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一、引言

镗床是一种精密的加工机床，要想使其达到高精度，除了选择精密的电机和机床所满足的刚性外，还跟其它电气控制线路有着重大的关系，一台镗床是否能够顺利地加工能力出高精度的产品，电气的控制是其一个重要指标。

工业中使用较普通的有卧式镗床和坐标镗床，卧式镗床是一种用途广泛的机床，能够钻孔，镗孔，护孔和铰孔，并能车削端面和圆柱表面，又能装上铣刀进行铣切加工。

坐标镗床主要为一个平面内有多孔的工件加工，因此，坐标镗床精度较高，能加工精度较高的工件，它有单柱和双柱两种，还有光学坐标镗床。

目前，我国正在对机械进行创新和改造，机床是机械中的一个重要部分，特别是其控制电路设计的科学与否，是衡量机床本身价值的重要部分，为此，我们以T4623型镗床的电气控制线路作为设计课题，讨论其控制线路的特点及其分析其原理。

T4263的含义是：

T代表镗床，4代表镗床的历史年代，263表示工作台的大小为263mm。

在这次设计过程中，我们首先从控制电路的特点入手，把它进行分析，然后再对其主电路进行分析，在这次设计中，我采用了不同功率的四台电动机进行对镗床的控制，在主轴的控制过程中，我涉及到了主轴的点动、镗削、铣削、反接制动、调速以及主轴的脱开与结合控制等。

采用油泵电机控制工作台和溜板箱，采用横梁电机控制横梁的上下移动。

同时，运用一个小功率的电动机控制风扇，对其进行风冷。

另外，我还特别的使用了6张大小不同的图纸分别对电气原理图、主轴电机控制图、横梁上升控制图、工作台前后移动控制图、溜板箱左右移动控制图以及其它电路控制图进行了绘画。

最后对其进行具体分析、说明，并对其元件进行解说。

二、设计

1、镗床控制线路的设计要求

（1）因为坐标镗床为精密机床，所以主轴电动机、液压油泵电动机和横梁升降电动机应采用精密电动机。

（2）由于主轴电动机采用降压起动控制线路，所以串联电阻。

因为减少制动电流，所以在主电动机反接制动时也将限流电阻串入主电路。

（3）为了更好的便于调整，并可以提高工作效率，所以主轴电动机可以采用点动和反接制动。

（4）因为工作台前后移动和溜板箱左右移动均有高低两种速度，在低速转动时，工作电动机定子绕组接成三角形，高速转动时接成双Y形，所以液压油泵电动机采用双速电动机。

（5）为了在变速时，主轴电动机断续得电转动，所以保证了变速后齿轮顺利啮合。

（6）各个电源引入开关均采用自动空气断路器，兼起短路保护作用。

（7）机床装有总起动接触器KM1，它是整个电气线路的零压保护和欠压保护电器。

2、主电路设计思路的分析

（1）该机床是由四台三相交流异步电动机拖动组成，主电路电压应为380V，由电网提供。

控制线路电压为交流110V，由控制变压器TC1提供。

电磁铁电压为直流32V，整流前为36V，由变压器TC4提供。

总起动电压为220V，由变压器TC2提供。

照明电路、信号灯电路电压为6V，电笛由6V直流电压，整流前为交流8V，由控制变压器TC3提供电源。

（2）主轴电动机M1（C90L-21-22.2KW2860r/min）是精密电动机，其型号及参数为：

功率2.2KW，转速为2860r/min，采用交流接触器KM2控制M1的起动和停止。

KM3是M1的反接控制接触器，短接限流电阻采用接触器KM4，当KM4无电时，R串入主电路，M1电源引入开关采用空气断路器QF5，同时，QF5也是M1的短路保护电器。

（3）液压油泵电动机M2（JDO2-22-21.8kW1450r/min）是一种双速精密电动机，低速时应使其定子绕阻为三角形联接，功率1.5KW，高速时接成双Y形，功率应为1.8KW，高低速转动的起停电器分别采用交流接触器KM7、KM8。

