机床自动控制

一、电气自动控制之在机床中的地位

现代机床由工作机构，传动机构，原动机和自动控制系统四个部分组成。

所谓自动控制是指在没有人直接参与的（或经由少数人参与）的情况下，利用自动控制系统是被控制及对象（生产过程）自动地按预定的规律去工作 。如机床按照规定的程序自动的启动或停车；利用微型计算机控制数控车床，按照看计算机发出的程序指令，自动按预定的轨迹加工；利用可编程控制器，按照预先编制的程序，是机床实现各种自动循环控制，所以这些都是电气自动控制的应用。

实现自动控制的搜短有多种多样，可以用电器的方法来实现自动控制。也可以用机械的、液压的、启动的等方法来实现自动控制，由于现代化的金属切削机床均用交，直流电机作动力源，因而电气自动控制是现代机床的主要控制手段。即使采用其他控制方法，也离不开电气控制的配合，本书是以机床作为典型对象来研究电气自动控制技术的基本原理，方法和应用，这些基本控制方法自然也适用于其他机器设备及生产过程。

机床经过一百多年的发展，结构不断改进，性能不断提高，在很大程度上取决于电器的拖动与电气控制系统的更新。电气拖动在速度调节方面具有无可比拟的优越性和发展前途，采用直流或交流无级调速电动机驱动机床，是结构复杂的变速箱变得十分简单，简化了机床结构。提高了效率和刚度，也提高了精度，今年研究成功的电机—主轴部件，将交流电机转子安装在主轴上，使其振动和噪音均减小，他完全代替了主轴变速齿轮箱，对机床传动与结构将产生变革性的影响。

生产技术和生产力的高速发展，要求及其需要更高的精度，更高的效率，更多的品种，更高的自动化程序及可靠性。科学技术特别是微电子技术的高度发展为电气控制的进步创造了良好的条件，现代机床在电气控制方面综合应用了许多先进科技技术成果，如计算机技术、电子技术、传感技术、伺服驱动技术。特别是廉价可靠的在机床行业的广泛应用，是机床的自动化程序，加工效率，加工精度，可靠性不断提高，同时以扩大工艺范围，缩短新产品的试制周期，加速产品的更新换代，降低劳动成本和减轻劳动强度起到重要作用，近年来出现的各种机电一体化产品，数控机床，机器人，柔性制造单元及系统等军事电气控制自动化的说硕果。可见电气自动控制对现代机床的发展起到重要作用，机械制造专业的学生以及从事机械设计和制造的工程技术人员都

必须掌握机床电气自动控制的理论和方法。

二、机床电气自动控制的发展情况

1. 电气拖动的发展

电气控制和电气拖动有着密切的关系。20世纪初，由于电动机的出现，使得机床的拖动发生了变革，用电动机代替蒸汽机，机床的电器拖动随电动机的发展而发展。

（1）单电机的拖动 一台电机拖动一台机床，较之乘组拖动简化了传动机构，缩短了传动路线，提高了传动效率，至今中小型通用机床人采用单电机拖动的。

（2）多电机拖动 由于生产的发展，机床的运动增多，要求提高，创先了多台电机拖动一套机床的拖动方式。采用了多台电机拖动以后，不但简化了机械结构，提高了传动效率，而且易于实现个运动部件的自动化。多电机拖动是待机床最基本的拖动方式。

（3）交，直流无级调速 电气无级调速具有可灵活选择最佳切削速度和极大简化机械传动的优点。由于直流电动机具有良好的启动，制动和调速性能 ，可以很方便的在宽范围内实行平滑预计调速，所以在20世纪30年代以后直流调速系统在重型和紧密机床上得到广泛的应用。20世纪60年代以后，由于大功率晶闸管的问世，大功率率整流技术和大功率晶体管的发展，晶闸管电动机无极调速系统取代了直流电动机—直流电动机，电磁放大机等直流调速系统，采用脉宽调速的直流调速系统也获得广泛的应用，20世纪80年代以后，由于半导体技术的发展，使得较快、流电动机调速系统有突破性的发展。交流调速有许多优点，单机容量和转速可大大高于直流电机，交流电机无电刷和换向器，易于维护，可靠性高，能用于带有腐蚀性、易爆性、含蛏气体等特殊环境中。与直流电机相比，交流电机还具有体积小、重量轻、制造简单、坚固耐用的优点。交流调速已突破关键性技术，从实用阶段进入扩大应用、系列化的新阶段。以鼠笼式交流伺服电器为对象的矢量控制技术，是近年来新型的控制技术，它能使直流调速具有优越调速性能。交流变频调速器、矢量控制伺服单元及交流伺服电机已日益广泛的应用于工业中。交流调速的发展必将对机床行业产生深远影响，必须引起充分重视。

2. 电气控制系统的发展

电气拖动的控制方式亦经历了一个从低级到高级的发展过程。最初采用手动控制。 最早的自动控制在20世纪20—30年代出现的继电接触器控制，它可以实现对控制对象的起动、停车、调速、自动循环以及保护等控制。它所使用的控制器件结构简单，廉价，控制方式直观，易掌握，工作可靠，易维护，因此在机床控制上得到长期，广泛的应用。它的缺点是体积大，功耗大，控制速度慢，改变控制程序困难，由于是有

触点控制，在空中复杂是可靠性降低。

为了解决复杂和程序可变控制对象的需要，在20世纪60年代出现了顺序控制器，它是继电器和半导体元件的综合应用的控制装置，具有程序改变容易，通用较强等优点，广泛用于组合机床和自动线上，随着计算机技术的发展，又出现一微型计算机为基础的具有编程，储存，逻辑控制及数字运算功能的可编程控制器PLA 。PLA 的设计以工业控制为目标，因而具有公率级输出，接线简单，通用性强。编程容易，抗干扰能力强，工作可靠等一系列优点。它一问世即以强大的生命力，大面积的占领了传统的控制领域。PLC 的一个发展方向是微型，简易，价廉，以图取代传统继电器的控制；而它的另一个发展方向是大容量，高速。高性能，对大规模复杂控制系统能进行综合控制。

数字控制是机床电气控制的另一方面，数控机床是数控技术用于机床的产物。它是20世纪50年代初，为适应中小屁机械加工自动化的需要 ，应用电子技术，计算机技术，现代控制理论，精密测量技术，伺服驱动技术等现代金额学技术的成果。数控机床极具有专用机床生产率高的优点，又兼有通用机床工艺范围广，使用灵活的特点，并且还会拥有能自动加工复杂成型表面，精度高的优点。数控机床集高效率，高精度，高柔性于一身，成为当今机床自动化的理想形式。

数控机床的控制系统，最初是由硬件逻辑电路组成的专用数控装置NC ，它的灵活性差，可靠性不够。随着价格廉价可靠的微型计算机的发展，数控机床的控制系统无疑以为微机控制系统所取代，成为CNC 或MNC 系统。

加工中心机床是工序高度集中的数控机床，具有刀库和换刀机械手是他的显著特征，在加工中心机床上，工件可以通过一次装夹，完成全部加工。

从现代控制理论中的“最优控制理论”出发，研制了自动应数控机床（AC ）。它能自动适应毛培数量变化，硬度不均匀，刀锯磨损等随机因素的变化，是道具具有最佳的切削用量，从而使中保证有高的生长率和加工质量。

为了发挥计算机运算速度快的能力，可有一台计算机控制多台数控机床，他成为计算机群控系统DNC, 又称为“直接群控系统”。

20世纪90年代以后，“直接群控系统”在不断退减，而有柔性制造系统取而代之。 随生产的发展，由单个机床的自动化发展为生产过程的综合自动化，柔性制造系统FMS 是有一种计算机控制的机械加工自动线，是数控机床，工业机器人、自动搬运车、自动化检测、自动化仓库组成的高技术产物。加上计算机辅助系统CAD 、计算机辅助系统CAM 、计算机辅助质量检测CAQ 及计算机信息管理系统将构成计算机集成制造系统CIMS 。它是当前机械加工自动化发展的最高峰。

三、本课程的内容及要求

“机床电器自动控制”是机制专业的一门电类专业课，其任务是讲授以及床位主要对象的自动控制技术的基本原理和实现手段。

本课程的先修课是“电工学”、“微机原理及应用”、“机床”。

本课程的内容处理上应首先注意到我国机床电控的现状，以几点接触器为基本讲授内容；同时药充分重视电气控制的先进技术和发展趋势，从应用的角度出发讲授电气无级调速、可编程控制器、数控技术的基本技术的基本内容。

在学完本课程以后，学生应掌握电气自动控制的基本原理；学会分析一般机床的电气控制电路并具有一定的设计能力；了解电器无极调速的主要类型、工作原理及其应用；掌握数控技术的基本内容；对可编程控制器应具有基本的能力。

