Z3040摇臂钻床的电气控制设计
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机械工程学院（部）
年月日
目录
一、设计内容……………………………………………………………………………
1.1设计内容…………………………………………………………………
二、Z3040摇臂钻床的结构和运动分析…………………………………………
2.1 Z3040摇臂钻床的结构………………………………………………………………
2.2 Z3040摇臂钻床的运动分析…………………………………………………………
三、Z3040摇臂钻床传统电气控制系统原理…………………………
3.1电气原理图………………………………………………………………
3.2主轴电动机控制………………………………………………………………
3.3摇臂升降控制…………………………………………………………………
3.4夹紧松开控制…………………………………………………………………
3.5冷却泵电动机控制……………………………………………………………
3.6连锁、保护环节………………………………………………………………
3.7照明与信号指示电路…………………………………………………………
四、电气控制系统硬件设计……………………………………
4.1选择PLC的原则……………………………………………………………
4.2 PLC型号的选择…………………………………………………………………
4.3低压电器元件的选用………………………………………………………………
4.4元件清单……………………………………………………………………
五、电气控制系统的软件设计……………………………………………
5.1控制系统的状态流程图……………………………………………………
5.2控制系统的梯形图……………………………………………………………
六、系统调试及结果……………………………………………………………
6.1硬件调试…………………………………………………………………………
6.2软件调试…………………………………………………………………………
6.3模拟调式和联机调式……………………………………………………………………
6.4调试结果…………………………………………………………………………
七、总结………………………………………………………………………………
八、参考文献…………………………………………………………………………
一、设计内容
1.1、设计内容
本次设计是对Z3040型摇臂钻床的电气控制设计，根据设计要求设计电气控制系统及连接，使其能实现自动完成各个工作要求。
设计的主要内容包括对继电器电气原理图的设计及绘制，对PLC电器原理图的设计与绘制，制成控制板并进行连接。
这次设计的目的在于通过完成设计，了解可编程控制器的结构、工作原理、特点和用途，掌握对继电器的选型和各型号继电器的用途和作用，掌握可编程控制器的编程方法和指令系统。
二、Z3040摇臂钻床的结构和运动分析
2.1、Z3040摇臂钻床结构
Z3040 型摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱和工作台等部分组成。内立柱固定在底座一端，外面套有外立柱，外立柱可绕内立柱旋转360度。摇臂的一端为套筒，它套装在外立柱上并借助丝杆的正反转可绕外立柱上下移动。但由于丝杆与外立柱连成一体，同时升降螺母固定在摇臂上，所以摇臂不能绕外立柱转动。但是摇臂与外立柱一起可绕内立柱转动。主轴箱是一个复合部件，它由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和进给变速机构以及机床的操作机构等组成。主轴箱安装在摇臂上。如图下图所示
2.2 Z3040摇臂钻床的运动分析
加工时的运动流程如图所示：
按照流程图，详细的工作过程为：按下开机按钮，根据摇臂钻床当前的位置进行必要的调整，如工艺图示，5 种情况供选择，各路径是独立的，每次操作只能选择其中之一：选择1路径，则是摇臂需要摇臂上升，当摇臂上升到需要的位置，则松开上升按钮，然后摇臂夹紧，如果此时主轴箱的径向位置和摇臂的回转位置均正确，就可以执行加工了，但如果此时主轴箱的径向位置和摇臂的回转位置均不对，则需要进行调整，执行3松开主轴箱和立柱，手动将其位置进行调整到需要的位置，然后将主轴箱和立柱夹紧4，夹紧完全后就可以执行操作5进行加工了。如果摇臂的高度需要下降，则选择2路径，然后往下执行。当摇臂的高度是正确的，就只需要调整主轴箱的径向位置或摇臂回转，那么就选择路径3。每条路径执行完后均返回开始状态，继续选择执行其他操作。
三、Z3040摇臂钻床电气控制系统原理
3.1电气原理图
Z3040摇臂钻床的电气原理图如下所示：
3.2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KMl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。
3.3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，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YV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1~3s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，则能在KT线圈断电
1~3s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。
3.4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，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(10l-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，HLl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。
3.5冷却泵电动机控制
冷却泵电动机容量小(0.125kW)，由SA1开关控制单向旋转
3.6连锁、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FUl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KRl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SQl作为摇臂上升、下降的极限位置保护，SQl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。
3.7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-l03)接通，HL2灯亮。主轴箱、立柱处于松开状态，SQ4触点(101102)接通，HLl灯亮。
四、电气控制系统硬件设计
4.1选择PLC的原则
在选择PLC时必须具备以下原则：
①最大限度的满足被控制对象的控制要求。
②在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维修方便。
③保证控制系统的安全、可靠。
④考虑到生产发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。
4.2 PLC型号的选择
根据所选PLC的型号进行I/O点的端口分配，如下（表3.1、表3.2）所示：
表3.1 输入信号端口分配表
地址号符号名称用途
X000SB2主轴电动机启动按钮
X001SB1主轴电动机停止按钮
X002SB3摇臂上升起动按钮
X003SB4摇臂下降起动按钮
X004SB5主轴箱、立柱、摇臂松开按钮
X005SB6主轴箱、立柱、摇臂夹紧按钮
X006SQ1u摇臂上限位行程开关
X007SQ1D摇臂下限位行程开关
X010SQ2摇臂松开到位行程开关
X011SQ3摇臂夹紧到位行程开关
X012SQ4主立箱、立柱松紧到位行程开关
X013FR1M1的过载保护热继电器
X014FR2M3的过载保护热继电器
表3.2 输出信号端口分配表
地址号符号名称用途
Y000KM1主轴电动机接触器
Y001KM2摇臂上升接触器
Y002KM3摇臂下降接触器
Y003KM4液压泵电动机正转接触器
Y004KM5液压泵电动机反转接触器
Y005电磁铁
Y010HL1主轴箱、立柱松开指示灯
Y011HL2主轴箱、立柱夹紧指示灯
Y012HL3主轴电动机旋转指示灯
