z3040-摇臂钻床电气控制系统设计
Z3040摇臂钻床的电气控制设计
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…………………………………………………………………………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。
Z3040摇臂钻床电力拖动控制系统设计
课程设计题目: Z3040摇臂钻床电力拖动控制系统设计班级: 11电气大专班姓名: 王旭博指导教师: 王迎军日期: 2014年5月23日目录设备概况 (1)控制要求 (1)设计任务 (2)第一章：摇臂钻床概述 (3)第二章：摇臂钻床的控制电路系统设计 (5)第三章：摇臂钻床电气元件的选择 (7)3.1 电动机的选择 (7)3.2 熔断器的选择 (7)3.3 热继电器的选择 (8)3.4 摇臂钻床电器元件列表 (10)总结 (11)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围。
Z3040型摇臂钻床的主轴的调速围为50:1，正转最低转速为40 r/min，最高为2000 r/min，进给围为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。
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。
Z3040型摇臂钻床的电气控制
Ｚ３０４０型摇臂钻床的电气控制参考资料：/s/blog_71facf000100wd8z.html钻床是一种加工孔的机床。
它可用于钻孔、扩孔、铰孔、锪孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。
钻床的种类很多，按其用途和结构可分为台式钻床、立式钻床、卧式钻床、摇臂钻床、多轴钻床及其他专用钻床等。
Ｚ３０４０型摇臂钻床具有操作方便、灵活、适用范围广等特点，特别适用于生产中带有多孔的大型零件的孔加工，是钻床中应用最广泛的一种机床。
下面以Ｚ３０４０型摇臂钻床为例进行分析。
一、Ｚ３０４０型摇臂钻床的主要结构及运动形式１．Ｚ３０４０型摇臂钻床的主要结构Ｚ３０４０型摇臂钻床的外形结构如图５－８所示。
它主要由内立柱、外立柱、主轴箱、摇臂、工作台和底座等部分组成。
主轴箱由主传动电动机、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，内立柱固定在底座的一端，外立柱套在它的外面，并可绕内立柱回转３６０°，摇臂的一端为套筒，套装在外立柱上，不能绕外立柱转动，而只能与外立柱一起绕内立柱回转，还可借助丝杠的正、反转沿外立柱作上下垂直移动。
２．摇臂钻床的运动形式钻削加工时，钻头一边进行旋转切削，一边进行纵向进给。
其运动形式如下：（１）主运动摇臂钻床的主运动是指主轴的旋转运动。
（２）进给运动摇臂钻床的进给运动是指主轴的纵向进给运动。
（３）辅助运动摇臂钻床的辅助运动是指：１）摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动；２）摇臂沿外立柱上导轨的上下垂直移动；３）主轴箱沿摇臂长度方向的左右移动。
二、Ｚ３０４０型摇臂钻床的电力拖动特点及控制要求（１）为了简化机械传动装置，摇臂钻床采用直接起动的方式起动四台电动机进行拖动：主轴电动机，带动主轴旋转；摇臂升降电动机，带动摇臂进行升降；液压泵电动机，拖动液压泵供出压力油，使液压系统的夹紧机构实现夹紧与放松；冷却泵电动机，驱动冷却泵供给机床冷却液。
（２）摇臂钻床的主运动和进给运动均为主轴的运动，可由一台主轴电动机拖动，并通过传动机构分别实现主轴的旋转和进给。
Z3040型摇臂钻床的电气控制线路
Z3040型摇臂钻床的电气控制线路钻床可进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔及攻丝，因此要求钻床的主运动和进给运动有较宽的调速范围。
钻床的调速一般是通过三相异步电机和变速箱来实现的，也有的是用多速异步电动机拖动以简化变速机构。
Z3040型摇臂钻床适合于在大、中型零件上进行孔加工，其运动形式有：主轴的旋转运动、进给运动、摇臂的升降运动、立柱的夹紧和放松、摇臂的回转和主轴箱的左右移动。
主轴的旋转运动和进给运动由一台异步电动机拖动，摇臂的升降由一台异步电动机拖动，摇臂、立柱和主轴箱的松夹由一台液压泵电动机拖动，摇臂的回转和主轴箱的左右移动通常采纳手动。
此外还有一台冷却泵电动机对刀具和工件进行冷却。
加工螺纹时，主轴需要正反转，该机床采纳机械变换方法来实现，故主电动机只有一个旋转方向。
此外，为保证平安生产，其主轴旋转和摇臂升降不允许同时进行。
Z3040型摇臂钻床的电气掌握线路图如图所示。
一、主电路Z3040型摇臂钻床的主电路、掌握电路和信号电路的电源均采纳自动开关引入，自动开关中的电磁脱扣作为短路爱护取代了熔断器。
