【文章內(nèi)容簡介】 ，要求電動(dòng)機(jī)能正反轉(zhuǎn)。 搖臂的夾緊和放松是由電氣和液壓聯(lián)合控制，并且有夾緊和放松的指示。 內(nèi)外立柱的夾緊與放松，主軸箱 與搖臂的夾緊與放松可采用手柄機(jī)械操作，電氣— 液壓 — 機(jī)械裝置等方法來實(shí)現(xiàn)。 鉆削加工時(shí)，需要對刀具和工件進(jìn)行冷卻，為此冷卻泵電動(dòng)機(jī)輸送冷卻液。 要有必要的限位，聯(lián)鎖和過載保護(hù)，且具有局部安全照明。 Z3040 搖臂鉆床電氣控制線路分析 Z3040 搖臂鉆床主要有兩種主要運(yùn)動(dòng)和其他輔助運(yùn)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)是指主軸帶動(dòng)鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指鉆頭的垂直運(yùn)動(dòng)；輔助運(yùn)動(dòng)是指主軸箱沿?fù)u臂水平移動(dòng)，搖臂沿外立柱上下移動(dòng)以及搖臂和外立柱一起相對于內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 Z3040 搖臂鉆床具有兩套液壓控制系統(tǒng)：一套是由主軸電動(dòng)機(jī) 拖動(dòng)齒輪泵送出壓力油，通過操縱機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主軸正反轉(zhuǎn)、停車制動(dòng)、空擋、預(yù)選與變速；另一套是由液壓泵電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)液壓泵送出壓力油來實(shí)現(xiàn)搖臂的夾緊與松開、主軸箱的夾緊與松開、立柱的夾緊與松開。前者安裝在主軸箱內(nèi)，后者安裝于搖臂電器盒下部。 該系統(tǒng)壓力油由主軸電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)齒輪泵送出，由主軸操作手柄來改變兩個(gè)操閥門的相互位置，獲得不同的動(dòng)作。操作手柄有五個(gè)空間位置：上、下、里、外和中間位置，其中上為“空擋”，下為“變速”，外為“正轉(zhuǎn)”，里為“反轉(zhuǎn)”，中間位置為“停車”。而主軸轉(zhuǎn)速及主軸進(jìn)給量各一 個(gè)旋鈕預(yù)選，然后再操作主軸手柄。 主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，首先按下主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)按鈕，主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)旋轉(zhuǎn)，拖動(dòng)齒輪泵送出壓力油。然后操縱主軸手柄，扳至所需轉(zhuǎn)向位置（里或外），于是兩個(gè)操縱閥相互位置改變，使一股壓力油制動(dòng)摩擦離合器松開，為主軸旋轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件；另一股壓力油壓緊正轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）摩擦離合器，接通主軸電動(dòng)機(jī)到主軸的傳動(dòng)鏈，驅(qū)動(dòng)主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。 在主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的過程中，可轉(zhuǎn)動(dòng)變速旋鈕，改變主軸轉(zhuǎn)速或主軸進(jìn)給量。 主軸停車時(shí)，將操作手柄扳回中間位置，這時(shí)主軸電動(dòng)機(jī)仍拖動(dòng)齒輪泵旋轉(zhuǎn)，但此時(shí)整個(gè)液壓系統(tǒng)為低壓油，無法松開制動(dòng) 摩擦離合器，而在制動(dòng)彈簧的作用下將制動(dòng)摩擦離合器壓緊，使制動(dòng)軸上的齒輪不能轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主軸停車。所以主軸停車時(shí)主 10 軸發(fā)動(dòng)機(jī)仍在旋轉(zhuǎn)，只是不能將動(dòng)力傳到主軸。 主軸變速與進(jìn)給變速：將主軸操作手柄扳至“變速”位置，于是改變兩個(gè)操縱閥的相互位置，使齒輪泵送出的壓力油進(jìn)入主軸轉(zhuǎn)速預(yù)選閥和主軸進(jìn)給量預(yù)選閥，然后進(jìn)入個(gè)變速油缸。與此同時(shí)，另一油路系統(tǒng)推動(dòng)拔叉緩慢移動(dòng)，逐漸壓緊主軸正轉(zhuǎn)摩擦離合器，接通主軸電動(dòng)機(jī)到主軸的傳動(dòng)鏈，帶動(dòng)主軸緩慢旋轉(zhuǎn)，稱為緩速，以利于齒輪的順利嚙合。