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
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
摇臂钻床电器元件列表
1.4 课题要求
1、设计原则：国家现行有关电气设计规范及主管部门规定等。
2、设计范围：控制系统主电路及控制电路设计，电器设备选型。
3、设计成果：课程设计报告（设计说明书及计算书等），主电路图、控制电路图、流程图、I/O端子接线图、梯形图及程序。（所有成果均应为打印稿）
1.5 日程安排
本次课程设计时间共一周，进度安排如下：
1、设计准备，熟悉有关电气设计规范，熟悉课题设计要求及内容。（1天）
2、分析控制要求、主电路及控制电路方案设计。（1天）
3、绘制控制流程图、I/O端子接线图。（1天）
4、梯形图设计、编制程序及程序说明。（1天）
5、整理计算书及图纸、写课程设计报告。（1天）
1.6 主要参考书
1、《电气控制与可编程控制器应用技术》郁汉琪主编东南大学出版社
2、《工厂电气控制技术》方承远主编机械工业出版社
3、《可编程控制器原理应用网络》徐世许主编中国科学技术大学出版社
4、《工厂常用电气设备手册》（第2版）上、下册中国电力出版社
2器件选择
2.1 摇臂钻床简介
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。
摇臂钻床的摇臂可绕立柱回转和升降，它与立式钻床的区别是主轴可方便地在水平面上调整位置，使刀具对准被加工孔轴心，而工件则固定不动。因此，对于加工大而重的工件上的孔带来很大的方便。
2.2 总体结构
摇臂钻床一般由底座、内外立柱、摇臂、主轴箱和工作台等部件组成。内立柱固定在底座的一端，外立柱套在内柱上，并可绕内立柱回转360°。摇臂的一端为套筒，塔套在外立柱上，借助于升降丝杆的正反向旋转，摇臂可沿外立柱上下移动。由于升降螺母固定在摇臂上，所以摇臂只能与外立柱一起绕内立柱回转。主轴箱式一个复合的部件，它由主电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构以及机床的操作机构等部分组成。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，通过手轮操作可是主轴箱沿摇臂水平导轨作径向运动。这样，主轴5可通过主轴箱在摇臂上的水平移动及摇臂的回转可方便的调整至机床尺寸范围内的任意位置。为适应加工不同高度工件的需要，可调节摇臂在立柱上的位置。Z3040钻床中，主轴箱沿摇臂的径向运动和摇臂的回转运动为手动调整。钻削加工时，主轴旋转为主运动，主轴的纵向运动为进给运动，即转头一面旋转一面作纵向进给。此时主轴箱夹紧在摇臂的水平导轨上，摇臂与外立柱加紧在内立柱上。辅助运动有：摇臂沿外立柱的上下垂直移动；主轴箱沿摇臂水平导轨的径向移动；摇臂的回转运动。
2.3摇臂钻床电气控制特点与控制要求
一电气控制特点
1）摇臂钻床运动部件比较多，多简化传动装置，采用多电动机拖动，分别是主
轴电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机及冷却泵电动机。
2）Z3040型摇臂钻床是机、电、液的综合控制。机床由二套液压系统：一套是
单向旋转的主轴电动机拖动齿轮泵送出压力油，通过操作手柄来操纵机构实现轴正、
反转、停车制动、空挡、预选与变速的操纵机构液压系统：另一套使由液压泵电动机
拖动液压泵送出压力油来实现摇臂的夹紧与松开、主轴箱和立柱的夹紧和放松的夹紧
机构液压系统。
3）摇臂的升降控制与摇臂夹紧放松的控制有严格的程序要求，以确保先松开，
再移动，移动到位后自动加紧。所以对M3、M2电动机的控制有严格程序要求，这些
由电气控制电路控制，液压、机械配合来实现。
4）电路具有完善的保护和联锁。
二控制要求
1）4台电动机容量均较小，采用直接起动方式，主轴要求正反转，但采用机械方法实现，主轴电动机单向旋转。
2）升降电动机要求正反转。液压泵电动机用来驱动液压泵送出不同流向的压力油，推动活塞、带动菱形块动作来实现内外立柱的夹紧与放松以及主轴箱和摇臂的加紧与放松，故液压泵电动机要求正反转。
3）摇臂的移动严格按照摇臂松开→摇臂移动→移动到位摇臂夹紧的程序进行。因此，摇臂的加紧放松与摇臂升降应按上述程序自动进行。
