认识型摇臂钻床

钻床是一种用途广泛的孔加工机床， 主要用于钻削精度要求不太高的孔， 还可用来扩孔、 铰孔、 镗孔， 以及修刮平面、 攻螺纹等。

钻床的结构形式很多， 有立式钻床、 卧式钻床、 台式钻床、 深孔钻床及多轴钻床等。 摇臂钻床属于立式钻床， 它适用于单件或批量生产中带有多孔的大型零件的孔加工。 本项目着重介绍应用范围广泛的Z3050型摇臂钻床。

一、 钻床的结构及运动形式

Z3050型摇臂钻床的外形、结构如图3－1所示。

Z3050型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。 内立柱固定在底座上，在它外面套着空心的外立柱， 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，借助丝杆， 摇臂可沿着外立柱上下移动，但两者不能作相对转动， 因此摇臂与外立柱一起相对内立柱回转。 主轴箱是一个复合的部件，它由主传动电动机、 主轴和主轴传动机构、进给和变速结构以及机床的操作机构等部分组成。主轴箱可沿着摇臂上的水平导轨作径向移动。当进行加工时，通过夹紧机构将外立柱紧固在摇臂导轨上，然后进行钻削加工。

进行钻削加工时， 摇臂钻床的主轴旋转为主运动， 而主轴的直线移动为进给运动。

图3－1 Z3050型摇臂钻床的外形、结构

1—底座； 2—外立柱；3—内立柱； 4—摇臂升降丝杠；5—摇臂； 6—主轴箱； 7—主轴； 8—工作台

钻床型号的含义如下：

二、 电力拖动特点及控制要求

摇臂钻床的电力拖动特点及控制要求如下：

（1） 由于摇臂钻床的运动部件较多， 为简化传动装置的结构， 采用多电动机拖动。 主拖动电动机承担主钻削及进给任务， 摇臂升降， 夹紧放松和冷却泵各用一台电动机拖动。

（2） 主轴变速机构与进给变速机构应该放在一个变速箱内， 而且两种运动由一台电动机拖动是合理的。

（3） 为了适应多种加工方式的要求， 主轴旋转及进给运动均有较大的调速范围， 一般情况下由机械变速机构实现。 为简化变速箱的结构， 采用多速笼型异步电动机拖动。

（4） 加工螺纹时， 要求主轴能正、 反向旋转， 采用机械方法实现， 因此， 拖动主轴的电动机只需单向旋转。

（5） 摇臂的升降由升降电动机拖动， 要求能实现正、 反向旋转， 采用笼型异步电动机。

（6） 摇臂的夹紧与放松以及立柱的夹紧与放松由一台异步电动机配合液压装置来完成，要求这台电动机能正、 反转。

（7） 钻削加工时，为对刀具及工件进行冷却，需要一台冷却泵电动机拖动冷却泵输送冷却液。

（8） 要有必要的联锁和保护环节。

（9） 机床应有安全照明和信号指示电路。

三、 Z3050型摇臂钻床的电气控制电路分析

Z3050型摇臂钻床电气原理图如图3－2所示，电气控制原理图可分成三个部分， 即主电路、 控制电路和照明电路。

图3-2 Z3050型摇臂钻床电气原理图

1. 主电路

主电路中共有四台电机， 除冷却泵电动机采用开关直接起动外， 其余三台异步电动机均采用接触器控制起动。 主电路电源电压为交流380V， 低压断路器QF1作为电源引入开关。

M1为冷却泵电动机， 给加工工件提供冷却液， 功率很小， 由开关QF2直接控制起动和停车。

M2为主轴电动机， 由交流接触器KM1控制， 只要求单方面旋转， FR1作过载保护。M2装在主轴箱顶部， 带动主轴及进给传动系统。

M3为摇臂升降电动机， 装于主轴顶部， 用接触器KM2和KM3控制其正反转。 由于电动机短时间工作， 故不设过载保护装置。

M4是液压泵电动机， 该电动机的作用是实现摇臂和立柱的放松与夹紧， 该电动机利用接触器KM4和KM5控制其正、 反转。 FR2是该电动机的过载保护器。

M3、 M4共用QF3断路器中的电磁脱扣装置作为短路保护。

2. 控制电路

控制电路的电源由变压器将380V的交流电源降为110V后供给； 控制电路所用部分低压器件的实现功能见表3－1。

表3－1 控制电路低压器件的实现功能

1） 冷却泵电动机M1控制

扳动低压断路器QF2， 可以直接接通或者切断电源， 操作冷却泵， 但电动机M4有可能停止。

2） 主轴电动机M2控制

按下起动按钮SB3， 则接触器KM1吸合， 主触头闭合， 电机M2通电运行。 按下停止按钮SB2， 则接触器KM1释放， 主触头恢复到常开状态， 电动机M2断电， 停止运行。

3） 摇臂电动机M3控制

（1） 摇臂上升控制。

按上升按钮SB4， 则时间继电器KT1线圈通电， 它的瞬时闭合触头 （17区） 闭合， 接触器KM4线圈通电， 液压泵电动机M3起动正向旋转， 供给压力油。 压力油经分配阀体进入摇臂的 “松开油腔”， 推动活塞移动， 活塞推动菱形块， 将摇臂松开。 同时， 活塞杆通过弹簧片使位置开关SQ2常闭触头断开、 常开触头闭合。 前者切断接触器KM4的线圈电路， KM4的主触头断开， 液压泵电动机停止工作； 后者使交流接触器KM2的线圈通电， 其主触头接通M2的电源， 摇臂升降电动机起动正向旋转， 带动摇臂上升。 如果此时摇臂尚未松开， 则位置开关SQ2常开触头不闭合， 接触器KM2就不能吸合， 摇臂不能上升。

