X62W万能铣床对电气控制的要求

为了了解生产机械与电气控制的关系及分析方法，本节以万能铣床的电气控制电路作为讲述实例，以帮助读者掌握阅读分析机床类电气控制电路图的方法。

2.9.1 X62W万能铣床对电气控制的要求

1）基本结构和运动情况

X62W万能升降台铣床主要由底座、床身、悬梁、刀杆支架、升降台、工作台等几部分组成，它的结构如图2.45所示。箱形的床身固定在底座上，在床身内装有主轴的传动机构和变速操纵机构。床身的顶部有水平导轨，其上装有带一个或两个刀杆支架的悬梁（刀杆支架用来支承安装铣刀心轴的一端，心轴的另一端则固定在主轴上）。 刀杆支架在悬梁上以及悬梁在床身顶部的水平导轨上都可以人为的水平移动，以便安装不同的心轴。铣刀夹持在心轴上，铣刀的旋转运动称为主体运动。 在床身的前面有垂直导轨，升降台可沿着它上、下移动（垂直运动）。 在升降台上面的水平导轨上，装有可在平行主轴轴线方向移动（横向移动）的溜板。 溜板上部有可转动部分，工作台就在溜板上部可转动部分的导轨上作垂直于主轴轴线方向移动（纵向运动）。工作台上有燕尾槽来固定加工工件。 这样安装在工作台上的工件就可在3个互相垂直的方向上向铣刀作进给运动。

图2.45 X62W万能铣床结构图

1—底座；2—主电动机；3—电器箱；4—主轴变速操纵箱；

5—床身；6—主轴；7—悬梁；8—刀杆支架；9—纵向工作台；

10—回转台；11—横向工作台；12—升降台；13—进给变速箱

此外，由于转动部分对溜板可绕垂直轴线左右各转一个角度（通常为±45°）。 因此工件在工作台水平面上除能平行于或垂直于轴线方向进给外，还能在倾斜方向进给，可以加工螺旋槽，故称万能铣床。

2）铣床对主拖动的控制要求

①铣削加工一般有顺铣及逆铣两种方式，分别使用顺铣刀及逆铣刀（二者刀口方向不一致），因此要求主电动机能正向或反向工作。 一旦铣刀固定后，铣削方向就确定了，所以工作过程不需要变换主电机旋转方向，只要在主电动机电路内接入换相开关就能满足顺铣及逆铣对拖动电动机的正向或反向的要求。

②铣床在铣削加工时，为了充分发挥机床的潜力，以提高生产率，故在小进刀量时采用高速铣削，反之在大进刀量时，采用低速铣削。也就是说，随着加工精度、工件材料和铣刀直径的不同，要求主传动系统不仅能调速，而且在各种铣削速度下的功率恒定。 铣床是用齿轮变速，齿轮变速时，在不同的切削速度下其切削功率不变。 电动机的选择可以不考虑速度变化。采用鼠笼型感应电动机，功率为7.5k W。

③铣削是多刃不连续切削，因而负载是随时间波动的，使拖动不平稳。要减轻负载波动的影响，有效的办法是增加飞轮惯量，所以铣床主轴都有飞轮。铣削加工时，主轴速度较高，飞轮内储有很大的动能，使停车时间延长，因此，主轴都采用制动方式快速停车。

④变速是采用变速盘选择不同的传动齿轮，为了使齿轮啮合容易，减小齿轮端面的冲击，要求主轴电动机在主轴变速时稍微转动一下，称为变速冲动。

3）铣床对进给拖动的要求

①铣削的进给运动是直线运动，一般是工作台的左右、前后及上下运动。 但是加工过程中，同一时间只允许一种运动，所以这3种不同方向的运动之间应该联锁。3种运动可以由同一台电动机拖动，每一种运动方向都有正、反方向，所以拖动电动机要能正、反方向旋转。

