第三章 电气控制系统分析 3.1 C650卧式车床电气控制线路分析 3.2 X62卧式万能铣床电气控制线路分析 3.3 T68卧式镗床电气控制线路分析 3.4 组合机床电气控制线路分析

电气控制系统是机械设备的重要组成部分，是保证机械设备各种运动的准确与协调，使生产工艺各项要求得以满足，工作安全可靠及操作自动化的主要技术手段。了解电气控制系统对于机械设备的正确安装、调整、维护与使用都是必不可少的。 本章以几种典型机床的电气控制系统为例进行介绍，使读者学会分析电气控制系统的方法，提高读图能力，并为按照生产设备工艺要求设计电气控制系统打下一定基础。 在分析典型生产机械的电气控制系统时，首先应对其机械结构及各部分的运动特征有清楚的了解。其次，由于现代生产机械多采用机械、液压和电气相结合的控制技术，并以电气控制系统技术作为联接中枢，所以应树立机、电、液相结合的整体概念，注意它们之间的协调关系。

3.1 C650卧式车床电气控制线路分析 一、普通车床的主要工作情况 普通车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，主要用于加工各种回转表面、螺纹和端面，并可通过尾架进行钻孔、铰孔等切削加工。 车床的切削加工包括主运动、进给运动和辅助运动。主运动为工件的旋转运动：由主轴通过卡盘或顶尖带动工件旋转。进给运动为刀具的直线运动：由进给箱调节加工时的纵向或横向进给量。辅助运动为刀架的快速移动及工件的夹紧、放松等。

根据切削加工工艺的要求，对电气控制提出下列要求：主拖动电动机采用三相笼型电动机，主轴的正、反转由主轴电动机正、反转来实现。调速采用机械齿轮变速的方法。中小型车床采用直接起动方法（容量较大时，采用星-三角减压起动）。为实现快速停车，一般采用机械制动或电气反接制动。控制线路具有必要的保护环节和照明装置。 二、C650型普通车床的电气控制 图3-1为C650普通车床的的电气控制原理图，表3-1为其电气元件符号与功能说明。 车床共有三台电动机：M1为主轴电动机，拖动主轴旋转，并通过进给机构实现进给运动。M2为冷却电动机，提供切削液。M3为快速移动电动机，拖动刀架的快速移动。

车床共有三台电动机：M1为主轴电动机，拖动主轴旋转，并通过进给机构实现进给运动。M2为冷却电动机，提供切削液。M3为快速移动电动机，拖动刀架的快速移动。 调速车床时，要求M1点动控制，工作过程如下：合上刀开关QS→按起动按钮SB2→接触器KM1通电→M1串接限流电阻R低速转动，实现点动。 松开SB2→接触器KM1断电→M1停转。 2．M1的正、反转控制 （1）正转：合上刀开关QS→按起动按钮SB3→接触器KM3与时间继电器KT通电→中间继电器KA通电→接触器KM1通电→电动机M1短接电阻R正向起动。 　　主电路中通过电流互感器T接入电流表A监视负载电流，为防止起动电流对电流表的冲击，起动时利用时间继电器KT常闭触头把电流表A短接，电流表起动时被时间继电器KT常闭触头短接→延时t秒后→KT延时断开常闭触头断开→电流表A串接于主电路中。 （2）反转：合上刀开关QS→按起动按钮SB4→接触器KM3与时间继电器KT通电→中间继电器KA通电→接触器KM2通电→电动机M1反接电源相序，短接电阻R反向起动。电流表A跟正转时作用相同。 （3）停车： 按停止按钮SB1→控制线路电源全部切断→电动机M1停转。 3．M1的反接制动控制 C650车床采用速度继电器实现电气反接制动。速度继电器KS与电动机M1同轴连接，当电动机正转时，速度继电器正向触头KS2动作，当电动机反转时，速度继电器反向触头KS1动作。 M1反接制动工作过程如下： M1的正向反接制动： 电动机正转时，速度继电器正向常开触头KS2闭合。制动时，按下停止按钮SB1→接触器KM3、时间继电器KT、中间继电器KA、接触器KM1均断电，主回路串入电阻R（限制反接制动电流）→松开SB1→接触器KM2通电（由于M1的转动惯性，速度继电器正向常开触头KS2仍闭合）→M1电源反接，实现反接制动，当速度≈0时，速度继电器正向常开触头断开→KM2断电→M1停转、制动结束。 M1的反向反接制动： 工作过程和正向相同，只是电动机M1反转时，速度继电器的反向常开触头KS1动作，反向制动时，KM1通电，实现反接制动。 4．刀架快速移动控制 转动刀架手柄压下限位开关SQ→接触器KM5通电→电动机M3转动，实现刀架快速移动。 5．冷却泵电动机控制 按起动按钮SB6→接触器KM4通电→电动机M2转动，提供切削液。 按下停止按钮SB5→KM4断电→M2停止转动。 图3-1 C650普通车床的的电气控制原理图

符号 名称及用途 M1 主电动机 SB1 总停按钮 M2 冷却泵电动机 SB2 主电动机正向点动按钮 M3 快速移动电动机 SB3 主电动机正向启动按钮 KM1 主电动机正转接触器 SB4 主电动机反向启动按钮 KM2 主电动机反转接触器 SB5 冷却泵电动机停止按钮 KM3 短接限流电阻接触器 SB6 冷却泵电动机启动按钮 KM4 冷却泵电动机启动接触器 TC 控制变压器 KM5 快移电动机启动接触器 FU1～6 熔断器 KA 中间继电器 FR1 主电机过载保护热继电器 KT 通电延时时间继电器 FR2 冷却泵电机保护热继电器 SQ 快移电动机点动行程开关 R 限流电阻 SA 开关 EL 照明灯 KS 温度继电器 TA 电流互感器 A 电流表 QS 隔离开关

