CA6140型臥式車床的電氣控制電路.doc

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前 言 電氣控制與電氣拖動(dòng)有著密切的關(guān)系。20世紀(jì)初，由于電動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，使得機(jī)床的拖動(dòng)發(fā)生了變革，用電動(dòng)機(jī)代替蒸汽機(jī)，機(jī)床的電氣拖動(dòng)隨電動(dòng)機(jī)的發(fā)展而發(fā)展。 電氣拖動(dòng)的控制方式亦經(jīng)歷了一個(gè)從低級(jí)到高級(jí)的發(fā)展過程。最初采用手動(dòng)控制。最早的自動(dòng)控制是20世紀(jì)20、30年代出現(xiàn)的繼電接觸器控制，它可以實(shí)現(xiàn)對控制對象的起動(dòng)、停車、凋速、自動(dòng)循環(huán)以及保護(hù)等控制。它所使用的控制器件結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)廉、控制方式直觀、易掌握、工作町靠、易維護(hù)，因此在機(jī)床控制卜得到長期、廣泛的應(yīng)用。它的缺點(diǎn)是體積大、功耗大、控制速度慢、改變控制程序困難，由于是有觸點(diǎn)控制，在控制復(fù)雜時(shí)可靠性降低。為了解決復(fù)雜和程序可變控制對象的需要，在20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了順序控制器。它是繼電器和半導(dǎo)體元件綜合應(yīng)用的控制裝置，具有程序改變?nèi)菀?、通用性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于組合機(jī)床、自動(dòng)線上。隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的具有編程、存儲(chǔ)、邏輯控制及數(shù)字運(yùn)算功能的可編程控制器PLC。PLC的設(shè)計(jì)以上業(yè)控制為目標(biāo)，因而具有功率級(jí)輸出、接線簡單、通用性強(qiáng)、編程容易、抗干擾能力強(qiáng)、工作可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)。它一問世即以強(qiáng)大的生命力，大面積地占領(lǐng)了傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域。PLC的一個(gè)發(fā)展方向是微型、簡易、價(jià)廉，以圖取代傳統(tǒng)的繼電器控制；而它的另一個(gè)發(fā)展方向是大容量、高速、高性能、對大規(guī)模復(fù)雜控制系統(tǒng)能進(jìn)行綜合控制。 CA6140型臥式車床的電氣控制電路 一、CA6140型臥式車床的電氣控制 1、CA6140型臥式車床的電氣控制電路（如圖1-1） 圖1-1 二、中小型車床對電氣控制的要求 1、主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)一般選用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，為滿足調(diào)速設(shè)計(jì)要求，采用機(jī)械變速。主軸要求正、反轉(zhuǎn)，對于小型車床主軸的正反轉(zhuǎn)由拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)；檔拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量較大時(shí)，可由摩擦離合器來實(shí)現(xiàn)主軸正反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)只作單向旋轉(zhuǎn)。一般中小型車床的主軸電動(dòng)機(jī)均采用直接起動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量較大時(shí)，常采用Y-△降壓起動(dòng)。停車時(shí)為實(shí)現(xiàn)快速停車，一般采用機(jī)械或電氣制動(dòng)。 2、切削加工時(shí)，刀具與工件溫度較高時(shí)需要切削液進(jìn)行冷卻。為此。設(shè)有一臺(tái)冷卻泵電動(dòng)機(jī)，且與主軸電動(dòng)機(jī)有著聯(lián)鎖關(guān)系，即冷卻泵電動(dòng)機(jī)應(yīng)在主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后方可選擇啟動(dòng)與否；當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī)停止時(shí)，冷卻泵電動(dòng)機(jī)便立即停止。 