综上所述，通过学习本门课程以后，学生能够具有对机电一体化产品的综合分析设计能力。

金属切削机床和机械设备一般均由电动机拖动，尤其以采用三相异步电动机拖动较为

普遍 。对电动机的控制有多种方式，而在普遍机床中大多采用几点接触器控制方式。 继电接触器控制电路继电器、接触器、按钮、开关等元件组成这些电器元件均属于开关元件，它们一般只有两种工作状态，即触头的通和断，电磁线圈的得电与失电，这与逻辑代数中的“1”和“0”相对应，因而可以完全采用逻辑代数这一数学工具描述、分析和设计机床电气控制电路。逻辑代数在20世纪20年代就被用来研究电路设计，随着科学技术的发展，逻辑代数现已是数字技术和计算技术的一个强有力的工具。 对三相异步电动机的控制主要有启动、正反转、制动及变速控制等，这些控制电路是组成机床电气控制电路的基本环节。本章在对常用电器元件简述的基础上，介绍一些电气控制电路的基本环节，并用逻辑代数来描述这些电路。

2—1 常用低压电器

低压电器是指工作电压在1000V 一下或1200V 以下的各种电器，这种电器种类繁多，功能多样，应用十分广泛。下面介绍一些常用低压电器的功能、工作原理即在电路图中的图形符号和文字符号。

一、开关电器

开关电器是指低压电器中作为不频繁的手动接触和分段电路的开关，或作为机床电路中电源的引入开关。它包括刀开关，组合开关及自动开关等。刀开关结构简单，手动操作，在低压控制柜中作为电源的引入开关。在机床种组合开关和自动开关应用也很广泛。

1、 组合开关

组合开关又称转换开关。它由动触头1、静触头2、方形转轴3、手柄4、定位机构及外壳等组成。动、静触头叠装在数层绝缘壳内，其结构示意如图2—1所示。

当手柄由位置1转到位置2时，方轴带动各层动触片一起转动，使相应的静触头插入动触头中，便接通电路。动触头有180°分布，也有90°分布的。若各层动静触头选用不同的形式与分布、在转动手柄时，电路就有不同的通、断状态。

组合开关有单极，双极及多级之分，图2—1所示为三相（三级）开关。组合开关在机床电气设备中主要作为电源引入开关，也可以来直接控制小容量异步电动机的非频繁地启动和停止。刀开关和组合开关在电路中的图形符号与文字符号如图2—2所示。

2、 自动开关

自动开关又称自动空气开关。当电路发生严重过载、短路以及施压故障时，能自动切断故障电路，有效的保护串联在它后面的电气设备。在正常情况下，自动开关也可以不频繁的接通和断开电路及控制电动机直接起动，因此，自动开关是低压电路常用的具有保护环节的断合电器。

图2—3时自动开关的工作原理图，图中手动合闸操作机构未画出，自动开关处于合闸位置。当过电流（短路）时，衔铁11吸合；欠电压时，衔铁7释放；过载时双金属片10向上弯曲；三者都通过杠杆5使搭钩3脱开。由主触头1

切断电路。由于主

触头系统要断开电路的短路电流，因此主触头由耐弧合金制成并带有栅片灭弧装置。自动开关的图形符号及文字符号如图2—4所示。

二．熔断器

熔断器是一种最简单有效的而价廉的保护电器。使用时，它串联在所保护的电器中，作为电路及用电设备的短路及严重过载的保护元件，主要用作短路保护。

熔断器主要由熔体（俗称保险丝）和安装熔体的熔管（或熔座）两部分组成。熔体是由易熔的金属铅，锡、铜、银以及其合金制成，通常制成丝状或片状，熔管是装溶体的外壳，由陶瓷，绝缘钢纸或玻璃纤维制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。

熔断器的熔体与被保护的电路串联，当电路正常工作时，熔体允许通过1、2倍额定电流而不熔断。当电路发生短路或严重过载时，溶体中流过很大的故障电流，当电流产生的热量达到溶体的熔点时，熔体熔断切断电路，从而达到保护目的。电流通过熔体时产生的热量与电流的平方及电流通过时间成正比，即电流过大，熔体熔断时间越短，这一特性称为熔断器的保护特性（熔断器的安秒特性），如图2—5所示。

熔断器的图形符号及文字符号见图2—6所示。

三、主令电器

主令电器是自动控制系统中用于发送控制指令的非自动切换电器。主要有控制按

钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、十字开关、主合控制器及其他控制器。下面介绍应用较多的按钮开关和行程开关。

1、 按钮

按钮是一种结构简单，应用广泛的主令电器。在低压控制电路中，用于手动发出控制信号。

按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触头、和外壳组成，通常做成复合式，即具有常闭（动断）触头和常开（动合）触头，其结构示意图如图2—7所示。

按钮的图形符号及文字符号见图2—8。

2、 行程开关

行程开关又称限位开关，是一种利用生产机械的某运动部件对开关操作系统的碰撞而使触头动作发出控制信号的主令电器。主要用来控制生产机械的运动方向、行程及位置保护。

行程开关按其结构可分为直动式（如LX1系列等）、滚轮式（如LX2系列等）和微动式（如LWX-11等）三种。直动式行程开关的结构与按钮相似，缺点是触头的分合速度取决于挡板的移动速度，当仿版移动速度低于0.4m/min时，因触头断开太慢，易受电弧烧坏，这时应选用有顺势机构的滚轮式或微动行程开关。图2—9～1—11所示是行程开关原理图及图形符号。

四、交流接触器

接触器是利用电磁吸力的作用来使触头闭合或断开大电流电路（主电路及大容量控制电路）的自动切换电器。其主要控制对象是电动机，也可用于控制其他电力负载如电热器、电照明、电烙铁及电容器组等。它具有低电压（欠电压或失压）释放保护功能，并能实现远距离控制。接触器按其主触头通过的电流种类，分为直流接触器和交流接触器。

交流接触器多用于远距离控制电压至380V ，电流至600A 的交流电路，频繁起动和控制交流电流电动机，它主要由电磁机构、触头系统、灭弧装置等部分组成，图2—12为常用的CJ10系列交流接触器结构原理图，它有3对主触头，2对动合辅助触头，2对东段辅助触头。

1. 电磁结构

电磁结构是接触器的动力元件，由铁心、衔铁（动铁心）、电磁线圈和释放弹簧组成。当电磁线圈接上交流电时，产生吸引力，是衔铁带动触头系统动作。为渐少涡流及磁滞损耗，铁心与衔铁皆采用薄硅钢片叠制而成，再铁心柱端面上装上短路环，以减少衔铁交流震动噪声，其电磁线圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上。

3、 触头系统与灭弧装置

触头系统是接触器的执行元件，起分段与闭合电路作用。

因此，要求出头接触电阻小，导电性能好，工作可靠。触头分主触头与辅助触头，主触头与辅助触头，主触头用以通断主电路，辅助触头用以通断控制电路。触头结构采用双断点桥式触头（如图2—12所示），触头用纯银或者银基粉末冶金材料制成，在

触头系统中设有缓冲弹簧，以减轻触头磨损，为增加触头初压力，还设有触头弹簧。 接触主触头在断开电路时，触头间会产生弧光放电现象，电弧的高温会将触头烧损，并使电路的切断时间延长，严重时还会引起火灾和其他事故 ，为使电弧迅速熄灭，交流接触装置触头间常设置灭弧装置。

接触器的图形和文字符号见图2—13所示。

五．继电器

继电器是一种根据电量（电压、电流）或非电量的（如转速、时间、温度等）变化开闭控制电路，实现自动控制和保护电力拖动装置的电器。继电器按输入信号的性质可分为：电压继电器、电流继电器、速度继电器、时间继电器、压力继电器等。按工作原理可分为：电磁式继电器、感应式继电器、热继电器、电动式继电器与电子继电器等。按用途可分为：控制用和保护用继电器等。

1． 电磁式继电器

低压控制系统中采用的控制继电器大部分为电磁式，如电压继电器、电流继电器、中间继电器及一部分时间继电器等，其构造和工作原理与接触器相似，由电磁机构的触头系统组成，由于用于控制电路，电路电流小，故不设灭弧装置。

中间继电器实质上是电压继电器，但它的触头对数多，触头容量较大（额点电流5~10A），动作灵敏。当其他用电器的触头对数或触头容量不够时，可借助中间继电器来扩大它的触头数或触头容量，起到中间转换作用。

中间继电器图形及文字符号见图2—14.

2． 热继电器

热继电器是利用电流的热效应原理来工作的保护电器。它在电路中用作三相导步电动机的过载保护。电动机在实际运动中常会遇到过载情况，但只要过在不太严重，时间较短，绕组不超过允许温升，这种过载是允许的，但如果在时间太长 ，绕组温升超过允许值，会加速电机绝缘的老化，甚至烧坏绕组。因此，长期运行的电动机应设有过载保护。

热继电器主要由发热元件、双金属片和触头三部分组成。双金属片是热继电器的感测元件，由两种热膨胀系数不同的金属碾压而成。当温度升高时，双金属片向膨胀系数小的金属一面弯曲。

热继电器的工作原理如图2—15所示。发热元件串联于定子绕组电路中。电机正常运转时，热元件仅能是双金属片弯曲，还不足使触头动作。当电机过载时，即流过热元件的电流超过完整电流时，热元件发热量增加使双金属片弯曲的位移增大，经过一段时间后，双金属片推动导板使热继电器动断触头断开，切断电动机的控制电路，使电

机停车。

热继电器的整定电流是指热继电器长久不动作的最大电流，超过此值即动作。热继电器的整定电流旋钮进行调整。

热继电器的图形及文字符号见图2—16.

