機電傳動課程設(shè)計方案用PLC改造Z搖臂鉆床電氣控制回路.docx

1、1. 引言鉆床是一種用途廣泛的通用機床，包括立式鉆床、臥式鉆床、深孔鉆床、多軸鉆床等。搖臂鉆床是一種立式鉆床，在鉆床中具有一定的典型性，主要用于對大型零件進行鉆孔、擴孔、鉸孔和攻螺紋等，如果增加輔助設(shè)備，還可以進行轄孔。傳統(tǒng) Z35型搖臂鉆床為繼電器控制電路，此控制線路接觸觸點多，故障也多，機械使用率較低；用PLC 控制技術(shù)改造其繼電器控制電路，可以克服其缺點。2. 系統(tǒng)方案設(shè)定2.1 Z35 搖臂鉆床的結(jié)構(gòu)圖 1 Z35 搖臂鉆床結(jié)構(gòu)Z35 的外形圖如圖所示，主要由底座，工作臺，主軸，搖臂，主軸箱，內(nèi)立柱，外立柱等部分組成。內(nèi)立柱固定不動安裝在底座上，外立柱套在內(nèi)立柱外，并可以繞內(nèi)立柱旋轉(zhuǎn)一

2、周，搖臂的一端套在外立柱上，借助絲杠的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，搖臂可以沿外立柱上升或下降，但搖臂不能和外立柱做相對回轉(zhuǎn)運動，它跟外立柱在一起繞1/11內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)，主軸箱安裝在搖臂的水平導(dǎo)轉(zhuǎn)軌上通過手輪操作可以使其沿導(dǎo)軌做徑向移動，當(dāng)需要鉆削加工時，利用夾緊機構(gòu)將外立柱緊固在內(nèi)立柱上將搖臂固定在外立柱上，將主軸箱固定在搖臂上。2.2 Z35搖臂鉆床的運動形式Z35 搖臂鉆床的主運動包過主軸帶動刀具的旋轉(zhuǎn)運動和主軸帶動道具的軸向進給運動。Z35 搖臂鉆床的輔助運動包括外立柱繞內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運動，搖臂沿外立柱的上升下降，主軸箱沿?fù)u臂的水平徑向移動以及加緊動作等。2/113/112.4 Z35搖臂鉆床的電氣控制分

3、析2.3.1 主軸電動機的控制將十字開關(guān) SA3 扳到左邊，其觸頭 2-3 ）閉合， KV 得電吸合并自鎖，然后將 SA扳到右邊，觸頭 SA3夾緊”工作過程， SQ2 是控制搖臂夾緊的位置開關(guān)，它的兩個觸點 SQ2-2、SQ2-1 分別在搖臂上升、下降時起作用。為了使搖臂上升或下降時不致超過允許的極限位置，在搖臂上升和下降的控制電路中，分別串入位4/11置開關(guān) SQ1-1、SQl-2 的常閉觸點。當(dāng)搖臂上升或下降到極限位置時，擋塊將相應(yīng)的位置開關(guān)壓下，使電動機停轉(zhuǎn)，從而避免事故的發(fā)生。2.3.3立柱夾緊與松開的控制立柱的夾緊與放松是通過接觸器KM4 和KM5 控制電動機 M4 的正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)

4、的。當(dāng)需要搖臂和外立柱繞內(nèi)立柱轉(zhuǎn)動時，應(yīng)先按下按鈕SB1 使接觸器 KM4通電吸合，電動機 M4 正轉(zhuǎn)，通過齒式離合器驅(qū)動齒輪式油泵，送出高壓油。經(jīng)一定油路系統(tǒng)和傳動機構(gòu)將內(nèi)外立柱松開，放開SB1，電動機 M4 停轉(zhuǎn)，這時，搖臂在人力推動下轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)到所需位置時，再按下按鈕SB2，使接觸器 KM5 通電，電動機 M4 反轉(zhuǎn)，在液壓推動下立柱被夾緊；SB2 松開后，電動機 M4 停轉(zhuǎn)，整個“松開移動夾緊”過程結(jié)束。由于主軸箱在搖臂上的夾緊與放松和立柱的夾緊與放松是用同一臺電動機和液壓機配合進行的，因此，在對立柱夾緊與放松的同時，也對主軸箱在搖臂上進行了夾緊與放松。主軸箱與立柱的夾緊與放松也可用手

5、柄操縱。2.3.4 冷卻泵電機的控制冷卻泵電機由開關(guān) SA1直接控制， SA1閉合， M1轉(zhuǎn)動， SA1斷開， M1停止 2.3.5 照明燈的控制照明燈 EL 由開關(guān) SA2控制2.5 Z35 搖臂鉆床的控制要求1. 由于運動部件較多，故采用多臺電動機拖動，以簡化裝置2. 為滿足攻螺紋的需要，要求主軸能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速，而主軸電動只由 1 個接觸的控制，只能單方向轉(zhuǎn)動，所以主軸的正反轉(zhuǎn)由機械來完成3. 搖臂的上升和下降要有限位保護4. 搖臂的夾緊和放松由機械和電氣聯(lián)合完成。立柱和主軸箱的夾緊與放松是由電動機配合液壓裝置來完成的。5. 鉆削加工時需要對刀具及工件進行冷卻。6. 要有零壓保護3.

