【学习目标】
1.知识目标:
(1)进一步掌握各种低压电器的作用、结构、符号及选择。
(2)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。
(3)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。
2.能力目标:
(1)培养学生安全操作、规范操作，养成文明生产的行为习惯。
(2)培养学生独立完成Z3040型钻床控制线路的安装、调试。
(3)培养学生独立完成钻床中线路的故障分析、维修。
【任务描述】
钻床是一种孔加工设备，可以用于钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。按用途和结构分类，钻床可以分为立式钻床、台式钻床、多孔钻床、摇臂钻床及其他专用钻床等。在各类钻床中，摇臂钻床操作方便、灵活，适用范围广，具有典型性，特别适用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常见的机床。外形如图2-14所示。
图2-14
【原理分析】
1.Z3040摇臂钻床结构及型号
摇臂钻床的主要结构如图2-15所示。
在底座上的一端固定着内立柱，内立柱的外面套着外立柱，外立柱可以绕内立柱回转。摇臂的一端为套筒，它套在外立柱上，通过丝杠的正反转可使摇臂沿外立柱作升降移动，摇臂与外立柱之间不能作相对转动，摇臂只能和外立柱一起绕内立柱回转。摇臂升降运动必须严格按照摇臂自动松开，再进行升降，到位后摇臂自动夹紧在外立柱上的顺序进行。
型号意义如下:
图2-15
2.Z3040摇臂钻床主要运动形式及控制要求
Z3040摇臂钻床的摇臂松开与夹紧依靠液压推动松紧机构自动进行。摇臂连同外立柱绕内立柱的回转运动必须先将外立柱松开，然后用手推动摇臂进行。主轴箱由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构以及机床操作机构等组成。可以通过操作手轮使主轴箱在摇臂上沿导轨作水平移动。主轴箱沿摇臂的水平运动必须先将主轴箱松开，然后再进行移动。
工件不大时，将其压紧在工作台上加工；工件较大时，可以直接装在底座上加工。进行加工时，外立柱夹紧在内立柱上，主轴箱夹紧在摇臂上。外立柱的松紧和主轴箱的松紧是依靠液压推动松紧机构进行的。在钻削加工时，主轴带动钻头的旋转运动为主运动；进给运动是主轴的纵向进给；辅助运动有摇臂沿外立柱的升降运动、主轴箱沿摇臂的水平移动、摇臂连同外立柱一起绕内立柱的回转运动。
【任务分析】
1.根据Z3040型钻床控制线路电气原理图完成元件明细表
续表
【项目实施】
1.摇臂钻床的安装步骤
(1)分析和熟悉控制电路图。
(2)按元件明细表配齐电气设备和电气元件，并检测所有元件。
(3)按编号原则在原理图上给各电气元件接线端编号。
(4)给各电气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。
(5)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。
(6)根据原理图的编号给各连接线端做好标记。
(7)在内立柱的电源引入盘内安装电源总开关、熔断器FU1和冷却液泵电动机的组合开关SA2。
(8)在摇臂盒中的开关板上安装接触器KM1～KM5、熔断器FU2、零压继电器KA、热继电器FR、变压器TC和一定节数的编好号的接线板。
(9)安装接线，并根据机械要求安装SQ1-1、SQ1-2和SQ2-1、SQ2-2，检查电路接线。
(10)接通电源，分别观察4台电动机的转向是否符合要求。
(11)安装传动装置，并清理场地。
(12)检查线路接线无错误后通电试车，并仔细调整行程开关的位置，使之完全符合工作要求。
2.Z3040型摇臂钻床的电气控制系统的维修
续表
【项目评价】
本任务从学生项目资讯、元件的应用、线路分析、方案制定结果、操作实施正确性、项目总结报告及学习态度等多方面进行考核，采取教师评价、学生评价和互评相结合的方式，将学生学习情况及任务完成情况分成优、良、及格三个等级。
【知识超市】
Z3040摇臂钻床电路图如图2-18所示。
1.主电路分析
M1为主轴电动机。摇臂钻床的主运动和进给运动都为主轴的运动，由一台主轴电动机M1拖动，再通过主轴传动机构和进给传动机构实现。主轴变速机构和进给变速机构都装在主轴箱内。主轴在一般的转速下进行钻削加工，而低速时主要用于扩孔、铰孔、攻螺纹等加工。为加工螺纹，主轴要求有正反转，主轴的正、反转一般采用机械的方法实现，主轴电动机M1只需作单方向的旋转。主轴电动机M1由接触器KM1控制，热继电器FR1作过载保护。
M2为摇臂升降电动机。摇臂的升降运动由M2拖动，M2要求进行正、反转的点动控制，由接触器KM2、KM3进行控制，不加过载保护。
M3为液压泵电动机。内外立柱的夹紧放松、主轴箱的夹紧放松和摇臂夹紧放松可采用手柄机械操作、电气—机械装置、电气—液压装置或电气—液压—机械装置等控制方法来实现，若采用液压装置，则靠液压泵电动机M3拖动油泵送出压力油来实现。M3由接触器KM4、KM5控制其正、反转。热继电器FR2进行过载保护。
摇臂的升降运动必须按照摇臂松开→升或降→摇臂夹紧的顺序进行，因此摇臂的夹紧、放松与摇臂的升降按自动控制进行。