3、速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用點(diǎn)動(dòng)控制，單方向旋轉(zhuǎn)，靠機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同方向的快速移動(dòng)。 4、路應(yīng)具有必要的保護(hù)環(huán)節(jié)、安全可靠的照明電路及信號(hào)指示。 三、CA6140電氣控制電路分析 1、主電路分析 主電路中共有三臺(tái)電動(dòng)機(jī)，圖中M1為主軸電動(dòng)機(jī)，用以實(shí)現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；M2為冷卻泵電動(dòng)機(jī)；M3為溜板快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)。M1、M2、M3均為三相異步電動(dòng)機(jī)，容量均小于10kW，全部采用全壓直接起動(dòng)皆有交流接觸器控制單向旋轉(zhuǎn)。 M1電動(dòng)機(jī)由起動(dòng)按鈕SB1，停止按鈕SB2和接觸器KM1構(gòu)成電動(dòng)機(jī)單向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制電路。主軸的正反轉(zhuǎn)由摩擦離合器改變傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。 M2電動(dòng)機(jī)是在主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)之后，扳動(dòng)冷卻泵控制開關(guān)SA1來控制接觸器KM2的通斷，實(shí)現(xiàn)冷卻泵電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與停止。由于SA1開關(guān)具有定位功能，故不需自鎖。 M3電動(dòng)機(jī)由裝在溜板箱上的快慢速進(jìn)給手柄內(nèi)的快速移動(dòng)按鈕SB3來控制KM3接觸器，從而實(shí)現(xiàn)M3的點(diǎn)動(dòng)。操作時(shí)，先將快速進(jìn)給手柄扳到所需移動(dòng)方向，再按下SB3按鈕，即實(shí)現(xiàn)該方向的快速移動(dòng)。 三相相電源通過轉(zhuǎn)換開關(guān)QS1引入，F(xiàn)U1和FU2作短路保護(hù)。主軸電動(dòng)機(jī)M1由接觸器KM1控制啟動(dòng)，熱繼電器FR1為主軸電動(dòng)機(jī)M1的過載保護(hù)。冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2由接觸器KM2控制啟動(dòng)，熱繼電器FR2為它的過載保護(hù)。溜板快速移動(dòng)電機(jī)M3由接觸器KM3控制啟動(dòng)。 2、控制電路分析 控制回路的電源由變壓器TC副邊輸出110V電壓提供，采用FU3作短路保護(hù)。 ①主軸電動(dòng)機(jī)的控制：按下啟動(dòng)按鈕SB2，接觸器KM1的線圈獲電動(dòng)作，其主觸頭閉合，主軸電動(dòng)機(jī)M1啟動(dòng)運(yùn)行。同時(shí)KM1的自觸頭和另一副常開觸頭閉合。按下停止按鈕SB1，主軸電動(dòng)機(jī)M1停車。 ②冷卻泵電動(dòng)機(jī)控制：如果車削加工過程中，工藝需要使用卻液時(shí)，合上開關(guān)QS2，在主軸電動(dòng)機(jī)M1運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，接觸器KM1線圈獲電吸合，其主觸頭閉合，冷卻泵電動(dòng)機(jī)獲電運(yùn)行。由電氣原理圖可知，只有當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī)M1啟動(dòng)后，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2才有可能啟動(dòng)，當(dāng)M1停止運(yùn)行時(shí)，M2也就自動(dòng)停止。 ③溜板快速移動(dòng)的控制：溜板快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3的啟動(dòng)是由安裝在進(jìn)給操縱手柄頂端的按鈕SB3來控制，它與中間繼電器KM3組成點(diǎn)動(dòng)控制環(huán)節(jié)。將操縱手柄扳到所需要的方向，壓下按鈕SB3，繼電器KM3獲電吸合，M3啟動(dòng)，溜板就向指定方向快速移動(dòng)。 3、照明、信號(hào)燈電路分析 控制變壓器TC的副邊分別輸出24V和6V電壓，作為機(jī)床低壓照明燈和信號(hào)燈的電源。