电机与电气控制技术 课件 7-3Z3040型摇臂钻床电气控制电路的装调与故障检修

项目七常用机床电气控制电路的装调与故障检修任务三Z3040型摇臂钻床电气控制电路的装调与故障检修任务描述

钻床是一种用途广泛的孔加工机床，主要利用钻头钻削精度要求不太高的孔，另外还可以进行扩孔、铰孔、镗孔以及刮平面、攻螺纹等多种形式的加工。

本任务通过学习Z3040型摇臂钻床的基本结构及工作原理，能够安装、调试Z3040型摇臂钻床电气控制电路并进行故障检修。一、Z3040型摇臂钻床的主要结构图7-19Z3040型摇臂钻床结构示意图1-底座；2-内立柱；3-外立柱；4-摇臂升降丝杠；5-摇臂；6-主轴箱；7-主轴；8-工作台图7-18Z3040型摇臂钻床外形实物图一、Z3040型摇臂钻床的主要结构

Z3040型摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱和工作台等部分组成。内立柱固定在底座的一端，外面套有外立柱，外立柱可绕内立柱旋转360。。摇臂的一端为套筒，它套装在外立柱上并借助丝杠的正反转可绕外立柱上下移动。丝杠与外立柱连成一体，升降螺母固定在摇臂上，摇臂不能绕外立柱转动，摇臂与外立柱一起可绕内立柱转动。

主轴箱是一个复合部件，它由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和进给变速机构以及机床的操作机构等组成。主轴箱安装在摇臂上，通过手轮操作可使其在水平导轨上移动。

当进行加工时，可利用特殊的夹紧机构将外立柱紧固在内立柱上，摇臂紧固在外立柱上，主轴箱紧固在摇臂导轨上，然后进行钻削加工。Z3040型摇臂钻床的运动形式1.主运动

主轴带着钻头的旋转运动。2.进给运动

主轴带着钻头的纵向进给。3.辅助运动

摇臂连同外立柱围绕着内立柱的回转运动，摇臂在外立柱上的上升、下降运动、主轴箱在摇臂上的左右运动等。

摇臂钻床具有三套夹紧与放松装置，移动时，需要将装置放松，机加工过程中，需要将装置夹紧。三套夹紧与放松装置分别为摇臂夹紧（摇臂与外立柱之间）、主轴箱夹紧（主轴箱与摇臂导轨之间）、立柱夹紧（外立柱和内立柱之间）。通常主轴箱和立柱的夹紧与放松同时进行，摇臂的夹紧与放松则要与摇臂升降运动结合进行。Z3040型摇臂钻床的控制要求1.摇臂钻床由四台电动机进行拖动。

主轴电动机带动主轴旋转；摇臂升降电动机带动摇臂进行升降；液压泵电动机拖动液压泵供出压力油，使液压系统的夹紧机构实现夹紧与放松；冷却泵电动机驱动冷却泵供给机床冷却液。2.主轴的旋转运动和纵向进给运动及其变速机构均在主轴箱内，由一台主轴电动机拖动。

