机床电气设计入门知识汇总Newly compiled on November 23, 2020机床设计的入门知识本章介绍机床电气系统设计的一般规则性知识。

第一节：常用机床电路逻辑 一、驱动线圈与触点的关系 （一）线圈与触点接触器、继电器等在机床控制电路中是最典型的参与控制的器件，它们都有自身的线圈和触点。

图 器件触点又分常开（动合）触点和常闭（动断）触点，常开触点在线圈被送电激励的瞬间闭合（接通），常闭触点在线圈被送电激励的瞬间打开（分断）。

我们可以利用对线圈的通/断电来控制常开、常闭触点动作来实现局部电路的通断，并通过适当的触点互连关系来组成控制逻辑。

（二）触点在电路图中的画法触点在电路图中，有两种画法，一是竖着画，一是横着画。

竖画时，遵行左开、右闭的原则，即常开点在左，常闭点在右。

如图3-1。

横画时，遵行上开、下闭的原则，即常开点在上，常闭点在下。

如图3-2。

图3-2：常开、常闭触点横画实际项目使用中，国标符号的基本结构得到比较好的采用，但画法的方向性并不规范，更多的是受个人的制图习惯影响。

二、触点的串联、并联、混联串联：两个触点的首尾相连的连接方式。

图3-3：触点的串联串联的触点必须两个同时接通时，电路才形成通路。

并联：两个触点的首端相连、尾端相连的连接方式。

图3-4：触点的并联并联的触点只要有其中一个接通时，电路就形成通路。

混联：串联、并联相混用的方式。

1、2看做一个触点，它又和3并2串联。

线圈 常开/常闭触三、自锁、互锁、连锁（一）自锁在线圈的控制电路中，使用该线圈本身的触点，保持线圈接通后不再掉电的连接方法叫做自锁。

如图3-6：线圈KM通过按钮SB1送电，接触器KM的辅助触点闭合，使电源被持续送到线圈，这时即使启动按钮SB1松开，线圈KM也持续供电。

KM通过其辅助触点实现了自我锁定，即自锁。

你的控制形式，以杜绝两个事件同时发生。

这类事件如工作台的前进/后退、升降机的上升/下降、电动机的正转/反转等等，都是不允许同时发生的事件。

如果控制电路不可靠，造成同一时间内发生，轻则出现故障，重则诱发重大事故。

图3-7给出了互锁的控制逻辑。

KM1的控制条件满线圈无法在同一时间内送电，KM1KM1线圈也无法送电。

以上图中，（三）连锁连锁是指一个事件的发生作为另一个事件允许或不允许发生的条件，两个事件之间不形成对立，只形成单向锁定关系。

这样的连锁关系在现实生活和设备控制中非常多见：如砂轮不旋转时，不允许工作台工进；吊具不打开到位时，不允许升降机下降；夹具不夹紧时，不允许加工开始等等。

我们可以用前一个事件的发生，作为后一个事件的连锁条件。

图3-7中，如果去掉KM2的辅助触点，那么KM1对KM2就形成了单向的连锁关系，即KM1得电时，KM2不允许得电。

四、启动/停止、点动启动/停止和点动电路是最简单也最常用的电路。

（一）启动/停止电路启动/停止电路需要两个按钮、一个接触器（继电器）来完成。

下图是启动/停止电路图。

KM 的辅助触点闭合，使电源被持续也持续供电，除非通过按钮SB2分断一次，KM 线圈才掉电。

这里的SB1为启动按钮，SB2为停止按钮。

（二）点动电路点动也叫寸动，一般是指对运动机构的控制，即按下按钮时，输出动作，抬起按钮时，输出停止。

/停止的持续运转，又可 设备控制电路常需要设置若干控制方式，最普遍用到的是自动/手动方式，有的设备为方便维修，还设有维修方式、标定方式等。

工作方式一般用主令开关（两位或三位）来选择。

