典型机床电气控制.docx

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1、模块三 典型机床电气控制知识目标:熟练掌握典型生产机械的工作原理、控制特点;综合了解实际设备中机、电、液之间的配合能力目标:初步具有对不太复杂的机床控制电路改造和设计能力;具有机床常见电气故障的排除能力第一部分 理论基础金属切削机床素有工作母机之称。现在,绝大多数机床仍采用继电器、接触器等电器元件控制,也就是继电接触式控制。另一方面,随着科学技术的进步,现代化的微型计算机数控机床(Microcomputer Numerical Control Machine tools),简称MNC机床,正在不断涌现,但是大规模的普及还要较长的时间。因此,掌握传统机床电气控制线路的分析方法具有重要的现实意义。

2、一、电气控制线路分析基础1. 电气控制线路分析的内容电气控制线路是电气控制系统各种技术资料的核心文件。分析的具体内容和要求主要包括以下几个方面: 1)设备说明书。 2)电气控制原理图 3)电气设备总装接线图 4)电气元件布置图与接线图2. 电气原理图阅读分析的方法与步骤在仔细阅读了设备说明书,了解了电气控制系统的总体结构、电动机和电器元件的分布状况及控制要求等内容之后,便可以阅读分析电气原理图了。 1)分析主电路 从主电路入手,根据每台电动机和电磁阀等执行电器的控制要求去分析它们的控制内容,控制内容包括起动、方向控制、调速和制动等。 2)分析控制电路 根据主电路中各电动机和电磁阀等执行电器的控

3、制要求,逐一找出控制电路中的控制环节,利用前面学过的基本环节的知识,按功能不同划分成若干个局部控制线路来进行分析。分析控制电路的最基本方法是查线读图法。 3)分析辅助电路 辅助电路包括电源显示、工作状态显示、照明和故障报警等部分,它们大多由控制电路中的元件来控制的,所以在分析时,还要回过头来对照控制电路进行分析。 4)分析联锁与保护环节 机床对于安全性和可靠性有很高的要求,实现这些要求,除了合理地选择拖动和控制方案以外,在控制线路中还设置了一系列电气保护和必要的电气联锁。 5)总体检查 经过“化整为零”,逐步分析了每一个局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后,还必须用“集零为整”的方法

4、,检查整个控制线路,看是否有遗漏。特别要从整体角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系,理解电路中每个元件所起的作用。二、C6140T车床电气控制1.车床的认识(回顾机加工实习对车床的认识)1)车床的结构认识图3-1 车床结构示意图1床身 2进给箱 3挂轮箱 4主轴箱 5溜板箱 6溜板及刀架7尾座 8丝杠 9光杠C6140T车床主要构造由床身、主轴变速箱、进给箱、溜板与刀架、尾座、丝杠、光杠等几部分组成,其外形图如图3-1所示。2)车床的运动情况认识主运动(切削运动):主轴通过卡盘或顶尖带动工件的旋转运动进给运动:溜板箱带动刀架的直线运动。其它运动有:刀架的快速移动。刀架移动和主轴旋转都是由

5、一台电动机来拖动的。2. 车床加工对控制线路要求分析1)主运动(切削运动)主轴通过卡盘或顶尖带动工件的旋转运动2)进给运动溜板带动刀架的直线运动机械调速:工件材料、尺寸加工工艺等不同,切削速度应不同,因此要求主轴的转速也不同。正反转控制:车削螺纹时,要求主轴反转来退刀,因此要求主轴能正反转。车床主轴的旋转方向可通过机械手柄来控制。制动:为了缩短停车时间,主轴停车时采用能耗制动。其它:显示电动机的工作电流以监视切削状况。3)快速移动溜板带动刀架的快速运动单向点动操作、短时工作方式。4)冷却润滑要求车削加工中,根据不同的工件材料,也为了延长刀具的寿命和提高加工质量,需要切削液对工件和刀具进行冷却润