4）钻削加工时，应由冷却泵电动机拖动冷却泵，共处冷却液进行钻头冷却。
5）要求有必要的联锁与保护环节。
6）具有机床安全照明电路与信号指示电路。
2.4电气控制电路分析
在Z3040型摇臂钻床电气原理图中M1为主轴电动机，M2为摇臂升降电动机，M3为液压泵电动机，M4为冷却泵电动机。
主轴箱上装有4个按钮SB2、SB1、SB3与SB4分别是主电动机起动、停止按钮，摇臂上升、下降按钮。主轴箱转盘上的2个按钮SB5、SB6分别为主轴箱及立柱松开按钮和夹紧按钮。转盘为主轴箱左右移动按钮，操纵杆则操纵主轴的垂直移动，两者均为手动。主轴也可机动进给。
一主电路分析
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。主轴的正反转式另一套由主轴电动机拖动齿轮泵送出压力油的液压系统，经“主轴变速、正反转及空挡”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，不用设过载保护，但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电动容量小，仅0.125kW，由开关SA1控制起动、停止。
二控制电路分析
1.主轴电动机控制
由按钮SB1、SB2与接触器KM1构成主轴电动机起动-停止控制电路，M1启动后，指示灯HL3亮，表示主轴电动机在旋转。
2.摇臂升降及夹紧、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。
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加紧与放松，两者是同时进行的，工作时要求二位六通阀YV不通电。松开与夹紧分别有松开按钮SB5和夹紧按钮SB6控制。指示灯HL1、HL2指示其动作。
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。
5.联锁与保护环节
SQ1行程开关实现摇臂上升与下降的限位保护。SQ2行程开关实现摇臂松开到位，开始升降的联锁。SQ3行程开关实现摇臂完全夹紧，液压泵电动机M3停止运转的联锁。KT时间继电器实现升降电动机M2断开电源、带M2停止后在进行夹紧的联锁。M2电动机正反转具有双重互锁，M3电动机正反转具有电气互锁。
SB5、SB6立柱与主轴箱松开、夹紧按钮的常闭触头串接在电磁阀YV线圈电路中，实现露珠与主轴箱松开、夹紧操作时，压力油至进入立柱与主轴箱夹紧油腔而不进入摇臂夹紧油腔的联锁。
熔断器FU1~FU3实现电路的短路保护。热继电器FR1、FR2为电动机M1、M3的过载保护。三照明与信号指示电路分析
HL1为主轴箱与立柱松开指示灯，灯亮表示已松开，可以手动操作主轴箱沿摇臂移动或推动摇臂回转。
HL2为主轴箱与立柱加紧指示灯，灯亮表示已夹紧，可以进行钻削加工。
HL3为主轴箱旋转工作指示灯。
3 程序设计
3.1 总体设计思路
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。主轴的正反转式另一套由主轴电动机拖动齿轮泵送出压力油的液压系统，经“主轴变速、正反转及空挡”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，不用设过载保护，但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电动容量小，仅0.125kW，由开关SA1控制起动、停止。
3.2 PLC输入输出口分配
3.3 主电路设计（见下图）
3.4摇臂钻床的输入输出接线图（见下图）
3.5 摇臂钻床的梯形图
据Z3040型摇臂钻床电气控制要求，其输入输出均为开关量。需要PLC检测的输入信号包括8个按钮、６个限位开关、２个热继电器等输人信号，共计16个。而PLC的输出控制信号为６个接触器、1个电磁阀、３个指示灯等，共１０个。因此，选用三菱公司的FX1N-40MR （继电器输出，整体式）PLC即能满足控制要求。输入输出设备与PLC端子分配及I/O接线
图如下图所示。
Z3040型摇臂钻床主要是电动机正反转控制和限位控制，相对比较简单。根据控制要求，并参考电气控制线路图，可直接画出PLC控制的梯形图。在设计中要考虑PLC控制与继电接触器控制的不同，主要注意以下几点：
