第三章 钻扩铰组合机床

第三章钻扩铰组合机床第一页，共六十九页，编辑于2023年，星期四：

本章重点1.学习一台自动加工设备的机、电、液控系统及其之间的相互关系。2.PC技术在机电系统中应用的基本思路。组合机床:以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用机床。

特点：结构简单，生产率和自动化程度高。

第二页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第一节

概述一、机床加工范围

工件：某轮盘工件上12个孔的钻扩铰

工位：第一工位：钻孔第二工位：扩孔第三工位：铰孔第四工位：装卸第三页，共六十九页，编辑于2023年，星期四主要部件的功用：

主轴箱按工件位置及加工面要求设有12×3把刀具，动力箱运动经过分配后分别驱动刀具。图3－3。

液压滑台推动主轴箱升降完成刀具进给。

液压回转台的旋转实现工件工位的转换。机床的自动工作循环：卸工件→装工件→刀具复位→自锁销脱开、回转台抬起→回转台旋转、缓冲→回转台反靠→回转台夹紧→刀具起动、快进→刀具工进及终端延时停留。二、机床总布局及工作循环

组成：立柱、底座、液压回转台、液压滑台、主轴箱、动力箱、液压系统和电控系统。第四页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第二节

机床的传动及结构一、动力箱及主轴箱

1.动力箱

动力箱是主运动的驱动装置，它通过主轴箱使刀具旋转。

动力箱上盖板方便装配。

电机止口定心。

小齿轮后部锯形齿用于密封。

2.主轴箱

采用标准三件箱体，按刀具位置加工36孔，三体用二个菱形销和螺钉连成一体。第五页，共六十九页，编辑于2023年，星期四传动齿轮在轴向有4种安装位置（Ⅰ～Ⅳ）。钻孔轴向切削力由主轴前端推力球轴承承受。主轴径向采用球轴承支承。中间轴采用锥滚子轴承。第六页，共六十九页，编辑于2023年，星期四3.主轴箱润滑

润滑泵结构：

壳体内的定子内外圆偏心，转子上装有两个径向叶片，弹簧始终使叶片与定子内表面压紧。润滑泵工作原理：

转子顺时针转动，叶片3右面的油腔体积逐渐增大，造成真空，从吸油管吸入油液，叶片3左面油腔的液体，当与排油口接通后，油腔体积逐渐变小，形成压力，油液从排油口中压出。润滑泵由主轴箱中齿轮带动，油液经配油器送至箱体内各轴承孔处，淋在轴承及齿轮上。第七页，共六十九页，编辑于2023年，星期四二、刀具主轴

弹簧涨套7用于夹紧直柄钻头。

调节螺母（3和5）少量调整接杆的轴向位置。三、液压动力滑台

用于实现刀具的进给运动，采用标准型液压滑台组成：

滑座+滑台体+液压缸液压缸后端固定在滑座上，维修时可从滑座中抽出；缸体固定，活塞杆移动；滑座安装在立柱上，滑台上面装主轴箱；导轨为矩形截面，刚度高，承载能力强；终端调节螺钉调整滑台极限位置。第八页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第九页，共六十九页，编辑于2023年，星期四四、立柱及底座

立柱用于安装动力滑台。立柱内悬挂平衡重（液：钢丝绳、机：链条）。平衡重为移动部件重量的75～85％。底座采用标准件。五、液压回转工作台

本例为反靠定位式液压传动分度回转工作台组成：花盘、工作台体、定位机构、抬起夹紧装置和自锁装置分类机械传动分度回转工作台液压传动分度回转工作台气动传动分度回转工作台气动液压传动分度回转工作台第十页，共六十九页，编辑于2023年，星期四工作台抬起：液压缸→杠杆→花盘中心轴→抬起花盘。工作台旋转：液压回转装置→联轴器→主动齿轮轴→花盘中心齿轮→中心套→花盘花盘中心套和铜套形成滑动支承。花盘轴向力由工作台体上平面支承。第十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期四工作台定位：

