Z3040钻床控制系统的PLC改造课程设计.doc

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1、一、Z3040钻床电路分析 1、主体结构（1）主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱、工作台等组成。内立柱固定在底座的一端，在它的外面套着外立柱，外立柱可绕办立柱回转360，摇臂的一端为套筒，它套在外立柱上，借助丝杠的正反转可使摇臂沿内外立柱作上下移动，由于该杠与外立柱连为一体，而升降螺母固定在摇臂上，所以摇臂只能与外立柱一起绕办立柱回转。主轴箱是一个复合部件，它由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构等组成。主轴箱安装在摇臂在水平导轨上，可以通过手轮操作使其水平导轨上沿摇臂移动。（2）运行形式 主轴的旋转为主运动；主轴的纵向进给为进给运动。辅助运动有摇臂沿外立柱的垂直移动；主轴箱

2、沿摇臂长度方向的水平移动；摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。 2、主电路分析（1）钻床的总电源由三相断路器QF1控制，并配有用作短路保护的熔断器FU1。M1为主轴电动机。主轴电动机M1为单向旋转，按起动按钮SB2,接触器KM1线圈通电吸合并自锁,其主触点接通主拖动电动机的电源,主电动机M1旋转。按下停止按钮SB1，接触器KM1断电释放，主轴电动机M1被切断电源而停止工作。主轴电动机起动后拖动齿轮泵送出压力油，由液压系统操纵主轴操作手柄，驱动正反转磨擦离合器来实现主轴正反转。M2摇臂升降电动机， SB3、SB4分别为上升和下降按钮，控制由接触器KM2、KM3实现正反转点动控制，正、反转对应摇臂

3、上升和下降。M3液压泵电动机，由于接触器KM4、KM5实现正反转控制，拖动双向液压泵，送出液压油，经二位六通阀送至摇臂夹紧机构实现夹紧和松开，采用热继电器FR2作长期过载保护。 M4冷却泵电动机，由开关SA控制。图1 主电路原理图（2）摇臂升降的控制：按下上升点动SB3，时间继电器KT 通电，瞬动常开触点KT（13-14）闭合接触器KM4线圈通电，液压泵电动机M3起动旋转，拖动液压泵送出压力油，同时KT的断电延时断开触头KT（1-17）闭合，电磁阀YV线圈通电。于是液压 泵送出的压力油经二位六通阀进入摇臂夹紧机构的松开油腔，推动活塞和菱形块，将摇臂松开。同时，活塞杆通过弹簧片压上行程开关SQ2

4、，发出摇臂松开信号，即触头SQ2（6-13）断开，SQ2（6-7）闭合，前者断开KM4线圈电路，液压泵电动机M3停止旋转，液压泵停止供油，摇臂维持在松开状态；后者接通KM2线圈电路，使KM2线圈通电，摇臂膊升降电动机M2起动，拖动摇臂上升。所以行程开关SQ2是用来反映摇臂是否松开且发出松开信号的元件。 当摇臂上升到所需的位置时，松开摇臂上升点动按钮SB3，KM2和KT线圈同时断电，摇臂停止上升，而KT线圈断电其断电延时闭合触点KT经延时5S才闭合，断电延时断开触头KT经延时5S才断开，在KT断电延时的5S时间内KM5线圈仍处于断电状态，电磁阀YV仍处于通电状态。确保摇臂升降电动机M2在断电后到

5、位完全停止运转才开始摇臂的夹紧动作，所以KT延时长短依M2电动机切断电源至完全停止旋转的惯性大小来调整。 KT 断电延时时间到，触点KT闭合，接触器KM5线圈通电，液压泵电动机M3反向起动旋转，拖动液压泵送出压力油，同时KT的断电延时断开触头KT断开，电磁阀YV线圈断电。于是液压泵送出的压力油经二位六通阀进入摇臂夹紧机构的夹紧油腔，推动活塞和菱形块，将摇臂夹紧。同时，活塞杆通过弹簧片压上行程开关SQ3，发出摇臂夹紧信号，即触头SQ3断开KM5线圈断，液压泵电动机M3停止旋转，液压泵停止供油，摇臂夹紧完成，所以行程开关SQ3是用来反映摇臂是否夹紧且发出夹紧信号的元件。摇臂升降的极限保护由组合开关