M2电源引入开关使用自动空气断路器QF4，QF4同时也是M2的短路保护电器。

（4）横梁升降精密电动机M3（JO2-21-21.5kW2860r/min）其功率为1.5KW，转速应为2860r/min，控制M3的正反转分别是交流接触器KM5和KM6，M3的电源引入开关使用自动空气断路器QF3。

同时，QF3也是M3的短路保护电器。

（5）机床风冷电动机M4（JOF-20-2750W1450r/min）功率为750W，M4的起动与停止用中间继电器KA9控制。

同时，QF4也是M4的短路保护电器。

3、控制线路原理分析及分立控制线路

3．1．开动机床前的准备

开启前，合上总电源引入开关——自动空气断路器QF1（在主电路图1-1中及为总开关），合上纽子开关SA1、SA4、照明及指示灯回路的自动空气断路器QF10和总起动回路自动空气断路器QF12。

然后，按下总起动按扭SB1，交流接触器KM1线圈经（3-4-107-77-76-108）线路通电吸合并自锁（见附图1-1）。

KM1的主触点闭合，引入三相380V的电源。

同时，KM1的动合触点KM1（115-116）闭合（见附图1-1），总电源接通指示灯HL1亮，表示机床的电气线路已处于带电状态。

3．2．主轴电动机的点动控制

图1-7点动控制线路

如图1-7所示点动控制线路。

闭合自动空气断路器QF7和QF8，按下点动按扭SB4，交流接触器KM2的线圈经（21-40-41-60-61-38-23-20）线路通电吸合。

KM2的主触点闭合，接通主轴电动机的转动。

松开点动按扭SB4，接触器KM2断电释放，其主触点断开，切断主轴电动电源。

因为接触器KM4无电，所以主轴电动机M1经限流电阻R1和电源相接而机的三相电源，M1停止转动。

3．3、主轴电动机镗削时起动控制线路及控制原理

主轴在进行镗削加工时，主轴夹紧开关（微动开关）SQ30为断开状态，其动合触点SQ30（47-46）断开，时间继电器KT6无电。

主轴电动机在进行镗削的加工时的起动控制线路图如图1-8所示。

图1-8镗削加工时主轴电机起动控制线路

在闭合有关的自动空气断路器之后，按下起动按扭SB3，中间继电器KA5的线圈经（21-40-41-42-44-118-186-38-23-20）线路通电闭合，它的动合触点KA5（42-49）闭合，使中间继电器KA17的动合触点KA17（41-10）和KA17（40-56）闭合，使交流继电器KM2和KM4通电吸合。

KM4的主轴点闭合，将限流电阻R短路。

KM2的主触点闭合，接通主轴电动机M1的电源。

因此，主轴电动机不经限流电阻R在全电压下起动正向旋转，带动主轴进行镗削加工。

3．4．机床进行铣削加工时主轴电动机的起动控制

主轴进行铣削加工时，首先将微动开关SQ30（47-46）压合铣削加工时主轴电动机的起动控制线路电路图如图1-9所示。

图1-9铣削加工时主轴电动机的起动控制线路

主轴在进行铣削加工时,除主轴夹紧开关SQ30闭合外,限位开关SQ2和微动开关SQ29处于闭合状态.所以时间继电器KT6的线圈经（21-40-41-43-47-46-38-23-20）线路通电吸合,它瞬动动合触点KT6（42-49）闭合。

按下起动按扭SB3,中间继电器KA17的线圈经（21-40-41-42-49-38

-23-20）线路通电吸合并自锁.KA17的动合触点KA17（41-10）和KA17（40

-56）闭合,从而使接触器KM4和KM2的线圈均通电吸合.KM4的主触点闭合,将限电流R1短路.KM2的主触点闭合,接通主轴电动机的三相电源。

因此，主轴电动机在全电压下起动正向旋转，带动主轴对工件进行铣削加工。

对镗削加工或铣削加工，主轴电动机的起动控制线路是大同小异的。

从控制原理上分析，镗削时，工作台和溜板箱不动；铣削时，工作台前后运动，溜板箱左右移动。

镗削时KA5和KA17得电，且KT6（78-79）闭合，所以KA17（79-80）、KA5（75-80）断开，切断工作台与溜板箱控制线路，保证了镗削的正常进行。

铣削时，KT6和KA17通电而KA5无电，所以KT6（78-79）断开，KA17（16-85）和KA5（85-80）闭合，接通工作台和溜板箱移动控制线路可以参看附图1-1.