花盘上的定位销压下浮动定位块后，花盘反转（反靠），由定位销及浮动定位块的侧面靠紧定位。定位后，浮动定位块触动其后部的微动开关，发出已定位信号。工作台自锁：油缸内弹簧顶起自锁销,将定位销靠紧在浮动定位块上。油缸通压力油、压下自锁销、解除自锁。第十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期四液压传动装置：

油缸左（或右）腔进油齿条移动齿轮转动端齿离合器（合上时）输出轴。打开端齿离合器，使油缸复位，为下次转动作准备。第十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第三节

机床的液压传动与电气控制系统

液压系统是机械与电控系统联系的桥梁，电控信号是通过液压系统驱动机械部件的。

本例除36把刀具的运动是电动机驱动外，其余动作均由液压驱动。一、电气控制主回路

M1为主电动机；M2为液压泵电动机；M3为冷却泵电动机。

SB2同时接通KM1和KM2，起动M1和M2SA4单独起动主电动机（SA4合、按SB2接通KM1）。

SA3单独起动液压泵电动机（SA3合、按SB2接通KM2）。

S置“1”位，SB3起动冷却泵电机。

S置“2”位，动力箱开始工进时，K2合、起动冷却泵电机。电源接通，指示灯HL点亮，直到M2起动，HL熄灭。第十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期四循环控制第十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期四原位停止快进Kp

动作→K7得电→K1得电→YA1。

YA3得电（待ST9得电）YV1阀中间位（缸1G下腔封闭）YA1使YV1阀处左位YA3使YV2阀处左位YA3断电使YV2处右位（YV1仍是左位）进:泵→YV1阀(左)→缸1G上腔回:缸1G下腔→

YV1阀(左)→YV2阀(左)→缸1G上腔（差动连接）进:泵→YV1阀（左)

→缸1G上腔回:缸1G下腔→

YV1阀（左)→节流阀L2→油箱YA1、YA2、YA3均断电ST1压下压下ST3→K2得电（自保）YA3断电KM3得电→冷却泵启动电液工进

S1置“1”位，为自动循环：

循环过程：原位停止→快速进给→工作进给→延时停留→快速退回二、液压动力滑台泵→YV1(中)→油箱第十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期四手动自动第十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第二十页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第二十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第二十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第二十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第二十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第二十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第二十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期四延时停留快退延时触点动作→K3得电→

YA2得电YA1断使YV1阀回中位→停止（同原位停止）YA2得电使YV1阀处右位（YV2阀仍处右位）进:泵→YV1阀(右)→缸1G下腔回:缸1G上腔→

YV1阀(右)→油箱压下ST4→KT得电瞬时触点断→YA1断电→延时压下ST1→K3断电→YA2断电→循环结束电液循环结束第二十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期四动力箱手动调整：

动力箱点动

S1置“2”位

按SB5→K1得电→YA1,YA3通电→快进

松开SB5→动力箱停止（无自保）动力箱复位

按SB6→K3得电→YA2得电→动力箱快退→压下ST1→K3断→动力箱停止。第二十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期四回转台夹紧回转台反靠回转台回转及缓冲自锁销脱开及回转台抬起三、液压回转工作台

转位循环过程：回转台循环结束，由于KP得电：KP得电→K7得电→接通动力箱工作循环。第二十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第三十页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第三十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第三十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第三十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第三十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第三十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第三十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第三十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第三十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第三十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第四十页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第四十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第四十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第四十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第四十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第四十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期四进:泵→减压阀JF→YV5(左)→齿缸4G左腔回:齿缸4G右腔→YV4(左)→节阀L1→YV5(左)→油箱销脱开台抬起台回转及缓冲台反靠台抬起→压下ST5→YA7得缓：近终点→压下ST6K5断K4得电→YA9YA5使YV3处左YA7使YA5处左位YA7使YV5中位YA8使YV5右位进:泵→YV3阀(左)→缸3G上腔(销脱开)缸2G下腔(台抬起)回:缸3G下腔弹簧压缩缸2G上腔→YV3阀(左)→油箱进:泵→减压阀JF→YV5(左)→齿缸4G左腔回:齿缸4G右腔→YV4(右)→YV5(左)→油箱YA9得电使YV4处左位进:泵→减阀JF→YV5(右)→节阀L1

