项目13 钻床的电气控制（课件）-《工厂电气控制设备》同步教学（清华大学出版社）

知识要求 了解Z3040型钻床的用途，熟悉Z3040型钻床的主要电气设备及工作原理。 掌握Z3040型钻床的电力拖动特点，能根据电气控制线路图，分析各部分的工作过程。 技能要求 掌握Z3040型钻床电气线路安装步骤、常见的电气故障的排除。 能排除摇臂上升后不能夹紧的故障。 项目13 钻床的电气控制 学习情景13.1 钻床电气控制线路分析 【问题的提出】 钻床是一种孔加工机床，可用来钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及修刮断面等多种形式的加工。钻床的结构形式很多，有立式钻床、卧式钻床、深孔钻床及多轴钻床等。摇臂钻床是一种立式钻床，它适用于单件或批量生产中带有多空大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常用的机床，常见的有Z3040型摇臂钻床。 【相关知识】 1．钻床的主要结构及运动形式 1) 钻床的主要结构 摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱、工作台等组成，如图13-1所示。 图13-1 Z3040型摇臂钻床的结构图 摇臂钻床的内立柱固定在底座上，在它外面空套着外立柱，外立柱可绕着不动的内立柱回转一周。摇臂一端的套筒部分与外立柱滑动配合，借助于丝杆，摇臂可沿外立柱上下移动，但两者不能作相对转动，因此，摇臂只能与外立柱一起相对内立柱回转。主轴箱是一个复合部件，它由主电动机、主轴和主轴传动机构、进给和进给变速箱机构以及机床的操作机构等部分组成。主轴箱安装在摇臂水平导轨上，它借助手轮操作使其在水平导轨上沿摇臂作径向运动。当进行加工时，由特殊的夹紧装置将主轴箱紧固在摇臂导轨上，外立柱紧固在内立柱上，摇臂紧固在外立柱上，然后进行钻削加工。钻削加工时，钻头进行旋转切削的同时进行纵向进给。 2) 钻床的运动形式 摇臂钻床的主运动为主轴旋转(产生的切削)运动。进给运动为主轴的纵向进给。辅助运动包括摇臂在外立柱上的垂直运动(摇臂的升降)，摇臂与外立柱一起绕内立柱的旋转运动及主轴箱沿摇臂长度方向的运动。对于摇臂在立柱上的升降，Z3040型摇臂钻床摇臂的松开与夹紧是依靠液压推动松紧机构自动进行的。 由于摇臂钻床的运动部件较多，为简化传动装置，常采用多电动机拖动。通常设有主电动机、摇臂升降电动机、夹紧放松电动机及冷却泵电动机。 2．电气控制分析 Z3040型钻床的电气控制原理图如图13-2所示。 1) 主电路分析 钻床的总电源由三相断路器QF1控制，并配有用作短路保护的熔断器FU1，主轴电动机M1，摇臂升降电动机M2及液压泵电动M3由接触器通过按钮控制。冷却泵电动机M4根据工作需要，由三相断电器QF2控制。摇臂升降电动机与液压泵电动机采用熔断器FU2作短路保护。长期工作制运行的主电动机及液压泵电动机，采用热继电器作过载保护。 2) 控制电路分析 控制电路、照明电路及指示灯均由一台电源变压器T降压供电。有127V、36V、6.3V三种电压。127V电压供给控制电路，36V电压作局部照明电源，6.3V作为信号指示电源。在图13-2中，KM2、KM3分别为上升与下降接触器，KM4、KM5分别为松开与夹紧接触器，SQ3、SQ4分别为松开与夹紧限位开关，SQ1、SQ2分别为摇臂升降极限开关，SB3、SB4分别为上升与下降按钮，SB5、SB6分别为立柱、主轴箱夹紧装置的松开与夹紧按钮。 (1) 主轴电动机运转。 