（1）在继电接触器控制系统中，停止按扭与热继电器均用常闭点，为了与继电接触器控制电路一致，在PLC梯型图中同样也要用常闭点，这样一来，与输入端子相接的停止按扭和热继电器触点，就必须用常开触点。
（2）根据PLC的工作原理图可知，当输入端接常闭触点，若输入端的常闭触点未动作，相对应的输入继电器线圈得电。若此输入继电器的常闭触点与输出继电器线圈串联，则输出继电器不能得电。
（3）对同一台电动机进行正反转切换控制时，因为PLC执行梯形图程序的速度要比接触器动作速度快得多，必须采用PLC内部的时间继电器（定时器T0）进行延时控制，否则会造成正反转同时接通引起电源短路。综上所述，Z3040型摇臂钻床的梯形图程序（该程序用三菱编程软件GX编制）如下图所示。
4 安装、接线及系统联合测试
4.1 硬件调试
PLC内部为输入电路所提供的电压，恰好可以直接驱动负载，满足其输出指标，按接线图接好线，证明PLC选型正确，光电传感器的选择符合要求。
4.1.1现场调试
在模拟调试合格的前提下，将PLC与现场设备连接。现场调试前要全面检查整个PLC 控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下才可送电。将PLC的工作方式置为“RUN”。反复调试，消除可能出现的问题。当试运一定时间且系统运行正常后，可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，做好备份。4.1.2欧姆龙联机调试
联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从欧姆龙只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。
全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。
4.2 软件调试和模拟调试
按接线图接好线后，将程序的指令用欧姆龙编程软件输入到PLC系统中，编程器直接对PLC的用户程序储存器进行读写操作。采用脱机编程方式将所编制的用户程序存入编程器的ROM中后，经过多次调试。
将设计好的程序下载到PLC主单元中。由外接信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，直到满足设计要求为止。
欧姆龙程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。
1)硬件模拟法是使用一些硬件设备(如用另一台PLC或一些输入器件等)模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。
2)软件模拟法是在欧姆龙中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。
6 总结
通过一周时间的努力,终于完成了王老师给的PLC课程设计的内容——摇臂钻床电气控制系统。这次课程设计能够顺利的完成主要是靠指导老师的谆谆指导和指点，其次就是组员之间的团结协作，自己动手查阅有关资料，认真积极地完成老师布置的任务，遇到问题能够做到及时解。
本次课程设计让我们对PLC这门课有了更深刻的了解和认识，知道了如何实现PLC在实际生活中的作用。利用工作软件实现对摇臂钻床电气控制，经安装调试后，其各项性能均达到了设计要求，运行良好。
在设计中,我们为涉及到的每一个电气元件,电动机,低压元件,都查阅了大量的相关资料,并且仔细阅读,标记出相关内容,为书写设计说明做好了准备工作.还从网上下载和查阅了大量资料,并且进行分析和总结.
通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和网络成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。
这次设计的整个过程不仅是一个技术革新的过程,而且也是一个我们不断地学习的过程.这一段设计使本人自己提高了动手动脑,独立思考的能力,团队合作精神,还学会了解决问题的思路,使本人受益匪浅,由于我们的水平有限等原因,设计中必然从在许多不足和漏洞,希望各位老师指正,更希望各位老师能多多谅解!
