摇臂钻床电气控制课程设计.0

1、引言1一、设计目的 3二、钻床传动特点与控制要求3三、机床控制线路的控制 4四、摇臂钻床电气控制原理图 9五、选择电气元件1、电动机的选择 112、低压电器的选择 113、热继电器 134、熔断器 135、其他电器元件 15六、主要硬件接线图PLC 10电气接线图 17七、控制系统设计1、 控制程序流程图设计 282、 摇臂钻床PLC程序设计 19八、系统调试及结果分析1 、调试前安全检查 222 、调试 23五、总结六、参考文献 引言钻床为孔加工机床， 按其结构形式不同， 有立式钻床、 卧式钻床、 深孔钻床、多轴钻床及摇臂钻床。 在各类钻床中， 摇臂钻床操作方便、 灵活，适用范围广，具有典型

2、性，特别适用于单件或批量生产带有多 孔大型零件的孔加工， 是一般机械加工车间常见的机床。 摇臂钻床主 要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。摇 臂钻床广泛应用于单件和中小批生产中， 加工体积和重量较大的工件 的孔。摇臂钻床加工范围广， 摇臂钻床的主要变型有滑座式和万向式 两种。滑座式摇臂钻床是将基型摇臂钻床的底座改成滑座而成， 滑座 可沿床身导轨移动，以扩大加工范围，适用于锅炉、桥梁、机车车辆 和造船等行业。此次任务就是Z3040摇臂钻床的控制系统的设计。Z3040型摇臂钻床结构示意图如下图所示:图一、设计目的：课程设计是机电控制技术课程的重要组成部分是考察学生动手能力 的

3、主要途径，能帮助学生提高解决实际问题的能力，做到学以致用。 通过电气控制系统的设计实践， 使学生掌握电气控制的设计方法、 安 装过程、资料整理和电气绘图软件的使用方法。 在此过程中培养从事 设计工作的整体观念， 通过较为完整的工程实践基本训练， 为全面提 高学生的综合素质及增强工作适应能力打下一定的基础。二、钻床传动特点与控制要求1. 传动特点摇臂钻床加工时， 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）主运动：主轴的旋转运动；（2）进给运动：主轴的纵向进给；（3）辅助运动：摇

4、臂沿外立柱上下运动，主轴箱沿摇臂水平导轨做 长度方向移动，摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。2. 控制要求(1) 主轴的控制 主轴由机械摩擦片式离合器实现正转、反转及调速的控制 。(2) 摇臂升降过程：放松-升/降-夹紧a . 摇臂在完全放松状态下压下放松位置开关 SQ2；b. 做升 / 降运动；c. 升降完毕与夹紧之间加入13S的时间延时，以克服惯性；d. 升降完毕后，做夹紧运动， 完全夹紧，压下夹紧位置开关 SQ3， 摇臂升降过程结束。位置开关 SQ1 用于升降限位保护。(3) 冷却控制：冷却泵电动机M4提供冷却液。(4) 工作状态指示HL1、HL2用于主轴箱和立柱的夹紧、放松工作状态指

5、示HL3用于主轴电动机运转工作状态指示。三、机床控制线路的控制1主轴电动机控制 主轴电动机 M1 为单向旋转，由按钮 SBl、 SB2 和接触器KMI实现起动和停止控制。主轴的正、反转则由 M1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

6、松开与夹紧工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。M2 为升降电动机，由按钮 SB3、SB4 点动控制接触器 KM2、KM3 接通或断开，使M2电动机正、反向旋转，拖动摇臂上升或下降移动。M3 为液压泵电动机，通过接触器 KM4 KM5接通或断开，使 M3 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SB3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KM4线圈得电，液 压泵电动机M3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，

7、使电磁阀YV线圈得电，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 SQ2发出摇 臂已松开信号。此时，SQ2触点(6-13)断开，使接触器KM4线圈断电， 液压泵电动机M3停转，油路单向阀保压，摇臂处于松开状态。与此 同时，SQ2触点(6-7)闭合，接触器KM2线圈得电，升降电动机M2得 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SB2 KM2线圈断电，M2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Y

8、V继续得电，同时接触器 KM5线圈得电，液压 泵电动机M3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 SQ3使触点SQ3(1-17)也断开， 电磁阀YV KM5线圈断电。液压泵电动机 M3停转，摇臂上升后重新 夹紧过程结束。行程开关SQ2为摇臂放松信号开关。行程开关SQ3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SB3或SB4使KM 4得电摇臂开始松开后放开 SB3或 SB4时， 若KM4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，

9、贝惟在KT线圈断电13s内处于闭合状态，使KM5线 圈得电，液压泵电动机 M3反向旋转，使摇臂重新夹紧，直到延时时 间到，KT触点断开，SQ3动作，KM5断电为止，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SB5,接触器KM4线圈得电，液压泵电动机 M3 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

