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1扬州大学本科生课程设计报告题目摇臂钻床电气控制系统课程电气控制及可编程控制器专业电气工程及其自动化班级电气0902学号091302246姓名指导老师王永华李新兵蒋步军完成日期2012.12.282目录1绪论………………………………………………………………….………11.1课程题目…………………………………………………………………11.2设计目的及要求…………………………………………………………11.3原始资料…………………………………………………………………11.4课题要求…………………………………………………………………41.5日程安排…………………………………………………………………41.6主要参考书………………………………………………………………42器件选择……………………………………………………………….…52.1摇臂钻床简介……………………………………………………………52.2总体结构…………………………………………………………………52.3摇臂钻床电气控制特点与控制要求………………………………….…52.4电气控制电路分析…………………………………………………….…63程序设计……………………………………………………………….....…103.1总体设计思路…………………………………………………….…….103.2PLC输入输出口分配…………………………………….…….....…….103.3主电路设计……………………………………………….……....…….113.4摇臂钻床的输入输出接线图…………………………….……….…….123.5摇臂钻床的梯形图……………………………………………….…….133.6摇臂钻床的助记符……………………………………………….…….144安装、接线及系统联合测试………………………………………..…174.1硬件调试..................................................................................................174.2软件调试和模拟调试..............................................................................175总结…………………………………………………………………..….……186参考文献…………………………………………………………….………1931绪论1.1课程题目摇臂钻床电气控制系统1.2设计目的及要求1、熟悉电气控制系统的一般设计原则、设计内容及设计程序。2、掌握电气设计制图的基本规范，熟练掌握PLC程序设计的方法和步骤。3、学会收集、分析、运用电气设计有关资料及数据。4、培养独立工作和工程设计能力以及综合运用专业知识解决实际工程技术问题的能力。1.3原始资料1．设备概况钻床可以进行多种形式的加工，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40r/min，最高为2000r/min，进给范围为0.05～1.60r/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。钻床的种类很多，有台钻、立钻、卧钻、专门化钻床和摇臂钻床。台钻和立钻的电气电路比较简单，其他型式的钻床在控制系统上也大同小异。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。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。摇臂钻床除了主轴的旋转和进给运动外，还有摇臂的上升、下降及立柱的夹紧和放松。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。2．控制要求(1)主要控制电器为四台电机：主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机、冷却泵电机。(2)主电动机和液压泵电机采用热继电器进行过载保护，摇臂升降电动机、冷却泵电机4均为短时工作，不设过载保护。(3)摇臂的升降，主轴箱、立柱的夹紧放松都要求拖动摇臂升降电动机、液压泵电动机能够正反转。(4)摇臂的升降控制：按下摇臂上升起动按钮，液压泵电动机起动供给压力油，经分配阀体进入摇臂的松开油腔，推动活塞使摇臂松开。同时摇臂升降电动机旋转使摇臂上升。如果摇臂没有松开，摇臂升降电动机不能转动，必须保证了只有摇臂的可靠松开后方可使摇臂上升或下降，可使用限位开关控制。当摇臂上升到所需要的位置时，松开摇臂上升起动按钮，升降电动机断电，摇臂停止上升。当持续1~3s后，液压泵电动机反转，使压力油经分配阀进入的夹紧液压腔，摇臂夹紧，同时液压泵电动机停止，完成了摇臂的松开—上升—夹紧动作。(5)摇臂升降电动机的正转与反转不能同时进行，否则将造成电源两相间的短路。(6)因为摇臂的上升或下降是短时的调整工作，所以应采用点动方式。(7)摇臂的上升或下降要设立极限位置保护。(8)立柱和主轴箱的松开与夹紧控制：主轴箱与立柱的松开及夹紧控制可以单独进行，也可以同时进行。由开关SA2和按钮SB5（或SB6）进行控制。SA2有三个位置：在中间位置（零位）时为松开及夹紧控制同时进行，扳到左边位置时为立柱的夹紧或放松，扳到右边位置时为主轴箱的夹紧或放松。SB5是主轴箱和立柱的松开按钮，SB6为主轴箱和立柱的夹紧按钮。(9)主轴箱的松开和夹紧为的动作过程：首先将组合开关SA2扳向右侧。当要主轴箱松5开时，按下按钮SB5，经1～3s后，液压泵电动机正转使压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱放松。主轴箱和立柱松开指示灯HL2亮。当要主轴箱夹紧时，按下按钮SB6，经1～3s后，液压泵电动机反转，压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱夹紧。