摘要：
本论文主要讲述了Z3040摇臂钻床电气控制系统从原理图设计到最终电气控制柜安装和调试及常见故障分析与排除的整个过程。而且在本论文中，对Z3040摇臂钻床的工作原理和电气控制及液压系统做了进一步的分析，清晰的说明了各电器元件在电气控制电路中的重要作用以及如何选取这里面用的低压电器。同时，该设计充分合理的利用了交流接触器的辅助触头，对电器加以控制。
一、Z3040摇臂钻床的主要结构及设计要求
1、主要结构
Z3040摇臂钻床是一种用途广泛的万能机床，适用于加工中小零件，可以进行钻孔、扩孔、铰孔、刮平面及改螺纹等多种形式的加工，增加适当的工艺装备还可以进行镗孔。主要有底座、内外立柱、摇臂、主轴箱、主轴及工作台等部分组成。最大钻孔直径为40mm，跨距最大1200mm,最小300mm。 2、摇臂钻床主要运动形式为： （1）主轴带刀具的旋转与进给运动
主轴的转动与进给运动有一台三相交流异步电动机（3kw）驱动，主轴的转动方向由机械及液压装置控制。
（2）各运动部分的移位运动
主轴在三维空间的移位运动有主轴箱沿摇臂方向的水平移动（平动）；摇臂沿
Z3040摇臂钻床结构示意图 1底座 2内立柱 3、4外立柱 5摇臂 6主轴箱 7主轴 8工作台
外立柱的升降运动（摇臂的升降运动由一台1.1kw笼型三相异步电动机拖动）；外立柱带动摇臂沿内立柱的回转运动（手动）等三种，各运动部件的移位运动用于实现主轴的对刀移位。
（3）移位运动部件的夹紧与放松
摇臂钻床的三种对刀移位装置对应三套夹紧与放松装置，对刀移动时，需要将装置放松，机加工过程中，需要将装置夹紧。三套夹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如下图所示。图中液压泵采用双向定量泵。液压泵电动机在正反转时，驱动液压缸中活塞的左右移动，实现夹紧装置的夹紧与放松运动。电磁换向阀HF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）的夹紧与放松；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。
Z3040摇臂钻床夹紧与放松机构液压原理图
3、对电气控制的要求
（1）根据工件的大小、位置及夹紧，为了减少辅助工作时间，要求配备一台
主轴运动电动机、一台摇臂升降电动机和一台液压泵电动机。 （2）钻孔时产生的高温，可有一台普通冷却泵电动机加以控制。
（3）根据整个生产线状况，要求配备一套局部照明装置及必要的工作状态指示灯。
二、摇臂钻床的电力拖动特点
由于摇臂钻床的运动部件较多，故采用多电动机拖动，这样可以简化传动装置的结构。整个机床有四台笼型感应电动机拖动，他们分别是
（1）主拖动电动机
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较大的调速范围要求。该机床的主轴调速范围为80，正传最低速度为25r/min，最高速度为2000r/min,分6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，也分为16级变速。在加工螺纹时，要求主轴能正反转，有机械方法变换的，所以电动机不需要反转。
（2）摇臂升降电动机
当工件与钻头高度不合适时，可将摇臂升高或降低，故需正反转。 （3）液压泵电动机
摇臂、立柱、主轴箱的夹紧放松，均采用液压传动菱形块夹紧机构，夹紧用的高压油是由一台电动机带动高压油泵送出的。由于摇臂的夹紧装置与立柱的夹紧装置，主轴的夹紧装置不是同时动作，所以，采用一台电动机拖动高压油泵，有电磁阀控制油路。 （4）冷却液泵电动机
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。
三、电动机的选择
根据前面的设计要求可知，本设计需配备四台电动机，各自分别为： 1.主轴电动机，M1，型号选定为Y100L2.4，性能指标为：3KW、380V、6.82A、1430r/min
2.冷却泵电动机：M4型号选定JCB-22，性能指标为：0.125KW、0.43A、2790r/min 3.摇臂升降电动机：M2，型号选定为Y908-4，性能指标为：1.1KW、2.01A、
1390r/min
4.液压泵电动机：M3,型号选定为J031.性能指标为：0.6KW、1.42A、2880r/min 四、夹紧机构的液压系统设计
主轴箱，力主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，菱形块来实现的。其中主轴箱和力主夹紧与放松由一个油路控制，而摇臂的夹紧松开因与摇臂升降构成自动循环，所以又另一个油路单独控制，这两个油路均由电磁阀操作。
在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，在电磁阀操作下，使压力油经二位六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点动控制，所以主轴箱和力主夹紧与松开是点动的。
五、电气控制线路图的设计 1.主电路设计
电源由空气隔离开关QS引入，FU1用作系统的短路保护，主轴电动机M1由接触器KM2、KM3控制正反转，FR1作过载保护；接触器KM4、KM5的主触点控制液压泵电动机M3正反转，FR2作过载保护；冷却泵电动机M4的工作由组合开关SA1控制，熔断器FU2用作电动机M2、M3主电路的过流和短路保护。
2.控制电源的设计
考虑安全可靠和满足照明指示灯的要求，采用控制变压器TC降压供电，其一次侧为交流380V,二次侧为127V、36V、6.3V其中127V电压供给控制电路，36V电压控制局部照明电源，6.3V作为信号指示电源。
3.控制电路的设计
（1）主轴电动机M1的控制设计
根据设计要求，主轴电动机M1的起-停由按钮SB1、SB2和接触器KM1线圈及自锁触点来控制，当主轴电动机M1过载时，热继电器FR1起过载保护。
（2）摇臂升降电动机M2和液压泵电动机M3的控制设计
根据设计要求，这两个电机需完成升降和夹紧的工作任务，所以，要用行程开关SQ（1-4）和按钮SB（3-6）来控制两个电动机的起-停和正反转，SQ3、SQ4分别为松开与夹紧限位开关，SQ1、SQ2分别为摇臂升降极限开关，SB3、SB4分别为上升与下降按钮，SB5、SB6分别为立柱、主轴箱夹紧装置的松开与夹紧按钮。
z3040摇臂钻床概要