3．5．主轴电动机的反接制动控制

该机床的主轴电动机在停车时，采用反接制动控制线路，使主轴迅速停车既保证了加工精度，又提高了工作效率。

此机床的反接制动由速度继电器SR1、SR2和接触器KM3、中间继电器KA21控制。

为限制反接制动电流，在主电路中串接了限流电阻R1。

反接制动的电路图如图1-10所示.

停车时，按下停止按扭SB8，它的动触点SB8（40-41）断开，中间继电器KA5、KA17、时间继电器KT6和接触器KM2及KM4均断电释放。

KM2的主触点断开，切断主轴电动机的三相电源。

接触器KM4主触点断开。

将限电阻R串入主轴电动机的主电路。

主轴电动机虽然断电，但由于惯性作用，仍以较高的速度旋转，所以速度继电器SR的动合触点SR1（48-50）闭合。

由于时间继电器KT2无电，其动断触点KT2（40-48）闭合，所以反接制动接触器KM3的线圈经（21-40-48-50-51-52-53-23-20）线路通电吸合。

KM3的主触点闭合，接通主轴电动机电源，主轴电动机经限流电阻R和三相电源接通，进行反接制动，转速立即下降。

图1-10主轴电动机的反接制动控制线路

当主轴电动机的转速下降到速度继电器的复位转速时，动断触点SR2（48-58）闭合，使中间继电器KA21的线圈通电吸合并自锁。

同时，动合触点SR1（48-50）断开，中间继电器KA21的动断触点KA21（50-51）断开KM3断电释放。

KM3的主触点断开，切断主轴电动机的电源，制动结束。

如果电路中的SR1（48-50）又闭合，SR2（48-58）又断开，但KA21已经自锁，所以仍然通电吸合，它的动断触点KA21（50-51）依然断开，故KM3不会得电，主轴电动机就不会反转，从而保证一次制动成功。

3．6．主轴变速控制

此机床主轴共有18种转速，以适应对不同的工件加工要求。

当主轴从某一转速转换为另一转速时，既可以在主轴电动机停转时进行，也可以在旋转时变速。

主轴变速控制线路如下图1-11所示.

主轴变速前，闭合自动空气断路器QF7和QF8，并转动液压预选阀，联动预选阀开关SA2，做好变速的准备工作。

然后，按下变速起动按扭SB2，中间继电器KA4的线圈通电吸合并自锁。

KA4的动断点KA4（155-157）、KA4（10-60）和KA4（56-57）都断开，分别切断工作台左右移动、横梁升降、主轴电动机旋转和短路限流电阻四个控制线路。

同时，KA4的动合触点KA4（21-45）和KA4（115-126）闭合。

前者使交流控制器KM7的线圈经（21-45-93-94-23-20）线路通电吸合，KM7主触点闭合，使油泵电动机M2低速转动，进行变速供油；后者使主轴变速指示灯HL2亮。

如果变速前主轴电动机正在转动，变速时由于KA4（10-60）断开，接触器KM2断电释放，切断主轴电动机的电源。

同时，接触器KM3通电吸合，对主轴电动机进行反接制动，使主轴电动机迅速下降。

当主轴电动机的转速迅速下降到速度继电器的复位转速时，动合触点SR1（48-50）断开，SR2（48-58）闭合，中间继电器KA21的线圈经（21-40-48-58-55-23-20）线路通电吸合，其动合触点KA21（8-55）闭合，KA21自锁；其动断触点KA21（50-51）断开，确保KM3无电，主轴电动机趋向停转。

