Z3040摇臂钻床的电气控制电路优化方案

Z3040摇臂钻床是在Z35型摇臂钻床基础上的更新产品。它取消了Z35汇流环的供电方式，改为直接由机床底座进线，由外立柱顶部引出再进入摇臂后面的电气壁龛；在内外立柱、主轴箱及摇臂的夹紧放松和其他一些环节上采用了先进的液压技术。由于Z3040在机械上有两种形式，所以其电气控制电路也有两种形式，下面以沈阳中捷友谊厂生产的Z3040型摇臂钻床为例进行分析。

该摇臂钻床具有两套液压控制系统，一个是操纵机构液压系统；一个是夹紧机构液压系统。前者安装在主轴箱内，用以实现主轴正反转、停车制动、空挡、预选及变速；后者安装在摇臂背后的电器盒下部，用以夹紧松开主轴箱、摇臂及立柱。

1.液压系统简介

1）操纵机构液压系统

该系统压力油由主轴电动机拖动齿轮泵送出，由主轴变速、正反转及空挡操作手柄来改变两个操纵阀的相互位置，使压力油做不同的分配，获得不同的动作。操作手柄有五个空间位置：上、下、里、外和中间位置，其中上为“空挡”，下为“变速”，外为“正转”，里为“反转”，中间位置为“停车”。而主轴转速及主轴进给量各由一个旋钮预选，然后再操作手柄。

启动主轴时，首先按下主轴电动机启动按钮，主轴电动机启动，拖动齿轮泵，送出压力油，然后操纵手柄，扳至所需转向位置，于是两个操纵阀相互位置改变，使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（反转）摩擦离合器，接通主轴电动机到主轴的传动链，驱动主轴正转或反转。

在主轴正转或反转过程中，也可旋转变速旋钮，改变主轴转速或主轴进给量。

主轴停车时，将操作手柄扳回中间位置，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，无法松开制动摩擦离合器，而在制动弹簧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，主轴实现停车。主轴停车时主轴电动机仍然旋转，但不能将动力传到主轴。

主轴变速与进给变速：将操作手柄扳至“变速”位置，于是改变两个操纵阀的相互位置，使齿轮泵送出的压力油进入主轴转速预选阀和主轴进给量预选阀，然后进入各变速油缸。各变速油缸为差动油缸，具体哪个油缸上腔进压力油或回油，取决于所选定的主轴转速和进给量大小。与此同时，另一条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，使主轴缓慢转动，称为缓速。缓速的目的在于使滑移齿轮能比较顺利地进入啮合位置，避免出现齿顶齿现象。当变速完成，松开操作手柄，此时将在弹簧作用下由“变速”位置自动复位到主轴“停车”位置，这时便可操纵主轴正转或反转，主轴将在新的转速或进给量下工作。

主轴空挡：将操作手柄扳向“空挡”位置，这时由于两个操纵阀相互位置改变，压力油使主轴传动系统中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）夹紧机构液压系统

主轴箱、立柱和摇臂的夹紧与松开，是由液压泵电动机拖动液压泵送出压力油，推动活塞、菱形块来实现的。其中主轴箱和立柱的夹紧放松由一个油路控制，而摇臂的夹紧松开因与摇臂升降构成自动循环，所以由另一个油路单独控制。这两个油路均由电磁阀操纵。

欲夹紧或松开主轴箱及立柱时，首先启动液压电动机，拖动液压泵，送出压力油，在电磁阀操纵下，使压力油经二位六通阀流入夹紧或松开油腔，推动活塞和菱形块实现夹紧或松开。由于液压泵电动机是点动控制，所以主轴箱和立柱的夹紧与松开是点动的。

摇臂的松开与夹紧因与摇臂升降有关联，将在电气控制部分叙述。

2.电气控制电路分析

图4－18为Z3040摇臂钻床电气控制电路。图中M1为主轴电动机，M2为摇臂升降电动机，M3为液压泵电动机，M4为冷却泵电动机。

图4－18　Z3040摇臂钻床电气控制电路

Z3040摇臂钻床原理图1、2

1）主电路分析(www.xing528.com)

M1为单方向旋转，由接触器KM1控制，主轴的正反转则由机床液压系统操纵机构配合正反转摩擦离合器实现，并由热继电器FR1为电动机长期过载保护。

M2由正、反转接触器KM2、KM3控制实现正反转。控制电路在操纵摇臂升降时，首先使液压泵电动机启动旋转，输出压力油，经液压系统将摇臂松开，然后才使电动机M2启动，拖动摇臂上升或下降。当移动到位后，控制电路又保证M2先停下，再自动通过液压系统将摇臂夹紧，最后液压泵电动机才停下。M2为短时工作，不用设长期过载保护。

M3由接触器KM4、KM5实现正反转控制，并有热继电器FR2为长期过载保护。

M4电动机容量小，仅0.125 kW，由开关SA控制。

2）控制电路分析

由按钮SB1、SB2与KM1构成主轴电动机M1的单方向旋转启动－停止电路。M1启动后，指示灯HL3亮，表示主轴电动机在旋转。

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。由于摇臂的升降控制需与夹紧机构液压系统紧密配合，所以与液压泵电动机的控制有密切关系。下面以摇臂的上升为例分析摇臂升降的控制。

