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毕业设计基于PLC的摇臂钻床控制系统改造93784.doc
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2022-12-16
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毕业设计基于PLC的摇臂钻床控制系统改造93784.doc
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基于 PLC 的摇臂钻床控制系统改造
摘 要
本设计是研究机械加工中常用的 Z3050 摇臂钻床传统电气控制系统的改造问
题,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、
故障诊断和排除费时费力等难题。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,本设计对 Z3050 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,以提高摇臂钻床的工作
性能。设计中分析了摇臂钻床的控制原理,制定了可编程控制器改造 Z3050 摇臂钻
床电气控制系统的控制方案,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,论述了采用 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与接线
图。
关键词:可编程控制器,摇臂钻床,梯形图,电气控制系统
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一、Z3050 摇臂钻床的控制原理图
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Z3050 摇臂钻床的结构与运动形式
Z3050 摇臂钻床一般由底座、外立柱、摇臂、主轴箱、和工作台等部件组成。
Z3050 摇臂钻床的运动形式
主运动 摇臂钻床主主轴带着钻头(刀具)的旋转运动。
进给运动 摇臂钻床主轴的垂直运动(手动或自动)。
辅助运动 辅助运动用来调整主轴(刀具)与工件纵向,横向即水平面上的相
对位置以与相对高度。
1.3 Z3050 摇臂钻床的电气控制系统分析
(1)主电路分析
三相电源由低压断路器 QS 控制。M1 为单向旋转,由接触器 KM1 控制,主轴的
正反转时另一套由主轴电动机拖动齿轮泵送出的压力油的液压系统,经“主轴变速,
正反转与空挡”操作手柄来获得的。M1 由热继电器 FR1 作过载保护。
M2 由正反转接触器 KM2、KM3 控制实现正反转,因摇臂移动是短时的,不用设
计过载保护,但其与摇臂的放松与夹紧之间有一定的配合关系,这由控制电路去保
证。
M3 由接触器 KM4、KM5 控制实现正反转,设有热继电器 FR2 作过载保护。
M4 电机容量小,仅 0.125KW,由开关 SA1 控制启动,停止。
(2)控制电路分析
1)主轴电动机控制 由按钮 SB2、SB1 与接触器 KM1 构成主轴电动机起动-停止
控制电路,M1 起动后,指示灯 HL3 亮,表示主轴电动机在旋转。
2)摇臂升降与夹紧、放松控制 摇臂钻床工作时摇臂应夹紧在外立柱上,发出
摇臂移动信号后,须先松开夹紧装置,当摇臂移动到位后,夹紧装置再将摇臂夹紧。
本电路能自动完成这一过程。
由摇臂上升按钮 SB3、下降按钮 SB4 与正反转接触器 KM2、KM3 组成具有双重互
锁的电动机正反转点动控制电路,由于摇臂的升降控制须与夹紧机构液压系统密切
配合,所以与液压泵电动机的控制密切相关。液压泵电动机正反转由正反转接触器
KM4、KM5 控制,拖动双向液压泵,送出压力油,经二位六通阀送至摇臂夹紧机构实
现夹紧与放松。下面以摇臂上升为例分析摇臂升降与夹紧、放松的控制。
按下摇臂上升点动按钮 SB3,时间继电器 KT 通电吸合,瞬动常开触头 KT
(23-25)KT(1-29)闭合,前者使 KM4 线圈通电吸合,后者使电磁阀 YV 线圈通电。
于是液压泵电动机 M3 正转起动,拖动液压泵送出压力油,经二位六通阀进入摇臂
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松开油腔,推动活塞和菱形块,使摇臂松开。同时活塞杆通过弹簧片压动行程开关 SQ2,
其常闭触头 SQ2(9-23)断开,接触器 KM4 断电释放,液压泵电动机停止旋转,摇臂
维持在松开状态;同时,SQ2 常开触头 SQ2(9-11)闭合,使 KM2 线圈通电吸合,
摇臂升降电动机 M2 起动旋转,拖动摇臂上升。
当摇臂上升到预订位置,松开上升按钮 SB3,KM2、KT 线圈断电,M2 依惯性旋
转至停止,摇臂停止上升。经延时,KT(29-31)闭合,KM5 线圈通电,使液压泵电
动机 M3 反转,触头 KT(1-29)断开,但 SQ3 复位而使电磁阀 YV 仍得电,送出的压
进入摇臂夹紧油腔,反向推动活塞与菱形块,使摇臂夹紧。这段延时就确保了横梁
升降电动机在断开电源依惯性旋转经 1~3s 时间,KM5 线圈仍处于断电状态,而 YV
仍处于通电状态。这段延时就确保了横梁升降电动机在断开电源依惯性旋转经 1~
3s 完全停止旋转才开始摇臂的夹紧动作,所以 KT 延时长短依 M2 电动机切断电源到
完全停止的惯性大小来调整。
当摇臂夹紧后,活塞杆通过弹簧片压动行程开关 SQ3(1-29)断开,KM5 线圈
断电,M3 停止旋转,YV 线圈失电,摇臂夹紧完成。摇臂夹紧的行程开关 SQ3 应调
整到摇臂夹紧后能够动作,若调整不当摇臂夹紧后仍不能动作,会使液压泵电动机
M3 长期工作而过载。为防止由于长期过载而损坏液压泵电动机,电动机 M3 虽短时
运行,也仍采用热继电器作过载保护。
摇臂升降的极限保护由组合开关 SQ1 来实现。SQ1 有两对常闭触头,当摇臂上
升或下降到极限位置时相应常闭触头断开,切断对应的上升或下降接触器 KM2 与
KM3 线圈电路,使 M2 停止,摇臂停止移动,实现极限位置保护。此时可按下反方移
动起动按钮,使 M2 反向旋转,拖动摇臂反向移动。
3)主轴箱与立柱的夹紧、放松控制 立柱与主轴箱均采用液压操纵夹紧与放松,
两者是同时进行的,工作时要求二位六通阀 YV 不通电。松开与夹紧分别由松开按
钮 SB5 和夹紧按钮 SB6 控制。指示灯 HL1、HL2 指示其动作。
按下松开按钮 SB5 时,KM4 线圈通电吸合,M3 电动机正转,拖动液压泵送出压
力油,此时电磁阀线圈 YV 不通电,其提供的高压油经二位六通电磁阀到另一油路,
进入立柱与主轴箱松开油腔,推动活塞和菱形块使立柱与主轴箱同时松开。当立柱
与主轴箱松开后,行程开关 SQ4 不受压复位,触头 SQ4(101-107)闭合,指示灯 HL1
亮,表明立柱与主轴箱已松开。于是可以手动操作主轴箱正转摇臂的水平导轨上移
动。当移动到位,按下夹紧按钮 SB6 时,KM5 线圈通电吸合,M3 电机反转,拖动液
压泵送出压力油至夹紧油腔,使立柱与主轴箱同时夹紧。当确已夹紧,压下 SQ4,
触头 SQ4(101-107)断开,HL1 灯灭,触头 SQ4(101-109)闭合,HL2 灯亮,指示立
柱与主轴箱均已夹紧,可以进行钻削加工。
4)冷却泵电动机 M4 的控制 M4 电动机由开关 SA1 手动控制、单向旋转。
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