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1、机床电气控制设计,第3章,授课教师：李 梅授课班级：10级数控（3）,机床一般都是由机械与电气两大部分组成的，设计一台机床，首先要明确该机床的技术要求，拟定总体技术方案。机床的电气设计是机床设计的重要组成部分，机床的电气设计应满足机床的总体技术方案要求。,3.1 机床电气控制设计的基本内容,3.1.1 机床电气控制设计的内容,1拟定电气控制设计的技术条件(任务书)，2选择并确定电气拖动方案与电气拖动控制方案；3选择传动电动机；4设计电气控制原理图;5选择电气元件，制订电机和电气元件明细表；设计操作台、电器柜、非标准电器元件；绘制电气安装图、位置图和接线图；8.编写机床电气使用说明书。,3.1.
2、2 电气控制设计的技术条件,电气设计的技术条件通常是以设计技术任务书的形式表达的。它是整个电气设计的依据。在任务书中，除了简要说明所设计的机械设备的型号、用途、工艺过程、技术性能、传动参数以及现场工作条件凡还必须说明:,用户供电电网的种类（直流或交流）、电压、频率及容量；有关操作方面的要求，如操作台的布置，操作按钮的设置和作用，测量仪表的种类以及显示、报警和照明要求等；有关电力拖动的基本特性，如运动部件的数量和用途、负载 特性、调速范围和平滑性，电动机的启动、反向和制动的要 求等等；有关电气控制的特性，如电气控制的基本方式自动工作循环 的组成自动控制的动作程序，电气保护及联锁条件等；机床主要电
3、气设备(如电动机、执行电器和行程开关等)的布 置草图。,3.1.2 电气设计的技术条件,3.1.3 机床电气控制方案的确定,合理选择电气控制方案是简便、可靠、经济地实现工艺要求的重要步骤。而控制方案的选择与传动形式的选择紧密相关。在选择传动形式时，要预先考虑到如何实现控制；而选择控制方案时，一定要在传动形式选择之后才能进行。,选择控制方式所要遵循的原则是：,1控制方式应与设备通用化和专用化的程度相适应,一般普通机床 和专用机床,继电接触控制系统,万能机床,可编程序控制器,数控机床,CNC,3.1.3 机床电气控制方案的确定,2控制系统的工作方式应在经济、安全的前提下最大限度地 满足工艺要求 作
4、为控制方案，应考虑采用自动循环或半自动循环、手动调整、动作程序的变更、控制系统的检测，各个运动之间的联锁、各种保护、故障诊断、信号指示、照明以及操作方便等问题。,3.1.3 机床电气控制方案的确定,3控制线路的电源,当控制系统所用电器的数量较多时，可采用直流低压供电。这样，可节省安装空间，便于与无触点元件联接，动作平稳，检修操作安全等。在电器控制线路比较简单，电器元件不多的情况下，应尽可能用主回路电源作为控制回路电源，即可直接用交流380V或220V，简化供电设备。对于比较复杂的控制线路，控制电路应采用控制电源变压器，将控制电压由交流380V或220V降至110V或48V、24V等。这是从安全
5、角度考虑的。一般机床照明电路为36V以下电源。直流控制线路多用220v或110v。对于直流电磁铁、电磁离合器，常用24V直流电源供电。,3.1.3 机床电气控制方案的确定,4控制方式随控制过程的复杂程度而变化,3.1.3 机床电气控制方案的确定,5自动化程度要与实际情况相适应,3.1.4 机床电气设计的原则,1最大限度地满足生产需要，实现生产机械和加工工艺对电气控制的要求；2电气控制电路应力求安全、可靠、经济、实用、使用维护方便。尽量选用标准的、常用的或经过实际考验的电路和环节；3电路图中图形符号及文字符号一律按国家标准绘制。,3.2 机床电路图的绘制,3.2.1 图纸幅面及格式,1幅面；2格
6、式；3标题栏；4图线；5.字体。,(1)电气控制原理图(简称电气原理图)电气原理图是根据生产机械运动形式对电气控制系统提出的要求,采用国家标准规定的电气图形符号和文字符号,按照电气设备和电器的工作顺序,详细表示电路、设备或成套装置的全部基本组成和连接关系，而不考虑实际位置的一种简图。,3.2.2 电气控制线路图的绘制原则,图3-1卧式车床的电气原理,3.2.2 电气控制线路图的绘制原则,1)画电气原理图时,应尽可能减少线条和避免线条交叉,对有直接电联系的交叉导线连接点,要用小黑圆点表示，如图3-2所示。,2)图面区域的划分(对于简单的电路此项可省略)。,图3-2交叉导线的绘制,3.2.2 电气
