三、设计的具体实现

1、系统概述

钻床为孔加工机床，主要用来加工外形较复杂，没有对称回转轴线的工件上的孔。如钻孔、镗孔、铰孔及攻螺纹。因此要求钻床的主轴运动和进给运动有较宽的调速范围。Z3040型摇臂钻床的主轴的调速范围为50:1，正转最低转速为40 r/min，最高为2000 r/min，进给范围为0.05～1.60 r/min。它的调速是通过三相交流异步电动机和变速箱来实现的。也有的是采用多速异步电动机拖动，这样可以简化变速机构。钻床按其结构型式不同，有立式钻床、卧式钻床、深孔钻床、多轴钻床及摇臂钻床等。摇臂钻床适合于在大、中型零件上进行钻孔、扩孔、铰孔及攻螺纹等工作，在具有工艺装备的条件下还可以进行镗孔。Z3040型摇臂钻床的结构如下所示。

1.1、Z3040型摇臂钻床上运动形式有： a、主运动：主轴带动钻头的旋转运动； b、进给运动：钻头的上下运动；

c、辅助运动：摇臂可沿外立柱的圆柱面上下垂直调整位置；主轴箱可沿摇臂的导轨横向调整位置；摇臂及外立柱绕内立柱转动至不同的位置；工作时可以很方便的调整主轴的位置（工件不动）。后两者为手动，另外还需考虑主轴箱、摇臂、内外立柱的夹紧和松开。

摇臂钻床的主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动机拖动，主轴的正反向旋转运动是通过机械转换实现的。故主电动机只有一个旋转方向。摇臂的上升、下降由一台交

流异步电动机拖动。主轴箱、立柱的夹紧和放松由另一台交流电动机拖动。通过电动机拖动一台齿轮泵，供给夹紧装置所需要的压力油。而摇臂的回转和主轴箱的左右移动通常采用手动。此外还有一台冷却泵电动机对加工的刀具进行冷却。 1.2 Z3040摇臂钻床的结构及运行

Z3040摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱、工作台等部分组成，内立柱固定在底座上，在它的外面套着空心的外立柱，外立柱可绕着内立柱回转。主轴箱是一个复合部件，它包括主轴及主轴旋转和进给运动的全部传动变速和操作机构。主轴箱安装于摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作使其在水平导轨上沿摇臂移动。

钻削加工时，主轴箱可由夹紧装置将其固定在摇臂的水平导轨上，外立柱紧固在内立柱上，摇臂紧固在外立柱上，然后进行钻削加工。 1.3 Z3040摇臂钻床的电力拖动的特点和控制要求

摇臂钻床运动部件较多，为简化传动装置，采用多台电动机控制，通常没有主轴电动机、摇臂升降电动机、立柱夹紧和放松电动机及冷却泵电动机。

摇臂钻床为适应各种形式加工，要求主轴及进给有较大的调速范围。主轴一般速度下的钻床加工为恒功率负载，而低速是用于扩孔、绞孔及螺纹加工，属于恒转矩负载。摇臂钻床的主运动与进给运动皆为主轴运动，这两个运动由一台主轴电动机拖动，分别经主轴和进给传动机构实现主轴旋转和进给。主轴变速机构与进给变速机构均装在主轴箱内。

为加工螺纹，主轴要求有正、反转，一般由机械方法获得，为此主轴电动机只需单方向旋转。

摇臂的升降由升降电动机拖动，要求电动机能正、反转。

摇臂的夹紧和放松是由电气和液压联合控制，并且有夹紧和放松指示。

内外立柱的夹紧与放松，、主轴箱与摇臂的夹紧与放松可采用手柄机械操作、电气-液压-机械装置等方法来实现。

钻削加工时，需要对刀具和工件进行冷却，为此需冷却泵电动机输送冷却液。 要有必要的限位、连锁和过载保护，且具有局部安全照明。

1.4 Z3040控制线路概述

Z3040摇臂钻床主要有两种主要运动和其他辅助运动，主运动是指主轴带动钻头的旋转运动；进给运动是指钻头的垂直运动；辅助运动是指主轴箱沿摇臂水平运动，摇臂沿外立柱上下移动以及摇臂和外立柱一起相对于内立柱的回转运动。

Z3040摇臂钻床具有两套液压控制系统：一套是由主轴电动机拖动齿轮泵送出压力油，通过操纵机构实现主轴正反转、停车控制、空挡、预选与变速；另一套是由液压电

动机拖动液压泵送出压力油来实现摇臂的夹紧和松开、主轴箱的夹紧与松开、立柱的夹紧与松开。前者安装在主轴箱内，后者安装在摇臂电器盒下部。

a．操纵机构液压系统

该系统压力油由主轴电动机拖动齿轮泵送出，由主轴操作手柄来改变两个操纵阀的相互位置，获得不同的动作。操作手柄有五个空间位置：上、下、里、外和中间位置，其中上为“空挡”，下为“变速”，外为“正转”，里为“反转”，中间位置为“停车”。而主轴转速及主轴进给量各有一个旋钮预选，然后在操作主轴手柄。