主轴在进行螺纹加工时，要求主轴电动机能正反向旋转，通过改变摩擦离合器的手柄位置实现正反转控制。3.内外立柱、主轴箱与摇臂的夹紧与放松是由一台电动机通过正反转拖动液压泵送出不同流向的压力油来实现，因此要求液压泵电动机能正反向旋转，采用点动控制。4.摇臂的升降由一台交流异步电动机拖动，装于主轴顶部，通过正反转来实现摇臂的上升和下降。摇臂的移动严格按照摇臂松开→移动→摇臂夹紧的程序进行。因此，摇臂的夹紧放松与摇臂升降按自动控制进行。Z3040型摇臂钻床的电气控制电路分析7-20Z3040型摇臂钻床的电气控制原理图Z3040型摇臂钻床的电气控制电路分析表7-10Z3040型摇臂钻床电气元件名称及用途说明表符号名称及用途符号名称及用途M1主轴电动机SB1主轴停止按钮M2摇臂升降电动机SB2主轴启动按钮M3液压油泵电动机SB3摇臂上升启动按钮M4冷却泵电动机SB4摇臂下降启动按钮KM1主轴电动机启动接触器SB5主轴箱、立柱的松开按钮KM2摇臂正转接触器SB6主轴箱、立柱的夹紧按钮KM3摇臂反转接触器FR1主轴电动机M1过载保护KM4液压泵电动机正转接触器FR2液压泵电动机M3过载保护KM5液压泵电动机反转接触器KT断电延时时间继电器YA二位六通电磁阀EL照明灯SQ1摇臂上升限位开关HL3主轴启动指示灯SQ2摇臂与立柱放松到位HL1主轴箱、立柱的放松指示灯SQ3摇臂与立柱夹紧到位HL2主轴箱、立柱的夹紧指示灯SQ5摇臂下降限位开关QS电源总开关SQ4主轴箱、立柱的夹紧放松限位开关SA2冷却泵电动机控制开关TC控制变压器FU1电源短路保护熔断器FU3控制电路短路保护熔断器FU2M2、M3短路保护熔断器FU4照明电路短路保护熔断器SA1照明灯开关Z3040型摇臂钻床主电路分析主电路有4台电动机。（1）主电路电源电压为交流380V，自动空气开关QF作为电源引入开关。（2）M1是主轴电动机，由接触器KM1控制，只要求单方向旋转，主轴的正反转由机械手柄操作。热继电器FR1是过载保护元件，短路保护电器是总电源开关中的电磁脱扣装置。（3）M2是摇臂升降电动机，用接触器KM2和KM3控制正反转。因为该电动机属于短时工作制，故不设过载保护电器。（4）M3是液压泵电动机，可以作正反转运行。其运转和停止由接触器KM4和KM5控制。热继电器FR2是液压泵电动机的过载保护电器。该电动机的主要作用是供给夹紧装置压力油，实现摇臂和立柱的夹紧和松开。（5）M4是冷却泵电动机，功率很小，由开关SA控制。Z3040型摇臂钻床控制电路分析

（1）主轴电动机M1的控制

合上电源开关QF，按下启动按钮SB2，接触器KMl线圈得电并自锁，主轴电动机M1启动，同时支路中的指示灯HL3亮，表示主轴电动机正常运行。按下停止按钮SBl，KMl线圈失电，其触点断开，M1停转，同时指示灯HL3熄灭。Z3040型摇臂钻床控制电路分析

（2）摇臂的升降控制

由摇臂上升按钮SB3、下降按钮SB4及正反转接触器KM2、KM3组成具有双重互锁的电动机正反转点动控制电路。

摇臂的移动必须先将摇臂松开，再移动，移动到位后摇臂自动夹紧。夹紧到位和放松到位由SQ3和SQ2实现，摇臂钻床在常态下，摇臂和外立柱处于夹紧状态，此时，SQ3处于压下状态，SQ2处于自然位置。摇臂移动过程实际上是对液压泵电动机M3和摇臂升降电动机M2按一定程序进行自动控制的过程，其动作流程如图7-21所示。摇臂升降控制必须与夹紧机构液压系统紧密配合，由正反转接触器KM4、KM5控制双向液压泵电动机M3的正反转，送出压力油，经二位六通阀送至摇臂夹紧机构实现夹紧与松开。图7-21Z3040型摇臂钻床摇臂上升工作流程图Z3040型摇臂钻床控制电路分析

①摇臂上升控制

按住摇臂上升按钮SB3，KT线圈得电，KT的瞬动触点（19-20）闭合，KM4线圈得电，KM4主触点闭合，液压泵电动机M3正转，摇臂开始松开；同时KT的延时断开的动合触点（3-23）闭合，电磁阀YA线圈得电，液压油经YA进入摇臂与立柱松开油腔，摇臂开始松开。当摇臂完全松开时，放松到位行程开关SQ2被压下动作，SQ2-2（12-19）断开，KM4线圈失电，液压泵电动机M3停转，SQ2-1（12-13）闭合，KM2线圈得电，摇臂升降电动机M2正转，摇臂开始上升。

当摇臂上升到所需位置时，松开SB3（或是碰到上升到位限位开关SQ1后同下面的工作过程），KM2和KT线圈失电，主触点及动合触点断开，摇臂升降电动机M2停止旋转，摇臂停止上升。KT线圈失电后，KT延时闭合触点（23-24）延时1～3S后闭合，KM5线圈得电，液压泵电动机M3反转，摇臂开始夹紧，夹紧到位时，SQ3动作，SQ2复位，SQ3（3-23）触点断开，KM5线圈失电，液压泵电动机M3停转，YA失电复位。KT线圈失电的同时，KT延时断开触点（3-23）延时1～3S后断开，YA仍然得电。Z3040型摇臂钻床控制电路分析