②铣削加工时，根据加工工艺的不同，进给量的大小也不相同，所以要求拖动系统应有足够宽的调速范围。工作台移动时产生的摩擦力，在不同的移动速度时都是恒定的，属恒转矩负载。由于本铣床采用齿轮变速，齿轮变速属恒功率的，电动机的输出功率将随进给速度的增大而增大，在小进给速度时，电动机的功率没有得到充分利用，但基于中、小型铣床的进给功率较小，故以高速进给运动时所需的功率为准来选择电动机的容量，选用1.5k W鼠笼型电动机。

③进给运动一定要在铣刀旋转时才能进行，铣刀停止旋转前，进给运动就应该停止，否则会碰坏刀具，损坏机床。因此，进给拖动电动机与主拖动电动机之间要有可靠的联锁。

④进给变速时，为了使传动齿轮易于啮合，故要求进给变速时亦应有“冲动”控制。

⑤为了缩短辅助时间，提高生产率，工作台3个相互垂直方向的运动应当有快速移动。X62W工作台的快速移动仍由进给电动机拖动，通过快速离合器的作用，将进给传动链换接为快速传动链来实现。

⑥X62W铣床可以增加圆工作台，它能扩大机床的加工能力。 使用圆工作台时，只允许单方向旋转运行，工作台的上下、左右及前后运动都不允许进行。

2.9.2 X62W铣床的电气控制电路

1）系统简介

X62W万能升降台铣床共有3台异步电动机，其中主轴电动机驱动主轴正反向旋转；进给电动机完成工作台的纵向、横向和垂直3个方向的进给运动和快速移动，或驱动机床附件——圆工作台运动；冷却泵电动机在切削时供应冷却液。

铣床的电路图见图2.46所示。该机床的动力电源是三相交流380伏，设有3个控制变压器：控制电源变压器TC1、整流变压器TC2和照明变压器TC3。变压器均安装有熔断器作短路保护。电动机安装熔断器作短路保护，安装热继电器作过载和缺相保护。

主轴停车时的制动，可有几种电气制动方法。由于铣床不要求频繁正反转，所以不使用接触器控制正反转，若采用电源反接制动方法，又要增加许多电器，很不经济。 能耗制动是铣床过去常采用的方案，能耗制动的方法简单、维护方便，但制动力矩在速度较低时很小，制动效果不理想。现代的铣床是应用电磁离合器进行主轴制动，它的制动力矩强度始终不变，可以满足快速停车的要求，而且控制简单，但应注意离合器的磨擦片磨损，要加强维护。

进给运动电动机的控制采用的是机械（机械离合器）和电气（行程开关）相联系的手柄操作，减少了按钮数量和操作程序，使操作形象化，不会误操作。但联动机构的结构复杂，制造费时，而且易发生机械故障。

2）主轴电动机的控制

主轴电动机M1是通过接触器KM1的主触点闭合而启动的，主轴的正反转控制，是利用换向组合开关SA5换接定子电源相序而实现的。

（1）主轴的启动

合上总开关QS，将换向开关SA5旋转到主轴所要求的旋转方向，然后按启动按钮SB3或SB4（在设计上为了操作方便，在两处装有启停按钮，一处设在床身立柱上，另一处设在升降工作台上），接触器KM1得电吸合：其主触点闭合，电动机M1启动，主轴旋转；其辅助触点KM1-1闭合，自锁；KM1-2闭合，为工作台的控制电路运行作好准备；KM1-3断开，制动离合器YC1线圈不会得电。

（2）主轴的制动

主轴需要停止时，按下停止按钮SB1或SB2，接触器KM1释放，KM1-3闭合与SB1或SB2常开触头共同作用，接通主轴的电磁制动离合器YC1线圈，使主轴快速制动停止。 在主轴未完全停止前，不要松开主轴停止按钮，以保持制动电磁离合器吸合。

