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第三章 常用机床电气控制
镗床的电气控制
镗床是一种精密加工机床，主要用于加工精确度高的孔，以及各孔间距离要求较为精确的零件，例如一些箱体零件如机床变速箱、主轴箱等，往往需要加工数个尺寸不同的孔，这些孔尺寸大，精度要求高，且孔的轴心线之间有严格的同轴度、垂直度、平行度与距离的精确性等要求，这些都是钻床难以胜任的。
镗床的电气控制
由于镗床本身刚性好，其可动部分在导轨上活动间隙很小，且有附加支撑，故能满足上述要求。
镗床除镗孔外，在万能镗床上还可以进行钻孔、铰孔、扩孔；用镗轴或平旋盘铣削平面；加上车螺纹附件后，还可以车削螺纹；装上平旋盘刀架可加工大的孔径、端面和外圆。因此，镗床工艺范围广、调速范围大、运动多。
按用途不同，镗床可分为卧式镗床、立式镗床、坐标镗床、金刚镗床和专门化镗床等。
下面介绍常用的卧式镗床。
一、卧式镗床的结构、运动形式和拖动特点
卧式镗床主要由床身、前立柱、镗头架、后立柱、尾座、下溜板和工作台等部分组成。
床身是一个整体的铸件，在它的一端固定有前立柱，在前立柱的垂直导轨上装有镗头架，并由悬挂在前立柱空心部分内的对重来平衡，镗头架可沿导轨垂直移动。镗头架上装有主轴部分、主轴变速箱、进给箱与操纵机构等部件。切削刀具固定在镗轴前端的锥形孔里，或装在平旋盘上的刀具溜板上。在工作过程中，镗轴一面旋转，一面沿轴向作进给运动。平旋盘只能旋转，装在其上的刀具溜板作径向进给运动。平旋盘主轴为空心轴，镗轴穿过其中空部分，经由各自的传动链传动。因此镗轴与平旋盘可独自旋转，也可以不同转速同时旋转，但一般情况下大都使用镗轴，只有用车刀切削端面时才使用平旋盘。
在床身的另一端装有后立柱，后立柱可沿床身导轨在镗轴轴线方向调整位置。在后立柱导轨上安放有尾座，用来支撑镗杆的末端，它随镗头架同时升降，保证两者的轴心在同一直线上。
安装工件的工作台安放在床身中部的导轨上，它由下溜板、上溜板与可转动的工作台组成。下溜板可沿床身导轨作纵向运动，上溜板可沿下溜板上的导轨作横向运动，工作台相对于上溜板可作回转运动。
由上可知，卧式镗床的运动方式有：
主运动：镗轴与平旋盘的旋转运动。
进给运动：镗轴的轴向进给，平旋盘刀具溜板的径向进给，镗头架的垂直进给，工作台的纵向进给与横向进给。
辅助运动：工作台的回转，后立柱的轴向运动及尾座的垂直移动。
镗床工艺范围广、运动多，主轴转速与进给量都应有足够的调节范围，从电气控制上看有如下特点：
1、卧式镗床的主运动与进给运动由一台电动机拖动。主轴拖动要求恒功率调速，且要求正、反转，一般采用单速或多速笼型感应电动机拖动。为扩大调速范围，简化机械变速机构，可采用晶体管控制的直流电动机调速系统。
2、为满足加工过程调整工作的需要，主轴电动机应能实现正、反转点动的控制。
3、要求主轴制动迅速、准确，为此设有电气制动环节。
4、主轴及进给变速可在开车前预选，也可在工作过程中进行，为便于变速时齿轮的顺利啮合，应设有变速低速冲动环节。
5、为缩短辅助时间，机床各运动部件应能实现快速移动，并由单独快速移动电动机拖动。
6、镗床运动部件较多，应设置必要的联锁及保护环节，且采用机械手柄与电气开关联动的控制方式。
二、T68型卧式镗床的电气控制
图3-7为T68型卧式镗床电路图。图中M1为主电动机，用以实现机床的主运动和进给运动；M2为快速移动电动机，用以实现主轴箱、工作台的快速移动。前者为双速电动机，功率为5.5/7.5KW，转速为1460/2880r/min；后者功率2.5KW，转速为1460r/min。整个控制电路由主轴电动机正反转起动旋转与正反转点动控制环节、主轴电动机正反转停车反接制动环节、主轴变速与进给变速时的低速运动环节、工作台的快速移动控制及机床的联锁与保护环节等组成。
