石材仿形機械電氣控制系統的課程設計

摘 要：本文介紹了石材仿形機械電氣控制系統的課程設計，從工藝分析、電路設計到線路安裝，很好地引導學生的思路，指導學生的設計與安裝。

關鍵詞：石材機械 繼電器控制 課程設計

為充實和加強云浮市技工學校電氣自動化專業的實訓環節，筆者設計了一個石材仿形機械的電氣控制系統課程，提供了基于繼電器的電氣控制系統的教學方案。該機械的電氣控制系統難易程度適中，很適合中級電氣自動化專業的學生，本土本色，大大增加了學生的學習興趣。

一、石材仿形機械概述

石材仿形機械是一種石材加工行業廣泛應用的一種機械，專門用于加工石材曲面和異形石線的自動化機械，另外還具有切邊機的功能。學生可以通過參觀學校車間，掌握石材機械仿形加工的工藝過程。石材仿形機械的主要結構及運動形式如圖1所示。

二、石材仿形機械的工藝分析

加工之前先用紙板剪出需要加工的弧線，制作出模板。石材仿形機械加工工藝，要求在石板表面加工出和模板一樣的弧面。這是一個粗加工的過程，石材加工的結

圖1 石材仿形機械的主要結構及運動形式

1.立柱；2.模板；3.紅外線傳感器；4.垂直滑塊；5.水平滑塊；6.橫梁；7.主軸；8.石材板料（工件）；9.工作臺；10.底座。

果是表面帶有小臺階的弧面。刀具在石板上切下一刀就形成一個小臺階，緊密排列的小臺階就形成了和模板一樣的粗弧面，這些弧面經手工打磨光滑，最終形成和模板一樣的弧面。但是在加工工藝中應該怎樣控制刀路，需要學生思考。因為工藝分析是設計電路的根本，學生通過工藝分析才能設計電路實現加工過程。教師可以從以下三個階段引導學生分析解決工藝問題。

1.提出解決問題的建議

現在需要根據模板加工一個弧線。要在板材上加工出這樣的弧線，需要知道加工刀具的行走路線；要找出刀具的行走路線，就需要學生拓展思路，大膽設想。這時教師要求學生不考慮可行性，只要有想法，都可以提出，從而得到各種解決問題的方法。

2.可行性評估

在以上階段，學生提出很多解決問題的方法，對此要讓學生根據現有的知識和條件分析，找出其中可行的方案。

3.實現

這個階段需要學生利用所學的專業知識，從設想的方法轉變設計成解決問題的方案。基于繼電器的控制系統，這個解決方案就是用繼電器來實現自動循環的順序控制。也就是把電力拖動控制線路與技能訓練的順序控制與自動循環控制的知識，有機地結合到這個石材機械加工電氣控制系統中。教師除了對學生加以引導外，還要提供一套標準的設計方案供學生參考。

為了加工出和模板一樣的弧面，教師先要設計刀架的運動順序，然后再實現電氣控制。開始先要得到一個典型的刀架運動順序，把刀架先調整到板材上方，然后下降到弧線所在的深度由工作臺帶著工件走一刀。這樣就完成了弧線的一小段（即一個小臺階）；走完這一刀，刀架上升后沿橫梁的方向橫移一小段距離（這個距離需要在加工的時候根據實際情況調整），橫移完成后就可以重復第一刀的工作了。整個順序分為四個工步，見下表。

三、電氣控制系統的設計

1.主電路部分的設計思路

4臺電動機分別是主電動機、垂直移動電動機、水平移動電動機和工作臺電動機，其中工作臺電動機由變頻器調速。

2.控制電路的設計思路

（1）實現自動循環的思路。教師根據電力拖動控制線路與技能訓練里面第二單元的課題四中，有關工作臺自動循環控制線路的介紹，拋磚引玉，引導學生從這個課題內容尋求解決辦法。自動往返運動的實現在于工作臺觸碰到行程開關，從而實現“往返”的切換。用中間繼電器控制執行“進態”和“退態”動作，然后在“進態”完成電路的工步1、2、3和4的工作臺前進的控制。工作臺前進到行程開關位置，觸動行程開關使電路進入到工作臺后退的“退態”。“退態”的控制同理。這樣，從自動往返的“往”與“返”轉變成了現在的“進態”與“退態”，不同的是，“往”與“返”只是簡單地對一個電動機的正反轉控制，而“進態”與“退態”都控制著工步1～4。學生們還有一個很難解決的疑問，即工步1～4所需要的電器怎么執行復位？這個時候教師再給學生復習一下工作臺自動往返電路的行程開關的動作順序，問題就迎刃而解了。下面是電路的主要部分，如圖2所示。

（2）實現順序控制。電力拖動控制線路與技能訓練第二單元課題五有關于順序控制線路的介紹。該電路的要求是工步1～4需要按順序啟動，同時在KA1與KA2常開切換瞬間復位。實現順序控制部分的主要電路如圖3所示。

圖2

圖3

3.控制面板的設計

石材仿形機械除了仿形加工功能外，還要充當切邊機的角色，即能手動模式切割石板，所以要具備以下功能的按鈕：手動自動模式切換、上升、下降、左平移右平移切換、工作臺前進、工作臺后退、工作臺停止、主機啟動停止等。值得提醒學生的是，控制面板的按鈕設計將會影響控制電路的設計，而且控制面板設計的服務對象是機械的使用者，而不是電路本身，也就是面板取決于用戶的操作方便，電路必須服從于控制面板。

4.電氣線路的安裝與檢修

（1）元件明細表的填寫。在元件明細表中，應該寫明所需要元件的名稱、型號規格、數量，甚至大概價格和采購渠道等信息，根據電路圖和安裝的實際情況詳細列出，做到一個不漏。

（2）安裝訓練與評分標準。此項內容可參考中國勞動社會保障出版社出版的《電力拖動控制線路與技能訓練》（第四版）安裝訓練和評分標準部分。

參考文獻：

[1]勞動和社會保障部教材辦公室.電力拖動控制線路與技能訓練（第三版）[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2004.

[2]何國金.機械電氣自動控制[M].重慶：重慶大學出版社，2002.

（作者單位：廣東省云浮市技工學校）