钻床电气控制设计

1、机床电气控制设计说明书钻床电气控制设计机械工程学院（部）2017年6月16日目录第 1 章Z3040 摇 臂 钻 床 的 结构 .31.1 Z3040摇臂钻床的简介1.2 Z3040摇臂钻床的结构第2章Z3040摇臂钻床的运动形式和电气控制要求的说明 42.1 Z3040摇臂钻床的运动形式2.2 电气控制要求的说明第 3章 Z3040摇臂钻床继电接触器控制线路图.73.1 z3040摇臂钻床继电接触器控制线路图总图3.2 具体控制过程第 4 章元 器 件 的 选型.104.1 热继电器FR的选择4.2 接触器的选择4.3 时间继电器的选择4.5 Z3040摇臂钻床电器元器件明细表第 5 章PL

2、C 控 制 电 路 的 说明 .135.1 PLC的选型5.2 PLC的组成5.3 PLC输入输出接口5.4 PLC的I/O端口分配表5.5 PLC梯形图5.6 PLC接线图第6 章心 得 体会.20第7章参 考 文献.21附图一、钻床电气原理图附图二、PLC梯形图第1章Z3040摇臂钻床的结构1.1 Z3040摇臂钻床的简介钻床是一种孔加工机床，可用来钻孔、扩孔、绞孔、攻螺纹及修刮端面等多种形式 的加工。钻床的结构形式很多，有立式钻床、卧式钻床、深孔钻床等。摇臂钻床是一种 立式钻床，它适用于单件或批量生产中带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车 间常用的机床。1.2 Z3040摇臂钻床的

3、结构Z3040摇臂钻床主要由底座、内外立座、摇臂、 主轴箱和工作台等组成。摇臂的一端 为套筒，套装在外立柱上，并借助丝杠的正、反转可沿外立柱作上下移动。主轴箱安装 在摇臂的水平导轨上可通过手轮操作使其在水平导轨上沿摇臂移动。加工时，根据工件 高度的不同，摇臂借助于丝杠可带着主轴箱沿外立柱上下升降。在升降之前，应自动将摇臂松开，再进行升降，当达到所需的 位置时，摇臂自动夹紧在立柱上。摇臂钻床钻削 加工分为工作运动和辅助运动。工作运动包括：主运动(主轴的旋转运动)和进给运动(主轴轴向运动)；辅助运动包括：主轴箱沿摇臂的横向移动，摇臂的回转和升降运动。 钻削加工时，钻头一面旋转一面作纵向进给。钻床的

4、主运动是主轴带着钻头作旋转运动。 进给运动是钻头的上下移动。辅助运动是主轴箱沿摇臂水平移动，摇臂沿外立柱上下移 动和摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。摇臂回转和主轴箱的左右移动采用手动.第2章z3040摇臂钻床的运动形式和电气控制要求的说明2.1 Z3040摇臂钻床的运动形式当进行加工时，由特殊的加紧装置将主轴箱紧固在摇臂导轨上，而外立柱紧固在内 立柱上，摇臂紧固在外立柱上，然后进行钻削加工。钻削加工时，钻头一边进行旋转切 削，一边进行纵向进给，其运动形式为：(1)摇臂钻床的主运动为主轴的旋转运动；(2)进给运动为主；(3)辅助运动有：摇臂沿外立柱垂直移动，主轴箱沿摇臂长度方向的移动，摇臂与

5、外 立柱一起绕内立柱的回转运动。2.2 电气控制要求的说明1 .主轴电动机控制 主轴电动机1M为单向旋转，由按钮1SB 2SB和接触器1KMR 现起动和停止控制。主轴的正、反转则由 1M电动机拖动齿轮泵送出压力油，通过液压系 统操纵机构，配合正、反转摩擦离合器驱动主轴正转或反转。2 .摇臂升降控制 摇臂钻床在加工时，要求摇臂应处于夹紧状态，才能保证加工精 度。但在摇臂需要升降时，又要求摇臂处于松开状态，否则电动机负载大，机械磨损严 重，无法升降工作。摇臂上升或下降时，其动作过程是，随着升降指令发出，先使摇臂 与外立柱处于松开状态，而后上升或下降，待升降到位时，要自行重新夹紧。由于松开 与夹紧工