按起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电吸合并自锁，其主触点接通主轴电动机的电源，主轴电动机M1起动运转。需要使主电动机停止工作时，按停止按钮SB1接触器KM1断电释放，主电动机M1被切断电源而停止工作。 主电动机的工作指示由KM1的辅助常开触点控制指示灯HL1来实现，当主电动机在工作时，指示灯HL1亮。 (2) 摇臂的升降控制。 摇臂的升降对控制的要求如下。 ①摇臂的升降必须在摇臂放松的状态下进行。 ②摇臂的夹紧必须在摇臂停止时进行。 ③按下上升(或下降)按钮，首先使摇臂的夹紧机构放松，放松后，摇臂自动上升(或下降)，上升到位后，放开按钮，夹紧装置自动夹紧，夹紧后，液压泵电动机停止。 ④横梁升降应有极限保护。横梁的上升或下降操作应为点动控制，以保证调整的准确性。 线路的工作过程如下。 首先由摇臂的初始位置决定按动哪个按钮，若希望摇臂上升，则按动SB3，否则应按动SB4。当摇臂处于夹紧状态时，限位开关SQ4是处于被压状态的，即其常开触点闭合，常闭触点断开。 摇臂上升时，按下起动按钮SB3，断电延时型时间继电器KT线圈通电，尽管此时SQ4的常闭触点断开，但由于KT的延时打开的常开触点瞬时闭合，电磁阀YU线圈通电，同时KM4线圈通电，其常开触点闭合，接通液压泵电动机M3的正向电源，M3起动正向旋转，供给的高压油进入摇臂松开油腔，推动活塞和菱形块，使摇臂夹紧装置松开。当摇臂松开到一定位置时，活塞杆通过弹簧片压动限位开关SQ3，其常闭触点断开，接触器KM4线圈断电释放，油泵电动机停止，同时SQ3的常开触点闭合，接触器KM2线圈通电，主触点闭合接通升降电动机M2，带动摇臂上升。由于此时摇臂已松开，SQ4被复位。 当摇臂上升到预定位置时，松开按钮SB3，接触器KM2、时间继电器KT的线圈同时断电，摇臂升降电动机停止，断电延时型时间继电器开始断电延时(一般为1～3s)，当延时结束，即升降电动机完全停止时，KT的延时闭合常闭触点闭合，接触器KM5线圈通电，液压泵电动机反相序接通电源而反转，压力油经另一条油路进入摇臂夹紧油腔，反方向推动活塞与菱形块，使摇臂夹紧。当夹紧到一定位置时，活塞杆通过弹簧片压动限位开关SQ4，其常闭触点动作断开接触器KM5及电磁阀YU的电源，电磁阀YU复位，液压泵电动机M3断电停止工作。至此，摇臂升降调节全部完成。 摇臂下降时，按下按钮SB4，各电器的动作次序与上升时类似，在此就不再重复了，请读者自行分析。 (3) 联锁保护环节。 ①用限位开关SQ3，保证摇臂先松开然后才允许升降电动机工作，以免在夹紧状态下起动摇臂升降电动机，造成升降电动机电流过大。 ②用时间继电器KT保证升降电动机断电后完全停止旋转，即摇臂完全停止升降时，夹紧机构才能夹紧摇臂，以免在升降电动机旋转时夹紧，造成夹紧机构磨损。 ③摇臂的升降都设有限位保护，当摇臂上升到上极限位置时，行程开关SQ1常闭触点断开，接触器KM2断电，断开上升电动机M2电源，M2电动机停止旋转，上升运动停止。反之，当摇臂下降到极限位置时，行程开关SQ2常闭触点断开，接触器KM3断电，断开M2的反向电源，M2电动机停止旋转，下降运动停止。 ④液压泵电动机的过载保护，若夹紧行程开关SQ4调整不当，夹紧后仍不动作，则会使液压泵电动机长期过载而损坏电动机。所以，这个电动机虽然是短时运行，也要采用热继电器FR2作过载保护。 (4)指示环节。 ①当主电动机工作时，KM1通电，其辅助常开触点闭合，接通“主电动机工作”指示灯HL1。 ②当摇臂放松时，行程开关SQ4常闭触点合上，接通“松开”指示灯HL2。 ③当摇臂夹紧时，行程开关SQ4常开触点合上，接通“夹紧”指示灯HL3。 ④当需要照明时，接通开关Q，照明灯EL亮。 (5)立柱和主轴箱的松开与夹紧。 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，工作时要求电磁阀YU不通电。 若需要使立柱和主轴箱放松(或夹紧)，则按下松开按钮SB5(或夹紧按钮SB6)，接触器KM4(或KM5)吸合，控制液压泵电动机正转(或反转)，压力油从一条油路(或另一条油路)推动活塞与菱形块，使立柱与主轴箱分别松开(或夹紧)。 学习情景13.2 钻床电气故障的排除 【问题的提出】 学习钻床的运动情况与电气控制方法以后，读者不仅需要掌握其电气控制原理，在实际生产现场还需要掌握其电气故障的排除方法。 【相关知识】 1．主轴电动机不能起动 主轴电动机不能起动的原因可能为：起动按钮SB2或停止按钮SB1损坏或接触不良；接触器KM1线圈断线、接线脱落，以及主触点接触不良或接线脱落；热继电器FR1动作；熔断器FU1的熔丝烧断。这些情况都可能引起主轴电动机不能起动，应逐项检查排除。 2．主轴电动机不能停转 主轴电动机不能停转一般是由于接触器KM1的主触点熔焊在一起造成的，更换熔焊的主触点即可排除故障。 3．摇臂不能上升或下降 由摇臂上升或下降的电气动作过程可知，摇臂移动的前提是摇臂完全松开，此时活塞杆通过弹簧片压下行程开关SQ2，电动机M3停止运动，电动机M2起动运转，带动摇臂的上升或下降。若SQ2的安装位置不当或发生偏移，这样摇臂虽然完全松开，但活塞杆仍压不上SQ2，致使摇臂不能移动；有时电动机M3的电源相序接反，此时按下摇臂上升或下降按钮SB3和SB4，电动机M3反转，使摇臂夹紧，更压不上SQ2，摇臂也不会上升或下降。有时也会出现因液压系统发生故障，使摇臂没有完全松开，活塞杆压不上SQ2。如果SQ2在摇臂松开后已动作，而摇臂不能上升或下降，则有可能由这些原因引起：按钮SB3和SB4的常闭触点损坏或接线脱落；接触器KM2和KM3线圈损坏或接线脱落，KM2和KM3的触点损坏或接线脱落。应根据具体情况逐项检查，直到故障排除。 4．摇臂移动后夹不紧 摇臂移动后夹不紧的主要原因是由于信号开关SQ3安装位置不当或松动移位，过早地被活塞杆压上动作，使液压泵电动机M3在摇臂尚未充分夹紧时停止运转。 5．液压泵电动机不能起动 液压泵电动机不能起动的主要原因可能为：FU2熔丝熔断；热继电器FR2已动作；接触器KM4或KM5的线圈损坏或接线脱落，以及其主触点损坏或脱落；时间继电器KT的线圈损坏或接线脱落，以及其相关的接点损坏或接线脱落。应逐项检查，直到故障排除。 6．液压系统不能正常工作 有时电气控制系统工作正常，而液压系统中的电磁阀芯卡阻或油路堵塞，导致液压系统不能正常工作，也可能造成摇臂无法移动、主轴箱和立柱不能松开与夹紧。 实 训 操 作 1．实训目的 (1) 掌握钻床电气控制电路板的接线规则和方法，了解钻床电气控制电路的线号标注规则及导线、按钮规定使用的颜色。 (2) 熟悉所用电器的规格、型号、用途及动作原理。 (3) 掌握继电—接触器控制电路的基本环节在机床电路中的控制作用，初步具备改造和安装一般生产机械电气设备控制电路的能力。 (4) 学会根据电气原理图分析和排除故障，初步掌握一般机床电气设备的调试、故障分析和排除故障的方法，具有一定的维修能力。 2．