（一）主电动机的正、反转控制
1、主轴电动机正反转点动控制
由正反转接触器KM1、KM2与正反转点动按钮SB4、SB5组成主电动机M1正反转点动控制电路。此时电动机定子串入降压电阻，绕组成D型联结进行低速点动。
2、主电动机正反向低速旋转控制
由正反转起动按钮SB2、SB3与正反转中间继电器KA1、KA2及正反转接触器KM1、KM2构成主电动机正反转起动电路。当选择主电动机低速旋转时，应将主轴速度选择手柄置于低速档位，此时经速度选择手柄联动机构使高低行程开关ST处于释放状态，其触点ST（12-14）处于断开状态。
当主轴变速手柄与进给变速手柄置于原位时，变速行程开关ST1、ST3均被压下，使触点ST1(4-11)、ST3（11-12）闭合。此时若按下SB2或SB3时，将使KA1或KA2线圈通电吸合，使KM3与KM1或KM2通电吸合，KM4相继通电吸合，主电动机定子绕组联结成D形，在全压下直接起动获得低速旋转。
3、主电动机高速正反转的控制
当需主电动机高速起动旋转时，将主轴速度选择手柄置于高速档位，此时速度选择手柄经联动机构将行程开关ST压下，触点ST（12-14）闭合。这样，在按下起动按钮，KM3通电的同时，时间继电器KT 也通电吸合。于是电动机M1在低速D形联结起动并经3s左右的延时后，因KT延时断开的触点KT（22-15）断开，主电动机低速转动接触器KM4断电释放；同时，KT延时保护的触点KT（15-24）闭合，高速转动接触器KM5通电吸合，主触点闭合，将主电动机M1定子绕组联结成YY形并重新接通三相电源，从而使主电动机由低速旋转转为高速旋转，实现电动机按低速档起动再自动换接成高速档运转的自动控制。
（二）主电动机停车与制动的控制
主电动机M1在运行中可按下停止按钮SB1实现主电动机的停车与制动。由SB1、速度继电器KS、接触器KM1、KM3、KM4和KA1断电释放；若原来为高速正转，则KM1、KM3、KM5、KA1及KT均断电释放，限流电阻R串入主电动机主电路。虽然此时电动机已与电源断开，但由于惯性作用，M1仍以较高速度正向旋转。而停止按钮的另一对触点SB1（3-15），KM2线圈经触点KS-1(15-20)通电吸合，其触点KM2（3-15）闭合起自锁作用。同时，接触器KM4通电吸合。KM2、KM4的主触点闭合，经限流电阻R接通主电动机三相电源，主电动机进行反接制动，转速立即下降。当主电动机转速下降到KS复位转速时，触点KS-1(15-20)断开，KM2、KM4先后断电释放，其主触点切断主电动机三相电源，反接制动结束，电动机自由停车至零。由上分析可知，在进行停车操作时，务必将停止按钮SB1按到底，否则将无反接制动，只是电动机自由停车。
（三）主电动机在主轴变速与进给变速时的连续低速冲动控制
T68型卧式镗床的主轴变速与进给变速既可在主轴电动机停车时进行，也可在电动机运转时进行。
变速时为便于齿轮的啮合，主电动机运行在连续低速工作状态。
1、变速操作过程
主轴变速时，首先将变速操纵盘上的操纵手柄拉出，然后转动变速盘，选好速度后，再将变速手柄推回。在拉出或推回变速手柄的同时，与其联动的行程开关ST1、ST2相应动作。在手柄拉出时ST1不受压，ST2压下；当手柄推回时，ST1压下，ST2不受压。
2、主电动机在运行中进行变速时的自停控制
