学习单元3 Z3040 摇臂钻床电气控制电路维修

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学习目标
1. 熟悉 Z3040 摇臂钻床电气控制电路的原理图读图分析
2. 掌握 Z3040 摇臂钻床常见故障的分析方法以及维修技能
知识要求
    钻床是一种孔加工机床。可用来钻孔、扩孔、较孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。钻床按用途和结构可分为立式钻床、台式钻床、多轴钻床、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中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。
一、Z3040 摇臂钻床的结构和控制要求
1. 主要结构
    摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成，如图1一66所示。



图1一66   摇臂钻床的外形图
    内立柱固定在底座的一端，在它的外面套有外立柱，外立柱可绕内立柱回转360°。摇臂的一端为套筒，它套装在外立柱上，并借助丝杆的正、反转，可沿着外立柱作上下移动。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.它由主传动电动机、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。当进行加工时，由特殊的夹紧装置将主轴箱紧固在摇臂轨导上，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，钻头一面旋转进行切削，同时进行纵向进给。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的移动，摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。
2. 电气传动特点及控制要求
    根据摇臂钻床结构及运动情况，对其电气传动和控制情况提出如下要求：
    (1)摇臂钻床运动部件较多，为简化传动装置，采用多台电动机驱动。通常设有主轴电动机、摇臂升降电动机、立柱夹紧、放松电动机及冷却泵电动机。
    (2)摇臂钻床为适应多种形式的加工，要求主轴及进给有较大的调速范围。主轴一般速度下的钻削加工常为恒功率负载;而低速时主要用于扩孔、饺孔、攻丝等加工，这时则为恒转矩负载。
    (3)摇臂钻床的主运动与进给运动皆为主轴运动，为此这两个运动由一台主轴电动机驱动，分别经主轴与传动机构实现主轴旋转和进给。所以主轴变速机构与进给变速机构均装在主轴箱内。
    (4)为加工螺纹，主轴要求正、反转。摇臂钻床主轴正、反转一般由机械方法获得，这样主轴电动机只需单方向旋转。
二、Z3040摇臂钻床电路分析
1. 主电路
Z3040摇臂钻床主电路如图 1一67所示。
图1一67  Z3040摇臂钻床主电路图
    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的，并由热继电器KH1作电动机长期过载保护。
    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KM4、KM5实现正、反转控制，并由热继电器KH2作长期过载保护。
    M4电动机容量小，仅0.125kw，由开关SA1控制。
2. 控制电路
Z3040 摇臂钻床控制电路如图1一68所示

图1一68 Z3040摇臂钻床控制电路图
    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HL3点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(1-20)、KT(13-14)立即闭合，使电磁铁YV、KM4线圈同时通电，液压泵电动机 M3正向启动旋转，驱动液压泵送出正向压力油，并经二位六通阀进人松开油腔，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，即触点SQ2(6-7)闭合，SQ2(6-13) 断开， KM2通电，KM4断电。于是电动机M3停止旋转，油泵停止供油，摇臀维持松开状态，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气元件。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。但由于触点KT(17-18) 经1~3s延时闭合，触点KT (1-20)经同样延时断开，所以KT线圈断电经1~3s 延时后，KM5通电，YV 断电。此时M3反向启动，驱动液压泵，送出反向压力油，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。
    摇臂升降的极限由行程开关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停止转动，摇臂停止移动、实现极限保护。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，另外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(1一17) 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，易将电动机烧坏，为此M3采用热继电器KH2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，驱动液压泵，送出正向压力油，这时YV处于断电状态，压力油经二位六通阀，进人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不受压，触点SQ4(101一102)闭合。指示灯HL1亮，表示确已松开，可操作主轴箱与立柱移动。当夹紧时，将SQ4触点(101-103)闭合，指示灯HL2亮，可进行钻削加工。
    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是否正确。相序正确时，按立柱夹紧或松开按钮，夹紧与松开动作正确；如相序接反，则动作正好相反，此时应对调电源的任意两根相线，以改正相序。
技能要求
Z3040摇臂钻床电气故障排除
一、操作要求
1. 分析电路工作原理。
    根据知识要求中所讲述的 Z3040 摇臂钻床的电气控制原理，充分理解该机床的工作原理及控制要求。Z3040 摇臂钻床电气回路由主电路、控制电路和照明电路组成。主电路控制4台电动机，其中主轴电动机为单向旋转，由KM1主触点控制；小容量的冷却泵电机由SA1开关控制；摇臂电动机和液压泵电动机需要正反转控制，分别由KM2、KM3和 KM4、KM5主触点控制；主轴电动机和液压泵电动机均具有热继电器作长期过载保护。控制回路主要是由按钮控制各接触器线圈的工作状态；使用时间继电器来保证摇臂运动停止后才进行夹紧动作；使用各限位开关来反映夹紧、放松、上、下限位等状态。照明电路提供机床照明和相应状态指示灯，包含照明变压器、照明灯和指示灯，其中照明灯由SA2开关控制。
2. 根据故障现象分析可能出现该故障的原因。
    摇臂钻床电气控制的特点是摇臂的控制，它是机、电、液的联合控制。根据电气原理分析，M1为主轴电动机，M2为摇管升降电动机，M3为液压泵电动机，M4为冷却泵电动机。主电路故障主要表现在 M1、M2、M4 缺相，M3主要表现为易过载、停止运转等故障。控制电路故障主要表现为摇臂不能上升或下降，摇臂升降后，夹不紧。
3. 使用万用表测量控制线路，查找故障的实际位置。
4. 更换损坏的器件和排除线路的各类故障使电路正常工作。
5. 原电路的安装和接线工艺不能降低要求。
二、操作准备
    按表1—18  准备排除 Z3040 摇臂钻床故障所需的设备和工具。