根据元件数量和确定的I/O点数，以及PLC选择原则，选择FX2N-48MR型PLC，此型号的PLC共有输入点24个，输出点24个，继电器输出使用电源为AC100~240V，FX2N-48MR型PLC具有集成型高性能、高速运算、安心宽裕的存储器规格、丰富的软件范围等优点。其中I/O功能和指令系统都能满足对摇臂钻床的控制要求。
4.3低压电器元件的选用
（1）控制按钮的选用
控制按钮时一种结构简单，应用十分广泛的主令电器。在电气自动控制按钮电路中用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器、电磁启动器等。控制按钮的种类很多，主要参数有型式及安装孔尺寸，触头数量级触头的电流容量等。常用国产产品有LAY3、LAY6、LA25、LA101、LA38、NP1等系列，本设计根据需要选用型号LA19系列的按钮。
（2）行程开关的选用
行程开关又称为限位开关，是利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制命令的主令电器。用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或者位置的一种自动控制器件，行程开关的主要参数有型式，动作行程、工作电压及触头的电流容量。
目前国内生产的行程开关有LXK3、3SE3、LX19、LXW、WL、LX、JLXK 等系列。其中，3SE3系列为引进西门子公司的技术生产的。SQ1采用HZ4-22型，SQ2、SQ3采用LX5-11型，SQ4 采用LX3-11K型
（3）熔断器的选用
熔断器的主要技术参数有时间-电流特性、限流能力和分析能力。时间电流特性主要视为过电流保护服务的，分析能力则主要是为短路保护服务的，限流能力是为限制高倍短路电流的危害而提出的。
设计中FU1采用产品型号为RL1-60的熔断器，额定工作电压AC380，熔断额定电流为60A配30A熔体，消耗功率7.5W，额定分断能力120KA。FU2、FU3采用RL1-15型熔断器，额定工作电压AC380，熔断额定电流为15A配10A熔
体。
（4）接触器的选用
接触器的选用主要是选择型式、额定值、极限值、主电路参数、控制电路参数和辅助电路参数，以及按电寿命、使用类别和工作制选用，另外需要考虑负载条件的影响，在任何情况下，所选定的额定工作电压都不得高于接触器的额定绝缘电压，所选定的额定工作电流（或额定控制功率）也不得高于接触器在相应工作条件下规定的额定工作电流（或额定控制功率）。
本设计中的接触器均采用CJ20系列，控制主电动机的接触器KM1和KM2选用产品型号为GJ0-10B的接触器，主触头数量3，额定绝缘电压127V，最大工作电压127V，约定发热电流40A额定控制电机的工作功率5.5KW，控制其他电动机的接触器KM3、KM3、KM5、KM6、KM7都选用型号为GJ0-10B的接触器，主触头数量3，额定绝缘电压127V，最大工作电压127V，约定发热电流40A，额定控制电机的工作功率5.5KW
（5）热继电器的选用
热继电器是一种利用电流热效应原理工作的电器，具有与电动机容许过载特性相近的反时限动作特性，主要与接触器配合使用，用于对三相异步电动机的过电流和断相保护。
常用的热继电器有JR0、JRS1、JR36、JR21等系列，每一系列的热继电器一般只能和相适应的继电器配合使用，本设计中热继电器FR1采用产品型号为JR0-40的继电器，热元件号9号，额定电流为6.8A，与接触器型号为CJ20-63的接触器配套使用，FR2采用产品型号为JR0-40的热继电器，热元件号6号，额定电流为2.1A，与接触器型号为CJ20-25的接触器配套使用。
（6）电动机的选用
液压泵电动机、摇臂升降电机采用J02-21-4，T2型号，功率1.1KW,转述1410r/min的鼠笼式异步电动机，额定电压为380V。主机采用J0-32-4，T2型，功率为3KW，转速1430r/min的鼠笼式异步电动机，额定电压380V。冷却泵电动机采用JCB-22型，功率为0.25KW，转速2790r/min的鼠笼式异步电动机，额定电压为380V
（7）电磁阀的选用
在液压系统中电磁阀用来控制液流方向，选用电磁阀应注意一以下几点：确定阀的型式，阀的孔径是否允许通过额定流量，阀的工作压力等级，电磁铁线圈采用交流还是直流电，以及电压等级都要与控制电路一致。本设计中采用MQJ1-3型二位六通阀，电磁铁线圈采用交流电，额定电压为127V。
⑻指示灯
指示灯在各类电器设备及电气线路中做电源指示剂指挥信号、预告信号、运行信号、事故信号及其他信号的指示。常用的国产产品系列有LA19、AD30、XDJ1等，本设计采用的型号为LA19-11D的指示灯，使用与额定电压220V及以下。
4.4元件清单
Z3040摇臂钻床电气元件清单表如下：
序号符
号
名称型号参数数
量
用途
1 YC 离合器L30 输入转
750-2500r/min 2 1:1传力矩有传
递率大，离合频次
输入功率5kw-248kw 高
2 FR1 主轴电动机热
继电器JR0-40 9号热元件，额定电流
6.8A
1 M1过载保护
3 FR2 液压电动机热
继电器JR0-40 6号热元件，额定电流
2.1A
1 M3过载保护
4 FU1 主电源熔断器RL1-60 380V,60A配30A熔体 3 全电路短路保护
5 FU2 摇臂液压电动
机控制电路熔
断器RL1-15 380V,15A配10A熔体 3 M2、M3和控制电
路的短路保护
6 FU3 照明灯熔断器RL1-15 380V,15A配10A熔体 1 照明电路短路保
护
7 HL1 主轴箱立柱放
松指示灯LA19-11
D
黄色，AC6.3V,装于
SB5内
1 放松到位指示
8 HL2 主轴箱立柱夹
紧指示灯LA19-11
D
绿色，AC6.3V,装于
SB6内
1 夹紧到位指
示
9 HL3 主轴运转指示LA19-11
D 绿色，AC6.3V,装于
SB2内
1 主轴运转指示
10 KM1 主轴电动机正
转接触器
GJ0-10B 线圈电压AC127V,40A 1 控制M1正转
11 KM3 摇臂上升接触
器GJ0-10B 线圈电压AC127V,40A 1 控制M2正转，摇
臂上升
12 KM4 摇臂下降接触
器GJ0-18B 线圈电压AC127V,40A 1 控制M2反转，摇
臂下降
13 KM5 液压电动机正
向接触器GJ0-10B 线圈电压AC127V,40A 1 控制主轴箱、立柱
松开
14 KM6 液压电动机反
向接触器GJ0-10B 线圈电压AC127V,40A 1 控制主轴箱、立柱
夹紧
15 KT 时间继电器JS7-4A 线圈电压AC127V,5A 1 摇臂升降夹紧延
时
16 M1 主轴电动机J0-32-4
，T2 3KW,AC380V,6.5A,14
30r/min
1 主运动和进给运
动动力
17 M2 摇臂升降电动
机J02-21-
4T2
1.1KW,AC380V,
2.68A
,1410r/min
1 摇臂升降动力
18 M3 液压泵电动机J02-11-
4T2 0.6KW,AC380V,1.62A
,1380r/min
1 驱动液压泵
19 M4 冷却泵电动机JBC-22 0.25KW,AC380V,0.43
A,2790r/min
1 驱动冷却泵
20 QS1 主电源开关HZ2-25/
3
3极，500V,25A 1 电源引入开关
21 SA1 冷却泵电动机
开关HZ2-10/
3
3极，500V,10A 1 控制冷却泵电动
机M4
22 SA2 照明灯开关装于照明灯上 1 照明灯开关
23 SB1 主轴停止按钮LA-1911 绿，500V，5A 1 M1停机开关
24 SB2 主轴启动按钮LA-1911
D
带绿色指示灯HL3 1 M1启动按钮
25 SB3 摇臂上升按钮LA-1911 红 1 摇臂上升按钮
26 SB4 摇臂下降按钮LA-1911 黄 1 摇臂下降按钮
27 SB5 主轴箱立柱放
松按钮LA-1911
D
带黄色指示灯HL1 1 主轴箱和立柱松
开按钮
28 SB6 主轴箱立柱夹
紧按钮LA-1911
D
带绿色指示灯HL2 1 主轴箱和立柱夹
紧按钮
29 SQ1 摇臂上下限位
行程开关HZ4-22 1 终端保护用限位
开关
30 SQ2 摇臂松开行程
开关LX5-11 1 摇臂松开限位开
关
31 SQ3 摇臂夹紧行程
开关LX5-11 1 摇臂夹紧限位开
关
32 SQ4 主轴箱立柱松
紧行程开关LX3-11K 1 主轴箱立柱松紧
行程开关
33 TC 控制变压器BK-150 150V,AC380/127、36、
6.3V 1 控制照明和信号
指示
34 HL 照明灯JC2 40W,AC36V 1 工作照明
35 YA 液压电磁阀MQJ1-3 线圈电压AC127V 1 开关的作用
36 KM2 电机反转接触
器
