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前 言 電氣控制與電氣拖動有著密切的關系。20世紀初，由于電動機的出現(xiàn)，使得機床的拖動發(fā)生了變革，用電動機代替蒸汽機，機床的電氣拖動隨電動機的發(fā)展而發(fā)展。 電氣拖動的控制方式亦經歷了一個從低級到高級的發(fā)展過程。最初采用手動控制。最早的自動控制是20世紀20、30年代出現(xiàn)的繼電接觸器控制，它可以實現(xiàn)對控制對象的起動、停車、凋速、自動循環(huán)以及保護等控制。它所使用的控制器件結構簡單、價廉、控制方式直觀、易掌握、工作町靠、易維護，因此在機床控制卜得到長期、廣泛的應用。它的缺點是體積大、功耗大、控制速度慢、改變控制程序困難，由于是有觸點控制，在控制復雜時可靠性降低。為了解決復雜和程序可變控制對象的需要，在20世紀60年代出現(xiàn)了順序控制器。它是繼電器和半導體元件綜合應用的控制裝置，具有程序改變容易、通用性較強等優(yōu)點，廣泛用于組合機床、自動線上。隨著計算技術的發(fā)展，又出現(xiàn)了以微型計算機為基礎的具有編程、存儲、邏輯控制及數字運算功能的可編程控制器PLC。PLC的設計以上業(yè)控制為目標，因而具有功率級輸出、接線簡單、通用性強、編程容易、抗干擾能力強、工作可靠等一系列優(yōu)點。它一問世即以強大的生命力，大面積地占領了傳統(tǒng)的控制領域。PLC的一個發(fā)展方向是微型、簡易、價廉，以圖取代傳統(tǒng)的繼電器控制；而它的另一個發(fā)展方向是大容量、高速、高性能、對大規(guī)模復雜控制系統(tǒng)能進行綜合控制。 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、主拖動電動機一般選用三相籠型異步電動機，為滿足調速設計要求，采用機械變速。主軸要求正、反轉，對于小型車床主軸的正反轉由拖動電動機正反轉來實現(xiàn)；檔拖動電動機容量較大時，可由摩擦離合器來實現(xiàn)主軸正反轉，電動機只作單向旋轉。一般中小型車床的主軸電動機均采用直接起動。當電動機容量較大時，常采用Y-△降壓起動。停車時為實現(xiàn)快速停車，一般采用機械或電氣制動。 2、切削加工時，刀具與工件溫度較高時需要切削液進行冷卻。為此。設有一臺冷卻泵電動機，且與主軸電動機有著聯(lián)鎖關系，即冷卻泵電動機應在主軸電動機啟動后方可選擇啟動與否；當主軸電動機停止時，冷卻泵電動機便立即停止。 3、速移動電動機采用點動控制，單方向旋轉，靠機械結構實現(xiàn)不同方向的快速移動。 4、路應具有必要的保護環(huán)節(jié)、安全可靠的照明電路及信號指示。 三、CA6140電氣控制電路分析 1、主電路分析 主電路中共有三臺電動機，圖中M1為主軸電動機，用以實現(xiàn)主軸旋轉和進給運動；M2為冷卻泵電動機；M3為溜板快速移動電動機。M1、M2、M3均為三相異步電動機，容量均小于10kW，全部采用全壓直接起動皆有交流接觸器控制單向旋轉。 M1電動機由起動按鈕SB1，停止按鈕SB2和接觸器KM1構成電動機單向連續(xù)運轉控制電路。主軸的正反轉由摩擦離合器改變傳動來實現(xiàn)。 M2電動機是在主軸電動機起動之后，扳動冷卻泵控制開關SA1來控制接觸器KM2的通斷，實現(xiàn)冷卻泵電動機的起動與停止。由于SA1開關具有定位功能，故不需自鎖。 M3電動機由裝在溜板箱上的快慢速進給手柄內的快速移動按鈕SB3來控制KM3接觸器，從而實現(xiàn)M3的點動。操作時，先將快速進給手柄扳到所需移動方向，再按下SB3按鈕，即實現(xiàn)該方向的快速移動。 三相相電源通過轉換開關QS1引入，F(xiàn)U1和FU2作短路保護。主軸電動機M1由接觸器KM1控制啟動，熱繼電器FR1為主軸電動機M1的過載保護。冷卻泵電動機M2由接觸器KM2控制啟動，熱繼電器FR2為它的過載保護。溜板快速移動電機M3由接觸器KM3控制啟動。 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。 ①主軸電動機的控制：按下啟動按鈕SB2，接觸器KM1的線圈獲電動作，其主觸頭閉合，主軸電動機M1啟動運行。同時KM1的自觸頭和另一副常開觸頭閉合。按下停止按鈕SB1，主軸電動機M1停車。 ②冷卻泵電動機控制：如果車削加工過程中，工藝需要使用卻液時，合上開關QS2，在主軸電動機M1運轉情況下，接觸器KM1線圈獲電吸合，其主觸頭閉合，冷卻泵電動機獲電運行。由電氣原理圖可知，只有當主軸電動機M1啟動后，冷卻泵電動機M2才有可能啟動，當M1停止運行時，M2也就自動停止。 ③溜板快速移動的控制：溜板快速移動電動機M3的啟動是由安裝在進給操縱手柄頂端的按鈕SB3來控制，它與中間繼電器KM3組成點動控制環(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，溜板就向指定方向快速移動。 