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1、辽宁工程技术大学机电传动与控制课程综合训练项目报告综合训练项目 Z3025摇臂钻床控制电路设计 指 导 教 师 李建刚 院（系、部） 机械学院 专 业 班 级 机电14-4 组 别 第六组 学 号 1407060430 姓 名 张旭东 日 期 2016/11/11 一、综合训练项目任务书综合训练项目 Z3025摇臂钻床控制电路设计目的和要求：加强对继电-接触器控制线路的单机拖动系统的理解；应用电气控制的基本理论和方法，解决Z3025钻床往复运动问题；提高分析和解决实际工程问题的能力。促成“富于探索精神，具有较强的自学能力、开拓创新意识和敏锐的观察事物以及分析处理事物的能力”的目标实现。成果形式
2、：Z3025摇臂钻床机床控制电路设计说明书，主回路和控制回路的图纸2-3张。相关参数：产 品 型 号 Z302510A 最大钻孔直经 25mm 主轴中心线至立柱母线距离 最大1000mm 最小 200 mm 主轴端面至底座工作面的距离 最大1066 mm 最小 266 mm 主轴箱水平移动距离 800 mm 摇臂升降距离 550 mm 摇臂升降速度 1.13m/min 摇臂回转角度 360 主轴圆锥孔 莫氏3号 主轴转速范围 802000r/min 主轴转速级数 8级 进给量范围 0.130.54mm/r 进给量级数 4级 主轴行程 250 mm 刻度盘每转钻孔深度 102 mm 主轴允许最大
3、进给抗力 8kN 主轴允许最大扭矩 200Nm 主电机功率 1.5 kW 摇臂升降电机功率 0.75kW 机床冷却泵电机功率 0.09kW 机床重量（约） 1400kg 床轮廓尺寸（长宽高） 17307462334 mm 详细设计要求：（1）Z3025钻钻床由电动机M1、M2、M3三个异步电动机驱动，M1为主电动机，M2为冷却泵电动机，M3为摇臂升降电动机。按下按钮SB3、SB4、SB5、SB6后松开，对应电动机立即停止转动；如下图示，SA控制主轴旋转方向，A,B两点是钻床主轴的行程，C,D两点是工作台的极限位置。在主轴有效行程范围内（不含两个极限位置），主轴机动进给使用机械定程装置机动撞停。
4、主轴机动进给时，不允许在主轴行程的上下两个极限位置撞停。当机动进给接近极限位置时，必须立即手动脱开机动进给，以防止损坏机床。2）工作过程：使主轴起动需按下零压按钮SB1，随即按钮中的指示灯点亮，此时，将手柄转至正转或反转位置，主轴即顺或逆时针方向转动。（3）立柱的夹紧与松开是由手柄操作进行。当手柄抬至最上时，立柱松开；在最下位置时立柱夹紧。 主轴箱的夹紧与松开是由手柄操作进行。当手柄抬至最上时，主轴箱松开；在最下位置时主轴箱夹紧。摇臂的夹紧与松开是由手柄操作进行。当手柄扳至右面时，摇臂夹紧，当扳至上方时摇臂松开。 （4）电动机具有短路保护、过载保护，自锁和互锁保护； （5）能熟练运用Visio
5、绘制Z3025液压摇臂钻床控制主回路图、控制回路图 指导教师签字：2、 指导教师评阅意见三、综合训练项目设计内容（需另加附页）1. Z3025机床简介 Z3025型摇臂钻床属于大型立式钻床主轴箱能在摇臂上移动，摇臂能回转和升降，工件固定不动，适用于加工大而重和多孔的工件，广泛应用于机械制造中。，能够进行多种形式的机械加工，如钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、刮平面以及攻螺纹等。摇臂钻床的运动部件较多，常采用多台电动机拖动，一般采用三相交流鼠笼式异步电动机拖动，用机械变速调节主轴转速和进刀量，变速箱为机械有级调速，钻床的主运动和进给运动都有较大的调速范围。2. Z3025摇臂钻床研究现状 在国内，我们国家