当摇臂上升到所需位置时， 松开按钮SB4， 则接触器KM2和时间继电器KT1同时断电释放， M2停止工作， 摇臂随之停止上升。

由于时间继电器KT1断电释放， 经过1～3s的延时后， 其延时闭合的常闭触头 （17区）闭合，接触器KM5线圈通电，液压泵电动机M3反向旋转，随之泵内压力油经分配阀进入摇臂的“夹紧油腔”，摇臂夹紧。在摇臂夹紧的同时，活塞杆通过弹簧片使位置开关SQ3的常闭触头断开，KM5断电释放，M3停止工作，完成了摇臂的“松开－上升－夹紧” 的整套动作。

（2） 摇臂下降控制。

按下起动按钮SB5， 则时间继电器KT1通电吸合， 其常开触头闭合， KM4线圈得电，液压泵电动机M3起动正向旋转， 供给压力油。 与上升控制过程相似， 先使摇臂松开， 接着压动位置开关SQ2， 其常闭触头断开， KM4断电释放， 液压泵电动机停止工作； 其常开触头闭合， KM3线圈通电， 摇臂升降电动机M2反向运转， 带动摇臂下降。

当摇臂下降到所需位置时， 松开按钮SB5， 则接触器KM3和时间继电器KT1同时断电释放， M2停止工作， 摇臂停止下降。

时间继电器KT1断电释放后经1～3s的延时， 其延时闭合常闭触头闭合， KM5线圈得电， 液压泵电动机M3反向旋转， 随之摇臂夹紧。 在摇臂夹紧的同时， 位置开关SQ3常闭触头断开，KM5断电释放，M3停止工作，完成了摇臂的“松开－下降－夹紧” 的整套动作。

组合限位开关SQ1a和SQ1b用来限制摇臂的升降过程。 当摇臂上升到极限位置时， SQ1a动作， 接触器KM2断电释放， M2停止运行， 摇臂停止上升； 当摇臂下降到极限位置时， SQ1b动作， 接触器KM3断电释放， M2停止运行， 摇臂停止下降。

摇臂的自动夹紧由位置开关SQ3控制。 如果液压夹紧系统出现故障不能自动夹紧摇臂，或者由于SQ3调整不当， 摇臂夹紧后SQ3的常闭触头不断开， 其都会使液压泵电动机M3因长期过载运行而损坏。 因此电路中设有热继电器FR2作M3的过载保护。

摇臂升降电动机的正、 反转控制继电器不允许同时得电动作， 以防止电源短路。 为避免因操作失误等原因造成短路事故， 在摇臂上升和下降的控制电路中采用了接触器的辅助触头互锁和复合按钮互锁两种保证安全的方法， 以确保电路安全工作。

4） 立柱和主轴箱的夹紧与松开控制

立柱和主轴箱的松开 （或夹紧） 既可以同时进行， 也可以单独进行， 由转换开关SA1和复合按钮SB6 （或SB7） 进行控制， 复合按钮SB6是松开控制按钮， SB7是夹紧控制按钮。 SA1有三个位置： 扳到中间位置时， 立柱和主轴箱的松开 （或夹紧） 同时进行； 扳到左边位置时， 立柱夹紧 （或放松）； 扳到右边位置时， 主轴箱夹紧 （或放松）。

（1） 立柱和主轴箱同时松开、 夹紧。

将转换开关SA1扳到中间位置， 然后按松开按钮SB6， 时间继电器KT2、 KT3同时得电。 KT2的延时断开常开触头闭合， 电磁铁YA1、 YA2得电吸合， 而KT3的延时闭合常开触头经1～3s后才闭合。 随后， KM4线圈得电， 主触头闭合， 液压泵电动机M3正转， 供出的压力油进入立柱和主轴箱松开油腔， 使立柱和主轴箱同时松开。

（2） 立柱和主轴箱单独松开、 夹紧。

将转换开关SA1扳到右侧位置， 按下松开按钮SB6 （或夹紧按钮SB7）， 此时时间继电器KT2和KT3的线圈同时得电， 电磁铁YA2单独通电吸合， 即可实现主轴箱的单独松开（或夹紧）。

松开复合按钮SB6 （或SB7）， 时间继电器KT2和KT3的线圈断电释放， KT3的通电延时闭合常开触头瞬时断开， 接触器KM4 （或KM5） 的线圈断电释放， 液压泵电动机停转。经过1～3s的延时， 电磁铁YA2的线圈断电释放， 主轴箱松开 （或夹紧） 的操作结束。

把转换开关SA1扳到左侧位置， 则可使立柱单独松开或夹紧。

由于立柱和主轴箱的松开与夹紧是短时间的调整工作， 所以采用点动方式控制。

3. 照明电路

照明电路的电源也是由变压器TC将380V交流电压降为6V安全照明电源， 照明灯一端接地。

（1） 合上QF3及总电源开关QF1， 则电源指示灯HL1亮， 表示机床的电气电路进入带点状态。

（2） 当主轴电动机M2运行时， 接触器KM1吸合， KM1辅助常开触头闭合， 指示灯HL2亮。 当主轴电动机停止工作时， 接触器KM1释放， KM1辅助常开触头恢复到常开的初始状态， 指示灯HL2熄灭。