主轴旋转时，首先按下主轴电动机起动按钮，主轴电动机起动旋转，拖动齿轮泵，送出压力油。然后操纵主轴手柄，板至所需转向位置（里或外），于是两个操纵阀相互位置转变，使一股压力油将制动摩擦离合器松开，为主轴旋转创造条件；另一股压力油压紧正转（反转）摩擦离合器，接通主轴电动机的主轴的传送链，驱动主轴正转或反转。

在主轴正转或反转过程中，可转动变速按钮，改变主轴转速或主轴进给量。 主轴停车时，将操作手柄扳回中间位置，这时主轴电动机仍拖动齿轮泵旋转。但此时整个液压系统为低压油，无法松开制动摩擦离合器，而在制动弹簧作用下将制动摩擦离合器压紧，使制动轴上的齿轮不能转动，实现主轴停车。所以主轴停车时主轴发动机仍在旋转，只是不能将动力传到主轴。

主轴变速与进给变速：将主轴手柄扳至“变速”位置，于是改变两个操纵阀的相互位置，使齿轮泵送出的压力油进入主轴转速预选阀和主轴进给量预选阀，然后进入各变速油缸。与此同时，另一油路系统推动拔叉缓慢运动，逐渐压紧主轴正转摩擦离合器，接通主轴电动机到主轴的传动链，带动主轴缓慢旋转，称为缓速，以利于齿轮的顺利啮合。当变速完成，松开操作手柄，此时手柄在弹簧作用下由“变速”位置自动复位到主轴“停车”位置，然后在操纵主轴正转或反转，主轴将在新的转速或进给量下工作。

b、夹紧机构液压系统

主轴箱、内外立柱和摇臂的夹紧和松开是由液压泵电动机拖动液压泵电动机送出压力油，推动活塞、菱形块来实现的。其中由一个油路控制主轴箱和立柱的夹紧，另一油路控制摇臂的夹紧和松开，这两个油路均由电磁阀控制。

Z3040摇臂钻床共有四大电动机：主电动机M1，摇臂升降电动机M2，液压泵电动机M3和冷却泵电动机M4。 1.5 Z3040控制线路原理分析 a、 主电路分析

（1）．M1为单方向旋转，由接触器KM1控制，主轴的正反转则由机床液压系统操纵机构配合正反转摩擦离合器实现，并由热继电器FR1作电动机长期过载保护。

（2）． M2由正、反转接触器KM2、KM3控制实现正反转。控制电路保证，在操纵摇

臂升降时，首先使液压泵电动机起动旋转，供出压力油，经液压系统将摇臂松开，然后才使电动机M2 起动，拖动摇臂上升或下降。当移动到位后，保证M2先停下，再自动通过液压系统将摇臂夹紧，最后液压泵电机才停下。M2为短时工作，不设长期过载保护。

（3）．M3由接触器KM4、KM5实现正反转控制，并有热继电器FR2作长期过载保护。 （4）．M4电机容量小，仅0.125kW，由开关QS控制。 b、 控制电路分析

由变压器TC将380V交流电压降为110V，作为控制电源。指示灯电源为 6V。 （1）．主电动机控制

按下起动按钮SB2，接触器KM1吸合并自锁，主轴电动机M1起动并运转。按下停止按钮SB8，接触器KM1释放，主轴电动机M1停转。

（2）．摇臂升降控制

摇臂上升、下降分别由SB3、SB4点动控制。

按上升按钮SB3，时间继电器KT1得电吸合，瞬时动合触点闭合，接触器KM4得电吸合，液压泵电动机M3接通电源正向旋转，供给压力油。压力油经分配阀体进入摇臂松开的油腔，推动活塞，使摇臂松开。当摇臂完全松开后，活塞杆通过弹簧片压下限位开关SQ2，使其动断触点SQ2断开，使接触器KM4线圈断电释放，液压泵电动机M3停转，与此同时，另一动合触点SQ2闭合，接触器KM2线圈通电吸合，其主触点接通升降电动机M2的电源，M2启动正向旋转，带动摇臂上升。

如果摇臂没有松开，SQ2的动合触点也不能闭合，KM2就不能吸合，M2不能旋转，摇臂也就不可能上升，保证了只有在摇臂可靠松开后才能使摇臂上升。

当摇臂上升到所需位置时，松开按钮SB3，接触器KM2和时间继电器KT1同时断电释放，摇臂升降电动机M2停转，摇臂停止上升。由于KT1释放，其延时闭合的动断触点,经1-3秒延时后闭合，接触器KM5的线圈经线路通电吸合，液压电动机M3反向起动旋转，供给压力油。压力油经分配阀进入摇臂夹紧油腔，向相反方向推动活塞，使摇臂夹紧。同时，活塞杆通过弹簧片压下限位开关SQ2动断触点断开，接触器KM5断电释放，液压泵电动机M3停止旋转，完成了摇臂的松开－上升－夹紧动作。

摇臂上升的动作过程如下：

按SB3??KT1吸合KM4吸合??M3正转?压下ST2??KM2吸合?M2正转KM4断电?M3停转??摇臂上升到预定

位置，松开SB3。摇臂的下降过程与上升基本相同，它们的夹紧和放松电路完全一样。所不同的是按下降按钮SB4时为KM3线圈得电，摇臂升降电动机M2反转，带动摇臂下降。

时间继电器KT1的作用是控制KM5的吸合时间，使M2停止运转后，再夹紧摇臂。KT1