GJ0-10B 线圈电压AC127V,40A 1 控制M1反转Z3040摇臂钻床参数表如下：
摇臂钻床型号最大
钻孔
直径
（mm
）
主轴
中心
至立
柱母
线距
离
（mm
）
主轴
端面
至底
座工
作面
距离
（mm
）
主
轴
锥
孔
主
轴
转
速
级
数
主轴
行程
（mm
）
主轴转
速范围
（r/mi
n）
主
轴
进
给
级
数
主轴进
给范围
（mm/
r）
主电
动机
功率
（kw
）
电
压
（v
）
Z3040 x13 40 290~1
320
140~1
100
4 6 220 78~122
3 0.1~0.2
5
2.2 380
五、电气控制系统的软件设计
5.1控制系统的SFC图
根据工作原理及工艺流程,进行控制系统程序设计，绘制PLC控制的状态流程图如下：
5.2控制系统的梯形图
六、系统调试及结果
6.1硬件调试
PLC 硬件设计包括：PLC 及外围线路的设计、电气线路的设计和抗干扰措施的设计等。选定PLC 的机型和分配I/O 点后，硬件设计的主要内容就是电气控制系统的原理图的设计，电气控制元器件的选择和控制柜的设计。电气控制系统的原理图包括主电路和控制电路。控制电路中包括PLC 的I/O 接线和自动、手动部分的详细连接等。电器元件的选择主要是根据控制要求选择按钮、开关、传感器、保护电器、接触器、指示灯、电磁阀等。
6.2软件调试
软件设计包括系统初始化程序、主程序、子程序、中断程序、故障应急措施和辅助程序的设计，小型开关量控制一般只有主程序。首先应根据总体要求和控制系统的具体情况，确定程序的基本结构，画出控制流程图或功能流程图，简单的可以用经验法设计，复杂的系统一般用顺序控制设计法设计。
6.3 模拟调式和联机调式
软件设计好后一般先作模拟调试。模拟调试可以通过仿真软件来代替PLC 硬
件在计算机上调试程序。用编程软件将输出点强制ON/OFF，观察对应的控制柜内PLC负载（指示灯、接触器等）的动作是否正常，或对应的接线端子上的输出信号的状态变化是否正确。联机调试时，把编制好的程序下载到现场的PLC 中。调试时，主电路一定要断电，只对控制电路进行联机调试。通过现场的联机调试，还会发现新的问题或对某些控制功能的改进。
6.4调试结果
七、设计总结
通过这次课程设计，我对继电器、控制器、PLC有了进一步的了解。感谢老师课堂上的仔细讲解，使我能顺利完成本次课程设计。课堂上的知识有时感觉很抽象，在实践中，我不可避免地遇到一系列的问题，继而又进一步加深和巩固了所学知识，不仅对机器控制系统的工作原理和特点有了深入认识，而且对各类元器件的作用及选用也进行了仔细研究。
Z3040摇臂钻床看似简单，但其电气控制实现起来也比较困难，着实让我费
了一番心思。正所谓理论与实践相结合，才使我更好地了解了这一门课程的知识。最重要的是我们体会到了集体的力量，学会了集中团队力量解决问题，培养了一定的团队意识，在此我还要多谢在整个设计过程中给过我帮助的同学们。总之，此次课程设计使我受益匪浅。
PLC课程设计 设计题目： 摇臂钻床电气控制系统课程设计
一摇臂钻床简单介绍 钻床是一种专门进行孔加工的机床，主要用于钻孔，扩孔，铰孔和攻丝等。钻床得主要类型有台式钻床，立式钻床，卧式钻床，深孔钻床和多轴钻床等。摇臂钻床是立式钻床中的一种，具有操作方便灵活，应用范围广的特点，特别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见的机床。 图1 摇臂钻床示意图 1—内外立柱；2—主轴箱；3—摇臂；4—主轴；5—工作台；6—底座；SB1—主电动机停止按钮；SB2—主电动机启动按钮；SB3—摇臂上升按钮；SB4—摇臂下降按钮；SB5—松开按钮；SB6—夹紧按钮 二电气控制要求 (1) 主要控制电器为四台电机：主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机、冷却泵电机。 (2)主电动机和液压泵电机采用热继电器进行过载保护，摇臂升降电动机、冷却泵电机均为短时工作，不设过载保护。
(3)摇臂的升降，主轴箱、立柱的夹紧放松都要求拖动摇臂升降电动机、液压泵电动机能够正反转。 (4)摇臂的升降控制：按下摇臂上升起动按钮，液压泵电动机起动供给压力油，经分配阀体进入摇臂的松开油腔，推动活塞使摇臂松开。同时摇臂升降电动机旋转使摇臂上升。如果摇臂没有松开，摇臂升降电动机不能转动，必须保证了只有摇臂的可靠松开后方可使摇臂上升或下降，可使用限位开关控制。 当摇臂上升到所需要的位置时，松开摇臂上升起动按钮，升降电动机断电，摇臂停止上升。当持续1~3s后，液压泵电动机反转，使压力油经分配阀进入的夹紧液压腔，摇臂夹紧，同时液压泵电动机停止，完成了摇臂的松开—上升—夹紧动作。 (5)摇臂升降电动机的正转与反转不能同时进行，否则将造成电源两相间的短路。 (6)因为摇臂的上升或下降是短时的调整工作，所以应采用点动方式。 (7)摇臂的上升或下降要设立极限位置保护。 (8)立柱和主轴箱的松开与夹紧控制：主轴箱与立柱的松开及夹紧控制可以单独进行，也可以同时进行。由开关SA2和按钮SB5（或SB6）进行控制。SA2有三个位置：在中间位置（零位）时为松开及夹紧控制同时进行，扳到左边位置时为立柱的夹紧或放松，扳到右边位置时为主轴箱的夹紧或放松。SB5是主轴箱和立柱的松开按钮，SB6为主轴箱和立柱的夹紧按钮。 (9)主轴箱的松开和夹紧为的动作过程：首先将组合开关SA2扳向右侧。当要主轴箱松开时，按下按钮SB5，经1～3s后，液压泵电动机正转使压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱放松。主轴箱和立柱松开指示灯HL2亮。当要主轴箱夹紧时，按下按钮SB6，经1～3s后，液压泵电动机反转，压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱夹紧。同时指示灯HL3亮，HL2灭，指示主轴箱与立柱夹紧。 (10)当将SA2扳到左侧时，立柱松开或夹紧。SA2在中间位置按下SB5或SB6时，主轴箱和主柱同时进行夹紧或放松。其他动作过程和主轴箱松开和夹紧完全相同，不再重复。 (11)机床要有照明设施
Z3050摇臂钻床电气控制电路 钻床是一种用途广泛地孔加工机床?它主要是用钻头钻削精度要求不太高地孔，另外还可用来扩孔、铰孔、镗孔，以及刮平面、攻螺纹等?钻床地结构形式很多，有立式钻床、卧式钻床、深孔钻床及多轴钻床等.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地大型零件地孔加工.本节以 Z3050型摇臂钻床为例进行分析? Z3050型摇臂钻床地含义为: 一、主要结构及运动形式 图7-9是Z3050摇臂钻床地外形图.Z3050摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱、工作台等组成.内立柱固定在底座上，在它外面套着空心地外立柱，外立柱可绕着内立柱回转一周，摇臂一端地套筒部分与外立柱滑动配合，借助于丝杆，摇臂可沿着外立柱上下移动，但两者不能做相对转动，所以摇臂将与外立柱一起相对内立柱回转.主轴箱b5E2RGbCAP 是一个复合地部件，它具有主轴及主轴旋转部件和主轴进给地全部变速和操纵机构.主轴箱可沿着 摇臂上地水平导轨做径向移动.当进行加工时，可利用特殊地夹紧机构将外立柱紧固在内立柱上，摇臂紧固在外立柱上,主轴箱紧固在摇臂导轨上,然后进行钻削加工.plEanqFDPw 钻削加工时，主运动为主轴地旋转运动；进给运动为主轴地垂直移动；辅助运动为摇臂在 外立柱上地升降运动、摇臂与外立柱一起沿内立柱地转动及主轴箱在摇臂上地水平移动.DXDiTa9E3d 主釉 e e 图7- 9 Z3050摇臂钻床结构示意图
摇臂钻床地电力拖动及控制要求 1 ?由于摇臂钻床地运动部件较多，为简化传动装置，需使用多台电动机拖动，主轴电动机承担主钻削及进给任务，摇臂升降、夹紧放松和冷却泵各用一台电动机拖动.RTCrpUDGiT 2?为了适应多种加工方式地要求，主轴及进给应在较大范围内调速?但这些调速都是机械调速，用手柄操作变速箱调速，对电动机无任何调速要求?主轴变速机构与进给变速机构在一个变速箱内，由主轴电动机拖动.5PCzVD7HxA 3?加工螺纹时要求主轴能正反转.摇臂钻床地正反转一般用机械方法实现，电动机只需单方向旋转. 4?摇臂升降由单独地一台电动机拖动，要求能实现正反转. 5?摇臂地夹紧与放松以及立柱地夹紧与放松由一台异步电动机配合液压装置来完成，要求 这台电动机能正反转.摇臂地回转和主轴箱地径向移动在中小型摇臂钻床上都采用手动.jLBHrnAILg 6?钻削加工时，为对刀具及工件进行冷却，需要一台冷却泵电动机拖动冷却泵输送冷却液. 7?各部分电路之间有必要地保护和联锁. 三、电气控制线路分析 图7- 10是Z3050型摇臂钻床地电气控制线路地主电路和控制电路图.
