第4章--Z3040摇臂钻床机电传动与控制

2020/2/11江苏食品职业技术学院1江苏食品职业技术学院2011年8月第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制机电一体化技术2020/2/11江苏食品职业技术学院2岗位责任体系概述第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制Z3040摇臂钻床是典型的机加工设备之一。摇臂钻床通常用来加工大而重，或多孔的工件，其可以进行钻孔、扩孔、铰孔、锪平面及攻螺纹等工作。工作时，工件位置固定好后，调整摇臂位置及钻床主轴位置，使刀具轴线与工件被加工孔轴线重合，然后进行加工。那么Z3040摇臂钻床是怎样实现其机械运动呢？又通过怎样的电气电路来进行运动控制呢？2020/2/11江苏食品职业技术学院3岗位责任体系概述第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.2基础知识4.2.1Z3040摇臂钻床的机械结构图4-1Z3040摇臂钻床结构示意图1-底座；2-外立柱；3-内立柱；4-摇臂升降丝杠；5-摇臂；6-主轴箱；7-主轴；8-工作台2020/2/11江苏食品职业技术学院4岗位责任体系概述第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.2基础知识4.2.1Z3040摇臂钻床的机械结构1.主轴部件主轴既能旋转运动，又能做轴向移动，其采用的是双层结构，即将主轴1通过轴承支承在主轴套筒2内，主轴套筒则装在主轴箱体的镶套13中。图4-2Z3040摇臂钻床主轴部件结构1-主轴；2-主轴套筒；3-螺母；4-小齿轮；5-链条；6-链轮；7-弹簧座；8-弹簧；9-凸轮；10-齿轮；11-套；12-内六角螺钉；13-镶套2020/2/11江苏食品职业技术学院5岗位责任体系概述第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.2基础知识4.2.1Z3040摇臂钻床的机械结构2.立柱Z3040摇臂钻床的立柱采用圆柱形的内外两层立柱组成3.夹紧机构Z3040摇臂钻床的主轴箱、摇臂及外立柱，在调整好位置后，必须用各自的夹紧机构夹紧，以保证机床在进行切削时，有足够的刚度和定位精度。2020/2/11江苏食品职业技术学院6岗位责任体系概述第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.2基础知识4.2.2Z3040摇臂钻床运动形式及传动系统分析1.Z3040摇臂钻床运动形式Z3040摇臂钻床具有主轴旋转、主轴轴向进给、主轴箱沿摇臂水平导轨的移动、摇臂的摆动以及摇臂沿立柱的升降等五个运动。前两个运动为表面成形运动，后三个位调整位置的辅助运动。由于钻床轴向进给量以主轴每转一转时，主轴轴向移动量来表示，所以，钻床的主传动系统及进给系统由同一电动机驱动，主变速机构及进给变速机构均装在主轴箱内。2020/2/11江苏食品职业技术学院7岗位责任体系概述第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.2基础知识4.2.3Z3040摇臂钻床电气原理图1.电力拖动特点及控制要求（1）采用了四台电动机进行拖动。电动机均采用直接启动。（2）主轴的旋转及进给运动有较大的调速范围。但在一般情况下多由机械变速机构实现。主轴变速机构与进给变速机构均装在主轴箱内。（3）摇臂钻床的主运动和进给运动均为主轴的运动，因此它们可由一台主轴电动机拖动，并通过传动机构分别实现主轴的旋转和进给。（4）在加工螺纹时，要求主轴能正反转。（5）摇臂的升降电动机要求能正反转旋转。（6）液压泵电动机通过拖动液压泵来控制夹紧机构实现夹紧与放松，所以也要求能正反转，并根据要求采用电动控制。（7）冷却泵电动机带动冷却泵提供冷却液，只要求单向旋转。（8）具有必要的联锁和保护环节以及安全照明、信号指示电路。