（3）主轴变速时的瞬时冲动

机床主轴要求变速时，应在主轴电动机M1停止时进行。先将变速手柄拉出，再将变速盘转动到所需转速上，然后将变速手柄推回原位。在将变速手柄推回原来的位置过程中，变速手柄通过机械上的联动机构使冲动开关SQ7动作一次，SQ7-2常闭触点瞬时断开，切断了KM1-1的自锁回路；SQ7-1常开触点瞬时闭合，接触器KM1也就瞬时接通，其主触头使主轴电动机M1瞬时转动一下，以利于变速后的齿轮啮合。 当变速手柄推回原位时，冲动开关SQ7还原。主轴电动机M1仅在手柄推回的过程中，动了一下，齿轮啮合完成，SQ7复原，主轴冲动结束。注意：手柄推回原位时要快一些，否则电动机转速过高，齿轮啮合时可能打坏齿轮。

（4）主轴换刀时的制动

当主轴换刀时，为了安全和便于工作，应使主轴停止转动。为此，在主轴换刀前，需将转换开关SA2扳到换刀位置，其触点SA2-2切断接触器KM1的电源，主轴电动机M1不能启动；触点SA2-1闭合，接通电磁制动器YC1，使主轴不能转动，然后再换刀。换刀完毕后，再将转换开关SA2扳回工作位置，主轴就可以再次启动了。

3）工作台进给运动的控制

工作台的纵向、横向和升降运动都由进给电动机M2驱动，由接触器KM2和KM3控制M2的正反转，以改变进给运动方向。工作台进给运动的控制是由两个操作手柄实现的。 工作台的左、右运动由一个操作手柄控制，手柄有3个位置，向左、向右和零位（称为一字型手柄）。采用操作手柄控制，比较直观又易于掌握，手柄向左（向右）面位置扳时，工作台纵向丝杠被离合器连接到进给电动机传动链上，手柄附属的联动机构同时也压动行程开关SQ2（SQ1），触点闭合情况见表2.6。

表2.6 工作台纵向进给开关说明

工作台的前、后和上、下操纵都由另一个手柄控制，所以这个手柄有5个位置：向前、向后、向上、向下及零位（称为十字型手柄）。 手柄在向前、向后位置时，通过离合器接通横向进给丝杠；手柄在向上、向下位置时，通过另一个离合器接通上、下进给丝杠。工作台的前、后和上、下操作手柄放在向后或向上位置时，与操作手柄联动的装置都是压动行程开关SQ4；操作手柄在向前或向下位置时，与操作手柄联动的装置都是压动行程开关SQ3。触点闭合情况见表2.7。

每个操作手柄均为复式的，也就是都具有两个相同的手柄，安装在两处，实现两处控制，两个相同的手柄均有机械联系，操作方便。当手柄放在零位时，各行程开关都处于未被压下的原始状态，如图2.46所示。(www.zuozong.com)

表2.7 工作台升降、横向进给开关说明

在机床接通电源后，将圆工作台的转换开关SA1扳到“断开”位置，使触点SA1-1和SA1-3闭合，而SA1-2断开，然后启动主轴电动机。这时接触器KM1吸合，其触点KM1-2闭合，为进给电动机启动做准备。 工作台有上、下、左、右、前、后6个方向的运动，现将进给操作分析如下：

（1）工作台的纵向（左右）运动

工作台的纵向运动由纵向进给手柄操纵。当该手柄扳到向右位置时，一方面在机械上接通纵向离合器，同时在电气上压动行程开关SQ1，使其常开触点SQ1-1接通，常闭触点SQ1-2断开，而其他各控制进给运动的行程开关都处于原始位置。 这时控制电源经KM1-2，SQ6-2， SQ4-2，SQ3-2，SA1-3，SQ1-1，KM3-1使KM2线圈得电吸合，其主触点闭合，使进给电动机M2正向启动运转，工作台就向右运动。