7、控制线路图的绘制原则,接触器触头位置的索引。在每个接触器线圈的文字符号下方画两条竖线，分成左、中、右三栏，把主触头所在图区号标在左边，辅助常开触头所在的图区号标在中间，辅助常闭触头所在的图区号标在右边，对备而未用的触头，在相应的栏中用“”示出或不进行标注。表3-1为图3-1中接触器KM触头索引的解释。,3)接触器、继电器触头位置的索引(对于简单的电路此项可省略)。,3.2.2 电气控制线路图的绘制原则,继电器触点位置的索引。在每个继电器线圈的文字符号下方画一条竖线，分成左、右两栏，常开触头所在的图区号标在左边，常闭触点所在的图区号标在右边，对备而未用的触头，在相应的栏中用“”示出或不进行标注。
8、表3-2为图3-1中继电器KA2触点索引的解释。,表3-1接触器KM触头索引含义,3.2.2 电气控制线路图的绘制原则,表3-2继电器KA2触点索引的含义,(2)电气原理图中的编号规则及技术数据的附注 电气原理图采用电路编号法,即对电气原理图中的各个接点用字母或者数字进行编号。1)主电路采用字母加数字编号。,3.2.2 电气控制线路图的绘制原则,2)控制电路编号按等电位原则从上至下、从左至右的顺序用阿拉伯数字依次编号,每经过一个电气元器件后,编号要依次递增。3)技术数据的附注。表明各电源电路的电压值、极性或频率及相数。标出熔断器熔体的额定电流值和热继电器的动作电流值范围及电流整定值。标出电动机
9、的参数，如转速、极数、功率、型号等。,标出导线的根数、直径、颜色、型号等。,3.2.2 电气控制线路图的绘制原则,3.3 提高机床电气控制电路的可靠性,3.3.1 简化电路、减少电路、电器触点，提高电路可靠性、合理性,1尽量减少电器线路的电源种类；2尽量减少电器的数量、电器上元件的使用数量；3尽量减少管线数量和缩短连接导线的长度；4正确连接电器的线圈；5.正确连接电器的触头；6.尽量减少电器通电的数量；7.应尽量减少控制环节；8.应避免出现寄生回路；9.避免“临界竞争和冒险现象”的产生；10.保证控制电路工作可靠和安全。,3.3.2 具有完善的保护环节,1电流型保护：短路保护；过电流保护；过载
10、保护；欠电流保护；断相保护。2电压型保护：失压保护；欠压保护；过电压保护。3位置保护；4温度、压力、流量、转速等保护；,3.4 电气控制电路的设计方法,3.4.1 设计电气控制电路的基本步骤,1根据选定的拖动方案及控制方案设计系统框图，拟定出各部分的主要技术要求和主要技术参数；2根据各部分的要求，设计出系统框图中各个部分的具体电路；3绘制总电路图；4正确选用电路图中每一个电器元件，并列出元件目录清单。,3.4.2 控制线路的经验设计法,1经验设计法的纳基本步骤,（1）收集分析国内外现有同类设备的相关资料，使所设计的控制系统合理，满足设计要求。,（2）控制线路设计。一般的机床电气控制线路设计包括
11、主电路、控制电路和辅助电路等设计。首先进行主电路设计。主要是考虑从电源到执行元件(例如电动机)之间的线路设计。然后进行控制电路设计。本部分主要考虑如何满足电动机的各种运动功能及生产工艺要求，包括实现加工过程自动化或半自动化的控制等。即本部分就是完成正确地“选择”和有机地“组合”的任务。最后考虑如何完善整个控制电路的设计、各种保护、联锁以及信号、照明等辅助电路的设计。,3.4.2 控制线路的经验设计法,（3）全面检查所设计电路，有条件时，进行模拟试验，以进一步完善设计。（4）合理选择各电器元件。,3.4.2 控制线路的经验设计法,2基本特点,（1）其设计过程是逐步完善的，一般不易获得最佳设计方案
12、。但该方法简单易行，使用很广。（2）需反复修改，影响设计速度。（3）需要一定的经验，设计中往往会因考虑不周而影响电路的可靠性。（4）一般需要进行模拟试验。,3.4.2 控制线路的经验设计法,3提高经验设计法可靠性的注意事项,（1）应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的现象。如4.1所示，（a）中继电器1K得电动作后，2K才动作，而后3K才能接通得电。3K的动作要通过lK和2K二个电器的动作；但（b）中3K的动作只需1K电器动作，而且只需经过一对触头，工作可靠。,图4.1 触头的合理使用（a）不适当（b）适当,3.4.2 控制线路的经验设计法,（2）设计线路时，应正确联结电器的线圈。,1
13、）在设计控制线路时，电器线圈的一端应接在电源的同一端，如图4.2（a）所示，继电器、接触器以及其它电器的线圈一端统一接在电源的同一侧，使所有电器的触头在电源的另一侧。这样当某一电器的触头发生短路故障时，不致引起电源短路。同时安装接线也方便。,3.4.2 控制线路的经验设计法,2）交流电器线圈不能串联使用。两个交流电器的线圈串联使用，至少一个线圈至多得到1/2的电源电压，又由于吸合的时间不尽相同，只要有一个电器吸合动作，它的线圈上的压降也就增大，从而使另一电器达不到所需要的动作电压。如图4.2（b），1KM与2KM串联是错误的。,3.4.2 控制线路的经验设计法,（3）在控制线路中应尽量减少电器