3时间继电器

凡是继电器感测元件得到动作信号后，其执行元件（触头）触头要延迟一段时间才动作的继电器称为时间继电器。时间继电器按延时性质分，由线圈通电延时型和线圈断电延时型两种。按原理分电磁阻尼式、空气阻尼式、电动机式和晶体管式等几种。下面就常用的空气阻尼式和晶体管是时间继电器作简单介绍。

1） 空气阻尼式时间继电器

空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼作用用来获得延时的，它由电磁系统、延时机构和触头三部分组成。触头系统采用LX5型微动开关，延时机构采用采用气囊式阻尼器。这种时间继电器可以做成时间延时型。其动作原理如图2—17所示。现已通电延时型为例说明其工作原理。

当线圈一通电后，衔铁3被铁心2吸合，活塞杆6在塔形弹簧8的作用下，带动活塞12及橡皮膜10向上移动。但由于橡皮膜下方气室的空气稀薄，形成负压，因此活塞杆6只能缓慢的向上移动，其移动的速度视气孔的大小而定，可通过调节螺杆13进行调整。经过一定延时时间后，活塞杆才能移动到最上端，这时通过杠杆7将微动开关15压动，使其动触头断开，动合触头闭合，起到同点延迟的作用。

当线圈一断电时，电磁吸力消失，衔铁3在反力弹簧4的作用下释放，并通过活塞杆6将活塞12推向下端，这时橡皮膜10下方气室内的空气通过橡皮膜、弱弹簧9和活塞12的肩部所形成的单向阀，迅速地从橡皮膜上方的气室缝隙中排掉。因此杠杆7和微动开关45能迅速的复位。

在线圈1通电和断电时，微动开关16在推板5的作用下都能瞬时动作，即为时间继电器的瞬时触头。

空间阻尼式时间继电器延时范围大（0.4—180s ），结构简单，价格低廉，寿命长，但延时误差大（±10%--±20%），难以精准的整定延时值。

2） 晶体管式时间继电器

晶体管式时间继电器也称为半导体式时间继电器，它具有延时范围广，精度高，体积小，耐冲击，耐振动、调节方便及其寿命长的特点，所以发展很快，使用也日益广泛。 晶体管式时间继电器一般是利用RC 电路电容充电时，电容器上的电压逐渐上升的原理作为延时基础的。改变充电电路的时间常数（改变电阻值），即可整定其延时时间。

继电器的输出形式由两种：有触电式和无触电式，前者是用晶体管驱动小型电磁式继

电器，后者是采用晶体管或晶闸管输出。

时间继电器的图形及文字符号见图2—18所示，

4速度继电器

速度继电器主要用作笼型异步电动机的反接制动控制，亦称反接制动继电器，它主要

由转子，定和触头三部分组成。转子是一个圆柱形永久磁铁，定子是一个笼型空心圆

环，由沙钢片叠成，并装有笼型绕组。

图2—19为速度继电器的原理示意图。其转子的轴与被控电动机的轴项相连接，而

定子空套在转子上。当电动机转动时，速度继电器的转自随之转动，定子内的短路导

体便切割磁场而感应电势并产生电流，此电流与旋转的转子磁场作用产生转矩，于是

定子开始转动，当转到一定角度时，装在定子轴上的摆锤推动簧片（或触头）动作，

使常闭触头分段，常开出头闭合，当电动机猪速低于某一值时，定子产生的转矩减小，

出头在黄片作用下复位。一般速度继电器的动作转速为120r/min，触头复位转速在

100r/min以下。

速度继电器的图形及文字符号如图2—20所示。

2—2 机床电器原理图的画法准则

机床电器控制系统是由许多电器元件按照一定的要求连接而成，从而实现对机床电的

电气自动控制。为了方便对控制系统进行设计、研究分析、安装调试、使用和维修，

需要对电气控制系统中各电器元件及其相互连接用国家规定的统一符号。文字图形表

示出来。这种图形就是电气控制系统图，它有三种形式：电器原理图、电气布置图、

电器安装接线图。

下面着重介绍电气原理图的绘制。

电器原理图是为了便于阅读和分析控制电路的各种功能，用各种符号、电气连接联系

起来描绘全部或分电气设备的工作原理的路线图。绘制电气原理图应按《GB4728—84》、

《GB7159—87》、《GB6988—86》等规定标准绘图。考虑到新老标准更换需要时间，本

书附录提供了电气图常用用图形符号和文字符号新旧对照表，以供参考。

根据简单清晰的原则，原理图采用电器元件展开的形式描绘。它包括所有电气元件的

导电部件和接线端点，但并不按照电气元件的实际位置来描绘，也不反应电器元件的

大小。

一、绘制原理图的原则和要求

1、 原理图一般分为主电路、控制电路、信号电路、照明电路及保护电路等。

主电路（动力电路）指从电流到电动机大电流通过的电路，其中电源电路用水平线绘

制，受电动力设备（电动机）极其保护电路，应垂直于电源电路画出。

控电电路、照明电路、信号电路及保护电路等，应垂直绘地绘于两水平电源线之间，

耗能元件（如线圈、电磁铁、信号灯等的一端应直接连接在接地的水平电源线上，控

制触头连接在上方水平线与耗能元件之间）。

2、 图中所有电器触头、都按没有通电和没有外力作用时开闭状态画出。对于继电器、

接触器的触头，按吸引线圈不通电状态画，按钮、行程开关触头按不受外力作用

时的状态画。

3、 无论主电路还是辅助电路，各元件一般应按动作顺序从上到下、从左到右依次排

列。

4、 原理图中，各电气元件和部件在控制线路中的位置，应根据便于阅读的原则安排。

同一电气元件的各个部件可以不画在一起。

5、 原理图中有直接电联系的交叉导线连接点，用实心原点表示；可插接或测试点用

实心原点表示；无直接电联系的交叉点则不画圆点。

6、 对非电气控制和人工操作的电器，必须在原理图上用相应的图形符号表示其操作

方式及工作状态。由同一机构操作的所有触头，应用机械连杆符号表示其联动关

系。各个触头的运动位置协调一致。

7、 对于电气控制有关的机、液、气装置，应用符号绘出简图，以表示其关系。

图2—21是CY6140机床电气原理图。

二、图面区域的划分

为了便于检索电气路线，方便阅读电气原理图，应将图划分为若干区域。图区的编号

一般写在图的下方，图的上方设有用途栏，用文字表明该栏对应的下面电路或元件的

功能，以利用原理图理解各部分的功能及全电路的工作原理。

三、符号位置的索引

由于接触器、继电器的线圈和触头在电气原理图中不是画在一起，其触头也分布在图

中所需的各个图区，为便于阅读，在继电器、接触器线圈的下方画出其触头的索引表。

对于接触器，索引表中各栏的含义如下：

对于继电器，索引表中各栏的含义如下：

例如在2—21中，接触器KM1及KM2下的索引表分别为：

KM1索引表表明：KM1有三对主触头均在3图区，两对辅助动合触头分别在8图区

及13图区，一对辅助触头在14图区。

KM1索引表明：KM2有三对主触头均在4图区，“×”表示没有使用的辅助触头，

有时也可采用省去“×”的表示法。 2—3 基础电路的逻辑表示

一、机床电器的逻辑表示

为便于逻辑代数描述电路，对电器元件状态的逻辑表示如下规定：

1. 用KA 、KM 、SQ 、SB „„分别表示继电器、接触器、行程开关的动合（常开）触头；

、、、表示其相应的动断常闭触头。

2. 电路开关元件的受激状态（如继电器线圈得电，行程开关受压）为“1”状态；开

关元件的原始状态（如继电器线圈失电，行程开关未受压）为“0”状态。触头的

闭合状态为“1”的状态，触头的断开状态为“2”的状态。

这样，下列各式有明确意义：

KA=1 继电器线圈处于得电状态

KA=0 继电器线圈处于失电状态

KA=1 继电器常开触头闭合

KA=0 继电器常开触头断开

=1 继电器常闭触头闭合

=0 继电器常闭触头断开

从上述规定看出：开关元件本身状态的“1”（得电线圈）、“0”取值和它的动合触头

的“1”、“0”取值一致，而和其动断触头的取值相反。

二、逻辑代数的基本逻辑关系及串、并联电路的逻辑表示

在逻辑代数中，常用大写字母A 、B 、C „„表示逻辑变量。

基本逻辑有三种：逻辑或、逻辑与、逻辑非。

1、 逻辑或

其公式为：f=A+B，与并联电路相对应，如图2-22所示。

2、 逻辑与

其公式为：f=A*B，与串联电路相对应，如图2-23所示。

3、 逻辑非

在逻辑表达式的两个取值中，=1，=0，若令A=1，则=0，反之，A=0，则=1.如A

表示电器的动合触头，那么表示它的动断触头。

三、机床电路的逻辑表示

有了上述规定和基本逻辑关系，我们就可以应用逻辑代数这一工具对电路进行描述和

分析。具体步骤是：以某一控制电器的线圈为对象，写出与此对象有关的电路中各控

制元件、信号元件、执行元件。保护元件等，它们触头间相互连接关系的逻辑函数表

达式（均以未受激的状态来表示）。有了各个电器元件（以线圈为对象）的逻辑表达

式后，当发出主令控制信号时（如按一下按钮或某开关动作），我们可分析判断哪些

逻辑表达式输出为“1”（表示那个电器线圈得电），哪些表达式由“1”变“0”。从而

可进一步分析哪些电动机或电磁阀等运动状态改变，使机床各部件的运行发生何种变

化等。

图2-21电动机M1控制电路中，接触器线圈KM1的逻辑表达式为

f （KM1）=（SB2+KM1）

，启动按钮SB2、热继电器和也可用下述方法表示，即KM1=（SB2+KM1）上式表示接触器KM1线圈得电与失电由停止按钮

自锁触头KM1控制。

四、逻辑代数的基本性质及应用举例

根据以上“与”、“或”、“非”三种基本逻辑关系，可得到逻辑代数的一些基本性质的

关系式，如表2-1所示

表2-1 逻辑代数的基本性质

利用逻辑代数的基本关系和基本性质可帮助我们分析电路、设计电路（见第六章电路

的逻辑设计法），在设计电路中用来简化电路。下面是一个简化电路的例子。有一电

路图如图2-24a ）所示，用逻辑表达式化简该电路。

a) 图逻辑表达式

f=A(BC++A(C+C)

