Z3040摇臂钻床电气控制课程设计说明书

课程设计说明书

课程名称：机床电气控制技术

设计题目： Z3040型摇臂钻床电气控制课程设计

专业：机械设计制造及其自动化班级：机械0904学生姓名: 张飞翔学号: 0912110433

指导教师:吴吉平

湖南工业大学科技学院教务部制

年月日

目录

一、引言 (2)

1、设计目的 (2)

2、预备知识 (2)

3、设计要求 (4)

二、系统总体实际 (5)

1、系统硬件配置及组成原理 (5)

2、硬件接线图 (5)

3、系统变量定义及分配表 (6)

4、系统接线图设计

三、控制系统设计 (7)

1、控制程序流程图设计 (7)

2、控制程序设计思路 (8)

3、摇臂钻床PLC程序设计 (8)

（1）主程序 (8)

（2）主轴起停 (9)

（3）摇臂上升 (10)

（4）摇臂下降 (12)

（5）主轴箱和立柱限位 (15)

四、系统调试及结果分析 (16)

1、调试前安全检查 (16)

2、调试 (16)

一、引言

1、设计目的：

（1）、了解Z3040摇臂钻床的操作顺序，并作出功能图。

(2)、进一步熟悉西门子S7-200编程软件，学会使用S7-200编辑一个完整的控制系统。

(3)、熟悉并会接较复杂的PLC控制系统电路。

(4)、领悟电气控制电路PLC改造的要领。

2、预备知识：

钻床是一种孔加工设备，可以用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。按用途和结构分类，钻床可以分为立式钻床、台式钻床、多孔钻床、摇臂钻床及其他专用钻床等。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。主轴箱可在摇臂上移动，并随摇臂绕立柱回转的钻床。摇臂还可沿立柱上下移动，以适应加工不同高度的工件。较小的工件可安装在工作台上，较大的工件可直接放在机床底座或地面上。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，可用来钻削大型工件的各种螺钉孔、螺纹底孔和油孔等。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。万向摇臂钻床的摇臂除可作垂直和回转运动外，并可作水平移动，主轴箱可在摇臂上作倾斜调整，以适应工件各部位的加工。此外，还有车式、壁式和数字控制摇臂钻床等。此次试验就是要将滑座式Z3040摇臂钻床的控制系统改为PLC控制。

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）摇臂钻床的主运动为主轴的旋转运动；

（2）进给运动为主轴的纵向进给；

（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，摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。

Z3040型摇臂钻床的工作原理：

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。系统具有连锁与保护环节以及安全照明、信号指示电路。

3、设计要求：

(1) 按下主轴起动按钮SB2，接触器KMl得电吸合且自保持，主轴

电动机M1运转。按下停止按钮SBl，主轴电动机停止。

(2) 需要摇臂上升时，按下摇臂上升按钮SB3，时间继电器KT得电，其瞬动触头和瞬时闭合延时打开的动合触头使接触器KM4和电磁阀YA动作，液压电动机M3起动，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，其动断触头断开使接触器KM4断电释放，液压电动机M3停止运转，其动合触头接通使接触器KM2得电吸合，摇臂升降电动机M2正向起动，带动摇臂上升。上升到所需的位置后，松开上升按钮SB3，时间继电器KT、接触器KM2断电释放，摇臂升降电动M2停止运转，摇臂停止上升。延时l～3s后，时间继电器KT的动断触头闭合，动合触头断开，但由于夹紧到位行程开关SQ3动断触头处于导通状态，故YA继续处于吸合状态，接触器KM5吸合，液压电动机M3反向起动，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KM5断电释放，液压电动机M3停止运转，电磁阀YA断电。时问继电器KT的作用是适应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) 需要摇臂下降时，按下摇臂下降按钮SB4，动作过程与摇臂上升时相似。

(4) 立柱和主轴箱同时夹紧和同时松开。按下立柱和主轴箱松开按钮SB5，接触器KM4得电吸合，液压电动机：M3正向起动。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。按下立柱和主轴箱夹紧按钮SB6，接触器KM5得电吸合，M3反向起动，液压油分配至立柱

和主轴箱夹紧油缸，立柱和主轴箱夹紧装置夹紧。

(5) 摇臂升降限位保护是靠上下限位开关SQ1U和SQ1D实现的。上升到极限位置后，SQ1U动断触头断开，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，SQlD动触头断开，摇臂自动夹紧，同松开下降按钮SB4动作相同。

二、系统总体设计

1、系统硬件设计机组成原理

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。

2、硬件接线图

3、系统定义量分配表

三、控制系统设计

1、系统流程图

2、控制设计思路

利用顺控指令，根据机床的运行原理，把机床分成四个字程序：主轴起停、摇臂上升、摇臂下降、主轴箱立柱的限位，并用一个主程序来分别调用子程序来实行机床的功能。、

3、摇臂钻床PLC程序设计

（1）主程序

（2）主轴起停

（3）摇臂上升

（4）摇臂下降

（5）主轴箱和立柱限位

四、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；确定电路没有短路。

(4)、经老师同意后，才能通电测试，并按实验步骤操作。

2、开始测试：

等待

通电——HL1亮

按SB3——KM1吸合，HL2亮（主轴转动）

按SB2——KM1断开，HL2灭（主轴停转）

按SB4——KM5断开，KM4吸合，YA亮，再按SQ2——KM4断开，KM2吸合指示灯点亮（摇臂上升）

按SB5——KM5吸合，KM4吸合，YA亮，再按SQ2——KM4断开，KM3吸合指示灯点亮（摇臂下降）

断开SB4\SB5一段时间后——KM5吸合

按SB7——KM4吸合，YA灭

按SB1全部断开，按SQ5全部电源断开