6、滑,而有时又不采用,因此采用自动空气开关控制冷却泵电动机单向旋转。此外还应配有安全照明电路和必要的联锁保护环节。总结:C6140T车床由3台三相笼型异步电动机拖动,即主电动机M1、冷却泵电动机M2和刀架快速移动电动机M3。3C6140T车床控制线路分析1)主电路(见图3-2)合上自动空气开关QF1。M1:交流接触器KM1主触点闭合,M1直接起动运行。M2:交流接触器KM1主触点闭合后,交流接触器KM2主触点闭合,再合上自动空气开关QF2,M2直接起动运行。M3:交流接触器KM3主触点闭合,M3直接起动运行。2)控制电路(见图3-3)控制电路电源由电源变压器TC供给控制电路交流电压127V,照明

7、电路交流电路36V,指示电路6.3V。即采用变压器380V/127V,36V,6.3VM1、M2直接起动:合上QF1按下SB2KM1、KM2线圈得电自锁 KM1主触点闭合M1直接起动;KM2主触点闭合合上QF2 M2直接起动M3直接起动:合上QF1按下SB3KM3线圈得电 KM3主触点闭合M3直接起动(点动)M1能耗制动合上SQ1KT线圈得电KT常闭触点断开KM1、KM2线圈断电KT常开触点闭合,KM4线圈得电其主触点闭合,M1能耗制动;KT线圈断电延时t秒后,KT延时触点复位,KM4主触点断开,制动结束。图3-2 C6140T车床控制线路的主电路 图3-3 C6140T车床控制线路的控制电路

8、3)照明电路 电源变压器TB将380V的交流电压降到36V的安全电压,供照明用。照明电路由开关K控制灯泡EL。熔断器FU3用作照明电路的短路保护。冷却泵电动机M2运行指示灯HL1,6.3V电压供电源指示HL2,刻度照明HL3。总结:主轴电动机采用单向直接起动,单管能耗制动。能耗制动时间用断电延时型时间继电器控制。主轴电动机和冷却泵电动机在主电路中保证顺序联锁关系。用电流互感器检测电流,监视电动机的工作电流。4. C6140T车床电气线路常见故障分析1)故障现象:主轴电动机M1不能起动。原因分析:控制电路没有电压。控制线路中的熔断器FU5熔断。接触器KM1未吸合,按起动按钮SB2,接触器KM1若

9、不动作,故障必定在控制电路,如按钮SB1、SB2的触头接触不良,接触器线圈断线,就会导致KM1不能通电动作。当按SB2后,若接触器吸合,但主轴电动机不能起动,故障原因必定在主线路中,可依次检查接触器KM1主触点及三相电动机的接线端子等是否接触良好。2)故障现象:主轴电动机不能停转。原因分析:这类故障多数是由于接触器KM1的铁芯面上的油污使铁芯不能释放或KM1的主触点发生熔焊,或停止按钮SB1的常闭触点短路所造成的。应切断电源,清洁铁芯极面的污垢或更换触点,即可排除故障。3)故障现象:主轴电动机的运转不能自锁。原因分析:当按下按钮SB2时,电动机能运转,但放松按钮后电动机即停转,是由于接触器KM

10、1的辅助常开触头接触不良或位置偏移、卡阻现象引起的故障。这时只要将接触器KM1的辅助常开触点进行修整或更换即可排除故障。辅助常开触点的连接导线松脱或断裂也会使电动机不能自锁。4)故障现象:刀架快速移动电动机不能运转原因分析:按点动按钮SB3,接触器KM3未吸合,故障必然在控制线路中,这时可检查点动按钮SB3,接触器KM3的线圈是否断路。5)故障现象:M1能起动,不能能耗制动起动主轴电动机M1后,若要实现能耗制动,只需踩下行程开关S1即可。若踩下行程开关S1,不能实现能耗制动,其故障现象通常有两种,一种是电动机M1能自然停车,另一种是电动机M1不能停车,仍然转动不停。原因分析:踩下行程开关S1,

11、不能实现能耗制动,其故障范围可能在主电路,也可能在控制电路中电路。三、X62W卧式万能铣床电气控制在金属切削机床中,铣床在数量上占第二位,仅次于车床。铣床可用来加工平面、斜面、和沟槽等,装上分度头后还可以铣切直齿齿轮和螺旋面,如果装上圆工作台还可以铣切凸轮和弧形槽。铣床的种类很多,有卧铣、立铣、龙门铣、仿形铣及各种专用铣床等。现以应用广泛的X62W卧式万能铣床为例进行分析。1. 铣床认识(回顾机加工实习对铣床的认识)1)铣床的结构认识X62W卧式万能铣床具有主轴转速高、调速范围宽、操作方便和加工范围广等特点。(说明:主要关注可移动部分的结构)2)铣床的运动情况认识主运动:铣刀的旋转运动。进给运