6、的机床以及其自动线，加工和生产较大批量的箱体类和轴类零件是它们的主要工作。以往的几十年间，机械制造业由减少产品成本的竞争，发展到如今的新的产品的竞争，由于我们加入世贸组织，经济全球化的趋势，我国的机床行业也随之与世界接轨，机械行业在面临挑战的同时，同时也面临着新的发展形势以Z3025机床来说，该机床生产的产品技术更新愈来愈快，产品的批量也是愈来愈小了。虽然我们国家的组合机床总体技术和发达国家相比，还存在着很大的差距，一些高水平的组合机床以及自动线基本上都是靠进口，导致投资规模和产品成本都大大提高，但是到目前为止我们国家对机床的研究水平也越来越炉火纯青，并且用户对产品提出了更严格的要求，人们对于
7、产品的要求越来越个性化和多样化。为了满足和响应市场的需求，我们需要不断推出新的技术、工艺、产品，组合机床行业的产品已向柔性化、数控化发展。传统组合机床的控制系统由继电器电路组成，数控技术的出现使控制系统产生了翻天覆地的变化，传统意义上的组合机床已逐渐具有一定柔性。以数控编程，数控机床和数控加工技术为基础而发展起来的数字化制造与以CAD(Computer Aided Design)和CAE(Computer Aided Engineering)技术为核心的数字化设计相辅相成。利用编程方便、可靠性高的可编程控制器PLC(Programmable Logic Controller)来设计主轴进给系统
8、和工作滑台的工作循环可显著提高机床工作效率。现以各国数控技术发展为例，20世纪90年代初期，德国组合机床的数控化率已经达到了32%-39%；同一时期，美国大部分的汽车发动机制造企业已经开始采用了占25%的柔性生产系统FMS(Flexible Manufacturing System)和占25%的可谓可变生产线FTL(Flexible Transfer Line),数控化率达到企业总比率的一半。数控技术的广泛应用，保证了组合机床的工作可靠性，提高了加工精度及其生产效率。3. Z3025机床运动机构分析： Z3025型摇臂钻床由底座、外立柱、内立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。摇臂钻床的内立柱
9、固定在底座的一端，外立柱套在内立柱上工作时用液压夹紧机构与内立柱夹紧，松开后可绕内立柱回转360。摇臂的一端为套筒，它套在外立柱上，经液压夹紧机构可与外立柱夹紧。夹紧机构松开后，借助升降丝杠的正、反向旋转可沿外立柱作上下移动。由于升降丝杠与外立柱构成一体，而升降螺母则固定在摇臂上，所以摇臂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、进给和变速机构以及机床的操作机构等部分组成。主轴箱安装于摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作使主轴箱沿摇臂水平导轨移动，通过液压夹紧机构紧固在摇臂上。摇臂钻床的主要运动形式 (1)主轴带刀具的旋转与进给运动：钻削加工时，主
10、轴旋转为主运动，而主轴的直线移动为进给运动。即钻孔时钻头一边作旋转运动一边作纵向进给运动，主轴的旋转与进给运动是由一台三相交流异步电动机M1驱动的。 (2)各运动部件的移位运动：用于实现主轴对刀移位。主轴在三维空间的移位运动有：主轴箱沿摇臂长度方向的水平移动，摇臂沿外立柱的升降运动，外立柱带动摇臂沿内立柱的回转运动。其中，摇臂的回转和主轴箱沿摇臂水平导轨方向的左右移动通常采用手动。 (3)移位运动装置的夹紧与放松：对刀移位的3套装置中有相应的夹紧与放松部件，在对刀进行移位操作时，需要将装置放松；在机加工过程中，需要将装置夹紧。3套夹紧部件分别是摇臂夹紧（摇臂与外立柱之间夹紧）、主轴箱夹紧（主轴