7 参考文献
1、《电气控制与可编程控制器应用技术》郁汉琪主编东南大学出版社
2、《工厂电气控制技术》方承远主编机械工业出版社
3、《可编程控制器原理应用网络》徐世许主编中国科学技术大学出版社
4、《工厂常用电气设备手册》（第2版）上、下册中国电力出版社
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)
电子元器件的认识 开关电源(SPS)是由众多的元器件构成,因此,要了解开关电源的原理,学会看电路图.首先必须掌握元器件的主要性能,结构,工作原理,电路符号,参数标准方法和质量检测方法,下面将作逐一介绍. 一.电阻器 电阻器简称电阻,英文Resistor 1.电路符号和外形. (a) (b) (c) (a)国外电阻器电路符号.(b)国内符号.(c)色环电阻外形 2.电阻概念: 电阻具有阻碍电流的作用.公式R=U/I常用单位为欧姆(Ω),千欧(KΩ) 和兆欧(MΩ). 1MΩ=10 KΩ=10 Ω 3.种类
电阻器的种类有:碳膜电阻,金属氧化膜电阻,绕线电阻,贴片电阻, 可调电阻,水泥电阻. 4.性能参数 (1)标称阻值与允许误差 (2)额定功率: 指在特定(如温度等)条件下电阻器所能承受的最大功率,当超过此功率,电阻器会过热而烧坏.通用碳膜电阻Power Rating Curve (Figure 1) (3)电阻温度系数 (4). 工作温度范围 Carbon Film :-55℃----+155℃ Metal Film :-55℃----+155℃ Metal Oxide Film :-55℃----+200℃ Chip Film :-55℃----+125℃ 5.标注方法: (1)直标法 (2)色标法
色标法是用色环或色点来表示电阻的标称阻值,误差.色环有四道环 和五道环两种.读色环时从电阻器离色环最进的一端读起,在色标法中,色标颜色表示数字如下: 四色环中,第一,二道色环表示标称阻值的有效值,第三道色环表示倍数,第四道色环表示允许偏差,五色环中,前三道表示有效值,第四到为倍数, 第五道为允许误差.精密电阻常用此法. 例1:有一电阻器,色环颜顺序为:棕,黑,橙,银,则阻值为:10X10 ±10%(Ω) 6.误差代码 7.电阻的分类 (1). 碳膜电阻 (2). 金属膜电阻（保险丝电阻） (3). 金属氧化膜电阻 (4). 绕线电阻 (5). 保险丝 二:电容器英文Capacitor 1.电路符号
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…………………………………………………………………………
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。
电气控制回路八种常用元件原理介绍 断路器、接触器、中间继电器、热继电器、按钮、指示灯、万能转换开关和行程开关是电气控制回路中最常见的八种元件，以图文并茂的方式介绍常用电气元件的原理及应用，通过了解它们在电气回路中的作用来掌握这些元件平时的运行情况。 1、断路器 低压断路器又称为自动空气开关，可手动开关，又能用来分配电能、不频繁启动异步电机，对电源线、电机等实行保护，当它们发生严重过载、短路或欠压等故障时能自动切断电路。常用断路器外形图（如下图） 1P微型断路器 3P微型断路器
塑壳断路器断路器文字符号为：QF 断路器图形符号为： 单极断路器图形符号三极断路器图形符号
2、接触器 接触器由电磁机构和触头系统两部分组成，接触器最常见线圈电压有AC380V、AC220V、AC110V、AC36V、AC24V、AC12V和DC220V、DC36V、DC24V、DC12V等多种。常用的有AC380V、AC220V，机床常用的有AC110V、AC36V 、DC36V、DC24V、等几种，外形一样，就是线圈的电压有区别。 接触器电磁机构由线圈、动铁心（衔铁）和静铁心组成；接触器触头系统由主触头和辅助触头两部分组成，主触头用于通断主电路，辅助触头用于控制电路中。常用接触器外形图片 接触器文字符号为：KM 接触器图形符号表示为：
接触器线圈图形符号: 接触器主触头图形符 号 : 接触器辅助常开触头图形符号接触器辅助常闭触头图形符号 3、热继电器 热继电器是利用电流通过元件所产生的热效应原理而反时限动作 的继电器。 热继电器文字符号：FR 热继电器图形符号： ---------------------------------
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。
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
常用电气元件功能介绍 一、保护、隔离元件 1、刀开关、倒顺开关 功能：用于不频繁分断电源主回路，形成明显的断点。没有带灭弧装置，不能带大电流操作，无保护功能；倒顺开关有换向的作用。 参数：额定电流、接线方式、操作方式等 常用型号：HD11-400/39、HS11-600/39 2、断路器 功能：用于线路保护，主要保护有：短路保护、过载保护等，也可在正常条件下用来非频繁地切断电路。 常用的断路器一般根据额定电流大小分为：框架式断路器（一般630A 以上）、塑壳断路器（一般630A以下）、微型断路器（一般63A以下）。 参数：额定电流、框架电流、额定工作电压、分断能力等 常用型号：C65N D10A/3P、NSX250N、MET20F202 详见《断路器基础知识及施耐德NSX系列断路器》 3、熔断器 功能：熔断器是一种最简单的保护电器，在电路中主要起短路保护作用。 熔断器就功能上可分为普通熔断器（gG）和半导体熔断器（aR），半导体熔断器主要是用于半导体电子器件的保护，一般动作时间较普通熔断器和断路器快，因此也经常称为快熔；普通熔断器一般只用于线路短路保护。 做线路保护用的熔断器一般只用在一些检测、控制回路中，大部分都被断路器而取代。
