铣床电气控制系统设计说明

一、控制对象（铣床）描述

（一）简介

在金属切削机床中，铣床的数量占有非常大的比例。铣床可用来加工平面、斜面、沟槽等。装上分度头，可以铣切直齿轮和螺旋面。若装上圆工作台，可铣切凸轮和弧形槽。

以常用的立铣和卧铣来说，刀具(铣刀)的旋转运动称为主运动，工件(工作台)的移动或进给箱的移动称为进给运动，辅助运动有工作台的快速移动及工作台的旋转运动。主运动与进给运动没有比例协调的要求，为缩短传动链和便于分别控制，大多数铣床将主轴和工作台分别用单独的电机拖动，对于中小型铣床来说，一般用普通三相异步电动机拖动。

铣床（millingmachine）系指主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。通常铣刀旋转运动为主运动，工件（和）铣刀的移动为进给运动。它可以加工平面、沟槽，也可以加工各种曲面、齿轮等。铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。

（二）机床结构及工作要求

万能铣床具有主轴转速高，调速围宽，操作方便，工作台能自动循环加工等特点，其结构如图A所示。主要由底座，床身，悬梁，刀杆支架，工作台，溜板和升降台等部分组成。

图1 卧式万能铣床外形结构图

1-底座 2-主轴电动机 3-床身 4-主轴 5-悬梁 6-刀杆挂脚

7-工作台 8-工作台左右进给操作手柄 9-滑座 10-工作台前后上下操作手柄 11-进给变手柄及变速盘 12-升降工作台 13-进给电动机 14-主轴变速盘 15-主轴变速手柄

铣削加工方式有逆铣与顺铣。顺铣时，铣刀正向安装，要求主轴电动机正

向旋转；逆铣时因加工需要，铣刀需反向安装，同时要求主轴电动机反向旋转。

当铣削方向确定后，在铣削加工过程中则不需要改变旋转方向。因此，对主轴电

动机的控制要求是在加工之前选择好转向(正向或反向)，而后起动加工。铣刀是

一种多刃刀具，其切削过程是断续的，负载随时间波动，造成电机拖动的不平衡，

为了减小负载波动的影响，在主轴上采用飞轮增加惯量，这样又引起主轴在停车

时的惯性大，停车时间较长，影响生产效率，为了实现能快速停车的目的，主轴

都采用了制动停车方式。

铣削时根据工件的加工要求，有纵向、横向和垂直三个方向的进给运动，由

一台电动机拖动。进给运动的方向，是通过操作选择运动方向的手柄与开关，配

合进给施动电动机的正、反转来实现的。为了保证机床、刀具的安全，在铣削加

工时只允许工件作一个方向的进给运动。在使用圆工作台加工时，不允许工件作

纵向、横向和垂直方向的进给运动。为此，各向进给运动之间应具有联锁环节。

铣削加工中，为了提高停车位置的准确性，也可采用制动方法。

铣床主运动和进给运动间没有比例协调的要求，但从机械结构的合理性考

虑，应采用两台电动机单独拖动。在铣削加工中，为了不使工件与铣刀碰撞而造

成事故，要求进给运动一定要在铣刀旋转后才能进行，铣刀停止旋转，进给运动

就应该停止或同时停止。因此，要求进给运动电动机与主轴电动机之间要有可靠

的联锁。

为了适应各种不同的铣削加工要求，铣床主轴及进给运动都应具有一定的

调速围。为了使齿轮在变速时易于相互啮合，要求主轴电动机和进给施动电动机

都应具有变速冲动控制电路。为了使操作者能在铣床的正面、侧面方便地操作，

对主轴的起动、停止，工作台进给运动选向及快速移动等的控制，设置了多地点

控制方案。为保证加工质量相机床设备的安全，要求控制系统中应具有较完善的

联锁保护环节。

铣削加工中，根据不同的工件材料，也为了延长刀具寿命和提高加工质量，

需要切削液对工件刀具进行冷却润滑，而有时又不采用，因此，采用转换开关控

制冷却泵电动机单向旋转。此外，还应配有安全照明电路。

为了使操作者能在铣床的正面、侧面方便地操作，对主轴的起动、停止，

工作台进给运动选向及快速移动等的控制，设置了

多地点控制方案。为保证加工质量相机床设备的安全，要求控制系统中应具有较完善的联锁保护环节。

工作原理：

铣刀装在与主轴连在一起的刀杆支架上，在床身的前面有垂直导轨，升降台沿其上下移动；在升降台上面的水平导轨上，装有可在平行与主轴轴线方向移动（横向移动）的溜板，在溜板上部转动部分的导轨上可作垂直与主轴轴线方向的移动（纵向移动），这样，工作台上的工件就可以在六个方向（上，下，左，右，前，后）进给。