10、，压力油不会进入摇臂松开活塞，摇臂仍处于夹紧状态。当主轴箱与立柱松开时，行程开关SQ4不受压，触点(101-102)闭合， 指示灯 HLl 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SB6接触KM5线圈得电，M3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SQ4压下，触点(101-102) 断开，HLI灯暗，而(101-103)闭合，HL2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

11、量小(0.125kW)，由SA1开关控制单向旋转。5 .联锁、保护环节电路中利用SQ2实现摇臂松开到位，开始升降的联锁控制，利用SQ3实现摇臂完全夹紧的联锁控制。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SB4 SB3机械互锁外，还采用 KM 2、KM3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SB5 SB6常闭触点切断YV线圈电路，达到联锁目 的。电路利用熔断器FUI作为总电路和电动机 M1、M4的短路保护。 利用熔断器FU2作为电动机M2 M3及控制变压器T 一次侧的短路保 护，利用热继电器KRI

12、为M1电动机的过载保护，KR2为M3电动机的 过载保护。组合行程开关 SQI 作为摇臂上升、下降的极限位置保护， SQI 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 KM2 KM3使M2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FU3作为短路保护。当主轴电动机工作时，KMl触点(101-104)接通，指示灯HL3亮， 表示主轴工作；当主轴箱、立柱处于夹紧状态时，SQ4触点(101-103)接通，HL2 灯亮

13、。主轴箱、立柱处于松开状态，SQ4触点(101102)接通，HLI灯四、摇臂钻床电气控制原理图港齧蚩ffi-3営蚤慕迂rm蚩担覩毕-9_寸一T11帰曰図-w 崔L丘盅三吕看瓷超=Z3040型摇臂钻床采用4台电动机拖动，他们分别是主轴电动机， 摇臂升降电动机，液压泵电动机和冷却泵电动机 。主轴电动机控制 钻床的进给运动；摇臂升降电动机要求能正反向旋转， 可用手动操作； 摇臂和主轴之间的夹紧、发松可用电气、液压、机械来实现，液压电 动机需可正反转，摇臂的移动严格按照摇臂松开-移动-摇臂夹紧的 程序进行。因此摇臂的夹紧与摇臂升降按自动控制进行。 冷却泵电动 机带动冷却泵提供冷却液， 只要求单向旋转。

14、 系统具有连锁与保护环 节以及安全照明、信号指示电路。五. 选择电器元件1.电动机的选择主电动机容量的统计分析公式如下摇臂钻床：P = 0.0646 D1.10 单位为kW。D最大钻孔直径 单位为mm。P=0.0646 X 4201.10 =49.64kw根据控制要求：M1电动机型号：Y100L2-4M2电动机型号：Y90S-4M3电动机型号：JO31-2M4电动机型号：JCB-222.低压电器的选择:(1)接触器的选用：接触器用途广泛，其额定工作电流或额定控制功率是随使用条件不同而变化的，只有根据不同使用条件正确选用，才能保证接触 器在控制系统中长期可靠运行，充分发挥其技术经济效果。a. 根

15、据不同使用类别选用产品系列交流接触器共有五种使用类别，不同的使用类别，接触器的工作 条件差异很大。JK0类用于无感或微感负载，电阻炉负载。接通和分断额定电 压下的额定电流。JK1类用于起动和运转中断开绕线型电动机。在额定电压下，接通和分断4倍额定电流。JK2 类用于起动、反接制动、反向与密接通断绕线型电动机。在 额定电压下，接通和分断 4 倍额定电流。JK3 类用于起动和运转中断开笼型感应电动机 。在额定电压下接 通 8 倍额定电流 , 在额定电压下分断 6 倍额定电流。JK4类用于起动、反接制动、反向与密接通断笼型感应电动机。 在额定电压下接通和分断6 倍额定电流。b. 根据电动机 （ 或其

16、他负载 ） 的功率和操作情况确定接触器的容 量等级接触器的容量一般是按产品使用说明书提供的数据来选择 。但当 选用按JK3设计的接触器来控制与JK4混合类负载时往往降级使用。 表 5 一2 列出了 CJ10-10 型交流接触器降级使用情况 , 由表可知， 当用CJ10-10型交流接触器控制JK3类负载的380V4KW笼型感应 电动机时 , 其电寿命可达六 十万次。如果用它来控制混合类负载 , 由于电寿命降低 , 只能降级使用。所以, 是否降级使用 , 取决于对电 寿命的要求 , 而电寿命又决定于生产机械的工艺要求 , 也就是操作 频率的要 求, 若操作频率很低时 , 也可不降级使用。反过来说