1．M1的点动控制 调速车床时，要求M1点动控制，工作过程如下：合上刀开关QS→按起动按钮SB2→接触器KM1通电→M1串接限流电阻R低速转动，实现点动。 松开SB2→接触器KM1断电→M1停转。 2．M1的正、反转控制 （1）正转：合上刀开关QS→按起动按钮SB3→接触器KM3通电→时间继电器KT通电 中间继电器KA通电→接触器KM1通电→电动机M1短接电阻R正向起动。 　　主电路中通过电流互感器T接入电流表A监视负载电流，为防止起动电流对电流表的冲击，起动时利用时间继电器KT常闭触头把电流表A短接，电流表起动时被时间继电器KT常闭触头短接→延时t秒后→KT延时断开常闭触头断开→电流表A串接于主电路中。

（2）反转：合上刀开关QS→按起动按钮SB4→接触器KM3通电→时间继电器KT通电 中间继电器KA通电→接触器KM2通电→电动机M1反接电源相序，短接电阻R反向起动。电流表A跟正转时作用相同。 （3）停车： 按停止按钮SB1→控制线路电源全部切断→电动机M1停转。 3．M1的反接制动控制 C650车床采用速度继电器实现电气反接制动。速度继电器KS与电动机M1同轴连接，当电动机正转时，速度继电器正向触头KS2动作，当电动机反转时，速度继电器反向触头KS1动作。

M1反接制动工作过程如下： M1的正向反接制动： 电动机正转时，速度继电器正向常开触头KS2闭合。制动时，按下停止按钮SB1→接触器KM3、时间继电器KT、中间继电器KA、接触器KM1均断电，主回路串入电阻R（限制反接制动电流）→松开SB1→接触器KM2通电（由于M1的转动惯性，速度继电器正向常开触头KS2仍闭合）→M1电源反接，实现反接制动，当速度≈0时，速度继电器正向常开触头断开→KM2断电→M1停转、制动结束。 M1的反向反接制动： 工作过程和正向相同，只是电动机M1反转时，速度继电器的反向常开触头KS1动作，反向制动时，KM1通电，实现反接制动。

4．刀架快速移动控制 转动刀架手柄压下限位开关SQ→接触器KM5通电→电动机M3转动，实现刀架快速移动。 5．冷却泵电动机控制 按起动按钮SB6→接触器KM4通电→电动机M2转动，提供切削液。 按下停止按钮SB5→KM4断电→M2停止转动。 三、C650普通车床电气控制线路特点 （1）主轴与进给电动机M1主电路具有正、反转控制、点动控制以及监视电动机绕组工作电流变化的电流表和电流互感器。 （2）该机床采用反接制动的方法控制M1的正、反转制动。 （3）能进行刀架的快速移动

3.2 X62卧式万能铣床电气控制线路分析 铣床是用铣刀进行铣削的机床。由于铣床的主运动是铣刀的旋转运动，切削速度高，且又是多刃连续切削，所以它的生产效率较高 铣床的种类很多，有卧式铣床、立式铣床、仿形铣床和各种专门铣床。铣床可以用来加工平面、斜面和沟槽等，如果装上分度头，还可用于铣削直齿轮和螺旋面等。现以X62W万能铣床为例对其电气控制系统进行分析。图3-2是X-62W万能铣床的外观简图。

图3-2 X-62W万能铣床的外观简图

一、主要结构和运动形式 X62W万能铣床是卧式铣床，主要由床身、悬梁、刀杆支架、工作台、溜板和升降台等几部分组成。床身固定在底座上，内装主轴传动机构和变速机构，床身顶部有水平导轨，悬梁可沿导轨水平移动。刀杆支架装在悬梁上，可在悬梁上水平移动。升降台可沿床身前面的垂直导轨上下移动。溜板在升降台的水平导轨上可作平行于主轴轴线方向的横向移动。工作台安装在溜板的水平导轨上，可沿导轨作垂直于主轴轴线的纵向移动。 此外，溜板可绕垂直轴线左右旋转45°，所以工作台还能在倾斜方向进給，以加工螺旋轴。

（3）为保证主轴和进给变速时变速箱内齿轮易于啮合，减小齿轮端面冲击，要求有变速冲动，即变速时电动机能点动一下。 二、电力拖动和控制要求 （1）铣床的主运动是铣刀的旋转运动，主轴由一台5.5kw鼠笼式异步电动机拖动，要求能正反转。主轴改变转速是通过机械变速机构实现的，可以有18种不同转速。为提高工作效率，停车采用反接制动。 （2）为了实现工作台纵向、横向和垂直方向的进给运动，采用一台1.5kw交流电动机拖动，3个方向的选择由机械手柄操纵，每个方向的正反向运动由电动机的正反转实现，还需有快速移动和限位控制。 （3）为保证主轴和进给变速时变速箱内齿轮易于啮合，减小齿轮端面冲击，要求有变速冲动，即变速时电动机能点动一下。 （4）冷却泵由一台0.125kw交流电动机拖动，供给铣削用的冷却液。

