1.5 典型电气控制

1.5.1 液压系统的电气控制

组合机床上最主要的通用部件是动力头和动力滑台，它们是完成刀具切削运动和进给运动的部件。通常将能同时完成切削运动和进给运动的动力部件称为动力头，而将只能完成进给运动的动力部件称为动力滑台。动力滑台按结构分为机械动力滑台和液压动力滑台两种，可配制成卧式或立式组合机床。

1.动力滑台的工作循环

动力滑台配置不同的控制线路，可完成多种自动工作循环，其基本工作循环有以下6种。

①一次工作进给：快进-工进-快退。

②带延时的一次工作进给：快进-工进-延时停留-快退。

③双向工作进给：快进-工进-反向工进-快退。

④二次工作进给：快进-一次工进-二次工进-快退。

⑤跳跃进给：快进-工进-快进-工进-快退。

⑥分级进给：快进-工进-快退-快进-工进-快退，快进-工进-快退。

液压滑台由滑台、滑座和液压缸三部分组成。液压动力滑台是利用液压油，使液压缸拖动滑台向前或向后运动的。滑台的自动工作循环是由电气控制液压系统来实现的。

2.具有一次进给的液压动力滑台电气控制线路

液压动力滑台的自动工作循环是由电气控制线路控制液压系统来实现的。一次进给的液压动力滑台的液压系统与电气控制图如图1-25所示。

1）液压系统构成

（1）动力装置：液压泵YB，途中带箭头表示为变量泵。液压泵由电动机拖动。

（2）执行机构：液压缸YG，图中为单活塞杆油缸。

（3）控制调节机构：节流阀L，电磁换向阀1YV、2YV，其中1YV为三位五通电磁阀，2YV为二位二通电磁阀，它们分别由电磁铁1YA、2YA、3YA推动滑阀移动来控制液体流动方向。

（4）辅助装置：过滤器1U、2U，油箱，油管等。

2）液压与电气控制工作过程

（1）动力滑台原位停止。在图1-25中，动力滑台由液压缸YG带动，可做前后进给运动。当电磁铁1YA、2YA、3YA都断电时，电磁换向阀1YV处于中间位置，动力滑台停止不动。动力滑台在原位时，限位开关SQ1由挡铁压下，SQ1的常开触点闭合，常闭触点断开。

（2）动力滑台快速进给。将转换开关S放在位置1，按下启动按钮SB1，中间继电器K1线圈得电动作并自锁，它的常开触点使电磁铁1YA、3YA通电。1YA得电使三位五通电磁阀1YV的阀芯推向右端，液压缸左腔和压力油接通；3YA通电使二位二通阀2YV的阀芯也推向右端，液压缸右腔的回油也回到液压缸左腔，构成液压差动回路，液压缸YG拖动动力滑台向前快进。当滑台离开原位时，SQ常闭触点复位，常开触点断开。

（3）动力滑台工作进给。在动力滑台快进过程中，当挡铁压动行程开关SQ3时，其常开触点闭合，使中间继电器K2得电动作，K2的常闭触点断开使电磁铁3YA失电，电磁阀2YV复位，液压差动回路断开，进入液压缸左腔流量减小，动力滑台由快速进给自动转换为工作进给。

（4）动力滑台快退。当动力滑台进给到达终点时，挡铁压动行程开关SQ4，SQ4的常开触点闭合，使继电器K3线圈得电并自锁，K3的常闭触点打开，电磁铁1YA失电，电磁换向阀1YV回中位，压力油直接回油箱，动力滑台停止工作。紧接着，K3的常开触点闭合，电磁铁2YA得电，电磁阀1YV阀芯推向左端，压力油进入液压缸右腔，左腔油回油箱，使动力滑台快速退回。当动力滑台退回原位时，SQ1被压下，SQ1的常闭触点断开，使K3失电。此时电磁铁1YA、2YA、3YA都处于断电状态，动力滑台停在原位。当动力滑台不在原位而需要快退时，可按下按钮SB2，使K3线圈得电，K3触点动作，使电磁铁2YA得电，动力滑台实现快退，一直退到原位压下SQ1，2YA失电，动力滑台停止。

（5）动力滑台点动调整。当动力滑台不在原位时，可实现向前点动调整。首先将转换开关S放在位置2，按下启动按钮SB1，接通K1，使电磁铁1YA、3YA得电，动力滑台可向前快进，由于K1不能自锁，因此松开SB1后，动力滑台立即停止，实现动力滑台向前点动调整。

1.5.2 交流异步电动机制动的电气控制

由于电动机转动和负载的惯性，三相笼型异步电动机从切断电源到完全停止旋转，需要经过一段时间。为了缩短辅助时间、提高生产效率及安全生产，要求电动机能够迅速停车。同时在机床上，由异步电动机拖动的工作台、工作轴等都要求能够迅速停止和准确定位，这就需要对电动机进行制动，强迫其立即停车。电动机的制动是当电动机切断电源后，依靠外加的作用使电动机迅速停转的一种控制。电动机的制动方式有机械制动和电气制动两大类。机械制动是采用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的制动方法，如电磁抱闸、电磁离合器等电磁制动器。电气制动实质上是使电动机产生一个与转子原来转动方向相反的制动转矩，迫使电动机转速迅速下降。机床中常用的电气制动有能耗制动和反接制动两种。

