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3.4 铣床的电气控制
3.4 铣床的电气控制
铣床可以用来加工平面、斜面和沟槽等，装上分度头后还可以铣切直齿齿轮和螺旋面，如果装上圆工作台还可以铣切凸轮和弧形槽。
铣床的种类很多，有卧铣、立铣、龙门铣、仿形铣及各种专用铣床。
X62W卧式万能铣床应用广泛，具有主轴转速高、调速范围宽、操作方便和加工范围广等特点。
3.4.1 万能铣床的主要结构与运动形式
X62W卧式万能铣床主要有底座、床身、悬梁、刀杆支架、工作台、回旋盘、溜板箱和升降台等部分组成。床身内装有主轴的传动机构和变速操纵机构。
主轴带动铣刀的旋转运动称为主运动，进给运动是工件相对于铣刀的移动。
控制的特点及要求
（1）主轴电动机应能正反转。主轴电动机用笼型异步电动机拖动，通过齿轮进行调速，为完成顺铣和逆铣，主轴电动机应能正反转。
（2）主轴采用电气制动停车。为了减少负载波动对铣刀转速的影响，使铣削平稳一些，铣床的主轴上装有飞轮，使得主轴传动系统的惯性较大，因此，为了缩短停车时间，主轴采用电气制动停车。
（3）变速时主轴电动机进行冲动控制。为保证变速时，齿轮顺利地啮合好，要求变速时主轴电动机进行冲动控制，即变速时电动机通过点动控制稍微转动一下。
（4）同一时间内，只允许一个方向上的运动。升降台可上下移动，在升降台上面的水平导轨上装有溜板箱，溜板箱可沿主轴轴线平行方向移动（横向移动，即前后移动），溜板上部装有可转动的回转台，工作台装在可转动回转台的导轨上，可作垂直于主轴轴线方向的移动（纵向移动，即左右移动）。这样固定在工作台上的工件可作上下、左右、前后六个方向的移动，各个运动部件在六个方向上的运动由同一台进给电动机通过正反转进行拖动，在同一时间内，只允许一个方向上的运动。
3.4.2 X62W万能铣床电气线路分析
1．主电路
主电路中M1是主轴电动机，M2为进给电动机，M3为冷却泵电动机。
电动机M1是通过换相开关SA4，与接触器KM1、KM2进行正反转控制、反接制动和瞬时冲动控制，并通过机械机构进行变速；
工作台进给电动机M2要求能正反转、快慢速控制和限位控制，并通过机械机构使工作台能上下、左右、前后运动；
冷却泵电动机M3只要求正转控制。
2．控制电路分析
（1）主轴电动机M1的控制
SB2、SB3是分别装在机床两边的启动按钮，可进行两地操作，SB4、SB5是制动停止按钮，SA4是电源换相开关，改变M1的转向，KM1是主轴电动机启动接触器，KM2是反接制动接触器，SQ7是与主轴变速手柄联动的冲动行程开关。
1）主轴电动机启动时，要先将SA4扳到主轴电动机所需要的旋转方向，然后在按启动按钮SB2或SB3启动M1，在主轴启动的控制电路中串有热继电器FR1和FR3的常闭触点。当电动机M1和M3中有任一台电动机过载，热继电器的常闭触点断开，两台电动机都停止。
2）主轴电动机启动后速度继电器KS的常开触点KS（6-7）闭合，为电动机停转制动作准备，停止时按下停止复合按钮SB4或SB5，首先其常闭触点SB4（5-10）或SB5（10-11）断开， KM1线圈断电释放，主轴电动机M1断电，但因惯性继续旋转，将停止按钮SB4或SB5按到底，其常开触点SB4（5-6）或SB5（5-6）闭合，接通KM2回路，改变M1的电源相序进行反接制动。当M1转速趋于零时，KS自动断开，切断M2的电源。