这时，由于KA21（58-59）和KA4（59-15）闭合，KM2线圈经（21-40-

48-58-59-15-60-31-38-23-20）线路通电吸合，主轴电动机经限流电阻R通电转动。

`

当转速升高后，SR2（48-58）断开，KM2失电，主轴电动机断电，转速下降。

当转速下降到速度继电器的复位转递时，SR2（48-58）又闭合，KM2又通电吸合，主轴电动机再次转动。

这样循环下去，主轴电动机总是断续得电，以比较低的速度正向转动，以有利于齿轮的啮合。

主轴电动机断续得电低速转动一直到变速结束为止。

如果变速前主轴电动机停转，则省去了反接制动过程，其它和上述过程相同。

中间继电器KM4通电吸合时，它的动合触点KA4（21-7）闭合，在KM2第一次得电使主轴电动机转动时，KM2的动合辅助触点KM2（7-6）闭合，时间继电器KT1的线圈经（21-7-6-5-23-20）线路通电吸合并自锁，KT1的动合触点917-180延时闭合。

在KM2断电后，时间继电器KT3的线圈经（21-40-24-26-28-32-33

-35-23-20）线路通电吸合。

经过延时，KT3延时闭合的动合触点KA22（40-11）闭合，中间继电器KA22的线圈经（21-40-11-19-12-23-20）线路通电吸合。

KA22的动合触点KA22（131-133）闭合，电磁铁YA1得电动作，打开变速电磁阀门。

油泵电动机提供的压力油将液压预选阀转换到一个新的转速。

这时，变速液压预选阀压合微动行程开关SQ2、SQ25、SQ27，中间继电器KA2的线圈经（21-40-24-26-28-23-20）线路通电吸合。

动合触点KA2（33-35）闭合，使中间继电器KA3的线圈经（21-40

-24-26-28-32-33-35-23-20）线路通电吸合。

KA3的动断触点KA3（24-37）断开，KA4断开释放，从而使KT1、KT7、KA22、KM2和KM21相继断电释放，主轴变速结束。

如果变速前主轴电动机处于旋转状态，则KA17一直通电并自锁，变速结束时，KA4断电，其动断触点KA4（10-60）和KA4（56-57）闭合，KM2和KM4重新通电吸合，主轴电动机得电旋转，带动主轴在新的转速下转动。

如果变速前电动机已停转，则中间继电器KA17无电，变速后KM2和KM4无电，主轴电动机仍然停转。

3．7．主轴脱开与结合的控制

在调整工件位置时，主轴需要手动旋转。

同时要将主轴与传动机构脱开；调整完毕之后，再将主轴与传动机构结合，以便进行正常的机械加工。

主轴脱开的控制线路如图1-12所示.

图1-12主轴脱开的控制线路

搬动脱开阀，使联动开关的动合触点SQ1（40-37）和SQ1（40-14）闭合。

中间继电器KA4和KA3通点吸合。

KA4的动合触点KA4（21-45）闭合。

使接触器KM7通电吸合，油泵电动机得电低速转动，供应压力油。

同时，动合触点KA3（131-133）闭合，电磁铁YA1得电动作，打开进油电磁阀门，使主轴脱开。

KA23得电时，它的动合触点KA23（15-60）断开，KM2断电释放，保证主轴脱开时主轴电动机不会得电转动.

主轴结合的控制线路如图1-13所示.

图1-13主轴结合的控制线路

主轴脱开时，因SQ1（40-37）闭合，且KA4通电吸合并自锁。

将脱开阀扳回原位后，SQ1恢复原状，但是KA23和YA1通电释放，KA4仍然得电。

这时KA23的动合触点KA23（15-60）闭合。

又因为主轴脱开时主轴电动机M1处于停车状态，所以速度继电器SR2（48-58）闭合，使KM2的线圈经（21-40-48-58-59-15-60-61-38-20）线路通电吸合SR2闭合时，KA21已通电吸合并自锁，同主轴变速时一样，主轴电动机断续通电慢转。

当齿轮啮合良好之后，微动开关SQ22、SQ25和SQ27闭合，KA2和KA3分别停电，使KA4、KM2和KM7断电释放，M1和M2停转，主轴结合结束。

另外，主轴电机控制总图见附图1-2.