1.能耗制动

能耗制动就是在电动机脱离三相交流电源后，立即将定子绕组接通直流电源，此时直流电流会在定子内产生一个静止的直流磁场，转子因惯性在磁场内旋转，并在转子导体中产生感应电动势。转子内有感应电流流过，该感应电流与定子静直流磁场相互作用消耗电动机转子惯性能量而产生制动转矩，使电动机迅速减速；当转子转速接近零时，切除直流电源。

能耗制动可以根据时间控制原则，用时间及电气进行控制；也可以根据速度控制原则，用速度继电器进行控制。

如图1-26所示为按时间原则进行电动机能耗制动的控制电路。

1）电路构成

主回路由电源开关Q、熔断器FU1、电动机运行交流接触器KM1常开主触点、热继电器、电动机、能耗制动交流接触器KM2常开主触点、时间继电器KT、整流变压器T及桥式整流电路VC、限流电阻RP构成。

控制回路由熔断器FU2、电动机运行交流接触器KM1的线圈及其常开常闭辅助触点、能耗制动交流接触器KM2的线圈及其常开常闭辅助触点、时间继电器KT的线圈及其常开常闭触点、启动按钮SB2、停止按钮SB1构成。

2）工作原理

（1）启动运转。当按下启动按钮SB2后，电动机运行交流接触器KM1的线圈得电，KM1主触点闭合，电动机得电运转，KM1常开辅助触点闭合使KM1处于得电自锁状态；同时，KM1常闭辅助触点断开，使KM2线圈处于断电电气互锁状态。

（2）停止耗能制动。当按下停止按钮SB1后，其常闭触点断开使KM1线圈失电，切断主电路中电动机的三相电源；SB1的常开辅助触点随后闭合，KM2、KT线圈同时得电，KT的常开触点闭合且自锁，KM2的常闭辅助触点断开，使KM1的线圈处于断电电气互锁状态。经过变压整流后的直流电流通过KM2的主触点接入电动机定子绕组，开始能耗制动，其转速迅速下降。当转速接近零时，KT的整定时间到，KT的延时常闭触点打开，KM2和KT的线圈相继断电，能耗制动过程结束。制动强度可通过调整可变限流电阻RP调整制动电流，从而调整制动强度。

3）特点

电动机运转和制动状态通过交流接触器常闭触点电气互锁，制动强度可调。

2.能耗制动电动机反接制动控制线路

电动机反接制动是在电动机切断正常运转电源的同时改变电动机定子绕组的电源相序，使之有反转趋势而产生较大的制动力矩的方法。反接制动的实质是使电动机欲反转而制动，因此当电动机的转速接近零时，应立即切断反接转制动电源，否则电动机会反转。

由于电动机的制动时间与负载力矩的大小等因素有关，因此按时间原则控制电动机的制动过程是很不准确的。为了准确地控制电动机的制动，在电动机转速接近零时应及时切断反相电源，防止反转现象的发生。在实际控制中，一般采用速度继电器来自动切断制动电源。

由于电动机反接制动时，转子与定子旋转磁场间的速度接近于两倍的同步转速，所以定子绕组中流过的反接制动电流相当于全电压直接启动时的两倍，通常只适用于10kW以下的小容量电动机。在进行反接制动时，必须在电动机每相定子绕组中串接一定的电阻，以限制反接制动电流，避免绕组过热和机械冲击。

反接制动电阻有对称和不对称两种接法，采用对称电阻接法可在限制制动力矩的同时，也限制制动电流；而采用不对称电阻的接法，只限制了制动力矩，未加电阻的那一相，仍具有较大的电流。

如图1-27所示为电动机单向转动反接制动控制电路。

1）电路构成

主回路由电源开关Q、熔断器FU1、电动机启动交流接触器KM1常开主触点、制动交流接触器KM2常开主触点、制动电阻R、热继电器FR、电动机及速度继电器KV构成。

控制回路由熔断器FU2、热继电器常闭触点、电动机启动交流接触器KM1的线圈及其常开常闭辅助触点、制动交流接触器KM2的线圈及其常开常闭触点、速度继电器常开触点KV、启动按钮SB2、停止按钮SB1构成。

2）工作原理

（1）启动控制。按下启动按钮SB2后，其常开触点闭合，电动机启动交流接触器KM1的线圈得电吸合，KM1常开主触点闭合，电动机得电运转，KM1常开辅助触点闭合使其处于得电自锁状态，KV常开触点闭合，为反接制动做好准备。同时，KM1的常闭辅助触点断开，使KM2处于未得电状态，构成电气互锁。

（2）停止反接制动。按下停止按钮SB1后，其常闭触点先断开，电动机启动交流接触器KM1的线圈失电，切断电动机的正序电源，但因惯性，电动机仍以很高的速度继续朝原方向旋转，KV的常开触点仍保持闭合，然后KM1断开的常闭辅助触点闭合。随后SB1的常开触点闭合，KM2的线圈得电，其常开主触点闭合，常开辅助触点闭合处于自锁状态，电动机的定子串接两相电阻进行反接制动，且KM2的常闭辅助触点断开，构成电气互锁。当电动机的转速低于速度继电器的常开触点KV断开动作值时（如100r/min），KV的常开触点复位，KM2线圈失电，断开了电动机的反相序电源，电动机自然停车。

3）特点

根据速度继电器进行的反接制动比按时间原则控制电动机的制动过程准确，但制动电阻耗能发热。