Z3050摇臂钻床的PLC改造设计.doc

1、Z3050摇臂钻床的PLC改造设计摘要传统机床控制系统基本上采用交流继电器接触器控制方式，可靠性较差。存在触点寿命低、故障率高、线路维护困难等缺点。可编程控制器（PLC）是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种工业自动控制装置，应用灵活、可靠性高、维护方便。应用PLC对传统机床控制系统进行改造可取得良好效果。把 PLC 控制技术应用到改造 Z3050B摇臂钻床电气控制系统中去，从而大大提高摇臂钻床的工作性能。【关键字】：摇臂钻床 PLC 梯形图AbstractTraditional machine tool control system basically ad

2、opts relay contactor control method, the reliability is poorer. Low contact life, the failure rate is high, shortcomings and so on line maintenance difficulties. Programmable controller (PLC) is based on microprocessor, integrated computer technology, automatic control technology and communication t

3、echnology developed a kind of industrial automatic control device, application flexibility, high reliability, easy maintenance. Using PLC to transform the traditional machine tool control system can achieve good effect to the PLC control technology is applied to transform Z3050 radial drilling machi

4、ne electric control system, thus greatly improve the performance of radial drilling machine.【Key word】: radial drilling machine PLC ladder diagram 目录前言1摘要、关键词.2 英文摘要、英文关键词.3第一章 Z3050摇臂钻床的主要结构及运动形式4第二章 Z3050摇臂钻床工作原理82.1主电路分析82.2控制电路分析92.2.1主轴电机M1的控制92.2.2摇臂升降控制92.2.3立柱和主轴箱的夹紧与放松控制102.2.4冷却泵电机M4的控制102

5、.2.5照明、指示电路分析10第三章 PLC的简介和特点.113.1 PLC的简介.113.2 PLC的特点.12第四章 Z3050控制系统PLC改造设计134.1系统主要组成部分134.2 PLC的选型14 4.3输入输出设计. . . .14 4.4梯形图设计. . .14 4.5调试19 总结20结束语. . . .21致谢. . .22参考文献23附录24附录-1主电路24附录-2 PLC外部接线图25附录-3梯形图26 前言 传统机床控制系统基本上采用交流继电器接触器控制方式，可靠性较差。存在触点寿命低、故障率高、线路维护困难等缺点。可编程控制器（PLC）是以微处理器为基础，综合计算

6、机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种工业自动控制装置，应用灵活、可靠性高、维护方便。应用PLC对传统机床控制系统进行改造可取得良好效果。把 PLC 控制技术应用到改造 Z3050 摇臂钻床电气控制系统中去，从而大大提高摇臂钻床的工作性能。论文对摇臂钻床主电路进行了分析，对控制线路进行了详细的阐述，完成了电气制系统硬件和软件的设计，其中包括 PLC机型的选择、输入输出信号及地址的分配、I/O 端口的分配、PLC 梯形图程序的设计。第一章 Z3050摇臂钻床的主要结构及运动形式1.1 主要结构 Z3050摇臂钻床是一种用途广泛的万能机床，适用于加工中小零件，可以进行钻孔、扩孔、铰孔、刮平面

7、及改螺纹等多种形式的加工，增加适当的工艺装备还可以进行镗孔。主要由底座、内外立柱、摇臂、主轴箱、主轴及工作台等部分组成。最大钻孔直径为40mm，跨距最大1200mm,最小300mm。 图1-1 Z3050摇臂钻床外形图1.2 摇臂钻床主要运动形式（1）主轴带刀具的旋转与进给运动 主轴的转动与进给运动由一台三相交流异步电动机（3kw）驱动，主轴的转动方向由机械及液压装置控制. （2）各运动部分的移位运动 主轴在三维空间的移位运动有主轴箱沿摇臂方向的水平移动（平动）；摇臂沿外立柱的升降运动（摇臂的升降运动由一台1.1kw笼型三相异步电动机拖动）；外立柱带动摇臂沿内立柱的回转运动等三种，各运动部件的

