机床电气控制线路设计的一般原则

当机床设备的电力拖动方案和控制方案已经确定后，就可以进行机床电气控制线路的设计。机床电气控制线路的设计是机床电力拖动方案和控制方案的具体化实施，一般在设计时应该遵循以下原则。

1.最大限度地实现机床设备和生产工艺对电气控制线路的要求

控制线路是为整个机床设备和生产工艺过程服务的。因此，在设计之前，要调查清楚机床的生产工艺要求，对机床设备的工作性能、结构特点和实际加工情况要有充分的了解。电气设计人员要深入现场，对同类或相近的机床设备进行考查和调研，收集资料，加以综合分析，并在此基础上考虑控制方式，启动、反向、制动及调速的要求，设置各种联锁及保护装置，最大限度地实现机床设备和工艺对电气控制的要求。

2.在满足机床生产要求的前提下，力求使控制线路简单、经济

1）尽量选用标准的、常用的或经过实际应用考验过的控制环节和线路。

2）尽量缩短连接导线的数量和长度。设计控制线路时，应合理安排各电器的位置，考虑到各个元件之间的实际接线，要注意机床电气柜、操作台和限位开关之间的连接线。如图6-1所示，启动按钮SB₁和停止按钮SB₂装在操作台上，接触器K装在电气柜内。图6-1a所示的接线不合理，按照图6-1a接线就需要由电气柜引出4根导线到操作台的按钮上。图6-1b所示线路是合理的，它将启动按钮SB₁和停止按钮SB₂直接连接，两个按钮之间距离最小，所需连接导线最短。这样，只需要从电气柜内引出3根导线到操作台上，节省了一根导线。

图6-1 电气柜接线图

a）不合理线路 b）合理线路

3）尽量减少电气元件的品种、规格和数量，并尽可能采用性能优良器件和标准件，同一用途尽量选用相同型号的电气元件。

4）尽量减少不必要的触点以简化电路。在满足动作要求的条件下，电气元件触点越少，控制线路的故障机率就越低，工作的可靠性越高。常用的方法如下：

①在获得同样功能的情况下，合并同类触点，如图6-2所示。图6-2b将两个线路中间一触点合并，比图6-2a在电路上少了一对触点。但是在合并触点时应注意触点对额定电流值的容限。

②利用半导体二极管的单向导电性来有效地减少触点数，如图6-3所示。对于弱电电气控制电路，这样做既经济又可靠。

图6-2 合并同类触点

a）未合并接点 b）合并接点

图6-3 半导体二极管的单向导电性

a）不加二极管 b）加二极管

③在设计完成后，可利用逻辑代数进行化简，以得到最简化的线路。

5）尽量减少电器不必要的通电时间，使电气元件在必要时通电，不必要时尽量不通电，可以充分节约电能并延长电器的使用寿命。如图6-4所示为以时间原则控制的电动机减压启动线路图。图6-4a中接触器KM₂得电后，接触器KM₁和时间继电器KT就失去了作用，不必继续通电，但它们仍处于带电状态。图6-4b中线路比较合理，在KM₂得电后，切断了KM₁和KT的电源。

3.保证机床控制线路工作的可靠性和安全性

1）选用的机床电气元件要可靠、牢固、动作时间短，抗干扰性能好。

图6-4 以时间原则控制的电动机减压启动线路

a）不合理电路 b）合理电路

2）正确连接机床电器的线圈。在交流控制电路中不能串联接入两个电器的线圈，即使外加电压是两个线圈额定电压之和，也是不允许的，如图6-5所示。因为每个线圈上所分配到的电压与线圈阻抗成正比，两个电器动作总是有先有后，不可能同时吸合。若接触器KM₂先吸合，线圈电感显著增加，其阻抗比未吸合的接触器KM₁的阻抗大得多，因而在该线路上的电压降增大，使KM₁的线圈电压达不到动作电压。因此，当需两个电器同时动作时，其线圈应该并联连接。(www.xing528.com)

