1、1X62W 卧式万能铣床电气控制1 绪论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。X62W 卧式万能铣床具有主轴转速高、调速范围宽、操作方便、工作台能自动循环加工等特点。X62W 卧式万能铣床有三种运动方式，即主运动、进给运动和辅助运动。主轴带动铣刀的旋转运动称为主运动；加工中工作台带动工件的移动或圆工作台的旋转运动称为进给运动；而工作台带动工件在三个方向的快速移动属于辅助运动
2、。X62W 卧式万能铣床有三台电动机组成，其中 M1 为主轴拖动电动机，M2 为工作台进给拖动电动机，M3 为冷却泵拖动电动机 。现以 X-62W 万能铣床为例对其电气控制系统进行讨论。下图是 X-62W 万能铣床的外观简图。图 1 X-62W 万能铣床的外观简图2X62W 万能铣床主要结构和运动形式2X-62W 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轴
3、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给，以加工螺旋轴。3 X62W 卧式万能铣床控制要求A 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。B 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，三个方向的选择由机械手柄操纵，每个方向的正反方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。C 为缩短调整运动时间
4、，提高生产效率，工作台应有快速移动控制，X62W 铣床采用快速电磁铁吸合改变传动链的传动比来实现的。D 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。E 冷却泵由一台 0.125KW 交流电动机拖动，供给铣削用的冷却液。F 根据工艺要求。主轴旋转与工作台进给应有先后的顺序控制，即进给运动要在铣刀旋转之后才能进行， 、加工结束必须在铣刀停转前停止进给运动。G 为操作方便主轴电动机的起动与停止及工作台快速移动可以两处控制。4. 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
5、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。34 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。5 电路分析5.1 主电路的分析主轴电动机 M1 拖动主轴带动铣刀进行铣削加工，通过组合开关 SA3 来实现正反转；进给电动机 M2 通过操纵手柄和机械离合器的配合拖动工作台前后、左右、上下 6 个方向的进给运动和快速移动，其正反转由接触器 KM3、KM4 来实现；冷却泵电动机 M3 供应切削液，且当 M1 启动后，用手
6、动开关 QS2 控制；3 台电动机共用熔断器 FU1 作短路保护，3 台电动机分别用热继电器 FR1、FR2、FR3作过载保护。5.2 控制电路分析5.2.1 主轴电动机 M1 的控制主电机由接触器 KM3 控制，其逻辑表达式为：KM3= （SB1+SB2+KM3 ） （1）27SQ4B3S2KMFR为方便操作，主轴电动机的启停按钮各有两个，可在两处中的任一处进行操作。启动前，先将换向开关 SA5 旋转到所需旋转方向，然后按下启动按钮SB1 或 SB2，接触器 KM3 线圈通电并自锁，主轴电动机 M1 启动。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
7、时，速度继电器 KS 的动合触头闭合，为停车时的反接制动做好准备。+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，由于存在惯性， 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4
8、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，以利齿轮啮合。为避免 KM2通电时间长，手柄的推拉操作都应以较快速度进行。5.2.2 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
9、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，其控制逻辑如下。KM5= KM3 SA1-3 SA1-1 27SQ4B3S21SQSQ4-1 （2）KMFR工作台上、下、前、后运动的终端限位，是利用固定在床身上的档铁撞击手柄，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
10、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 正传，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：KM4= KM3 SQ1-127SQ4B3S26Q4S23Q1SA（3）5KMFR13工作台的快速移动控制5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
