Z3040摇臂钻床电力拖动控制系统设计说明Word格式.docx

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它的调速是通过三相交流异步电动机和变速箱来实现的。

也有的是采用多速异步电动机拖动，这样可以简化变速机构。

钻床的种类很多，有台钻、立钻、卧钻、专门化钻床和摇臂钻床。

台钻和立钻的电气电路比较简单，其他型式的钻床在控制系统上也大同小异。

摇臂钻床适合于在大、中型零件上进行钻孔、扩孔、铰孔及攻螺纹等工作，在具有工艺装备的条件下还可以进行镗孔。

摇臂钻床的主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动机拖动，主轴的正反向旋转运动是通过机械转换实现的。

故主电动机只有一个旋转方向。

摇臂钻床除了主轴的旋转和进给运动外，还有摇臂的上升、下降及立柱的夹紧和放松。

摇臂的上升、下降由一台交流异步电动机拖动，主轴箱、立柱的夹紧和放松由另一台交流电动机拖动。

通过电动机拖动一台齿轮泵，供给夹紧装置所需要的压力油。

而摇臂的回转和主轴箱的左右移动通常采用手动。

此外还有一台冷却泵电动机对加工的刀具进行冷却。

控制要求

（1）主要控制电器为四台电机：

主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机、冷却泵电机。

（2）主电动机和液压泵电机采用热继电器进行过载保护，摇臂升降电动机、冷却泵电机均为短时工作，不设过载保护。

（3）摇臂的升降，主轴箱、立柱的夹紧放松都要求拖动摇臂升降电动机、液压泵电动机能够正反转。

（4）摇臂的升降控制：

按下摇臂上升起动按钮，液压泵电动机起动供给压力油，经分配阀体进入摇臂的松开油腔，推动活塞使摇臂松开。

同时摇臂升降电动机旋转使摇臂上升。

如果摇臂没有松开，摇臂升降电动机不能转动，必须保证了只有摇臂的可靠松开后方可使摇臂上升或下降，可使用限位开关控制。

当摇臂上升到所需要的位置时，松开摇臂上升起动按钮，升降电动机断电，摇臂停止上升。

当持续1~3s后，液压泵电动机反转，使压力油经分配阀进入的夹紧液压腔，摇臂夹紧，同时液压泵电动机停止，完成了摇臂的松开—上升—夹紧动作。

（5）摇臂升降电动机的正转与反转不能同时进行，否则将造成电源两相间的路。

（6）因为摇臂的上升或下降是短时的调整工作，所以应采用点动方式。

（7）摇臂的上升或下降要设立极限位置保护。

（8）立柱和主轴箱的松开与夹紧控制：

主轴箱与立柱的松开及夹紧控制可以单独进行，也可以同时进行。

由开关SA2和按钮SB5（或SB6）进行控制。

SA2有三个位置：

在中间位置（零位）时为松开及夹紧控制同时进行，扳到左边位置时为立柱的夹紧或放松，扳到右边位置时为主轴箱的夹紧或放松。

SB5是主轴箱和立柱的松开按钮，SB6为主轴箱和立柱的夹紧按钮。

（9）主轴箱的松开和夹紧为的动作过程：

首先将组合开关SA2扳向右侧。

当要主轴箱松开时，按下按钮SB5，经1～3s后，液压泵电动机正转使压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱放松。

主轴箱和立柱松开指示灯HL2亮。

当要主轴箱夹紧时，按下按钮SB6，经1～3s后，液压泵电动机反转，压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱夹紧。

同时指示灯HL3亮，HL2灭，指示主轴箱与立柱夹紧。

（10）当将SA2扳到左侧时，立柱松开或夹紧。

SA2在中间位置按下SB5或SB6时，主轴箱和主柱同时进行夹紧或放松。

其他动作过程和主轴箱松开和夹紧完全相同，不再重复。

（11）机床要有照明设施

设计任务

（1）根据控制要求，进行摇臂钻床电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及照明电路。

（2）编写设计说明书，内容包括：

主电路，控制电路及照明电路。

设计过程中和对电路原理图的详细说明。

电气设备明细表。

（3）参考资料、参考书及参考手册。

其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对设计的认识和建议等。

第一章摇臂钻床概述

钻床为孔加工机床，按其结构形式不同，可分为立式钻床，卧式钻床，深孔钻床，多轴钻床等，摇臂钻床是机械加工中常用的机床，它适用于单件或批量生产中带有多孔的零件的加工。