主电动机M1的接通和断开由接触器KM1掌握，升降电动机M2的正反转由接触器KM2、KM3掌握，液压泵电动机M3的正反转由接触器KM4、KM5掌握。
M1和M3分别用热继电器FR1和FR2作过载爱护，升降电动机M2和冷却泵电动机M4均为短时工作，未设过载爱护。
二、掌握电路掌握电路扼电源由掌握变压器TC二次侧输出110V供电，中间抽头603对地为信号灯电源6.3V，241号线对地为照明变压器TD二次侧输出36V。
1、主电动机的旋转掌握在主电动机启动前，首先将自动开关Q2、Q3、Q4扳到接通状态，同时将配电盘的门关好并锁上。
然后再将自动开关Q1扳到接通位置，电源指示灯亮。
这时按下总启动按钮SB1，中间继电器KA1通电并自锁，为主电动机与其他电动机的启动做好了预备。
当按下主电动机启动按钮SB2时，接触器KM1线圈通电并自锁，使主电动机M1旋转，同时主电动机旋转的指示灯HL4亮。
z3040摇臂钻床电气控制系统设计
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Z3040型摇臂钻床电气控制系统设计Z3040型摇臂钻床电气控制系统设计摘要本课程设计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?1Z3040型摇臂钻床电气控制系统设计目录摘要................................................................................................................. ..........11绪论................................................................................................................. .. (4)1.1Z3040摇臂钻床简介....................................................................................41.2pLc在电气控制系统中的应用......................................................................51.3本论文研究的对象及意义.............................................................................62Z3040摇臂钻床电气控制系统的原理 (8)2.1主电路 (8)2.2控制电路、信号及照明电路 (8)2.2.1主电动机的旋转控制...........................................................................82.2.2摇臂松开--升／降--摇臂夹紧控制......................................................82.2.3立柱和主轴箱的松开及夹紧控制及信号灯. (9)3基于pLc的Z3040摇臂钻床电气控制系统硬件部分的设计 (10)3．1电气元件的选择.........................................................................................103．2pLc型号的选择.. (11)3.2.1根据pLc的物理结构........................................................................123.2.2根据pLc的指令功能........................................................................123.2.3根据pLc的输入输出点数................................................................123.2.4根据pLc的存储容量........................................................................123.2.5根据输入模块的类型.........................................................................123.2.6根据输出模块的类型.........................................................................133.3pLc的I/o端口分配表................................................................................133.3pLc的I/o电气接线图的设计....................................................................154Z3040摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计 (16)4.1pLc梯形图程序的优化设计及程序调试： (16)4.1.1主电动机的起动控制程序.................................................................164.1.2摇臂升降控制程序..............................................................................164.1.3主轴箱放松或夹紧控制程序.............................................................174.1.4摇臂回转控制梯形图程序.. (18)2Z3040型摇臂钻床电气控制系统设计4.1.5冷却泵开关控制梯形图程序..............................................................194.2指令表 (20)5结论................................................................................................................. .. (25)5.1研究成果.......................................................................................................255.2不足之处.......................................................................................................25参考文献................................................................................................................. ....26附录ⅠZ3040摇臂钻床电气控制原理图.................................................................27附录ⅠZ3040摇臂钻床的电器元件明细表.............................................................28附录ⅠI/o电气接线图..............................................................................................29附录Ⅰ程序梯形图 (30)3Z3040型摇臂钻床电气控制系统设计1绪论1.1Z3040摇臂钻床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。
Z3040型摇臂钻床的电气控制
Ｚ３０４０型摇臂钻床的电气控制参考资料：bbb://blog.sinaaaabbb/s/blog_71facf000100wd8z.html钻床是一种加工孔的机床。
它可用于钻孔、扩孔、铰孔、锪孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。
钻床的种类很多，按其用途和结构可分为台式钻床、立式钻床、卧式钻床、摇臂钻床、多轴钻床及其他专用钻床等。
Ｚ３０４０型摇臂钻床具有操作方便、灵活、适用范围广等特点，特别适用于生产中带有多孔的大型零件的孔加工，是钻床中应用最广泛的一种机床。
下面以Ｚ３０４０型摇臂钻床为例进行分析。
一、Ｚ３０４０型摇臂钻床的主要结构及运动形式１．Ｚ３０４０型摇臂钻床的主要结构Ｚ３０４０型摇臂钻床的外形结构如图５－８所示。
它主要由内立柱、外立柱、主轴箱、摇臂、工作台和底座等部分组成。
主轴箱由主传动电动机、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，内立柱固定在底座的一端，外立柱套在它的外面，并可绕内立柱回转３６０°，摇臂的一端为套筒，套装在外立柱上，不能绕外立柱转动，而只能与外立柱一起绕内立柱回转，还可借助丝杠的正、反转沿外立柱作上下垂直移动。
２．摇臂钻床的运动形式钻削加工时，钻头一边进行旋转切削，一边进行纵向进给。
其运动形式如下：（１）主运动摇臂钻床的主运动是指主轴的旋转运动。
（２）进给运动摇臂钻床的进给运动是指主轴的纵向进给运动。