EL為機(jī)床的低壓照明燈，由開關(guān)SA控制；HL為電源的信號(hào)燈，采用FU4作短路保護(hù)。 四、電路的保護(hù)環(huán)節(jié) 1、電路電源開關(guān)是帶有開關(guān)鎖SA2的斷路器QS。機(jī)床接通電源時(shí)需用鑰匙開關(guān)操作，再合上QS，增加了安全性。需要送電時(shí)，先用開關(guān)鑰匙插入SA2開關(guān)鎖中并右旋，使QS線圈斷電，再扳動(dòng)斷路器QS將其合上，此時(shí)，機(jī)床電源送入主電路380V交流電壓，并經(jīng)控制變壓器輸出110V控制電路、24V安全照明電路、6V信號(hào)燈電壓。斷電時(shí)，若將開關(guān)鎖SA2左旋，則觸頭SA2(03—13)閉合，QS線圈通電，斷路器QS斷開，機(jī)床斷電。若出現(xiàn)誤操作，QS將在0.1s內(nèi)再次自動(dòng)跳閘。 2、打開機(jī)床控制配電盤壁箱門，自動(dòng)切除機(jī)床電源的保護(hù)。在配電盤壁箱門上裝有安全行程開關(guān)SQ2，當(dāng)打開配電盤壁箱門時(shí)，安全開關(guān)的觸頭SQ2(03—13)閉合，將使斷路器QS線圈通電，斷路器QS自動(dòng)跳閘，斷開機(jī)床電源，以確保人身安全。 3、機(jī)床床頭皮帶罩處設(shè)有安全開關(guān)SQ1，當(dāng)打開皮帶罩時(shí)，安全開關(guān)觸頭SQ1（03—1）斷開，將接觸器KM1、KM2、KM3線圈電路切斷，電動(dòng)機(jī)將全部停止旋轉(zhuǎn)，以確保了人身安全。 4、為滿足打開機(jī)床控制配電盤壁箱門進(jìn)行帶電檢修的需要，可將SQ2安全開關(guān)傳動(dòng)桿拉出，使觸頭SQ2（03—13）斷開，此時(shí)QS線圈斷電，QS開關(guān)仍可合上。當(dāng)檢修完畢，關(guān)上壁箱門后，將SQ2開關(guān)傳動(dòng)桿復(fù)位，SQ2保護(hù)作用照常起作用。 5、電動(dòng)機(jī)M1、M2由FU熱繼電器FR1、FR2實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)長期過載保護(hù)；斷路器QS實(shí)現(xiàn)全電路的過流、欠電壓保護(hù)及熱保護(hù)；熔斷器FU、FU1至FU6實(shí)現(xiàn)各各部分電路的短路保護(hù)。 此外，還設(shè)有EL機(jī)床照明燈和HL信號(hào)燈進(jìn)行刻度照明。 五、電氣控制電路中各元件的選擇與技術(shù)數(shù)據(jù) 1、電動(dòng)機(jī)的選擇 M1主軸電動(dòng)機(jī)：Y系列電動(dòng)機(jī)具有體積小、重量輕、運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，外形美觀等特點(diǎn)，起動(dòng)性能好，具有效率高等特點(diǎn)，達(dá)到了節(jié)能效果。而且噪聲低、壽命長、經(jīng)久耐用。Y系列電動(dòng)機(jī)適用于空氣中不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的場所。Y132-4-B3型號(hào)電動(dòng)機(jī)功率為7.5kW，頻率為50Hz，轉(zhuǎn)速為1450r/min，功率因素COSφ為，0.85效率為87%，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為2.2n.m，最大轉(zhuǎn)矩為2.3n.m，所以此類型電動(dòng)機(jī)能符合電路配置，并能有效完成工作。 M2冷卻泵電動(dòng)機(jī)：AOB-25機(jī)床冷卻泵是一種浸漬式的三相電泵，它由封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)與單極離心泵組合而成，具有安裝簡單方便.運(yùn)行安全可靠.過負(fù)荷能力強(qiáng).效率高.噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，適合作為各種機(jī)床輸送冷卻液、潤滑液的動(dòng)力。此電動(dòng)機(jī)輸出功率為90W，揚(yáng)程為4米，流量為25升/分，出口管徑為1/2吋，能有效配合M1電動(dòng)機(jī)使用。 M3快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)：AOS5634功率為250W，電壓為380V，頻率為50Hz，轉(zhuǎn)速為1360轉(zhuǎn)/分，E級(jí) 2、控制變壓器的選擇 首先查看電源電壓、實(shí)際用電載荷和地方條件，然后參照變壓器銘牌標(biāo)示的技術(shù)數(shù)據(jù)逐一選擇，一般應(yīng)從變壓器容量、電壓、電流及環(huán)境條件綜合考慮，其中容量選擇應(yīng)根據(jù)用戶用電設(shè)備的容量、性質(zhì)和使用時(shí)間來確定所需的負(fù)荷量，以此來選擇變壓器容量。 