12、动:工件相对于铣刀的移动。工作台的左右、上下和前后进给移动。旋转进给移动:装上附件圆工作台。工作台是用来安装夹具和工件。在横向溜板上的水平导轨上,工作台沿导轨作左、右移动。在升降台的水平导轨上,使工作台沿导轨前、后移动。升降台依靠下面的丝杠,沿床身前面的导轨同工作台一起上、下移动。变速冲动:为了使主轴变速、进给变速时变换后的齿轮能顺利地啮合,主轴变速时主轴电动机应能转动一下,进给变速时进给电动机也应能转动一下。这种变速时电动机稍微转动一下,称为变速冲动。其它运动有:进给几个方向的快移动运动;工作台上下、前后、左右的手摇移动;回转盘使工作台向左、右转动45;悬梁及刀杆支架的水平移动。除进给几个方

13、向的快移运动由电动机拖动外,其余均为手动。进给速度与快移速度的区别,只不过是进给速度低,快移速度高,在机械方面由改变传动链来实现。2. 铣床加工对控制线路要求分析从运动情况看电气控制要求1)主运动铣刀的旋转运动机械调速:铣刀直径、工件材料和加工精度的不同,要求主轴的转速也不同。正反转控制:顺铣和逆铣两种铣削方式的需要。制动:为了缩短停车时间,主轴停车时采用电磁离合器机械制动。变速冲动:为使主轴变速时变速器内齿轮易于啮合,减小齿轮端面的冲击,要求主轴电动机在变速时具有变速冲动。2)进给运动工件相对于铣刀的移动为什么进给运动需要纵向、横向和垂直三个方向运动?此外还应配有安全照明电路。3. 元器件认

14、识电磁离合器4. X62W卧式万能铣床电气线路分析1)主电路分析图3-7为X62W万能铣床电气原理图。 图3-7中M1为主电动机,其正反转由换向组合开关SA5实现,正常运行时由KM3控制。KM2的主触点串联两相电阻与速度继电器配合实现M1的停车反接制动,还可进行变速点动控制。M2为工作台电动机,由正反转接触器KM4、KM5主触点控制,YA为快速移动电磁铁,由KM6控制。M3为冷却泵电动机,由KMl控制。2)控制电路分析主电动机的起停控制 主轴变速点动控制 工作台移动控制 工作台各运动方向的联锁图3-7 X62W万能铣床电气原理图 工作台进给变速点动控制 圆工作台控制 冷却泵电动机的控制 冷却泵

15、电动机M3的起停由转换开关SA3 (7)直接控制,无失压保护功能,不影响安全操作。3)辅助电路及保护环节分析机床的局部照明由变压器T(6)供给36V安全电压,灯开关为SA4(6)。 Ml、M2和M3为连续工作制,由FRl、FR2和FR3实现过载保护。当主电动机M1过载时,FRl动作,其常闭触点 (7)切除整个控制电路的电源。当冷却泵电动机M3过载时,FR3动作,其常闭触点(7)切除M2、M3的控制电源。当进给电动机M2过载时,FR2动作,其常闭触点 (13)切除自身的控制电源。 由FUl、FU2实现主电路的短路保护,FU3实现控制电路的短路保护,FU4实现照明电路的短路保护。另外,还有工作台终

16、端极限保护和各种运动的联锁保护,前面已详细叙述了。5. X62W万能铣床电气控制线路的常见故障分析(留给自学生自己分析)1)主轴停车制动效果不明显或无制动。2)主轴停车后产生短时反向旋转。3)主轴变速时无瞬时冲动。4)工作台不能快速移动。 四、机床电气故障排除的方法1机床电气设备故障的诊断步骤1)故障调查问:机床发生故障后,首先应向操作者了解故障发生的前手情况,有利于根据电气设备的工作原理来分析发生故障的原因。一般询问的内容有:故障发生在开车前、开车后,还是发生在运行中?是运行中自行停车,还是发现异常情况后由操作者停下来的;发生故障时,机床工作在什么工作顺序,按动了哪个按钮,扳动了哪个开关;故