3）主轴电动机变速时的冲动控制，是利用变速手柄与冲动行程开关SQ7通过机械上的联动机构进行控制的。变速操作可在开车时进行，也可在停车时进行。若开车进行变速时，首先将主轴变速手柄微微压下，使它从第一道槽内拔出，然后将变速手柄拉向第二道槽，当快要落入第二道槽内时，将变速盘转到所需的转速，然后将变速手柄从第二道槽迅速推回原位。
就在手柄拉向第二道槽时，有一个与手柄相连的凸轮通过弹簧杆瞬时压了一下行程开关SQ7，使冲动行程开关SQ7的常闭触点SQ7（4-5）先断开，切断KM1线圈的电路，M1断电，SQ7的常开触点SQ7（4-7）后闭合，接触器KM2线圈得电动作，M1被反接制动。当手柄拉到第二道槽内时，SQ7不受凸轮控制而复位，电动机停转。
接着把手柄从第二道槽推回原来位置的过程中，凸轮又压下SQ7，使SQ7（4-7）常开接通，SQ7（4-5）常闭断开，KM2线圈得电，M1反向转动一下，以利于变速后的齿轮啮合。当变速手柄以较快的速度推到原来的位置时，SQ7复位，KM2线圈断电，M1停转，操作过程结束。
在整个变速操作过程中，主轴电动机就短时转动一下，使变速后的齿轮易于啮合。当手柄完全推到原来的位置时，齿轮啮合好了，变速完成。由此可见，可进行主轴不停车直接变速。
若主轴原来处于停车状态，则在主轴变速操作过程中，SQ7第一次动作时，M1反转一下，SQ7第二次动作时，M1又反转一下，因此也可以实现主轴停车时的变速控制。
当然，若要主轴在新的速度下运行，则需要重新启动主轴电动机。需要注意的是，无论是在主轴不停车直接变速，还是主轴原来处于停车状态时变速，都应以较快的速度把手柄推回原始位置，以免通电时间过长，M1转速过高而打坏齿轮
（2）工作台移动控制
转换开关SA1是控制圆工作台运动的，在不需要圆工作台运动时，将转换开关SA1扳至“断开”位置，转换开关SA1在正向位置的两个触点SA1（18-19），SA1（15-22）闭合，反向位置的触点SA1（20-22）断开。
再将工作台自动与手动控制方式选择开关SA2扳到手动位置，转换开关SA2（19-26）断开，SA2（22-23）闭合，然后启动M1。这时接触器KM1吸合，其触点KM1（11-14）闭合，这样就可以进行工作台的进给控制。
1）工作台的左右（纵向）运动的控制。
工作台的左右运动是由进给电动机M2传动的。首先将圆工作台转换开关SA1转换开关扳在“断开”位置。工作台纵向运动的手柄有三个位置，既“左”、“右”和“中间”。
在主轴电动机启动后，将操作手柄扳向右，其联动机构压下行程开关SQ1，使SQ1（24-18）断开，SQ1（19-20）闭合，接触器KM4线圈得电，电动机M2正转，拖动工作台向右。
在主轴电动机启动后，将操作手柄扳向左，其联动机构压下行程开关SQ2，使SQ2（24-23）断开，SQ2（19-27）闭合，接触器KM3线圈得电，电动机M2反转，拖动工作台向左。
工作台的左右行程可通过调整安装在工作台两端的挡铁来控制。当工作台纵向运动到极限位置时，挡铁撞动纵向操纵手柄，使它回到零位，工作台停止运动，从而实现了纵向终端保护。
2）工作台的上下运动和前后运动的控制。首先将圆工作台转换开关SA1扳在“断开”位置。控制工作台的上下运动和前后运动的手柄是十字手柄，有两个完全相同的手柄分别装在工作台左侧的前、后方。它们之间有机械联锁，只需操纵其中任意一个。手柄有五个位置，既上、下、左、右和中间，五个位置是联锁的。手柄的联动机构与行程开关SQ3、SQ4相连，扳动十字手柄时，通过传动机构将同时压下相应的行程开关SQ3或SQ4。