6、作是由液压系统实现，因此，升降控制必须与松紧机构液压系统紧密配合。2M为升降电动机，由按钮3SB 4SB点动控制接触器2 KM、3KM接通或断开，使2M 电动 机正、反向旋转，拖动摇臂上升或下降移动。3M为液压泵电动机，通过接触器 4 KM , 5KM接通或断开，使3M电动机正向带动双 向液压泵送出压力油，经二位六通阀至摇臂夹紧机构实现夹紧与松开。下面以摇臂上升为例简述动作过程：按下 3SB按钮，时间继电器KT线圈通电，瞬时常开 触点（13-14）闭合，接触器4 KM线圈得电，液压泵电动机3M起动旋转带动液压泵送出压 力油，同时断 电延时断开的KT常开触点（1-17）闭合，使电磁阀YV线圈得电

7、，液压泵输 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 2SQg出摇臂已松开信号。止匕时，2SQ触点（6-13） 断开，使接触器4 KM线圈断电，液压 泵电动机3M停转，油路单向阀保压，摇臂处于松 开状态。与此同时，2SQ触点（6-7）闭合，接触器2 KM线圈得电，升降电动机2MB电起 动旋转，带动摇臂上升，待摇臂上升至所需位置时，松开按钮2SB, 2KM线圈断电，2M电动机停转，摇臂停止上升。同时KT线圈也断电，KT常闭触点（17-18）瞬时闭合，而其 延时断开的常开触点（1-17）仍未打开，使电磁阀YV继续得电，同时

8、接触器5K雌圈得电， 液压泵电动机3M反转，反向送出压力油，经二位六通阀反方向推动活塞和菱形块，将摇 臂夹紧。KT延时打开触点，经过13s延时后断开，同时活塞杆通过弹簧压下行程开关 3SQ使触点3SQ （1-17）也断开，电磁阀YV 5KMB圈断电。液压泵电动机3M停转，摇 臂上升后重新夹紧过程结束。行程开关 2SQ为摇臂放松信号开关。行程开关 3SQ为摇臂 夹紧信号开关。时间继电器KT延时断开常开触点是为保证当瞬间操作 3SB或4SB,使4 KM 得电摇臂开始松开后放开3SB或4SB时，若4 KM过早断电，可能造成摇臂处于半松开 状态。有了 KT延时断开触电（1-17）后，则能 在KT线圈断

9、电13s内处于闭合状态，使 5KM线圈得电，液压泵电动机3M反向旋转，使摇臂重新夹紧，直到延时时间到，KT触点断开，3SQ动作，5KMit电为止，这样就保证了摇臂在加工工件前总是处于夹紧状态。3 .夹紧、松开控制Z3040型摇臂钻床除了上述摇臂上升下降过程需要夹紧、松开 控制外，还有主轴箱和立柱的松开、夹紧控制。主轴箱和主柱的松开、夹紧从液压系统 中看出二者是同时进行的。当按下松开按钮5SB接触器4 KM线圈得电，液压泵电动机3M正转，拖动液压泵 输送出压力油， 经二位六通阀，进入主轴箱与立柱的松开油缸推动活塞和菱形块，使主 轴箱与立柱实现松开，此时由于 YV不得电，压力油不会进入摇臂松开活塞

10、，摇臂仍处于 夹紧状态。当主轴箱与立柱松开时，行程开关 4SQ不受压，触点（10l-102）闭合，指示灯 1HL亮，表示主轴箱与立柱处于松开状态，可以手动操作主轴箱在摇臂的水平导轨上移动 至适当位置。同时推动摇臂（套在内立柱上）使外立柱绕内立柱旋转至适当的位置，按下 夹紧按钮6SB,接触5KM线圈得电，3M电动机反转，拖动液压泵输送出反向压力油至夹 紧油缸，使主轴箱和立柱夹紧。同时行程开关4SQ压下，触点（101-102）断开，1HL灯暗， 而（101-103）闭合，2HL灯亮，指示主轴箱与立柱处于夹紧状态，可以进行钻削加工。4 .冷却泵电动机控制冷却泵电动机容量小（0.125kW）,由1SA