化简

f=ABC+A+AB+AC=AB(C+)+A（C+）=AB+A=A

化简后的电路如b ）图所示。

2—4 异步电动机起动、正反转、制动电路

一、异步电动机的起动电路

异步电动机有直接起动和降压起动两种方式。在供电变压器容量足够大时，异步电动

机直接起动，否则采用降压起动方式。

1、 直接起动控制电路

（1） 对小站台钻、冷却泵、砂轮机等，可用直接开关起动（图2-25）。

（2） 对中小型普通车床的主电动机采用接触器直接起动（图2-26）。

图2-26中，SB1为停止按钮，SB2为起动按钮。热继电器FR1过载保护，熔断器FU1、

FU2作短路保护。按下SB2按钮，接触器线圈KM 得电，其主触头（图区3）闭合，

使电动机直接起动。其辅助常开触头（图区6）闭合，保持KM 线圈一直处于得电状

态，此控制电路称为自锁电路，触头的自锁作用在电路中叫做“记忆功能”。

按下SB1按钮时，KM 线圈断电，切断电动机电源，并消除自锁电路，电动机停止。

2、 降压起动控制电路

降压气动时，就是起动时降低压在电动机定子绕组上的电压，当电动机起动到接近额

定转速时，再将电压恢复到额定值。对容量较大的异步电动机，一般采用降压加压的

方式起动。机床中最常见的降压起动有星——三角形降压起动和定子串电阻降压起动

两种。

（1） 星——三角（Y ——△）降压起动控制电路

电动机正常运行时，其定子绕组接成△形，此时每相所承受的电压为电源的线电压

（380V ）；起动时接接成Y 型，每相绕组所承受的电压为电源电压的相电压（220V ），

启动完毕时再自动接成△形运行。

凡是正常运行时定子绕组接成三角形的笼型异步电动机，均可采用星形——三角形的

降压起动方法来限定额定电流。我过新设计的Y 系列异步电动机，4KW 以上均为三角

形接法。

图2—27是利用时间继电器在电动机起动过程中自动完成星—三角形切换的起动控制

电路。

控制电路的逻辑表达式为

KM1=

KT=

KM3=

KM2=***(SB2+KM1) *(SB2+KM1)* * ***（SB2+KM1）**（SB2+KM2）**(KT+KM2)

由式（2—1）及图2—27可看出，按下SB2后，KM1线圈得电并自锁，同时KT 、KM3

线圈也得电，KM1、KM3主触头同时闭合，电动机绕组接成星形，电动机降压起动。

经KT 延时，其延时动断触头断开，KM3线圈断电，延时动断触头闭合，KM2线圈得

电，这时，KM1, 、KM2动触头处于闭合状态，电动机绕组换为三角形连接，全压运行。

在控制电路中，、两个常闭触头分别串接在KM3、KM2线圈的控制电路中，

使KM2、KM3线圈的控制电路中，使KM2、KM3线圈不能同时得电，以防止主电路

可能造成的短路故障。这种利用两个接触器的常闭辅助触头互相控制的方法成为互锁。

（2） 定子串电压降压气动控制电路

图2—28是定子串电阻降压起动控制电路。电动机为起动时在三相定子电路中串联电

阻，使电动机定子绕组电压降低，起动结束后再将电阻短接，电动机在额定电压下正

常运行。这种起动方式由于不受电动机接线形式的限制，设备简单，因而在中小型生

产机械中较广。机床也常用这种串电阻降压方式限制点动及制动时的电流。

图2—28a ）中，控制电路的逻辑表达式为

KM 1=**(SB 1=KM 2)

KM 2=**(SB 2=KM 1) *KT

KT =**(SB 2+KM 1)

图2—28b ）中，控制电路逻辑表达式 ⎫⎪⎬⎪⎭

⎫⎪⎬⎪⎭ KM 1=**(SB 1=KM 2) *KM 2=**(SB 2=KM 1) *KM 2KT =**[(SB 2+KM 1) *KT +KM 2]

