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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。

外接电压

外接电压

线圈

常开/常闭触点

图3-1：线圈及常开、常闭触点

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

1

2

3

1

2

3

图3-5：触点混联的例子

图3-5中，上面连结实际上是1、2串联，如果把1、2看做一个触点，它又和3并联；下面连接是1、3并联，如果看做一个触点，它又与2串联。

事实上，无论如何混联，通过等效电路的方法，都可以最终变为串并联的基本连接关系。

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。

KM

KM

KM

SB1

图3-6：自锁电路

KA1

KA1

KA1

SA1

SB1

KA2

SA1

SB1

自动

手动

KA2

KA1

KA2

图3-11：自动/手动电路

上图中，SA1为自/手动选择开关，SB1为自动/手动复位按钮，KA1、KA2分别为自动、手动方式继电器，自动、手动回路通过辅助触点彼此互锁，并实现自锁。后续电路中，可以引用KA1、KA2的辅助触点进行控制。

实际上，现在的电路中，这类逻辑普遍使用PLC来实现，除非比较简单的硬线盘，很少有用硬线做逻辑的了。

六、正、反转电路

下面是一个正反转控制电路。

图3-12：正/反转控制电路

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。

U

UA

UB

UC

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：