4.2 学习指导4.2.1 Z3050型钻床电气控制系统钻床主要用于工件钻削加工。
主要用于钻孔、括孔、铰孔、攻丝。
常见的钻床可以分立式钻床、台式钻床、摇臂钻床、专用钻床等种类。
我们主要向大家介绍摇臂钻床的电气控制系统。
一．钻床的结构运动：1．摇臂钻床结构：摇臂钻床由底座、立柱（分内立柱、外立柱）、摇臂、主轴箱、工作台，和摇臂升降机构、摇臂升降夹紧机构、主轴箱平移夹紧机构、外立柱绕内立柱旋转夹紧机构等部件组成。
如右图。
2．运动：摇臂钻床的主运动是主轴的旋转运动，辅运动包括摇臂的升降运动、摇臂（通过外立柱绕内立柱）做旋转运动、主轴箱（沿摇臂）的平移运动、夹紧机构的夹紧/放松运动和冷却泵的旋转运动。
二、摇臂钻床的控制要求与特点：任何一台设备的控制都有它的控制要求，控制要求是根据机械、电气要求决定的。
除了控制的共性外， 每台设备还有它自身的控制特点。
下面是 Z3050 型钻床的控制要求：1．主轴电动机的单向运行，主轴的分合、换向、 调速由机械完成；2．所有夹紧机构由双向旋转的液压泵供油给夹紧油缸驱动。
液压泵电动机正转，放松；反转，夹紧；3．摇臂升降之前，需自动将其夹紧机构放松；摇臂升降结束，需一定的延时用于消除 升降电动机惯性旋转后，再自动夹紧；4．摇臂升降为点动控制，包括下述过程：给升（降）信号→升降夹紧机构放松→（到位）升（降）→（到位）→拆除升（降） 信号→延时→升降夹紧机构夹紧→（到位）→停止（整个过程结束）5．具有摇臂升降限位保护；6． .摇臂钻床有三个夹紧机构， 夹紧/放松由液压系统驱动。
油路由电磁铁 （电磁阀） YA 1、 YA 2 控制。
当 YA 1、YA 2 都失电，油路向摇臂升降夹紧机构供油；当 YA 1、YA 2 分别或同时 得电，油路分别或同时向主轴箱、立柱夹紧机构供油；7．主轴箱平移、立柱旋转由人力完成，其夹紧机构动力由液压液压系统实现。
在主轴 箱、立柱的夹紧机构液压泵（电动机）起动前，YA 1、YA 2 得电，需一定的延时，保证油路 完全接通后，才能起动液压泵（电动机）；夹紧机构的液压泵（电动机）停止后，需一定的 延时，保证液压泵（电动机）惯性旋转结束后，才能断开 YA 1、YA 2，以防止惯性旋转产生 的压力油的堵塞，造成油路干涉，损坏油路；8．具有必要的指示电路和照明电路；9．具有完善的电气保护。
三．控制电路分析：Z3050 型钻床的控制电路见图 43。
控制电路包括主轴电动机控制、摇臂升降控制、主 轴箱/立柱的夹紧/放松控制。
1．主轴电动机控制：图41 摇臂钻床结构示意图图42 摇臂钻床夹紧机构示意图M1 用于主轴电动机的驱动，电源开关合上后，按下主轴电动机 M1 的起动按钮 SB3，有 下述工作过程：→M1 +↓SB3→KM1 ⊕→HL2 + （主轴电动机 M1 运行指示）主轴电动机 M1 起动运行后，同时拖动一个液压泵，其压力油用于主轴的分合、调速、 换向。
按下 SB2，主轴电动机 M1 停止运行，运行指示 HL2 断电熄灭。
2．摇臂升降控制：摇臂升降过程及动作元件为：给升（降）信号（↓SB4、SB5）→升降夹紧机构放松（KM4 + ）→（到位↓SQ2）升（降） 升（降）到所需位置后：拆除升（降）信号（↑SB4、SB5）→延时（KT1）→升降夹紧机构夹紧（KM5 + ）→（到位 ↓SQ3）→停止（整个过程结束）下面以上升为例分析其工作过程，按下按钮 SB4，经 7、15、17，使 KT1 得电，其瞬动 触点闭合，经 7、15、17、33、35、37、39 使KM4 得电，液压泵电动机 M3 正转，摇臂升降 夹紧机构放松，到位后，压下行程开关 SQ2，其长闭触点断开 KM4 释电，升降夹紧机构放 松结束，同时，SQ2 的长开触点闭合，经 7、15、17、21、23、25 使 KM2 得电，实现摇臂 电动机 M2 正转，摇臂上升。