图3-3是X62W万能铣床的电气控制系统原理图，表3-2是其电气元件符号及功能说明。 （一）主电动机M1的控制 三、控制电路分析 图3-3是X62W万能铣床的电气控制系统原理图，表3-2是其电气元件符号及功能说明。 （一）主电动机M1的控制 主电动机由接触器KM3控制，其逻辑表达式为： 为方便操作，主轴电动机的起停按钮各有两个，可在两处中的任一处进行操作。起动前，先将换向开关SA5旋转到所需旋转方向，然后按下起动按钮SB1或SB2，接触器KM3线圈通电并自锁，主轴电动机M1起动。热继电器FR1的动断触点串接于KM3控制电路中作过载保护。在主电动机达到一定转速时，速度继电器KS的动合触头闭合，为停车时的反接制动作好准备。

　　主轴电动机制动时，按下停止按钮SB3或SB4，其动断触点断开，切断KM3电源，主轴电动机M1的电源被切断，因为惯性，M1会继续旋转。SB3或SB4的动合触点接通，使接触器KM2线圈通电，M1反接制动，直至转速降低至速度继电器KS的动合触点断开，反接制动停止。在速度继电器触点断开前，不应松开按钮SB3或SB4，以保证在整个停车过程中进行反接制动。 　　当主轴需要变速时，为保证变速齿轮易于啮合，需设置变速冲动控制，它是利用变速手柄和冲动开关SQ7通过机械上的联动机构完成的。变速冲动的操作过程是：先将变速手柄拉向前面，然后旋转变速盘选择转速，再把手柄快速推回原位。在手柄推拉过程中，凸轮瞬时压下弹簧杆，冲动开关SQ7瞬时动作，使接触器KM2短时通电，电动机M1反转一下，以利齿轮咬合。为避免KM2通电时间过长，手柄的推拉操作都应以较快速度进行。 图3-3 X－62W万能铣床的电气控制原理图＊

表3-2 铣床电气元件符号及功能说明 符号 名称及用途 M1 主轴电动机 SQ6 进给变速冲动开关 M2 进给电动机 SQ7 表3-2 铣床电气元件符号及功能说明 符号 名称及用途 M1 主轴电动机 SQ6 进给变速冲动开关 M2 进给电动机 SQ7 主轴变速冲动开关 M3 冷却泵电动机 SA1 圆工作台转换开关 KM3 主电动机启、停控制接触器 SA3 冷却泵转换开关 KM2 反接制动接触器 SA4 照明灯开关 KM4、KM5 进给电动机正、反转接触器 SA5 电源隔离开关 KM6 快速移动接触器 QS 控制变压器 KM1 冷却泵接触器 SB1、SB2 分设在两处的主轴启动按钮 KS 速度继电器 SB3、SB4 分设在两处的主轴停滞按钮 YA 快速电磁铁线圈 SB5、SB6 工作台快速移动按钮 R 限流电阻 FR1 主轴电动机热继电器 SQ1 工作台向右进给行程开关 FR2 进给电动机热继电器 SQ2 工作台向左进给行程开关 FR3 冷却泵热继电器 SQ3 工作台向前、向下进给行程开关 TC 变压器 SQ4 工作台向后、向上进给行程开关 FU1～FU4 短路保护

　　主轴电动机制动时，按下停止按钮SB3或SB4，其动断触点断开，切断KM3电源，主轴电动机M1的电源被切断，因为惯性，M1会继续旋转。SB3或SB4的动合触点接通，使接触器KM2线圈通电，M1反接制动，直至转速降低至速度继电器KS的动合触点断开，反接制动停止。在速度继电器触点断开前，不应松开按钮SB3或SB4，以保证在整个停车过程中进行反接制动。 　　当主轴需要变速时，为保证变速齿轮易于啮合，需设置变速冲动控制，它是利用变速手柄和冲动开关SQ7通过机械上的联动机构完成的。变速冲动的操作过程是：先将变速手柄拉向前面，然后旋转变速盘选择转速，再把手柄快速推回原位。在手柄推拉过程中，凸轮瞬时压下弹簧杆，冲动开关SQ7瞬时动作，使接触器KM2短时通电，电动机M1反转一下，以利齿轮咬合。为避免KM2通电时间过长，手柄的推拉操作都应以较快速度进行。

（二）进给电动机M2的控制 　　1．工作台横向（前、后）和升降（上、下）进给运动的控制 　　先将工作台转换开关SA1扳在断开位置，这时SA1-1和SA1-3接通。 　　工作台的横向和升降控制是通过十字复式操作手柄进行的，该手柄有上、下、前、后和中间零位共5个位置。在扳动手柄时，通过联动机构将控制运动方向的机械离合器合上，并压下相应行程开关SQ3（向下、向前）或SQ4（向上、向后）。比如欲使工作台向上运动，将手柄扳到向上位置，压下SQ4，接触器KM5线圈通电，M2电动机反转，工作台向上运动，

其控制逻辑为： 　　工作台上、下、前、后运动的终端限位，是利用固定在床身上的挡铁撞击手柄，使其回复到中间零位加以实现的。 2．工作台纵向（左右）运动控制 　　首先将工作台转换开关SA1扳到断开位置，然后通过纵向操作手柄控制工作台的纵向运动。该手柄有左、右、中间3个位置，扳动手柄时，一方面合上纵向进给机械离合器同时压下行程开关SQ1（向右）或SQ2（向左）。 　　比如欲使工作台向右运动，将手柄扳到向右位置，SQ1被压下，接触器KM4线圈通电，进给电动机M2正转，工作台向右移动。停止运动时，只要将手柄扳回中间位置即可。工作台向左、右运动的终端限位，也是利用床身上的挡铁撞动手柄使其回到中间位置实现的