主电动机在运行中如需变速，将变速孔盘拉出，此时ST1不受压，触点ST1（4-11）断开，使接触器KM3均断电释放，其主触点断开，将限流电阻R串入定子电路，而触点KM3（4-19）断开，KM1、KM2均断电释放。因此，主电动机无论工作在正转或反转状态，都因KM1或KM2断电释放而停止旋转。
3、主电动机在主轴变速时的连续低速冲动控制
主轴变速时，将变速孔盘拉出，ST1不再受压，而ST2压下，触点ST2（17-16）闭合。
若变速前主电动机处于正转运行状态，这时由于主轴变速手柄的拉出，使主电动机处于自停状态，速度继电器触点KS-1（15-17）闭合，KS-1（15-20）断开，KS-2（15-16）断开，使KM1、KM4线圈相继通电吸合。KM1、KM4主触点闭合，主电动机定子绕组联结成D形经限流电阻R起动正向旋转。随着主电动机转速的升高，当到达速度继电器动作值时，触点KS-1（15-17）断开，KM1线圈断电释放，主触点又切断主电动机三相电源，主电动机在惯性作用下继续正向转动。同时，触点KS-1（15-20）闭合，KM2线圈通电吸合，而此时KM4仍然通电吸合。KM2、KM4主触点闭合，接通主电动机反向电源，经限流电阻R进行反接制动，使电动机转速迅速下降。
当主电动机转速下降到速度继电器的释放值时，触点KS-1（15-20）断开，KM2断电释放；同时，触点KS-1（15-17）闭合，KM1又通电吸合。于是，主电动机又接通正向电源，经限流电阻R进行正向起动。这样间隙地起动和反接制动，使主电动机处于低速运转状态，有利于变速齿轮的啮合。一旦齿轮啮合后，变速手柄推回原位，行程开关ST1压下，ST2不受压，切断主电动机变速低速运转电路。
由上分析可知，如果变速前主电动机处于停转状态，那么变速后主电动机也处于停转状态。若变速前主电动机处于正向低速（D联结）状态运转，由于中间继电器KA1仍保持通电状态，变速后主电动机仍处于D联结下运转。同样道理，如果变速前电动机处于高速（YY联结）正转状态，那么变速后，主电动机仍先联结成D形，再经过3s左右的延时，才进入YY联结的高速正转状态。
进给变速时主电动机连续低速冲动控制情况与主轴变速相同，只不过此时操作的是进给变速手柄，与其联动的行程开关是ST3、ST4，当手柄拉出时ST3不受压，ST4压下；当变速完成，推上进给变速手柄时，ST3压下，ST4不受压。其余情况与主轴变速相同。
（四）镗头架、工作台快速移动的控制
机床各部件的快速移动，由快速移动操作手柄控制，由快速移动电动机M2拖动。运动部件及其运动方向的选择由装设在工作台前方的手柄操纵。快速操纵手柄有“正向”、“反向”、“停止”3个位置。在“正向”与“反向”位置时，将压下行程开关ST7或ST8，使接触器KM6或KM7线圈通电吸合，实现M2电动机的正反转，再通过相应的传动机构使预选的运动部件按选定方向作快速移动。当快速移动控制手柄置于“停止”位置时，行程开关ST7、ST8均不受压，接触器KM6或KM7处于断电释放状态， M2电动机停止旋转，快速移动结束。
（五）机床的联锁保护
由于T68型镗床运动部件较多，为防止机床或刀具损坏，保证主轴进给和工作台进给不能同时进行，为此设置了两个联锁保护行程开关ST5与ST6。其中ST5是与工作台和镗头架自动进给手柄联动的行程开关，ST6是与主轴和平旋盘刀架自动进给手柄联动的行程开关。将行程开关ST5、ST6的常闭触点并联后串接在控制电路中，当两种进给运动同时选择时，ST5、ST6都被压下，其常闭触点断开，将控制电路切断，于是两种进给都不能进行，实现联锁保护。
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