17、, 降 级使用后 , 其操作频率也不是可以任意提高的 , 因为一方面灭弧有 困难, 再则电磁线圈也会因过热而损坏。倘若接触器控制的不是电动机 , 而是电容器或白炽灯时 , 则应 以“接通”方面来考虑 ,(3) 热继电器的选用热继电器选择是否得当 , 往往是决定它能否可靠地对电动机 进行过载保护的关键因素。应按电动机的工作环境要求、起动情况、 负载性质等方面来考虑。a. 原则上按被保护电动机的额定电流选取热继电器。 根据电动机实际负载选取热继电器器的整定值为电动机额定电 流的 0.95 1.05 倍。但对于过载能力较差的电动机 , 它所配用的热 继电器的额定电流就应适当小些 , 一般来说 , 这

18、时选取热继电器的 额定电流为电动机额定电流的 60 80 % 。b. 在非频繁起动的场合 , 必须保证热继电器在电动机的起动过 程中不致误动作。通常 , 在电动机起动电流为其额定电流 6 倍, 以及 起动时间不超过 6s 的情况下 , 只要是很少连续起动， 就可按电动机 的额定电流来选择热继电器。c. 断相保护用热继电器的选用 , 对星形接法的电动机 , 一般采 用两相结构的热继电器。 对于三角形接法的电动机 , 若热继电器发热 元件接于电动机每相绕组中 , 则选择三相结构的热继电器 , 若发热 元件接于三角形接线电动机的电源进线中 , 则选择带断相保护装置 的三相结构热继电器。d. 对比较重

19、要的 、容量较大的电动机 , 可考虑选用半导体温度继 电器进行护。(4) 熔断器 : 熔断器的选择主要是熔断器类型的选择和熔体额定电流的确a. 熔断器类型的选择 根据负载的保护特性和短路电流的大小来选择熔断器的 类型。例如 , 电动机过载保护用的熔断器采用具有锌质熔体和铅锡合 金熔体的熔断器 。对于车间配电网路的保护熔断器 , 如果短路电流较 大 , 就要选用分断能力大的熔断器 , 有时甚至还需要选用有限流 作用的熔断器，如 RT0 系列熔断器。在经常要发生故障的地方 , 应 考虑选用“可拆式”熔断器，女口 RC1A、RL1、RM7 RM10等系列产 品。b. 熔体额定电流的确定在选择和计算熔

20、体电流时 , 应区别两种负载情况： 一种是有冲击电流的负载如电动机； 另一种是负载电流比较平稳的情况，如一般照明电路。 用熔断器保护电动机时 , 要达到过载保护的目的 , 其熔体的额 定电流尽可能接近电动机的额定电流 , 但又为保证电动机能正常起 动, 熔断器在通过起动电流时不应当动作。综合上要求 , 通常对笼型感应电动机取熔体的额定电流为I eR = ( l.52.5)I eD( 1-1)式中 IeD 电动机的额定电流 , 单位为 A 。在轻载起动或起动时间较短的情况下 , 上式中的系数取 1.5； 而 在较重负载下起动或起动次数较多和起动时间较长的情况下 , 系数 取为 2.5 。如果数台

21、电动机共用一个总的熔断器来保护 , 则熔体的额定电流为I eR=(1.52.5)I eDma+E I d( 1-2)式中leDmax 容量最大的一台电动机的额定电流，单位 为A。E Id 其余各台电动机额定电流之和，假如其中 还有照明电路，则将该电路的额定电流也计入E Id内，单位为A。在负载电流比较平稳的场合，基本上可按额定负载电流来确定 熔体的额定电流。c. 熔管额定电流的确定在熔体的额定电流已经确定以后，还要确定熔管的额定电流。通常，熔管的额定电流应大于(至少等于 )熔体的额定电流。型号熔断器额定电流(A)熔体额定电流(A)RL1-15152, 4, 5, 6, 10, 15RL1-60

22、6020, 25, 30, 35, 40, 50,RL1-10010060RL1-20020060, 80, 100100, 125, 150, 200表1-4 RL1系列熔断器的技术参数(5) 其它控制电器的选择a.刀开关b.按钮c.位置开关选择见下表电器元件表符号名称型号规格数量M1三相异步电动机Y100L2-43.0KW,380V,6.82A,1430r/mi n1M2摇臂升降电动机Y90S-41.1KW,2.01A,1390r/mi n1M3液压泵电动机JO31-20.6KW,1.42A,2880r/mi n1M4冷却泵电动机JCB-220.125KW,0.43A,2790r/mi n