8、移位运动用于实现主轴的对刀移位。 （3）移位运动 部件的夹紧与放松 摇臂钻床的三种对刀移位装置对应三套夹紧与放松装置，对刀移动时，需要将装置放松，机加工过程中，需要将装置夹紧。三套夹紧装置分别为摇臂夹紧（摇臂与外立柱之间）；主轴箱夹紧（主轴箱与摇臂导轨之间）；立柱夹紧（外立柱和内立柱之间）。通常主轴箱和立柱的夹紧与放松同时进行。摇臂的夹紧与放松则要与摇臂升降运动结合进行。Z3050摇臂钻床夹紧与放松机构液压原理如下图所示。图中液压泵采用双向定量泵。液压泵电动机在正反转时，驱动液压缸中活塞的左右移动，实现夹紧装置的夹紧与放松运动。电磁换向阀HF的电磁铁YA用于选择夹紧与放松的现象，电磁铁YA的线

9、圈不通电时电磁换向阀工作在左工位，接触器KM4、KM5控制液压泵电动机的正反转，实现主轴箱和立柱（同时）的夹紧与放松；电磁铁YA线圈通电时，电磁换向阀工作在右工位，接触器KM4、KM5控制液压泵电动机的正反转，实现摇臂的夹紧与放松。 图1-2 Z3050摇臂钻床夹紧与放松机构液压原理图1.3 摇臂钻床的电力拖动特点由于摇臂钻床的运动部件较多，故采用多电动机拖动，这样可以简化传动装置的结构。整个机床由四台笼型感应电动机拖动，他们分别是（1）主拖动电动机钻头（主轴）的旋转与钻头的进给，是由一台电动机拖动的，由于多种加工方式的要求，所以对摇臂钻床的主轴与进给都提出较大的调速范围要求。该机床的主轴调速

10、范围为80，正传最低速度为25r/min，最高速度为2000r/min,分6级变速；进给运动的调速范围为80，最低进给量是0.04mm/r,最高进给量是3.2mm/r，也分为16级变速。在加工螺纹时，要求主轴能正反转，由机械方法变换，所以电动机不需要反转。（2）摇臂升降电动机当工件与钻头高度不合适时，可将摇臂升高或降低，故需正反转。（3）液压泵电动机 摇臂、立柱、主轴箱的夹紧放松，均采用液压传动菱形块夹紧机构，夹紧用的高压油是由一台电动机带动高压油泵送出的。由于摇臂的夹紧装置与立柱的夹紧装置，主轴的夹紧装置不是同时动作，所以，采用一台电动机拖动高压油泵，由电磁阀控制油路。 （4）冷却液泵电动机

11、 切削时，刀具及工件的冷却由冷却液泵供给所需的冷却液，冷却液流量大小有专用阀门调节，与电动机转速无关。1.4 Z3050摇臂钻床适用范围 该机床适用于加工中、小型零件。它可以进行钻孔、扩孔、铰孔和攻螺纹等工作。装置其他工艺装备时，还可以进行镗孔。该机床主轴转速和进给量变换时采用液压预选变速机构；主轴箱、 摇臂、内外立柱夹紧是采用液压-菱形块夹紧机构，夹紧力大，夹紧前后主轴偏心量小；摇臂升降有保险螺母和电器保险机构，进给有钢珠安全离合器等保护装置。第二章 Z3050摇臂钻床工作原理继电器-接触器控制的Z3050型摇臂钻床电气控制原理图如下图所示：Z3050型摇臂钻床电气控制电路由以下两部分组成：

12、主电路和控制电路。主电路包括电源开关QS1，三相交流接触器KM1KM5的主触头，热断电器FR1、FR2的元件以及三相交流电动机M1M4等。其中，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为冷却泵电动机。控制电路包括控制变压器TC，控制按钮SB1SB6,位置开关SQ1SQ4,交流接触器KM1KM5的线圈和辅助接点，时间继电器KT，电磁阀YA，信号指示灯HL1HL3以及照明灯EL等。Z3050型摇臂钻床采用380V/50H三相交流电作为动力电源，有良好的接地保护。图中FU1为总的短路保护元件，兼作主轴电动机M1和冷却泵电动机M4的短路保护装置。FU2熔断器为M2、M3及控制变压器TC的一次侧提供短路保护。M4用手动组合开关QS2控制，不设过载保护。M1、M3分别用热继电器KH1、KH2作过载保护。组合开关QS1为机床电