摇臂钻床电气控制电路及故障分析

摇臂钻床是一种孔加工机床，可进行钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等各种形式的加工，结构示意图如图3.6所示。

1.摇臂钻床的结构与运动分析

摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱、主轴及工作台等组成。内立柱固定在底座的一端，外面套着空心的外立柱，外立柱可绕内立柱回转360°。摇臂的一端为套筒，套装在外立柱上，并借助丝杆的正反转可沿着外立柱做上下移动。由于丝杆与外立柱连成一体，而升降螺母固定在摇臂上，所以摇臂不能绕外立柱转动，只能与外立柱一起绕内立柱回转。主轴箱是一个复合部件，由主轴电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构、机床的操作机构等部分组成。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作使其在水平导轨上沿摇臂移动。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，钻头一边旋转进行切削，一边进行纵向进给。摇臂钻床的主运动为主轴的旋转运动；进给运动为主轴的纵向进给。辅助运动有摇臂沿外立柱垂直移动、主轴箱沿摇臂长度方向移动和摇臂与外立柱一起绕内立柱回转运动。

图3.6　钻床的结构示意图

1—底座；2—内外立柱；3—摇臂；4—主轴箱；5—主轴；6—工作台

2.摇臂钻床的液压系统

该摇臂钻床具有操纵机构液压系统和夹紧机构液压系统两套液压系统。前者装在主轴箱内，用以实现主轴正反转、停车制动、空档、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）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、正反转及空档操作手柄来改变两个操纵阀的相互位置，其中上为“空档”、下为“变速”、里为“反转”、外为“正转”、中间位置为“停车”。主轴转速及主轴进给量各由一个旋钮预选，然后操作手柄。

启动主轴时，首先按下主轴电动机启动按钮，主轴电动机旋转拖动齿轮泵送出压力油，然后操纵手柄，扳至所需转向位置。两个操纵阀相互位置改变，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按钮，改变主轴转速或主轴进给量。

主轴停车时，将操纵手柄扳回中间位置，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，在制动弹簧作用下将制动离合器压紧，使制动轴上的齿轮不能转动，主轴实现停车。所以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。

主轴变速与进给变速。将操纵手柄扳至“变速位置”，于是改变两个操纵阀的相互位置，使齿轮泵送出压力油进入主轴预选阀和主轴进给预选阀，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给进量大小。同时，另一条油路系统扒动拔叉缓慢移动，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，避免出现齿顶齿的现象。当变速完成，松开操作手柄，此时操纵手柄在弹簧作用下由“变速”位置自动复位到主轴“停车”位置，这时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。

主轴空档。将操作手柄扳向“空档”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实现的，其中主轴箱和立柱的夹紧与放松由一个油路控制，摇臂的夹紧与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头动控制，所以主轴箱和立柱的夹紧与松开是头动的。

3.Z3040B摇臂钻床电气控制电路分析

Z3040B摇臂钻床电路图如图3.7所示。

图3.7　Z3040B摇臂钻床的电路图

（1）主电路分析。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。M1为单方向旋转，由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作为电动机长期过载保护，并由指示灯HL2指示其运转情况。M2由接触器KM2和KM3控制实现正反转。控制电路保证在操纵摇臂升降时，首先使液压泵电动机启动旋转，供出压力油，经液压系统将摇臂松开，然后使电动机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。并由指示灯HL3，HL4分别指示其摇臂上升和摇臂下降。M3由KM4、KM5实现正反转控制，并由热继电器FR2作为长期过载保护，并由指示灯HL5和HL6分别指示其松开和夹紧。M4电动机为冷却泵电动机，由开关SA2控制，并由指示灯HL7指示其运转情况。

（2）控制电路分析。由按钮SB1、SB2与KM1构成主轴电动机M1的单向启动与停止电路。M1启动后指示灯HL2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头动控制电路。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。按下上升头动按钮SB3，时间继电器KT线圈通电，触头KT（1-19）、KT（15-16）立即闭合，使电磁铁YA、KM4线圈同时通电，液压泵电动机启动旋转，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上行程开关SQ2，发出摇臂松开信号，即触头SQ2（8-9）闭合，SQ2（8-15）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。如果SQ2没有动作，表示摇臂没有松开，KM2、KM3就不能吸合，摇臂就不能升降。

当摇臂上升到所需位置时，松开SB3，KM2和KT断电，M2电动机停止旋转，摇臂停止上升。但由于触头KT（19-20）经1～10s延时闭合，触头KT（1-19）同样经延时断开，所以KT线圈断电经1～10s延时后，KM5通电，YA断电。此时M3反向启动，拖动液压泵，送出压力杆通过弹簧片压下行程开关SQ3，使触头SQ3（1-19）断开，KM5断电，油泵电动机M3停止转动，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夹紧而设的。KT延时长短根据摇臂升降电动机切断电源到停止的惯性大小来调整，应保证摇臂停止运动后才夹紧。

摇臂升降的极限由手柄开关SQ1-1，SQ1-2来实现。有两对常闭触头，当摇臂上升或下降到极限位置时相应触头动作，切断对应上升或下降接触器KM2与KM3，使M2停止转动，摇臂停止移动，实现极限保护。SQ1-1，SQ1-2开关两对触头平时调整在同时接通位置，一旦动作应使一对触头断开，另一对触头仍保持闭合。

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，那么触头SQ3（1-19）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，易将电动机烧坏，为此M3采用热继电器FR2作过载保护。