接触器KM4线圈的逻辑表达式为： 3．工作台的快速移动控制 　　　工作台上述6个方向的快速移动也是由M2拖动的，通过上述两个操作手柄和快速移动按钮SB5和SB6实现控制。当按下SB5或SB6时，接触器KM6线圈通电，快速进给电磁铁YA线圈接通电源，通过机械机构将快速离合器挂上，实现快速进给。由于KM6线圈控制电路中没有自锁，所以快速进给为点动工作，松开按钮，仍以原进给速度工作。

4．进给变速时的冲动控制 　　由变速手柄与冲动开关SQ6通过机械上的联动机构进行控制。其操作顺序是：变速时，将蘑菇形进给变速手柄向外拉一些，转动该手柄选择好进给速度，再把手柄向外一拉并立即推回原位，在拉到极限位置的瞬间，其连杆机构推动冲动开关SQ6，其动断触点SQ6-2断开一下，动合触点SQ6-1闭合，接触器KM4线圈短时通电，进给电动机M2瞬时转动一下，完成了变速冲动。

5．圆工作台回转运动控制 　　圆工作台的回转运动由进给电动机M2经传动机构拖动。在机床开动前，先将圆工作台转换开关SA1扳到接通位置，SA1-1和SA1-3断开，SA1-2闭合，工作台全部操作手柄位于中间位置，行程开关SQ1~SQ4均不受压。这时按主轴电动机起动按钮SB1或SB2，主轴电动机起动，进给电动机M2也因接触器KM4线圈通电吸合而开始转动，从而拖动工作台转动。

此时KM4线圈的逻辑表达式为： 　　电动机M2正向旋转，圆工作台只能单方向旋转。由于圆工作台控制电路中串接了SQ1~SQ4的动断触点，所以只要扳动工作台的任一进给手柄，都会使圆工作台停止工作，这就起到了工作台的进给运动与圆工作台的联锁保护作用。 6．进给的联锁 　　进给运动控制中有如下联锁保护： （1）只有主轴电动机起动后，进给电动机才能起动。这是因为进给控制的电源需经接触器KM3的辅助动合触点才能形成通路。

　（2）工作台在同一时刻只允许一个方向的进给运动，这是通过机械和电气的方法实现联锁的。如果两个手柄都离开中间零位，则行程开关SQ1~SQ4的4个动断触点全部断开，接触器KM4、KM5的线圈电源全部断开，进给电动机M2不能转动，达到联锁目的。 　（3）进给变速时，两个操作手柄都必须在中间零位。即进给变速冲动时，不能有进给运动。4个行程开关的4个动断触点、、、串联后，与冲动开关SQ6的动合触点SQ6-1串联，形成进给冲动控制电路。只要有任一手柄离开中间零位，必有一行程开关被压下，使冲动控制电路断开，接触器KM4不能吸合，M2就不能转动。

（三）冷却泵电动机M3的控制 　　冷却泵电动机由转换开关SA3控制，当接通SA3时，接触器KM1通电吸合，冷却泵电动机M3转动。其逻辑表达式为： 　　在主电动机M1和冷却泵电动机M3中，任一个电动机过载发热都会使KM1断电，达到过载保护的目的。 （四）照明控制 　　　机床照明灯由变压器T将380V交流电压变为36V安全电压供电，由转换开关SA4控制，熔断器FU4作短路保护。

四、X62W万能铣床的电气控制线路特点 （1）电气控制线路与机械操作配合相当密切，因此分析中要详细了解机械结构与电气控制的关系。 　　（1）电气控制线路与机械操作配合相当密切，因此分析中要详细了解机械结构与电气控制的关系。 　　（2）运动速度的调整主要是通过机械方法，因此简化了电气控制系统中的调速控制线路，但机械结构就相对比较复杂了。 　　（3）控制线路中设计了变速冲动控制，从而使变速顺利进行。 　　（4）采用两处控制，操作方便。 　　（5）具有完善的电气联锁，并具有短路、零电压、过载及超行程限位保护环节，工作可靠。

3.3 T68卧式镗床电气控制线路分析 　　镗床是一种精密加工机床，主要用于加工工件上的精密圆柱孔。这些孔的轴心线往往要求严格地平行或垂直，相互间的距离也要求很准确。这些要求都是钻床难以达到的。而镗床本身刚性好，其可动部分在导轨上的活动间隙很小，且有附加支撑，所以，能满足上述加工要求。 　 镗床除能完成镗孔工序外，在万能镗床上还可以进行镗、钻、扩、铰、车及铣等工序。因此，镗床的加工范围很广。 　 按用途的不同，镗床可分为卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床及专门化镗床等。本节仅对常用的卧式镗床电气控制进行分析。

　　卧式镗床用于加工各种复杂的大型工件，如箱体零件、机体等。是一种功能很广的机床。除了镗孔外，还可以进行钻、扩、铰孔以及车削内外螺纹、用丝锥攻丝、车外圆柱面和端面。安装了端面铣刀与圆柱铣刀后，还可以完成铣削平面等多种工作。因此，在卧式镗床上，工件一次安装后，即能完成大部分表面的加工，有时甚至可以完成全部加工，这在加工大型及笨重的工件时，具有特别重要的意义。

一、卧式镗床的主要结构及运动情况 　　卧式镗床的外形结构如图3-4所示。 　　卧式镗床的床身是由整体的铸件制成，床身的一端装有固定不动的前立柱，在前立柱的垂直导轨上装有镗头架，它可以上下移动。镗头架上集中了主轴部件、变速箱、进给箱与操纵机构等部件。切削刀具安装在镗轴前端的锥孔里，或装在平旋盘的刀具溜板上。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，装在它上面的刀具溜板 　　可在垂直于主轴轴线方向的径向作进给运动。平旋盘主轴是空心轴，镗轴穿过其中空部分，通过各自的传动链传动，因此可独立转动。在大部分工作情况下，使用镗轴加工，只有在 用车刀切削端面时才使用平旋盘。