（３）辅助运动摇臂钻床的辅助运动是指：１）摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动；２）摇臂沿外立柱上导轨的上下垂直移动；３）主轴箱沿摇臂长度方向的左右移动。
二、Ｚ３０４０型摇臂钻床的电力拖动特点及控制要求（１）为了简化机械传动装置，摇臂钻床采用直接起动的方式起动四台电动机进行拖动：主轴电动机，带动主轴旋转；摇臂升降电动机，带动摇臂进行升降；液压泵电动机，拖动液压泵供出压力油，使液压系统的夹紧机构实现夹紧与放松；冷却泵电动机，驱动冷却泵供给机床冷却液。
Z3040型摇臂钻床电气控制控制系统设计
Z3040型摇臂钻床电气控制控制系统设计摇臂钻床是一种常见的金属加工设备，其电气控制控制系统设计的目标是实现钻床的自动化操作，提高生产效率和加工精度。
本文将从控制系统的硬件设计和软件设计两个方面进行详细介绍。
首先是硬件设计部分，摇臂钻床电气控制控制系统的核心是PLC（可编程逻辑控制器）。
PLC具有可编程、易于维护、可靠性高等特点，适用于工业控制领域。
在摇臂钻床控制系统中，PLC负责接收各种传感器信号，控制执行机构，实现钻孔深度、转速等参数的调节，并与人机界面进行通信。
其次是传感器部分。
摇臂钻床的常用传感器包括光电开关、压力传感器、位移传感器等。
光电开关可用于检测工件的位置和运动状态，压力传感器可用于检测液压和气压系统的压力情况，位移传感器可用于测量钻孔深度、升降台高度等参数。
再次是执行机构部分。
摇臂钻床的执行机构包括伺服电机、液压驱动装置等。
伺服电机可实现自动控制钻头的位置和运动速度，液压驱动装置可控制液压系统的工作压力和流量。
最后是软件设计部分，摇臂钻床电气控制控制系统的软件设计涉及编程语言和程序逻辑的设计。
一般情况下，使用的编程语言是Ladder Diagram（梯形图）。
根据摇臂钻床的实际需求，编写控制程序，实现各种功能，如自动调节钻孔深度、自动调节钻头转速等。
同时，还需要设计人机界面，用于与操作人员进行交互，实时监视机器的工作状态和参数。
综上所述，摇臂钻床电气控制控制系统的设计涉及硬件设计和软件设计两个方面，需要考虑传感器的选择和布置、执行机构的选型和控制、编程语言的选择和控制程序的编写等。
通过合理的设计，摇臂钻床电气控制系统可以实现自动化操作，提高钻床的生产效率和加工精度。
z3040摇臂钻床电气控制系统课程设计
z3040摇臂钻床电气控制系统课程设计
摇臂钻床电气控制系统课程设计可以涵盖以下内容：
1. 系统结构设计：设计一个能够实现钻孔操作的电气控制系统，包括电气元件布局和连接方式，以及各个电气设备之间的控制关系。
2. 电路设计：根据摇臂钻床的工作原理和要求，设计相应的电路，包括电源电路、控制信号电路、输入输出接口电路等。
3. PLC编程：使用PLC（可编程逻辑控制器）进行程序编写，实现对摇臂钻床的自动化控制。
包括编写常规控制程序、故障诊断程序、安全保护程序等。
4. 人机界面设计：设计一个直观、易于操作的人机界面，用于操作员和设备之间的交互。
可以使用触摸屏、按键等方式，实现对钻孔深度、速度、进给速率等参数的设定和监控。
5. 运行测试：在设计完成后，进行系统的调试和测试。
包括对控制系统的各项功能进行测试，以及对系统的稳定性、可靠性进行评估。
6. 安全性设计：考虑到摇臂钻床操作的安全性，设计合适的安全保护措施，如急停开关、紧急停车按钮等，以确保操作人员和设备的安全。
7. 故障排除与维护：设计相应的故障排除程序和维护计划，以
便在系统出现故障时能够快速恢复正常运行。
通过以上步骤的设计，可以有效实现对摇臂钻床的电气控制，提高其自动化水平和工作效率，提升生产过程中的稳定性和安全性。
z3040型摇臂钻床的plc控制系统设计
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。
2 Z3040型摇臂钻床电气控制电路分析2.1 摇臂钻床的主要结构图2-1摇臂钻床结构及运动情况示意图1-底座 2-工作台 3-主轴纵向进给 4-主轴旋转主运动 5-主轴 6-摇臂7-主轴箱沿摇臂径向运动 8-主轴箱 9-内外立轴 10-摇臂回转运动11-摇臂上下垂直运动2.2 摇臂钻床的运动形式及特点（1）机床的运动形式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，如图所示。
Z3040型摇臂钻床电气控制控制系统设计