3、照明、信號燈電路分析 控制變壓器TC的副邊分別輸出24V和6V電壓，作為機床低壓照明燈和信號燈的電源。EL為機床的低壓照明燈，由開關SA控制；HL為電源的信號燈，采用FU4作短路保護。 四、電路的保護環(huán)節(jié) 1、電路電源開關是帶有開關鎖SA2的斷路器QS。機床接通電源時需用鑰匙開關操作，再合上QS，增加了安全性。需要送電時，先用開關鑰匙插入SA2開關鎖中并右旋，使QS線圈斷電，再扳動斷路器QS將其合上，此時，機床電源送入主電路380V交流電壓，并經控制變壓器輸出110V控制電路、24V安全照明電路、6V信號燈電壓。斷電時，若將開關鎖SA2左旋，則觸頭SA2(03—13)閉合，QS線圈通電，斷路器QS斷開，機床斷電。若出現(xiàn)誤操作，QS將在0.1s內再次自動跳閘。 2、打開機床控制配電盤壁箱門，自動切除機床電源的保護。在配電盤壁箱門上裝有安全行程開關SQ2，當打開配電盤壁箱門時，安全開關的觸頭SQ2(03—13)閉合，將使斷路器QS線圈通電，斷路器QS自動跳閘，斷開機床電源，以確保人身安全。 3、機床床頭皮帶罩處設有安全開關SQ1，當打開皮帶罩時，安全開關觸頭SQ1（03—1）斷開，將接觸器KM1、KM2、KM3線圈電路切斷，電動機將全部停止旋轉，以確保了人身安全。 4、為滿足打開機床控制配電盤壁箱門進行帶電檢修的需要，可將SQ2安全開關傳動桿拉出，使觸頭SQ2（03—13）斷開，此時QS線圈斷電，QS開關仍可合上。當檢修完畢，關上壁箱門后，將SQ2開關傳動桿復位，SQ2保護作用照常起作用。 5、電動機M1、M2由FU熱繼電器FR1、FR2實現(xiàn)電動機長期過載保護；斷路器QS實現(xiàn)全電路的過流、欠電壓保護及熱保護；熔斷器FU、FU1至FU6實現(xiàn)各各部分電路的短路保護。 此外，還設有EL機床照明燈和HL信號燈進行刻度照明。 五、電氣控制電路中各元件的選擇與技術數據 1、電動機的選擇 M1主軸電動機：Y系列電動機具有體積小、重量輕、運行可靠，結構堅固，外形美觀等特點，起動性能好，具有效率高等特點，達到了節(jié)能效果。而且噪聲低、壽命長、經久耐用。Y系列電動機適用于空氣中不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的場所。Y132-4-B3型號電動機功率為7.5kW，頻率為50Hz，轉速為1450r/min，功率因素COSφ為，0.85效率為87%，堵轉轉矩為2.2n.m，最大轉矩為2.3n.m，所以此類型電動機能符合電路配置，并能有效完成工作。 M2冷卻泵電動機：AOB-25機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機與單極離心泵組合而成，具有安裝簡單方便.運行安全可靠.過負荷能力強.效率高.噪聲低等優(yōu)點，適合作為各種機床輸送冷卻液、潤滑液的動力。此電動機輸出功率為90W，揚程為4米，流量為25升/分，出口管徑為1/2吋，能有效配合M1電動機使用。 M3快速移動電動機：AOS5634功率為250W，電壓為380V，頻率為50Hz，轉速為1360轉/分，E級 2、控制變壓器的選擇 首先查看電源電壓、實際用電載荷和地方條件，然后參照變壓器銘牌標示的技術數據逐一選擇，一般應從變壓器容量、電壓、電流及環(huán)境條件綜合考慮，其中容量選擇應根據用戶用電設備的容量、性質和使用時間來確定所需的負荷量，以此來選擇變壓器容量。 在正常運行時，應使變壓器承受的用電負荷為變壓器額定容量的75～90%左右。運行中如實測出變壓器實際承受負荷小于50%時，應更換小容量變壓器，如大于變壓器額定容量應立即更換大變壓器。同時，在選擇變壓器根據線路電源決定變壓器的初級線圈電壓值，根據用電設備選擇次級線圈的電壓值，最好選為低壓三相四線制供電。這樣可同時提供動力用電和照明用電。對于電流的選擇要注意負荷在電動機起動時能滿足電動機的要求(因為電動機起動電流要比下沉運行時大4～7倍)。 JBK2-100VA機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)的機械設備，一般電器的控制電源工作照明，信號燈的電源之用。此類控制變壓器初級電壓為380V，次級電壓分別為110V、24V、6V。 3、熔斷器的選擇 其類型根據使用環(huán)境、負載性質和各類熔斷器的適用范圍來進行選擇。例如：用于照明電路或小的熱負載，可選用RCIA系列瓷插式熔斷器；在機床控制電路中，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、導線的選擇 在安裝電器配電設備中，經常遇到導線選擇的問題，正確選擇導線是項十分重要的工作，如果導線的截面積選小了，電器負載大易造成電器火災的后果；如果導線的截面積選大了，造成成本高，材料浪費。 