为了加快调整工件与刀具之间的相对位置，可以改变传动比，使工作台在六个方向上作快速移动。此外，由于转动部分相对于溜板可绕垂直轴线左，右转一个角度（通常为45度），因此可以加工螺旋槽。工作台上还可以安装圆工作台以扩大铣削能力。

由上述可知，万能铣床的运动方式有：

主运动：铣刀的旋转。

进给运动：工作台在六个方向上的运动。

辅助运动：工作台在六个方向上的快速运动。

二、铣床系统的电气控制电路设计

（一）电气传动的特点及控制要求

（1）铣床的主运动和进给运动之间没有速度比例协调的要求，各自采用单独的笼型异步电动机拖动。

（2）为了能进行顺铣和逆铣加工，要求主轴能够实现正，反转。

（3）为提高主轴旋转的均匀性并消除铣削加工时的震动，主轴上装有飞轮，其转惯量较大，因此要求主轴电动机有停车制动控制。

（4）为适应加工的需要，主轴转速与进给速度应有较宽的调节围。X62W 铣床采用机械变速的方法，为保证变速时齿轮易于齿合，减小齿轮端面的冲击，要求变速时有电动机瞬时冲动。

（5）进给运动和主轴运动应有电气联锁。为了防止主轴未转动时，工作台将工件送进可能损坏刀具或工件，进给运动要在铣刀旋转后才能进行。为降低加工工件的表面粗糙度，加工结束必须在铣刀停转前停止进给运动。

（6）在六个方向上运动要有联锁，在任何时刻，工作台在上，下，左，右，前，后六个方向上，只能有一个方向的进给运动。

（7） 为了适应工作台在六个方向上运动的要求，进给电动机应能正，反转。快速运动由进给电动机与快速电磁铁配合完成。

（8） 圆工作台运动只需一个转向，且要与工作台进给运动有联锁，不能同时进行。

（9） 冷却泵电动机M3只要求单方向转动。

（10） 为操作方便，应能在两处控制各部件的启动和停止。

（二）继电器-接触器电气控制电路的设计

根据铣床的电力拖动及控制要求，同时又考虑了以下几个方面：

1、电气控制线路与机械配合相当紧密，因此分析中要详细了解机械结构与电气控制的关系，但机械结构相对比较复杂。

2、控制线路中设置了变速冲动控制，从而使变速顺利进行。

3、为了操作方便，采用多地控制，实现两地启、停。

4、具有完善的电气联锁，并具有短路、零压、过载及超行程限位保护环节 根据设计要求我们设计了如图一所示的继电器-接触器电气控制电路图。 （三）继电器-接触器电气控制电路图分析及介绍

1．主轴电动机控制 1M 为主轴拖动电动机。从主电路看出，主轴电动机的转向由转换开关5SA 预选确定。转换开关5SA 触点动作见表1。主轴电动机的起动、停止由接触器1KM 控制，接触器2KM 及电阻R 和速度继电器KV 组成停机反接制动控制。

表1 转换开关5SA 动作表

（1）主轴电动机起动 接通电源开关Q ，选择主轴电动机转向，操作转换开关5SA 于所需位置。主轴电动机起动、停止分别由装于工作台上与床身上的控制按钮1SB 、2SB 和3SB 、4SB 实现两地控制。按下按钮1SB 或2SB ，接触器1KM 得电，主触点闭合并自锁，主轴电动机按预选方向起动，带动主釉、铣刀旋转，同时速度继电器KV 常开触点闭合，为停机反接制动作准备。

