z3040-摇臂钻床电气控制系统设计

Z3040型摇臂钻床电气控制系统设计101摘要本课程设计是机械加工中常用的Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的设计,旨在解决传统继电器—接触器电气控制系统存在的线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除困难等难题。由于PLC电气控制系统与继电器—接触器电气控制系统相比，具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点。因此，本文对Z3040摇臂钻床电气控制系统的改造，将把PLC控制技术应用到改造方案中去，从而大大提高摇臂钻床的工作性能。此文分析了摇臂钻床的控制原理，制定了可编程控制器改造Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计方案，完成了电气控制系统硬件和软件的设计，其中包括PLC机型的选择、I/O端口的分配、I/O硬件接线图的绘制、PLC梯形图程序的设计。对PLC控制摇臂钻床的工作过程作了详细阐述，叙述了采用PLC取代传统继电器—接触器电气控制系统从而提高机床工作性能的方法，给出了相应的控制原理图。关键词：可编程控制器;摇臂钻床;梯形图;电气控制系统〭Z3040型摇臂钻床电气控制系统设计2目录摘要...........................................................................................................................11绪论.........................................................................................................................41.1Z3040摇臂钻床简介....................................................................................41.2设计目的..........................................................................................................42Z3040摇臂钻床电气控制系统的原理.....................................................................52.1主电路..............................................................................................................52.2控制电路、信号及照明电路.........................................................................52.2.1主电动机的旋转控制...........................................................................52.2.2摇臂松开--升／降--摇臂夹紧控制......................................................52.2.3立柱和主轴箱的松开及夹紧控制及信号灯........................................63基于PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统硬件部分的设计.............................73．1电气元件的选择...........................................................................................73．2PLC型号的选择...........................................................................................83.2.1根据PLC的物理结构..........................................................................83.2.2根据PLC的指令功能..........................................................................93.2.3根据PLC的输入输出点数..................................................................93.2.4根据PLC的存储容量..........................................................................93.2.5根据输入模块的类型...........................................................................93.2.6根据输出模块的类型...........................................................................93.3PLC的I/O电气接线图的设计....................................................................104Z3040摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计...................................................114.1PLC梯形图程序的优化设计及程序调试：................................................114.1.1主电动机的起动控制程序.................................................................114.1.2摇臂升降控制程序..............................................................................114.1.3主轴箱放松或夹紧控制程序.............................................................124.1.4摇臂回转控制梯形图程序.................................................................134.1.5冷却泵开关控制梯形图程序..............................................................13参考文献.....................................................................................................................26Z3040型摇臂钻床电气控制系统设计3附录ⅠZ3040摇臂钻床电气控制原理图.................................................................27附录ⅡZ3040摇臂钻床的电器元件明细表.............................................................28附录ⅢI/O电气接线图..............................................................................................29附录Ⅳ程序梯形图...................................................................................................30Z3040型摇臂钻床电气控制系统设计41绪论1.1Z3040摇臂钻床简介钻床是一种孔加工机床，可用来钻孔、扩孔、绞孔、攻螺纹及修刮端面等多种形式的加工。钻床的结构形式很多，有立式钻床、卧式钻床、深孔钻床等。摇臂钻床是一种立式钻床，它适用于单件或批量生产中带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常用的机床。摇臂钻床主要由底座、内外立座、摇臂、主轴箱和工作台等组成。摇臂的一端为套筒，套装在外立柱上，并借助丝杠的正、反转可沿外立柱作上下移动。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上可通过手轮操作使其在水平导轨上沿摇臂移动。加工时，根据工件高度的不同，摇臂借助于丝杠可带着主轴箱沿外立柱上下升降。在升降之前，应自动将摇臂松开，再进行升降，当达到所需的位置时，摇臂自动夹紧在立柱上。摇臂钻床钻削加工分为工作运动和辅助运动。工作运动包括：主运动（主轴的旋转运动）和进给运动（主轴轴向运动）；辅助运动包括：主轴箱沿摇臂的横向移动，摇臂的回转和升降运动。钻削加工时，钻头一面旋转一面作纵向进给。钻床的主运动是主轴带着钻头作旋转运动。进给运动是钻头的上下移动。摇臂回转和主轴箱的左右移动采用手动.当进行加工时，由特殊的加紧装置将主轴箱紧固在摇臂导轨上，而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。钻削加工时，钻头一边进行旋转切削，一边进行纵向进给，其运动形式为：（1）摇臂钻床的主运动为主轴的旋转运动;（2）进给运动为主轴的纵向进给;（3）辅助运动有：摇臂沿外立柱垂直移动，主轴箱沿摇臂长度方向的移动，摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。1.2设计目的（1）了解Z3040摇臂钻床的操作顺序，并作出功能图。(2)、熟悉并会接较复杂的PLC控制系统电路。(3)、领悟电气控制电路PLC改造的要领。Z3040摇臂钻床结构示意图1底座2内立柱3、4外立柱5摇臂6主轴箱7主轴8工作台Z3040型摇臂钻床电气控制系统设计52Z3040摇臂钻床电气控制系统的原理2.1主电路我国原来生产的Z3040摇臂钻床的主轴旋转运动和摇臂升降运动的操作是通过不能复位的十字开关来操作的,它本身不具有欠压和失压保护。因此在主回路中要用一个接触器将三相电源引入。现在的Z3040摇臂钻床取消了十字开关，它的电气原理图见附录Ⅰ。它的主电路、控制电路、信号电路的电源均采用自动开关引入，自动开关的电磁脱扣作为短路保护取代了熔断器。交流接触器KM1只主电动机M1接通或断开的接触器，KR1为主电动机过载保护用热继电器。摇臂的升降，立柱的夹紧放松都要求拖动的电动机正反转，所以M2和M3电动机分别有两个接触器，它们为KM2、KM3和KM4、KM5。摇臂升降电动机M2、冷却泵电动机M4均为短时工作，不设过载保护。采用4台电机拖动，主轴电动机Ml、摇臂升降电动机M2、液压泵电动机M3及冷却泵电动机M4，4台电动机均采用直接起动控制。M2为短时工作制.主轴电动机Ml和液压泵电动机M3分别设有热继电器FRl、FR2作长期过载保护。2.2控制电路、信号及照明电路2.2.1主电动机的旋转控制在主电动机启动前，首先将自动开关Q2、Q3、Q4扳到接通状态，同时将配电盘的门关好并锁上。然后再将自动开关Q1扳到接通位置，电源指示灯亮。这时按下SB1，中间继电器K1通电并自锁,为主轴电动机与其他电动机的启动做好了准备。当按下按钮SB2时，交流接触器KM1线圈通电并自锁使主电动机旋转，同时主电动机旋转的指示灯HL4亮。主轴的正转与反转用手柄通过机械变换的方法来实现。2.2.2摇臂松开--升／降--摇臂夹紧控制控制电路设有主轴启动按钮SB2和主轴停止按钮SB1。摇臂钻床的工作过程是由电气、机械、液压系统紧密结合实现的。摇臂升／降动作按照“摇臂松开→升