M4为冷却泵电动机。它拖动冷却泵供出冷却液对刀具进行冷却，由于M4的容量很小，所以由SA2直接控制。
2.控制电路分析
控制电路的电源电压由变压器TC将380V的交流电压降为127V得到。
(1)主轴电动机的控制。主轴电动机M1为单向旋转，按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈得电，接触器KM1吸合并自锁，主轴电动机M1启动运转。主轴电动机启动后拖动齿轮泵送出压力油，此时可操纵主轴操作手柄，主轴操作手柄用来改变两个操纵阀的相互位置，使压力油作不同的分配。主轴操作手柄有五个操作位置:上、下、里、外和中间，分别为“空挡”“变速”“反转”“正转”和“停车”。
主轴电动机M1启动运转后，将手柄扳至所需转向位置，于是一股压力油将制动摩擦离合器松开，为主轴旋转创造条件，另一股压力油压紧正转(或反转)摩擦离合器，接通主轴电动机到主轴的传动链，驱动主轴实现正转或反转。在主轴正转或反转的过程中，可转动变速旋钮，改变主轴的转速或主轴进给量，然后将操作手柄扳回“中间”，即主轴“停车”位置，这时主轴电动机仍拖动齿轮泵旋转，但此时整个液压系统为低压油，不能松开制动摩擦离合器，而在制动弹簧的作用下将制动摩擦离合器压紧，使制动轴上的齿轮不能转动，实现主轴停车。在主轴停车时，主轴电动机仍在旋转，只是不能将动力传到主轴。再将主轴操作手柄扳至“变速”位置，使齿轮泵送出的压力油进入主轴转速预选阀，然后进入相应的变速油缸，另一油路系统推动拨叉缓慢移动，逐渐压紧主轴正转摩擦离合器，接通主轴电动机到主轴的传动链，带动主轴缓慢旋转，以利于齿轮的啮合。当变速完成，松开操作手柄，此时手柄在弹簧作用下由“变速”位置自动复位到主轴“停车”位置，然后再操纵主轴正转或反转，转轴将在新的转速或进给量下工作。
按下停止按钮SB1，KM1释放，主轴电动机停转。过载时，热继电器FR1的常闭触点断开，KM1释放，主轴电动机停转。
若将操作手柄扳至“空挡”位置，这时压力油使主轴传动中的滑移齿轮处于中间脱开位置。这时可用手轻便地转动主轴。
(2)摇臂升降的控制。摇臂升降的控制包括摇臂的自动松开，上升或下降后再自动夹紧。因此摇臂的升降控制必须与夹紧机构的液压系统紧密配合。夹紧机构液压系统夹紧放松的控制是由液压泵电动机拖动液压泵送出压力油推动活塞、菱形块实现的。其中主轴箱和立柱的夹紧放松由一个油路控制，而摇臂的夹紧放松由另一个油路控制，这两个油路均由电磁阀YV操纵。电磁阀YV线圈通电，电磁阀YV吸合，压力油进入摇臂松紧控制的油腔；电磁阀YV线圈断电，电磁阀YV不吸合，压力油进入主轴箱和立柱松紧油腔。
在摇臂升降控制的操作前，摇臂处于夹紧状态，油进入夹紧油腔，行程开关SQ3被压下，其常闭触点SQ3(2-18)断开。
若进行摇臂上升的控制，则按下上升复合按钮SB3，其常闭触点SB3(9-12)断开，切断摇臂下降的KM3线圈回路；其常开触点SB3(2-6)闭合，时间继电器KT线圈通电并吸合，其瞬动常开触点KT(14-15)瞬时动作，接通了接触器KM4的线圈回路，接触器KM4吸合，使液压泵电动机M3正转，液压泵供出正向压力油。同时常开触点KT(2-18)闭合，接通电磁阀YV的线圈。电磁阀的吸合使压力油进入摇臂松开油腔，推动松开机构，使摇臂松开，并压下行程开关SQ2，其常闭触点SQ2(7-14)断开，接触器KM4因线圈断电而释放，液压泵电动机M3停止转动，同时SQ2的常开触点SQ2(7-9)闭合，接触器KM2线圈通电，使接触器KM2吸合，摇臂升降电动机M2正转，拖动摇臂上升。在压力油进入摇臂松开油腔后，行程开关SQ3被释放，其常闭触点SQ3(2-18)闭合，此时由于KT线圈通电，其延时闭合的常闭触点KT(18-19)断开，所以接触器KM5线圈回路处于断电状态。
当摇臂上升到所需的位置时，松开按钮SB3，接触器KM2和时间继电器KT均释放，摇臂升降电动机M2停转，摇臂停止上升，时间继电器KT释放后，延时1～3s，其延时闭合的常闭触点KT(18-19)闭合，接通接触器KM5的线圈回路，接触器KM5吸合，液压泵电动机M3反转，反向供给压力油。这时常闭触点SQ3(2-18)是闭合的，电磁阀仍通电吸合，结果使压力油进入摇臂夹紧的油腔，推动夹紧机构，使摇臂夹紧。夹紧后压下SQ3，其常闭触点SQ3(2-18)断开，接触器KM5和电磁阀YV线圈断电而释放，液压泵电动机M3停转，摇臂的上升过程结束。
行程开关SQ2保证只有摇臂完全松开后才能升降。如果摇臂没有完全松开，则SQ2不动作，其常开触点SQ2(7-9)不能闭合，接触器KM2和KM3就不能通电吸合，摇臂升降电动机M2不会动作。
(3)主轴箱与立柱松开夹紧的控制。主轴箱的松开与夹紧的控制是由夹紧机构液压系统的一个油路控制的。主轴箱与立柱的松开夹紧控制是同时进行的。
(4)冷却泵电动机M4的控制。由于冷却泵电动机容量较小(0.125kW)，直接由SA1开关控制，进行单向旋转。
3.照明和信号指示电路分析
照明电源是变压器TC提供的36V交流电压。照明灯EL由装在灯头上的开关SA1控制，灯的一端保护接地。熔断器FU3作为照明电路的短路保护。
HL3为主轴旋转工作指示灯，HL2为主轴箱、立柱夹紧指示灯，HL1为主轴箱、立柱松开指示灯。
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