图2—28b ）的工作原理：

合上电源开关，按下电动按钮SB2，KM1得电吸合并自锁，电动机M 串电阻起动，同

时时间继电器KT 得电，经延时，KM2主触头闭合，将主电路电阻R 短路，电动机全

压运行。该电路中，在电动机正常运行期间，接触器KM1、时间继电器KT 一直处于

有电状态，这时不必要的。为减少电器不必要的通电时间，此电路可改为图2—28b ）

形式。

上述降压起动控制电路，都采用了时间继电器延时动作来完成降压起动到全压运行的自动切换，这种控制方式称为按时间原则的自动控制，它在机床自动控制中得到广泛

的应用。KT 延时时间长短可根据起动过程所需时间整定。

二、异步电动机正反转控制电路

机床的工作部件常需要作两个相反方向的运动，大都靠电动机正反转来实现。实现电

动机正反转的原理很简单，只有将电动机的三相电源的任意两相对调，就可使电动机

的反向运转。下面介绍用按钮控制和行程开关控制的两种异步电动机正反转控制电路。

1、 电动机的正反转的按钮控制

图2—29为电动机正反转按钮控制的典型线路。在主电路中。两个接触器KM1、KM2

触头接法不同，故可改变电动机电源的相序，从而改变电动机转向。在控制电路a ）

中，SB2、SB3分别为正、反控制按钮，SB1为停止按钮。、为互锁触头，为

避免SB2、SB3同时按下可能造成的短路事故。这种电路，电机的换向需要先按停止

按钮SB1，频繁换向时，操作不方便。

采用b ）图形式，用复合按钮代替单触头按钮，即可不使用停止按钮过渡而直接控制

正反转。但须注意这种直接正反转控制电路仅用于小容量电动机，且拖动的机械装置

转动惯量又较小的场合。

2、 电动机正反转的行程开关控制

图2—30为行程开关的正反转电路。它与按钮控制正反转电路相似，只是增加了行程

开关的复合触头SQ1、SQ2。这种电路适用于铣床、龙门刨床、组合机床工作台的正

反行程控制。这种利用运动部件的行程来实现的控制称为按行程原则的自动控制。

在控制电路中，行程开关SQ3、SQ4用做极限位置保护，以防止SQ1、SQ2可能失效

引起的事故。

三、异步电动机制动电路

异步电动机从切除电源到停转要有一个过程，需要一段时间。对于要求停车的时间时

精简定位或尽可能减少辅助时间的机床，如万能铣床、卧式镗床、组合机床等，必须

采取制动措施。机床上制动停车的方式有两大类—机械制动和电气制动。机械制动是

用电磁铁电磁铁操作机械进行制动，如电磁抱闸制动器、电磁离合制动器等。电器制

动使电动机产生一个与转子原来转动方向相反的力矩来实现制动。机床常用的电气制

动方式有能耗制动和反制制动。

1、 能耗制动

能耗制动是指异步电动机刚切除三相电源之际，立即在定子绕组中接入直流电源。由

于转子切割固定磁场产生制动力矩，使电机的动能转变为电能并消耗在转子的制动上，

故称能耗制动。当转子转速为零时，切除直流电源。

图2—31a ）、b ）分别用符合手动按钮控制及用时间继电器自动控制的能耗制动电路。

图2—31a ）中，按下停止按钮SB1时，KM1接触器断电，同时KM2接触器的得电，

使电机切除交流电源，接入直流电源，电动机能耗制动。当转速为零时，手松开SB1

按钮，KM2断电，电机脱离直流电源，制动过程结束。

图2—31b ）为使用时间继电器自动完成制动结束时的直流电切除，使操作简便的电

路图。在控制电路中，当按下SB1时，KM1自动断电，KM2得电自锁，KT 得电。电

动机能耗制动。制动后，KT 延时时间到，其延时出头断开，KM2断电，解除自锁，

KT 得电，电动机脱离直流电源，制动过程结束。

能耗制动作用的强弱与通入直流的大小和电动机转速有关，在同样的转速下，电流越

大制动作用越强，一般取直流电流为电动机空载电流的3~4倍左右，电流过大将使定

子绕组过热。

能耗制动比较缓和、平稳、准确、功耗小，但在低速时制动不十分迅速。适用于电动

机容量不太大，要求制动平稳和起制动频繁的场合。但必须配置一套整流设备。

2、 反接制动控制电路

反接制动时利用改变异步电动机定子绕组上三相电源的相序，使定子产生反相旋转磁

场作用于转子上而产生的强力制动。

显然，反接制动时，转子与旋转磁场的相对转速接近转子转速的两倍，因此，制动力

大，对设备冲击大， 通常适用于10KW 以下的小容量电动机。为减小制动电流，通常要求在电动机主电路

中串接一定的电阻，如图2—32中的R ，这个电阻称为反接制动电阻。另外，当反接

制动到转子转速接近于零时，必须及时切除电源，以防止反向再起动。

图2—32为使用速度继电器BV 实现这种控制的典型电路。

速度继电器与电动机转子同轴连接，当电动机转速达到120r/min以上时，其动合触

头BV 闭合，当转速小于100r/min时，BV 触头断开，恢复原位。

图2—32中，当电动机正常运转时，BV 触头是闭合的，但由于SB1、KM2两触头是断

开的，所以KM2线圈未得电。当按下停止按钮SB1时，其常闭触头SB1断开使KM1

断电，其常开触头SB1闭合使KM2得电自锁，电动机串接电阻反接制动。当制动到

电动机转子转速小于100r/min时，BV 触头断开，KM2断电，使电动机脱离电源，制

动过程结束。由于反接制动冲击大，及速度继电器动作不可靠时，可能引起的反向再

起动，因此，这种制动方法主要用于不频繁起、制动并对停车无准确要求而且传动机

构能承受较大冲击的设备中，如铣床、镗床、中型车床等机床。

2—5 其他基本控制电路

一、连续工作（长动）与点动控制

机床在加工时需要连续运转，即所谓长动。但在试车调整及快速移动时，需要点动。长动可用自锁电路实现，取消自锁触头或使用自锁触头不起作用就是点动。如图2—33所示。

图2—33中，a ）图为用按钮实现长动和电动的控制电路；b ）图为用开关SA 实现长动和点动转换的控制电路；c ）图为用中间继电器实现长动和点动的控制电路。

二、多地点控制

在较大型的的机床和设备上，为操作方便，常要求能在机床的多个地点进行控制。实现的方法是将分散在各操作站上的起动按钮并联起来，停止按钮引线作串联连接。图2—34即为三地点控制，图中，SB1为急停按钮，用于紧急情况下停车操作。

三、联锁控制

联锁控制室机床控制中十分重要的环节。例如有两台电动机不准同时接通，如图2—35所示，若用KM1接触器分别控制两台电动机，为保证两点动机不能同时起动，将

常闭触头分别串接在KM2、KM1线圈控制电路中。、触头称为联锁或互锁触头、在电动机的正反控制中也常用联锁，以防电源短路。

四、顺序起动控制

在机床控制电路中，经常要求电动机有顺序的起动。如某些机床主轴必须在油泵工作后才能起动；龙门刨床工作台移动时，导轨内必须有充足的润滑油；铣床主轴旋转后，工作台方可移动时，都要求电动机有顺序的起动工作。图2—36即为两台电动机顺序起动的控制电路。

五、双速异步电动机的调速控制

多速电动机常用来改善机的调速性能和简化机械变速装置。根据电动机转速公式 n =(1-s ) n o =(1-s ) 60f

p 、

式中，s 为转差率，f 为电源频率，p 为定子极对数。

可看出，若能改变定子磁极的绕组对数p ，就可以改变电动机的转速。在多速电动机中，就是通过改变绕组的连接方法来改变磁极对数的。

双速电动机是最简单的多速电机，常见的接线方式有△/YY和Y/YY两种。

1、 △/YY接法

图2—37a ）是电机四极/二极，定子绕组△/YY接法的示意图。

由图可看出，当接线端子1、2、3接三相电源，而4、5、6端子悬空时，电机绕组接成△形电路；当4、5、6端子接电源，1、2、3端子短接时，定子绕组接成YY 形电路。 △形电路中，每相绕组由两个线圈串联而成，电机呈4极（p=2）旋转磁场，电动机同步转速为1500r/min。YY 形电路中，每相绕组由两个线圈并联而成，长生2极（p=1）旋转磁场，其同步转速为3000r/min。

由上可知，若将定子绕组接成△形得到低速，接成YY 形则得到高速。两种接法的功率近似相等，属恒功率调速，它适用于一般金属切割机场。

2、 Y/YY接法

Y/YY接法如图2—37b ）所示，属恒转矩调速，它适用于起重机，电梯、皮带运输机等。

图2—38为△/YY接法的双速电动机控制电路图。

图2—38a ）是用按钮变换高、低的电路图。KM1得电，电动机绕组接成△形，低速运转；KM2、KM3得电，电动机绕组接成YY 形，高速运转。高速与低速之间动触头互锁。

图2—38b ）是开关实现高，低速控制。

当电动机容量较大时，直接做高速运转，起动电流较大，这时采用低速起动，在转换到高速运转的控制方式。

图2—38c ）中，当SA 开关打到高速档时，时间继电器KT 得电，其瞬时动作触头闭合，先接通低速电路起动，起动后，KT 的两个延时动作触头分别断开和闭合，断开低速电路，接通高速电路。 本章介绍几台常用机床控制电路，以使读者学会分析郑泰机床的电气控制原理、提高阅图能力，加深对基本控制电路的认识。

一般来讲，机床的电气电路可分为三部分：主电路、控制电路及信号电路。阅读电路图时，先从主电路入手，了解电机的动作要求。分析控制电路时，可把它分解为各种基本电路或局部电路，即化整为零，最后再统观整个电路，注意各基本电路之间的联锁关系及主电路、控制电路之间的对应关系。

3—1 普通车床电气控制电路

普通车床为最常见的一种机床，因其运动路线少，控制电路较简单。

车床的主运动为主轴回转运动，刀架的移动为进给运动。刀削加工一般不要求反转，但在加工螺纹时，为避免乱扣，需要反转退刀，并保证工件的转速与刀具的移动速度之间具有严格的比例关系，因而溜板箱与主轴箱之间通过齿轮传动系统连接，刀架移动与主轴旋转由同一台电机拖动。为减轻工人的劳动强度，有些中小型车床已采用快速移动电机使刀架能够快速的移动。

车床的调速一般都采用变速箱，车床主运动转向的改变，一是离合器的方法，或者用电气的方法。车床的运动制动方式有两类，一类是机械制动，另一类是电气制动。此外，每台机床都有冷却液泵。

一、CY6140普通车床控制电路

图3—1为CY6140普通车床的外观图，图2—18为其电气原理图，CY6140的电气元件见表3—1。

从图3—1可看出，车床刀架处有两个按钮，分别为主动机起动、停止按钮，快速电机按钮在车床十字手柄端部，以上三按钮对应图2—18电气原理图中SB1、SB2、SB3. 从电气原理图可看出，该机床有三台电机：主电机M1、冷却泵电机M2、快速移动电机M3。SB1，SB2按钮用于控制主电机M1的停止、起动。M1电机的正、反转用中间齿轮实现。SB3按钮点动控制快速电机M3，SA1转换开关(按钮) 控制冷却泵电机M2，SA2控制照明灯EL 。QS ，SA1设置在主轴箱下的床脚上。

二、CM6132普通车床控制电路

图3—2为CM6132型普床电气原理图，表3—2为其电器元件表。

从图3—2可看出：CM6132普通车床也有三台电机，用途于CY6140车床不尽相同。主电机M1，用于拖动主运动及进给运动；液压泵电机M2，供主运动变速装置用油，由继电器KA 控制；冷却泵电机M3，由转换开关SA2控制。

表3—1 CY6140普通车床电器元件表

1、CM6132车床的特点

（1） 主运动的正反转由手柄控制，用继电器实现控制电路的自锁并作控制电路的零

压保护。

（2） 主轴采用电磁离合制动，当操作手柄扳向停车（中间）位置时，电磁离合器线

圈自动通电，主轴制动。待通电一段时间后，电磁离合器电路自动切断。

（3） 机床由自动开关接通电源，液压泵的起动、停止由自动开关控制。

1、 主轴电机控制

图3—2中M1电机由控制器KM1，KM2控制反转，KM1,KM2接触器分别由手柄的转换开关触头SA1-2，SA1-3控制，SA-1触头为停止位置时闭合的触头。

当操作手柄处于中位SA1-1闭合时，接通KA 继电器，并实现控制电路自锁，从而实现对控制电路的零压和欠压保护。操作手柄扳向上或下，SA1-2或SA1-3闭合，可使KM1，KM2线圈接通，实现对主电路的反转控制。

表3—2 CM6132型普通车床电气元件表

表3—3为操作手柄与转换开关触头SA1的逻辑关系图

表3—3 操作手柄与开关触头SA1的逻辑关系

2、 主轴变速

机床主运动为分离运动，主运动变速箱中的九级变速，是利用液压机构操作两组拔叉进行改变的。变速时只需转动变速手柄，液压变速阀即转到相应的位置，使得两组拨叉都移到相应的位置定位并压动微动开关SQ1和SQ2，使其为“1”，HL2灯亮，表示变速完成。若滑移齿轮未齿合好，则灯不亮，此时应将主轴转动一下，使齿轮正常齿和，HL2灯则亮，说明可进行正常工作启动。