（3）主轴箱和立柱的放松夹紧控制

Z3040摇臂钻床的主轴箱和立柱的夹紧与放松是同时进行的。立柱分为内外两层，外立柱可绕内立柱做360°的旋转，内外立柱之间有夹紧放松装置。①主轴箱和立柱的放松控制

按下松开按钮SB5，KM4线圈得电，液压泵电动机M3正转（此时电磁阀YV失电），拖动液压泵，液压油进入主轴箱、立柱的松开油腔，主轴箱、立柱的夹紧装置松开。此时，SQ4不受压，动断触点SQ4闭合，指示灯HL1亮。②主轴箱和立柱的夹紧控制

到达需要位置后，按下夹紧按钮SB6，KM5线圈得电，液压泵电动机M3反转（此时电磁阀YV失电），拖动液压泵，液压油进入主轴箱、立柱的夹紧油腔，主轴箱、立柱的夹紧装置夹紧。同时，SQ4受压，其动断触点断开，动合触点闭合，夹紧指示灯HL2亮，表示可以进行钻削加工。Z3040型摇臂钻床控制电路分析

（4）保护环节、照明及冷却泵电动机的控制①保护环节QF对主电路进行短路保护；热继电器FR1对主轴电动机进行过载保护；热继电器FR2对液压泵电动机M3进行过载保护。摇臂的上升限位和下降限位分别通过行程开关SQ1和SQ5实现。②照明电路与指示电路

照明、指示电路的电源由控制变压器TC降压后提供36V电源，开关SA1控制工作台照明灯EL，KM1常开触点控制主轴工作指示灯HL3，SQ4控制放松夹紧指示灯HL1和HL2。③冷却泵电动机的控制

冷却泵电动机M4的容量很小，由开关SA2控制。Z3040型摇臂钻床常见故障分析一、主轴电动机无法启动1.电源总开关QF接触不良，需调整或更换。2.控制按钮SB1或SB2接触不良，需调整或更换。3.接触器线圈KM1线圈断线或触点接触不良，需重接或更换。Z3040型摇臂钻床常见故障分析二、摇臂不能升降1.行程开关SQ2的位置移动，使摇臂松开后没有压下SQ2。

由摇臂升降过程可知，摇臂升降电动机M2旋转，带动摇臂升降，其前提是摇臂完全松开，活塞杆压行程开关SQ2。如果SQ2不动作，常见故障是SQ2安装位置移动。这样，摇臂虽已放松，但活塞杆压不上SQ2，摇臂就不能升降。有时，液压系统发生故障，使摇臂放松不够，也会压不上SQ2，使摇臂不能移动。由此可见，SQ2的位置非常重要，应配合机械、液压调整好后紧固。2.液压泵电动机M3的电源相序接反，导致行程开关SQ2无法压下。

液压泵电动机M3电源相序接反时，按上升按钮SB3（或下降按钮SB4），液压泵电动机M3反转，使摇臂夹紧，SQ2不动作，摇臂也就不能升降。所以，在机床大修或新安装后，要检查电源相序。3.控制按钮SB3或SB4接触不良，需调整或更换。4.接触器KM2、KM3线圈断线或触点接触不良，重接或更换。Z3040型摇臂钻床常见故障分析三、摇臂升降后不能夹紧1.行程开关SQ3的安装位置不当，需进行调整。2.行程开关SQ3发生松动而过早动作，液压泵电动机M3在摇臂还未充分夹紧时就停止了旋转。

由摇臂夹紧的动作过程可知，夹紧动作的结束是由行程开关SQ3来完成的，如果SQ3动作过早，将导致液压泵电动机M3尚未充分夹紧就停转。常见的故障原因是SQ3安装位置不合适、固定螺丝松动造成SQ3移位，使SQ3在摇臂夹紧动作未完成时就被压上，切断了KM5回路，使M3停转。

排除故障时，首先判断是液压系统的故障（如活塞杆阀芯卡死或油路堵塞造成的夹紧力不够）还是电气系统故障。对电气方面的故障，应重新调整SQ3的动作距离，固定好螺钉即可。Z3040型摇臂钻床常见故障分析四、立柱、主轴箱不能夹紧或松开

立柱、主轴箱不能夹紧或松开的可能原因是油路堵塞、接触器KM4或KM5不能吸合所致。出现故障时，应检查按钮SB6、SB7接线情况是否良好，若接触器KM4或KM5能吸合，M3能运转，可排除