卧式车床电气控制系统
一、任务书
1、设备简介
车床是机床中应用最广泛的一种，它可以用于切削各种工件的外圆、内孔、端面及螺纹。车床在加工工件时，随着工件材料和材质的不同，应选择合适的主轴转速及进给速度。但目前中小型车床多采用不变速的异步电动机拖动，它的变速是靠齿轮箱的有级调速来实现的，所以它的控制电路比较简
单。为满足加工的需要，主轴的旋转运动有时需要正转或反转，这个要求一般是通过改变主轴电动机的转向或采用离合器来实现的。进给运动多半是把主轴运动分出一部分动力，通过挂轮箱传给进给箱来实现刀具的进给。有的为了提高效率，刀架的快速运动由一台进给电动机单独拖动。车床一般都设有交流电动机拖动的冷却泵，来实现刀具切削时冷却。有的还专设一台润滑泵对系统进行润滑。
2．控制要求
(1) 主要控制电器为三台电机：主电动机、冷却泵电机、快速移动电机。三台电机都要有短路保护措施。
主电动机和冷却泵电机采用热继电器进行过载保护
主电动机要采用降压起动方式起动
主电动机要求能够正反转控制，并且有点动调整控制和长动控制，采用反接制动
主回路负载的电流大小能够监控，但要防止启动电流对电流表产生冲击。
机床要有照明设施
表 1 车床控制系统信号说明
符号名称及用途符号名称及用途
QF 断路器作电源引入及短路保护用FR1 热继电器，主电动机过载保护用FU1～FU2 熔断器作短路保护FR2 热继电器，冷却泵电动机过载保护用M l 主电动机KM3 接触器，主电动机正向起动、停止用
3．设计任务
1) 根据控制要求，进行卧式车床电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。
2) 根据控制要求，编制卧式车床控制PLC应用程序。
3) 编写设计说明书，内容包括：
①设计过程和有关说明。
②基于PLC的卧式车床电气控制系统电路图。
③PLC控制程序（梯形图和指令表）。
④电器元器件的选择和有关计算。
⑤电气设备明细表。
⑥参考资料、参考书及参考手册。
⑦其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。
二、卧式车床电气控制系统总体设计过程
1、主电路原理图
图1为卧式车床的主电路图。断路器QF将三相电源引入，FU1为主电动机M1的短路保护用熔断器，FR1为M1电动机过载保护用热继电器。通过互感器TA接入电流表A以监视主电动机绕组的电流。熔断器FU2为M2、M3电动机的短路保护，接触器KM1、KM2为M2、M3电动机启动用接触器。FR2为M2电动机的过载保护，因为快速电动机M3短时工作，所以不设计过载保护。
2、交流控制电路原理图
⑴主电动机的点动调整控制
图2为点动环节的控制电路原理图。电路中KM3为M1电动机的正转接触器，KM△和KM 丫为M1电动机的降压启动接触器，KA为中间继电器。M1电动机的点动由点动按钮SB6控制。按下
按钮SB6，接触器KM3得电吸合，它的主触电闭合，电动机的定子绕组先接成星形，启动后期接成三角形，电动机在较低电压下起动，减少了启动电流对电网的影响。
⑵主电动机的正反转控制电路
图3为主电动机正反转控制电路。主电动机正转由正向起动按钮SB1控制。按下SB1时，中间继电器KA首先得电动作，它的辅助触点闭合，接触器KM3线圈得电动作，接触器KM3线圈的主辅触点得电吸合，KM3的主触点将三相电源接通,。同时，时间继电器KT及接触器KM丫线圈得电，其常开主触点闭合，电动机M1在星形连接下运行。KM丫的常闭辅助触点断开，保证了接触器KM△不得电。时间继电器KT的常开触点延时闭合；常闭触点延时断开，切断KM丫线圈电源，其主触点断开而常闭辅助触点闭合。接触点KM△线圈得电，其主触点闭合，使电动机M1由星形连接切换为三角形运行。电动机M1得以实现降压起动。KM3的动合触点和KA的动合触点的闭合将KM3线圈自锁。反转起动时用反向启动按钮SB2，按下SB2，同样是中间继电器KA得电，然后接通接触器KM4、KT、KM△和KM丫，于是电动机在降压下反转起动。KM3的动断辅助触点，KM4的动断辅助触点分别串在对方接触器线圈的回路中，起到了电动机正转与反转的电气互锁作用。
⑶主电动机的反接制动控制
图4是某卧式车床正反转与反接制动的控制电路图。该卧式车床采用了反接制动方式。当电动机的转速接近零时，用速度继电器的触点给出信号切断电动机的电源。速度继电器与被控电动机是同轴连接的，当电动机正转时，速度继电器的正转常开触电KS1闭合；电动机反转时，速度继电器的反转动合触点KS2闭合。当电动机正向旋转时，接触器KM3和KM△，继电器KA都处于得电工作状态，速度继电器的正转动合触点KS1也是闭合的，这样就为电动机正转时的反接制动做好了准备。需要停车时，按下停止按钮SB4，接触器KM△失电，其主触电断开。与此同时接触器KM3也失电，断开了电动机的电源，KA失电，KA的动断触点闭合。在松开SB4后就使反转接触器KM4的线圈得电，电动机的电源反接，电动机处于反接制动状态。当电动机的转速下降到速度继电器的复位转速时，速度继电器KS的正转动合触点KS1断开，切断了接触器KM4的通电回路，电动机脱离电源停止。
电动机的反接时的制动与正转时的制动相似。当电动机反转时，速度继电器的反转动合触点KS2是闭合的，这是按一下停止按钮SB4，在SB4松开后正转接触器KM3线圈得电吸合，将电源反接使电动机制动后停止。
⑷刀架的快速移动和冷却泵的控制
刀架的快速移动是由转动刀架手柄压动限位开关SQ来实现的。当手柄压动SQ后，接触器KM2得电吸合，M3电动机转动带动刀架快速移动。M2为冷却泵电动机，它的起动与停止是通过按钮SB3
和SB5控制的。
3、辅助电路分析
⑴照明电路和控制电源分析
TC为多绕组变压器，二次侧有两路，一路为110V，为控制电路提供电源；而另一路为36V（安全电压），供照明电路照明，SA为控制照明电路的开关，SA闭合时照明灯EL点亮，断开则熄灭。
⑵电流表保护电路分析
监视主回路负载的电流表是通过电流互感接入的。为防止电动机起动电流对电流表的冲击，电路中采用一个时间继电器KT。当起动时，KT线圈通电，而KT的延时断开的动断触点尚未动作，电流互感器二次电流只流经该触点构成闭合回路，电流表没有电流流过。起动后，KT延时断开的动断触点打开，此时电流流经电流表，反映出负载电流的大小。表2 为电气元件符号及功能说明表。
三、元器件的选择
1、电动机选择
本次设计使用PLC控制系统取代传统继电器控制系统的逻辑控制线路部分，其余基本无变化。