當(dāng)變速完成，松開操作手柄，此時(shí)手柄在彈簧作用下由“ 變速”位置自動(dòng)復(fù)位到主軸“停車”位置，然后再操縱主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，主軸將在新的轉(zhuǎn)速或進(jìn)給量下工作。 主軸箱、內(nèi)外立柱和搖臂的夾緊和松開是由液壓泵電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)液壓泵送出壓力油，推動(dòng)活塞、菱行塊來實(shí)現(xiàn)的。其中由一個(gè)油路控制主軸箱和立柱的夾緊，另一油路控制搖臂的夾緊和松開，這兩個(gè)油路均由電磁閥控制。 立柱與主軸均采用液壓夾緊與松開，且兩者同時(shí)動(dòng)作。當(dāng)進(jìn)行夾緊或松開時(shí)要求電磁閥 YV處于釋放狀態(tài)。 Z3040 型鉆床夾緊機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)原理如圖 2— 2。 松開按鈕 SB5（或夾緊按鈕 SB6），接觸器 KM4（或 KM5）得電吸合，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3 正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，供給壓力油。壓力油經(jīng) 2 位 6 通電磁閥 YV進(jìn)入立柱夾緊液壓缸的松開（或夾緊）油腔和主軸箱夾緊液壓缸的松開（或夾緊）油腔，推動(dòng)活塞和菱形塊，使立柱和主軸箱分別松開（或夾緊）。松開后行程開關(guān) SQ4 復(fù)位（或夾緊后動(dòng)作），松開指示燈 HL1（或夾緊指示燈 HL2）亮。 （ 1）主電動(dòng)機(jī) M1 控制主軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，單向旋轉(zhuǎn)，它由接觸器 KM1 控制，而主軸的正反轉(zhuǎn)依靠機(jī)床液壓系統(tǒng)并配合正、反轉(zhuǎn)摩擦離合器來實(shí)現(xiàn)。 （ 2）搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2 具有正反轉(zhuǎn)控制，控制電路保證在操縱搖臂 升降時(shí)先通過液壓系統(tǒng)，將搖臂松開后 M2 才能起動(dòng)，帶動(dòng)搖臂上升或下降，當(dāng)移動(dòng)達(dá)到所需位置時(shí)控制電路又保證升降電動(dòng)機(jī)先停止，然后自動(dòng)液壓系統(tǒng)將搖臂夾緊。由于 M2 是短時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的，所以沒有設(shè)置過載保護(hù)。 （ 3）液壓泵電動(dòng)機(jī) M3 送出壓力油作為搖臂的松開與夾緊、立柱和主軸箱的松開與夾緊的動(dòng)力源。為此， M3 采用有接觸器 KM KM5 來實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，并設(shè) 有熱繼電器 FR2 作為過載保護(hù)。 11 2— 2 Z3040 型鉆床夾緊機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)原理圖 （ 4）冷卻泵電動(dòng)機(jī) M4 容量小，所以用組合開關(guān) SA 直接控制其運(yùn)行和停止。 該機(jī)床控制電路同樣采用 380V/127V 隔離變壓器供電，但其二次繞組增設(shè) 36V 12 安全電壓供局部照明使用。 （ 1） 搖 臂升降的控制。上升（或下降）按鈕 SB3（或 SB4）時(shí)間繼電器 KT 吸合，其延時(shí)斷開的動(dòng)合觸 點(diǎn) （ 1— 39）與瞬時(shí)動(dòng)合觸 點(diǎn) （ 23— 25）使電磁鐵 YV 和接觸器KM4 同時(shí)吸合，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3 旋轉(zhuǎn)，供給壓力油。壓力油經(jīng)二位六通閥進(jìn)入搖臂松開的油腔，推動(dòng)活塞和菱形塊，使搖臂松開。同時(shí)活塞桿通過彈簧片壓下限位開關(guān) SQ2，使接觸器 KM4 線圈斷電釋放，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3 停轉(zhuǎn)，與此同時(shí) KM2（或KM3）吸合，升降電動(dòng) 機(jī) M2 旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖臂上升（或下降）。