课程名称：机电控制技术大作业 题目：PLC在z3050型摇臂钻床电气控制系统中的应用 学生姓名：王玉君 学号201010301344 专业班级：机自103班 任课教师：李富玉 时间：2013年12月 昆明理工大学机电工程学院
目录 一、Z3050型摇臂钻床的结构与工作要求及应用 二、Z3050型摇臂钻床的电气传动特点及控制要求 1.主电路 2.控制电路、信号及照明电路 3.摇臂的升降和液压泵的控制 4.上升控制 5.上升控制的全过程 6.摇臂的下降控制 7.主轴箱和立柱放松与夹紧的控制 三、应用PLC实现z3050钻床电气控制图 1.plc选型、元件说明 （1）输入输出（I/O）点数的估算 （2）存储器容量的估算 （3）控制功能的选择 2.I/O分配和I/O连接图 （1）PLC的I/O端口分配表 （2）I/O连接图 3.梯形图设计 参考文献 附录
一、Z3050型摇臂钻床的结构与工作要求及应用 钻床是一种用途广泛的通用机床。它的结构型式很多，有立式钻床、卧式钻床、深孔钻床及多軸钻床等。摇臂钻床是一种立式钻床，在钻床中具有一定的典型性，主要用于对大、中型零件进行钻孔、扩孔。铰孔和攻螺纹等。适用于单件和成批生产时加工多种孔的大型零件，，是一般机械加工车间中常见的机床。 Z3050摇臂钻床的构造如图所示。主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱、工作台等组成。内立柱固定在底座上，在它外面套着空心外立柱，而且外立柱上的摇臂可連同外立柱一起沿内立柱回转360度。摇臂一端的套筒部分与外立柱滑动配合，借助于丝杆摇臂可沿着外立柱上下移动，主轴箱可沿着摇臂上的水平导轨作径向移动。 运动形式： 主运动———主轴带动钻头的旋转运动。 进给运动——主轴的垂直移动。 辅助运动——摇臂沿外立柱的垂直动，主轴箱沿摇臂径向移动，摇臂与外立柱一起相对于内立柱的回转运动。 目前，我国的Z3040摇臂钻床的电气控制系统普遍采用的是传统的继电器—接触器控制方式。因其所要控制的电机较多所以电路较复杂，在日常的生产作业当中，经常发生电气故障，从而影响生产。另外，一些复杂的控制如：时间、计数控制用继电器—接触器控制方式较难实现，所以，有必要对传统电气控制系统进行改进设计。PLC电气控制系统可以有效的弥补上述系统的这一缺陷。 二、Z3050型摇臂钻床的电气传动特点及控制要求 （１）主电路:三相电源由三相电源转換开关ＱＳ1引入，由熔断器ＦＵ１作全电路
新乡职业技术学院 毕业设计（论文）题目摇臂钻床控制系统的设计 系别机电工程系 学生姓名张庆伟 学号1010103115 专业名称机电一体化 指导教师李静 2013年4月23日
摇臂钻床控制系统的设计 摘要 本论文是研究机械加工中常用的Z3040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、故障诊断和排除困难等难题。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，本论文对Z3040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，从而大大提高摇臂钻床的工作性能。论文分析了摇臂钻床的控制原理，制定了可编程控制器改造Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计方案，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图。 关键词：可编程控制器，摇臂钻床，梯形图，电气控制系统
前言 (1) 第一章. Z3040摇臂钻床的简介 (5) §1.1 Z3040摇臂钻床的简介 (5) 第二章．摇臂钻床电气控制................. 6彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 §2.1、电气控制线路图的设计 (6) §2.2主要线路的工作情况 (10) 第三章电气控制系统硬件部分的设计....... 13茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 §3.1基于PLC的Z3040摇臂钻床控制部分的设计13 §3.2 Z3040摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计17 第四章 Z3040摇臂钻床液压系统的设计...... 21預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 §4.1液压系统的初步设计 (21) 结论................................ 24铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。参考文献................................ 25擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。致谢 (26)
Z3040摇臂钻床的电气控制设计 学生姓名 班级 学号 成绩 指导教师(签字) 机械工程学院（部） 年月日
目录 一、设计内容…………………………………………………………………………… 1.1设计内容………………………………………………………………… 二、Z3040摇臂钻床的结构和运动分析………………………………………… 2.1 Z3040摇臂钻床的结构……………………………………………………………… 2.2 Z3040摇臂钻床的运动分析………………………………………………………… 三、Z3040摇臂钻床传统电气控制系统原理………………………… 3.1电气原理图……………………………………………………………… 3.2主轴电动机控制……………………………………………………………… 3.3摇臂升降控制………………………………………………………………… 3.4夹紧松开控制………………………………………………………………… 3.5冷却泵电动机控制…………………………………………………………… 3.6连锁、保护环节……………………………………………………………… 3.7照明与信号指示电路………………………………………………………… 四、电气控制系统硬件设计…………………………………… 4.1选择PLC的原则…………………………………………………………… 4.2 PLC型号的选择………………………………………………………………… 4.3低压电器元件的选用……………………………………………………………… 4.4元件清单…………………………………………………………………… 五、电气控制系统的软件设计…………………………………………… 5.1控制系统的状态流程图…………………………………………………… 5.2控制系统的梯形图…………………………………………………………… 六、系统调试及结果…………………………………………………………… 6.1硬件调试………………………………………………………………………… 6.2软件调试………………………………………………………………………… 6.3模拟调式和联机调式…………………………………………………………………… 6.4调试结果………………………………………………………………………… 七、总结……………………………………………………………………………… 八、参考文献…………………………………………………………………………