手柄位置 工作台运动方向 离合器接通的丝杆 压下的行程开关 接触器的动作 电动机的运转
上 向上进给或快速向上 垂直丝杆 SQ3 KM4 M2正转
下 向下进给或快速向下 垂直丝杆 SQ4 KM3 M2反转
前 向前进给或快速向前 横向丝杆 SQ4 KM3 M2反转
后 向后进给或快速向后 横向丝杆 SQ3 KM4 M2正转
中 升降或横向进给停止 横向丝杆 —— —— ——
十字手柄控制情况
SQ3控制工作台向上及向后运动，SQ4控制工作台向下及向前运动，如表7-8所示。工作台的上下限位终端保护是利用床身导轨旁的挡铁撞动十字手柄使其回到中间位置，升降台便停止运动。横向运动的终端保护是利用装在工作台上的挡铁撞动十字手柄来实现的。进给运动由电动机M2拖动
工作台进给控制电路的电源只有在主轴电动机启动，即KM1（11-14）闭合以后才能接通。
在主轴启动以后，将手柄扳至向上位置，其联动机构一方面接通垂直传动丝杆离合器，为垂直传动丝杆的转动作好准备，另一方面它使行程开关SQ3动作，SQ3（17-18）断开，SQ3（19-20）闭合，接触器KM4线圈通电，M2正转，工作台向上运动。
将手柄扳至向后位置，联动机构拨动垂直传动丝杆的离合器使它脱开，停止转动，而将横向传动丝杆的离合器接通进行传动，可使工作台向后运动。
将手柄扳至向下位置，其联动机构一方面接通垂直传动丝杆离合器，为垂直传动丝杆的转动作好准备，另一方面它使行程开关SQ4动作，SQ4（16-17）断开，SQ4（19-27）闭合，接触器KM3线圈通电，M2反转，工作台向下运动。
将手柄扳至向前位置，联动机构拨动垂直传动丝杆的离合器使它脱开，而将横向传动丝杆的离合器接通进行传动，由横向传动丝杆使工作台向前运动。
3）工作台快速移动控制。在铣床不进行铣削加工时，工作台可以快速移动。工作台的快速移动也是由进给电动机M2来拖动的，在六个方向上都可以实现快速移动的控制。
主轴启动以后，将工作台的进给手柄扳到所需的运动方向，工作台将按操纵手柄指定的方向慢速进给。这时按下快速移动按钮SB6（在床身侧面）或SB7（在工作台前面），使接触器KM6线圈得电，接通牵引电磁铁YA，电磁铁通过杠杆使摩擦离合器合上，减少中间传动装置，使工作台按原运动方向作快速移动。当松开快速移动按钮时，电磁铁YA断电，摩擦离合器断开，快速移动停止。工作台仍按原进给速度继续运动。
4）进给电动机变速时的冲动控制。变速时，为使齿轮易于啮合，进给变速与主轴变速一样，设有变速冲动环节。变速前也应先启动主轴电动机M1，使接触器KM1吸合，其常开触点KM1（11-14）闭合。
当需要进行进给变速时，应将转速盘的蘑菇形手轮向外拉出并转动转速盘，将它转到所需的速度，然后在把蘑菇形手轮用力向外拉到极限位置并随即推向原位，就在操纵手轮的同时，其连杆机构两次瞬时压下行程开关SQ6，使SQ6的常闭触点SQ6（15-16）断开，常开触点SQ6（16-20）闭合，使接触器KM4得电吸合，其通电回路为： KM1（11-14）→FR2（14-15）→SA1（15-22）→SA2（22-23）→SQ2（23-24）→SQ1（24-18）→SQ3（18-17）→SQ4（17-16）→SQ6（16-20）→KM3（20-21）→KM4线圈，电动机M2正转，因为KM4是短时接通的，进给电动机M2就转动一下，当蘑菇形手轮推到原位时，变速齿轮已啮合完毕。