1-床身 2-尾架 3-导轨 4-后立柱 5-工作台 6-镗轴 1-床身 2-尾架 3-导轨 4-后立柱 5-工作台 6-镗轴 7-前立柱 8-镗头架 9-下溜板 10-上溜板 图3-4 T68型卧式镗床结构示意图

　　卧式镗床后立柱上安装有尾架，用来夹持装在镗轴上的镗杆的末端。它可随镗头架同时升降，并且其轴心线与镗头架轴心线保持在同一直线上。后立柱可在床身导轨上沿镗轴轴线方向上作调整移动。 　 加工时，工件安放在床身中部的工作台上，工作台在溜板上面，上溜板下面是下溜板，下溜板安装在床身导轨上，并可沿床身导轨运动。上溜板又可沿下溜板上的导轨运动，工作台相对于上溜板可作回转运动。这样，工作台就可在床身上作前、后、左、右任一个方向的直线运动，并可作回旋运动。再配合镗头架的垂直移动，就可以加工工件上一系列与轴线相平行或垂直的孔。

由以上分析，可将卧式镗床的运动归纳为： 主运动：镗轴的旋转运动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，工作台的横向进给与纵向进给。 辅助运动：工作台的回旋，后立柱的轴向移动及垂直移动。

二、卧式镗床的拖动特点及控制要求 　　 镗床加工范围广，运动部件多，调速范围广，对电力拖动及控制提出了如下要求： 　　（1）主轴应有较大的调速范围，且要求恒功率调速，往往采用机电联合调速。 　　（2）变速时，为使滑移齿轮能顺利进入正常啮合位置，应有低速或断续变速冲动。 　　（3）主轴能作正反转低速点动调整，要求对主轴电动机实现正反转及点动控制。 　　（4）为使主轴迅速、准确停车，主轴电动机应具有电气制动。

　　（5）由于进给运动直接影响切削量，而切削量又与主轴转速、刀具、工件材料、加工精度等因素有关，所以一般卧式镗床主运动与进给运动由一台主轴电动机拖动，由各自传动链传动。主轴和工作台除工作进给外，为缩短辅助时间，还应有快速移动，由另一台快速移动电动机拖动。 　　（6）由于镗床运动部件较多，应设置必要的连锁和保护，并使操作尽量集中。

三、T68型卧式镗床的电气控制 　　T68型卧式镗床是使用最为广泛的一种镗床，现以该型号镗床为例，分析卧式镗床的电气控制线路。图3-5为T68型卧式镗床电气控制电路图，它包括主电路、控制电路、照明和 　　指示电路，以及各种保护环节。表3-3为T68卧式镗床电气元件符号及功能说明。

图3-5 T68型卧式镗床电气控制电路图

表3-3 T68卧式镗床电气元件符号及功能说明 符号 名称及用途 M1 主电动机，带动主轴和进给运动 YB 机械制动电磁铁线圈 M2 快速移动用电动机 SQ1 限位开关，控制电机的高低速转动 QS 隔离开关 SQ2 限位开关，控制主轴和进给变速 KM1、KM2 主电动机正反转用接触器 SQ3、SQ4 行程开关，用于联锁保护 KM3～KM5 主电动机低速和高速转换接触器 SQ5、SQ6 快速限位开关，控制M2的快速移动 KM6、KM7 快速移动电动机正、反转用接触器 FU1～FU3 短路保护用熔断器 KT 通电延时时间继电器 HL 指示灯 SB1 主电动机停止按钮 FR 热继电器，对M1进行过载保护用 SB3、SB2 主电动机正、反转启动按钮 EL 照明灯 SB4、SB5 正、反转点动控制按钮 SA 照明灯开关

（一）主电路分析 　　图3—5所示的主电路有2台电动机，M1为主拖动双速电动机，由KM1和KM2的主触点控制其正、反转，以带动主轴的旋转和进给。要求M1能正、反向运转，正、反向点动，制动、高、低速调速，并由双速电动机的两极启动控制，保证主轴的旋转和进给量都有足够的调节范围。当电动机定子绕组连接成三角形时为低速运行；当定子绕组连接成双星时为高速运行。M2为快速移动电动机，由KM6，KM7的主触点来控制其正，反转，它通过不同齿轮，齿条，丝杆的不同连接来完成各运动方向的快速移动，因M2 为短时间运行，故不需过载保护。QS为总电源开关，熔断器FU1、FU2起主电路短路保护作用，热继电器FR起主拖动电动机M1的过载保护作用。

　　T68卧式镗床采用电磁铁控制的机械制动装置，电路中的YB是机械制动电磁铁线圈，由KM3和KM5的触点控制。M1无论是正向还是反向运转，YB均通电吸合，使电动机轴上的制动轮松开，电动机即可自由转动。M1和YB同时断电时，在弹簧作用下，杠杆将制动带紧箍在制动轮上制动，电动机很快就停转。 （二）控制电路分析 　1．主拖动电动机M1的控制 　　主拖动电动机M1的控制由接触器KM1~KM5、按钮SB1~SB5、时间继电器KT、限位开关SQ1、SQ2等组成。

　 （1） 低速启动控制 　　将变速手柄扳到低速档，此时SQ11闭合、SQ12断开。压下按钮SB3，KM1吸合并自锁，自锁回路由SB5、SB4的常闭触点及KM1的辅助触点组成。接触器KM1的主触点闭合，为M1通电作好准备。KM1的辅助动合触点闭合，使接触器KM3得电，其主触点闭合，YB 获电，松开制动轮，主电动机M1以三角形（△）连接（KM3通，KM4、KM5断）低速启动运转，接触器KM3联锁断开。