电气控制线路设计的应用 伴随着科技进步，建筑产业开始加强电气控制线路的设计发展。高层建筑开始实施智能化的建筑设计控制，不断加强楼宇电气控制的综合化管理，对电气控制设备实施有效的应用。依照各方的控制线路要求，加强自动化领域的分析，结合相关操作，重点判断电气控制的各方面环节，明确电气设备的整体设计、操作、生产标准。按照电气控制线路的实际设计要求，实施有效的设计分析，重点是电气控制的关键要素，对电气实施设计的内容，绘制原则，线路设计应用进行分析，逐步提升电气控制线路的有效设计。 标签：电气控制；线路设计；应用 一、电气综合控制线路的设计分析 在实际生产操作过程中，需要加强电气制动化的综合应用，明确机械使用的有效性。按照机电一体化的发展要求，实施有效的生产企业发展建设。重视电气自动化控制设备之间的调控，对设计人员进行标准化的要素分析，深入了解机械结构的原理，充分了解机械设计的整体实施工艺，完善电气控制线路的设计要求。大部分機械设备在系统控制过程中，需要明确电力拖动的控制标准。按照设计阶段的相关要求，准确的判断电力机械的操作自动控制设计标准，选择有效的拖动电机处理过程，明确电器元件的操作，制定符合明细表的管理模式。按照生产机械的电力装备标准，实施有序的施工设计，编制说明书，确定设计文件内容。 二、电气线路控制的绘制设计标准原则 （一）明确电气生产的基本要求，了解机械设备的使用标准 按照电气设计的实际操作标准要求，加强最大程度的生产机械工艺分析，明确电气控制线路的操作，充分调动生产需求操作，明确机械设备的结构设计特点。按照工作性能，实施有效的加工情况分析。按照控制性能操作，对整个设备工艺实施过程服务，明确他们实际的设计方向。在机械设计操作过程中，加强生产工艺的要素分析，确定基本标准原则。电气设计中，需要加强现场调查产品的分析，做好必要的收集资料分析，制定有效的控制实施方式，充分考虑设备的制动、起动、调速、反向等设计要求，制定有效的连锁反应，提高保护装置的操作管控办法。 （二）生产要素的经济分析 按照生产需求，实施有效的控制线路判断，尽可能的调整有效采用的标准要求。按照实际考验的线路，实施环节判断，尽量调整连锁长度比例数量，结合各个元器件，确定实际接线操作。按照各个电气的实际位置，注意电气柜、限位的距离，准确的判断开关、操作台之间的距离位置。
Z3050摇臂钻床电气原理图 1 主电路设计（2～7区） 三相电源L1 L2 L3由电源开关QS控制，熔断器FU1实现对全电路的短路保护（1区）。从2区开始就是主电路。主电路有4台电动机。 1）M4（2区）是冷却泵电动机，带动冷却泵供给工件冷却液。由于M4容量较小，因此不需要过载保护，由转换开关QS2直接控制。M4直接起动，单向旋转。 2）M1(3区) 是主轴电动机，带动主轴的旋转运动和垂直运动，是主运动和进给运动电动机。它由KM1的主触点控制，其控制线圈在13区。热继电器FR1做过载保护，其常闭触点在13区。M1直接起动，单向旋转。主轴的正反转由液压系统和正反转摩擦离合器来实现，空档，制动及变速也由液压系统来实现。3）M2(4～5区) 是摇臂升降电动机，带动摇臂沿立柱的上下移动。它由 KM2,KM3的主触点控制正反转，其控制线圈分别在15，16区。电动机M2是短时运行，因此不需要过载保护。 4）M3(6～7区) 是液压泵电动机，带动液压泵送出压力油以实现摇臂的松开，夹紧和主轴箱的松开，夹紧控制。它由KM4,KM5的主触点控制其正反转,控制线圈分别在17，18区。热继电器FR2作过载保 护。其常闭触点在17区。熔断器FU2作摇臂升降电动机M2，液压电动机M3和控制电路的短路保护。 2 控制电路的设计（13～19控制电区） 控制电路由控制变压器TC(8区) 将380V交流电源降为127V. 1）主轴电动机M1的控制电路（13区）。主轴电动机M1的控制电路是典型的电动机单向连续控制电路。SB1,SB2分别为砂轮电动机M1的停止和启动按钮。 2）摇臂升降的控制电路（14～19区）。摇臂升降由摇臂升降电动机M2作动力，按钮SB3,SB4分别为摇臂上升，下降的点动按钮，和KM3,KM2组成接触器按钮双重连锁的正反转点动控制电路（15～16区）。 由于摇臂的升降控制须与夹紧机构液压系统紧密配合：摇臂升降前，先把摇臂松开，再由M2驱动升降；摇臂升降到位后，再重新夹紧。摇臂的松开和加紧过程为： 摇臂松开： 摇臂夹紧： 由此可见，摇臂升降的电气控制是与松紧机构液压－机械系统（M3与YV）的控制配合进行的。 现以摇臂上升为例，来分析控制的全过程： 摇臂的下降由SB4控制KM3使M2反转来实现，工作过程与摇臂上升相似。
Z37型摇臂钻床电气控制电路 知识目标： 1、了解Z37型摇臂钻床的结构、运动形式及电力拖动的特点。 2、掌握Z37型摇臂钻床电气控制线路的工作原理。 技能目标： 1、掌握Z37型摇臂钻床电气控制线路的安装。 2、掌握Z37型摇臂钻床电气控制线路的故障分析及检修方法。 Z37型摇臂钻床电气元件明细表
一、主要结构及运动形式 Z37摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱、工作台等部分组成。内立柱固定在底座上，在它外面套着空心的外立柱，外立柱可绕着不动的内立柱回转3600。摇臂一端的套筒部分与外立柱滑动配合，借助于丝杠，摇臂可沿着外立柱上下移动，但两者不能作相对转动，因此摇臂与外立柱一起相对内立柱回转。主轴箱是一个复合的部件，它包括主轴及主轴旋转和进给运动(轴向前进移动)的全部传动变速和操作机构。 主轴箱安装于摇臂的水平导轨上，可通过手轮操作使它沿着摇臂上的水平导轨作径向移动。当需要钻削加工时，可利用夹紧机构将主轴箱紧固在摇臂导轨上，摇臂紧固在外立柱上，外立柱
紧固在内立柱上，以保证加工时主轴不会移动，刀具也不会振动。 摇臂钻床的主运动是主轴带动钻头的旋转运动；进给运动是钻头的上下运动；辅助运动是指主轴箱沿摇臂水平移动、摇臂沿外立柱上下移动以及摇臂连同外立柱一起相对于内立柱的回转运动。 二、电力拖动特点及控制要求 1、由于摇臂钻床的相对运动部件较多，故采用多台电动机拖动，以简化传动装置。 主轴电动机M2承担钻削及进给任务，只要求单向旋转。主轴的正反转一般通过正反转摩擦离合器来实现，主轴转速和进刀量用变速机构调节。摇臂的升降和立柱的夹紧放松由电动机M3和M4拖动，要求双向旋转。冷却泵用电动机M1拖动。 2、钻床的各种工作状态都是通过十字开关SA操作的，为防止十字开关手柄停在任何工作位置时，因接通电源而产生误动作，本控制电路设有零压保护环节。 3、摇臂的升降要求有限位保护。 4、摇臂的夹紧与放松是由机械和电气联合控制。外立柱和主轴箱的夹紧与放松是由电动机配合液压装置来完成的。 5、钻削加工时，需要对刀具及工件进行冷却。由电动机M1拖动冷却泵输送冷却液。 三、电气控制线路分析 1.主电路分析Z37摇臂钻床共有四台三相异步电动机，
12345控制变压器保护 QF2 1照明和指示灯 电源主轴箱立柱 SB1主电机控制 起动停止横臂升降控制上升下降液压泵电机松开夹紧通电延时分配阀主轴箱立柱SA闭35 XT1 XT2SB4 13XT215XT2SQ2 KM1C 11 XT2SB5 21XT217XT2SB4SB5DXT2(常开触点)延时闭合KT 3E492."6XT137XT2 SB639XT1XT2 KT3G41XT243SQ3 43XT2SB6SB7 KT2D49XT1XT2 SA49 55XT2XT357XT2XT353XT2ASB2