从进给变速冲动环节的通电回路中可以看出，要经过SQ1~SQ4四个行程开关的常闭触点，因此，只有在进给运动的操作手柄在中间位置时，才能实现进给变速冲动的控制，以保证操作安全。同时应注意进给电动机的通电时间不能太长，以防止转速过高，在变速时打坏齿轮。
（3）圆工作台的运动控制
圆工作台的旋转运动也是由进给电动机M2经过传动机构来拖动的。圆工作台工作时，先将转换开关SA1扳到“接通”的位置，转换开关SA1在正向位置的两个触点SA1（18-19），SA1（15-22）断开，反向位置的触点SA1（20-22）接通，然后将工作台的进给操作手柄扳至中间位置，此时行程开关SQ1~SQ4处于不受压状态。
此时按下主轴启动按钮SB2或SB3，主轴电动机启动，同时回路“KM1（11-14）→FR2（14-15）→SQ6（15-16）→SQ4（16-17）→SQ3（17-18）→SQ1（18-24）→SQ2（24-23）→SA2（23-22）→SA1（22-20）→KM3（20-21）→KM4线圈”接通，进给电动机因为KM4线圈获电而启动，并通过机械传动使圆工作台按照需要的方向转动。
圆工作台只能沿着一个方向作旋转运动，并且圆工作台运动控制的通路需要经过SQ1~SQ4四个行程开关的常闭触点，如果扳动工作台任意一个进给手柄，圆工作台都会停止工作，这就保证了工作台的进给运动与圆工作台的旋转运动不能同时进行。若按下主轴停止按钮，主轴停转，圆工作台也同时停止工作。
（4）照明电路
控制变压器TC将380V的交流电压降到36V的安全电压，供照明用。照明电路由转换开关SA5控制，灯泡一端接地。FU5作为照明电路的短路保护。
3.4.3 万能铣床电气线路常见故障的检查与排除
1．主轴电动机不能启动
2．主轴停车时没有制动
3．主轴停车后产生短时反向旋转
4．按下停止按钮后主轴不停
5．主轴不能变速冲动
6．工作台不能作向上进给
7．工作台左右（纵向）不能进给
8．工作台各个方向都不能进给
9．工作台不能快速进给
1．主轴电动机不能启动
1）控制电路熔断器FU3或FU4熔丝熔断。
2）主轴换相开关在SA4在停止位置。
3）按钮SB1、SB2、SB3或SB4的触点接触不良。
4）主轴变速冲动行程开关SQ7的常闭触点接触不良。
5）热继电器FR1、FR3已经动作，没有复位。
2．主轴停车时没有制动
1）主轴无制动时要首先检查按下停止按钮后反接制动接触器是否吸合，如KM2不吸合，则应检查控制电路。检查时先操作主轴变速冲动手柄，若有冲动，说明故障的原因是速度继电器或按钮支路发生故障。
2）若KM2吸合，则首先检查KM2、R的制动回路是否有缺两相的故障存在，如果制动回路缺两相则完全没有制动现象；其次检查速度继电器的常开触点是否过早断开，如果速度继电器的常开触点过早断开，则制动效果不明显。
3．主轴停车后产生短时反向旋转
这是由于速度继电器的弹簧调得过松，使触点分断过迟引起的，只要重新调整反力弹簧就可以消除故障。
4．按下停止按钮后主轴不停
1）若按下停止按钮后，接触器KM1不释放，则说明接触器KM1主触点熔焊。
2）若按下停止按钮后，KM1能释放，KM2吸合后有“嗡嗡”声，或转速过低，则说明制动接触器KM2主触点只有两相接通，电动机不会产生反向转矩，同时在缺相运行。
3）若按下停止按钮后电动机能反接制动，但放开停止按钮后，电动机又再次启动，则是启动按钮在启动电动机M1后绝缘被击穿
5．主轴不能变速冲动
故障原因是主轴变速行程开关SQ7位置移动、撞坏或断线。
6．工作台不能作向上进给