11、开关控制单向旋转。5 .联锁、保护环节 电路中利用2SQ实现摇臂松开到位，开始升降的联锁控制，利 用3SQ实现摇臂完全夹紧白联锁控制。通过 KT延时断开的常开触点实现摇臂松开后自 动夹紧的联锁控制。摇臂升降除了按钮 4SB 3SB机械互锁外，还采用2 KM、3KM电气 的双重互锁控制。主轴箱与立 柱进行松开、夹紧工作时，为保证压力油不供给摇臂夹紧 油路，通过5SB 6SB常闭触点切断YV线圈电路，达到联锁目的。电路利用熔断器1FU作为总电路和电动机1M 4M的短路保护。利用熔断器2FU作为 电动机2M 3M及控制变压器T 一次侧的短路保护，利用热继电器 1KR为1M电动机的过 载保护，2KR为

12、3M电动机的过载保护。组合行程开关1SQ乍为摇臂上升、下降的极限位 置保护，1SQ有两对常闭 触点，当摇臂上升下降至极限位置时，相应触点动作切断与其 对应的上升下降接触器2 KM、3KM 使2M电动机停止转动，摇臂停止升降，实现升降 极限位置保护，电路中失压或欠压保护由各接触器实现。6.照明与信号指示电路通过控制变压器T降压提供照明灯EL安全电压，由SA2开关操作。熔断器3FU作为短路保 护。当主轴电动机工作时，1KMM点(101-104)接通，指示灯3HL亮，表示主轴工作；当主轴箱、立柱处于夹紧状态时，4SQ触点(101-l03)接通，2HL灯亮。主轴箱、立柱处于 松开状态，4SQ触点(10

13、1-102)接通，1HL灯亮。第3章Z3040摇臂钻床继电接触器控制线路图3.1 Z3040摇臂钻床继电接触器控制线路图总图图3-1 Z3040摇臂钻床电气控制线路图3.2 具体控制过程具体控制过程为：(1)主轴电动机的启停 按下主轴启动按钮SB2,接触器KM1得电吸合且自 保持，主轴电动机M1运转。按下停止按钮SB1,主轴电动机停止。日1工三5(2)摇臂上升 按下摇臂上升按钮SB3时间继电器KT得电，其瞬动常开触头和瞬时 闭合延时打开的常开触头使接触器 KM4ffi电磁阀YA动作，液压泵电动机 M3启动,液压 油进入摇臂装置的油缸，使摇臂松开。待完全松开后，行程开关SQ2动作，其常闭触头断开

14、使接触器KM救电释放，液压泵电动机 M3亭止运转，其动合触头接通使接触器 KM2 得电吸合，摇臂升降电动机 M2正向启动，带动摇臂上升。上升到所需要的位置后，松开上升按钮SB3时间名电器KT、接触器KM2断电释放，摇臂升降电动机 M2停止运转， 摇臂停止上升。延时1-3秒后，时间继电器KT的常闭触头闭合，常开触头断开，但由于 夹紧到位行程开关SQ3a闭触头处于导通状态，故 YA继续处于吸合状态，接触器 KM吸 合，液压泵电动机M3反向启动，向夹紧装置油缸中反向注油，使夹紧装置动作。夹紧完 毕后，行程开关SQ3动作，接触器KM我电释放液压泵电动机 M3停止运转，电磁阀YA 断电。时间继电器KT的

