱，進(jìn)給箱中裝有進(jìn)給運(yùn)動的變速機(jī)構(gòu)，調(diào)整其變速機(jī)構(gòu)，可得到所需的進(jìn)給量或螺距，通過光杠或絲杠將運(yùn)動傳至刀架以進(jìn)行切削。 絲杠：用以連接進(jìn)給箱與溜板箱，并把進(jìn)給箱的運(yùn)動和動力傳給溜板箱，使溜板箱獲得縱向直線運(yùn)動。絲杠是專門用來車削各種螺紋而設(shè)置的，在進(jìn)行工件的其他表面車削時，只用光杠，不用絲杠。溜板箱：是車床進(jìn)給運(yùn)動的操作箱，內(nèi)裝有將光杠和絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成刀架直線運(yùn)動的機(jī)構(gòu)。通過光杠傳動實(shí)現(xiàn)刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動，橫向進(jìn)給運(yùn)動和快速移動，通過絲杠帶動刀架做縱向直線運(yùn)動，以便車削螺紋。刀架：用來裝夾車刀并使其做縱向運(yùn)動，最多可以安裝四把刀。尾架：尾座套筒內(nèi)裝入頂尖用來支撐長軸類零件的另一端，亦可以裝上鉆頭等工具，進(jìn)行鉆孔等工作。床身：連接機(jī)床各主要部件，并保證各部件之間有相對正確的位置。床身上的導(dǎo)軌，用以引導(dǎo)刀架和尾座相對于主軸的移動。圖1-1 C650臥式車床結(jié)構(gòu)圖工藝過程：為了加工各種旋轉(zhuǎn)表面，車床具有切削運(yùn)動(主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動)和輔助運(yùn)動。主運(yùn)動是主軸通過卡盤或頂尖帶動工件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。進(jìn)給運(yùn)動是溜板帶動刀架的縱向和橫向的直線運(yùn)動。輔助運(yùn)動是指刀架的快速移動及工件的加緊與放松。C650型臥式車床由主軸運(yùn)動和刀具進(jìn)給運(yùn)動完成切削加工，車床的主軸、冷卻泵、刀架快速移動均由三相異步電動機(jī)拖動。車床有三種運(yùn)動形式：車削加工的主運(yùn)動是主軸通過卡盤或者雞心夾頭帶動工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，它承受車削加工時的主要切削功率；進(jìn)給運(yùn)動是溜板帶動刀架的縱向或橫向運(yùn)動；輔助運(yùn)動為溜板箱的快速移動，尾座的移動和工件的夾緊與放松。主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動由主電動機(jī)，經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。機(jī)床車削加工時，要求車床主軸能在較大范圍內(nèi)變速。通常根據(jù)被加工零件的材料性能、零件尺寸精度要求、車刀材料、冷卻條件及加工方式等來選擇切削速度，采用機(jī)械變速方法。車床縱、橫兩個方向的進(jìn)給運(yùn)動由主軸變速箱的輸出軸，經(jīng)掛輪箱、進(jìn)給箱、光桿傳入溜板箱而獲得，其運(yùn)動方式有手動與機(jī)動兩種。其工作過程過程如下：(1) 正常車削加工時一般不要求反轉(zhuǎn)，但在加工螺紋時，為保證螺紋的加工質(zhì)量，為避免亂扣，加工完畢后要求反轉(zhuǎn)退刀，且工件旋轉(zhuǎn)速度與刀具的移動速度之間保持嚴(yán)格的比例關(guān)系。因此，C650臥式車床溜板箱與主軸變速箱之間通過齒輪傳動來連接，由同一臺電動機(jī)拖動。(2) C650臥式車床通過主電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)主軸的正、反轉(zhuǎn)，當(dāng)主軸反轉(zhuǎn)時，刀架也跟著后退。(3) 電流表A經(jīng)電流互感器TA接在主電動機(jī)M1的動力回路上，用來監(jiān)測電動機(jī)的負(fù)載情況。