→齿缸4G左腔回:齿缸4G左腔→YV5(右)→油箱按SB4YA5得ST1被压ST6复位→K5得电→YA7断→YA8得电液台转缓冲第四十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期四台夹紧、离合器开齿条缸复位电液→压下ST7→K6得→YA6得→压下、夹紧→KP得→K7得YA8、YA9断→液缸卸压YA10得电缸5G压ST8→YA8得电→齿条缸活塞退回→压下ST9→电器均断电→离合器合YA8使YV5右位进：YV3(右)→缸2G上YV5(中)截止YV6(左)→缸5G下回：缸2G下→YV3(右)→油箱缸3G上缸4G左缸4G右→YV4(右)→YV5(中)→油箱缸5G上腔弹簧被压缩离合器脱开进：泵→JF→YV5(右)→

YV4(右)→4G(右)回：4G(左)→YV5(右)→油箱断电后，回油：4G左4G右→YV4右→YV5中→油箱5G下→YV6右→油箱JF泵台夹离合开第四十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期四四、循环控制整个自动循环由按扭SB4起动。

动力箱当K7得电和ST9被压下后起动。

可用按钮SB1停止自动循环（KM1，KM2，KM3断）。

电容器C1用于保护ST9触点不被烧蚀（因ST9与多个电磁铁动作相关）。电气图第四十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期四第四节组合机床的PC控制

用PC控制取代继电器接触器控制，增大机床的灵活性和自动化程度。一、PC输入输出信号按钮、位置及状态信号为输入信号I×.×指示灯、电磁铁、电机等动作信号为输出信号Q×.×输入信号输出信号I/O号信号定义事故停机自动/手动方式转换自动循环开始动力箱原位动力箱快工进转换动力箱进给终点位工作台抬起工作台分度到位工作台反靠到位离合器脱开齿条缸复位工作台夹紧压力液压泵电机起动信号定义I/O号动力箱原位指示工作台原位指示工作台夹紧指示刀具主轴旋转液压泵电机旋转动力箱工进下降动力箱上升动力箱下降工作台抬起、自锁销松开工作台落下、自锁销锁紧工作台回转工作台回转缓冲回转缸返回工作台回转离合器脱离元件元件HL1HL2HL3KM1KM3YA9YA1YA3YA2YA5YA6YA8YA10YA7SB1SA1SB0ST1ST3ST4ST5ST6ST7ST8ST9KM2KPI0.0I0.1I0.2I0.5I0.3I0.4I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4Q0.1Q0.0Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3PC输入输出信号表第四十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期四

二、机床的电气控制原理

电气控制原理图

第五十页，共六十九页，编辑于2023年，星期四分手/自动控制

手动：开关型，用于调整、维修自动：PC输出，运行输入信号接在输入模块上IN→I输出信号接在输出模块上

OUT→QPC输入、输出外部接线图急停动力箱终位工作台抬起工作台分度工作台反靠离合器脱开齿条缸复位液压泵起动工作台夹紧自/手转换自动循环动力箱原位快/工进转换动力箱原位指示工作台原位指示工作台夹紧指示主轴刀具转动冷却泵起动动力箱下降动力箱上升动力箱工进工作台抬起、销脱开工作台落下、销锁紧工作台回转齿条缸复位工作台缓冲离合器脱开-+SB1SA1ST1HL1SB0+-24VKM2I0.0ST3ST4ST5ST6ST7ST8ST9KPI0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4HL2HL3K1K2Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3YA1YA2YA3YA5YA6YA7YA8YA9YA1024VLM第五十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期四三、梯形图的经验设计法与继电器电路转换法1.梯形图中的基本电路

介绍数字量控制系统经验设计法中常用的基本电路。(1)起动保持停止电路与置位复位电路起保停电路的主要特点:具有‘‘记忆”功能。如图，I0.0起动信号;I0.1停止信号