15、作用是适应SB3松开到摇臂停止上升之间的惯性时间，避免摇臂惯性上升中突然夹紧。(3)摇臂下降按下摇臂下降按钮SB4,动作过程与摇臂上升使相似。(4)立柱和主轴箱同时松开和同时夹紧按下立柱和主轴箱松开按钮 SB0接触器KM4#电吸合，液压电动机M3正向启动，由于电磁阀YA没有得电，处于释放状态，所以 液压油经2位6通阀分配至立柱和主轴箱松开油缸，立柱和主轴箱夹紧装置松开；按下 立柱和主轴多!夹紧按钮 SB6,接触器KM剂电吸合，M3反向启动，液压油分配至立柱和 主轴箱夹紧油缸，立柱和主轴箱装置夹紧。(5)摇臂升降限位保护 该动作时靠上下限位开关 SQ1UW SQ1D实现的。上升到极限 位置后，S

16、Q1M断触头断开，摇臂自动夹紧，同松开上升按钮 SB3动作相同；下降到极 限位置后，SQ1M断触头断开，摇臂自动夹紧，同松开下降按钮 SB4动作相同。第4章元器件的选型4.1 热继电器FR的选择根据电动机的额定电流进行热继电器的选择，由前面M1、M2和M3的额定电流，现选择如下：FR1选用JR16-20/3D型热继电器。热元件额定电流 11A额定电流调节范围为6.8 11A工作时调整在6.82A.FR2选用JR16-20/3型热继电器。热元件额定电流 2.4A额定电流调节范围为1.5 2.4A工作时调整在1.42A。4.2 接触器的选择根据负载回路的电压、电流，接触器所控制回路的电压及所需点的

17、数量等来进行接 触器的选择。本设计中KM1主要对M1进行控制，而M1额定电流为6.82A,控制回路电源为127V, 需要主触点两对，所以，KM尬G0-10型接触器，主触点额定电流为10A,线圈电压为127V。KM2与KM3寸M2进行控制，而M2额定电流为2.01A,控制回路电源为127V,各需要 主触点两对，KM2的辅助动断触点一对，KM3的辅助动断触点一对，所以，KM2 KM3选 CD10-5型接触器，主触点额定电流为5A,线圈电压为127V。KM4f KM5寸M3进行控制，而M3的额定电流为1.42A,控制回路电源为127V,各需 要主触点三对，KM4的辅助动断触点一对，KM5的辅助动断触

18、点一对，所以，KM4 KM5 选CJ10-5型接触器。4.3 时间继电器的选择本设计中由于摇臂的升降需要延时控制。需要常开触点一个，延时闭合动断触点一 个，延时断开动合触点一个，我们选ISSI型时间继电器。额定电压AC127V DC24V额定 功耗小于5W动作频率1200次/h。4.4 照明及指示灯的选择本设计中，电源指示灯EL选才? JC2,交流36V、40W与灯开关SA2成套配置；指示 灯HL1、HL2、HL3选才? ZSD-0型，指标为6.3V, 0.25A,颜色为黄色，绿色，红色各一个。4.5 Z3040摇臂钻床电器元器件明细表序号符号名称型号规格1EL照明灯JC240W,36 V2F

19、R1主轴电动机热继电器JR0-40热元件4-6.4A3FR2液压电动机热继电器JR0-40热元件1-1.6A4FU1主电源熔断器RL1-60熔融卜20A5FU2摇臂液压电动机控制电路熔RL1-15熔融k 10A断器6FU3照明灯熔断器RL1-15熔体2A7HL1立柱主轴箱放松指示灯LA19-11D黄色、6.3V、装于SB5内8HL2立柱主轴箱夹紧指示灯LA19-11D绿色、6.3V、出SB3内9HL3主轴运转指示灯LA19-11D绿色、6.3V、装于SB2内10KM1主轴电动机接触器CJ0-20B线圈电压127V11KM2摇臂上升接触器CJ0-20B线圈电压127V12KM3摇臂卜降接触器CJ