TC 4.DU V~110V 241 ~24VXT1 XT2 QF3 243 XT5SB37 XT2SQ125XT2摇臂降下限位断电延时摇臂夹紧到位(断开)SB715-60°摇臂升上限位 BB摇臂松开,升降切换摇臂松开到位闭合KT2GSQ2 31XT2KT2HSQ4 CSQ5 27XT2KM2D 29KM5D33(常闭触点)延时闭合KT1C 45 KT1HKM4D断电延时型号M1容量380V220VQF1FR2Z电245 XT1 XT2247 XT1 XT2KM
3D192.2 FR1B XT1 PEXB NXT1 XT2 ELXT5 HL1HL2HL3KM1B 1.C 2."C 1.C 1.C B断电延时4FR2B断电延时通电延时4.CKT1B 3.D 4."C 4.CKM2B 3.C 3."C 3.C 3.CKM3B
3.C 3."C 3.C 3.CKM4B 3.C 4."C 3.C 3.CKM5B 4.C 3."C 4.C 4.CKT2B 3.C 3.C 4.DKT3A 3.D 4.CYA1YA2使用说明书第30页 (3)摇臂升降 按上升(或下降)按钮SB4(或SB5),时间继电器KT1吸合,使交流接触器KM4得电吸合,液压泵电机M3旋转,压力油经分配阀进入摇臂松开油腔,推动活塞和菱形块使摇臂松开.同时活塞杆通过弹簧片压限位开关SQ2,使交流接触器KM4失电释放,交流接触器KM2(或KM3)得电吸合,液压泵电机M3停止旋转,升降电机M2旋转,带动摇臂上升(或下降)。如果摇臂没有松开,限位开关SQ2常开触点不能闭合,
1绪论 1.1选题背景和意义 近年来，随着自动化技术的不断发展，PLC逐渐代替复杂的电器及接线而成为控制设备的核心。为此削弱电气控制中复杂的电路分析，加强PLC程序设计来实现控制的地位日益体现。改造后的Z3040型摇臂钻床简化了控制线路，使机床功能完善，使用方便，维护简单，降低了设备运行的故障率，提高了设备运行的使用率，可实现生产过程的高效、节能和低成本。在工业上有广泛的应用前景。 1.2 现状及存在的问题 金属切削机床是用刀具或磨具对金属工件进行切削加工的机器，在制造业中，尤其是机械行业，机床有着非常广泛的应用。然而钻削加工仍然在零件加工中占有相当的比例，据统计在零件加工中钻孔加工占25%以上。摇臂钻床仍然是钻削加工的主要设备之一。作为传统的老产品摇臂钻床，有数百年的发展历史，其产品都在不断地更新，功能也越来越齐全、性能也不断地完善。 Z3040型摇臂钻床适用于单件或批量生产带有多孔的大型零件的孔加工，是机械加工车间常用的机床，在机械行业中得到了广泛应用。由于传统继电器－接触器控制的摇臂钻床存在电路接线复杂，触点多、噪音大、可靠性差、故障诊断与排除困难等缺点，因此对Z3040摇臂钻床控制系统的技术改造是非常必要的。 1.3 本文的主要任务 本文在分析Z3040型摇臂钻床继电接触控制系统工作原理的基础上，提出了用可编程控制器（PLC）对摇臂钻床控制系统进行改造设计。文中介绍了PLC 的原理和特点；给出了摇臂钻床PLC控制系统的硬件组成和软件设计；其中包括PLC的选型、输入/输出（I/O）地址分配、PLC外部接线图、PLC梯形图程序设计；分析了用PLC控制摇臂钻床的工作过程。
电气控制电路设计规范(1) 【引入】电器图以各种图形、符号和突显等形式来表示电气系统中各电器设备、装置、元器件的相互连接关系。电器图是联系电气设计、生产、维修人员的工程语言，能正确、熟练的识读电气图是从业人员必备的基本技能。 一、电气图的作用与分类 为了表达电气控制系统的设计意图，便于分析系统工作原理、安装、调试和检修控制系统，必须采用统一图形符号和文字符号。 1.电气系统图和框图 2.电气原理图 3.电器布置图 4.电器安装接线图 5.功能图 6.电气元件配置明细表 二、电气图阅读的基本方法 1.电气图阅读的基本方法 1)主电路分析 2)控制电路分析 3)辅助电路分析 4)联锁和保护环节分析 5)总体检查 2.电气图阅读 1)主电路阅读 2)阅读控制电路
1.电气工程制图内容 电气控制系统是由若干电器元件按照一定要求连接而成，从而实现设备或装置的某种控制目的。为了便于对控制系统进行设计、分析研究、安装调试、使用维护以及技术交流，就需要将控制系统中的各电器元件及其相互连接关系用一个统一的标准来表达，这个统一的标准就是国家标准和国际标准，我国相关的国家标准已经与国际标准统一。用标准符号按照标准规定的方法表示的电气控制系统的控制关系的就称为电气控制系统图。 电气控制系统图包括电气系统图和框图、电气原理图、电气接线图和接线表三种形式。各种图都有其不同的用途和规定的表达方式，电气系统图主要用于表达系统的层次关系，系统内各子系统或功能部件的相互关系，以及系统与外界的联系；电气原理图主要用于表达系统控制原理、参数、功能及逻辑关系，是最详细表达控制规律和参数的工程图；电气接线图主要用于表达各电器元件在设备中的具体位置分布情况，以及连接导线的走向。对于一般的机电装备而言，电气原理图是必须的，而其余两种图则根据需要绘制。绘制电气接线图则需要首先绘制电器位置图，在实际应用中电气接线图一般与电气原理图和电器位置图一起使用。 国家标准局参照国际电工委员会（IEC）颁布的标准，制定了我国电气设备有关国家标准。有关的国家标准有GB4728—1984《电气图用图形符号》、GB6988—1986《电气制图》、GB5094—1985《电气技术中的项目代号》和GB7159—1987《电气技术中的文字符号制定通则》。 2.电气工程制图图形符号和文字符号 按照GB4728—1984《电气图用图形符号》规定，电气图用图形符号是按照功能组合图的原则，由一般符号、符号要素或一般符号加限定符号组合成为特定的图形符号及方框符号等。一般符号是用以表示一类产品和此类产品的特征的简单图形符号。 文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。基本文字符号又分单字母文字符号和双字母文字符号两种。单字母符号是按拉丁字母顺序将各种电气设备、装置和元器件划分为23类，每一大类电器用一个专用单字母符号表示，如“K”表示继电器、接触器类，“R”表示电阻器类。当单字母符号不
123456控制变压器保护QF2 1照明和指示灯 电源主轴箱立柱 SB1主电机控制 起动停止横臂升降控制 上升下降液压泵电机 松开夹紧延时分配阀主轴箱立柱SA闭合表35 XT1 XT2给电延时,延时开启 DXT2 SB4 13 XT2 15 XT2 SQ2SB5 KT3E 25 XT2 15
SQ2 KT2G 31 XT2 KT2H37DXT1 XT2 SB6SQ3 41 XT1 XT2 43 断电延时,延时闭合SASB643XT2SB7 KT2D49XT1XT253XT2断电延时,延时开启SB2 TC 1.8U V~110V 241 ~24VXT1 XT2 QF3 243
KM1C 11 XT2 SQ4 CSQ17XT2SQ1SB7-60°0°60°39 XT1 XT2 KT3GABBA17XT2 SB5 21 XT2SB4 27 XT2 KM2D 29KM5D SQ5 33KT1C 45 KM4DKT1HSA245 XT1