按下起动按钮接通Q0.0的线圈“通电”,同时接通,形成自锁。∴放开起动按钮时,

Q0.0仍为ON。

按下停止按钮断开Q0.0的线圈“断电”,同时断开。以后即使放开停止按钮，Q0.0

的线圈仍“断电”。这种功能也可用置位(S)、复位（R)电路实现。

I0.0Q0.0I0.1Q0.0图3-22第五十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期四(2)用计数器扩展定时器的定时范围

S7-200的定时器最长的定时时间为3176.7s。

可用计数器定时，最大的定时时间为3176.7min。

如需要更长的定时时间，可使用图示的电路。

I0.2为OFF时T37和C4处于复位状态。

I0.2为ON时T37开始定时其常闭触点断开，解除对C4的复位。

3000S后T37定时时间到其常闭触点断开，使自己复位。

复位后T37的当前值变为0，同时其常闭触点接通自己的线圈重新“通电”，又开始定时。图3-23第五十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期四

T3”将这样周而复始地工作，直到I0.2变为OFF。

T37产生的脉冲送给C4计数C4的当前值等于设定值时，它的常开触点闭合Q0.0为ON。

对于100ms的定时器，总的定时时间（s）:

T=0.1KTKc要用lms或10ms的定时器产生周期性的脉冲，应使用下面的程序：

T37的设定值C4的设定值LDNM0.0

//lms定时器T32和M0.0组成的脉冲发生器

TONT32,500

//T32的设定值为500ms

LDT32=M0.0

第五十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期四(3)闪烁电路

I0.0常开触点接通T37的IN电路接通T37开始定时。

2s后T37定时时间到其常开触点接通，使Q0.0变为ON，同时T38开始定时。

3s后T38定时时间到其常闭触点断开，T37被复位

Q0.0变为OFF。

T38的IN电路断开而被复位其常闭触点接通，T37又开始定时。

Q0.0的线圈将这样周期性地“通电”和“断电”，直到I0.0变为OFF。

Q0.0线圈“通电”和“断电”的时间分别等于T38和T37的设定值。

Q0.0输出脉冲的周期和宽度均可设置。图3-24第五十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期四

2.经验设计法

方法：用设计继电器电路图的方法设计比较简单的数字量控制系统的梯形图，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断修改完善梯形图。最后得到较为满意的结果。特点：没有普遍的规律可循，具有很大的试探性和随意性，结果不唯一。应用场合：用于较简单的梯形图(例如手动程序)的设计。实例:图3-26中小车用三相异步电机驱动，

KM1和KM2分别是控制小车右行和左行的交流接触器。用KM1和KM2的主触点改变进入电机的三相电源的相序（图

3-25）,即可改变小车运动的方向。图3-25图3-26第五十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期四控制要求：按下右行起动按钮SB2或左行起动按钮SB3后，小车在左限位开关SQ1和右限位开关SQ2之间不停地循环往返，按下停止按SB1后，电机断电，制动电磁铁的线圈通电，使电机迅速停机，到达设定的制动时间后，切断制动电磁铁的电源。梯形图设计分析：

两个起保停电路分别控制小车的左行和右行。按下正转起动

按钮SB2I0.0

为ONQO.O的线圈“得电”并自保

KM1的线圈通电，小车右行。

图3-26图3-25下页次下页第五十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期四

按下停止按钮SB1I0.2为ONQ0.0线圈“失电”，电机停止运行。

控制右行、左行和制动的接触器同时只能有一个工作。将Q0.0、Q0.01和Q0.2的线圈分别与三者中另两个输出点的常闭触点串联，保证三者中同时只能有一个为ON，这种安全措施称为软件互锁。

按钮联锁：将左行起动按钮对应的I0.1的常闭触点与控制右行的QO.O的线圈串联，将右行起动按钮对应的I0.0的常闭触点与控制左行的QO.1的线圈串联。保证Q0.0和Q0.01不会同时为ON。为使小车在极限位自动停止，将右限位开关I0.4的常闭触点与控制右行的Q0.0的线圈串联，将左限位开关I0.3的常闭触点与控制左行的Q0.1的线圈串联。

