1、习题答案第一章 机床控制线路的基本环节1.答：低压电器是机床控制线路的基本组成元件。它可以分为以下几大类；开关电器，主令电器，熔断器，接触器，继电器，控制变压器，直流稳压电源。常用的低压电器有：刀开关，组合开关，低压断路器，按制按钮，行程开关，万能转换开关，脚踏开关，熔断器，接触器，电磁式继电器，时间继电器，热继电器，速度继电器，控制变压器，直流稳压电源。2答：低压断路器俗称为自动空气开关，是将控制和保护的功能合为一体的电器。它常作为不频繁接通和断开电路的总电源开关或部分电路的电源开关，当发生过载、短路或欠电压故障时能自动切断电路，有效地保护串接在它后面的电气设备，并且在分断故障电流后一般不需
2、要更换零部件。因此，低压断路器在数控机床上使用越来越广泛。3答：虽然继电器与接触器都是用来自动接通或断开电路，但是它们仍有很多不同之处。继电器可以对各种电量或非电量的变化作出反应，而接触器只有在一定的电压信号下动作；继电器用于切换小电流的控制电路，而接触器是一种用来频繁地接通或分断带有负载的主电路（如电动机）的自动控制电器。因此继电器触点容量较小（不大于 5A） 。在控制功率较小时（不大于 5A）可用中间继电器来代替接触器起动电动机。4答：热继电器由于其热惯性，当电路短路时不能立即动作切断电路，不能用作短路保护，熔断器不具备热惯性所以只能作电动机的短路保护而不能作长期过载保护；另外，热继电器与
3、熔断器的额定电流选择不同，因此，热继电器只能作为过载保护，熔断器只能作为短路保护。5答：短路保护：瞬时大电流保护，最常用的是利用熔断器进行短路保护。过电流保护：当电流超过其整定值时才动作，整定范围通常为 1.1-4 倍额定电流。最常用的是利用过电流继电器进行过电流保护。长期过载保护：电动机在实际运行中，短时过载是允许的，但如果长期过载或断相运行都可能使电动机的电流超过其额定值，引起电动机发热。绕组温升超过额定温升，将损坏绕组的绝缘，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至会烧毁电动机绕组，因此必须采取过载保护措施。最常用的是利用热继电器进行过载保护。6答：当电动机正在运行时，如果电源电压因某种原因消失
4、，那么在电源电压恢复时，电动机就将自行起动，这就可能造成生产设备的损坏，甚至造成人身事故。对电网来说，许多电动机同时自行起动会引起太大的过电流及电压降。防止电压恢复时电动机自行起动的保护叫零压保护。在电动机运转时，电源电压过分地降低会引起电动机转速下降甚至停转。同时，在负载转矩一定时，电流就会增加。此外由于电压的降低将会引起一些电器的释放，造成控制电路不正常工作，可能产生事故。因此需要在电压下降到最小允许电压值时将电动机电源切除，这就叫欠电压保护。7答：如图所示长动控制线路。它的工作原理如下：接通电源开关 QS，按下起动按钮 SB2 时，接触器 KM 吸合，主电路接通，电动机 M 起动运行。同
5、时并联在起动按钮 SB2 两端的接触器辅助常开触点也闭合，故即使松开按钮 SB2，控制电路也不会断电，电动机仍能继续运行。按下停止按钮 SBl 时，KM线圈断电，接触器所有触点断开，切断主电路，电动机停转。这种依靠接触器自身的辅助触点来使其线圈保持通电的现象称为自锁或自保。许多生产机械需要正、反两个方向的运动，例如机床工作台的前进与后退，主轴的正转与反转，起重机吊钩的上升与下降等，要求电动机可以正、反转。只需将接至交流电动机的三相电源进线中任意两相对调，即可实现反转。这可由两个接触器 KM1、KM2 控制。必须指出的是 KM1 和 KM2 的主触点决不允许同时接通，否则将造成电源短路的事故。因