湖南工业大学课程设计资料袋机械工程学院（系、部）2014 ~ 2015 学年第二学期课程名称机电控制技术指导教师吴吉平职称教授学生姓名高东专业班级机设1204 学号1212110110题目钻床的电气控制系统设计成绩起止日期2015 年5 月28 日～2015 年6 月 3 日目录清单湖南工业大学课程设计任务书2010—2011学年第一学期机械工程学院（系、部）机械设计制造及其自动化专业机设07 班级课程名称：机电控制技术设计题目：摇臂钻床的电气控制系统设计完成期限：自2015 年5 月28日至2015 年6 月 3 日共1 周指导教师（签字）：2015年6月3 日系（教研室）主任（签字）：2015年6月 3 日（课程设计名称）设计说明书（题目）摇臂钻床的电气控制系统设计起止日期：2015 年5月28日至2015 年6月3 日学生姓名高东班级机设1204学号1212110110成绩指导教师(签字)机械工程学院（部）2015年6月3日目录第1章《机电控制技术》课程任务书 (1)1.1设计目的 (1)1.2课程设计的基本要求 (1)1.3设计运用的基本理论 (2)1.4 课程设计任务 (3)第2章摇臂钻床简介及运动分析………………………………………2.1摇臂钻床的作用 (4)2.2摇臂钻床结构分析 (4)2.3摇臂钻床运动分析 (5)2.4摇臂钻床对控制的要求 (5)第3章控制方案设计 (6)3.1课程设计任务要求 (6)3.2设备电气控制要求3.3电动机的选择 (7)第4章电气控制线路要求 (8)4.1主电路设计 (8)4.2控制电路设计 (9)4.3 PLC编程 (10)第5章电气元件的选择 (12)5.1熔断器的选用 (13)5.2 接触器的选用 (13)5.3 热继电器的选用 (14)5.4 电气元件细表 (15)课程小结 (15)参考文献 (16)第一章、《机电控制技术》课程设计任务书：1.设计目的学习普通机床的电气控制原理图及PLC 编程在机床电气中的应用2.课程设计的基本要求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1KM 实现起动和停止控制。
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01摘要本课程设计是机械加工中常用的Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的设计,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。
此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，叙述了采用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;电气控制系统〭目录摘要 (1)1 绪论 (4)1.1 Z3040摇臂钻床简介 (4)1.2设计目的 (4)2 Z3040摇臂钻床电气控制系统的原理 (5)2.1主电路 (5)2.2 控制电路、信号及照明电路 (5)2.2.1 主电动机的旋转控制 (5)2.2.2 摇臂松开--升／降--摇臂夹紧控制 (5)2.2.3立柱和主轴箱的松开及夹紧控制及信号灯 (6)3 基于PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统硬件部分的设计 (7)3．1电气元件的选择 (7)3．2 PLC型号的选择 (8)3.2.1 根据PLC的物理结构 (8)3.2.2 根据PLC的指令功能 (9)3.2.3 根据PLC的输入输出点数 (9)3.2.4 根据PLC的存储容量 (9)3.2.5 根据输入模块的类型 (9)3.2.6 根据输出模块的类型 (9)3.3 PLC的I/O电气接线图的设计 (10)4 Z3040摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计 (11)4.1 PLC梯形图程序的优化设计及程序调试： (11)4.1.1 主电动机的起动控制程序 (11)4.1.2摇臂升降控制程序 (11)4.1.3 主轴箱放松或夹紧控制程序 (12)4.1.4 摇臂回转控制梯形图程序 (13)4.1.5冷却泵开关控制梯形图程序 (13)参考文献 (26)附录Ⅰ Z3040摇臂钻床电气控制原理图 (27)附录Ⅱ Z3040摇臂钻床的电器元件明细表 (28)附录Ⅲ I/O电气接线图 (29)附录Ⅳ程序梯形图 (30)1 绪 论1.1 Z3040摇臂钻床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。
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。
摇臂回转和主轴箱的左右移动采用手动.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。
1.2 设计目的（1）了解Z3040摇臂钻床的操作顺序，并作出功能图。
(2)、熟悉并会接较复杂的PLC 控制系统电路。
(3)、领悟电气控制电路PLC 改造的要领。
Z3040摇臂钻床结构示意图 1底座 2内立柱 3、4外立柱 5摇臂 6主轴箱 7主轴 8工作台2 Z3040摇臂钻床电气控制系统的原理2.1主电路我国原来生产的Z3040摇臂钻床的主轴旋转运动和摇臂升降运动的操作是通过不能复位的十字开关来操作的,它本身不具有欠压和失压保护。
因此在主回路中要用一个接触器将三相电源引入。
现在的Z3040摇臂钻床取消了十字开关，它的电气原理图见附录Ⅰ。