在正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)使變壓器承受的用電負(fù)荷為變壓器額定容量的75～90%左右。運(yùn)行中如實(shí)測出變壓器實(shí)際承受負(fù)荷小于50%時(shí)，應(yīng)更換小容量變壓器，如大于變壓器額定容量應(yīng)立即更換大變壓器。同時(shí)，在選擇變壓器根據(jù)線路電源決定變壓器的初級(jí)線圈電壓值，根據(jù)用電設(shè)備選擇次級(jí)線圈的電壓值，最好選為低壓三相四線制供電。這樣可同時(shí)提供動(dòng)力用電和照明用電。對于電流的選擇要注意負(fù)荷在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)能滿足電動(dòng)機(jī)的要求(因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)起動(dòng)電流要比下沉運(yùn)行時(shí)大4～7倍)。 JBK2-100VA機(jī)床控制變壓器適用交流50-60Hz，輸出額定電壓不超過220V，輸入額定電壓不超過500V，可作為各行業(yè)的機(jī)械設(shè)備，一般電器的控制電源工作照明，信號(hào)燈的電源之用。此類控制變壓器初級(jí)電壓為380V，次級(jí)電壓分別為110V、24V、6V。 3、熔斷器的選擇 其類型根據(jù)使用環(huán)境、負(fù)載性質(zhì)和各類熔斷器的適用范圍來進(jìn)行選擇。例如：用于照明電路或小的熱負(fù)載，可選用RCIA系列瓷插式熔斷器；在機(jī)床控制電路中，較多選用RL1系列螺旋式熔斷器 熔斷器的額定電壓必須大于或等于被保護(hù)電路的額定電壓；熔斷器的額定電流必須大于或等于所裝熔體的額定電流。 4、導(dǎo)線的選擇 在安裝電器配電設(shè)備中，經(jīng)常遇到導(dǎo)線選擇的問題，正確選擇導(dǎo)線是項(xiàng)十分重要的工作，如果導(dǎo)線的截面積選小了，電器負(fù)載大易造成電器火災(zāi)的后果；如果導(dǎo)線的截面積選大了，造成成本高，材料浪費(fèi)。 導(dǎo)線的載流量與導(dǎo)線截面有關(guān)，也與導(dǎo)線的材料、型號(hào)、敷設(shè)方法以及環(huán)境溫度等有關(guān)，根據(jù)以下數(shù)據(jù)，主電路選擇BVR-2.5mm2銅芯導(dǎo)線，控制電路BVR-1mm2銅芯導(dǎo)線。 銅線安全載流量(25℃)： 1平方毫米銅電源線的安全載流量——6A 1.5平方毫米銅電源線的安全載流量——14A 2.5平方毫米銅電源線的安全載流量－－28A。 4平方毫米銅電源線的安全載流量－－35A 。 6平方毫米銅電源線的安全載流量－－48A 。 10平方毫米銅電源線的安全載流量－－65A。 16平方毫米銅電源線的安全載流量－－91A 。 25平方毫米銅電源線的安全載流量－－120A。 2、電路中各元件的技術(shù)數(shù)據(jù)（如表1-2） 表1-2 代號(hào) 名稱 型號(hào)及規(guī)格 數(shù)量 用途 M1 主軸電動(dòng)機(jī) Y132M-4-B3, 1 主傳動(dòng)用 　 　 7.5kW,1450r/min 　 　 M2 冷卻泵電動(dòng)機(jī) AOB-25, 1 輸送冷卻液用 　 　 90W,3000r/min 　 　 M3 快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) AOS5634,250W 　 溜板快速移動(dòng)用 　 　 1360r/min 　 　 FR1 熱繼電器 JR16-20/2D,15.4A 1 M1的過載保護(hù) FR2 熱繼電器 JR16-20/2D,0.32A 1 M2的過載保護(hù) FU 熔斷器 RL1-10, 5578、35A 3 總電路短路保護(hù) FU1，F(xiàn)U2 熔斷器 RL1-10, 5578、25A 6 M2,M3及主電路短路保護(hù) FU3 熔斷器 RL1-10, 5578、25A 2 變壓器短路保護(hù) FU4 熔斷器 RL1-15，5A 1 照明電路保護(hù) FU5 熔斷器 RL1-15, 5A 1 指示燈電路保護(hù) FU6 熔斷器 RL1-15, 5A 1 控制電路保護(hù) KM 交流接觸器 CJ20-20, 線圈電壓110V 3 控制M1 KA1 中間繼電器 JZ7-44,線圈電壓110V 1 控制M2 KA2 中間繼電器 JZ7-44,線圈電壓111V 1 控制M3 SB1 按鈕 LAY3-01ZS/1 1 停止M1 SB2 按鈕 LAY3-10/3.11 1 啟動(dòng)M1 SB3 按鈕 LA9 1 啟動(dòng)M3 SB4 按鈕 LAY3-10X/2 1 控制M2 SQ1,SQ2 