14、触头数。在控制线路中，应尽量减少触头，以提高线路的可靠性。在简化、合并触头过程中，主要着眼点应放在同类性质触头的合并，或一个触头能完成的动作，不用两个触头。在简化过程中应注意触头的额定电流是否允许，也应考虑对其它回路的影响。在图4.3中，列举了一些触头简化的例子。,3.4.2 控制线路的经验设计法,图4.3 触头的简化与合并,3.4.2 控制线路的经验设计法,（4）在设计控制线路时，应尽量减少联接导线的数量与长度。如图4.4中，（c）、（d）是不适当的接线方法，而（a）、（b）是适当的。因为按钮在按钮站(或操作台)，电器在电器柜里，从（a）看向按钮站的实际引线是三条，而（c）则是四条。（b）、
15、（d）考虑到1SB与3SB和2SB与4SB分别两地操作，则（b）就比（d）少用了连接导线。,3.4.2 控制线路的经验设计法,图4.4 电器元件的合理接线,3.4.2 控制线路的经验设计法,(5)在设计控制线路时应考虑各种联锁关系，以及电气系统具有的各种电气保护措施，例如过载、短路、欠压、零位、限位等保护措施。(6)在设计控制线路时也应考虑有关操纵、故障检查、检测仪表、信号指示、报警以及照明等要求。,3.4.2 控制线路的经验设计法,3.4.3 控制线路的逻辑设计法,1逻辑设计法的基本概念 逻辑设计法，主要是根据生产工艺的要求（工作循环、液压系统图等），将控制线路中的接触器、继电器线圈的通电与
16、断电，触头的闭合与断开，以及主令元件的接通和断开等，看成逻辑变量。并将这些逻辑变量关系表示为逻辑函数的关系式，再运用逻辑函数基本公式和运算规律，对逻辑函数式进行简化，然后由简化的逻辑函数式画出相应的线路原理图，最后再进一步检查、化简和完善，以期获得既满足工艺要求，又经济合理的最佳设计方案。,2逻辑设计法的一般步骤（1）按工艺要求作出工作循环图；（2）确定执行元件与检测元件，并作出执行元件节拍表和检测元件 状态表；（3）根据检测元件状态表写出各程序的特征数，并确定待相区分组，设置中间记忆元件，使各待相区分组所有程序能区分开。（4）列写中间记忆元件开关逻辑函数及其执行元件动作逻辑函数式，并画出相应
17、的电路图。（5）对按逻辑函数式画出的控制电路进行检查、化简和完善。,3.4.3 控制线路的逻辑设计法,逻辑设计法与经验设计法相比，采用逻辑设计法设计的电路较为合理，能节省所用元件的数量，能求得某逻辑功能的最简电路，但逻辑设计法整个设计过程较复杂，对于一些复杂的控制要求，还必须设许多新的条件，同时对电路竞争问题也较难处理。因此，在一般的电器控制线路设计中，逻辑设计法仅为经验设计法的辅助和补充。,3.4.3 控制线路的逻辑设计法,3.5 位置图和接线图的绘制,图3-4电气接线（接线图）,图3-3电气的安装（位置图）,3.5 电器位置图及接线图的绘制,3.5 电器位置图及接线图的绘制,1、电器布置原
18、则(1)体积达和较重的电器应安装在控制板的下面；(2)安放发热元件时，必须注意电柜内所有元件的温升保持在它们的 允许极限内。对散热量很大的元件，必须隔开安装，必要时可采 用风冷；(3)为提高电子设备的抗干扰能力，除采取接参考电位电路或公共连 接等措施外，还必须把灵敏的元件分开、屏蔽或分开屏蔽；(4)元件的安排必须遵守规定的间隔和爬电距离，并考虑有关的维修 条件，经常需要维护检修操作调整地电器，安装位置要适中。(5)尽量把外形尺寸相同的电器元件安装在一起，以利于安装和补充 加工。布置要适当、匀称、整齐、美观。,2、常用配线方式（1）根据机床电器布置位置，绘制机床内部接线图。对于简单的电 气系统，
19、可直接画出两个元件之间的连线。对于复杂的电气系 统，接线关系采用符号标准，不直接画出两元件之间的连线；（2）分线盒进线和出线的接线关系要表示清楚，接线板的线号要排 列清晰，且便于查找及配线施工。,3.5 电器位置图及接线图的绘制,3.5 电器位置图及接线图的绘制,3电气元件位置图的绘制 元件位置图上必须明确电器元件（如接线板、插接件、部件和组件等）的安装位置。其代号必须与有关电路图和清单上所用的代号一致，并注明有关接线安装的技术条件。位置图一般还应留出为改进设计所需要的空间及导线槽（管）的位置。,3.5 电器位置图及接线图的绘制,4检查与试验（1）各种需要的技术文件是否齐全，是否无差错；（2）各种安全保障措施是否安全；（3）控制电路能否满足机床操作的各种功能；（4）各个电器元件安装是否正确和牢靠；（5）按规定作绝缘试验、耐压试验、保护导线连续性试验、机床的 空载例行试验及机床的负载形式试验。,3.5 电器位置图及接线图的绘制,