6、此在正转接触器的线圈 KM1 通电时，不允许反转接触器的线圈 KM2 通电。同样在线圈 KM2 通电时，也不允许线圈 KM1 通电，这就是互锁保护。8F U 1K M 1F R 1F R 1S B 3S B 1S B 2K M 1K M 1S AS B 4M 1L 1 L 3L 29.F U 1K M 1F R 1F U 2K M 2F R 2F R 1S B 3S B 2K M 1K M 1S B 5S B 4K M 2F R 2K M 2S B 1S B 6K AK AK AM 1 M 2L 1L 1L 2L 2L 3L 3K AS B 710答：电 气 控 制 系 统 中 常 用 的 保
7、 护 环 节 有 过 载 保 护 、 短 路 保 护 、 零 电 压 与 欠电 压 保 护 以 及 弱 磁 保 护 等 。常 用 的 短 路 保 护 元 件 有 熔 断 器 和 断 路 器 。常 用 的 过载保 护 元 件 有 热继电器(或断路器)过电流保护元件是过电流继电器。常 用 的 零电压与欠电压保 护 元 件 是 电 压 继 电 器 。第二章 典型普通机床电器控制线路的分析1答：首先详细阅读了设备说明书，了解了电气控制系统的总体结构、电动机和电器元件的分布状况及控制要求等内容后，便可以阅读分析电气原理图了。(1)分 析 主 电 路 从 主 电 路 人 手 ， 根 据 每 台 电 动 机
8、 和 执 行 电 器 的 控 制 要 求 去 分 析 它们 的 控 制 内 容 。 控 制 内 容 包 括 起 动 、 转 向 控 制 、 调 速 和 制 动 等 。(2)分 析 控 制 电 路 根 据 主 电 路 中 各 电 动 机 和 执 行 电 器 的 控 制 要 求 ， 逐 一 找 出 控 制电 路 中 的 控 制 环 节 ， 利 用 前 面 学 过 的 典 型 控 制 环 节 的 知 识 ， 按 功 能 不 同 将 控 制 线 路“化 整 为 零 ”来 进 行 分 析 。(3)分 析 辅 助 电 路 辅 助 电 路 包 括 电 源 指 示 、 各 执 行 元 件 的 工 作 状 态
9、显 示 、 参 数 测定 、 照 明 和 故 障 报 警 等 部 分 ， 它 们 大 多 由 控 制 电 路 中 的 元 器 件 来 控 制 的 ， 所 以 在 分 析辅 助 电 路 时 ， 要 对 照 控 制 电 路 进 行 分 析 。(4)分 析 联 锁 及 保 护 环 节 机 床 对 于 安 全 性 及 可 靠 性 有 很 高 的 要 求 ， 为 实 现 这 些要 求 ， 除 了 合 理 地 选 择 拖 动 和 控 制 方 案 外 ， 在 控 制 线 路 中 还 设 置 了 一 系 列 电 气 保 护 和必 要 的 电 气 联 锁 。(5)总 体 检 查 经 过 “化 整 为 零 ”，
10、逐 步 分 析 了 每 一 局 部 电 路 的 工 作 原 理 以 及 各部 分 之 间 的 控 制 关 系 后 ， 还 必 须 用 “集 零 为 整 ”的 方 法 ， 检 查 整 个 控 制 线 路 ， 以 免 遗漏 。 特 别 要 从 整 体 角 度 去 进 一 步 检 查 和 理 解 各 控 制 环 节 之 间 的 联 系 ， 清 晰 地 理 解 原 理图 中 每 一 个 电 器 元 件 的 作 用 、 工 作 过 程 及 主 要 参 数 。2答：按下反向起动按钮 SB4KM3 线圈通电KM3 主触点闭合短接限流电阻R，另有一个常开辅助触点 KM3（515，此号表示触点两端的线号）闭合K
11、A 线圈通电KA 常开触点（510）闭合KM3 线圈自锁保持通电把电阻 R 切除，同时 KA 线圈也保持通电。另一方面，当 SB4 尚未松开时，由于 KA 的另一常开触点（1213）已闭合KM2 线圈通电KM2 主触点闭合KA 的另一常开触点(510)也闭合(自锁) 主电动机 M1 全压反向起动运行。这样，当松开 SB4 后，由于 KA 的二个常开触点闭合，其中 KA(510)闭合使 KM3 线圈继续通电，也使 KM2 线圈继续通电，故可形成自锁通路。3答：假设原来主电动机 M1 反转运行，则 KS-2(116)闭合，而反向常开触点KS-1(13-11)依然断开。当按下正向总停按钮 SB1(4