Z3040型摇臂钻床即为常见的一种摇臂钻床，其简单的结构图如下所示：

Z3040摇臂钻床示意图

摇臂钻床的主要运动包括：

主运动，即主轴的旋转运动和给进运动；

辅助运动，即摇臂沿外立柱的垂直移动，主轴箱沿摇臂的径向移动和摇臂与外立柱一起相对于内立柱的回转运动，后者为手动。

另外还要考虑主轴箱，摇臂，内外立柱的加紧和松开。

其中主运动部分,主轴的转动和给进运动由一台三相交流异步电机（3KW）驱动，主轴的转动方向由机械及液压装置控制；

摇臂沿外立柱的垂直移动由一台1.1KW的鼠笼异步电动机拖动。

摇臂钻床的三种对刀移位装置对应的三套夹紧与放松装置，对刀移动时，需要将装置放松，加工过程中，需要将装置夹紧。

三套加紧装置分别为摇臂夹紧（摇臂与外立柱之间）：

主轴箱夹紧（主轴箱与摇臂导轨之间）；

立柱夹紧（外立柱和内立柱之间）。

通常主轴箱和立柱的夹紧与放松同时进行。

摇臂的夹紧与放松则要与摇臂升降运动结合进行。

Z3040摇臂钻床夹紧与放松机构液压原理图如下所示，

加紧机构液压系统原理图

图中液压泵采用双向定量泵。

液压泵电动机在正反转时，驱动液压缸中的活塞左右移动，实现夹紧装置的夹紧与放松运动。

电磁换向阀的电磁铁YA用于选择夹紧与放松的现象，电磁铁YA的线圈不通电时电磁换向阀工作在左工位，接触器KM4，KM5控制液压泵电动机的正反转，实现主轴箱和立柱同时的夹紧和放松；

电磁铁YA线圈通电时，电磁换向阀工作在右工位，接触器KM4,KM5控制液压泵电动机的正反转，实现摇臂的夹紧与放松。

第二章摇臂钻床的控制电路系统设计

2.1电气控制原理图

主回路分析

电源由总开关SK引入，主轴电动机M1单向旋转，由接触器KM1控制。

主轴的正、反转由机床液压系统操作机构配合摩擦离合器实现。

摇臂升降电动机M2由正、反接触器KM2、KM3控制。

液压泵电动机M3拖动液压泵送出压力液以实现摇臂的松开、夹紧以及主轴箱的松开、夹紧，并由接触器KM4、KM5控制正、反转。

冷却泵电动机KM4用开关SA2控制。

控制线路分析

1.电动机M1的控制

按下启动按钮SB2→接触器KM1通电→M1转动。

按下停止按钮SB1→接触器KM1断开→M1停止。

2.摇臂升降电动机M2的控制

摇臂上升：

按下升起按钮SB3→时间继电器KT通电→电磁阀YA通电，推动松开机构使摇臂松开。

∟接触器KM4通电→液压泵→电动机M3正转松开机构压下限位开关SQ2→KM4断电→M3停转，停止松开。

∟上升接触器KM2通电→升降电动机M2正转，摇臂上升，到预定位置→松开SB3→上升接触器KM2断电→M2停转，摇臂停止上升。

∟时间继电器KT断电→延时t（s）,KT延时闭合常闭触点闭合→接触器KM5通电→M5反转→电磁阀推动夹紧机构使摇臂夹紧→夹紧机构压动限位开关SQ3→电磁阀YV断电。