6、SQ1来实现，SQ1有两对常闭触点，当摇臂膊上升或下降到极限位置时相应触点动作，切断对应上升或下降接触器KM2、KM3，使摇臂升降电动机M2停止运行，摇臂停止移动。SQ1 开关两对触点平时应调整在同时接通位置；一旦动作时，应使一对触点断开，而另一对触点仍保持闭合。3、控制电路分析控制电路、照明电路及指示灯均由一台电源变压器T降压供电。有127V、36V、6.3V三种电压。127V电压供给控制电路，36V供给局部照明，6.3V作为信号指示电源。图中KM2、KM3分别为上升与下降接触器，KM4、KM5分别为松开与夹紧接触器，SQ3、SQ4分别为松开与夹紧限位开关，SQ1、SQ2分别为摇臂升降极限开

7、关，SB3、SB4分别为上升和下降按钮，SB5、SB6分别为立柱、主轴箱夹紧装置的松开夹紧图2 控制电路原理图二、改造方案的确定1、摇臂钻床通常具有下列运动：主运动：主轴的旋转及进给运动；辅助运动：摇臂沿外立柱的升降运动，主轴箱沿摇臂的水平运动及摇臂与外立柱一起相对于内立柱的回转运动。钻孔时，工件固定不动，通过调节摇臂钻床的主轴来对准孔的位置，位置对准后即可由主运动实现钻孔。而在加工之前，对准孔的位置全部由辅助运动实现，由此可见辅助运动在孔的定位中起着关键作用。其中主轴箱沿摇臂导轨作水平移动，摇臂及外立柱共同绕内立柱做回转运动(回转范围：180)；摇臂沿外立柱的升降运动为电气控制，另外还需考虑

8、主轴箱、摇臂、内外立柱的夹紧和松开。2、针对原有的硬件接线，提出如下改造方案：因Z3040摇臂钻床的控制信号较多、触点多，线路复杂，查找故障困难，维修不便，若采用PLC控制可大大简化控制线路，降低机床的故障率，使维修更加方便。(1)原钻床的工艺加工方法不变；(2)不改变原来的电器操作方法及原电气系统控制元件(包括限位开关、按钮、组合开关)，控制元件的数量、作用均与原线路相同；(3)保持原主电路不变；(4)将控制电路中原有的硬件接线全部改为由PLC的梯形图编程实现；(5)指示灯电路通过PLC控制，照明灯仍采用外电路直接控制。三、PLC的选择及I/O口分配根据Z3040型摇臂钻床电气控制要求，其输

9、入输出均为开关量。根据原有控制电路来计算I/O点数。其中,需要PLC检测的输入信号：按钮6个、行程开关3个，共计输入点数9个；而PLC的输出控制信号：接触器5个、电磁阀线圈1个，共计输出点6个。输入信号I/O地址输出信号I/O地址电动机M1停止按钮SB1X0接触器KM1Y0电动机M1起动按钮SB2X2接触器KM2Y1摇臂上升按钮SB3X4接触器KM3Y2摇臂下降按钮SB4X6接触器KM4Y3主轴箱松开按钮SB5X10接触器KM5Y4主轴箱夹紧按钮SB6X12电磁阀YVY5摇臂上升限位行程开关SQ1X1摇臂松开行程开关SQ2X3摇臂自动夹紧行程开关SQ3X5表1 I/O地址分配图图3 外部接线图图四、PLC控制程序梯形图设计图4 PLC程序梯形图图5 Z3040摇臂钻床电气原理图成绩评定细则：1上课出勤及迟到、早退情况（10分）（ ）分2图纸（20分）（ ）分3硬件设计（20分）（ ）分5设计实现性或模拟调试（30分）（ ）分6课程设计报告书（20分）（ ）分最终给定成绩： 五级制成绩：优 良 中 及格 不及格 教师签名