2020/2/11江苏食品职业技术学院8岗位责任体系概述第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.2基础知识4.2.3Z3040摇臂钻床电气原理图2020/2/11江苏食品职业技术学院9第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.3电气控制设计序号内容负责人/责任人开始时间结束时间验收要求完成/执行情况记录个人体会、行为改变效果1研讨任务全体组员分析项目的控制要求2制订计划小组长制订完整的工作计划3确定设计流程全体组员根据任务研讨结果，确定电气控制设计流程4具体操作全体组员根据设计流程，进行电路设计5效果检查小组长检查本组组员计划执行情况和电气控制电路6评估老师/讲师根据小组协同完成的情况进行客观评价，并填写评价表4.3.1工作计划2020/2/11江苏食品职业技术学院10第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.3电气控制设计图4-8电气控制设计的基本环节（不含工艺设计）4.3.2方案分析2020/2/11江苏食品职业技术学院11第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.3电气控制设计设计工作的首要问题是树立正确的设计思想，及工程实践的观点，使设计的产品经济、实用、可靠、先进、使用及维修方便等。在电气控制设计中，应遵循以下原则。（1）最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求，因为这些要求是电气控制设计的依据。因此，在设计前，应深入现场进行调查，搜集资料，并与生产过程有关人员、机械设计人员、实际操纵者多沟通，明确控制要求，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中各种问题，使设计成果满足要求。（2）在满足控制要求的前提下，力求使电气控制系统简单、经济、合理、便于操作、维修方便、安全可靠，不盲目追求自动化水平和各种控制参数的高指标。（3）正确、合理选用电气元件，确保电气控制系统正常工作，同时考虑技术进步，造型美观等。（4）为适应生产发展和工艺改进，设备能力应留有适当余量。4.3.3操作分析1.电气控制设计的原则2020/2/11江苏食品职业技术学院12第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.3电气控制设计（1）电气原理图设计内容①拟定电气设计任务书，明确设计要求。②选择电力拖动方案和控制方式。③确定电动机类型、型号、容量、转速。④设计电气控制原理图。⑤选择电气元件，拟定元器件清单。⑥编写设计计算说明书。（2）电气工艺设计内容①根据设计出的电气原理图和选定的电气元件，设计电气设备的总体配置，绘制电气控制系统总装配图和总接线图。②绘制各组件电气元件布置图与安装接线图，表明各电气元件的安装方式和接线方式。③编写使用维护说明书。4.3.3操作分析2.电气控制设计的基本内容2020/2/11江苏食品职业技术学院13（1）拖动方式的选择单独拖动与集中拖动（2）调速方案的选择机械变速、多速电动机变速和变频调速（3）电动机调速性质应与负载特性相适应电动机的调速性质与拖动生产机械的负载性质第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.3电气控制设计4.3.2操作分析3.电力拖动方案的确定一个电气传动系统一般由电动机、电源装置和控制装置三部分组成，设计时应根据生产机械的负载特性、工艺要求及环境条件和工程技术条件选择电力拖动方案。2020/2/11江苏食品职业技术学院14电动机：种类、结构形式、各种额定参数。1）基本原则：机械特性、容量、结构与环境、普及性2）调速要求：调整与负载特性3）结构形式：连续性、安装方式、环境与防护要求4）额定电压：220V、380V5）额定转速：常用电机同步转速1500r/min6）容量：分析计算、统计类比第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.3电气控制设计4.3.2操作分析4.拖动电动机的选择2020/2/11江苏食品职业技术学院15生产机械电气控制系统是生产机械的重要组成部分，它对生产机械正确安全可靠的工作起着先决的作用。所以，必须正确、合理的设计电气控制电路。在设计生产机械电气控制电路图时，除应最大限度的满足生产机械加工工艺的要求和对控制电路电流、电压的要求之外，还需要注意尽量减少控制电路中的电流、电压种类，控制电压应选择标准电压等级。第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.3电气控制设计4.3.2操作分析5.电气控制电路设计的一般要求2020/2/11江苏食品职业技术学院16（1）尽量缩短连接导线的长度和导线数量图4-8Z3040摇臂钻床电气原理图a-不合理；b-合理第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.3电气控制设计4.3.2操作分析6.