当需要停止时，将手柄扳回中间位置（零位），行程开关SQ1自动复位，KM2断电，进给停止。进给停止是采用脱开离合器的方式，大大减小了转动惯量，所以不需另加制动力矩。

同理，将纵向操作手柄扳到向左位置时，纵向运动的离合器仍然接通，但却压下了行程开关SQ2，使KM3吸合，电动机M2反转启动，拖动工作台向左运动。

工作台左、右运动的行程限位可通过调整安装在工作台两端的挡铁来实现，当工作台纵向运动到极限位置时，挡铁撞动纵向操作手柄，使它回到中间位置，工作台停止运动，从而实现纵向运动的终端限位保护。

（2）工作台的升降（上下）和横向（前后）运动

工作台的升降运动和横向运动，由升降和横向进给手柄操纵。此手柄共有5个位置，向上或向下时，机械上接通升降进给离合器；向前或向后时，机械上接通横向进给离合器；手柄在中间位置时，则横向和升降离合器均脱开。

①工作台向上进给运动：当手柄扳到向上位置时，一方面机械上接通升降离合器，同时行程开关SQ4被压下，其常闭触点断开，常开触点接通，在主轴已启动的前提下，控制电源经KM1-2，SA1-1，SQ2-2，SQ1-2，SA1-3，SQ4-1，KM2-1常闭触点接通接触器KM3，其主触点闭合，使进给电动机M2接通电源，反向旋转，工作台向上运动。要停止时，手柄扳回零位，KM3失电释放，M2停转。

②工作台向后进给运动：当手柄扳到向后位置时，机械上接通横向进给离合器，而压下的行程开关仍是SQ4。所以在电路上仍是接通KM3，电动机也是反转。 但在横向进给离合器的作用下，机械传动装置带动工作台向后进给运动。要停止时，手柄扳回到零位。

工作台的向下和向前进给运动压下的行程开关是SQ3，分析方法相同，在此不再讲述。

工作台的升降运动和横向运动的终端限位保护，也是利用装在工作台上的挡铁撞动操作手柄来实现的。

（3）进给变速时的瞬时冲动

为使变速时齿轮易于啮合，进给速度的变换与主轴变速时一样，设有瞬时冲动环节，其作用原理与主轴变速冲动环节基本相同。当变速手柄推回原位时，通过内部机构压下行程开关SQ6；其常闭触点SQ6-2瞬时断开，常开触点SQ6-1瞬时接通。 此时控制电源经由KM1-2， SA1-1，SQ2-2，SQ1-2，SQ3-2，SQ4-2，SQ6-1，KM3-1瞬时接通接触器KM2，KM2主触点瞬时闭合，使进给电动机M2瞬时转动，得到进给变速时，瞬时冲动的控制。

由于此变速时的瞬时冲动电路要通过SQ2，SQ1，SQ3和SQ44个行程开关的常闭触点，因此，只有当纵向进给手柄和升降、横向操作手柄都置于中间位置时，才能实现变速时的瞬时冲动。如果发生一个进给手柄不在中间位置时，就有一个行程开关的常闭触点是断开的，将切断瞬时冲动的控制电路。这样就防止了在变速时，可能产生工作台沿进给方向移动的可能。

（4）工作台快速移动的控制

在安装工件或换刀时，为了减少辅助工时，必须使工作台能快速移动，调整刀具和工件之间的距离。工作台的纵向、横向和垂直3个方向的快速移动，由上述进给操纵手柄配合快速移动按钮SB5（或SB6）进行控制。