3．8．横梁的上下移动控制

当加工形状不规则的工件时，横梁需上下移动控制。

其控制线路图如图1-14所示.（或者见附图1-3）

闭合自动空气断路器QF3。

扳动横梁开关SA3，使SQ3（62-63）和SA3（21-69）接通，中间继电器KA6的线圈经（21-69-70-71-72-73-74

-75-23-20）线路通电吸合。

KA6的动合触点KA6（21-92）闭合,KA6通电闭合使中间继电器KA11通电吸合；KA11得电后使横粱升降电磁铁得电动作，打开横梁夹紧与松开装置的进油阀门。

KA11得电后，其动合触点KA11（21-45）闭合，使接触器KM7经（21-45-93-94-23-20）线路通电吸合。

油泵电动机M2低速转动，提供压力油，将横梁松开。

图1-14横梁的上下移动控制

横梁松开时，压力行程开关SQ3，使其动合触点SQ3（21-62）闭合，则交流接触器KM5线圈经（21-62-63-64-64-23-20）线路通电吸合。

KM5的主触点闭合，接通横梁升降电动机的三相电源，M3正向转动，带动横梁向上移动。

横梁上升到预定位置之后，将横梁移动开关SA3复位，SA3（21-69）和SA3（62-63）断开，中间继电器KA6、KA11、接触器KM5、KM7、电磁铁均断电释放。

油泵电动机和横梁升降电动机都停动，横梁停止上升并自动夹紧，SQ3复位。

横梁上升的极限位置保护开关为SQ4。

横梁向下移动的控制线路和控制原理与向上移动相似，只需将KM5换成KM6，而电动机M3则由正转变为反转。

横梁向下移动极限位置保护开关为SQ5。

3．9．工作台移动控制

机床在加工工件时，要求工作台能够前后移动。

此机床工作台的移动分为快速移动和慢速移动。

工作台移动时，溜板箱和横梁必须在原位。

工作台向前移动控制线路如图1-15所示（或者附图1-4）。

图1-15工作台纵向移动控制线路

工作台移动前，限位开关SQ8、SQ10、SQ12和SQ14均处于正常位置，它们的动触点闭合。

中间继电器KA10的线圈通电吸合，动合触点KA10（21-155）和KA10（80-159）闭合。

因为这时KA4、KA6、KT6和KA17均无电，所以它们的动断触点都闭合。

中间继电器KA10通过（21-155-157-78-79-80-159-23-20）线路自锁。

旋转液压节流阀，压动限位开关SQ8，使动合触点SQ8（81-82）闭合。

中间继电器KA12的线圈经（21-155-157-78-79-80-137-138-81-82-23-20）线路通电吸合，KA12的动合触点KA12（21-92）和KA12（21-185）闭合。

前者使中间继电器KA11通电吸合，后者使工作台向前移动电磁铁通电动作，打开工作台向前液压油缸的电磁阀门。

KA11得电时，其动合触点KA11（21-45）闭合，接触器KM7通电吸合，其主触点闭合，油泵电动机M2正向慢速转动，供给压力油，液压油缸推动工作台低速向前移动。

