石材仿形机械电气控制系统的课程设计

摘 要：本文介绍了石材仿形机械电气控制系统的课程设计，从工艺分析、电路设计到线路安装，很好地引导学生的思路，指导学生的设计与安装。

关键词：石材机械 继电器控制 课程设计

为充实和加强云浮市技工学校电气自动化专业的实训环节，笔者设计了一个石材仿形机械的电气控制系统课程，提供了基于继电器的电气控制系统的教学方案。该机械的电气控制系统难易程度适中，很适合中级电气自动化专业的学生，本土本色，大大增加了学生的学习兴趣。

一、石材仿形机械概述

石材仿形机械是一种石材加工行业广泛应用的一种机械，专门用于加工石材曲面和异形石线的自动化机械，另外还具有切边机的功能。学生可以通过参观学校车间，掌握石材机械仿形加工的工艺过程。石材仿形机械的主要结构及运动形式如图1所示。

二、石材仿形机械的工艺分析

加工之前先用纸板剪出需要加工的弧线，制作出模板。石材仿形机械加工工艺，要求在石板表面加工出和模板一样的弧面。这是一个粗加工的过程，石材加工的结

图1 石材仿形机械的主要结构及运动形式

1.立柱；2.模板；3.红外线传感器；4.垂直滑块；5.水平滑块；6.横梁；7.主轴；8.石材板料（工件）；9.工作台；10.底座。

果是表面带有小台阶的弧面。刀具在石板上切下一刀就形成一个小台阶，紧密排列的小台阶就形成了和模板一样的粗弧面，这些弧面经手工打磨光滑，最终形成和模板一样的弧面。但是在加工工艺中应该怎样控制刀路，需要学生思考。因为工艺分析是设计电路的根本，学生通过工艺分析才能设计电路实现加工过程。教师可以从以下三个阶段引导学生分析解决工艺问题。

1.提出解决问题的建议

现在需要根据模板加工一个弧线。要在板材上加工出这样的弧线，需要知道加工刀具的行走路线；要找出刀具的行走路线，就需要学生拓展思路，大胆设想。这时教师要求学生不考虑可行性，只要有想法，都可以提出，从而得到各种解决问题的方法。

2.可行性评估

在以上阶段，学生提出很多解决问题的方法，对此要让学生根据现有的知识和条件分析，找出其中可行的方案。

3.实现

这个阶段需要学生利用所学的专业知识，从设想的方法转变设计成解决问题的方案。基于继电器的控制系统，这个解决方案就是用继电器来实现自动循环的顺序控制。也就是把电力拖动控制线路与技能训练的顺序控制与自动循环控制的知识，有机地结合到这个石材机械加工电气控制系统中。教师除了对学生加以引导外，还要提供一套标准的设计方案供学生参考。

为了加工出和模板一样的弧面，教师先要设计刀架的运动顺序，然后再实现电气控制。开始先要得到一个典型的刀架运动顺序，把刀架先调整到板材上方，然后下降到弧线所在的深度由工作台带着工件走一刀。这样就完成了弧线的一小段（即一个小台阶）；走完这一刀，刀架上升后沿横梁的方向横移一小段距离（这个距离需要在加工的时候根据实际情况调整），横移完成后就可以重复第一刀的工作了。整个顺序分为四个工步，见下表。

三、电气控制系统的设计

1.主电路部分的设计思路

4台电动机分别是主电动机、垂直移动电动机、水平移动电动机和工作台电动机，其中工作台电动机由变频器调速。

2.控制电路的设计思路

（1）实现自动循环的思路。教师根据电力拖动控制线路与技能训练里面第二单元的课题四中，有关工作台自动循环控制线路的介绍，抛砖引玉，引导学生从这个课题内容寻求解决办法。自动往返运动的实现在于工作台触碰到行程开关，从而实现“往返”的切换。用中间继电器控制执行“进态”和“退态”动作，然后在“进态”完成电路的工步1、2、3和4的工作台前进的控制。工作台前进到行程开关位置，触动行程开关使电路进入到工作台后退的“退态”。“退态”的控制同理。这样，从自动往返的“往”与“返”转变成了现在的“进态”与“退态”，不同的是，“往”与“返”只是简单地对一个电动机的正反转控制，而“进态”与“退态”都控制着工步1～4。学生们还有一个很难解决的疑问，即工步1～4所需要的电器怎么执行复位？这个时候教师再给学生复习一下工作台自动往返电路的行程开关的动作顺序，问题就迎刃而解了。下面是电路的主要部分，如图2所示。

（2）实现顺序控制。电力拖动控制线路与技能训练第二单元课题五有关于顺序控制线路的介绍。该电路的要求是工步1～4需要按顺序启动，同时在KA1与KA2常开切换瞬间复位。实现顺序控制部分的主要电路如图3所示。

图2

图3

3.控制面板的设计

石材仿形机械除了仿形加工功能外，还要充当切边机的角色，即能手动模式切割石板，所以要具备以下功能的按钮：手动自动模式切换、上升、下降、左平移右平移切换、工作台前进、工作台后退、工作台停止、主机启动停止等。值得提醒学生的是，控制面板的按钮设计将会影响控制电路的设计，而且控制面板设计的服务对象是机械的使用者，而不是电路本身，也就是面板取决于用户的操作方便，电路必须服从于控制面板。

4.电气线路的安装与检修

（1）元件明细表的填写。在元件明细表中，应该写明所需要元件的名称、型号规格、数量，甚至大概价格和采购渠道等信息，根据电路图和安装的实际情况详细列出，做到一个不漏。

（2）安装训练与评分标准。此项内容可参考中国劳动社会保障出版社出版的《电力拖动控制线路与技能训练》（第四版）安装训练和评分标准部分。

参考文献：

[1]劳动和社会保障部教材办公室.电力拖动控制线路与技能训练（第三版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2004.

[2]何国金.机械电气自动控制[M].重庆：重庆大学出版社，2002.

（作者单位：广东省云浮市技工学校）