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YA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，开关SQ4受压，触头SQ4（0-29）闭合，指示灯HL5亮，表示确已松开，可操作主轴箱与立柱移动。当夹紧时，将SQ4触头（0-30）闭合，指示灯HL6亮，可进行钻削加工。

4.钻床故障分析

（1）故障①点：HL1不亮（电源指示不亮）。故障原因是TC 380V/127V副边线圈断开。解决办法是检查变压器TC 380V/127V副边线圈接线及故障情况并处理。

（2）故障②点：EL1不亮。故障原因是转换开关SA1断开。解决办法是检查转换开关接线及故障情况并处理。

（3）故障③点：HL1不亮（电源指示不亮）。故障原因FU3熔断器断开。解决办法是检查FU3熔断器的接线及熔断情况并处理。(www.xing528.com)

（4）故障④点：HL1不亮（电源指示不亮）。故障原因HL1接线或器件故障。解决办法是检查HL1的接线及故障情况并处理。

（5）故障⑤点：接触器KM6线圈不吸合。故障原因是转换开关SA2断开。解决办法是检查转换开关接线及故障情况并处理。

（6）故障⑥点：主轴电动机M1不转。故障原因是按钮SB1常闭触头断开。解决办法是检查该按钮的接线情况及故障情况并做相应处理。

（7）故障⑦和⑧点：主轴电动机M1点动或不转。故障原因是接触器KM1辅助常开自锁触头断开，或者是按钮SB2常开触头故障。如果是点动说明KM1自锁触头断开，如果不转则可能是SB2故障。

（8）故障⑨点：电动机M2不转。故障原因是复合按钮SB3常开触头断开。解决办法是检查该按钮的接线情况及故障情况并做相应处理。

（9）故障⑩点：电动机M2不转。故障原因是行程开关SQ1-1断开。解决办法是检查行程开关SQ1的机械部分和电气部分，分别进行故障处理。

（10）故障⑪和⑫点：电动机M2\M3不转。故障原因是行程开关SQ2断开。解决办法是检查行程开关SQ2的机械部分和电气部分，分别进行故障处理。

（11）故障⑬点：M2不转。故障原因是接触器KM3辅助常闭互锁触头断开。解决办法是检查接触器KM3的互锁触头的接线及故障情况并处理。

（12）故障⑭点：M2不反转。故障原因是复合按钮SB3常闭触头断开。解决办法是检查该按钮的接线情况及故障情况并做相应处理。

（13）故障⑮点：M2不反转。故障原因是接触器KM2辅助常闭互锁触头断开。解决办法是检查接触器KM2的互锁触头的接线及故障情况并处理。

（14）故障⑯点：M2不反转。故障原因是复合按钮SB4常开触头断开。解决办法是检查该按钮的接线情况及故障情况并做相应处理。

（15）故障⑰点：立柱松开电动机M3不转。故障原因是时间继电器KT瞬动常开触头断开。处理办法是紧固时间继电器瞬动常开触头KT的接线，并检查触头是否有熔焊等故障。

（16）故障⑱点：电动机M3不转。故障原因是接触器KM5辅助常闭互锁触头断开。解决办法是检查接触器KM5的互锁触头的接线及故障情况并处理。

（17）故障⑲点：电动机M3不转。故障原因是热继电器FR2常闭触头断开。解决办法是检查热继电器FR2的常闭触头的接线情况及热继电器热元件的故障并处理。

（18）故障⑳点：夹紧限位失效，导致电动机M3不反转。故障原因是行程开关SQ3常闭触头断开。解决办法是检查行程开关SQ3的机械部分和电气部分，分别进行故障处理。故障⑳点：时间继电器KT延时断开常开触头断开。解决办法是检查时间继电器KT延时断开常开触头接线情况并处理。

（19）故障㉑点：电动机M3不反转。故障原因是时间继电器KT延时闭合常闭触头断开。解决办法是检查时间继电器KT延时闭合常闭触头接线情况并处理。

（20）故障㉒点：电动机M3不反转。故障原因是接触器KM4辅助常闭互锁触头断开。解决办法是检查接触器KM4的互锁触头接线及故障情况并处理。

（21）故障㉓点：SB5常闭触头断开。

（22）故障㉔点：SB6常闭触头断开。

故障㉓点和㉔点的故障导致电磁铁YA不吸合，所以应检查两个按钮的故障情况。

（23）故障㉕和㉖点：后面连接的所有信号灯和指示灯都不亮。故障㉕点的故障原因是TC 380V/36V副边线圈断开。解决办法是检查变压器TC 380V/36V副边线圈接线及故障情况并处理。故障㉖点的故障原因可能是断线或指示灯烧毁。

（24）故障㉗点：HL2不亮；KM1常开触头断开。

（25）故障㉘点：HL3不亮；KM2常开触头断开。

（26）故障㉙点：HL4不亮；KM3常开触头断开。

（27）故障㉚点：HL5不亮；SQ4常开触头断开。

（28）故障㉛点：HL6不亮；SQ4常闭触头断开。

（29）故障㉜点：HL7不亮；KM6常开触头断开。

故障㉗～故障㉜都属于器件故障，需根据实际故障修复或更换相应器件。

除了上述故障之外，所有电磁式低压电器的线圈都可能故障，如接触器KM1～KM6线圈和时间继电器KT线圈，故障原因可能是接线故障、错线故障和线圈损坏等。