XT1 XT2KM3D 55XT2XT357XT2XT3C2 FR1B XT1 PEXB NXT1 XT2 ELXT5 HL1HL2HL3KM1B 1. 32."4KT1BKM2B 2. 51."4 2."5KM3B 1. 52."5KM4B 1. 52."6 FR2B4
1. 62."5KT2B 2.5KT3AYA1 2.5YA2B A使用说明书第30页 1."3 2."6 1."4 1."5 1."5 1."6 2."6 2."5 1. 31."4 1."5 1."5 1."6 2."7 (3)摇臂升降
学号：201 1- 2012 学年第一学期 《摇臂钻床控制器系统设计》 课程设计报告 题目：摇臂钻床控制器系统设计 专业：电气系 班级： 姓名： 指导教师： 电气工程系 2011年12 月1日 课程设计任务书
一．设计目的 了解PLC，熟悉PLC 二、设计任务 根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行摇臂钻床控制器运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力 三、具体要求 1. 设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等； 2. 系统有启动、停止功能； 3. 运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序； 4. 程序结构与控制功能自行创新设计； 5. 进行系统调试，实现摇臂钻床控制器的控制要求。 摘要 PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械的生产过程。也是公共有限公司、电源线车等的名称缩写。
钻床是一种用途广泛的万能机床，可进行钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及修刮断面等多种形式的加工。钻床按结构型式可分为立式钻床、卧式钻床、摇臂钻床、深孔钻床、台式钻床等。 在各种钻床中，摇臂钻床操作方便，灵活，使用范围广，特别适用于带有多孔大型工件的孔加工，式机械加工中床用的机床设备，具有典型性。 关键词：PLC 钻床Z3040摇臂钻床 目录 摘要。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 引言。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5 第一章可编程程序控制器（PLC） 1.2 PLC的硬件结构 (6) 1.3 PLC的工作原理 (7) 第二章 Z3040型摇臂钻床 2.1 z3040钻床的硬件设计 (8) 2.2 摇臂钻床简介 (9) 2.3 Z3040型摇臂钻床结构与运动形式 (9) 2.4 Z3040型摇臂钻床电力拖动特点与控制要求 (10) 2.5 Z3040型摇臂钻床电气控制电路分析 (14) 2.6 Z3040型摇臂钻床电力控制电路图 (15) 2.7 Z3040型摇臂钻床电力控制梯形图 (16) 结论 (17) 参考文献 (18) 致谢 (19) 引言 Z3040摇臂钻床是工厂中常用的金属切削机床，它可以进行多种形式的加
电气控制线路的设计 第六章电气控制线路的设计 第一节学习目的和要求 一、学习目的 1.了解电气控制线路的设计要求。 2.熟练掌握电气控制线路的一般设计方法。 3.掌握电气控制线路设计拖动方案和电动机的选择依据 4.熟练掌握电气控制线路设计中电器元件的选择方法。 5.了解电气设备施工设计的内容和过程。
1?学会灵活运用所学知识，在满足生产机械工艺要求的前提下，设计出运行安全可靠的电气控制线路。 2?能考虑调试与维修的要求，设计方案能操作容易、维修方便。 3?学会线路优化，使设备投资费用节省。
第二节学习与训练指导 本章要点 电气控制线路设计的原则和内容电气控制线路设计的方法 拖动方案和控制方案的确定原则 元器件的选择方法 本章难点 电气控制线路的设计与优化 、设计的基本原则和内容 （一）重点内容： 本节重点学习电气控制线路设计的基本内容，即确定电力拖动方案、设计生产机械电力拖动自动控制线路、选择拖动电机及电气元件、进行生产机械电力装备施工设计、编写生产机械电气控制系统的电气说明书与设计文件。 在进行电力拖动方案的确定时，应遵循有关原则进行选择。应当考虑电动机的调速特性与负载特性相适应，以求得电动机充分合理的应用；根据生产机械的调速要求如调速范围、调速平滑性、机械特性硬度、转速调节级数及工作可靠性等方面来选择合适的拖动方案；在满足技术指标的前提下，进行经济比较，最后确定最佳方案。 设备的电气控制方法很多，有继电器接触器的有触点控制，有无触点逻辑控制, 有可编程序控制器控制、计算机控制等。总之，合理地确定控制方案，设计实现、简便、可靠、经济、适用的电力拖动控制系统的重要前提。应考虑以下几个方面： 1?控制方式与拖动需要相适应。控制方式并非越先进越好，而应该以经济效益为标准。 2.控制方式与通用化程度相适应。对于某些加工一种或几种零件的专用机床, 它的通用化程度很低，但它可以有较高的自动化程度。 3 ?控制方式应最大限度满足工艺要求。根据加工对象的工艺要求，控制线路应具有自动循环、半自动循环、手动调整、紧急快退、保护性连锁、信号指示和故障诊断等功能，以最大限度满足工艺要求。 4.控制电路的电源应当可靠。简单的控制电路可直接用电网电源，元件较多、电路较复杂的控制装置，可将电网电压隔离降压，以降低故障率。 影响方案确定的因素很多，最后选定方案的技术水平和经济水平，取决于设计 人员的设计经验和设计方案的灵活运用
“维修电工”技能考核项目 Z3050型摇臂钻床电气控制 电路原理与维修 主编：童光法 重庆市铜梁职业教育中心 2013年5月
Z2030 摇臂钻床电气原理图 QS1 KM1KM2KM3KM4KM5YA KT FU1 1
Z3050型摇臂钻床电气控制 一、 Z3050型摇臂钻床介绍 （一）作用 钻床是一种用途广泛孔加工机床，可用来钻孔、扩孔、绞孔、攻螺纹及修刮端面多种形式的加工。钻床的结构形式很多，有立式钻床、卧室钻床、深孔钻床等。摇臂钻床是一种立式钻床，它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。 (二)、结构 摇臂钻床主要由底座、内外立座、摇臂、主轴箱和 工作台组成。摇臂的一端为套筒，套筒在外立柱上，并借助丝杆的正、反转可沿外立柱上下移动。主轴箱安装在摇臂的水平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，摇臂借助于丝杆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。 主轴箱摇臂 工作台 电源开 内立柱 主轴 主轴电动机升降电动机升降丝杆