(4) 車削加工近似于恒功率負(fù)載，主電動機(jī)M1通常選用普通籠型異步電動機(jī)（功率為30KW），完成主軸運(yùn)動和刀具進(jìn)給運(yùn)動的驅(qū)動。M1電動機(jī)采用直接啟動的方式，可正反兩個方向旋轉(zhuǎn)，為加工方便，還具有點(diǎn)動功能。由于加工的工件比較大，加工時其轉(zhuǎn)動慣量也比較大，需停車時不易立即停止轉(zhuǎn)動，必須有停車制動動能，C650車床的正反停車采用速度繼電器控制電源的反接制動，以提高生產(chǎn)效率。(5) 車削加工中，為防止刀具和工件的溫度過高，延長刀具使用壽命，提高加工質(zhì)量，車床附有一臺單方向旋轉(zhuǎn)的冷卻泵電動機(jī)M2。(6) C650臥式車床的床身較長，為了提高生產(chǎn)效率、減輕工人的勞動強(qiáng)度，專門設(shè)置了一臺功率為2.2KW的電動機(jī)來拖動溜板箱快速移動。電動機(jī)可根據(jù)使用需要，隨時手動控制起停。(7) C650在進(jìn)行車削加工時，因被加工的工件材料、形狀、大小、性質(zhì)及工藝要求不同，且使用的刀具也不同，所以要求切削速度也不同，這就要求主軸有較大的調(diào)速范圍。車床大多采用機(jī)械方法調(diào)速，變換主軸箱外的手柄位置，可改變主軸的轉(zhuǎn)速。車床的控制電路保護(hù)電器的選擇 （1）熔斷器熔斷器在電路中主要作短路保護(hù)和嚴(yán)重過載保護(hù)，用于保護(hù)線路。熔斷器的熔體串接于被保護(hù)的電路中，當(dāng)通過它的電流小于規(guī)定值時，其熔體相當(dāng)于一根導(dǎo)線，起電氣連接作用；當(dāng)通過它的電流超過規(guī)定值（電路發(fā)生嚴(yán)重過載或短路時）一定時間后，其熔體自動熔斷并切斷電路，從而起到保護(hù)作用。一般電氣控制線路中常用螺旋式熔斷器，其常用的產(chǎn)品有RL5、RL6、RL7和RL8系列產(chǎn)品，一般選擇熔體熔斷電流應(yīng)為電機(jī)額定電流的1.52.5倍。則主軸電機(jī)電路熔斷器選取型號為:RL1-100/100.冷卻泵電機(jī)電路、快進(jìn)電機(jī)電路熔斷器選取型號分別為：RL1-15/2、RL1-15/6.控制電路選取型號RL1-15/2。（2）熱繼電器熱繼電器是利用電流熱效應(yīng)原理來工作的保護(hù)電器，具有與電動機(jī)容許過載特性相近的反時限保護(hù)特性。主要用于電動機(jī)的過載保護(hù)、斷相及電流不平衡運(yùn)行保護(hù)。也常與接觸器配合成電池啟動器。三相異步電動機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，常會遇到因電氣或機(jī)械原因等引起的過電流(過載和斷相)現(xiàn)象，如果過電流不嚴(yán)重，持續(xù)時間短，繞組不超過允許溫升，這種過電流是允許；如果過電流情況嚴(yán)重，持續(xù)時間較長，則會加快電動機(jī)絕緣老化，甚至?xí)龤щ妱訖C(jī)，因此，在電動機(jī)回路中應(yīng)設(shè)置熱繼電器保護(hù)。選型原則：應(yīng)根據(jù)被保護(hù)對象的使用條件、工作環(huán)境、啟動情況、負(fù)載性質(zhì)，電動機(jī)的形式以及電動機(jī)允許的過載能力等加以考慮。一般原則是使熱繼電器的安秒特性位于電動機(jī)的過載特性之下，并盡可能地接近，以充分發(fā)揮電動機(jī)的過載能力，同時使電動機(jī)在短時過載和啟動瞬間(56)Ie不受影響。通常熱繼電器選取的額定電流應(yīng)為大于或等于電動機(jī)額定電流。整定電流一般為電動機(jī)額定電流的1.051.1倍。主軸電機(jī)電路熱繼電器選取型號為：JR36-63,整定電流為：60A；冷卻泵電路熱繼電器選取型號為：JR36-20，整定電流為：0.36A。控制開關(guān)電器的選擇（1）轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換開關(guān)又稱組合開關(guān)，一般用于電氣設(shè)備中非頻繁的通斷電路、換接電源和負(fù)載、測量三相電壓以及直接控制小容量感應(yīng)電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。