（2）高速启动控制 　　将变速手柄扳到高速档，行程开关SQ11断开，SQ12闭合，压下按钮SB3，接触器KM1闭合，时间断电器KT通电吸合，KT的瞬动触点马上闭合，接触器KM3吸合，主电动机M1为三角形（△）联结低速启动。时间继电器KT延时触点延时断开后，接触器KM3释放，M1切除三角形（△）联结，接触器KM3的动断触点又闭合，接触器KM4、KM5吸合，制动轮保持放松状态，主电动机M1以双星（YY）联结高速启动，完成两极启动。反向运转时压下按钮SB2，工作过程和正向运转控制相同，不再重复

　 （3）主轴点动控制 　　 主轴点动控制是在低速方式下进行的。点动控制时，压下点动按钮SB4或SB5。点动按钮是复合按钮，其常闭触点断开，断开了KM1或KM2的自锁回路。压住按钮SB4或SB5时，接触器KM1或KM2吸合，KM3也吸合，YB通电，制动轮松开，主电动机M1旋转。当松开按钮时，接触器KM1或KM2及KM3即断电释放，主电动机M1停转，实现点动控制。 　　（4）主轴的停止和制动 　　 压下停止按钮SB1，接触器KM1或KM2 则断电释放，主轴电动机M1停止运转，并进行机械制动。M1断电时制动电磁铁YB线圈也断电，由于弹簧的作用抱闸制动，电动机很快停止转动。

2．主轴变速及进给变速的控制 　　主轴变速和进给变速的控制是在电动机M1运转时进行的。当主轴手柄拉出时，行程限位开关SQ2被压断开，使接触器KM3、KM4、KM5断电释放，主轴电动机M1停止运转。主轴转速选好后推回调速手柄，行程开关`SQ2复位，M1自行启动工作。同理，进给变速时，拉出进给变速操纵手柄，SQ2同样被压分断，M1停止转动；当进给量选好后，将变速手柄推回，SQ2复位，主轴电动机M1自动工作。 　　当变速手柄推不上时可来回推动，使手柄轴通过弹簧装置作用于行程开关SQ2，使主轴电动机M1通断时进行冲动，这样便于齿轮啮合，变速完成后正常进行工作。

3．快速移动电动机M2的控制 　　机床各部分的快速移动由单独的电动机M2来拖动。由快速移动手柄压下限位开关SQ5或SQ6使其闭合，接触器KM6或KM7吸合，电动机M2旋转实现快速移动。 4．机械和电气联锁保护 　　联锁行程开关 SQ4有一个机械结构和工作台及主轴箱进给操作手柄相连。 操作手柄处于“进给”位置时，联锁行程开关SQ4的常闭触头处于断开状态。行程开关SQ3也有一个机械结构和主轴及花盘进给与操作手柄相连，当操作手柄处在“进给”位置时，SQ3的常闭触头也处于断开状态。这两个手柄在任一手柄处于“进给”位置时，主轴电动机M1和快速移动电动机M2均可启动。

若两个手柄同时扳到“进给”位置时，则联锁行程开关SQ3和SQ4的触头都处在断开状态，切断控制电路，电动机M1和M2则无法启动，保证了在误操作时避免造成事故，起到联锁保护作用。 （三）辅助电路分析 　　因为控制电路使用电器种类较多，所以采用一台控制变压器TC供电，控制电路为127V，并有36V安全电压给局部照明灯EL供电，SA为照明灯开关，HL为电源指示灯。

（2）双速电动机M1能正、反转运行，并可正、反向点动。制动采用电磁操作的机械制动装置。 四、卧式镗床电气控制线路的特点 （1）主轴与进给电动机M1为双速电动机，由接触器KM3和KM4、KM5控制定子绕组由三角形接法换接成双星形接法，进行低高速转换。低速时直接启动；高速时，先低速启动，而后自动转换成高速运行，以减小启动电流。 （2）双速电动机M1能正、反转运行，并可正、反向点动。制动采用电磁操作的机械制动装置。 （3）主轴和进给变速均可在运行中进行，只要进行变速，主电动机便断电停车，变速完成后又恢复运行。 （4）主轴箱、工作台与主轴进给等部分的快速移动由单独的快速移动电动机M2拖动，它们与电动机进给之间有机械和电气的联锁保护。

3.4 组合机床电气控制线路分析 组合机床是由一些通用部件及少量专用部件组成的高效自动化或半自动化专用机床。可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削及精加工等多道工序，一般采用多轴、多刀、多工序、多面、多工位同时加工，适用于大批量生产，能稳定地保证产品的质量。 组合机床的通用部件和标准件约占70～80%，这些部件是系列化的。其余20～30%的专用部件是由被加工件的形状、轮廓尺寸、工艺和工序决定的。

组合机床的通用部件包括：动力部件（如动力头和动力滑台）、支承部件（如滑座、床身、立柱及中间底座）、输送部件（如回转分度工作台、回转鼓轮、自动线工作回转台及零件输送装置）、控制装置（如液压元件、控制板、按钮台及电气挡铁）等。 动力头和动力滑台是组合机床最主要的通用部件，是完成刀具切削运动和进给运动的部件。能同时完成切削运动及进给运动的动力部件称为动力头，只能完成进给运动的动力部件称为动力滑台。动力滑台按结构分有机械滑台和液压动力滑台。动力滑台可配制成卧式或立式的组合机床，动力滑台配置不同的控制电路，可完成多种自动循环