∟接触器KM5断电→液压泵电动机M3停转，夹紧停止。

摇臂上升过程结束。

摇臂上升过程和下降过程一样，不同的是由下降启动按钮SB4和下降接触器KM3实现控制。

3.主轴箱和立柱的夹紧与放松控制：

主轴箱和立柱的夹紧与松开是同时进行的。

松开：

按下松开按钮SB5→接触器KM4通电→液压泵电动机M3正转，推动松紧机构使主轴箱和立柱分别松开→限位开关SQ复位→松开指示灯HL1亮。

夹紧：

按下夹紧按钮SB6→接触器KM5通电→液压泵电动机M3反转，推动松紧机构使主轴箱和立柱分别夹紧→压下限位开关SQ4→紧指示灯HL2亮。

4.照明电路：

变压器T提供24V交流照明电源电压。

5.摇臂升降的限位保护：

摇臂上升到极限位置压动限位开关SQ2，或下降到极限位置压动限位开关SB1，使摇臂停止升或降。

第三章摇臂钻床电器元件的选择

3.1电动机的选择

（1）主电动机：

钻头（主轴）的旋转与钻头的进给，是由一台电动机拖动的，由于多种加工方式的要求，所以对摇臂钻床的主轴与进给都提出了较大的调速范围要求。

该机床的主轴调速范围为80，正转的最低速度为25r/min,最高速度为2000r/min，分六级变速：

进给运动的调速范围为80，最低进给量是0.04mm/r，最高进给量是3.2mm/r分为16级变速。

在加工螺纹的过程中，要求主轴能正反转，有机械方法变换，所以，电动机不需要反转。

电机选定型号Y100L2.4，性能指标为：

3KW,380V,6A,1430r/min

（2）摇臂升降电动机：

电机选定型号Y908-4，性能指标为：

1.1KW，2.2A，1390r/min

（3）液压泵电机：

摇臂，立柱，主轴箱的夹紧放松，均采用液压传动菱形块加紧机构，夹紧用的高压有时由一台电动机带动高压油泵送出的。

电机选定型号J031，性能指标：

0.6KW，1.2A，2880r/min

（4）冷却泵电机：

切削时，刀具及工件的冷却由冷却液泵供给所需的冷却液，冷却液流量大小有专用阀门调节，与电动机转速无关。

电机选定型号JCB-22，性能指标：

0.125KW，0.25A，2790r/min

3.2熔断器的选择

本设备中，已知主电动机功率为3KW，摇臂升降电动机为1.1KW，液压泵电机为0.6KW，冷却泵电机为0.125KW。

额定电压为380V。

总功率为

3+1.1+0.6+0.125=4.825KW

根据公式

P=0.8UI得出I总=9.65A

根据经验法

1KW=2A

主电机额定电流

2×

3=6A

摇臂升降电机额定电流

1.1=2.2A

液压泵电机额定电流

0.6=1.2A

冷却泵电机额定电流

0.125=0.25A

总额定电流

6+2.2+1.2+0.25=9.65A

所以可知额定电流为9.65A。

熔断器电流为额定电流的1.5倍，约为14.5A所以选型为RL1-15。

3.3热继电器的选择

根据热元件的整定电流为电机额定电流的0.95～1.05

主电机额定电流

（0.95～1.05）×

6A=（5.7～6.3）A

摇臂升降电机额定电流

2.2A=（2.09～2.31）A

1.2A=（1.14～1.26）A

冷却泵电机额定电流

（0.95～1.05）×

0.25A=（0.2375～0.2625）A

主电机用到热继电器FR1，所选用的电机额定电流为6A,因此选用的热继电器型号为JR20-10/11,热元件的额定电流为6A；

液压泵电机用到的热继电器FR2，所选用的电机额定电流为1.2A，因此选用热继电器型号为JR20-10/6，热元件额定电流为1.2A

FR20系列热继电器参数

型号

热元件号

整定电流范围A

JR20-10

1R

0.1------0.15

2R

0.15-----0.23

3R

0.23-----0.35

4R

0.35-----0.53

5R

0.53-----0.8

6R