轉(zhuǎn)換開關(guān)由動觸頭（動觸片）、靜觸頭（靜觸片）、轉(zhuǎn)軸、手柄、定位機(jī)構(gòu)及外殼等部分組成。其動靜觸頭分別疊裝于數(shù)層絕緣殼內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)換手柄時，每層的動觸片隨方形轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動。一般選取的原則為允許通過的電流大于或等于電路的額定電流，按此選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)。常用的產(chǎn)品有：HZ5、HZ10和HZ15等系列。本次設(shè)計(jì)選取HZ10-100/3。（2）按鈕開關(guān)盒按鈕開關(guān)（簡稱按鈕）又稱控制按鈕，是一種接通或斷開小電流電路的手動開關(guān)電器，一般不直接去控制主電路的通斷，而在控制電路中發(fā)出啟動或停止“命令”以遠(yuǎn)距離控制接觸器、繼電器、電磁啟動器等電器線圈電流的接通或斷開，再由它們?nèi)タ刂浦麟娐?。目前常用的按鈕開關(guān)盒為LA4系列產(chǎn)品，本次設(shè)計(jì)選擇的按鈕開關(guān)型號為LA4-3H。主電動機(jī)的點(diǎn)動調(diào)整控制 圖為點(diǎn)動環(huán)節(jié)的控制電路原理圖。電路中KM3為M1電動機(jī)的正轉(zhuǎn)接觸器，KM1為M1電動機(jī)的長動接觸器，KA為中間繼電器。M1電動機(jī)的點(diǎn)動由點(diǎn)動按鈕SB6控制。按下按鈕SB6，接觸器KM3得電吸合，它的主觸電閉合，電動機(jī)的定子繞組經(jīng)限流電阻R與電源接通，電動機(jī)在較低速度下起動。 主電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路 圖為主電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路。主電動機(jī)正轉(zhuǎn)由正向起動按鈕SB1控制。按下SB1時，接觸器KM首先得電動作，它的主觸點(diǎn)閉合將限流電阻短接，接觸器KM的輔助動合觸點(diǎn)閉合使中間繼電器KA得電，它的觸點(diǎn)閉合，使接觸器KM3得電吸合。KM3的主觸點(diǎn)將三相電源接通，電動機(jī)在額定電壓下正轉(zhuǎn)起動。KM3的動合觸點(diǎn)和KA的動合觸點(diǎn)的閉合將KM3線圈自鎖。反轉(zhuǎn)起動時用反向啟動按鈕SB2，按下SB2，同樣是接觸器KM得電，然后接通接觸器KM4和中間繼電器KA，于是電動機(jī)在滿壓下反轉(zhuǎn)起動。KM3的動斷輔助觸點(diǎn)，KM4的動斷輔助觸點(diǎn)分別串在對方接觸器線圈的回路中，起到了電動機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的電氣互鎖作用。 主電動機(jī)的反接制動控制 C650臥式車床采用了反接制動方式。當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速接近零時，用速度繼電器的觸點(diǎn)給出信號切斷電動機(jī)的電源。圖是C650臥式車床正反轉(zhuǎn)與反接制動的控制電路圖速度繼電器與被控電動機(jī)是同軸連接的，當(dāng)電動機(jī)正轉(zhuǎn)時，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸電KS1閉合；電動機(jī)反轉(zhuǎn)時，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動合觸點(diǎn)KS2閉合。