试论机床机械线路设计

项广帅 臧泰森

摘 要：对电动机进行控制的具体线路称控制线路。但实际上，设计中还经常配有信号、检测等内容。因此，可将控制线路、信号线路、检测线路统称为辅助线路。显然，准确地说应为辅助线路的设计。线路设计是此项工程为满足要求的重要组织过程，是设计中工程量最大、最为复杂的一个环节，即使出现微小失误，设计都将无法尽善尽美地达到工艺要求。一个最佳的设计可用"十六字方针"确定：技术先进、安全可靠、价格合理、维护方便。因此，要求设计者必须认真对待。经验设计法的运用是根据设计熟练程度的不同，其灵活度也不同，设计的效果也不尽一致。

关键词：机床；设计；线路

1、电气控制线路的分析

机床的电气控制系统应保证机床的使用效能和正确的动作程序。在设计机床的电气原理图之前，应当确定电气控制的方案。控制方式应当与机床的通用化和专用化的程度相适应。对于专用机床，其工作程序往往是固定的，使用中并不需要经常改变原有的程序。因此，控制线路在结构上往往做成“固定”式的。对于一些数控机床，为了适应不同的工艺过程的需要，机床的工作程序往往需要在一定的范围内加以更改。在机床自动线中可根据控制要求和联锁条件的复杂程度不同，采用分散控制的控制方式。但是各台单机的控制方式和基本控制环节应尽量一致，以便简化设计和制造过程。自动工作循环的组成在方案中可列出有关步骤，或说明行程开关的布置与简图。如电磁铁或电磁阀的通断状态与所执行动作，对于机床自动线还应列出自动线的循环周期表。为控制线路原理设计提供具体要求和条件，如自动循环、手动调整、动作程序更换或控制系统的检测测试等等。联锁条件及电气保护机床的各种运动和操作，都是相互联系的。

2、控制方案的确定原则

电气设备的控制方案是多种多样的，因此，设计人员在设计时，应该本着简便、可靠、经济、实用的要求进行控制方案的制定。具体来说，设计人员应该遵循以下原则：

2.1 控制方式与拖动需要相适应

经济效益是控制方式科学与否的重要标准。如果控制逻辑较为简单，其加工程序也较为稳定的生产设备，则适用于继电-接触控制方式，这是较为合理的；反之，如果是加工程序多变，则应该考虑采用编程序控制器。

2.2 控制方式与通用化程度相适应

通用化指的是生产机械加工不同对象的通用化程度。如果加工一种或者几种零件的专用机床，其通用化程度低，那也是合理的，因为其可以保持较高的自动化程度，因此，这样的机床一般适用于固定的控制电路；而如果是单件、小批量的零件加工的通用机床，则应该采用数字程序或者编程控制器控制，因为其可以根据加工对象的不同设定不同加工程序，具有相当的灵活性和通用性。

2.3 控制电路的电源应该可靠

如果控制电路比较简单，则可以采用电网电源，如果元件多且电路复杂，则对电网电压隔离降压，减少故障的可能性。而对于自动化程度高的生产设备，就应该考虑采用直流电源，这样可以节省安装的空间，操作和维修也比较方便。事实上，影响方案确定的因素还有很多，在实际的设计中，最后方案的确定要根据设计人员的技术水平和判断力来决定。

3、电气控制路线的设计方法

设计人员在进行具体电路设计时，必须要根据主次原则进行设计，顺序为设计主电路，设计控制电路，信号电路及局部照明电路设计。在完成初步设计后，必须要仔细检查，保证线路符合设计要求，同时尽可能使之完善和简化，最后再根据实际需要选择所用电器的型号与规格。

3.1 控制线路的设计要求

由于电气的种类繁多，因此不同用途的电气控制线路，其控制要求也不尽相同，但从规律上，还是必须要应满足一些基本要求。首先，应该满足生产机械的工艺要求，正确按照工艺的顺序工作，线路结构以简单为主要目标，尽量选用常用的且经过实际考验过的线路；其次，操作、调整和检修要符合方便的原则；最后，具有各种必要的保护装置和联锁环节，即使在误操作时也不会发生重大事故，工作稳定，安全可靠，符合使用环境条件。

3.2 控制线路的设计方法

事实上，电气控制线路的设计方法主要归纳为两种：一种是经验设计法，另一种是逻辑设计法。所谓经验设计法是指，依照生产工艺的要求，根据电动机的控制方法，使用典型环节线路直接进行设计，首先设计出各个独立的控制电路，最后结合设备的工艺要求，来决定各部分电路的联锁或联系。这种方法的优点是简单，不过其缺点也很明显，即对于比较复杂的线路，就要求设计人员拥有丰富的工作经验，同时需要绘制大量的线路图，而且可能要进行多次的修改，才能得到符合要求的控制线路。所谓逻辑设计法是指采用逻辑代数进行设计，按此方法设计的线路结构合理，可节省所用元件的数量。

3.3 设计控制线路时应注意的问题

为了使线路设计得简单且准确可靠，在设计具体线路时，应注意以下几个问题：尽量减少连接导线，设计人员在设计控制电路时，必须考虑要电气设备各元器件的实际位置，应该在符合设计原则的基础上，尽可能减少配线时的连接导线。正确连接电器的线圈，从理论上看，电压线圈一般不能串联使用，原因就在于它们的阻抗不尽相同，这样就可能会造成两个线圈上的电压分配不等。而即使是两个同型号线圈，在外加电压是它们的额定电压之和的理想情况下，也不能这样连接。因为，电器动作是有先后的，而当一个接触器先动作时，其线圈阻抗增大，该线圈上的电压降增大，使另一个接触器不能吸合，如果情况严重，还可能使线圈烧毁。此外，如果电感量相差悬殊的两个电器线圈，也不应该并联连接。控制线路中应避免出现寄生电路寄生电路是线路动作过程中意外接通的电路。尽可能减少电器数量、采用标准件和相同型号的电器尽量減少不必要的触点以简化线路，提高线路可靠性。

4、结语

综上所述，可知电气路线的基础设计是电气控制系统的重要环节，对电气的操作以及设备的运行状况等，有着直接的影响。因此，电气控制的设计人员，应该在电路的设计上进行广泛深入发研究，从实际工程需要出发，结合自身的工作经验，采用合理的设计方法，保证电气路线设计的准确有效。

参考文献：

[1]郁汉琪.机床电器及PLC实验、课程设计指导书[M].北京：高等教育出版社，2018.