11、，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
12、由进给电动机 M2 经传动机构拖动。在机床开动前，先将圆工作台装换开关 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 SQ1SQ4 均不受压。这时按主轴电动机启动按钮 SB1 或 SB2，主轴电动机启动，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 线圈的逻辑表达式如下。KM4= KM3 27SQ4B3S26Q4S23Q1SSA1-2 （4）5KMFR31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 SQ1SQ4 的动断触点，所以只要扳动工作台
13、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联锁保护如下。1只有主轴电动机启动后，进给电动机才能启动。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6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 SQ1SQ4 的 4个动触点全部断开，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 个形程开关的 4 个动
14、触点 、 、 23SQ、21SQ2SQ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。5.2.3 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。其逻辑表达式如下。KM1=SA3 （5）1FR3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。5.2.4 照明控制机床照明灯由变压器 T 将 380V 交流电压变
15、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6.元件的选用电源隔离开关型号事实根据住电路的电流大小和它本身的额定功率所选定的。行程开关型号的选用是根据控制电路的电流不大于 5A 所选用的。按钮开关型号是选用保护式的，它的触头数量是 3 常开、3 常闭。速度继电器型号是因为所需控制的电动机的转速大小来选用的。控制电路的电源由控制变压器 TC 输出 110V 电压供电。熔断器型号的选用是因为在机床控制线路中，多选用 RL1 系列螺旋式熔断器，而且，对多台电动机的短路保护，熔体的额定电流应大于或等于其中最大容量电动机的额定电流 Inmax 的 1.52.5 倍加上其
16、余电动机额定电流的总和 ，I7即 Irn (1.52.5)Inmax+ 。所以，主电源熔断器的熔体电流约为 26.55A，进给I控制熔断器的熔体电流约为 18.12A。因为没有相等的熔体额定电流等级，所以所选的熔体额定电流稍大于实际地熔体电流。而熔断器的额定电流必须等于或大于所装熔体的额定电流，所以选用额定电流为 60A 的熔断器。因为作电路的过载保护，所以选用热继电器来作电路的过载保护。选择热继电器主要根据所保护电动机的额定电流来确定热继电器的规格和热元件的电流等级，根据电动机的额定电流选择热继电器的规格，因为电动机拖动的不是冲击性负载，所以热继电器的整定电流值取电动机额定电流的 0.951
17、.5 倍。所以所取的整定电流 I=1.2In，所以主轴电动机热继电器的整定电流约为 13.89A，进给电动机热继电器的整定电流约为 3.78A，冷却泵电动机的整定电流约为0.312A，而热继电器的额定电流应稍大于整定电流。 电动机型号的选用是根据电动机额定功率所选用的，所以考虑 Un=380V ,COS =0.85, =0.85, 根据 Pn= UnInCOS ,所以根据毕业设计的题意所得电3动机 M1 的额定电流约为 11.57A，电动机 M2 约为 3.15A，电动机 M3 约为0.26A。接触器选用是根据接触器主触头的额定电流和线圈电压所选用的，主触头的额定电流应大于或稍大于电动机的额定
18、电流，或按下列经验公式计算（仅适用于 CJ0、CJ10 系列）Ic= （6）NKUp310式中 K 经验系数，一般取 11.4;被控制电动机的额定功率（kW） ；NP被控制电动机的额定电压（V） ；U接触器主触头电流（A） 。CI所以由公式所得控制主轴电动机接触器的主触头电流约为 10.33A，控制进给电动机接触器的主触头电流约为 2.82A，控制冷却泵接触器的主触头电流约为 0.23A，考虑实际情况和额定电流等级，所以，所选用的接触器主触头的额定电流要比由公式所得要大。选择接触器的线圈电压是从人身和设备安全角度8考虑，接触器线圈电压要选低一些，所以，选用了 110V 的线圈电压。结束语随着毕
