第3章 典型机械设备电气控制系统
3.1 钻床电气控制电路
钻床是一种用途广泛的机床，按机床的结构形式可分为：立式钻床、台式钻床和摇臂钻床等。其中摇臂钻床的主轴可以在水平面上调整位置，使刀具对准被加工孔的中心，而工件则固定不动，因而应用较广。本节以Z3040摇臂钻床为例，分析其控制电路。Z3040摇臂钻床的结构如图3-1所示。
图3-1 摇臂钻床结构图
1—底座；2—立柱；3—摇臂；
4—主轴箱；5—主轴；6—工件
3.1.1 电力拖动特点与控制要求
（1）电力拖动
整台机床由四台异步电动机驱动，分别是主轴电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机及冷却电动机。
（2）控制要求
① 四台电动机的容量均较小，故采用直接启动方式。
② 摇臂升降电动机和液压泵电动机均能实现正反转。当摇臂上升或下降到预定的位置时，摇臂能在电气或机械夹紧装置的控制下，自动夹紧在外立柱上。
③ 电路中应具有必要的保护环节。
3.1.2 电气控制电路分析
Z3040型摇臂钻床的电气控制原理图如图3-2所示，其工作原理分析如下。
图3-2 Z3040摇臂钻床电气控制原理图
（1）主电路分析
主电路中有四台电动机。M1是主轴电动机，带动主轴旋转和使主轴作轴向进给运动，作单方向旋转。M2是摇臂升降电动机，可作正反向运行。M3是液压泵电动机，其作用是供给夹紧装置压力油，实现摇臂和立柱的夹紧和松开，可作正反向运行。M4是冷却泵电动机，供给钻削时所需的冷却液，作单方向旋转，由开关QS2控制。机床的总电源由组合开关QS1控制。
（2）控制电路分析
① 主轴电动机M1的控制
a. M1的启动 按下启动按钮SB2，接触器KM1的线圈得电，位于15区的KM1自锁触点闭合，位于3区的KM1主触点接通，电动机M1旋转。
b.M1的停止按下SB1，接触器KM1的线圈失电，位于3区的KM1常开触点断开，电动机M1停转。在M1的运转过程中，如发生过载，则串在M1电源回路中的过载元件FR1动作，使其位于14区的常闭触点FR1断开，同样也使KM1的线圈失电，电动机M1停转。
② 摇臂升降电动机M2的控制
a.摇臂升降的启动原理 按上升（或下降）按钮SB3（或SB4），时间继电器KT得电吸合，位于19区的KT常开触点和位于23区的延时断开常开触点闭合，接触器KM4和电磁铁YA同时得电，液压泵电动机M3旋转，进给压力油，推动活塞和菱形块，使摇臂松开（如图3-3所示）。松开到位压限位开关SQ2，位于19区的SQ2的常闭触点断开，接触器KM4断电释放，电动机M3停转。同时位于17区的SQ2常开触点闭合，接触器KM2（或KM3）得电吸合，摇臂升降电动机M2启动运转，带动摇臂上升（或下降）。
图3-3 Z3040钻床夹紧机构液压
系统原理图
b.摇臂升降的停止原理 当摇臂上升（或下降）到所需位置时，松开按钮SB3（或SB4），接触器KM2（或KM3）和时间继电器KT失电，M2停转，摇臂停止升降。位于21区的KT动断触点经1～3s延时后闭合，使接触器KM5得电吸合，电动机M3反转，供给压力油。摇臂夹紧后，位于21区的压限位开关SQ3常闭触点断开，使接触器KM5和电磁铁YA失电，YA复位，液压泵电动机M停转。摇臂升降结束。
c.摇臂升降中各器件的作用 限位开关SQ2及SQ3用来检查摇臂是否松开或夹紧，如果摇臂没有松开，位于17区的SQ2常开触点就不能闭合，因而控制摇臂上升或下降的KM2或KM3就不能吸合，摇臂就不会上升或下降。SQ3应调整到保证夹紧后能够动作，否则会使液压泵电动机M3处于长时间过载运行状态。时间继电器KT的作用是保证升降电动机断开并完全停止旋转（摇臂完全停止升降）后才能夹紧。限位开关SQ1是摇臂上升或下降至极限位置的保护开关。SQ1与一般限位开关不同，其两组常闭触点不同时动作。当摇臂升至上限位时，位于17区的SQ1动作，接触器KM2失电，升降电动机M2停转，上升运动停止。但是位于18区的SQ1另一组触点仍保持闭合，所以可按下降按钮SB4，接触器KM3动作，控制摇臂升降电动机M2反向旋转，摇臂下降。反之，当摇臂在下极限位置时，控制过程类似。
③ 主轴箱与立柱的夹紧与放松 立柱与主轴箱均采用液压夹紧与松开，且两者同时动作。当进行夹紧或松开时，要求电磁铁YA处于释放状态。
按松开按钮SB5（或夹紧按钮SB6），接触器KM4（或KM5）得电吸合，液压泵电动机M3正转或反转，供给压力油。压力油经2位6通阀（此时电磁铁YA处于释放状态）进入立柱夹紧液压缸的松开（或夹紧）油腔和主轴箱夹紧液压缸的松开（或夹紧）油腔，推动活塞和菱形块，使立柱和主轴箱分别松开（或夹紧）。松开后行程开关SQ4复位（或夹紧后动作），松开指示灯HL1（或夹紧指示灯HL2）亮。