機(jī)電傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)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(jī)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(duì)大型零件進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔和攻螺紋等，如果增加輔助設(shè)備，還可以進(jìn)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(diǎn)多，故障也多，機(jī)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(diǎn)。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(tái)，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(dòng)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(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(guò)手輪操作可以使其沿導(dǎo)軌做徑向移動(dòng)，當(dāng)需要鉆削加工時(shí)，利用夾緊機(jī)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(yùn)動(dòng)形式Z35 搖臂鉆床的主運(yùn)動(dòng)包過(guò)主軸帶動(dòng)刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和主軸帶動(dòng)道具的軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。Z35 搖臂鉆床的輔助運(yùn)動(dòng)包括外立柱繞內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(dòng)以及加緊動(dòng)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(dòng)機(jī)的控制將十字開(kāi)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(guò)程， SQ2 是控制搖臂夾緊的位置開(kāi)關(guān)，它的兩個(gè)觸點(diǎn) SQ2-2、SQ2-1 分別在搖臂上升、下降時(shí)起作用。為了使搖臂上升或下降時(shí)不致超過(guò)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(kāi)關(guān) SQ1-1、SQl-2 的常閉觸點(diǎn)。當(dāng)搖臂上升或下降到極限位置時(shí)，擋塊將相應(yīng)的位置開(kāi)關(guān)壓下，使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，從而避免事故的發(fā)生。2.3.3立柱夾緊與松開(kāi)的控制立柱的夾緊與放松是通過(guò)接觸器KM4 和KM5 控制電動(dòng)機(jī) M4 的正、反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)

4、的。當(dāng)需要搖臂和外立柱繞內(nèi)立柱轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)先按下按鈕SB1 使接觸器 KM4通電吸合，電動(dòng)機(jī) M4 正轉(zhuǎn)，通過(guò)齒式離合器驅(qū)動(dòng)齒輪式油泵，送出高壓油。經(jīng)一定油路系統(tǒng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將內(nèi)外立柱松開(kāi)，放開(kāi)SB1，電動(dòng)機(jī) M4 停轉(zhuǎn)，這時(shí)，搖臂在人力推動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到所需位置時(shí)，再按下按鈕SB2，使接觸器 KM5 通電，電動(dòng)機(jī) M4 反轉(zhuǎn)，在液壓推動(dòng)下立柱被夾緊；SB2 松開(kāi)后，電動(dòng)機(jī) M4 停轉(zhuǎn)，整個(gè)“松開(kāi)移動(dòng)夾緊”過(guò)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(tái)電動(dòng)機(jī)和液壓機(jī)配合進(jìn)行的，因此，在對(duì)立柱夾緊與放松的同時(shí)，也對(duì)主軸箱在搖臂上進(jìn)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(jī)的控制冷卻泵電機(jī)由開(kāi)關(guān) SA1直接控制， SA1閉合， M1轉(zhuǎn)動(dòng)， SA1斷開(kāi)， M1停止 2.3.5 照明燈的控制照明燈 EL 由開(kāi)關(guān) SA2控制2.5 Z35 搖臂鉆床的控制要求1. 由于運(yùn)動(dòng)部件較多，故采用多臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，以簡(jiǎn)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(dòng)只由 1 個(gè)接觸的控制，只能單方向轉(zhuǎn)動(dòng)，所以主軸的正反轉(zhuǎn)由機(jī)械來(lái)完成3. 搖臂的上升和下降要有限位保護(hù)4. 搖臂的夾緊和放松由機(jī)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(dòng)機(jī)配合液壓裝置來(lái)完成的。5. 鉆削加工時(shí)需要對(duì)刀具及工件進(jìn)行冷卻。6. 要有零壓保護(hù)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(shí)，計(jì)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(diǎn)（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，環(huán)境適應(yīng)好（2）編程方法簡(jiǎn)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(duì)時(shí)間和其他特殊功能要求（1）對(duì)于開(kāi)關(guān)量的控制系統(tǒng)，無(wú)需考慮 PLC的響應(yīng)時(shí)間，對(duì)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(shí)間（2）控制對(duì)象的不同會(huì)對(duì)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(guò)程控制的上限警報(bào)控制，只需PLC 的基本邏輯功能即可。對(duì)

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(yùn)算功能。對(duì)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(kù)生成等功能。對(duì)于需要高速脈沖計(jì)數(shù)的系統(tǒng)，PLC 應(yīng)具有高速計(jì)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(jìn)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(chǔ)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(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)1. 輸入點(diǎn)數(shù)(1 主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的十字開(kāi)關(guān)1 個(gè) 控制搖臂上升的十字開(kāi)關(guān)1

8、個(gè) SA 上開(kāi)關(guān)）；控制搖臂下降的十字開(kāi)關(guān) 1 個(gè) 立柱松開(kāi)按鈕 SB1 兩個(gè)；立柱夾緊按鈕 SB2 兩個(gè)。輸入點(diǎn)數(shù)共 11 點(diǎn)。2 輸出點(diǎn)數(shù)(1 主軸電動(dòng)機(jī) M2 運(yùn)行交流接觸器 1 個(gè)；(2 搖臂升降電機(jī)正、反轉(zhuǎn)交流接觸器各1 個(gè)；(3 立柱夾緊與松開(kāi)控制電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)交流接觸器各1 個(gè)。輸出點(diǎn)數(shù)共 5點(diǎn)。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(diǎn)數(shù)為 16 點(diǎn)，為了保證所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)能正常運(yùn)行，在設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù) I/O實(shí)際點(diǎn)數(shù)留有 20%余量?？紤]到發(fā)展及工藝控制問(wèn)題，故選擇松下 FP1-C24 PLC繼電器輸出，

9、I/O總點(diǎn)數(shù)為 29，輸入點(diǎn)數(shù)為 16 點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)為 13點(diǎn)。7/113.2.2PLCI/O 分配表序號(hào)功能輸入序號(hào)功能輸出1立柱松開(kāi)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(dòng) 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(dòng) SA1I1.211冷卻泵工作 HL5Q2.012降聯(lián)動(dòng) SA1I1.312立柱夾緊 HL6Q2.113M1熱保護(hù) FR1I1.413立柱松開(kāi) HL7Q2.214M2熱保護(hù) FR2I1.515M3熱保護(hù) FR3I2.016M4熱保護(hù) FR4I2.1表 1 輸入口分配表8/119/11結(jié)論10/11通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)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(guò)不斷的調(diào)查資料，對(duì)PLC的構(gòu)成和工作原理有了進(jìn)一步深入的認(rèn)識(shí)，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(jì)，同時(shí)培養(yǎng)了我們獨(dú)立思考的能力，對(duì)我們自身有很大的提升。參考文獻(xiàn)1. 劉長(zhǎng)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