20、0-20B线圈电压127V13KM4液压电动机正向接触器CJ0-20B线圈电压127V14KM5液压电动机反向接触器CJ0-20B线圈电压127V15KT时间继电器JS7-4A线圈电压127V16M1主轴电动机JO2-32-4,T23KW 380V 6.5A、1430r/min17M2摇臂升降电动机JO2-21-4,T21.1KW380V2.64A 1410r/min18M3液压电动机JO2-11-4,T20.6KW380V 1.62A 1380r/min19QS1主电源组合开关HZ2-25/3板后接线20QS2冷却泵电动机组合开关HZ2-10/3板后接线21SB照明火开关装于照明灯上22SB

21、1主轴停止按钮LA19-11红23SB2主轴启动按钮LA19-11D带绿色指示灯（HL3）24SB3摇臂上升按钮LA19-11红25SB4摇臂卜降按钮LA19-11黄26SB5立柱主轴箱放松按钮LA19-11D带黄色指示灯（HL1）27SB6立柱主轴箱夹紧按钮LA19-11D带绿色指示灯（HL2）28SQ1上下限位组合开关HZ4-2229SQ2摇臂松开行程开关LX5-1130SQ3摇臂夹紧行程开关LX5-1131SQ4立柱主轴箱夹紧行程开关LX3-11K32TC控制变压器BK-150380/127V、36V 6.3V33YA液压分配电磁阀MQJ1-3线圈电压127V表4-1 Z3040摇臂钻床

22、电器元件明细表第5章PLC控制电路的说明5.1 PLC的选型选择基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的PLC机型，应从以下几个方面来考虑：(1)根据PLC的物理结构根据物理结构的不同，PLC分为整体式、模块式和叠装式。整体式的每一 I/O点的平 均价格比模块式便宜，小型电气控制系统一般使用整体式可编程控制器。此次所设计的 电气控制系统属于小型开关量电气控制系统没有特殊的控制任务，整体式PLC完全可以满足控制要求，且在性能相同的情况下，整体式PLC较模块式和叠装式PLC价格便宜，因此，Z3040摇臂钻床电气控制系统的PLC选用整体式结构的PLC(2)根据PLC的指令功能考虑到任何一种PLC都可以满足

23、开关量电气控制系统的要求，据此本课题将尽量采 用价格便宜的PLC(3)根据PLC的输入输出点数摇臂钻床的电气控制系统需要 8个输入口 4个输出口，PLC的实际输入点数应等于或大于 所需输入点数，PLC的实际输出点数应等于或大于所需输出点数， 在条件许可的情况下尽 可能留有10%-20励余量。(4)根据PLC的存储容量摇臂钻床的电气控制系统需要8个输入口 4个输出口，PLC的实际输入点数应等于或 大于所需输入点数，PLC的实际输出点数应等于或大于所需输出点数， 在条件许可的情况 下尽可能留有10%-20崛余量。4.3.4 根据PLC的存储容量PLC存储器容量的估算方 法：对于仅有开关量输入/输出

24、信号的电气控制系统，将所需的输入/输出点数乘以8,就 是所需PLC储器的存储容量(单位为 bit )即 (17+11) x 8=224bit(5)根据输入模块的类型输入模块的输入电压一般为 DC24阴口 AC110WE AC220V直流输入电路的延迟时间较 短，可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接。交流输入方式的触点接触可 靠，适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。由于本基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的工作环境并不恶劣，且对电气控制系统操作人员来说 DC24Vt压较AC110Vt压安全 些。因此，本基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的PLC输入模块应选直流输入模块，输 入电压应DC2

25、4V6压。5.2 PLC的组成(1)输入寄存器 输入寄存器可按位进行寻址，每一位对应一个开关量，其值反映 了开关量的状态，其值的改变由相互如开关量驱动，并保持一个扫描周期。CPK以读其值，但是不可以写或进行修改。(2)输出寄存器 输出寄存器的每一位都表明了 PLC在下一个时间段的输出值，而 程序循环执行开始时的输出寄存器的值，表明的是上一时间段的真实输出值，在程序执 行过程中，CPim以读其值，并作为条件参加控制， 还可以修改其值，而中间的变换仅仅 影响寄存器的值。只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出，即 只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。(3 )存储器 存储器分

