电气控制与西门子PLC应用技术
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3.2 X62W型卧式万能铣床电气控制电路

铣床主要是用于加工零件的平面、斜面、沟槽等型面的机床,装上分度头以后,可以加工直齿轮或螺旋面,装上回转圆工作台则可以加工凸轮和弧形槽。铣床的种类很多,有卧铣、立铣、龙门铣、仿形铣以及各种专用铣床。X62W卧式万能铣床是应用最广泛的铣床之一,其结构如图3-4所示。

图3-4 X62W万能铣床外形简图

1—底座;2—立柱;3—悬梁;4—主轴;
5—刀杆支架;6—工作台;7—床鞍;
8—升降台;9—回转台

3.2.1 电力拖动特点与控制要求

主运动和进给运动之间没有一定的速度比例要求,分别由单独的电动机拖动。

主轴电动机空载时可直接启动。要求有正反转实现顺铣和逆铣。根据铣刀的种类提前预选方向,加工中不变换旋转方向。由于主轴变速机构惯性大,主轴电动机应有制动装置。

根据工艺要求,主轴旋转与工作台进给应有先后顺序控制。加工开始前,先开动主轴,才能进行工作台的进给运动。加工结束时,必须在铣刀停止转动前停止进给运动。

进给电动机拖动工作台完成纵向、横向和垂直方向的进给运动,方向选择通过操作手柄改变传动链实现,每种方向要求电动机有正反转运动。任一时刻,工作台只能向一个方向移动,故各方向间要有必要的联锁控制。为提高生产率,缩短调整运动的时间,工作台有快速移动。

3.2.2 电气控制电路分析

X62W型铣床控制电路如图3-5所示,包括主电路、控制电路和信号照明电路三部分。

图3-5 X62W型万能铣床电气原理图

(1)主电路

铣床共有三台电动机拖动。M1为主轴电动机,用接触器KM1直接启动,用倒顺开关SA5实现正反转控制,用制动接触器KM2串联不对称电阻R实现反接制动。M2为进给电动机,其正、反转由接触器KM3、KM4实现,快速移动由接触器KM5控制电磁铁YA实现;冷却泵电动机M3由接触器KM6控制。

三台电动机都用热继电器实现过载保护,熔断器FU2实现M2和M3的短路保护,FU1实现M1的短路保护。

(2)控制电路

控制变压器将380V降为127V作为控制电源,降为36V作为机床照明的电源。

① 主轴电动机的控制

a.启动 先将转换开关SA5扳到预选方向位置,闭合QS,按下启动按钮SB1(或SB2),KM1得电并自锁,M1直接启动(M1升速后,速度继电器的触点动作,为反接制动做准备)。

b.制动 按下停止按钮SB3(或SB4),KM1失电,KM2得电,进行反接制动。当M1的转速下降至一定值时,KS的触点自动断开,M1失电,制动过程结束。

② 进给电动机的控制 工作台进给方向有左右(纵向)、前后(横向)、上下(垂直)运动。这六个方向的运动是通过两个手柄(十字形手柄和纵向手柄)操纵四个限位开关(SQ1~SQ4)来完成机械挂挡,接通KM3或KM4,实现M2的正反转而拖动工作台按预选方向进给。十字形手柄和纵向手柄各有两套,分别设在铣床工作台的正面和侧面。

SA1是圆工作台选择开关,设有接通和断开两个位置,三对触点的通断情况如表3-1所示。当不需要圆工作台工作时,将SA1置于断开位置;否则,置于接通位置。

表3-1 圆工作台选择开关SA1触点状态

注:表中“+”表示开关接通,“-”表示开关断开。

a.工作台左右进给运动的控制 左右进给运动由纵向操纵手柄控制,该手柄有左、中、右三个位置,各位置对应的限位开关SQ1、SQ2的工作状态如表3-2所示。

表3-2 左右进给限位开关触点状态

向右运动:主轴启动后,将纵向操作手柄扳向右,挂上纵向离合器,同时压行程开关SQ1,SQ1-1闭合,接触器KM3得电,进给电动机M2正转,拖动工作台向右运动。停止时,将手柄扳回中间位置,纵向进给离合器脱开,SQ1复位,KM3断电,M2停转,工作台停止运动。

向左运动:将纵向操作手柄扳向左,挂上纵向离合器,压行程开关SQ2,SQ2-1闭合,接触器KM4得电,M2反转,拖动工作台向左运动。停止时,将手柄扳回中间位置,纵向进给离合器脱开,同时SQ2复位,KM4断电,M2停转,工作台停止运动。

工作台的左右两端安装有限位撞块,当工作台运行到达终点位置时,撞块撞击手柄,使其回到中间位置,实现工作台的终点停车。

b.工作台前后和上下运动的控制 工作台前后和上下运动由十字形手柄控制,该手柄有上、下、中、前、后五个位置,各位置对应的行程开关SQ3、SQ4的工作状态如表3-3所示。