主轴开动后，将进给操纵手柄扳到所需移动的位置，则工作台就开始按手柄所指的方向，以选定的进给速度移动。 此时如将按钮SB5（或SB6）按下，则继电器（或接触器）KA吸合，其常闭触点KA-3切断慢速进给电磁离合器YC2，其常开触点KA-2接通快速进给电磁离合器YC3。离合器YC2是将齿轮系统和变速进给系统相联系，离合器YC3是快速进给变换用的，它的吸合，使进给传动系统跳过齿轮变速链，电动机可以直接拖动丝杠套，让工作台快速进给。进给的方向，仍由进给操纵手柄决定。当快速移动到预定位置时，松开快速按钮SB5，KA断电释放，YC3也断电释放，YC2又通电。 工作台由快速移动变为原来进给的速度及方向继续移动。

在主轴未启动时，也可以进行工作台的快速移动。将操纵手柄选择到所需移动方向，然后按下快速按钮SB5（或SB6），继电器KA的常开触点KA-1闭合，接通进给电路，使工作台可以获得快速移动的控制。这时所接通的电路，与主轴启动后的快速移动回路完全一样，所不同的只是当放松快速移动按钮时，由于KA触点KA-1断开，进给电路断电，M2停止，因而工作台就立即停止，不再移动。

4）圆工作台的控制

为了扩大机床的加工范围，如铣切圆弧、螺旋槽及弧形槽等，可在工作台上安装圆形工作台附件。圆形工作台的回转运动是由进给电动机M2经传动机构驱动的。 使用圆工作台时，应先把圆工作台开关SA1转换到接通的位置。其触点SA1-2接通，而触点SA1-1和SA1-3则断开。主轴电动机M1启动后（KM1吸合）。 控制电源经由KM1-2，SQ6-2，SQ4-2，SQ3-2， SQ1-2，SQ2-2，SA1-2，KM3-1使接触器KM2吸合，进给电动机则带动圆工作台作回转运动，而且只能顺着一个方向作回转运动。

在圆工作台运转时，不允许工作台的其他6个方向有任何移动。 为了防止因误操作而发生事故，在电气上设有保护措施，即当圆工作台转换开关SA1扳到接通位置时，其触点SA1-1和SA1-3则切断了工作台其他进给控制回路，使工作台不可能在其他方向作进给运动。 圆工作台的控制回路又经过SQ2，SQ1，SQ3及SQ4四个行程开关的常闭触点，如因误操作，扳动了进给运动某一个操纵手柄时，压下一个行程开关的常闭触点，就能立即切断圆工作台的控制电路，电动机停止运转（可用扳动手柄的方法使圆工作台停止）。 这样就保证了圆工作台的回转运动与机床工作台的进给运动不可能同时进行。

5）机床电路的保护、照明及冷却控制

（1）短路保护

主电路装有熔断器FU1作为短路保护，控制电路及照明电路由FU2～FU5作为短路保护。

（2）过载及缺相保护

3台电动机都属于长期工作制运行，所以采用热继电器FR1，FR2，FR3分别为主轴电动机M1，进给电动机M2和冷却泵电动机M3的过载保护。应用的是三相热元件继电器，也具有缺相保护。

（3）限位保护

工作台的上、下、左、右、前、后6个方向的运动都具有限位保护。 它们是由各自的限位挡铁来碰撞操作手柄，使其返回中间的位置而实现的。

（4）失压保护

接触器KM1有自锁触点，具有失压保护功能。

（5）主轴旋转与进给运动的联锁

只有在主轴启动以后，才能进行进给运动。主轴停车时，进给运动也就停止了。

（6）工作台3个方向的进给运动及快速运动的联锁

在同一时刻，只能选择一个方向的进给运动或快速运动。

（7）圆工作台的回转运动与进给运动的联锁

在使用圆工作台时，转换开关SA1扳在接通位置时，SA1-2闭合，机床工作台不能进行其他任何方向的进给运动和快速运动。

照明电源由专用36伏照明变压器供电，用开关SA4控制。

冷却液是在铣削时才需要，所以冷却泵电动机M3是接在接触器KM1的主触点上，用转换开关SA3控制。需要时接通，不需要时断开。

3个电磁离合器所需要的直流电源由专用变压器经硅整流桥整流后供给。