26、为系统存储器和用户存储器。系统存储器存储的是系统程序， 它是由厂家开发固化好了的，用户不能修改，PLC要在系统程序的管理下运行。用户存储 器中存放的是用户程序和运行所需要的资源，I/O寄存器的值作为条件决定着存储器中的 程序如何被执行，从而完成复杂的控制功能。(4) CPU1元CPU单元控制着I/O寄存器的读、写时序，以及对存储器单元中的程 序的解释执行工作，是PLC的大脑。(5)其他单元接口 其他单元接口用语提供PLC与其他设备和模块进行连接通信的 物理条件。5.3 PLC输入输出接口输入输出接口是PLC与工业现场控制或检测元件和执行元件连接的接口电路。PLC 的输入接口有直流输入、交流输入

27、、交直流输入等类型；输出接口有晶体管输出、品闸 管输出和继电器输出等类型。晶体管和晶闸管输出为无触点输出型电路，晶体管输出型 用于高频小功率负载、晶闸管输出型用于高频大功率负载；继电器输出为有触点输出型电路，用于低频负载。现场控制或检测元件输入给 PLC各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量等，通过输入接口电路 将这些信号转换成CPU能够接收和处理的信号。输出接口电路将 CPUX出的弱电控制信 号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。(1)输入接口 输入接口用于接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、转换 开关、

28、行程开关、继电器触头等开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各 种变换器提供的连续变化的模拟量输入信号。(2)输出接口 输出接口电路向被控对象的各种执行元件输出控制信号。常用执行元 件有接触器、电磁阀、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)、指示灯、数字显示装置 和报警装置等。输出接口电路一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成，与输入 接口电路类似，内部电路与输出接口电路之间采用光电耦合器进行抗干扰电隔离5.4 PLC的I/O端口分配表输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号复位键X000HL1松开指小 灯急停键X001HL2夹紧指示 灯有无工件检测传感器X035HL3主轴工作指示

29、灯主轴停止SB1X003计数器主轴开始SB2X004摇臂上升 摇臂卜降SB3SB4X005X006辅助作用摇臂停止ST1X007摇臂松开到位SQ3X030计数器输出摇臂夹紧到位摇臂上升到位SQ4SQ1X031X010电磁阀1SB1电磁阀2主轴箱左移X0120SB1主轴相右移X0131电磁阀3主轴箱夹紧到位SQ5 X014主轴箱松开到位SQ6 X015主轴电动机转主轴箱左移到位SQ7 X016M2电动机止转主轴箱右移到位SQ8 X017M2电动机反转主轴箱停止ST2 X032M3电动机止转SB1摇臂顺回转X033M3电动机反转7SB1摇臂逆回转X020M5电动机止转8摇臂回转夹紧到位SQ9 X0

30、21M5电动机反转SQ1摇臂回转松开到位X022M4电动机转0摇臂回转停止ST3 X023SB2冷却宗升X0242SB2冷却泵关X0253摇臂下降到位SQ2 X0115.5 PLC梯形图图5-1 PLC梯形图在梯形图的编制过程中用到了时间继电器，是用来代替原来继电器一一接触器中的 的。在原电气控制系统中通过KT延时动开的动合触点KT和延时闭合的动触点KT, KT能 保证在，KT的延时长短由摇臂升降电动机从切断电源到停止的惯性大小来决定，一般为13&用PLC改造后，时间继电器代替了延时开关，摇臂升降电动机接到停止的命令2s后才能进行摇臂的夹紧动作。5.6 PLC接线图图52 PLC接线图第6章心得体会和学别的学科一样，在学完plc理论课程后我们做了课程设计，此次设计以分组的方 式进行，每组有一个题目。我们做的是钻床电气控制系统的plc控制系统。由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。但通过各方 面的查资料并学习。我们基本学会了 plc设计的步聚