序号	名称	规格型号	数量	备注
1	Z3040摇臂钻床控制柜		1个
2	三相笼形异步电动机		1套
3	万用表		1只
4	旋具		1套
5	低压验电器		1支
6	导线		若干

表1—18   排除Z3040摇臂钻床故障所需的设备和工具清单
三、操作步骤
1. 通电前检查。
    通电前先检查控制柜中是否有接线松动的现象，检查外部机械，确保即使在通电后有异常动作也不会伤及操作人员。在保证人员安全的情况下，对控制柜通电。
2. 观察故障现象，分析故障原因并找出故障位置。
    由表1—19所列故障现象及对应的故障原因，按故障排除步骤找到故障点并加以排除。

序号	故障现象	故障分析	排除步骤	注意事项
1	摇臂不能 上升	1.KT、KM2、KM4和YV线圈控制回路有触点损坏或断线故障	1.断开电源                      2.使用万用表电阻RX1挡进行测量    3.按下SB3，测量1号和5号是否导通，若不通，说明SB3按钮触点损坏或导线断线;测量5号和6号线，若不通，说明SQ1常闭触点损坏或导线断线;量 6号线到KT线圈是否短路          4.测量7号与8号、8号与9号、9号到 KM2线圈是否断路                 5.手动使KT时间继电器的衔铁与铁心闭合，测量6号与14号、14号与15号、15号到KM4线圈是否断路             6.测量1号与17号、17号与20号、20号与21号、21号到YV线圈是否断开   7.凡是有断开的点说明该处触点损坏或导线断线，更换器件或导线
		2.放松位置开关SQ2，无动作或位置安装不当	1.合上电源开关                    2.按下SB3，KM4和YV线圈吸合，液压泵电动机运转                      3.使用万用表交流电压250V挡测量6号和7号是否有电压，如有电压说明不正常，SQ2触点没有闭合             4.检查SQ2安装位置，并进行调整
		3.液压泵电机相序 接反	1.合上电源开关 2.按下SB3，KM4和YV线圈吸合，液压泵电动机运转                  3.由于相序接反，本应该正转的液压泵电动机实际在反转，使摇臂夹紧，SQ2位置开关压不上，SQ2触点动作，不能使KM2线圈得电                    4.断开电源，掉换液压泵电动机任意两相电源线
2	摇臂不能下降	1.KT、KM3、KM4和YV线圈控制回路有触点损坏或断线故障	1.断开电源 2.使用万用表电阻RX1挡进行测量 3.按下SB3，测量1号和5号是否导通，若不通，说明SB3按钮触点损坏或导线断线;测量5号和6号线，若不通，说明SQ1常闭触点损坏或导线断线;测量6号线到KT线圈是否短路                4.测量7号与10号、10号与11号、11号到KM3线圈是否断路            5.手动使KT时间继电器的衔铁与铁心闭合，测量6号与14号、14号与15号、15号到KM4线圈是否断路              6.测量1号与17号、17号与20号、20号与21号、21号到YV线圈是否断开   7.凡是有断开的点说明该处触点损坏或导线断线，更换器件或导线
		2.放松位置开关SQ2，无动作或位置安装不当	排除步噪参考“摇臂不能上升"
		3.液压泵电机相序接反	排除步骤参考“摇臂不能上升"

续表

序号	故障现象	故障分析	排除步骤	注意事项
3	摇臂升降后不能夹紧	1.KM5线圈控制回路有触点损坏或导线断线	1.断开电源                      2.使用万用表电阻RX1挡进行测量    3.测量1号和17号，17号和18号，18号和19号，19号和KM5线圈，16号和KM5线圈，16号和0号              4.凡是有断开的点，说明该处触点损坏或导线断线，更换器件或导线
		2.SQ3位置开关在摇臂松开后未复位	1.合上电源                    2.按下SB3或SB4使摇臂上升或下降，然后松开按钮                  3.使用万用表交流电压250V挡测量1号和17号，如果有电压说明不正常，SQ3在摇臂松开后没有复位，触点未闭合，使KM5线圈不能得电            4.拆下SQ3检查触头及连接导线
4	液压泵电动机过载	SQ3位置开关触点不能断开	1.断开电源 2.使用万用表电阻RX1挡进行测量SQ3行程开关，动断触点1号、17号是否断开 3.检查SQ3安装位置是否恰当，予以重新调整，在断电状态下，SQ3行程开关应被压下，使动断触点处于断开位置