按下上升点动按钮SB3，时间继电器KT线圈通电，触点KT（1—17）、KT（13—14）立即闭合，使电磁阀YV、KM4线圈同时通电，液压泵电动机启动，拖动液压泵送出压力油，并经二位六通阀进入松开油腔，推动活塞和菱形块，将摇臂松开。同时，活塞杆通过弹簧片压下行程开关SQ2，发出摇臂松开信号，即触点SQ2（6—7）闭合，SQ2（6—13）断开，使KM2通电，KM4断电。于是电动机M3停止旋转，油泵停止供油，摇臂维持松开状态；同时M2启动旋转，带动摇臂上升。所以SQ2是用来反映摇臂是否松开并发出松开信号的电器元件。

当摇臂上升到所需位置时，松开按钮SB3，KM2和KT断电，M2电动机停止旋转，摇臂停止上升。但由于触点KT（17—18）经1～3 s延时闭合，触点KT（1—17）经同样延时断开，所以KT线圈断电经1～3 s延时后，KM5通电，YV断电。此时M3反向启动，拖动液压泵，供给压力油，经二位六通阀进入摇臂夹紧油腔，向反方向推动活塞和菱形块，将摇臂夹紧。同时，活塞杆通过弹簧片压下行程开关SQ3，使触点SQ3（1—17）断开，使KM5断电，油泵电动机M3停止旋转，摇臂夹紧完成。所以SQ3为摇臂夹紧信号开关。

时间继电器KT是为保证夹紧动作在摇臂升降电动机停止运转后进行而设置的，KT延时长短依摇臂升降电动机切断电源到停止惯性大小来调整。

摇臂升降的极限保护由组合开关SQ1来实现。SQ1有两对常闭触点，当摇臂上升或下降到极限位置时相应触点动作，切断对应上升或下降接触器KM2与KM3，使M2停止旋转，摇臂停止移动，实现极限位置保护。SQ1开关两对触点平时应调整在同时接通位置；一旦动作时，应使一对触点断开，而另一对触点仍保持闭合。

摇臂自动夹紧程度由行程开关SQ3控制。如果夹紧机构液压系统出现故障不能夹紧，那么触点SQ3（1—17）断不开，或者SQ3开关安装调整不当，摇臂夹紧后仍不能压下SQ3，这时都会使电动机M3处于长期过载状态，易将电动机烧毁，为此M3采用热继电器FR2为过载保护。

主轴箱和立柱松开与夹紧的控制。主轴箱和立柱的夹紧与松开是同时进行的。当按下松开按钮SB5，KM4通电，M3电动机正转，拖动液压泵，送出压力油，这时YV处于断电状态，压力油经二位六通阀，进入主轴箱松开油腔与立柱松开油腔，推动活塞和菱形块，使主轴箱和立柱实现松开。在松开的同时通过行程开关SQ4控制指示灯发出信号，当主轴箱与立柱松开时，开关SQ4不受压，触点SQ4（101—102）闭合，指示灯HL1亮，表示确已松开，可操作主轴箱和立柱移动。当夹紧时，将压下SQ4，触点（101—103）闭合，指示灯HL2亮，可以进行钻削加工。

机床安装后，接通电源，可利用主轴箱和立柱的夹紧、松开来检查电源相序，当电源相序正确后，再调整电动机M2的接线。

3.Z3040电气控制电路常见故障分析

摇臂钻床电气控制的特点是机、电、液的联合控制。下面仅以摇臂移动的常见故障作一分析。

（1）摇臂不能上升。由摇臂上升电气动作过程可知，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停止旋转，M2启动。下面以SQ2有无动作来分析摇臂不能移动的原因。

若SQ2不动作，常见故障为SQ2安装位置不当或发生移动。这样，摇臂虽已松开，但活塞杆仍压不上SQ2，致使摇臂不能移动。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。为此，应配合机械、液压调整好SQ2位置并重新安装牢固。

有时电动机M3电源相序接反，此时按下摇臂上升按钮SB3时，电动机M3反转，使摇臂夹紧，更压不上SQ2，摇臂也不会上升。所以，机床大修或安装完毕，必须认真检查电源相序及电动机正反转是否正确。

（2）摇臂移动后夹不紧。摇臂升降后，摇臂应自动夹紧，而夹紧动作的结束由开关SQ3控制。若摇臂夹不紧，说明摇臂控制电路能够动作，只是夹紧力不够。这是由于SQ3动作过早，使液压泵电动机M3在摇臂还未充分夹紧时就停止旋转。这往往是由于SQ3安装位置不当或松动移位，过早地被活塞杆压下而提前动作之故。

（3）液压系统的故障。有时电气控制系统工作正常，而电磁阀芯卡住或油路堵塞，造成液压控制系统失灵，也会造成摇臂无法移动。因此，在维修工作中应正确判断是电气控制系统还是液压系统的故障，然而这两者之间相互联系，应相互配合共同排除故障。