（2）主轴电动机停机 按下停机按钮3SB 或4SB 。接触器1KM 失电，切断正序电源，同时接触器2KM 得电，电动机串电阻实现反接制动，当主轴电动机转速低于120min /r ，KV 触点断开，2KM 断电，电动机反接制动结束；停机操作时应注意在按下3SB 或4SB 要按到底，否则反接制动电路未接入，电动机只能实现自然停机。如果在按下按钮时间太短，反接制动的时间也太短，制动效果差，因此，操作时要在主轴快停机时再松开按钮。

（3）主轴的变速运动 主轴的变速采用圆孔盘式结构，变速时操作变速手柄在拉出或推回过程中短时触动冲动开关7SQ ，主轴电动机瞬动一下而实现。

主轴处于停车状态时，操作变速手柄，触动冲动开关7SQ 使接触器2KM 瞬时得电，电动机定子串电阻冲动一下，带动齿轮转动一下，便于齿轮啮合，完成变速。

主轴已起动工作时，要变速同样操作变速手柄，操作时也触动冲动开关7SQ ，使接触器2KM 失电，2KM 得电一下进行反接制动，使主轴转速迅速下降，以便于在低速下齿轮啮合，完成变速后，应重新按起动按钮，主轴电动机转动继续工作。

主轴在变速操作时，以较快速度将手柄推入啮合位置，因为7SQ 的瞬动是靠手柄上凸轮的一次接触达到，如果推入动作缓慢，凸轮与7SQ 接触时间延长，会使主油电动机转速过高，从而使齿轮啮合不上，甚至损坏断轮。

2．工作台进给运动控制 工作台的进给运动需在主轴起动之后进行。接触器KM 常开触点（8－9）闭合，接通进给控制电源。工作台的左、右、前、后、上、下方向的进给运动均由进给拖动电动机2M 驱动，通过2M 电动机的正、反转及机械结构的联合动作，来实现六个方向的进给运动。控制工作台运动的电路是与左、右机械操作手柄联动的行程开关1SQ 、2SQ 及与前、后、上、下操作手柄联动的行程开关3SQ 、4SQ 组成复合控制。这时圆工作台开关1SA 在断开位置，即1SA 触点（17－18）和（11－21）接通，（21－19）断开，进给电动机通过工作台方向操作手柄进行控制。圆工作台开关1SA 动作表见表2。

（1）工作台的左、右（纵向）进给运动 工作台的左、右进给运动由工作台前面的纵向操作手柄进行控制。当将操作于柄扳到向右位置时，行程开关1SQ 压合，其常开触点（18－19）接通，常闭触点（22－17）断开，此时，控制电源经（11－15－16－17－18－19）接通接触器3KM ，3KM 吸合，主触点接通2M 电动机正序电源，2M 正向旋转，工作合作向右进给运动。同理，当将操作手柄扳到向左位置时，行程开关2SQ 压合，工作台向左进给运动。

若将手柄置于中间位置，1SQ 、2SQ 复原，3KM 、4KM 均不吸合，工作台停止左右方向运动。

（2）工作台前后（横向）进给运动和上、下（垂直）进给运动 工作台的前后及上下进给运动，共用一套操作于柄控制，手柄有5个控制位置，处于中间位置为原始状态，进给离合器处于脱开状态，行程开关3SQ 、4SQ 均复位，工作台不运动。当操作向前、向后手柄时．通过机械装置连结前、后进给离合器。当操作向上、向下手柄时，连结上、下进给离合器。同时，使3SQ 或4SQ 压合接通，2M 电动机正向或反向旋转，带动工作台作前后、上下进给运动。

工作台向前和向下进给运动的电气控制电路相同。当将操作手柄扳到向前或向下位置时，压合行程开关3SQ ，使其常闭触点断开，常开触点闭合，控制电

源经（11－21－22－17－18－19）接通3KM 线圈，3KM 吸合，进给电动机2M 正向旋转并通过机械联动将前、后进给离合器或上、下进给离合器接入，使工作合作向前或向下方向的进给运动。

工作台向后和向上进给运动也共用一套电气控制装置。当将操作手柄扳到向后或向上位置时。压合行程开关4SQ ，进给电动机反向旋转．使工作台作向后或向上方向进给运动。