12、5)后，原来通电的KM2、KM3、KT 和 KA 就随即断电，它们的所有触点均被释放而复位。然而当 SB1 松开后，正转接触器 KM1 立即通电，电流通路是：4(线号) SB1 常闭触点(45) KA 常闭触点(511) -KS 反向常开触点KS2(116) KM2 常闭触点(67) KM1 线圈(38) FR1 常闭触点(83) 3(线号)。 这样，主电动机 M1 就串联电阻 R 进行反接制动，反向速度很快降下来，当速度降到很低时(n100rmin)，KS 的反向常开触点 KS-2(116)断开复位，从而切断了上述电流通路。至此，反向反接制动就结束了。4答：为适应加工的需要，主轴转速与进给速
13、度应有较宽的调节范围。X62W 铣床是采用机械变速的方法，改变变速箱传动比来实现的。为保证变速时齿轮易于啮合，减小齿轮端面的冲击，要求变速时有电动机冲动(短时转动)控制。铣床的变速既可以在停车时进行，也可以在运行时进行，在上变速操作中，就在将手柄拉到第二道槽或从第二道槽推回原位的瞬间，通过变速手柄联接的凸轮，将压下弹簧杆一次，而弹簧杆将碰撞主轴变速冲动开关 SQ7（37、38）使其动作，即 SQ7-2 分断，SQ7-1 闭合，接触器 KM2 线圈短时通电，电动机 M1 串入电阻 R 低速冲动一次。这样，若原来主轴旋转着，当将变速手柄拉到第二道槽时，主电动 M1 被反接制动速度迅速下降。当选好速
14、度，将手柄推回原位时，冲动开关又动作一次，主电动机 M1 低速反转，有利于变速后的齿轮啮合。由此可见，可进行不停车直接变速。若原来处于停车状态，则不难想到，在主轴变速操作中 SQ7 第一次动作时，M1 反转一下，SQ7 第二次动作时，M1 又反转一下，故也可停车变速。当然，若要求主轴在新的速度下运行，则需重新起动主电动机。5答：在使用圆工作台时，工作台纵向及十字操作手柄都应置于中间停止位置，且要将圆工作台转换开关 SA1 置于圆工作台“接通”位置。当按下主轴起动按钮 SB1 或SB2，主电动机 M1 便起动，而进给电动机 M2 也因 KM4 线圈的通电而旋转，由于圆工作台的机械传动链已接上，故
15、也跟着旋转。这时，KM4 的通电电流通路为：13（线号）SQ6-2（1314）SQ4-2（1415）SQ3-2（1516）SQ1-2（1622）SQ2-2（2221）SA1-2（2117）KM5 常闭互锁触点（1719）KM4 线圈（1920）20（线号）显见，此时电动机 M2 正转并带动圆工作台单向旋转。由于圆工作台的控制电路中串联了 SQ1SQ4 的常闭触点，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，这就起到圆工作台转动与普通工作台三个方向移动的联锁保护。6答：此时 SA1 置于使用普通工作台位置，十字手柄必须置于中间零位。若要工作台向左进给，则将纵向操纵手柄扳向左，使得
16、SQ2 受压，KM5 线圈通电，M2 反转，工作台向左进给。KM5 的电流通路为：13（线号）SQ6-2（1314）SQ4-2（1415）SQ3-2（1516）SA1-1（1618）SQ2-1（1823）KM4 常闭互锁触点（2324）KM5 线圈（2420）20（线号）第三章 机床电气控制系统的设计1答： 在 设 计 过 程 中 应 遵 循 以 下 几 个 原 则 。1)最 大 限 度 满 足 机 床 和 工 艺 对 电 气 控 制 的 要 求 。2)在 满 足 控 制 要 求 的 前 提 下 ， 设 计 方 案 应 力 求 简 单 、 经 济 和 实 用 ， 不 宜 盲 目 追 求自 动