当选择自动时，其自动条件被加到只有自动循环时才允许的动作逻辑中；选择手动时，其手动条件被加到只有手动调整时才允许的动作逻辑中。

KA1、KA2分别为自 下面是一个正反转控制电路。

图3-12：正/反转控制电路自动 手动SB2、SB3分别用于启动正、反转KM1、KM2，同时正、反转通过自身辅助触点自锁和互锁。

互锁控制还通过SB2、SB3实现。

FR 为电动机的保护热继电器，其下的按钮为停止按钮。

第二节：机床电路基本结构传统的机床电路本身又分为主电路和控制电路，前者用于分配电源、驱动电动机，是传输功率比较大的电路；后者用于完成控制逻辑，不用于传输功率。

一、主电路最典型的主电路是电动机驱动电路，同时也包含电子半导体器件电路。

（一）供电体制三相四线制主电路包含A 、B 、C 三相火线和一根零/地线（接在一起），三相五线制主电路包含A 、B 、C 三相火线和一根零线N 、一根地线PE 。

目前轿车公司采用的是三相五线制。

图3-13：三相火线相电压A 、B 、C 之间的电压叫做线电压，为380VAC ；A 、B 、C 对零线的电压叫相电压，为220VAC 。

三相电压之间相位依次相差120°。

（二）火线相序主电路配线需要注意的一个问题是，如果机床上有电动机等对火线相序有要求的电器，ABC 三相顺序就有严格要求。

以三相异步电动机为例。

相序不同时，将造成电机反转，如果一旦接错，可能引发设备事故。

（三）主电路下图是一个晶体管整流、逆变主电路。

交流电通过二极管整流电路得到直流电，再通过IGBT 功率管逆变电路得到脉动交流电。

这是典型的变频器电路的主电路。

图3-14：变频器主电路 图3-15：正、反转电路的主电路上面电路中，FU2左侧为电动机正/反转电路的主电路，反转时，通过KM1进行火线相序的改变，从而获得反转。

控制电路与前面介绍相同。

下图是一个带有变频器的电动机驱动主电路，即可以实现两台电动机的直接启动（KM1、KM3通），又可以实现变频启动（KM2、KM4通）。

图3-16：比较复杂的主电路实例 二、控制电路控制电路指机床逻辑控制部分。

如前面提到的启动/停止、点动、正/反转电路等都是。

U AU BU C相对于晶体管功率电路（主电路）来讲，控制功率器件（如IGBT、SCR等）工作逻辑的电子线路也可以叫做控制电路，这属于电子技术专门课程，此处略。

图3-15中，FU2及其右侧部分即为控制电路。

复杂的机床控制电路可以做到非常复杂，不过，由于PLC技术的普及，现在复杂的机床控制逻辑已经被PLC程序取代。

三、PLC电路PLC是计算机技术发展的产物，由于有了该项技术，机床电气控制变得越来越容易实现，并大幅度节省了硬件配线，降低了故障率。

（一）输入/输出电路PLC电路实际上是控制电路的一部分。

下面是PLC输入/输出电路图。

PLC上边为输入电路，外部开关、按钮等器件被接到PLC输入点，把控制信号传送给PLC；下边为输出电路，PLC的输出控制通过输出点送给外部指示灯、接触器、变频器等执行电器。

图3-17：PLC输入/输出电路（二）程序梯形图PLC程序图是PLC的控制软件部分，是PLC控制设备图纸必不可少的组成，对维修故障时分析设备故障原因非常重要。

它包括梯形图、逻辑图、语句表等形式，后续课程将详细介绍，此处略。

四、机床电路的功率放大作用所谓机床电路的功率放大作用，是指机床动作逻辑不直接被输出到大功率执行电器，如电磁阀、接触器，而是先由普通的继电器等进行逻辑运算，再输出给电磁阀、接触器等大功率控制电器，通过这类电器去驱动更大负载。