0.8-------1.2

7R

1.2-------1.8

8R

1.8-------2.6

9R

2.6-------3.8

10R

3.2-------4.8

11R

4----------6

15R

8.6--------11.6

3.控制变压器：

选用变比分别为380/127/36/6.3二次侧有三个抽头的变压器，型号为BK-100，额定功率为100VA

4.控制按钮

SB1,SB4控制按钮选用型号LA-18，颜色为红色，额定电流为5A

SB2,SB5控制按钮选用型号LA-18,颜色为绿色,额定电流为5A

SB3,SB6控制按钮选用型号LA-18,颜色为黑色,额定电流为5A

5.时间继电器：

采用交流时间继电器KT1,KT2，KT3，该继电器均用于控制电路中额定电压为127V，因此选用JS7系列型时间继电器，额定电压为380V，三个瞬动常开触点JS7-2，两个瞬动常闭触点JS7-2，和一个延时断开常开触点，一个延时闭合常开触点，一个延时闭合常闭触点。

KT1的断电延时型时间继电器选用JS7-3，KT2为断电延时型时间继电器选用JS7-3，KT3通电延时型时间继电器选用JS7-1，延时时间均为1～3S。

6.中间继电器

选用型号JZ7-62，额定电压500，额定电流5A。

7.接触器

由于可控电机在额定电流为：

I=P/U

3KW/380V≈8A

因考虑到实际电流大于额定电流，所以选用型号3TB-40，额定电流9A。

3.4摇臂钻床电器元件列表

符号

名称及用途

M1

主电动机

YA1

主轴箱放松、夹紧用电磁铁

M2

摇臂升降电动机

YA2

立柱松开、夹紧用电磁铁

M3

液压泵电动机

K1

工作准备用中间继电器

M4

冷却泵电动机

SA1

机床工作灯开关

KM1

主轴旋转接触器

SA2

主轴箱、立柱松开、夹紧用转换开关

KM2

摇臂上升接触器

FR1

M1电动机过载保护用热继电器

KM3

摇臂下降接触器

FR2

M3电动机过载保护用热继电器

KM4

主轴箱、立柱、摇臂放松接触器

TC

控制变压器

KM5

主轴箱、立柱、摇臂夹紧接触器

SB1

总起动按钮

KT1

摇臂上升、下降用时间继电器

SB2

主电动机起动按钮

KT2

主轴箱、立柱和摇臂放松·

夹紧用时间继电器

SB3

摇臂上升起动按钮

KT3

主轴箱、立柱和摇臂放松、夹紧用时间继电器

SB4

摇臂下降起动按钮

SQ1

摇臂升降极限保护限位开关

SB5

主轴箱、立柱、摇臂松开按钮

SQ2

摇臂放松用限位开关

SB6

主轴箱、立柱、播臂夹紧按钮

SQ3

摇臂夹紧用限位开关

SB7

总停止按钮

SQ4

立柱夹紧、放松指示用限位开关

SB8

主电动机停止按钮

QF1～QF4

电源引入兼做短路保护用断路器

HL1～HL4

工作状态指示信号灯

QF5

工作灯用断路器

EL

机床工作灯

QF6

冷却泵电动机电源断路器

总结

这次设计使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。

这次课程设计对我的学习提供了很大的帮助，对学好课程增加了很大的信心。

我在课程设计中发现自己有很多方面的知识掌握得不牢固是在做这次课程设计明显的体现出来了，平时听课的时候感觉大部分都听懂了，课后也没有花很多时间去复习和钻研它，。

这次课程设计整体来说是成功的，但我也发现了自己许多披露和不足之处。

，做事还是缺乏耐性，当有时遇到问题时，总觉得无从下手，对于课本上的知识不能很好的组织起来。

在实际设计中遇到了很多困难，最后还是在王老师的的帮助下圆满的完成了。

通过这次实训使我调高了对控制电气等方面的认识，熟悉操作大型电气和掌握摇臂钻床的结构及工作原理的方法。

加深了我对理论知识的理解，和学习理论知识在实际中的运用，。

使我在实训中获益匪浅。