17、化 和 高 性 能 指 标 。3)妥 善 处 理 机 械 与 电 气 的 关 系 。 很 多 生 产 机 械 是 采 用 机 电 结 合 控 制 方 式 来 实 现 控制 要 求 的 ， 要 从 工 艺 要 求 、 制 造 成 本 、 机 械 电 气 结 构 的 复 杂 性 和 使 用 维 护 等 方 面 协 调处 理 好 二 者 的 关 系 。4)把 电 气 系 统 的 安 全 性 和 可 靠 性 放 在 首 位 ， 确 保 使 用 安 全 、 可 靠 。5)合 理 地 选 用 电 器 元 件 。机 床 电 气 控 制 系 统 设 计 包 含 原 理 设 计 与 工 艺 设 计 两 个 部
18、分 。2答：确定电力拖动方案的原则如下：电力拖动方案选择是电气设计主要内容之一，也是以后各部分设计内容的基础和先决条件。首先根据机床工艺要求及结构确定电动机的数量，然后根据机床运动机构要求的调速范围来选择调速方案。在选择电动机调速方案时，应使电动机的调速特性与负载特性相适应，以便使电动机得到充分合理的利用。3答：设计机床电气控制线路时应注意以下问题：（ 1） 合 理 选 择 控 制 线 路 电 流 种 类 与 控 制 电 压 数 值（2）正确选择电器元件（3）合理布线，力求使控制线路简单、经济1）合并同类触点2）利用转换触点的方式 利用具有转换触点的中间继电器将两对触点合并成一对触点。3）尽量
19、缩短连接导线的数量和长度4）正常工作中，尽可能减少通电电器的数量，以利节能，延长电器元件寿命及减少故障。（4）保证电气控制线路工作的可靠性1）电器元件触点位置的正确画法，在控制线路设计时，应使分布在线路不同位置的同一电器触点尽量接到同一个极或尽量共接同一电位点，以避免在电器触点上引起短路。2）电器元件线圈位置的正确画法3）防止出现寄生电路 在电气控制线路的动作过程中，发生意外接通的电路称为寄生电路。寄生电路将破坏电器元件和控制线路的工作顺序或造成误动作。4）防止出现“竞争”与“冒险” 。复杂控制电路中，在某一控制信号作用下，电路从一个稳定状态转换到另一个稳定状态，常常会引起几个电器的状态变化。
20、考虑到电器元件有一定的动作时间，对一个时序电路来说，就会得到几个不同的输出状态，这种现象称为电路的“竞争” 。由于电器元件的释放延时作用，开关电路中的开关元件可能不按要求的逻辑功能输出，这种现象称为“冒险” 。5）在频繁操作的可逆线路中，正反向接触器之间要有电气联锁和机械联锁。6）在设计电器控制线路时，应充分考虑继电器触点的接通和分断能力。若要增加接通能力，可用多触点并联；若要增加分断能力，可用多触点串联。（5）保证电气线路工作的安全性电气控制线路应具有完善的保护环节，保证整个生产机械的安全运行，消除在其工作不正常或误操作时所带来的不利影响，避免事故发生。在电气控制线路中常设的保护环节有短路、
21、过流、过载、失压、弱磁、超速和极限保护等。4答：工 艺 设 计 主 要 内 容 是 ：1)根 据 电 气 原 理 图 及 选 定 的 电 器 元 件 ， 绘 制 电 气 设 备 总 装 接 线 图 。2)设 计 并 绘 制 电 器 元 件 布 置 图 。3)设 计 并 绘 制 电 器 元 件 的 接 线 图 。4)设 计 并 绘 制 电 气 箱 及 非 标 准 零 件 图 。5)列 出 所 用 各 类 元 器 件 及 材 料 清 单 。6)编 写 设 计 说 明 书 和 使 用 维 护 说 明 书 。5答：设计及使用说明书应包含以下主要内容。1）拖动方案选择的依据及本设计的主要特点。2）主要参
22、数的计算过程。3）设计任务书中各项技术指标的核算与评价。4）设备调试要求及调试方法。5）使用、维护要求及注意事项。6 F U 1 F U 2K M 1 K M 2K M 3F R 1F R 2F R 1F R 2K M 3S B 1S B 5S B 2K M 1K M 1K M 2K M 2S B 3K M 3S B 4K M 2K M 1 K M 3L 1 L 2 L 3 L 1 L 2 L 3M 1 M 27（1）F U 1K M 1F R 1M 2F U 2K M 2F R 2M 1F R 1F R 2K M 2S B 1S B 3S B 2K M 1K M 2S B 4K M 1 K M 2