17、障发生前后,设备有无异常现象(如响声、气味、冒烟或冒火等);以前是否发生过类似的故障,是怎样处理的等。看:熔断器内熔丝是否熔断,其他电气元件有无烧坏、发热、断线,导线连接螺丝有否松动,电动机的转速是否正常。听:电动机、变压器和有些电气元件在运行时声音是否正常,可以帮助寻找故障的部位。摸:电机、变压器和电气元件的线圈发生故障时,温度显著上升,可切断电源后用手去触摸。2)电路分析 根据调查结果,参考该电气设备的电气原理图进行分析,初步判断出故障产生的部位,然后逐步缩小故障范围,直至找到故障点并加以消除。分析故障时应有针对性,如接地故障一般先考虑电气柜外的电气装置,后考虑电气柜内的电气元件。断路和短

18、路故障,应先考虑动作频繁的元件,后考虑其余元件。3)断电检查 检查前先断开机床总电源,然后根据故障可能产生的部位,逐步找出故障点。检查时应先检查电源线进线处有无碰伤而引起的电源接地、短路等现象,螺旋式熔断器的熔断指示器是否跳出,热继电器是否动作。然后检查电气外部有无损坏,连接导线有无断路、松动,绝缘有否过热或烧焦。4)通电检查 作断电检查仍未找到故障时,可对电气设备作通电检查。在通电检查时要尽量使电动机和其所传动的机械部分脱开,将控制器和转换开关置于零位,行程开关还原到正常位置。然后万用表检查电源电压是否正常,有否缺相或严重不平衡。再进行通电检查,检查的顺序为:先检查控制电路,后检查主电路;先

19、检查辅助系统,后检查主传动系统;先检查交流系统,后检查直流系统;合上开关,观察各电气元件是否按要求动作,有否冒火、冒烟、熔断器熔断的现象,直至查到发生故障的部位。2机床电器设备故障诊断方法机床电气故障的检修方法较多,常用的有电压法、电阻法和短接法等。1)电压测量法:指利用万用表测量机床电气线路上某两点间的电压值来判断故障点的范围或故障元件的方法。分阶测量法 电压的分阶测量法如图3-8所示。检查时,首先用万用表测量1、7两点间的电压,若电路正常应为380V。然后按住起动按钮SB2不放,同时将黑色表棒接到点7上,红色表棒按6、5、4、3、2标号依次向前移动,分别测量7-6、7-5、7-4、7-3、

20、7-2各阶之间的电压,电路正常情况下,各阶的电压值均为380V。如测到7-6之间无电压,说明是断路故障,此时可将红色表棒向前移,当移至某点(如2点)时电压正常,说明点2以前的触头或接线有断路故障。一般是点2后第一个触点(即刚跨过的停止按钮SB1的触头)或连接线断路。图3-8 电压的分阶测量法 图3-9 电压的分段测量法分段测量法 电压的分段测量法如图3-9所示。 先用万用表测试1、7两点,电压值为380V,说明电源电压正常。电压的分段测试法是将红、黑两根表棒逐段测量相邻两标号点1-2、2-3、3-4、4-5、5-6、6-7间的电压。如电路正常,按SB2后,除 6-7两点间的电压等于380V之外

21、,其他任何相邻两点间的电压值均为零。如按下起动按钮SB2,接触器KM1不吸合,说明发生断路故障,此时可用电压表逐段测试各相邻两点间的电压。如测量到某相邻两点间的电压为380V时,说明这两点间所包含的触点、连接导线接触不良或有断路故障。例如标号4-5两点间的电压为380V,说明接触器KM2的常闭触点接触不良。2)电阻测量法:指利用万用表测量机床电气线路上某两点间的电阻值来判断故障点的范围或故障元件的方法。分阶测量法。分段测量法。电阻测量法注意点:i)用电阻测量法检查故障时一定要断开电源。ii)如被测的电路与其他电路并联时,必须将该电路与其他电路断开,否则所测得的电阻值是不准确的。iii)测量高电