如果搖臂沒有松開，SQ2 的動(dòng)合觸電也不能閉合， KM2 或（ KM3）就不能吸合，搖臂也幾不可能升降。 當(dāng)搖臂上升（或下降）到所需位置時(shí)，松開按鈕 SB3（或 SB4）， KM2（或 KM3和時(shí)間繼電器 KT 釋放，升降電動(dòng)機(jī) M2 停轉(zhuǎn)，搖臂停止升降。由于 KT 釋放，其延時(shí)閉合的動(dòng)斷觸 點(diǎn) （ 29— 30）經(jīng) 1～ 3s 延時(shí)后，接觸器 KM5 吸合，液壓電動(dòng)機(jī) M3反向起動(dòng)旋轉(zhuǎn)，供給壓力油。壓力油經(jīng)二位六通閥（此時(shí)電磁鐵 YV仍處于吸合狀態(tài)）進(jìn)入搖臂夾緊油腔，向相反方向推動(dòng)活塞和菱形塊，使搖臂夾緊。同時(shí)，活塞和 菱形塊使搖臂夾緊，活塞桿通過彈簧片壓下限位開關(guān) SQ3， KM5 和 YA 同時(shí)斷電釋放，液壓泵電動(dòng)機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，夾緊動(dòng)作結(jié)束。 搖臂上升的動(dòng)作過程如下： KT 吸合 按 SB3 M3 正轉(zhuǎn)、 YV 吸合 KM4 吸合 KM2 吸合 M2 正轉(zhuǎn) SQ2 臂上升到預(yù)定位置，松開 SB3。 搖臂下降的動(dòng)作過程如下： KT 吸合 按 SB4 M3 正轉(zhuǎn)、 YV 吸合 壓下 KM4 吸合 KM3 吸合 M2 反轉(zhuǎn) SQ2 搖臂下降到預(yù)定位置，松開 SB4。 KM4 斷電 M3 停止 KM4 斷電 M3 停止 13 這里還應(yīng)注意，在搖臂松開后。限位開關(guān) SQ3 復(fù)位，其觸電是（ 1— 29）閉合的，而在搖臂夾緊后 SQ3 被壓合。時(shí)間 繼電器 KT 的作用是：控制接觸器 KM5 在升降電動(dòng)機(jī) M2 斷電后的吸合時(shí)間，從而保證在升降電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)后再夾緊搖臂的動(dòng)作順序。時(shí)間繼電器 KT 的延時(shí)，可根據(jù)需要整定在 1～ 3s。 搖臂升降的限位保護(hù)，由組合開關(guān) SQ1 來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)搖臂上升到極限位置時(shí)， SQ1動(dòng)作，將電路（ 7— 9）斷開，則 KM2 斷電釋放，升降電動(dòng)機(jī) M2 停止旋轉(zhuǎn)。但 SQ1的另一組觸電（ 9— 17）仍處于閉合狀態(tài)，保證搖臂能夠下降。同理，當(dāng)搖臂下降到極限位置時(shí)， SQ1 動(dòng)作，電路（ 9— 17）斷開， KM3 釋放， M2 停轉(zhuǎn)。而 SQ1 的另一動(dòng)斷觸電（ 7— 9）仍閉合，以保證搖 臂能夠上升。 搖臂的自動(dòng)夾緊是由行程 SQ3 來控制的。如果液壓夾緊系統(tǒng)出現(xiàn)故障而不能自動(dòng)夾緊搖臂， 或 者由于 SQ3 調(diào)整不當(dāng)，在搖臂夾緊后不能使 SQ3 的動(dòng)斷觸電斷開，都會(huì)使液壓泵電動(dòng)機(jī)處于長期過載運(yùn)行狀態(tài)，這是不允許的。為了防止損壞液壓泵電動(dòng)機(jī)，電路中使用了熱繼電器 FR2。 搖臂夾緊動(dòng)作過程如下：搖臂升（或降）到預(yù)定位置，松開 SB3（或 SB4） KT 斷電延時(shí) KM5 吸合、 M3 反轉(zhuǎn)、 YV吸合 搖臂夾緊 SQ3 受壓（ 1— 29）斷開 KM M YV 均斷電釋放。 （ 2）立柱和主軸箱的松開與夾緊控制。立柱和主軸箱的松開與夾緊是同時(shí)進(jìn)行的。首先按下按鈕 SB5（或夾緊按鈕 SB6），接觸器 KM4（或 KM5）吸合，液壓電動(dòng)機(jī)M3 旋轉(zhuǎn)，供給壓力油，壓力油經(jīng)而位六通閥（此時(shí)電磁閥 YV 處于師釋放狀態(tài)）進(jìn)入立柱松開及夾緊液壓缸和主軸箱并推動(dòng)活塞和菱形塊，使立柱和主軸箱分別松開（或夾緊）。同時(shí)松開（或夾緊）指示燈 HL1（ HL2）顯示。 線路的特點(diǎn)。采用液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)主軸電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)、空擋、預(yù)選及變速；采用液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)主軸箱、立柱及搖臂的松開與夾緊，并與電氣配合實(shí)現(xiàn)搖臂升降與夾緊 、松開的動(dòng)作循環(huán)；具有指示裝備。 