11、箱与摇臂导轨之间夹紧）、立柱夹紧（外立柱与内立柱之间夹紧）。摇臂的上升、下降由一台三相交流异步电动机M3拖动，立柱的夹紧和松开、摇臂的夹紧与松开以及主轴箱的夹紧与松开均由另一台三相交流异步电动机M2拖动液压泵，供给夹紧装置所需要的压力油推动夹紧机构液压系统实现。 (4)主轴变速传动机构 主轴变速传动机构安设在机床主轴箱的上部，设有四根传动轴，通过一个四联滑移齿轮和一个两联滑移齿轮与固定齿轮在不同位置的啮合，使主轴获得8种不同速度的转速。在轴上设有摩擦离合器1，出厂时调整为4060Nm，以保证电机换向时主传动各件不会由于冲击而损坏。螺钉2用于离合器锁紧螺母防松。 在结构安排上，主轴箱上部分为三层
12、，欲拆卸主轴箱时，可将主电机拔出，再将电机座4卸下，然后把主轴箱盖两侧的有机玻璃板卸下，取出在其旁边的定位销并卸下紧固螺钉，则可将第二层主轴箱盖5卸下，这时全部传动系统的零件均暴露在外，每根传动轴都可以直接从主轴箱体中拔出。(5)主轴进给变速传动机构 主轴进给变速传动机构的结构形式、安设位置、结构上的安排和装卸程序与主轴变速传动相似。 (6)主轴进给机构 主轴进给机构包括蜗杆轴和水平轴两部分。动力由主轴进给变速传动机构传给蜗杆轴1，经蜗杆带动蜗轮2，最后由水平轴6传给主轴套，使主轴获得进给动力。主轴套上主要装有齿结合子7、36个9钢球8、及锁紧螺母9。 钢球保险离合器3的作用是当进给抗力超过规
13、定值时，可断开机动进给，起到保险作用。定程切削时，由滚轮与杠杆相碰切断机动进给。 需拆卸蜗杆轴时，将主轴箱前盖卸下，取出圆柱销5并将接套向上移,即可使钢球保险离合器组件从由主轴箱体内抽出。 需拆卸水平轴时，首先将主轴移动到最上位置，放松主轴平衡弹簧并拆下手轮后，水平轴组件便可从箱体内抽出。 重新装上水平轴时，应注意：主轴必须移到最上位置，凸轮也必须在水平位置上。 (7)操纵机构 机床的变速操纵部分均采用手柄、杠杆、拨叉等手动操纵结构。 (8)主轴箱夹紧 推动手把6到下极限位置，使偏心凸轮转动并顶压压块压在摇臂导轨上，消除主轴箱与摇臂导轨的间隙，将主轴箱夹紧在摇臂上。 (9)主轴及平衡 主轴为两
14、点支承式普通型结构。主轴平衡采用凸轮螺旋弹簧结构，通过凸轮4上的齿轮使主轴部件的重力与弹簧力保持平衡。通过调整螺钉6，可以调整弹簧来调整平衡力。 欲拆卸主轴时，首先卸下水平轴；如还要卸下主轴平衡弹簧组件5时，需要先将链条从凸轮4上卸下，再拆卸盖上的螺钉7，此时才可将主轴平衡弹簧组件从箱体中卸下。装回时，逆以上步骤执行即可。图3.1左为蜗杆轴结构图，右为水平轴结构图4. Z3025摇臂钻床控制电路设计 Z3025钻床控制机构主要是通过继电器元件来实现。开启总电源开关QS1，按下零压起动按钮SB2，零压起动继电器供电，同时零压起动指示灯HL1亮。当电压消失或降低过多时，零压起动继电器释放，触点断开，控制电路断电，当电压重新恢复时，零压起动继电器仍不能得到供电，欲使电机重新工作，需再将零压起动按钮SB2按下，使零压起动继电器吸合，而保证控制电路供电。将转换开关QS2闭合，冷却泵即转动。 将SA1扳向“正转”，接触器接通主电机正转。将SA1扳向“反转”，接触器KM2接通主电机反转。当欲停止主轴电机时，可将SA1扳至中间停止位置即可。 按下按钮SB3，摇臂上升继电器KA2接通，摇臂上升。当按下按钮SB4时，摇臂下降继电器KA3接通，摇臂下降。松开按钮SB3（SB4）就可以使摇臂升降运动停止。 利用微动开关SQ2限制摇臂上升的极限位置；利用微动