1、采用4台电动机拖动，分别是主轴电动机M1，摇臂升降电动机M2，液压泵电动机（即松紧电机）M3和冷却泵电动机M4。 2、电机运动方式： （1）主轴电动机M1的运动：为了适应多种形式的加工要求，摇臂钻床主轴的旋转及进给运动有较大的调速范围，一般情况下多由机械变速机构实现。主轴变速机构与进给变速机构均装在主轴箱内。在加工螺纹时，要求主轴能正反转。摇臂钻床主轴正反转一般采用机械方法实现。因此主轴电动机仅需要单向旋转。 主轴操纵机构液压系统：安装在主轴箱内，用以实现主轴正反、停车制动、空挡、预选及变速； （2）升降电机M2运动方式：摇臂升降由单独的一台电动机M2拖动，要求能实现正反转。 （3）松紧电动机M3运动方式：摇臂的移动严格按照摇臂松开→升降→摇臂夹紧的程序进行。因此摇臂的松紧与摇臂升降按自动控制进行。摇臂的夹紧与放松以及立柱的夹紧与放松由一台松紧电动机M3配合液压装置（电磁阀YA）来完成，要求这台电动机能正反转。并根据要求采用点动控制。夹紧机构液压系统：安装在摇臂背后的电器盒下部，用以夹紧松开主轴箱、摇臂及立柱。 主轴箱和立柱的松、紧是同时进行的，所以在操作的过程中，电磁阀YV线圈不吸合，液压泵供出的压力油进入主轴箱和立柱的松开、夹紧油腔，推动松、紧机构实现主轴箱和立柱的松开、夹紧。 （4）冷却泵电动机M4运动方式:钻削加工时，为对刀具及工件进行冷却，需要一台冷却泵电动机拖动冷却泵输送冷却液。 (5)其它：各部分电路之间有必要的保护和联锁环节以及安全照明、信号指示电路。 二、Z3050型摇臂钻床电气控制模拟电路说明 1、转换开关QS1、QS2分别用两把闸刀开关代替，以方便安装和配线。 2、四台电动机（1～4M）分别用作Y型连接的四组灯泡代替，并且每组灯泡中的按三相四线制接法：零线接公共中性点N，火线分别接三相线U、V、W。若某台电动机缺相，则该相灯泡不亮，其它灯泡发光正常。 3、模拟电路中的放松、夹紧液压电磁阀线圈YA用灯泡代替，灯亮则表示线圈YA通电，电磁阀打开，液压工作；灯灭则表示线圈YA断电，电磁阀关闭，液压不工作。
Z3040摇臂钻床控制电路 一、实训目的 1、了解Z3040摇臂钻床电路的工作原理。 2、熟悉低压电器的工作原理及构造。 3、掌握Z3040摇臂钻床故障排除方法。 二、注意事项 1、ZY-Z3040摇臂钻床故障考核装置采用实际工作电路，电源均采用380V，实训中，不要用手触摸器件接线端子、测试孔，以防触电。 2、电路上电必需经过老师许可。 3、排除故障时，应在确定故障后再进行操作，ZY-Z3040A车床故障考核装置将对每次操作进行记录，操作错误将影响实训成绩。 4、发生异常时应立即按下电源控制屏紧急按钮，查明事故原因后方可上电。 三、实训内容 1、Z3040摇臂钻床电路主电路参考原理图如图4.1.1所示： 2、Z3040摇臂钻床电路控制电路参考原理图如图4.1.2所示： 四、实验器材： 万用表、Z3040摇臂钻床故障考核装置实训台1台。 五、工作原理： Z3040摇臂钻床电路主要由冷却泵电机、冷却泵电机控制、主轴电机、主轴电机控制、摇臂升降电机、摇臂升降电机控制、液压泵电机控制、照明及指示电路等部分组成。其所实现的不同功能如下所述： 电源、照明及指示电路：电源、照明及指示电路由变压器T、熔断器FU1、FU2、FU3、照明旋钮SA2、照明灯EL、松开夹紧指示灯HL1、HL2、主轴工作指示灯HL3组成，由变压器T分别提供220V控制电源、24V低压照明电源、6.3V状态指示灯工作电源。 主轴电机控制原理：主轴电机控制主要由按钮SB1、SB2、交流接触器KM1、热保护继电器FR1组成自锁电机控制电路。SB1为停止按钮、SB2为启动控制按钮，FR1为主轴电机过热保护器；通过利用KM1的常开辅助触点自锁实现主轴电机的自锁控制。主轴的正、反转、停车制动、空挡、预选与变速均通过一套液压系统来进行，通过主轴电机拖动齿轮泵输送压力油来实现控制，HL3为主轴电机工作指示灯，通过在HL3回中串入KM1的常开触点来控制。 摇臂升降控制：摇臂升降控制由升、降控制按钮SB3、SB4、升、降控制按钮接触器完实现控制，其中SQ1、SQ2分别为上升和下降限位行程开关，SQ3为摇臂松开到位开关；SQ4为摇臂夹紧到位开关，当摇臂夹紧时，SQ4一直处于受压状态，其常闭触点此时处于断开；在摇臂升降控制过程中，Z3040采用另一套油压控制系统来进行摇臂的夹紧和松开的控制，其压力油通过KM4、KM5对液压泵电机的正反转控制来实现输送正、反向压力油；摇臂的上升控制过程为按下SB3，SB3常闭触点断开KM3回路，实现互锁，同时由于SB3常开触点闭合，KT得电，使KT瞬动触点闭合，电源由SB3、摇臂上升限位开关SQ1、摇臂松开到位开关SQ3、KT瞬动触点、KM5常闭辅助触点使KM4得电，控制液压泵电机输入正向压力油，
扬州大学 本科生课程设计报告 题目摇臂钻床电气控制系统 课程电气控制及可编程控制器 专业电气工程及其自动化 班级 学号 姓名 指导老师 完成日期
目录 1 绪论 (1) 1.1 课程题目 (1) 1.2 设计目的及要求 (1) 1.3 原始资料 (1) 1.4 课题要求 (4) 1.5 日程安排 (4) 1.6 主要参考书 (4) 2 器件选择 (5) 2.1 摇臂钻床简介 (5) 2.2 总体结构 (5) 2.3摇臂钻床电气控制特点与控制要求 (5) 2.4电气控制电路分析 (6) 3 程序设计 (8) 3.1 总体设计思路 (8) 3.2 PLC输入输出口分配 (8) 3.3 主电路设计 (8) 3.4摇臂钻床的输入输出接线图 (8) 3.5 摇臂钻床的梯形图 (9) 4 安装、接线及系统联合测试 (12) 4.1 硬件调试 4.2 软件调试和模拟调试 5 后期工作 (13) 6 总结 (13) 7 参考文献 (14)
1 绪论 1.1 课程题目 摇臂钻床电气控制系统 1.2 设计目的及要求 1、熟悉电气控制系统的一般设计原则、设计内容及设计程序。 2、掌握电气设计制图的基本规范，熟练掌握PLC程序设计的方法和步骤。 3、学会收集、分析、运用电气设计有关资料及数据。 4、培养独立工作和工程设计能力以及综合运用专业知识解决实际工程技术问题的能力。 1.3 原始资料 1．设备概况 钻床可以进行多种形式的加工，如；钻孔、镗孔、铰孔及攻螺纹。因此要求钻床的主轴运动和进给运动有较宽的调速范围。Z3040型摇臂钻床的主轴的调速范围为50:1，正转最低转速为40 r/min，最高为2000 r/min，进给范围为0.05～1.60 r/min。它的调速是通过三相交流异步电动机和变速箱来实现的。也有的是采用多速异步电动机拖动，这样可以简化变速机构。 钻床的种类很多，有台钻、立钻、卧钻、专门化钻床和摇臂钻床。台钻和立钻的电气电路比较简单，其他型式的钻床在控制系统上也大同小异。 摇臂钻床适合于在大、中型零件上进行钻孔、扩孔、铰孔及攻螺纹等工作，在具有工艺装备的条件下还可以进行镗孔。摇臂钻床的主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动机拖动，主轴的正反向旋转运动是通过机械转换实现的。故主电动机只有一个旋转方向。 摇臂钻床除了主轴的旋转和进给运动外，还有摇臂的上升、下降及立柱的夹紧和放松。摇臂的上升、下降由一台交流异步电动机拖动，主轴箱、立柱的夹紧和放松由另一台交流电动机拖动。通过电动机拖动一台齿轮泵，供给夹紧装置所需要的压力油。而摇臂的回转和主轴箱的左右移动通常采用手动。此外还有一台冷却泵电动机对加工的刀具进行冷却。 2．控制要求 (1) 主要控制电器为四台电机：主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机、冷却泵电机。 (2)主电动机和液压泵电机采用热继电器进行过载保护，摇臂升降电动机、冷却泵电机