检查时可依次进行快速进给、进给变速冲动或圆工作台向前进给、向左进给及向后进给的控制，若上述操作正常则可缩小故障的范围，然后在逐个检查故障范围内的各个元件和接点，检查接触器KM3是否动作，行程开关SQ4是否接通，KM4的常闭联锁触点是否良好，热继电器是否动作，直到检查出故障点。若上述检查都正常，再检查操作手柄的位置是否正确，如果手柄位置正确，则应考虑是否由于机械磨损或位移使操作失灵。
7．工作台左右（纵向）不能进给
应首先检查横向或垂直进给是否正常，如果正常，进给电动机M2、主电路、接触器KM3、KM4，SQ1、SQ2及与纵向进给相关的公共支路都正常，此时应检查SQ6（15-16），SQ4（16-17）、SQ3（17-18），只要其中有一对触点接触不良或损坏，工作台就不能向左或向右进给。SQ6是变速冲动开关，常因变速时手柄操作过猛而损坏。
8．工作台各个方向都不能进给
用万用表检查各个回路的电压是否正常，若控制回路的电压正常，可扳动手柄到任一运动方向，观察其相关的接触器是否吸合，若吸合则控制回路正常。再着重检查主电路，检查是否有接触器主触点接触不良，电动机接线脱落和绕组断路。
9．工作台不能快速进给
工作台不能快速进给，常见的原因是牵引电磁铁回路不通，如线头脱落、线圈损坏或机械卡死。如果按下SB6或SB7后，牵引电磁铁吸合正常，则故障是由于杠杆卡死或离合器摩擦片间隙调整不当。
3.4.4 检修技能训练
1．实训目的
1）学会用通电试验的方法发现故障。
2）学会故障分析的方法，并通过故障分析缩小故障范围。
3）排除X62W万能铣床主电路或控制电路中人为设置的两个电气自然故障点。
2．实训内容
1）充分了解机床的各种工作状态，以及操作手柄的作用，并观察机床的操作。
2）熟悉机床的电气元件的安装位置、布线情况以及操作手柄在不同位置时，行程开关的工作状态。
3）人为设置故障点，指导学生从故障的现象着手进行分析，并采用正确的检查步骤和检查方法查出故障。
4）设置两个故障点，由学生检查，排除，并记录检查的过程。
要求学生应首先根据故障现象，在原理图上标出最小故障范围，然后采用正确的步骤和方法在规定的时间内排除故障。排除故障时，必须修复故障点，不得采用更换电气元件或改动线路的方法。检修时严禁扩大故障范围或产生新的故障点。
3.4.4 检修技能训练
1．实训目的
1）学会用通电试验的方法发现故障。
2）学会故障分析的方法，并通过故障分析缩小故障范围。
3）排除X62W万能铣床主电路或控制电路中人为设置的两个电气自然故障点。
2．实训内容
1）充分了解机床的各种工作状态，以及操作手柄的作用，并观察机床的操作。
2）熟悉机床的电气元件的安装位置、布线情况以及操作手柄在不同位置时，行程开关的工作状态。
3）人为设置故障点，指导学生从故障的现象着手进行分析，并采用正确的检查步骤和检查方法查出故障。
4）设置两个故障点，由学生检查，排除，并记录检查的过程。
要求学生应首先根据故障现象，在原理图上标出最小故障范围，然后采用正确的步骤和方法在规定的时间内排除故障。排除故障时，必须修复故障点，不得采用更换电气元件或改动线路的方法。检修时严禁扩大故障范围或产生新的故障点。
3．注意事项
1）操作前必须熟悉掌握电气原理图的各个环节。
2）带电检修时，必须由指导教师在现场监护。
3）若没有机床实物，则可事先在模拟扳或试验台上按原理图安装控制线路，并按控制要求检查试车

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