实训器材 按钮、接触器、熔断器、接线端子、导线、电工工具、万用表、三相异步电动机、转换开关、十字开关、冷却泵电动机开关、照明开关、零压继电器、热继电器、限位开关、行程开关、控制变压器、照明灯泡、汇流排、电工装配实训台。 3．实训内容 (1) Z3040型钻床电气控制线路的安装。 (2) Z3040型钻床电气控制故障的检修。 4．实训步骤 1) Z3040型钻床电气控制线路的安装 (1) 根据原理图绘出Z3040型钻床控制电路的电器位置图和电气接线图。 (2) 按原理图所示配齐所有电器元件，并进行检验。 (3)给各电器元件按原理图的符号做好标记，并给各电气元件接线端作编号标记。 (4)根据电动机的容量、线路的走向和电气元件的尺寸，正确选配导线规格、导线通道类型和导线数量，选配接线板的节数、控制板的尺寸及管夹。 (5)根据原理图的编号给各连接线端做好标记。 (6)在实训台上安装电气元件并布线，布线时应选择合理的走向。 (7)安装实训台外的所有控制元件，进行实训台布线。 (8)检查电路的接线是否正确及检测线路的绝缘。 (9)接通电源，按钻床的控制过程进行模拟操作。 (10)在调试的过程中，根据故障的现象，按电气原理图分析故障的原因。 2) Z3040型钻床电气控制故障的检修 (1) 主轴电动机M1不能起动。 若电动机本身无任何故障时，M1不能起动则可从以下两方面进行分析处理。 ①首先检查熔断器FU1是否熔断或接线松脱，然后检查接触器KM1的主触点接触是否良好。若KM1主触点接触不良时，按下起动按钮SB2，则M1不能起动。 ②测量电源电压，若电源电压过低，也会造成接触器KM1不能吸合，致使主轴电动机不能起动。 (2) 立柱夹紧与松开电路的故障排除。 ①首先接通电源，按下SB2或SB3，然后观察KM2或KM3动作否，如果没有动作，查看FU1、FU2熔丝是否烧断；SB1、SB2接触是否良好；接触器线圈是否损坏或接线是否松脱。 ②如果接通电源，按下按钮SB2或SB3后，KM2或KM3动作，那么测量接触器主触点输出端电压，观察电压是否正常，如果不正常，检查KM2或KM3主触点接触是否不良或接线松脱。 ③如果测量KM2或KM3主触点的电压正常，检查电动机M3是否损坏或接线松脱。 3)技术要求及注意事项 (1)带电操作时，应作好安全防护，穿绝缘鞋，身体各部分不得碰触钻床，并且需要由老师监护。 (2)正确使用仪表，各点测试时表笔的位置要准确，不得与相邻点相碰撞，防止发生短路事故。注意：一定要在断电的情况下使用万用表的欧姆挡测电阻。 (3)发现故障部位后，必须用另一种方法复查，准确无误后，方可修理或更换有故障的元件。更换时要采用原型号规格的元件。 (4)万用表的挡位要选择正确以免损坏万用表。 5．实训考核 课 后 练 习 1．分析Z3040型摇臂钻床电气控制电路的工作原理。 2．在Z3040型摇臂钻床电路中，时间继电器KT与电磁阀YA在什么时候动作？YA动作时间比KT长还是短？YA什么时候不动作？ 3．在Z3040型摇臂钻床电路中，时间继电器KT1、KT2、KT3的作用是什么？ 4．在Z3040型摇臂钻床的摇臂升降过程中，液压泵电动机M3和摇臂升降电动机M2应如何配合工作，并以摇臂上升为例叙述电路工作情况。 5．在Z3040型摇臂钻床电路中，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5各行程开关的作用是什么？结合电路工作情况进行说明。 6．Z3040型摇臂钻床主轴电动机不能起动或停止，分析其故障原因。 7．Z3040型摇臂钻床摇臂升降、松紧电路的故障有哪些？分析其故障原因。 8．分析Z3040型摇臂钻床主轴箱和立柱的松紧故障。 $$