同时指示灯HL3亮，HL2灭，指示主轴箱与立柱夹紧。(10)当将SA2扳到左侧时，立柱松开或夹紧。SA2在中间位置按下SB5或SB6时，主轴箱和主柱同时进行夹紧或放松。其他动作过程和主轴箱松开和夹紧完全相同，不再重复。(11)机床要有照明设施摇臂钻床电器元件列表符号名称及用途符号名称及用途M1主电动机YA1主轴箱放松、夹紧用电磁铁M2摇臂升降电动机YA2立柱松开、夹紧用电磁铁M3液压泵电动机K1工作准备用中间继电器M4冷却泵电动机SA1机床工作灯开关KM1主轴旋转接触器SA2主轴箱、立柱松开、夹紧用转换开关KM2摇臂上升接触器FR1M1电动机过载保护用热继电器KM3摇臂下降接触器FR2M3电动机过载保护用热继电器KM4主轴箱、立柱、摇臂放松接触器TC控制变压器KM5主轴箱、立柱、摇臂夹紧接触器SB1总起动按钮KT1摇臂上升、下降用时间继电器SB2主电动机起动按钮KT2主轴箱、立柱和摇臂放松、夹紧用时间继电器SB3摇臂上升起动按钮KT3主轴箱、立柱和摇臂放松、夹紧用时间继电器SB4摇臂下降起动按钮SQ1摇臂升降极限保护限位开关SB5主轴箱、立柱、摇臂松开按钮SQ2摇臂放松用限位开关SB6主轴箱、立柱、播臂夹紧按钮SQ3摇臂夹紧用限位开关SB7总停止按钮SQ4立柱夹紧、放松指示用限位开关SB8主电动机停止按钮QF1～QF4电源引入兼做短路保护用断路器HL1～HL4工作状态指示信号灯QF5工作灯用断路器EL机床工作灯QF6冷却泵电动机电源断路器61.4课题要求1、设计原则：国家现行有关电气设计规范及主管部门规定等。2、设计范围：控制系统主电路及控制电路设计，电器设备选型。3、设计成果：课程设计报告（设计说明书及计算书等），主电路图、控制电路图、流程图、I/O端子接线图、梯形图及程序。（所有成果均应为打印稿）1.5日程安排本次课程设计时间共一周，进度安排如下：1、设计准备，熟悉有关电气设计规范，熟悉课题设计要求及内容。（1天）2、分析控制要求、主电路及控制电路方案设计。（1天）3、绘制控制流程图、I/O端子接线图。（1天）4、梯形图设计、编制程序及程序说明。（1天）5、整理计算书及图纸、写课程设计报告。（1天）1.6主要参考书1、《电气控制与可编程控制器应用技术》郁汉琪主编东南大学出版社2、《工厂电气控制技术》方承远主编机械工业出版社3、《可编程控制器原理应用网络》徐世许主编中国科学技术大学出版社4、《工厂常用电气设备手册》（第2版）上、下册中国电力出版社72器件选择2.1摇臂钻床简介钻床是一种用途广泛的万能机床，可进行钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及修刮断面等多种形式的加工。钻床按结构型式可分为立式钻床、卧式钻床、摇臂钻床、深孔钻床、台式钻床等。在各种钻床中，摇臂钻床操作方便，灵活，使用范围广，特别适用于带有多孔大型工件的孔加工，式机械加工中床用的机床设备，具有典型性。摇臂钻床的摇臂可绕立柱回转和升降，它与立式钻床的区别是主轴可方便地在水平面上调整位置，使刀具对准被加工孔轴心，而工件则固定不动。因此，对于加工大而重的工件上的孔带来很大的方便。2.2总体结构摇臂钻床一般由底座、内外立柱、摇臂、主轴箱和工作台等部件组成。内立柱固定在底座的一端，外立柱套在内柱上，并可绕内立柱回转360°。摇臂的一端为套筒，塔套在外立柱上，借助于升降丝杆的正反向旋转，摇臂可沿外立柱上下移动。由于升降螺母固定在摇臂上，所以摇臂只能与外立柱一起绕内立柱回转。主轴箱式一个复合的部件，它由主电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构以及机床的操作机构等部分组成。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，通过手轮操作可是主轴箱沿摇臂水平导轨作径向运动。这样，主轴5可通过主轴箱在摇臂上的水平移动及摇臂的回转可方便的调整至机床尺寸范围内的任意位置。为适应加工不同高度工件的需要，可调节摇臂在立柱上的位置。Z3040钻床中，主轴箱沿摇臂的径向运动和摇臂的回转运动为手动调整。钻削加工时，主轴旋转为主运动，主轴的纵向运动为进给运动，即转头一面旋转一面作纵向进给。此时主轴箱夹紧在摇臂的水平导轨上，摇臂与外立柱加紧在内立柱上。辅助运动有：摇臂沿外立柱的上下垂直移动；主轴箱沿摇臂水平导轨的径向移动；摇臂的回转运动。2.3摇臂钻床电气控制特点与控制要求一电气控制特点1）摇臂钻床运动部件比较多，多简化传动装置，采用多电动机拖动，分别是主轴电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机及冷却泵电动机。2）Z3040型摇臂钻床是机、电、液的综合控制。机床由二套液压系统：一套是单向旋转的主轴电动机拖动齿轮泵送出压力油，通过操作手柄来操纵机构实现轴正、反转、停车制动、空挡、预选与变速的操纵机构液压系统：另一套使由液压泵电动机拖动液压泵送出压力油来实现摇臂的夹紧与松开、主轴箱和立柱的夹紧和放松的夹紧8机构液压系统。3）摇臂的升降控制与摇臂夹紧放松的控制有严格的程序要求，以确保先松开，再移动，移动到位后自动加紧。所以对M3、M2电动机的控制有严格程序要求，这些由电气控制电路控制，液压、机械配合来实现。4）电路具有完善的保护和联锁。二控制要求1）4台电动机容量均较小，采用直接起动方式，主轴要求正反转，但采用机械方法实现，主轴电动机单向旋转。2）升降电动机要求正反转。液压泵电动机用来驱动液压泵送出不同流向的压力油，推动活塞、带动菱形块动作来实现内外立柱的夹紧与放松以及主轴箱和摇臂的加紧与放松，故液压泵电动机要求正反转。3）摇臂的移动严格按照摇臂松开→摇臂移动→移动到位摇臂夹紧的程序进行。因此，摇臂的加紧放松与摇臂升降应按上述程序自动进行。4）钻削加工时，应由冷却泵电动机拖动冷却泵，共处冷却液进行钻头冷却。5）要求有必要的联锁与保护环节。6）具有机床安全照明电路与信号指示电路。2.4电气控制电路分析在Z3040型摇臂钻床电气原理图中M1为主轴电动机，M2为摇臂升降电动机，M3为液压泵电动机，M4为冷却泵