1000十个毫安）去驱动大功率晶体管（几安到几千安），最后去驱动电动机等大功率负载。

通过功率放大作用，实现了小功率逻辑信号对大功率负载的控制。

第三节：机床电路设计规划要合理设计机床电路，就要按如下过程进行。

一、了解工艺要求电路设计前的第一步，是要了解机床的工艺要求，这些要求包括：1、机床用来做什么2、所生产产品的精度要求，决定了对零部件的选择。

3、节拍要求，影响到后期逻辑或程序设计。

4、加工顺序（工艺顺序），影响到后期逻辑或程序设计。

5、对操作的要求，影响到后期逻辑或程序设计，器件选型、布置。

等。

二、了解设备结构了解机械工程师设计出来的设备结构，包括：1、机械构成和大致的装配关系。

2、哪些部分为固定部分、哪些是运动部分。

3、驱动动力源选择（电动机、气、液）及力矩要求。

4、机床结构的限制，如行程、正反转、保险构件等。

等。

电路相当于为人的躯体匹配思维和神经系统，因此必须对机械结构有详细的了解，才能正确控制机床工作，并保证不损害设备。

例3-1：从机械工程师给出的转矩、转速要求选择电动机：依据电动机功率：P=Mω计算电动机的名牌功率，其中P为功率（瓦）、M为转矩（）、ω为角速度（弧度/秒）。

由于电动机的名牌功率P使用千瓦（KW），转速n使用转/分（RPM），所以上面公式要进行转换。

P=(M×2лn/60)/1000三相交流异步电动机的转速和极对数有关（后续课程），分别为1000RPM（6极电机）、1500RPM（4极电机）、3000RPM（2极电机），不是可以连续选择的，如果要得到任意转速，还需要加机械减速机、离合器或变频器等。

算得的功率也要靠标准的功率等级，如、、1、、、、、、（KW）等。

一般留取余量为30-40%。

三、了解气/液/润滑工作时序液压、气动、润滑等部分，机械工程师会在设计时根据自己的要求给出控制时序图，即要求电器设计时，按照他要求的动作逻辑去驱动电磁阀，以满足最终动作过程。

这个时序图一定要读懂，才能正确地设计控制电路去完成这个逻辑过程。

光刀+-+快退-+-停止---如上表就是一个工作台完成快进——工进——光刀——快退——停止循环过程的时序。

四、熟悉外购件使用方法现代的产品系列中，有大量的功能电器可供选择。

如PLC、变频器、过程仪表、拧紧控制器、数控系统等，这些系统的设计有自身不同的要求，电气工程师必须详细地阅读外购产品的资料，按照其要求进行匹配设计。

需要说明的是，这些产品应用设计往往不比机床整体设计简单，大部分产品的应用设计既包括硬件线路，又包括软件设计，需要投入比较大的人力。

后面有专门的章节对这部分进行介绍。

五、组合设计在了解了工艺要求、机械结构等细节后，可以进行组合设计。

大致过程为：1、规划主、控制电路方案，进行功能分配，确定各部分大致设计思路。

2、确定使用的零部件，选择零部件型号、规格等，列出选型表。

3、进行器件编号、地址分配等，列出分配表，在设计过程中边设计边完善。

如各器件在图纸中的编号、作用，PLC软元件地址分配、作用（后续课程）。

表3-2：PLC地址分配表（部分）4、分开设计主、控制电路。

5、设计功能器件电路，如PLC、变频器电路。

6、设计功能电器程序、参数。

7、设计保护电路、匹配保护器件参数，这些电路包括短路、过载、超程等对设备的保护，及对人身伤害的保护等。

比较典型的如保护设备的空气开关、热元件、保险器设置，保护人身安全的紧急制动、门禁开关、光幕等。

8、各部分电路关联、完善。

六、故障、隐患分析真正完善的设计应该包含一个容易忽略的细节，就是从设备实际使用经验，特别是反面教训的收集中去完善设计。