动力滑台的基本工作循环形式有： （1）一次工作进给 快进→工作进给→（延时停留）→快退 可用于钻、扩、镗孔和加工盲孔、刮端面等。 （2）二次工作进给 快进→一次工作进给→二次工进→（延时停留）→快退 可用于镗孔完后又要车削或刮端面等。 （3）跳跃进给 快进→工进→快进→工进→（延时停留）→快退 例如，镗削两层壁上的同心孔，可跳跃进给自动工作循环。

(4）双向工作进给 快进→工进→反向工进→快退 例如用于正向工进初加工，反向工进精加工。 （5）分级进给 快进→工进→快退→快进→工进→快退→…→快进→工进→快退 主要用于钻深孔。 组合机床的控制系统多采用机械、液压、电气或气动相结合的控制方式，而电气控制起着中枢联接作用。组合机床的电气控制系统由通用部件的典型控制线路及基本控制环节组成。

一、机械动力滑台控制电路 机械动力滑台由滑台、滑座及双电机（快速和进给电机）、传动装置三部分组成，滑台的自动工作循环由机械传动及电气控制完成。在一次循环中，要实现速度差别很大的快进和工进，两者之比通常可达300：1。快进、进退由快进电机实现，工进由工进电机实现。当快进电机与工进电机同时工作时，快进速度为原来的快进速度加上一个工进速度，快退速度为原来的快退速度减去一个工进速度。

图3-6 具有正反向工作进给机械动力滑台控制电路及其工作循环图 图中M1为工作进给电机，M2为快速进给电机。滑台的快进由M2电机经齿轮使丝杆快速旋转实现。主轴的旋转靠一专门电机拖动，由接触器KM4（图中未画出）控制。SQ1为原位行程开关，SQ2为快进转工进的行程开关，SQ3为终点行程开关，SQ4为限位保护行程开关。KM1、KM2为控制M1及M2的接触器，M2还受KM3的控制。YA是制动电磁铁。 由电路图可看出： （1）主轴电机与M1、M2有顺序起停关系，只有主轴电机起动后，即KM4的常开触点闭合，M1、M2电机才能起动。 （2）滑台在快进或快退过程中，M1、M2电机都运转，这时，滑台通过机械结构保证，由M2快进电机驱动。 （3）M2快进电机的制动器为断电型（机械式）制动器，即在YA断电时制动。 （4）滑台正向运动快进转工进由压下SQ2实现，反向工进转快退，由松开SQ2实现，这里应用了长挡铁。 （5）正反进给互锁。 （6）M1、M2电机均有热继电器，只要其中之一过载，控制电路就断开。 控制电路中，SB1为起动向前按钮，SB2为停止向前并后退的按钮。电路的工作原理如下： 1．滑台原位停止 此时，SQ1被压下，其常闭触点断开。 2．滑台快进 按下SB1按钮，KM1线圈得电自锁，并依次使KM3线圈和YA线圈得电，M2电动机制动器松开，M1、M2电机同时正向运转，机械滑台向前快速进给，此时，SQ1复位，其常闭触点闭合。 3．滑台工进 当滑台长挡铁压下行程开关SQ2，其常闭触点断开，KM3线圈断电，并使YA也断电，M2电机被迅速制动，此时滑台由M1电机拖动正向工进。 4．滑台反向工进 当挡铁压下行程开关SQ3，其常开触点闭合，常闭触点断开，KM1线圈断电，KM2线圈得电自锁，M1电机反向运转，滑台反向工进。SQ3复位，其常开触点断开，常闭触点闭合。 5．滑台快退 当长挡铁松开SQ2，SQ2复位，其常闭触点闭合，KM3线圈再得电，并使YA得电，M2电动机反向运转，滑台快退，退到原位时，SQ1被压下，其常闭触点断开，KM2断电，并使KM3、YA断电，M1、M2电机停止。 SQ4为向前超程开关，当SQ4被压时，其常开触点闭合，常闭触点断开，使KM1线圈断电，KM2线圈得电，滑台工进退回，当挡铁松开SQ2后，滑台转而快速退回。 图3-6 具有正反向工作进给机械动力滑台控制电路及其工作循环图

图3-6是具有正反向工作进给机械动力滑台控制电路及其工作循环图。 图中M1为工作进给电机，M2为快速进给电机。滑台的快进由M2电机经齿轮使丝杆快速旋转实现。主轴的旋转靠一专门电机拖动，由接触器KM4（图中未画出）控制。SQ1为原位行程开关，SQ2为快进转工进的行程开关，SQ3为终点行程开关，SQ4为限位保护行程开关。KM1、KM2为控制M1及M2的接触器，M2还受KM3的控制。YA是制动电磁铁。

二、液压动力滑台控制电路 液压动力滑台与机械滑台的区别在于，液压滑台进给运动的动力是动力油，而机械滑台的动力来自于电动机。 液压动力滑台由滑台、滑座、油缸及控制挡铁等部分组成。油缸拖动滑台在滑座上移动。 液压滑台也具有前面所述机械滑台的典型自动工作循环，它通过电气控制电路控制液压系统实现。滑台的工进速度由节流阀调节，可实现无级调速。电气控制电路一般采用行程、时间原则及压力控制方式。