19、业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量
20、，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。9致谢经过近三星期的努力完成了本次毕业设计。由于此次设计所涉及的知识面广，而本人的知
21、识水平有限，难免有时会出现无从下手的局面，但在指导老师和同学的悉心指导和热情帮助下，还是顺利地完成了任务。在这里首先要感谢我的三位指导老师：余波年老师、宋玉春老师、陈琛老师，在我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料、设计草案的确定和修改、中期检查、论文的撰写等整个过程中，都给予我悉心的指导和不懈地支持。在此谨向三位老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。还要感谢我的同学肖旋、黄金海、江云华、梁子豪、余华通、符林敏，他们对本次设计也做了不少的工作，给予了我很大的支持和帮助。当然还要感谢我这三年来的所有老师，为我打下自动化专业知识的基础。同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励，此次毕业设
22、计才会顺利完成。10参考文献1 史国生.电气控制与可编程控制器技术M. 北京：化学工业出版社，2005：67-712 劳动和社会保障部教材办公室.电力拖动控制线路与技能训练M.中国劳动社会保障出版社.2001：329-3373 黄净.电器及 PLC 控制技术M.北京：机械工业出版社.20054李敬梅.电力拖动基本控制线路M. 中国劳动社会保障出版社.200611附录1. X62W 型万能铣床电器元件明细表 （12）2. 电气原理图 （14）3. 主电路 （15）4. 控制电路 （16）5. 电气接线图 （17）6. 元件排版图 （18）7. 元件接线图 （19）12X62W 型万能铣床电器元件
23、明细表X62W 型万能铣床电器元件明细表代号 名称 型号 规格 数量 用途M1 主轴电动机 JO2-51-6 5.5KW 380V 1450r/min 1 驱动主轴M2 进给电动机 JO2-22-4 1.5KW 380V 1410r/min 1 驱动进给M3 冷却泵电动机 JCB-22 125W 380V 2790r/min 1 驱动冷却 泵FU1 主电源熔断器 RL1-60 60A 熔体 30A 3 电源短路 保护FU2 进给控制熔断 器 RL1-15 60A 熔体 20A 3 进给短路 保护FU3 控制电路熔断 器 RL1-15 15A 熔体 6A 1 控制电路短路保护FU4 照明熔断器
24、RL1-15 15A 熔体 2A 1 照明电路短路保护EL 照明灯 JC6-2 36V 螺口带开 关 1FR1 主轴电动机热 继电器 JR0-40 整定电流 14A 1 M1 过载保护FR2 进给电动机热 继电器 JR0-10 整定电流 4A 1 M2 过载保护FR3 冷却泵电动机 热继电器 JR0-10 整定电流 0.5A 1 M3 过载保护TC 变压器 BK-150 380/110V 1 控制电路 电源T1 照明变压器 BK-50 50VA 380/24V 1 照明电路KM1 冷却泵接触器 CJ0-10 10A 线圈电压 110V 1 启动冷却 泵KM2 反接制动接触 器 CJ0-20 2
25、0A 线圈电压 110V 1 启动反接 制动KM3 主轴电动机接 触器 CJ0-20 20A 线圈电压 110V 1 主轴启动KM4 进给正转接触 器 CJ0-10 10A 线圈电压 110V 1 M2 正转13KM5 进给反转接触 器 CJ0-10 10A 线圈电压 110V 1 M2 反转KM6 快速移动接触 器 CJ0-10 10A 线圈电压 110V 1 快速进给X62W 型万能铣床电器元件明细表（续表）代号 名称 型号 规格 数量 用途YA 快速电磁铁线 圈 1 快速电磁 铁线圈R 限流电阻 3 保护电动 机 M1KS 速度继电器 JFZ0-1 300-1000r/min 1 反接制
26、动SQ1 行程开关 LX3-11K 开启式 1 工作台向 右进给SQ2 行程开关 LX3-11K 开启式 1 工作台向 左进给SQ3 行程开关 LX3-131 单轮自动复位 1工作台向前、向下进给SQ4 行程开关 LX3-131 单轮自动复位 1工作台向后、向上进给SQ6 行程开关 LX3-11K 开启式 1 进给变速冲动开关SQ7 行程开关 LX3-11K 开启式 1 主轴变速冲动开关QS 电源隔离开关 HZ10-60/3J 60A 380V 1 电源总开 关SA1-1 开关 1SA1-2 开关 1SA1-3 开关 1SA3 开关 1SA4 开关 1SA5 开关 1SB1SB2 按钮 LA10-3H 保护式 2两处的主轴启动按钮SB3SB4 按钮 LA10-3H 保护式 2两处的主轴停止按钮SB5SB6 按钮 LA10-3H 保护式 2工作台快速移动按14钮X62W 卧式万能铣床电气原理图15主电路 16控制电路17电气接线图18元件排版图19元件接线图