導線的載流量與導線截面有關，也與導線的材料、型號、敷設方法以及環(huán)境溫度等有關，根據以下數據，主電路選擇BVR-2.5mm2銅芯導線，控制電路BVR-1mm2銅芯導線。 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數據（如表1-2） 表1-2 代號 名稱 型號及規(guī)格 數量 用途 M1 主軸電動機 Y132M-4-B3, 1 主傳動用 　 　 7.5kW,1450r/min 　 　 M2 冷卻泵電動機 AOB-25, 1 輸送冷卻液用 　 　 90W,3000r/min 　 　 M3 快速移動電動機 AOS5634,250W 　 溜板快速移動用 　 　 1360r/min 　 　 FR1 熱繼電器 JR16-20/2D,15.4A 1 M1的過載保護 FR2 熱繼電器 JR16-20/2D,0.32A 1 M2的過載保護 FU 熔斷器 RL1-10, 5578、35A 3 總電路短路保護 FU1，F(xiàn)U2 熔斷器 RL1-10, 5578、25A 6 M2,M3及主電路短路保護 FU3 熔斷器 RL1-10, 5578、25A 2 變壓器短路保護 FU4 熔斷器 RL1-15，5A 1 照明電路保護 FU5 熔斷器 RL1-15, 5A 1 指示燈電路保護 FU6 熔斷器 RL1-15, 5A 1 控制電路保護 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M1 SB3 按鈕 LA9 1 啟動M3 SB4 按鈕 LAY3-10X/2 1 控制M2 SQ1,SQ2 位置開關 JWM6-11 2 斷電保護 HL 信號燈 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型車床技術參數，如下： 項目 單位 規(guī)格 床身上最大回轉直徑 mm 400 刀架上回轉直徑 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 床身導軌寬度 mm 400 床身導軌硬度 RC 52 主軸轉速范圍 （24） r/min 10-1400 進給量范圍（標準） mm/r 0.08-1.59 進給量范圍（細進給） mm/r 0.028-0.054 進給量范圍（加大進給） 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 主電機功率 Kw 7.5 機床凈重 Kg 2070 機床輪廓尺寸（長寬高） mm 266810001267 機床包裝尺寸（長寬高） mm 280012601760 六、控制電路故障分析及電路特點 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SQ1、SQ2上，由于長期使用，可能出現(xiàn)松動移位，致使打開床頭皮帶罩時SQ1（03-1）觸電斷不開或打開配電盤壁箱門時SQ2(03-13)不閉合而失去人身安全保護作用。另一個故障是斷路器QS引起的，當開關鎖SA2失靈時將會失去保護作用。應檢驗將開關鎖SA2左旋時斷路器QS能否自動跳開，跳開后若又將QS合上后，經過0.1s后QS能否自動跳閘。 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 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 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 KA1線圈 短路點 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 ①機床由三臺電動機拖動，全部單方向旋轉，主軸旋轉方向的改變、進給方向的改變、快速移動方向的改變都靠機械傳動關系來實現(xiàn)。 ②具有完善的人身安全保護環(huán)節(jié)：設有帶鑰匙的電源斷路器QS、機床床頭皮帶罩處的安全開關SQ1、機床控制配電箱門上的安全開關SQ2等。 結束語：本論文在各位老師的悉心指導和嚴格要求下已完成。在學習和生活期間，也始終感受著導師的精心指導和無私的關懷，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，本設計能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認真負責，使我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設計中得以體現(xiàn)。同時我在網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： 1、《機電設備控制基礎》 王本軼主編 機械工業(yè)出版社 2、《電氣設備控制與檢修》 李樹元，孟玉茹主編 中國電力出版社