要求工作台快速移动时，旋转液压节流阀，将SQ8（81-82）和SQ10（81-84）都压合。

中间继电器KA12和KA13均得电吸合，动合触点KA12（21-185）、KA13（185-83）闭合。

中间继电器KA16得电吸合，动断触点KA16（45-93）断开，KM7断电释放。

同时，KA16（45-95）闭合，接触器KM8得电吸合。

KM8的主触点及动合触点闭合，将油泵电动机的绕组接成双Y形，电动机通电高速转动，供给高压压力油，液压油缸推动工作台快速向前移动。

当液压节流阀重新转到慢速区，限位开关SQ10（81-84）断开，KA13和KM16断电释放。

KM8短电释放，KM7得电吸合，油泵电动机的绕组由双Y形改为三角形联接，电动机由高速转动变为低速转动，工作台由快速向前移动转为慢速向前移动。

工作台移动到预定位置后，将节流阀转回零位，SQ8（81-82）断开KA12、KM7、工作台向前移动电磁铁均断电释放，电动机M2停转，工作台向前移动停止。

工作台向后移动的控制线路及其控制原理均和工作台向前移动相似，只是在时间顺序上将SQ8和SQ10、KA12和KA13对换。

3．10．溜板移动的控制

溜板的左右移动控制是由液压马达拖动实现无级平滑移动的。

溜板移动前，工作台和横梁必须放在原位。

这时，限位开关SQ8、SQ10、SQ12和SQ14的动断触点都处于闭合的位置。

溜板向左移动的控制线路如图1-16所示（或者见附图1-5）。

图1-16溜板横向移动的控制线路

与工作台移动时相同，中间继电器KA10通电吸合并自锁。

转动液压节流阀，压合限位开关SQ12，中间继电器KA7的线圈经（21-155-157

-78-79-80-140-141-86-180-87-88-23-20）线路通电吸合。

动合触点KA7（21-92）闭合，使中间继电器KA11通电工作。

KA11（21-45）闭合，接触器KM7通电吸合。

KM7的主触点闭合，油泵电动机低速转动，供应压力油。

同时，动合触点KA7（21-184）闭合，溜板向左移动的电磁铁得电动作，打开液压马达进油电磁阀门，液压马达带动溜板向左低速移动。

将液压节流阀转到高速区，限位开关SQ14也被压动，动合触点SQ14（86-182）接通。

中间继电器KA7和KA8同时通电吸合，它们的动合触点KA7（21-184）和KA8（184-83）闭合，中间继电器KA16通电吸合，KA16的动断触点KA16（45-93）断开，接触器KM7断电释放。

同时，由于动合触点KA16（45-95）闭合，使接触器KM8通电吸合。

KM8的主触点闭合，将油泵电动机定子绕组接成双Y形通电高速旋转，液压马达拖动溜板快速向左移动。

将液压节流阀转离高速区，开关SQ14断开，KA8、KA16、KM8断电释放，而KM7通电吸合，油泵电动机低速转动，液压马达拖动溜板低速向左移动。

溜板向左移动到预定位置时，将液压节流阀转回零位，SQ12（86-180）断开，KKA7、KA11、KA7、YA5都断电释放，M2停转，溜板停止移动。

溜板向左移动的极限位置限位保护开关是SQ13。

溜板向右移动的控制路线、控制原理以及操作程序均和向左相似，只是把SQ12和SQ14、KA7和KA8在时间顺序上对调。

溜板向右移动的极限位置限位保护开关是SQ15。

3．11、其它电气控制路线

此机床还有一些其他控制线路，但都比较简单。

现介绍其中几个主要线路。

其线路图如附图1-6所示。

（1）中心指示器控制线路将中心指示器插销XS接入，则XS（21-22）和XS（123-124）接通。

中间继电器KA1通电吸合，它的动断触点KA1（21-40）断开，主轴系统停止工作，保证测试时的安全。

同时，KA1（115-123）闭合，中心指示兼照明灯EL4亮。

（2）风扇电动机的控制风扇是用来冷却液压油泵的。

风扇电动机M4和油泵电动机M2同步起动与停止。

在接触器KM7或KM8通电，油泵电动机起动的同时，他们的动合辅助触点KM7（21-40－98）或KM8（21-40－98）闭合，中间继电器KA9通电吸合，M4得电起动。

在KM7或KM8断电释放，M2停转时，KA9也有断电释放，M4停转。

（3）油位指示SQ41是液压油泵的油箱油位指示接近开关。

当油位低于规定值时，SQ41的线圈通电吸合，它的动合触点SQ41（149-150）闭合，电笛HA发出叫声，提醒操作者加油。

油位超过最低值时，SQ41断电释放，叫声停止。

（4）照明控制SA1是机床照明日光灯开关。

SB5和SB6分别是工作台和横梁照明灯EL2和EL3的开关。

（5）主轴保护线路该机床是高精度精密机床，主轴在旋转加工时在电气线路上采取了保护措施。

在进行镗削加工时，只允许主轴的旋转运动和进给运动，工作台和溜板不允许移动。

为此，在工作台和溜板的移动控制线路中串接了中间继电器KA5和KA17的动断触点KA5（85-80）和KA17（79-80）。

主轴在进行镗削加工时，中间继电器KA5和KA17通电吸合，两个动断触点断开，切断工作台和溜板移动控制线路。

在进行铣削加工时，主轴的旋转运动和工作台前后移动同时进行；加工到工件两端时，溜板也要向左或向右移动；当主轴因故障停止