當(dāng)電動機(jī)正向旋轉(zhuǎn)時，接觸器KM3和KM，繼電器KA都處于得電工作狀態(tài)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)動合觸點(diǎn)KS1也是閉合的，這樣就為電動機(jī)正轉(zhuǎn)時的反接制動做好了準(zhǔn)備。需要停車時，按下停止按鈕SB4，接觸器KM失電，其主觸電斷開，電阻R串入主回路。與此同時KM3也失電，斷開了電動機(jī)的電源，同時KA失電，KA的動斷觸點(diǎn)閉合。在松開SB4后就使反轉(zhuǎn)接觸器KM4的線圈通過電路得電，電動機(jī)的電源反接，電動機(jī)處于反接制動狀態(tài)。當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速下降到速度繼電器的復(fù)位轉(zhuǎn)速時，速度繼電器KS的正轉(zhuǎn)動合觸點(diǎn)KS1（）斷開，切斷了接觸器KM4的通電回路，電動機(jī)脫離電源停止。電動機(jī)的反接時的制動與正轉(zhuǎn)時的制動相似。當(dāng)電動機(jī)反轉(zhuǎn)時，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動合觸點(diǎn)KS2是閉合的，這是按一下停止按鈕SB4，在SB4松開后正轉(zhuǎn)接觸器線圈通過電路得電，正轉(zhuǎn)接觸器KM3吸合將電源反接使電動機(jī)制動后停止。 刀架的快速移動和冷卻泵的控制 刀架的快速移動是由轉(zhuǎn)動刀架手柄壓動限位開關(guān)SQ來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)手柄壓動SQ后，接觸器KM2得電吸合，M3電動機(jī)轉(zhuǎn)動帶動刀架快速移動。M2為冷卻泵電動機(jī)，它的起動與停止是通過按鈕SB3和SB5控制的。輔助電路分析 照明電路和控制電源分析 TC為多繞組變壓器，二次側(cè)有兩路，一路為110V，為控制電路提供電源；而另一路為36V（安全電壓），供照明電路照明，SA為控制照明電路的開關(guān)，SA閉合時照明燈EL點(diǎn)亮，斷開則熄滅。 電流表保護(hù)電路分析監(jiān)視主回路負(fù)載的電流表是通過電流互感接入的。為防止電動機(jī)起動電流對電流表的沖擊，電路中采用一個時間繼電器KT。當(dāng)起動時，KT線圈通電，而KT的延時斷開的動斷觸點(diǎn)尚未動作，電流互感器二次電流只流經(jīng)該觸點(diǎn)構(gòu)成閉合回路，電流表沒有電流流過。起動后，KT延時斷開的動斷觸點(diǎn)打開，此時電流流經(jīng)電流表，反映出負(fù)載電流的大小。表2-1 為電氣元件符號及功能說明表。 電器元器件符號與功能說明表符號 名稱及用途符號名稱及用途M1主電動機(jī)SB1總停按鈕M2冷卻泵電動機(jī)SB2主電動機(jī)正向點(diǎn)動按鈕M3快速移動電動機(jī)SB3主電動機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕KM1主電動機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器SB4主電動機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕KM2主電動機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器SB5冷卻泵電動機(jī)停轉(zhuǎn)按鈕KM3短接限流電阻接觸器SB6冷卻泵電動機(jī)啟動按鈕KM4冷卻泵電動機(jī)啟動接觸器TC控制變壓器KM5快移電動機(jī)啟動接觸器FU1-6熔斷器KA中間繼電器FR1主電動機(jī)過載保護(hù)熱繼電器KT通電時間延時繼電器FR2冷卻泵電動機(jī)保護(hù)熱繼電器SQ快移電動機(jī)點(diǎn)動行程開關(guān)R限流電阻SA開關(guān)EL照明燈KS速度繼電器TA電流互感器A電流表QS電源隔離開關(guān)車床常見電氣故障1、主軸電動機(jī)不能啟動?？赡艿脑颍弘娫礇]有接通；熱繼電器已動作，其常閉觸點(diǎn)尚未復(fù)位；啟動按