3）正确连接机床电器的触点。同一电气元件的常开和常闭触点靠得很近，若分别接在电源不同的相上，由于各相的电位不等，当触点断开时，会产生电弧形成短路。如图6-6a所示的开关S₁的常开和常闭触点间会因电位不同产生飞弧而短路，而图6-6b所示开关S₁的电位相等，就不会产生飞弧。

图6-5 两个接触器线圈串联

4）在机床控制线路中，采用小容量继电器的触点来断开或接通大容量接触器的线圈时，应计算继电器触点断开或接通容量是否足够，不够时必须加小容量的接触器或中间继电器，否则工作不可靠。在频繁操作的可逆线路中，正反向接触器应选较大容量的接触器。

5）在线路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器控制线路的情况，如图6-7a所示，图6-7b为正确线路。

图6-6 电器触点正确连接方式

a）产生飞弧 b）消除飞弧

图6-7 电器正确连接方式

a）不合理 b）减少元件依次动作

6）避免发生触点“竞争”与“冒险”现象。通常我们分析机床控制回路的电器动作及触点的接通和断开，都是静态分析，没有考虑其动作时间。实际上，由于电磁线圈的电磁惯性、机械惯性、机械位移量等因素，通断过程中总存在一定的固有时间（几十毫秒到几百毫秒），这是电气元件的固有特性，其延时通常是不确定、不可调的。机床电气控制电路中，在某一控制信号作用下，电路从一个状态转换到另一个状态时，常常有几个电器的状态发生变化，由于电气元件总有一定的固有动作时间，往往会发生不按预定时序动作的情况，触点争先吸合，发生振荡，这种现象称为电路的“竞争”。另外，由于电气元件的固有释放延时作用，也会出现开关电器不按要求的逻辑功能转换状态的可能性，称这种现象为“冒险”。“竞争”与“冒险”现象都将造成机床控制电路不能按要求动作，引起机床控制失灵。

图6-8所示为用时间继电器组成的反身关闭电路。当时间继电器KT的常闭触点延时断开后，时间继电器KT线圈失电，经t_s延时断开的常闭触点恢复闭合，而经t₁常开触点瞬时动作。如果t_s＞t₁则电路能反身关闭；如果t_s＜t₁，则继电器KT就再次闭合……这种现象就是触点竞争。在此电路中增加中间继电器KA就可以解决，如图6-8b所示。

图6-8 时间继电器组成的反身关闭电路

a）“竞争”与“冒险” b）合理电路

避免发生触点“竞争”与“冒险”现象的方法有：①应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的控制线路；②防止电路中因电气元件固有特性引起配合不良后果，当电气元件的动作时间可能影响到控制线路的动作程序时，就需要用时间继电器配合控制，这样可清晰地反映元件动作时间及它们之间的互相配合；③若不可避免，则应将产生“竞争”与“冒险”现象的触点加以区分、联锁隔离或采用多触点开关分离。

7）在控制线路中应避免出现寄生电路。在电气控制线路的动作过程中，意外接通的电路叫寄生电路（或假电路），如图6-9所示。

图6-9 寄生电路

在正常工作时，能完成正反向启动、停止和信号指示；但当热继电器FR动作时，线路就出现了寄生电路（如图6-9中箭头所示），使正向接触器KM₁不能释放，起不了互锁保护作用。

避免产生寄生电路的方法有：在设计机床电气控制线路时，严格按照“线圈、能耗元件下边接电源（零线），上边接触点”的原则，降低产生寄生回路的可能性；还应注意消除两个电路之间产生联系的可能性，若不可避免应加以区分、联锁隔离或采用多触点开关分离。如将图6-9中的指示灯分别用KM₁、KM₂的另外常开触点直接连接到上边的控制母线上，就可消除寄生电路。

8）设计的线路应能适应所在电网情况，根据现场的电网容量、电压、频率以及允许的冲击电流值等，决定电动机是否直接或间接（减压）启动。

4.操作和维修方便

机床电气设备应力求维修方便，使用安全。电气元件应留有备用触点，必要时应留有备用电气元件，以便检修、改接线用。为避免带电检修，应设置隔离电器。控制机构应操作简单、便利，能迅速而方便地由一种控制形式转换到另一种控制形式，例如由手动控制转换到自动控制等。