14 2— 3 Z3040 搖臂鉆床 主電路 控制線路圖 冷卻泵電動(dòng)機(jī) 主電動(dòng)機(jī) 搖臂升降電動(dòng)機(jī) 液壓泵電動(dòng)機(jī) 15 2— 4 Z3040 搖臂鉆床控制線路圖 16 搖臂鉆床電氣控制線路故障與處理 Z3040 搖臂鉆床電氣控制線路比較簡單，其電氣控制的主要環(huán)節(jié)是搖臂運(yùn)動(dòng)。搖臂在上升或下降時(shí)，搖臂的夾緊機(jī)構(gòu)先自動(dòng)松開，在上升或下降到預(yù)定位置后，其夾緊機(jī)構(gòu)又將搖臂自動(dòng)夾緊在立柱上。這個(gè)工作過程是由電氣、機(jī)械和液壓系統(tǒng)的緊密配合來實(shí)現(xiàn)的。 Z3040 搖臂鉆床電氣控制線路常見故障與 處理，見表 2— 1。 表 2— 1 Z3040 搖臂鉆床電氣控制線路常見故障與處理 故障現(xiàn)象 分析原因 處理方法 搖臂不能上升（或下降） SQ2 不動(dòng)作， SQ2 的動(dòng)合觸電（ 9— 11）不閉合， SQ2 安裝位置移動(dòng)或損壞； KM2 線圈不吸合，搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2 不運(yùn)行； （如液壓泵卡死、不轉(zhuǎn)、油路堵塞等），使搖臂不能完全松開，壓不到 SQ2；，由于相序接反，按 SB3 搖臂上升按鈕，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，使搖臂夾緊，壓不到SQ2，搖臂也就不能上升或下降。 SQ2 觸電、安 裝位置或損壞情況，并修復(fù)； KM2 控制回路及搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2，并修復(fù)； SQ2 位置移動(dòng)或損壞出，并修復(fù)； ，并換相。 搖臂上升（或下降）到預(yù)定位置后，搖臂不能夾緊 SQ3 安裝不準(zhǔn)確或緊固螺釘松動(dòng)，使 SQ3 限位開關(guān)過早動(dòng)作； SQ3，其觸電（ 1—29）未斷開，使 KM YV 不斷電釋放； KM電磁鐵 YV 不動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)M3 不反轉(zhuǎn)。 SQ3 的動(dòng)作行程，緊固好定位螺釘； 、彈簧片的位 置； KM電磁鐵 YV 控制線路是否正常，電動(dòng)機(jī) M3 是否完好，并修復(fù)。 17 故障現(xiàn)象 分析原因 處理方法 立柱、主軸箱不能夾緊（或松開） KM4或 KM5不吸合； KM4 或 KM5 不吸合。 ，并修復(fù)； ，并修復(fù)。 按 SB6 按鈕，立柱、主軸箱能夾緊，但放開按鈕后，立柱、主軸箱卻松開 ，或距離不合適； ，因?yàn)閵A緊力調(diào)得太大或夾緊液壓系統(tǒng)壓力不夠。 塊或承壓塊的角度或距離； 系統(tǒng)壓力。 主軸電動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，熔斷器就熔斷 ； 。 ，并修復(fù)； ，根據(jù)空載情況找出原因，并調(diào)整處理； 修復(fù)或更換。 18 第 3 章 Z3040 搖臂鉆床的硬件設(shè)計(jì) 前面敘述了 Z3040 搖臂鉆床的控制結(jié)構(gòu)，本節(jié)主要根據(jù)上節(jié)所述的功能要求配置所需要的控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，按照控制系統(tǒng)的控制要求， 設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)的框圖如31所示，在此控 制系統(tǒng)中核心處理器是 PLC，其輸入和輸出量都為數(shù)字量。 31 電氣控制系統(tǒng)框圖 確定 I/O 點(diǎn)數(shù) 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求并從經(jīng)濟(jì)性和可靠性等方面來考慮，確定的 I/O 點(diǎn)數(shù)，考慮留有一定的裕量，選擇西門子 S7200 系列 PLC 作為 Z3040 搖臂鉆床控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。在西門子 S7200 系列 PLC 中又有 CPU 221， CPU 222， CPU 226， CPU 226XM等之分。根據(jù)上述要求，選擇 CPU 224 作為其主機(jī)。 CPU 224 特性： （ 1） 8K 字節(jié)程序存儲(chǔ)器，典型的為 條指令。 （ 2） 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （ 3） 1 個(gè)可插入的存儲(chǔ)器子模塊。 （ 4） 14 個(gè)數(shù)字量輸入，有 4 個(gè)可用做硬件中斷， 10 個(gè)用于高速功能。 （ 5） 10