电气控制电路设计的简单和经济性要求2020/2/11江苏食品职业技术学院17（2）尽量减少电气元件的品种、数量和规格（3）尽量减少电气元件触头的数目图4-9触头的简化与合并a-不合理；b-合理第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.3电气控制设计4.3.2操作分析6.电气控制电路设计的简单和经济性要求2020/2/11江苏食品职业技术学院18（4）尽量减少通电电器的数目图4-10减少通电电器a-不合理；b-合理第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.3电气控制设计4.3.2操作分析6.电气控制电路设计的简单和经济性要求2020/2/11江苏食品职业技术学院19（1）正确连接电器的线圈图4-11线圈的连接a-不正确；b-正确第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.3电气控制设计4.3.2操作分析7.控制电路工作的安全性和可靠性要求2020/2/11江苏食品职业技术学院20（1）正确连接电器的线圈图4-12电磁铁线圈与继电器线圈的连接a-不正确；b-正确第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.3电气控制设计4.3.2操作分析7.控制电路工作的安全性和可靠性要求2020/2/11江苏食品职业技术学院21（2）正确连接电气元件的触头图4-13触头的连接a-不正确；b-正确第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.3电气控制设计4.3.2操作分析7.控制电路工作的安全性和可靠性要求2020/2/11江苏食品职业技术学院22（3）防止寄生电路图4-14寄生电路a-有寄生电路；b-没有寄生电路第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.3电气控制设计4.3.2操作分析7.控制电路工作的安全性和可靠性要求2020/2/11江苏食品职业技术学院23（4）在控制电路中控制触头应合理布置图4-15触头的合理布置a-不合理；b-合理第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.3电气控制设计4.3.2操作分析7.控制电路工作的安全性和可靠性要求2020/2/11江苏食品职业技术学院24（5）应考虑控制电路中继电器触头的接通与分断能力（6）避免发生触头“竞争”、“冒险”现象（7）采用电气与机械联锁第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.3电气控制设计4.3.2操作分析7.控制电路工作的安全性和可靠性要求2020/2/11江苏食品职业技术学院254.3.2操作分析8.应具有完善的保护环节电气控制电路在事故情况下，应能保证操作人员、电气设备、生产机械的安全，并能有效地防止事故的扩大。为此，电气控制电路应具有完善的保护环节，常用的有漏电保护、短路保护、过载、过电流、过电压、欠电压与零电压、弱磁、联锁与限位保护等。必要时应考虑设置电压正常、安全、事故及各种运行指示灯，反映电路工作情况。第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.3电气控制设计2020/2/11江苏食品职业技术学院26电气控制电路设计应从操作与维修人员的工作出发，力求操作简单，维修方便。•如操作回路较多，既要电动机正反转运转又要调速时，不宜采用按钮控制而应采用主令控制器控制。•为检修电路方便，应设置隔离电器，避免带电操作。•为调试电路方便，可采用转换控制方式，如从自动控制转换为手动控制。•为调试方便可采用多点控制等。第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.3电气控制设计4.3.2操作分析9.要考虑操作、维修与调试的方便2020/2/11江苏食品职业技术学院27设计电气控制电路的两种方法：•分析设计法（经验设计法）•逻辑设计法。第4章Z3040摇臂钻床机电传动与控制——4.3电气控制设计4.3.2操作分析10.电气控制电路设计的方法简介2020/2/11江苏食品职业技术学院28(l)按工艺要求提出的启动、制动、反向和调速等要求设计主电路。(2)根据所设计出的主电路，设计控制电路的基本环节，即满足设计要求的启动、制动、反向和调速等的基本控制环节。(3)根据各部分运动要求的配合关