23、1QS组合开关HZ5-20三极，500V,20A1KM1交流接触器CJ-1010A,线圈电压127V1KM2,KM3KM4,KM5交流接触器CJ10-55A,线圈电压127V5KT时间继电器JSSIAC127V,DC24V1FR1热继电器JR16-20/3热元件额定电流11A,整定电流6.82A1FR2热继电器JR16-20/3热元件额定电流2.4A,整定电流2.01A1FU1熔断器RL1-60500V,熔体 20A1FU2熔断器RL1-15500V,熔体 10A1FU3熔断器RL1-16500V,熔体 2A1TC控制变压器BK-100100VA,380V/127,36,6.3V1SB1,SB

24、4控制按钮LA-185A,红色2SB2,SB5控制按钮LA-185A,绿色2SB3,SB6控制按钮LA-185A,黑色2HL1,HL2,HL3指示灯ZSD-06.3V,绿色1红色1黄色13EL,SA1,SA2照明灯，控制开关JC236V,40W3六、绘制硬件接线图X000X001X002 Ml*XDD3X004*XT+X*：D5X006*#11：X012t (MA 崎X013X032XO33X020丰谢止XO23XO3D瞧K*陀X031nq Ftt*+=X010X011XOUemmc讯X015卡审挥對4X016主工X017hi?静*求和匚X021xocXQ22J_-冲昭X024XO25Ttca

25、*-:Xii.U冊X035PLCFX1NCOM壬19皿畑4YOOIWL网讪划t IfY003VMLiM-JTKrY004Y005Y015vmMWlAtJCU00YOIQmijtCWYOH012卍 itwr”YG13Srpi015YU50Y(U5YU21W5Y016(XH017020PLC I/O电气接线圏七、控制系统设计1、系统流程图等待SB22、摇臂钻床PLC程序设计利用顺控指令，根据机床的运行原理，把机床分成五个字程序1）主电动机的起动控制程序2）摇臂升降控制程序3）主轴箱放松或夹紧控制程序4）摇臂回转控制梯形图程序5）冷却泵开关控制梯形图程序程序如下1）主电动机的起动控制程序X4为主电动

26、机起动输入继电器，接通 X4,此时输出继电器丫1接通并自锁, 从而使电机起动。X000SET SOX001卄X0Q4卄X0C3(Y001Y0OL-I卜(Y002)图4.1主电动机的起动梯形图程序2）摇臂升降控制程序当X5接通时，同时Y4得电，使得液压泵电动机起动，摇臂放松， 当摇臂彻底放松后，X30的常开触点闭合，常闭触点断开，Y4断电， Y2得电，摇臂开始上升，当上升到极限位置时，X10的常闭触点断开， Y2失电。摇臂完成松开，然后上升的过程。如果想要完成摇臂下降的过程，需接通X6,在摇臂放松后，使丫4 得电，使摇臂下降，当下降到极限位置时， X10的常闭触点断开，Y3 失电。摇臂完成松开，

27、然后下降的过程。11X005IIY004X0074PXOLO X030 VOO541rX030X006耽 0344K-(Y004(Y010(002(012X006 XC07Y004T 1Y0034X010X030Y005-F-r-fH-X030X005册Y002(YO040010(Y003图4.2 摇臂升降梯形图程序3）主轴箱放松或夹紧控制程序当X012接通后，使Y4得电，主轴箱左移，当X015接通时,Y2得电，主轴箱松开到位。加紧过程与其相似。57X0I2HI-Y0O4卄Y002卄X032X016X015Y005X015X013Y003M(004(Yon002(V013X013卄Y004卄Y

28、D03卄X032XOlfj XtH5 YW5X015X012Y002-(YO040rOll(Y003(Y013图4.3 主轴箱放松或夹紧梯形图程序4）摇臂回转控制梯形图程序当X033接通后，使Y4得电，同时Y14得电，摇臂开始回转,当X020接通后，摇臂开始逆回转，当 X022接通后，使Y7得电，电 机反转，摇臂开始加紧。1G3X033-004T卜Y006T卜X023卄X022Y005H-X022X020HY007Y00400147006X023X021Y045TO Y004IJ4-K20(TO(Y005)0r014)(W5)X020130XO23 X022 Y0Q5Y004Y007X022X

29、03300644Y004)YD14)Y007)144X033X023XO22 005#-Y004Y006XO22X020007Y0(HY014图4.4摇臂回转控制梯形图程序5) 冷却泵开关控制梯形图程序当X024接通后，使Y015得电，冷却泵开始工作，当X025接通后，冷却泵停止工作X024 XO25廊 T IY015TX0301SSX022T卜XOlo图4.5冷却泵开关控制梯形图程序八、系统调试及结果分析：1、测试前安全检查：(1) 、检测电路时，确定三相电源只接进去一端，防止二相进入单相电源供电的电路否则直接烧毁 PLC或开关电源。(2) 、检查开关连接是否正常，是否连错或少。(3) 、确定熔断器应与电源相线L端相连；确定