上升至所需位置，松开按钮 SB4，KT1、KM2 同时释电，KT1 的断电延时闭合触点延时 T1 时间后闭合，经 7、47、49、51 使 KM5 得电，液压泵电动机 M3 反转，摇臂升降夹紧机构夹紧，到位后，压下行程开关 SQ3，其长闭触点断开KM5 释电， 整个升降过程结束。
其工作过程可简示如下：→KM4 — →M3 — ↓SB4→KT1 + →KM4 + →M3 + （放松）→(↑SQ3)（放松到位）→KM2 + →M2 + （上升）→ KM2 — →M2 —（上升到位）↑SB4KT1 — →（过 T1）→KM5 + →M3 + （夹紧↑SQ2）→ →（夹紧到位）↓SQ3→KM5 — →M3 —3．主轴箱/立柱夹紧、放松控制：当主轴箱/立柱夹紧机构选择开关 SA1 打到左边档时，只有主轴箱得电，接通其油路夹 紧放松电磁铁，实现主轴箱夹紧放松；当 SA1 打到中间档时，主轴箱，主轴同时夹紧放松； 当 SA1 打到右边档时， 只有立柱夹紧机构夹紧放松。
以只有主轴箱夹紧放松为例， 分析如下： 将 SA1 打到左边档，实现主轴箱夹紧机构的夹紧/放松，按下 SB6，通过 SB6 的常闭互锁 触点断开夹紧回路，通过 SB6 的常开触点经 7、53、55 使 KT2、KT3 线圈得电。
KT2 得电后 经 KT2 的断电延时断开触点使 YA1 得电， 通过 KT3 的通电延时闭合触点延时 T3 时间， 经 7、 41、43、37、39 使接触器 KM4 得电，液压泵电动机 M3 正转，主轴箱夹紧机构放松。
有下 述过程：KT2 + （SA1）→YA1 + （接通主轴箱夹紧油路）↓SB→KT3 + →（过 T3）KM4 + →M3 + （放松）放松到位后，松开按钮 SB6，KT2、KT3 释电，KM4 释电，通过 KT2 的断电延时断开触 点延时 T2 时间后，YA1 释电，放松过程结束。
有下述过程：KT2 — →（过 T2）YA1 —↑SB6→KT3 — →KM4 — →M3 —当 SA1 打到左边档，需夹紧时，按下 SB7，有下述过程：KT2 + （SA1）→YA1 + （接通主轴箱夹紧油路）↓SB7→（427 + ）KT3 + →（过 T3）KM5 + →M3 + （夹紧）夹紧到位后，松开按钮 SB7，有下述过程：KT2 — →（过 T2）YA1 —↑SB7→KT3 — →KM5 — →M3 —4．电路中其它元件作用与说明：QF1——电源总开关，系统短路、过载保护，以及主电动机 M1 的短路保护，QF2——冷却泵电动机 M4 短路、过载、过流保护，QF3——摇臂升降电动机 M2、夹紧电动机 M3 电源开关，及其短路保护，FR1——主轴电动机 M1 的过载保护，FR2——夹紧电动机 M2 的过载保护，TC——控制变压器，FU1——控制回路短路保护，FU2——指示回路短路保护，FU3——照明回路短路保护，SB1——系统总停按钮，SQ1——摇臂升降限位开关SQ4——门开关保护，HL1——电源指示，EL——机床照明。
