认识万能铣床

铣床是机械加工设备中常用的加工设备， 可用于加工各种表面， 如平面、 阶台面、 各种沟槽、 成型面等。 铣床的种类很多， 按照加工性能和结构形式， 其可以分为立式铣床、 卧式铣床、龙门铣床、仿形铣床等。图3－3所示是几种常见的铣床外形。

图3－3 铣床实物图

（a） X62W万能卧式铣床； （b） X5032A立式升降台铣床； （c） X2007龙门铣床； （d） 仿形铣床

万能铣床是一种通用的多用途加工机床， 它可以用圆柱铣刀、 圆片铣刀、 角度铣刀、 成型铣刀及断面铣刀等刀具对各种零件进行平面、 斜面、 螺旋面及成型表面的加工， 另外加装万能铣头、 分度头和圆工作台等机床附件还可扩大加工范围。 常用的万能铣床有两种， 一种是卧式万能机床， 其铣头主轴与工作台台面平行； 另一种是立式万能铣床， 其铣头主轴与工作台面垂直。

本项目以X62W卧式万能铣床为例对铣床电气控制电路进行分析。

一、 主要结构及运动形式

铣削加工时，铣刀安装在刀杆上，铣刀的旋转运动为主运动。工件安装在工作台上， 工件可随工作台作纵向进给运动，可沿滑座导轨作横向进给运动，还可随升降台作垂直方向的进给运动。为了减少工件向刀具趋近或离开的时间，三个方向的进给运动都配有快速移动装置。

图3－4所示为铣床几种主要加工形式的主运动和进给运动示意。

图3－4 铣削加工

（a）、 （b） 铣平面； （c） 铣阶台； （d） 铣沟槽； （e） 铣成型面； （f） 铣齿轮

X62W卧式万能铣床的外形结构如图3－5所示，它主要由底座、床身、 主轴、 刀杆、 悬梁、 工作台、 回转盘、 横溜板和升降台等几部分组成。

图3－5 X62W卧式万能铣床的外形结构

1—床身；2—主轴； 3—刀杆；4—悬梁；5—刀杆架； 6—工作台； 7—回转盘； 8—横溜板；9—升降台； 10—底座

铣床的型号意义如下：

二、 电力拖动特点及控制要求

铣床主轴带动铣刀的旋转运动是主运动； 铣床工作台的前后、 左右和上下运动是进给运动； 铣床的其他运动则属于辅助运动， 如工作台的回转运动。 铣床的电力拖动控制要求和特点如下：

（1） 万能铣床一般由三台异步电动机拖动， 分别是主轴电动机、 进给电动机和冷却泵电动机。

（2） 铣削加工有顺铣和逆铣两种加工方式， 因此要求主轴电动机能正、 反转， 但在加工过程中不需要主轴反转。 主轴电动机通过主轴变速箱驱动主轴旋转， 并由齿轮变速箱变速， 因此主轴电动机不需要电气调速。 又由于铣削是多刃不连续的切削， 负载不稳定， 所以主轴上装有飞轮， 以提高主轴电动机旋转的均匀性， 消除铣削加工时产生的振动。 但这样会造成主轴停车困难， 因此主轴电动机采用电磁离合器制动以实现准确停车。

（3） 进给电动机作为工作台前后、 左右和上下六个方向上的进给运动及快速移动的动力， 也要求进给电动机能实现正、 反转。

（4） 为了扩大加工能力， 在工作台上可加装圆形工作台， 圆形工作台的回转运动由进给电动机经传动机构驱动。 工作台六个方向的快速移动是通过电磁离合器的吸合和改变机械传动链的传动比实现的。

（5） 三台电动机之间有联锁控制。 为了防止刀具和铣床的损坏， 要求只有主轴旋转后才允许有进给运动， 同时为了减小加工件表面的粗糙度， 要求只有进给停止后， 主轴才能停止或同时停止。

（6） 为了保证机床和刀具的安全， 在铣削加工时， 在任何时刻工件都只能作一个方向的进给运动， 因此采用机械操作手柄和行程开关相配合的方式实现六个运动方向的联锁。

（7） 主轴运动和进给运动采用变速盘进行速度选择， 为保证变速后齿轮能良好啮合，主轴和进给变速后， 都要求电动机作瞬时点动 （变速冲动）。

（8） 采用转换开关控制冷却泵电动机单向旋转。

（9） 要求有安全照明设备及各种保护措施。

三、 X62W卧式万能铣床控制电路分析

X62W卧式万能铣床控制电路可分为主电路、 控制电路、 直流电路、 照明电路等部分。其电气控制原理如图3－6所示。

图3-6 X62W卧式万能铣床电气控制原理

1. 主电路

主电路共有三台电动机， M1是主轴拖动电动机， 拖动铣刀进行铣削加工， SA3为M1的换向开关， 实现主轴正反转， M2是进给电动机， 通过操纵手柄和机械离合器相配合拖动工作台前后、 左右、 上下六个方向的进给运动和快速移动， 接触器KM3、 KM4控制电源相序， 实现进给运动正、 反转； M3是冷却泵电动机， 供应切削液， 冷却被切削工件， 且当M1起动后M3才能起动， 用手动开关QS2控制； 熔断器FU1、 FU2作主电路的短路保护， 热继电器FR1、 FR2、 FR3分别作M1、 M2、 M3的过载保护， 接触器除具有控制功能外还具有失电压、 欠电压保护功能。