位置開關(guān) JWM6-11 2 斷電保護(hù) HL 信號(hào)燈 ZSD-0.6V 1 照明 QS 斷路器 AM2-40,20A 1 電源引入 TC 控制變壓器 JBK2-100 1 　 　 　 380V/110V/24V/6V 　 　 3、CA6140型車床技術(shù)參數(shù)，如下： 項(xiàng)目 單位 規(guī)格 床身上最大回轉(zhuǎn)直徑 mm 400 刀架上回轉(zhuǎn)直徑 mm 210 二頂尖間距離 mm 1000 主軸通孔直徑 mm 52；76；80 主軸頭形式 — A6；C8；D8 床身導(dǎo)軌寬度 mm 400 床身導(dǎo)軌硬度 RC 52 主軸轉(zhuǎn)速范圍 （24） r/min 10-1400 進(jìn)給量范圍（標(biāo)準(zhǔn)） mm/r 0.08-1.59 進(jìn)給量范圍（細(xì)進(jìn)給） mm/r 0.028-0.054 進(jìn)給量范圍（加大進(jìn)給） mm/r 1.71-6.33 加工公制螺紋范圍（44種） mm 1-192 加工英制螺紋范圍（20種） tpi 24-2 加工模數(shù)螺紋范圍（39種） mm 0.25-48 加工徑節(jié)螺紋范圍（37種） DP 96-1 主電機(jī)功率 Kw 7.5 機(jī)床凈重 Kg 2070 機(jī)床輪廓尺寸（長寬高） mm 266810001267 機(jī)床包裝尺寸（長寬高） mm 280012601760 六、控制電路故障分析及電路特點(diǎn) 1、電氣控制電路故障分析 CA6140型車床的常見電氣故障往往出現(xiàn)在安全開關(guān)SQ1、SQ2上，由于長期使用，可能出現(xiàn)松動(dòng)移位，致使打開床頭皮帶罩時(shí)SQ1（03-1）觸電斷不開或打開配電盤壁箱門時(shí)SQ2(03-13)不閉合而失去人身安全保護(hù)作用。另一個(gè)故障是斷路器QS引起的，當(dāng)開關(guān)鎖SA2失靈時(shí)將會(huì)失去保護(hù)作用。應(yīng)檢驗(yàn)將開關(guān)鎖SA2左旋時(shí)斷路器QS能否自動(dòng)跳開，跳開后若又將QS合上后，經(jīng)過0.1s后QS能否自動(dòng)跳閘。 2、控制電路故障表（如表1-3） 表1-3 故障現(xiàn)象 原因 故障點(diǎn) 檢查方法 按下SQ2 停電 電源有否電？ 查看電源電壓表是否 后，啟動(dòng) 或斷路故障 FU1、FU2、FU、 熔斷 SQ1、FR1、SB1、 用電筆或萬用表檢測 SB2、KM 段路電 按下SB2后 短路故障 M1繞組擊穿或部分擊穿 萬用表查三相繞組 QS跳閘 KM線圈擊穿或部分擊穿 萬用表查KM線圈，查 TC繞組擊穿或部分擊穿 看是否燒焦 HL或 斷路或 SA不能閉合 電筆或萬用表測量燈 EL不亮 燈泡損壞 HL或EL、或FU3、 座接觸是否良好，是否 FU4熔斷 有漏電處千萬熔絲熔斷 合上SB4， 斷路故障 FR2、SB4、KM常開， 用電筆或萬用表檢測 M2不啟動(dòng) KA1線圈 短路點(diǎn) 合上QS就 短路 TC、KM、KA1、KA2、 FU熔斷，查M1、M2、 M1、M2、M3、QS或繞組 M3，TC FU1熔斷查看有關(guān)線圈 和繞組有否燒焦痕跡 3、CA6140型臥式車床電氣控制電路特點(diǎn) ①機(jī)床由三臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，全部單方向旋轉(zhuǎn)，主軸旋轉(zhuǎn)方向的改變、進(jìn)給方向的改變、快速移動(dòng)方向的改變都靠機(jī)械傳動(dòng)關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。 ②具有完善的人身安全保護(hù)環(huán)節(jié)：設(shè)有帶鑰匙的電源斷路器QS、機(jī)床床頭皮帶罩處的安全開關(guān)SQ1、機(jī)床控制配電箱門上的安全開關(guān)SQ2等。 結(jié)束語：本論文在各位老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下已完成。在學(xué)習(xí)和生活期間，也始終感受著導(dǎo)師的精心指導(dǎo)和無私的關(guān)懷，我受益匪淺。在此向各位老師表示深深的感謝和崇高的敬意。不積跬步何以至千里，本設(shè)計(jì)能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。同時(shí)我在網(wǎng)上也搜集了不少資料，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成 參考文獻(xiàn)： 1、《機(jī)電設(shè)備控制基礎(chǔ)》 王本軼主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2、《電氣設(shè)備控制與檢修》 李樹元，孟玉茹主編 中國電力出版社