6、PLC 的改造3.1 PLC 的選擇5/113.1.1PLC 的功能（ 1）邏輯控制功能（ 2）定時，計數(shù)功能（ 3）數(shù)據(jù)處理功能（ 4）通信與聯(lián)網(wǎng)功能3.1.2 PLC 的特點（1）抗干擾能力強，可靠性高，環(huán)境適應(yīng)好（2）編程方法簡單易學(xué)（3）應(yīng)用靈活，通用性好（4）完善的監(jiān)視和診斷功能3.1.3 PLC 對時間和其他特殊功能要求（1）對于開關(guān)量的控制系統(tǒng)，無需考慮 PLC的響應(yīng)時間，對于模擬量控制系統(tǒng)，特別是閉環(huán)控制系統(tǒng)，就需要考慮 PLC的響應(yīng)時間（2）控制對象的不同會對PLC提出不同的控制要求，如用PLC替代繼電器完成設(shè)備或生產(chǎn)過程控制的上限警報控制，只需PLC 的基本邏輯功能即可。對

7、于需要模擬量控制的系統(tǒng)，則應(yīng)選擇配有模擬量I/O 模塊的 PLC，PLC內(nèi)部還具有數(shù)字運算功能。對于需要驚醒數(shù)據(jù)處理以及信息管理的系統(tǒng)，PLC 應(yīng)具有圖表傳送，數(shù)據(jù)庫生成等功能。對于需要高速脈沖計數(shù)的系統(tǒng)，PLC 應(yīng)具有高速計數(shù)功能，且應(yīng)了解系統(tǒng)所需的最高技術(shù)頻率。有些系統(tǒng)需要進行遠(yuǎn)程控制，就應(yīng)先配具有遠(yuǎn)程 I/O 控制的 PLC。還有一些特殊功能，如溫度控制，位置控制， PID 控制等。3.1.4 用戶程序存儲器所需容量的估算= 指令步數(shù)3.2 PLC 的改造6/113.2.1 Z35型搖臂鉆床輸入輸出點數(shù)統(tǒng)計1. 輸入點數(shù)(1 主軸電動機啟動運轉(zhuǎn)的十字開關(guān)1 個 控制搖臂上升的十字開關(guān)1

8、個 SA 上開關(guān)）；控制搖臂下降的十字開關(guān) 1 個 立柱松開按鈕 SB1 兩個；立柱夾緊按鈕 SB2 兩個。輸入點數(shù)共 11 點。2 輸出點數(shù)(1 主軸電動機 M2 運行交流接觸器 1 個；(2 搖臂升降電機正、反轉(zhuǎn)交流接觸器各1 個；(3 立柱夾緊與松開控制電機的正、反轉(zhuǎn)交流接觸器各1 個。輸出點數(shù)共 5點。綜上所述， PLC應(yīng)選用 S7-200系列型的 CPU224型的 PLC，Z35 型搖臂鉆床改造后共需點數(shù)為 16 點，為了保證所設(shè)計的控制系統(tǒng)能正常運行，在設(shè)計硬件系統(tǒng)時，應(yīng)根據(jù) I/O實際點數(shù)留有 20%余量。考慮到發(fā)展及工藝控制問題，故選擇松下 FP1-C24 PLC繼電器輸出，

9、I/O總點數(shù)為 29，輸入點數(shù)為 16 點，輸出點數(shù)為 13點。7/113.2.2PLCI/O 分配表序號功能輸入序號功能輸出1立柱松開按鈕 SB1I0.01M2控制接觸器 KM1Q0.02立柱夾緊按鈕 SB2I0.12M3正轉(zhuǎn)接觸器 KM2Q0.13上限位 SQ1I0.23M3反轉(zhuǎn)接觸器 KM3Q0.24下限位 SQ2I0.34M4正轉(zhuǎn)接觸器 KM4Q0.35上升 SA8上I0.45M4反轉(zhuǎn)接觸器 KM5Q0.46下降 SA8下I0.56M1控制接觸器 KM6Q0.57主軸 SA8右I0.67照明 HL1Q0.68啟動 SA8左I0.78搖臂上升 HL2Q0.79冷卻泵 SA5I1.09搖臂

10、下降 HL3Q1.010照明 SA4I1.110主軸工作 HL4Q1.111升聯(lián)動 SA1I1.211冷卻泵工作 HL5Q2.012降聯(lián)動 SA1I1.312立柱夾緊 HL6Q2.113M1熱保護 FR1I1.413立柱松開 HL7Q2.214M2熱保護 FR2I1.515M3熱保護 FR3I2.016M4熱保護 FR4I2.1表 1 輸入口分配表8/119/11結(jié)論10/11通過本次課程設(shè)計我學(xué)到了很多東西，熟悉了課堂上所學(xué)的基本內(nèi)容，通過不斷的調(diào)查資料，對PLC的構(gòu)成和工作原理有了進一步深入的認(rèn)識，尤其是PLC編程部分，在全組同學(xué)的分工合作下完成了本次課程設(shè)計，同時培養(yǎng)了我們獨立思考的能力，對我們自身有很大的提升。參考文獻1. 劉長青 . 電氣控制與 PLC應(yīng)用技術(shù) . 科學(xué)出版社2. 王永華 . 現(xiàn)代電氣控