2. 控制电路

控制电路的电源由控制变压器TC输出110V电压供电。

1） 主轴电动机M1的控制

为了方便操作， 主轴电动机M1采用两地控制方式， 一组按钮SB1和SB5安装在工作台上， 另一组按钮SB2和SB6安装在机床身上。 KM1控制主轴电动机M1的起动和停止， YC1是主轴制动电磁离合器， SQ1是主轴变速时瞬时电动机的位置开关。 主轴电动机是经过弹性联轴器和变速结构的齿轮传动链来实现传动的， 可使主轴具有30～1500r／min的转速。

（1） 主轴电动机M1的起动。

起动前应首先选好主轴的转速， 然后合上电源开关QS1， 再把主轴换向开关SA3 （2区） 搬到需要的转向。

M1的起动过程如下：

（2） 主轴电动机M1的制动。

（3） 主轴换刀控制。

M1停转后主轴仍可自由转动。 在主轴更换铣刀时， 为避免主轴转动造成更换困难， 应使主轴制动。具体做法是将转换开关SA1扳向换刀位置，其常开触头SA1－1 （8区） 闭合，电磁离合器YC1线圈得电， 主轴处于制动状态以方便换刀， 同时其常闭触头SA1－2 （13区） 断开， 切断控制电路， 铣床无法运行， 保证人身安全。

（4） 主轴变速时的瞬时点动 （冲动控制）。

主轴变速箱装在床身左侧窗口上， 主轴变速由一个变速手柄和一个变速盘来实现。 主轴变速时的点动控制， 是利用变速手柄与冲动位置开关SQ1通过机械上的联动机构进行的。 变速时， 先将变速手柄压下， 使手柄的榫块落入第二道槽内， 齿轮组脱离啮合。 转动变速盘选定所需转速后， 将变速手柄推回原位， 这时榫块重新落进槽内， 使齿轮组重新啮合。

2） 进给电动机M2的控制

KM1常开辅助触头 （9～10） 闭合后， 工作台的进给运动控制电路得电， 即主轴起动后进给运动方可进行。 工作台进给可在三个坐标的六个方向进行， 即工作台在回转盘上的左右运动； 工作台、 回转盘和溜板一起在溜板上的前后运动； 升降台在床身垂直导轨上的上下运动。 这些进给运动通过两个操纵手柄和机械联动机构控制相应的位置开关进而控制进给电动机M2正转或反转来实现， 并且六个方向的运动是联锁的， 即一个时间只能进行一个方向的进给， 不能同时运动。

（1） 圆形工作台的控制。

圆形工作台可进行圆弧或凸轮的铣削加工。 将转换开关SA2扳到接通位置， 触头SA2－1和SA2－3 （17区） 断开，触头SA2－2 （18区） 闭合，KM3线圈得电，电动机M2得电运转， 通过一根专用轴带动圆形工作台作旋转运动。 将旋转开关SA2扳到断开位置， 圆形工作台停止旋转，这时触头SA2－1和SA2－3闭合，触头SA2－2断开，其可以保证工作台在六个方向的进给运动， 因为圆工作台的旋转运动和六个方向进给运动是联锁的。

（2） 工作台的左右进给运动。

工作台的左右进给运动由左右进给操作手柄控制。 操作手柄与位置开关SQ5和SQ6联动，有左、中、右三个位置，其控制关系见表3－2。当手柄扳向中间位置时， 位置开关SQ5和SQ6均未被压合， 进给控制电路处于断开状态； 当手柄扳到向左位置时， 手柄压下位置开关SQ5，使常闭触头SQ5－2 （17区） 分断，常开触头SQ5－1 （17区） 闭合，接触器KM3得电动作， 电动机M2正转。 由于在SQ5被压合的同时， 通过机械机构已将电动机M2的传动链与工作台下面的左进给丝杠相搭合， 工作台向左运动。 工作台向右运动与向左运动类似， 只是手柄压合SQ6， 电动机M2反转， 这里不再详述。 当工作台向左或向右进给到极限位置时， 工作台两端的限位挡铁碰撞手柄连杆， 使手柄自动复位到中间位置， 位置开关SQ5和SQ6复位， 电动机的传动链与左右丝杠脱离， 电动机M2停转， 工作台停止进给， 实现了左右运动终端保护。

表3－2 工作台左右进给操作手柄及其控制关系

（3） 工作台的上下和前后进给运动。

工作台的上下和前后进给运动是由一个操作手柄控制的。 该操作手柄与位置开关SQ3和SQ4联动，有上、下、前、后、中五个位置，其控制关系见表3－3。

表3－3 工作台上下前后进给操作手柄位置及其控制关系

续表

当手柄扳到中间位置时， 位置开关SQ3和SQ4均未被压合， 工作台无任何进给运动；当操作手柄扳至上或向后位置时，操作手柄压下位置开关SQ4，使常闭触头SQ4－2 （17区）分断，常开触头SQ4－1 （18区） 闭合， KM4得电吸合， 电动机M2正转， 带动工作台向上或向后运动； 当操作手柄扳至下或向前位置时， 操作手柄压下位置开关SQ3， 使用常闭触头SQ3－2 （17区） 分断， 常开触头SQ3－1 （17区） 闭合， KM3得电吸合， 电动机M2反转，带动工作台向下或向前运动。