22、阻值的电气元件时,把万用表的选择开关旋转至适合电阻挡。3)短接法:指用导线将机床线路中两等电位点短接,以缩小故障范围,从而确定故障范围或故障点。局部短接法长短接法短接法检查注意点:i)短接法是用手拿绝缘导线带电操作的,所以一定要注意安全,避免触电事故发生。ii)短接法只适用于检查压降极小的导线和触头之类的断路故障。对于压降较大的电器,如电阻、线圈、绕组等断路故障,不能采用短接法,否则会出现短路故障。iii)对于机床的某些要害部位,必须保障电气设备或机械部位不会出现事故的情况下才能使用短接法。3. 机床线路排故举例下面举例说明这三种常用检修方法在车床发生能耗制动故障时的应用。1)主电路故障的排除

23、在主电路中,通过单管整流,把交流电变成直流电,接入电动机的定子绕组,产生一个与电动机转子旋转方向相反的制动力矩,从而使电动机迅速停车。能耗制动故障在主电路中常见的有熔断器FU2和二极管VD的损坏或接触不良、KM4的各触点及各连接点的接触情况,用万用表逐一检查即可查出故障点。例1 若主电路中KM4(V11W12)上203线松脱,用电阻法查找此故障点。选择万用表的RX10电阻档,一表棒(因二极管具有单向导电性,故在此选择红表棒)放在V11点不动,另一表棒(即黑表棒)从201点逐步往下移动,并在经过KM4触点时,强行使KM4触点闭合(只需按住KM4的衔铁不放)。若在测量过程中,测量到V11与某点间(

24、如KM4上的203点)的电阻值为无穷大时,则该点(KM4上的203点)或该元件(KM4触点)即为故障点。2)KT线圈支路故障的排除KT线圈通电的路径是:01FU502S1(02-12)KM1(12-13)KM4(13-16)KT线圈00例2 KT线圈不得电,若故障点在触点KT的16号线,用电压法查找此故障点。选择万用表的交流电压250V量程,一表棒放在02线不动,另一表棒依次放在12、13、16、00号线上,当万用表有电压指示(此处为127V)时,故障点也就是该点或该元件。本例中当另一表棒移至KT上的16号线时,万用表仍无电压指示,而移至KT上的0号线时,会有127V的电压指示,此时即可确定故

25、障点为KT上的16号线。3)KM4线圈支路故障的排除KM4线圈通电的路径是:01FU502KT(02-13)KM1(13-14)KM2(14-15)KM4线圈00例3 KM4线圈不得电,若故障点在触点KM1(13-14)上的14号线上,用短路法查找此故障点。因KT能得电,若线路中只有一个故障点,则此时故障现象应是KT吸合不释放,可将等电位点13号线与15号线短接,若此时KM4线圈能得电,说明故障范围在13号线与15号线之间,可在断电情况下,用电阻法很快可查找到此故障点。第二部分 课堂演示一、 C6140车床电气控制线路C6140车床电气元件布局图和线路故障图见SX-602机床电气技能考核鉴定柜

26、。通过课堂演示体会车床的动作原理,掌握C6140车床电气控制线路常见故障及排除方法。二、演示步骤1对照C6140车床电气元件布局图,找到各元器件的实际位置。2按C6140车床电气线路图将电动机的线接好。3将C6140车床考核柜中故障开关置正常位置,接通电源进行正常运行操作:主轴电动机M1起动、停止操作(自然停车);冷却泵电动机M2的起动、停止操作;快速电动机M3的起动。4故障分析查找与排除练习:断开电源,人为设置故障点2-3处(共有11个故障点),限定时间内分析故障范围并用仪表排除故障;接通电源,按正常情况下操作各主令电器,观察不正常故障现象并记录下来,再进行分析检查、排除;排除故障后,重新接

27、通电源,按正常进行要求再操作一遍,动作正常后,断开电源。5实验结束,断开电源,拆线,整理电气设备等。三、边学边议.人为设置故障点,让学生观察现象并解释原因。.将C1、C8两个故障开关断开,让学生先分析可能出现的现象,再演示。第三部分 基本技能训练实训一 X62W型万能铣床电路故障排除练习一、实训目的1.熟悉X62W铣床的电气接线。2.理解X62W铣床的电气控制原理。3.掌握X62W铣床常见故障的排除。二、实训设备和元器件1. 常用电工工具1套;2万用表1只;3X62W铣床考核鉴定柜1套。三、实训电路图3-14 X62W铣床电气控制线路图四、实训操作内容及要求1熟悉图示X62W铣床电气控制原理图