3、 主轴制动

将操作手柄扳到中间（停车）位置，即SA1-1触头闭合，时间继电器断电，电磁离合器YC 接通，VC 整流电路提供YC 直流电，产生制动。KT 延时触头延时断开，YC 、VC 断电，制动结束。

4、 零压及欠压保护

电气控制电路除了短路保护和过载保护外，还应具备零压及欠压保护。

零压保护：当设备在运转时，电源电压若因某种原因瞬时消失，机械停转，当源电压恢复时，若电动机自行起动，可能造成设备的损坏甚至人身事故。防止这种现象的保护叫零压保护。

欠压保护：因电源电压过分降低引起一些电压释放，造成线路工作不正常，可能引起事故。另一方面，电压降低，电动机转轨显著降低，影响电动机正常运转，严重时会引起“堵转”（即电动机接通电源但不转动的现象），电动机长期处于“堵住”状态会损坏电机。故需要在电源电压降到一定允许以下将电源切断。

图3—2的电路具备这两种保护。在图3—2中，电动机正常运转时，转换开关在SA1-2或SA1-3接通位置。若电源消失或电源电压过分降低时，KA 失电，KA 常开触头断开，由于SA1-1转换触头处于断开位置，所以，当电源恢复时，电机不会自行起动。

按钮自锁电路也具备零、欠压保护。当电源消失或电源电压过分降低时，按钮控制的接触器释放，切断电动机电源。当电压恢复，由于自锁触头仍断开，按触器线圈不会通电，电机不会自行起动。

3—2 摇臂钻床电气控制电路

钻床为孔加工机床，按其结构形式不同，由立式钻床、卧式钻床、深孔钻床、多轴钻床及摇臂钻床等。摇臂钻床时机械加工车间中常见的机床，它适用于单间或批量生产中带有多个孔的零件加工。

Z3040型摇臂钻床即为常见的摇臂钻床。摇臂钻床具有下列运动；

主运动：主轴的旋转旋转运动及进给运动。

辅助运动：摇臂沿外力柱的垂直运动，主轴箱沿摇臂的径向移动及摇臂与外力柱一起相对于内力柱的回转运动，后两者为手动。另外还需要考虑主轴箱、摇臂、内外立柱的加紧和松开。

由于摇臂钻床运动部件较多，常采用多电机拖动。图3—3为Z3040摇臂钻床外观图，图3—4为其电

动原理图，

表3—4为其电气元气表。

在图3—3中，主轴箱上的4个按钮依次为主电机停止、起动按钮、摇臂上升、下降按钮，分别对应原理图中SB1，SB2，SB3，SB4。主轴箱转盘上的两个按钮为立柱、主轴箱的松开按钮及夹紧按钮，对应原理图中SB5,SB6. 转盘为主轴箱左右移动手柄，操纵杆则操纵主轴的垂直移动，两者均为手动。主轴也可机动进给。

从图3—4可看出，Z3040摇臂钻床有4台异步机，分别为：M1主电机：控制主轴旋转 运动和进给运动。单向旋转，用机械变换完成加工螺纹所需要的正、反运动；M2摇臂升降电机机：控制摇臂升降运动，双向旋转；M4冷却泵电机：手动控制，单向旋转。

表3—4 Z3040摇臂钻床电气元件表

一、主电机控制 主电机由KM1接触器控制，SB1，SB2为起动、停止按钮。当自动开关QF 接通电源后，按下SB2按钮时，KM1接触器得电并自锁，主电机M1起动旋转。按下停止按钮SB1.KM1得电，M1电机停止。

二、摇臂升降及夹紧、放松控制

摇臂钻床工作时，摇臂应夹紧在外力柱上，在摇臂上升与下降之前，须先松开夹紧装置，当摇臂上升或下降到预定位置时。夹紧专职将摇臂夹紧。Z3040摇臂钻床就能够自动完成这一过程。动作情况为，当按下按钮SB3或SB4，摇臂夹紧机构自动松开，摇臂随之开始上升或下降，到达所需高度时，松开SB3或SB4，升降停止，并自动将摇臂夹紧。

具体控制过程如下：

按下SB3（或SB4），时间继电器KT 得电，KT 触头（1—18）、（14—15）闭合使电磁阀YV 及接触器KM4同时得电工作，接触器KM4控制液压泵电机M3运转，产生的高压油经二位六通阀进入摇臂松开油腔，推动活塞及菱形块，使摇臂松开，同时活塞杆通过弹簧片压动限位开关SQ2. 其常闭触头SQ2（7—14）打开，接触器KM4失电，液压泵停止工作。同时，SQ2（8—9）闭合，使KM3（或KM3）线圈得电，摇臂升降电机M2起动，带动摇臂上升（或下降）。

当摇臂上升或下降的预定位置，松开按钮SB3或SB4，则KT 、KM2线圈得电，经延时，

（18—19）闭合，KM 线圈得电，使液压泵电机M3反转，压力油经另一条油路流5

入二位六通阀，再进入摇臂夹紧油阀，反向拖动活塞与菱形块，使摇臂夹紧。当摇臂加紧后，活塞杆推动弹簧片压动行程开关SQ3, 使SQ 3(1—18) 断开，KM5、YV 失电，液压泵M3停止工作，电磁泵YV 复位。

至此，摇臂从松开——上升或下降到预定位置，夹紧控制的全过程结束。

考虑到升降电机M3由一定惯性，时间继电器的延时触头用开保证升降电机完成停转后才夹紧。延时时间视摩擦情况，可调整在1—3秒范围内。

原理图中，行程开关SQ1、SQ6用作极限位置保护。若上升到极限位置，=0,此时可用SB4按钮起动摇臂下降。下降到极限位置，=0，此时可用SB3按钮起动摇臂升降。 摇臂夹紧的行程开关SQ3，应调整到保证夹紧后能够动作，若调整不当，夹紧后仍不能动作，则会使液压泵电机M3长期工作而过载，为防止由于长期过载而损坏液压泵电机，电机M3虽为短时运行，也仍采用热继电器作过载保护。

三、主轴箱与立柱的夹紧与放松

立柱与主轴箱均采用液压操纵夹紧与放松二者同时进行工作，工作时要求二位六通阀YV 不通电。

松开与夹紧分别用SB5和SB6按钮控制，HL1，HL2指示灯指示其工作。

按下SB5时，KM4线圈得电，M3电机正转，此时电磁阀YY 不通电，其提供的高压油二位六通电磁阀到另一油路，推动活塞与菱形块使立柱和主轴箱同时松开，行程开关SQ4复位，=“1”，指示灯HL2亮。

按下SB6,KM5线圈得电，M3指示灯反转，反向推动活塞与菱形块使立柱和主轴箱同时夹紧，SQ4动作，SQ4=“1”，指示灯HL2亮。

四、机床安装后控制电路的检查

可利用夹紧或放松按钮，检查通电电源的相序。当按下放松按钮SB5时，若使放松指示灯HL1亮，同时摇臂能回转，这表明所接电源相序正确。

3—3 铣床电气控制电路

按照结构形式和加工性能的不同，铣床可分为立铣、我铣、龙门铣、仿形铣和专门铣床。在金属切削机床中，铣床在数量上占第二位，仅此于车床。铣床可用来加工平面、斜面、沟槽等。装上分度头，可以铣切直齿轮和螺旋面。若装上圆工作台，还可铣切凸轮和弧形槽。

铣切加工一般有顺铣和逆铣两种形式，因此要求主轴正反转。但一旦铣刀固定后，铣削方向就确定了，所以工作过程中不需要变换主电机的旋转方向。铣削加工为多刀不连续切削，因而负载随时间波动，使拖动不平稳。为减轻负载波动的影响，在铣床主轴上装有许多飞轮，以增加传动系统惯量。但由此将引起主轴停车时间增长，为能快速停车，主轴应采用停车制动方式。

以常用的立铣和卧铣来说，刀具（铣刀）的旋转运动称为主运动。工件（工作台）的移动或进给箱的移动称为进给运动，辅助运动有工作台的快速运动，及圆工作台的旋转运动。主运动与进给运动没有比例协调的要求，为缩短转动链和便于分别控制，大多数铣床采用主轴和工作台分别用单独的电机拖动，对于中小型铣床来说，一般用三相异步电动机拖动。

铣床工作台可在垂直、纵向、横向三个移动方向。为保证安全，在同一时刻只允许其中一个方向的移动。为此，工作台的移动由一台进给电机拖动，由方向选择手柄来选择运动方向，用进给电机的正反转来实现工作台的上下、左右、前后运动。某些铣床增设了圆工作台，以扩大铣床的加工能力，使用圆工作台时，不允许工作台作垂直向、

纵向及横向运动。

在操作顺序上，应保证先开动主轴电动机，然后才能开动进给电动机，不然，当工件与铣刀接触时容易使机床或工件受到损坏。

而铣床停车时，进给电动机应先停，或者主、进给电机同时停止。

为适应各种不同的切削要求，铣床的主轴和进给运动都应有一定的调速范围。通常采用主轴齿轮变速箱和进给齿轮变速箱进行调试速。当这两个变速箱进行变速时，要求传动电动机做瞬时点动，以利于变速齿轮的快速齿合。工作台进给运动，可工进也可快进，大多通过机械与电气配合（如采用电磁铁或电磁离合器）来实现。