表3-3 升降、横向限位开关触点状态

向前运动:将十字形手柄扳向前,挂上横向离合器,同时压行程开关SQ3,SQ3-1闭合,接触器KM3得电,进给电动机M2正转,拖动工作台向前运动。

向下运动:将十字形手柄扳向下,挂上垂直离合器,同时压行程开关SQ3,SQ3-1闭合,接触器KM3得电,进给电动机M2正转,拖动工作台向下运动。

向后运动:将十字形手柄扳向后,挂上横向离合器,同时压行程开关SQ4,SQ4-1闭合,接触器KM4得电,进给电动机M2反转,拖动工作台向后运动。

向上运动:将十字形手柄扳向上,挂上垂直离合器,同时压行程开关SQ4,SQ4-1闭合,接触器KM4得电,进给电动机M2反转,拖动工作台向上运动。

停止时,将十字形手柄扳向中间位置,离合器脱开,行程开关SQ3(或SQ4)复位,接触器KM3(或KM4)断电,进给电动机M2停转,工作台停止运动。

工作台的上、下、前、后运动都有极限保护,当工作台运动到极限位置时,撞块撞击十字形手柄,使其回到中间位置,实现工作台的终点停车。

c.工作台的快速移动 工作台的纵向、横向和垂直方向的快速移动由进给电动机M2拖动。工作台工作时,按下启动按钮SB5(或SB6),接触器KM5得电,快速移动电磁铁YA通电,工作台快速移动。松开SB5(或SB6)时,快速移动停止,工作台仍按原方向继续运动。

若要求在主轴不转的情况下进行工作台快速移动,可将主轴换向开关SA5扳到“停止”位置,按下SB1(或SB2),使KM1通电并自锁。操作进给手柄,使进给电动机M2转动,再按下SB5(或SB6),接触器KM5得电,快速移动电磁铁YA通电,工作台快速移动。

d.进给变速时的运动控制 为使变速时齿轮易于啮合,进给速度的变换与主轴变速一样,有瞬时运动环节。进给变速运动由进给变速手柄配合行程开关SQ6实现。先将变速手柄向外拉,选择相应转速;再把手柄用力向外拉至极限位置,并立即推回原位。在手柄拉到极限位置的瞬间,短时压行程开关SQ6使SQ6-2断开,SQ6-1闭合,接触器KM3短时得电,电动机M2短时运转。瞬时接通的电路经SQ2-2、SQ1-2、SQ3-2、SQ4-2四个常闭触点,因此只有当纵向进给以及垂直和横向操纵手柄都置于中间位置时,才能实现变速时的瞬时点动,防止了变速时工作台沿进给方向运动的可能。当齿轮啮合后,手柄推回原位时,SQ6复位,切断瞬时点动电路,进给变速完成。

e.圆工作台控制 为了扩大机床加工能力,可在工作台上安装圆工作台。在使用圆工作台时,应将工作台纵向和十字形手柄都置于中间位置,并将转换开关SA1扳到“接通”位置。SA1-2接通,SA1-1、SA1-3断开。按下按钮SB1(SB2),主轴电动机启动,同时KM3得电,使M2启动,带动圆工作台单方向回转,其旋转速度也可通过蘑菇形变速手柄进行调节。KM3的通电路径为点21→KM4常闭触点→KM3线圈→SA1-2→SQ2-2→SQ1-2→SQ3-2→SQ4-2→SQ6-2→点12。

③ 冷却泵电动机的控制和照明电路 由转换开关SA3控制接触器KM6实现冷却泵电动机M3的启动和停止。

机床的局部照明由变压器T输出36V安全电压,由开关SA4控制照明灯EL。

④ 控制电路的联锁 X62W铣床的运动较多,控制电路较复杂,为安全可靠地工作,必须具有必要的联锁。

a.主运动和进给运动的顺序联锁 进给运动的控制电路接在接触器KM1自锁触点之后,保证了M1启动后(若不需要M1启动,将SA5扳至中间位置)才可启动M2。而主轴停止时,进给立即停止。

b.工作台左、右、上、下、前、后六个运动方向间的联锁 六个运动方向采用机械和电气双重联锁。工作台的左、右用一个手柄控制,手柄本身就能起到左、右运动的联锁。工作台的横向和垂直运动间的联锁,由十字形手柄实现。工作台的纵向与横向垂直运动间的联锁,则利用电气方法实现。行程开关SQ1、SQ2和SQ3、SQ4的常闭触点分别串联后,再并联形成两条通路供给KM3和KM4线圈。若一个手柄扳动后再去扳动另一个手柄,将使两条电路断开,接触器线圈就会断电,工作台停止运动,从而实现运动间的联锁。

c.圆工作台和工作台间的联锁 圆工作台工作时,不允许机床工作台在纵、横、垂直方向上有任何移动。圆工作台转换开关SA1扳到接通位置时,SA1-1、SA1-3切断了机床工作台的进给控制回路,使机床工作台不能在纵、横、垂直方向上做进给运动。圆工作台的控制电路中串联了SQ1-2、SQ2-2、SQ3-2、SQ4-2常闭触点,所以扳动工作台任一方向的进给手柄,都将使圆工作台停止转动,实现了圆工作台和机床工作台纵向、横向及垂直方向运动的联锁控制。