三．控制电路故障分析：1.摇臂不能升降，可能有哪些原因？可能的元原因有：⑴SQ2 不能动作，或其开路；⑵时间继电器 KT1 损坏（不能动作）， 或其线圈开路，或其瞬动触点不动作或开路；⑶升降控制电动机的接触器开路或不能动作。
2.在摇臂升降按钮按下，还未放松时，就松开按钮，将会自动实现夹紧。
电路怎样实现 该功能？在摇臂升降按钮按下，还未放松时，就松开按钮，将会自动实现夹紧。
该功能是通过电 路中的 KT1 的通电延时触点完成。
3.为什么 M3 短时工作也需使用热继电器做过载保护？短时工作一般不需要热继电器做过载保护，但摇臂钻床的夹紧机构用电动机安装在机械 内部，不便观察，为保证电动机不被损坏，增加运行保护效果，为此设计者也加入了过载保 护。
4图43 Z3040型钻床控制电路4.2.2继电器、接触器电气控制系统的设计目前，一些简单设备的控制系统仍采用继电器-接触器控制，也称常规控制或传统控制。
尽管数控系统和可编程控制器控制越来越多，但是，一方面传统设备、没有改造的设备拥有 量还较多，另一方面数控化有较长的发展过程，而且一些简单系统根本不需要微机控制。
因 此，学习和掌握机械设备继电器-接触器电气控制系统的设计是极为重要的。
本章主要叙述 电气控制设计的基本原则、基本内容、电力拖动方案和电动机的选择。
一、电气控制设计的基本原则、基本内容和设计程序：设计工作的首要问题是必须树立正确的设计思想，树立工程实践的观点，这是高质量完 成设计任务的根本保证。
（一）电气控制设计的基本原则：在设计过程中，通常应遵循以下几个原则：1.最大限度满足机械设备和工艺对电气控制系统的要求。
2.在满足控制要求的前提下，设计方案力求简单、经济和实用，不宜盲目追求自动化和 高指标。
3.把电气系统的安全性和可靠性放在首位，确保使用安全、可靠。
4.妥善处理机械与电气的关系，要从工艺要求、制造成本、机械电气结构的复杂性和使 用维护等方面综合考虑。
（二）电气控制设计的基本内容：电气控制设计包括原理设计与工艺设计两个基本部分。
1、原理设计内容：①拟订电气控制设计任务书。
②选择拖动方案、控制方式和电动机。
③设计并绘制电气原理图和选择电器元件并制订元器件目录表。
④对原理图各连接点进行编号。
2、工艺设计内容：①根据电气原理图（包括元器件表），绘制电气控制系统的总装配图及总接线图。
②电器元件布置图的设计与绘制。
③电气组件和元件接线图的绘制。
④电气箱及非标准零件图的设计。
⑤各类元器件及材料清单的汇总。
⑥编写设计说明书和使用维护说明书。
（三）电气控制设计的一般程序:设计程序一般是先进行原理设计再进行工艺设计， 详细的设计程序同前述设计内容的排 序相同。
除电气设计任务书以外，其余内容后面要详述。
设计任务书是整个系统设计的依据，同时又是今后设备竣工验收的依据。
基本内容为：①给出机械及传动结构简图、工艺过程、负载特性、动作要求、控制方式、调速要求及 工作条件。
②给出电气保护、控制精度、生产效率、自动化程度、稳定性及抗干扰要求。
③给出设备布局、安装、照明、显示和报警方式等要求。
④目标成本与经费限额、验收标准及方式等。
二、电力拖动方案确定原则和电动机的选择：（一）电力拖动方案确定原则：交流电机特别是笼型异步电动机结构简单、运行可靠、价格低廉、维修方便、应用广泛， 所以在选择电力拖动方案时，首先应尽量考虑笼型异步电动机，只有那些要求调速范围大和 频繁起制动的机械设备，才考虑采用直流或交流无级调速系统。
因此，应依机械设备对调速 的要求来考虑电力拖动方案。
1、对于一般无特殊调速指标要求的机械设备，应优先采用笼型异步电动机。