下面以X52立式铣床为例，来分析中小型铣床的电气控制原理。

图3—5为X52铣床的外观图，图3—6为其电气原理图，表3—5为该机床的电气控制元件表，表3—6为其开关位置说明。

表3—5 X52K 立式升降台铣床电气元件表

X52K 铣床装有3台电动机，M1为主电动机，功率7KW ，转速1450r/min，用换相转换开关SA5选择主轴的转向，停车时采用电磁离合器制动。M2电机为工作进给电动机，功率主运1.5kW ，它驱动工作台上下、左右、前后六个方向的进给运动和快速运动。快速运动通过电磁离合器接通快速运动链来实现。M3为冷却泵电动机。

动与前进给运动的变速，采用孔盘变速机构，变速手柄动作过程中，通过凸轮压动行程开关，使电动机得到瞬时点动，以利变速齿轮的顺利齿合。

概括起来，X52K 立式铣床有如下特点：

（1） 用换相转换开关选择主电机的转向。

（2） 主运动采用电磁离合器制动。

（3） 主运动和进给运动变速，均有瞬时点动。

（4） 主运动和进给运动各有单独的电动机驱动，工作台的快速移动利用电磁离合

器接上进给的快速传动链，实现快速移动。

（5） 进给运动与主运动是联锁的，只有起动主运动后，进给运动才能起动工作。

（6） 工作台6个方向的进给运动，具有完备的联锁。

（7） 具有多地点控制环节。

（8） 具有短路保护、零压保护、过载保护和超程保护。

图3—5中，1为纵向手柄，控制工作台纵向左右进给，2为十字操作手柄，控制工作台垂直升降和前后进给，3为操作按钮台，3个按钮以此为快速按钮SB5，起动按钮SB3，停止按钮SB1,4为后操作按钮台。具有两个操作按钮为多地点控制。圆工作台转换开关SA1，冷却泵电机转换开关SA3，主电机换向转换开关SA5及电源开关QF 设置在机床床脚的两侧。照明开关SA4装在照明灯上。

一、主轴电动机的控制

图3—6中KM1控制主轴电动机运转的接触器。主轴电机通过换相开关SA5，可选择正转或反转（见表3—6），以适应刀具转向的需要。但工作中不能用换相开关SA5使电动机改变转向。

1、 主轴运动 主轴起动前，先选择好需要的主轴转速，主轴变速完成后，=1；在轴换刀制动开关旋置在SA2-1（1—31）闭合的位置，换相开关SA5转到需要的方向位置，电源自动开关QF 接上电源，按下SB3（或SB4）按钮，KM1线圈得电并自锁，M1电动机起动运转。

2、 主轴停止

停止按钮SB1、SB2为复式按钮。按下SB1（或SB2）=0，线圈KM1断电，M1电机电源被切断；SB1=1，使制动离合器线圈YB 得电，M1电机被制动，主轴停止旋转。过去此机床曾用能耗制动方案，但制动力矩在速度较低时很小，制动效果不理想，近期产品已采用制动电磁离合器进行制动，由于它能保持制动强度始终不变，因此可满足快速停止的要求。

3、 主轴变速时的瞬时点动

X52K 立式铣床的主轴变速，在用孔盘机构集中操纵，当变速锁紧手柄使孔盘推出变速操纵杆时，锁紧杆上所连的凸轮压合行程开关SQ7，使SQ 7（3—31）断开，KM1

接触器不能自锁，SQ7（9—31）闭合，KM1接触器瞬时接通，电动机M1瞬时点动，因此有利于滑移齿轮的齿合。当变速手柄完全推回原位时，SQ7=0切断瞬时点动线路。需注意的是凸轮压动行程开关的时间不能长，否则电机转速过高，不利于滑移齿轮的齿合。

二、进给运动的电气控制

铣床进给运动由M2电动机拖动，KM2，KM3接触器控制器控制其正反转。在矩形工

作台进给时，圆工作台转换开关SA1应置于断开，此时，其三个触头的状态为：

=“1”、SA1-2=“0”、=“1”。

从原理图中可看出 ，主运动和进给运动有联锁关系。当主电机M1起动后，及KM1线圈得电后，KM1(17—10) 触头闭合，进给运动才能进行。但工作台的快速移动可在主轴电机不起动的情况下进行。1、工作台纵向进给运动控制

工作台纵向进给由纵向操作手柄操纵，手柄有向、向右、中间（停止）三个位置，分别操纵离合器及行程开关SQ1，SQ2动作（见表3—6开关说明）。

（1） 工作台向右运动

将工作台纵向手柄向右，则纵向进给离合器接上进给传动链，并压动行程开关SQ1，其两触头SQ1=“1”， =“0”，KM2线圈的控制逻辑为

**SQ 1-1*=" 1"

KM2得电运动，进给电机正向运转，工作台向右运动。

（2） 工作台向左运动

将工作台纵向手柄扳向左，使纵向寄给离合器接上压动行程开关SQ2，其两触头SQ2-1=“1”， =“0”，KM3线圈控制逻辑为

KM 3=****SQ 2-1*=" 1" KM3得电动作，M2反向动作，工作台向左运动。

此机床工作台左右运动除有机械（离合器）互锁外，还有KM 2和触头作电气互锁，用挡铁作超程保护。

2、工作台横向进给运动控制

工作台横向和升降运动，是由升降台上的十字操作手柄控制的，该手柄共有五个位置：上、下、前、后和中位（停止）。

（1） 工作台向前运动

将十字手柄扳向“前”位置，横向进给离合器上进给传动链，并压动行程开关SQ3，其两触头SQ3-1=“1”， =“0”，KM2线圈控制逻辑为

KM 2=****SQ 3-1*=" 1"

KM2得电动作，M2电机正转，工作台向前运动。

（2） 工作台向后运动

将十字手柄扳向“后”位置，接上横向进给离合器，压合行程开关SQ4，其两触头SQ4-1=“1”， =“0”，KM3的控制逻辑为

KM 3=****SQ 4-1*=" 1"

KM3得电动作，M2电机反转，工作台向后运动。手柄在中间位置，横向运动停止。

3、工作台升降运动控制

（1）工作台向上运动

将十字手柄扳向“上”位置，垂直进给离合器接上进给传动链，并压动合行程开关SQ4，SQ4-1=“1”， =“0”，KM3得电动作，M2电机反转，工作台向上运动。

（2）工作台向下运动

十字手柄扳向“下”位置，垂直进给离合器，压合行程开关SQ3，SQ3-1=“1”，=“0”，KM2得电动作，M2电机正转，工作台向下运动。手柄到中间位置时，工作台垂直运动停止。

工作台左、右、前、后、上、下六个方向的运动在同一时刻只可能出现一个，这时利用机械的联锁（纵向、横向、垂直三个进给离合器只可能合上一个）和电气联锁(, , , , , 的运用) 来共同实现的。

4、 工作台的快速移动控制

工作台六个方向的快速移动，是用两个操作手柄和快速移动按钮SB5（或SB6）的配合操作来实现的。例如当主轴旋转，进给正在工作时，按动巨爱素按钮SB5（或SB6），进给离合器YC1失电脱开，快速离合器YC2得电合上，使原来方向上的进给运动变成快速运功。当松开快速按钮时，YC2失电，YC1得电，重新恢复原来的进给状态。工作台调整时，主轴不旋转，同样可以进行快速移动。

5、 进给变速时的瞬时点动控制

为了在进给变速时使滑移齿轮易于齿合，本进给变速设有点动控制线路，当变速手柄拉出时，压合行程开关SQ6，其两触头SQ6=“1”，=“0”，点动控制线路为 *****SQ 6*=" 1"

使KM2得电动作，M2电机正向瞬时点动。当变速手柄推回原位后，SQ6=“0”，SQ6=“1”，KM2断电，M2电机停电。

三、 圆形工作台的控制

为扩大机床的加工能力，可安装附件圆形工作台，圆形工作台可手动，也可机动。当需要机动时，将纵向和十字手柄扳向“中”位，然后将圆形工作台转换开关扳向“接

通”位置，由表3—6可看出，这时SA1的三个触头状态为

=" 0" , SA 1-2=" 1" , =" 0"

在主轴电机M1起动后，控制线路为

*****SA 1-2*=" 1"

使KM2得电动作，带动圆工作台转动。由于上式中含有~的与因子，所以保证了圆工作台运动与其他方向进给运动的联锁。

四、 其他控制

1、 冷却泵控制。冷却泵由转换开关SA3控制。

2、 机床局部照明的24V 电压，由变压器供给。SA4开关是控制照明灯EL 的。

3、 换刀制动。当机床需要换刀时，主轴应不动。自动SA2开关，其触头(1-31)=

“0”，SA2-2（103-105）=“1”，切断主电动机控制电路电源，同时制动电磁离合

器YB 通电，主轴被制动，从而可方便安全的换刀。换刀结束后，扳回SA2开关SA 2-1=“1”，SA2-2=“0”，制动离合器YB 失电，主轴电机可起动。

4、 三个电磁离合器所需要的直流电，由专门变压器经整流YC 供给。

3—4 数控铣床控制电路

现代数控机床时以计算机作为控制装置的，但要完成整个机床的控制，总是要与继电器接触器控制相配合。数控机床的种类很多，如数控车床、数控铣床、加工中心等，各种类型又分为若干不同品种，其电气控制电路根据不同的功能也是各个不同的。本节将以一台数控立式铣床为例，就其共性，分析继电器接触器与计算机的配合实现机床的运动和控制。同时也可与前一节所讨论的普通立式铣床的电气控制进行对照。