为使小车自动改变方向，将左限位开关I0.3的常开触点与手动起动右行的I0.0的常开触点并联，将右限位开关

I0.4的常开触点与手动起动左行的I0.1的常开触点并联。图3-26第五十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期四假设按下左行起动按钮I0.1Q0.l变为ON，小车开始左行碰到左限位开关时，I0.3的常闭触点断开Q0.1的线圈“断电”，小车停止左行。同时I0.3的常开触点接通QO.0的线圈“通电”，开始右行。以后将这样不断地往返运动下去，直到按下停止按钮I0.2。用起保停电路控制制动用的输出继电器Q0.2。按下停止按钮I0.2Q0.1变为ON并自保，同时T38的线圈通电，开始定时设定时间到时，T38的常闭触点断开Q0.2变为OFF，停止制动Q0.2的自保触点断开，T38被复位。梯形图中的软件互锁和按钮联锁电路并不保险,应在PLC外部设置由KM1～KM3的辅助常闭触点组成的硬件互锁电路。该控制方法适用于小容量异步电机，且往返不能太频繁。

图3-26第五十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期四

有些输入信号只能由常闭触点提供。

实例分析:如将图3-26中PLC输入端的FR触点改为常闭触点(见图3-27)。

未过载时FR触点闭合I0.5为ON，梯形图中I0.5的常开触点闭合。

应将I0.5的常开触点与QO.O或Q0.1的线圈串联。过载时FR的常闭触点断开

I0.5为OFF，梯形图中

I0.5常开触点断开，实现过载保护。

3.常闭触点输入信号的处理

图3-27第六十页，共六十九页，编辑于2023年，星期四继电器电路图FR的触点类型(常闭)和梯形图中对应的I0.5的触点类型(常开)刚好相反，给电路的分析带来不便。建议尽可能用常开触点作PLC的输入信号。如果某输入信号只能用常闭触点提供，可以按输入全部为常开触点设计，然后将梯形图中对应的触点改为相反的类型，即常开触点改为常闭触点，常闭触点改为常开触点。

第六十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期四

4.根据继电器电路图设计梯形图的方法

梯形图与继电器电路图极为相似，如果用PLC改造继电器控制系统,根据继电器电路图设计梯形图是一条捷径。

继电器电路图中的交流接触器和电磁阀等执行机构如果用PLC的输出位来控制，它们的线圈接在PLC的输出端。

按钮、控制开关、限位开关、光电开关等用来给PLC提供控制指令和反馈信号，它们的触点接在PLC的输入端，一般使用常开触点。继电器电路图中的中间继电器和时间继电器的功能用PLC内部的存储器位(M)和定时器(T)完成，它们与PLC的输入位、输出位无关。

继电器电路图转换为功能相同的PLC的外部接线图和梯形图的步骤如下:

第六十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期四

1)了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况。

2)确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC外部接线图。

3)确定与继电器电路图的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的存储器位和定时器的地址。

4)根据上述对应关系,在继电器电路图的基础上改画出梯形图。

例:图3-28是自耦减压起动电路，起动时电动机先用自耦变压器的二次电压起动，然后串入自耦变压器的部分绕组减压起动，最后进入全压运行。

图3-29为PLC的外部接线图。图3-30是功能与图3-28是相同的PLC控制系统的梯形图。

下页第六十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期四图3-30梯形图图3-28图3-29上页返回结构选择第六十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期四5.设计中应注意的问题

根据继电器电路图设计PLC外部接线图和梯形图时应注意以下问题：（1）设计PLC外部接线图应注意的问题

1)正确确定PLC的输入信号和输出负载。

热继电器FR的触点可以放在输入回路，如果是需要手动复位的热继电器，它的常闭触点也可以放在输出回路，与相应的接触器的线圈串联。中间继电器KA和时间继电器KT的功能用PLC内部存储器位M和定时器实现，它们的线圈不应在输出回路出现。

2)输入触点类型的选择。

如果在PLC的输入回路使用常开触点，梯形