28、,找到各元器件的实际位置。2记录接触器、热继电器、行程开关、控制按钮、电动机铭牌、型号、规格。3按图3-14将电动机的线接好。4将X62W铣床考核柜中故障开关置正常位置,合上电源断路器,分别操作各按钮、转换开关和行程开关,实现主轴电动机M1起动与停车、工作台的快速移动、工作台进给运动的控制和冷却泵电机的起停控制等。5小组成员间互设-个故障,仔细观察电器及电动机的动作、运行情况,通过分析与检测找到故障处,提出故障排除方法。6实验结束,断开电源,拆线,整理电气设备等。五、实训报告与考核要求(一)实训报告1X62W铣床工作台不能几个方向同时移动,为什么设置这样的联锁?2X62W铣床主轴可正反转,但无

29、进给及快速移动,试分析故障原因何在?3总结实验中出现异常现象,试分析原因并写出收获、体会。(二)考核要求(考核时间1小时)序号项目评分标准配分扣分得分1观察故障现象两个故障,观察不出故障现象,每个扣分102故障分析每个故障25分。范围判断不正确,每次扣10分;范围过大或过小,每超过1个元器件扣5分503故障排除不能排除故障,每个扣20分404其它不能正确使用仪表扣5分;拆卸无关端子、元器件扣5分;扩大故障范围扣5分;损坏元器件扣20分;违反安全规程,造成事故者酌情扣分从总分中倒扣分第四部分 综合项目项目一 摇臂钻床电气系统的设计与制做一、工作任务 钻床是一种孔加工机床。可用来钻孔、扩孔、铰孔、

30、攻丝及修刮端面等多种形式加工。在各种钻床中,摇臂钻床操作方便、灵活,适用范围广,具有典型性,特别适于单件或批量生产中加工多孔的大型零件。试为摇臂钻床设计一套电气系统,要求满足控制的实际需要,且可靠性较好、操修方便、性价合理。图3-15 摇臂钻床的结构二、控制要求摇臂钻床运动部件较多,因此采用多电机拖动。通常设有主轴电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机及冷却泵电动机。2摇臂钻床为适应多种形式的加工,要求具有多种切削速度,主轴的旋转和进给速度的控制一般由机械方法实现。主轴的旋转运动与进给运动由一台电动机拖动。3. 为了加工螺纹,主轴要求正反转。摇臂钻床主轴正反转一般由液压系统实现。4. 摇臂沿外立

31、柱的升降由电动机的正反转实现。外立柱绕內立柱的旋转靠人力作用实现。5. 应具有必要的连锁与保护。控制。这是为了满足控制的实际需要,要记住实际需要和使用方便是控制系统的最高追求。三、教学设计1.分组与布置任务2.确定工程解决方案和控制电路3.方案验证4.学习评价注:图3-16 Z35型摇臂钻床电原理图 供参考。实训图3-16 Z35型摇臂钻床电原理习题与思考题3-1 电气原理图常用什么分析方法?简述机床电气原理图的分析步骤。3-2 机床设备控制电路常用哪些保护措施?3-3 试述C6140T车床的能耗制动工作过程?3-4 C6140T车床主轴电动机能起动,但快进电动机M3不能起动,分析原因。3-5 C6140T车床主轴电动机能起动,但迅速停车,故障何在?如何检查?3-6 操作C6140T车床的主轴起动按钮SB2,什么动作也没有,用电压法检查故障。3-7 试述X62W铣床主轴变速的操作过程,在主轴转与主轴不转时,进行主轴变速,电路工作情况有何不同?3-8 X62W铣床主轴停车时不能迅速停车,故障何在?如何检查?3-9 若X62W铣床工作台只能左、右和前、下运动,不能进行后、上运动,故障原因是什么?若工作台能左、右、前、后运动,不能进行上、下运动,故障原因又是什么?3-10 X62W铣床主轴可正反转,但无进给及快速移动,试分析故障原因何在?

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