参数：额定电压、额定电流 常用型号：RT18-2A/32X、NGTC1-250A/690V 4、刀熔开关 功能：主要用于动力回路的短路保护，也可用于正常情况下非频繁的切断电路。 可替代断路器的部分功能，比断路器更经济。一般用于驱动器前端或总进线电源处做短路保护。 由熔断器和隔离开关延伸而来，也有叫做熔断器式隔离开关。 参数：框架电流、额定电流、额定电压 常用型号： 5、过电压保护器（浪涌保护器） 功能：用于线路的过电压保护，主要用于保护由于雷电等引起的感应电压的冲击，保护线路上的电子元器件。 可分为几个级别，电源进线回路保护的，也有控制回路保护的，应与避雷针等防雷器件配合使用。 参数： 常用型号： 6、热继电器 功能：用于控制对象（电机）的过载保护，常见于对多电机的保护。 当一台变频器驱动多台电机时，需要加热继电器做过载保护，防止其中某台电机因过载而烧坏。一般用于鼠笼或者变频电机，绕线式电机一般不采用热继电器来做过载保护，而用过流继电器。（绕线式电机一般过载能力较鼠笼式强，直接启动时启动电流也交鼠笼式小。）
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
“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。
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
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
XT2 KT2H37DXT1 XT2 SB6SQ3 41 XT1 XT2 43 断电延时,延时闭合SASB643XT2SB7 KT2D49XT1XT253XT断2 电延时,延时开启SB2 TC 1.8U V~110V 241 ~24VXT1 XT2 QF3 243 XT5SB3 KM1C 11 XT2
CSQ17XT2SQ1SB7-60°60°39 XT1 XT2 KT3GABBA17XT2 SB5 21 XT2SB4 27 XT2 KM2D 29KM5D SQ5 33KT1C 45 KM4DKT1HSA245 XT1 XT2247 XT1 XT2KM3D 55XT2XT357XT2XT3C2 FR1B XT1
NXT1 XT2 ELXT5 HL1HL2HL3KM1B 1. 32."4KT1BKM2B 2. 51."4 2."5KM3B 1. 52."5KM4B 1. 52."6 FR2B4
KM5B 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 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
项目六、钻床的电气控制 （一）、内容要求： 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。 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．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
可编程序控制器 课程设计报告 学校：哈尔滨理工大学荣成学院院系：电气信息系 专业班级：电机10-XX 学号： 姓名：
一．题目名称 用PLC改造Z3040X16型摇臂钻床的控制电路图。具体的接触器-继电器控制系统详见《工厂电气控制设备》129页电路，试将其进行PLC改造。二．任务要求 1.列出输入输出I/O分配表，画出PLC硬件接线图，列出PLC程序清单及注释。 2.用S7-200编写摇臂钻床PLC程序梯形图。 三．确定总体方案 1.分析控制对象 （1）Z3040X16型摇臂钻床的动作是通过机、电、液进行联合控制来实现的。 （2）控制电路设有总起动按钮和总停止按钮 （3）采用4台电动机拖动。分别是主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机及冷却泵电动机。 （4）摇臂的移动严格按照摇臂松开→移动→摇臂夹紧的程序进行，要求夹紧放松作用的液压泵电动机与摇臂升降电动机按一定顺序起动工作，由摇臂松开行程开关与夹紧行程开关发出控制信号进行控制。 （5）机床具有信号指示装置，对机床的每一主要动作作出显示，这样便于操作和维修。 （6）摇臂的夹紧放松与摇臂升降按自动控制进行，而立柱和主轴箱的夹紧放松可以单独操作，也可以同时进行。
2. Z3040×16型摇臂钻床的电气控制线路图如下图所示 （1）主轴电动机M1的要求：单方向旋转，过载保护。 （2）摇臂升降电动机M2的要求：摇臂移动的过程必须是先松开摇臂，在移动，到位后摇臂自动夹紧。电动机能正反转。 （3）液压泵电动机M3的要求：电动机能正反转，有过载保护。四．PLC元器件分配及I/O口分配表 分析Z3040X16型摇臂钻床，找出改用的PLC控制的输入、输出信号，共有14个输入信号，8个输出信号。 I/O分配表