具有一次工作进给的液压动力滑台电气控制电路如图3-7所示。 （1）滑台原位停止 1．具有一次工作进给的液压动力滑台电气控制电路 具有一次工作进给的液压动力滑台电气控制电路如图3-7所示。 （1）滑台原位停止 滑台由油缸YG拖动前后进给，电磁铁YA1、YA2、YA3均为断电状态，滑台原位停止，并压下行程开关SQ1，其常开触点闭合，常闭触点断开。 （2）滑台快进 把转换开关SA扳在“1”位置，按下SB1按钮，继电器KA1通电并自锁，继而使电磁铁YA1及YA3通电，使电磁阀1HF及2HF推向右端，于是变量泵打出的压力油经1HF流入滑台油缸左腔，右腔流出的油经1HF、2HF也流入左腔，使滑台快进，此时，SQ1复位，其常开触点断开，常闭触点闭合。

（a）

图3-7 一次工作进给的液压动力滑台电气控制电路 （b） 图3-7 一次工作进给的液压动力滑台电气控制电路

（3）滑台工进 当挡铁压动行程开关SQ3其常开触点闭合，KA2得电并自锁，KA2的常闭触点断开，电磁铁YA3断电，电磁阀2HF复位，滑台右腔流出的油只能经节流阀L流入油箱，滑台转为工进。由于有KA2的自锁，滑台不会因挡铁离开SQ3而使KA2电路断开。此后，SQ3的常开触点断开 (4)滑台快退 当滑台工进到终点时，挡铁压动行程工关SQ4，其常开触点闭合，继电器KA3得电并自锁，KA3的常闭触点断开，常开触点闭合分别使得YA1断电，YA2得电使电磁阀1HF左移，变量泵打出的油经1HF流入滑台油缸右腔，左腔流出的油经1HF直接流入油箱，滑台快退。当滑台退到原位，压动SQ1，其常闭触点断开，继电器KA3断电，YA2断电，1HF复位，油路断，滑台停止。

（5）滑台的点动调整 将转换开关SA扳到“2”位置，按下SB1按钮，继电器KA1通电，使电磁铁YA1、YA3通电，电磁阀1HF和2HF都推向右端，油路与滑块快进时相同，故滑台向前快进，但由于KA1不能自锁，因此松开SB1后，滑台停止。 当滑台不在原位，即SQ1常开触点断开，若需要快退，可按下按钮SB2，此时继电器KA3通电，随之电磁铁YA2通电，滑台快退。退至原位时，压下SQ1，SQ1的常闭触点断开，继电器KA3断电，滑台停在原位。

图3-8 具有“延时停留”的电路

在上述电路中，若需要使滑台工进到终点，延时停留，即工作循环为：快进→工进→延时停留→快退，则稍加修改，加一延时电路即可，控制电路如图3-8所示。 图3-8与图3-7比较，实际上只是多加一个时间继电器KT。将KA3的两个常闭触点用KT的两个瞬时常闭触点代替，增设一个KT延时触点，起延时作用。 图3-8中，当工进到终点时，压动行程开关SQ4，其常开触点闭合，使KT得电，此时KT的两个常闭瞬时触点立即断开，使YA1、YA3断电，滑台停止工进。KT延时触点延时后闭合，KA3得电，继而使KA2得电，滑台才开始后退，从而达到工进到位后停留延时再快退的目的。

2．二次工作进给控制电路 二次工作进给控制电路如图3-9所示。 此电路实现快进→一次工进→二次工进→快退的工作循环。 （1）滑台原位停止 电磁铁YA1~YA4均断电，电磁换向阀1HF~3HF如图示位置，油泵YB打出的压力油经1HF流回油箱，油缸YG不动，滑台停在原位，SQ1被压下。 （2）滑台快进 转换开关SASA扳在“1”位置，按动SB1按钮，继电器KA1通电，电磁铁YA1和YA3随之通电，压力油经1HF进入油缸左腔，使滑台快速向前，油缸回油经2HF又回到油缸左腔，油缸以差动方式工作。

（a）

（b） 图3-9 二次工作进给控制电路

（3）滑台一工进 当快进到挡铁3压动SQ3时，KA2通电并自锁，YA3断电，于是油缸右腔的回油只有经过节流阀1L及换向阀3HF流回油箱，滑台由快进为一工进。一工进的速度由节流阀1L调节。 （4）滑台二工进 当一工进到挡铁4压下行程开关SQ4时，KA3通电并自锁，YA4通电，油缸回油经节流阀1L和2L流回油箱，滑台由一工进转为二工进。二工进速度由两个节流阀1L和2L调节，比一工进速度慢。

若转换开关扳在“2”位置，可用SB1按钮点动调整，用SB2按钮使滑台退回原位。 （5）滑台快退 二工进到位压动行程开关SQ5，接通继电器KA4并自锁，进给电路被切断，同时KA4的常开触点接通YA2电路，压力油经换向阀1HF进入油缸右腔，回油经1HF进入油箱，滑台快速后退。退至原位，压动SQ1，KA4断电，YA2断电，1HF复位，滑台停在原位。 若转换开关扳在“2”位置，可用SB1按钮点动调整，用SB2按钮使滑台退回原位。

本 章 小 结 本章分析了几种典型生产机械电气控制系统的原理及工作过程。从中可知，以继电器-接触器的方式组成的机床电气控制系统是按照生产工艺提出的要求，来控制机床的各种运动，以达到合理的目的。 机床电气控制线路的复杂程度虽差异很大，但均是由电动机的启动、正反转、制动、点动控制、多电机启动的先后顺序控制等基本控制环节组成的。 机械设备的电器控制线路主要由主电动机、控制电路、辅助电路和联锁、液、气压控制、保护环节等组成，在对电气控制线路分析时，首先要对控制设备结构组成、工作原理及运动要求等进行分析；其次，对复杂的控制线路要“化整为零”，按照主电路、控制电路和其它辅助等电路逐一分解，各个击破。