一、数控立铣的控制要求

本数控立铣能实现以下运动和控制：

1、 主运动：实现对主轴（S 轴）电机的调控；

2、 进给运动：X,Y ,Z 轴各一台伺服电机驱动，要求对各轴实现速度及转角控制；

3、 辅助运动：实现对液压泵电机，导致润滑电机、铣头润滑电机、冷却泵电机

及各种风扇电机的控制运转;

4、 系统紧急停止及工作台限位保护；

5、 各种信号指示；

以上控制由CNC 数控装置、可编程控制器（PLC ）继电器模块及部分继电器控制电路协调配合，共同实现。由于辅助运动及信号显示均比较简单，因而只重点讨

论主轴控制、进给运动控制及系统保护。

二、供电系统

数控机床要求有高可靠性的控制系统，除辅助运动的几台电机供电直接接入三相动力线以外，CNC ，PLC 主轴电机（S 轴），X,Y ,Z 伺服电机和各种控制电路均采用变压器降压、隔离供电。

图3—7为某数控立式铣床部分电气原理图。由图3—7a ）可见，伺服系统电源经三相变压器TCI 由380V 降压至230V ，通过U20,V20,W20对b ）图中的AC200驱动电源供电，AC200是S,X,Y ,Z 轴三相交流伺服电机的驱动器电源。

变压器TC2提供的110V 电压给数控系统CNC 和可编程控制器PLC 供电。

变压器TC3降压后再经整流器稳压模块U 输出直流24V 给b ）图所示的继电器电路提供电源。采用直流继电器一方面是工作可靠，同时便于与计算机接口。

三、主轴及X,Y ,Z 轴伺服驱动工作原理

由于数控系统可通过编程完成这几个电机的调速及X,Y ,Z 电机的转角控制（相当于位置控制），所以可以认为就这几个执行鼻尖而言，继电器控制部分只需要解决电机“能使”起动信号和保护。

由图3—7b ）可知X,Y ,Z 及S 轴电动机的主回路链接。变压器TCI 副边U20，V20，W20与驱动电源AC200相连，由它提供各驱动器电源。X,Y ,S 轴驱动程序电源再经过其相应的动态制动器接到电机M10，M11，M13的三相。由于Z 轴电机有机械抱闸制动器，因而Z 轴驱动器与Z 轴电机M12相连。

S 轴驱动器一旦由数控系统CNC 获得“CNC 能使”信号后（图中专画出），S 轴电机即作好起动准备，只要从CNC 键盘输入主轴手动或自动地转动命令，主电机即可运转。 对X,Y ,Z 轴电机的控制稍复杂些。对应于每一个电机的驱动器亦需从CNC 获得一个“CNC 能使”信号。若获得“CNC 能使”信号以后驱动器无问题，即会立即返回一个伺候准备好的回答信号给CNC ，同时，驱动器还应从机床操作面板上获得“正负能使”信号。只有满足了这些条件后，X,Y ,Z 轴电机才做好了转动准备。直到CNC 发出手动或自动循环命令，电机即正常运转。若运转中产生意外，CNC 将发出急停令或者有操作人员在操作面板上给出急停命令，这是所有的电机停转。

四、X,Y ,Z 电机控制电路分析

1、电机的运转准备控制

由于S 轴控制简单，不再单独说明。这里仅就电机的运转准备控制进行分析说明。 图3—7b ）中，按下CNC 、PC 接通按钮SB2、KA1通电并自锁，KA1所有的触头均动作，a ）图4图区的KA1常开触头闭合，CNC 与PC 电源接通，当按下系统起动按钮

SB3、PC051有效，即PLC 运行输出PCRUN 闭合使系统起动并使KA3通电，22图区KA3闭合。当系统起动同时通过00继电器输出模块，KA8得电，22图区的KA8闭合，#

此时KA2通电，所有KA2常开触头闭合，CNC XP3/1输出高电子“1”（给出CNC 允许信号），CNC XP3/5输出低电平“0”。同时，通过以下通路获得各轴电机的“正、负能使”信号（+24V），即

能使

Z-能使：

2→7→11→13→15→16

Z+能使：

2→7→11→13→14→25→24→23→22

Y-能使：

2→7→11→13→14→25→24

Y+能使：

2→7→11→13→14→21→28→27→26

X-能使：

2→7→11→13→14→21→28

X +能使 ：

2→31→30→29

到此为止电机已做好运转准备。一旦CNC 给出手动或自动旋转命令，电机即可正常运转。由于有“正、负允许”信号，电机可正向亦可反向运转。

3、 进给运动的限位保护

图3—7b ）中SQ1,SQ2,SQ3,SQ4,SQ5,SQ7,SQ8分别设置在X,Y,Z 各正负方向上相应位置的限位行程开关，一旦某行程开关被压动，则相应的方向能使新年好被撤销，运动被截断，但其反方向仍能进行。如行程开关SQ8被压动，则“Z-能使”失效，Z 电机则不在能像负方向运动，起到限位保护作用，但可向+Z方向运动。向+Z方向运动使工作台离开SQ8，电机即又可向-Z 方向运动。CNC 内部还可以通过参数设置，实现软限位保护。

4、 系统紧急停止

在机床运行过程中，如果发生意外需要紧急停止，可按下图3—7b ）中SB4或SB5，KA2失电，由于KA2的常开触头打开使CNC XP3/1=“0”，CNC XP3/5=“1”，KA4得电，其常闭触头打开，使PCO51失效，从而整个系统起动失效，并且所有进给电机的“正、负能使”信号为“0”，电机停转。故障排除以后，可按照以上操作重新起动。

3—5 T619卧式镗床电气控制电路

镗床时冷加工中使用比较普遍的设备，由卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床等类型。其中，以卧式镗床使用最普遍，。镗床主要用于镗孔、铰孔、钻孔、加工端面等。加工时，工件固定在工作台上，由镗杆或压平旋盘上固定的刀具进行加工，主运动为主轴（镗杆）和平旋盘的旋转运动，进给运动为镗杆的轴向移动，平旋刀盘架的径向移动，主轴箱垂直移动及工作台纵向、横向移动。

镗床加工时，要求对刀快速方便，除有机动进给外，还可手动进给和快速运动；坐标尺寸要求正确，故有尺寸指示，另外还应有点动，以便于镗床调整。

下面以T619型卧式镗床为例，以便于镗床调整。

图3—8为卧式镗床的外观图，图3—9为其电气原理图，图3—7为其电器元件表。 图3—7中，1为机床电路总开关（右）及照明开关（左）；2为按钮台，其上有主轴正反转换按钮、正反转点动按钮、停止按钮、变速按钮、标度尺、照明按钮等，对应于原理图中的SB1~SB6；3为进给和快速移动操作杆；4为十字手柄。

该机床有4台鼠笼式异步电动机，主电机7.5KW ，快速移动电机2.2KW ，主轴箱油泵电机0.75KW ，工作台油泵电机0.5KW 。此机床主轴箱及进给箱都用滑移齿轮变速，

变速齿轮块的滑移采用液压预选，集中操纵。主轴、工作台均采用液压自动夹紧，主轴转速有8r/min~1250r/min，分23级；主轴、主轴箱、工作台进给分36级；主轴每转进给量为0.01~6mm，平旋盘每转径向进给量为0.08~12mm，分18级。机床设有较复杂的机电液联合操纵控制系统。机床由坐标测量辅助定位，主轴箱垂直坐标辅助定位，主轴箱垂直坐标与工作台横向坐标采用感应同步器显装置。读数程度为0.01，工作台回转角坐标采用光学瞄准器，读数精度2＂。

一、电气控制电路特点

1. 主电机：机床主运动和进给运动共用一台异步电动机拖动。起动时采用Y —△

降压起动方式，按时间原则换接。

2. 主电机可正、反转，正后转点动控制及反接制动。为限制制动电流，制动时，

电机绕组换接成Y 形，为防止换接时冲击电流过大，采取短时断开电机电源，

再将绕组接成Y 形的延时反接制动。

3. 主轴变速或进给变速时，主电机能低速脉动，使变速齿轮易于齿合。本机床主

轴变速时利用“脉动型”晶体管延时继电器，其脉冲触头周期性地接通及断开，

使电动机M1作正向周期性点动，进给变速类似。

4. 采用普通开关结合十字开关1控制电磁阀，选择所需的运动（上滑座移动、下

滑座移动、主轴移动、主轴箱升降、工作台回转），使需要移动的部件通过液压

控制自动松开，其他不需要运动的部件仍处于夹紧状态。

5. 凡不应同时移动的部件要采用联锁。