它的主电路、控制电路、信号电路的电源均采用自动开关引入，自动开关的电磁脱扣作为短路保护取代了熔断器。
交流接触器KM1只主电动机M1接通或断开的接触器，KR1为主电动机过载保护用热继电器。
摇臂的升降，立柱的夹紧放松都要求拖动的电动机正反转，所以M2和M3电动机分别有两个接触器，它们为KM2、KM3和KM4、KM5。
摇臂升降电动机M2、冷却泵电动机M4均为短时工作，不设过载保护。
采用4台电机拖动，主轴电动机Ml、摇臂升降电动机M2、液压泵电动机M3及冷却泵电动机M4，4台电动机均采用直接起动控制。
M2为短时工作制. 主轴电动机Ml和液压泵电动机M3分别设有热继电器FRl、FR2作长期过载保护。
2.2 控制电路、信号及照明电路2.2.1 主电动机的旋转控制在主电动机启动前，首先将自动开关Q2、Q3、Q4扳到接通状态，同时将配电盘的门关好并锁上。
然后再将自动开关Q1扳到接通位置，电源指示灯亮。
这时按下SB1，中间继电器K1通电并自锁,为主轴电动机与其他电动机的启动做好了准备。
当按下按钮SB2时，交流接触器KM1线圈通电并自锁使主电动机旋转，同时主电动机旋转的指示灯HL4亮。
主轴的正转与反转用手柄通过机械变换的方法来实现。
2.2.2 摇臂松开--升／降--摇臂夹紧控制控制电路设有主轴启动按钮SB2和主轴停止按钮SB1。
摇臂钻床的工作过程是由电气、机械、液压系统紧密结合实现的。
摇臂升／降动作按照“摇臂松开→升降→摇臂夹紧”顺序进行。
由摇臂松开行程开关SQ2与夹紧行程开关SQ3来控制。
在摇臂夹紧前，由时问继电器KT延时l～3s后再夹紧。
主轴电机由按钮SB1、SB2和接触器KM1构成单向起动停止控制电路。
摇臂升降由M2作动力，SB3和SB4分别为摇臂上升和下降的点动按钮。
因为摇臂平时是夹紧在外立柱上，所以在摇臂升降之前，先要把摇臂松开，再由M2驱动升降：摇臂升降到位后，再重新将它夹紧。
摇臂升降动作按照“摇臂松开--升／降--摇臂夹紧”顺序进行，由摇臂松开行程开关SQ2与夹紧行程开头SQ3来控制。
而摇臂的松、紧是由液压系统完成的。
当按下上升按钮SB3时，电磁阀YV线圈通电吸合，正向供出压力油进入摇臂的松开油腔，推动松开机构使摇臂松开，摇臂松开后，行程开头SQ2动作，SQ2触点闭合、SQ3复位SQ3摇臂上升，若M3反转，则反向供出压力油进入摇臂的夹紧油腔、推动夹紧构使摇臂夹紧，摇臂夹紧后，行程开头SQ3动作，SQ2复位摇臂停止在所需位置上。
摇臂升降的极限保护由组合开头SQ1实现，SQ1有两对常闭触点，当摇臂上升或下降到极限位置时，相应触头动作，切断对应上升或下降接触器KM2与KM3线圈回路，使摇臂升降电机M2停转，摇臂停止移动。
QS电源开关，主电机M1由KM1控制，摇臂升降电机M2由KM2、KM3控制正反转，液压泵电机M3由KM4、KM5控制正反转，冷却泵电机M4由SA1控制，电路有短路保护、过载保护等。
执行元件：主电机M1、摇臂升降电机M2、冷却泵电机M4、液压泵电机M3、电磁换向阀YV（2位6通）。
2.2.3立柱和主轴箱的松开及夹紧控制及信号灯主轴箱和立柱的松、紧是同时进行的，SB5和SB6分别为松开和夹紧点动按钮，当按下松开按钮SB5，KM4线圈得电，液压泵电机M3正转，拖动液压泵送出压力油，这时电磁阀YV线圈处于断电状态，液压油进入主轴箱与立柱的松开油腔，使主轴箱与立柱松开或夹紧。
由于YV线圈断电，液压油不会进入摇臂的松开油腔，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，触头SQ4闭合，指示灯HL1亮，表示主轴箱与立柱确已松开。
可以手动操作主轴箱在摇臂的水平导轨上移动，也可推动摇臂使绕内立柱旋转移动，当移动到位后，再按下夹紧按钮SB6，接触器KM5线圈得电，液压泵电机M3反转，液压油进入夹紧油腔，使主轴箱与立柱夹紧。
当确已夹紧、压下SQ4，HL2灯亮，HL1灭，指示主轴箱与立柱已夹紧，可以进行钻削加工。
机床设有4个信号灯：电源指示灯HL、立柱和主轴箱松开指示灯HL1、立柱和主轴箱夹紧指示灯HL2、主轴电动机旋转指示灯HL3。
照明灯EL用SA2直接控制。
信号（检测）元件：SQ1-摇臂上限位开关、SQ6-摇臂下限位开关；SQ2-摇臂松开检测、SQ3-摇臂夹紧检测；SQ4主轴箱立柱夹紧/松开检测；SQ5按下整个电路断。
3 基于PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统硬件部分的设计Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计方案由两部分组成，一部分为电气控制系统的硬件设计，也就是PLC的机型的确定；另一部分是电气控制系统的软件设计，就是PLC控制程序的编写。
为了使改造后的摇臂钻床仍能够保持原有功能不变，此次改造的一个重要原则之一就是，不对原有机床的控制结构做过大的调整，只是将原继电器控制中的硬件接线改为用软件编程来替代。
3．1电气元件的选择在电气原理图设计完毕之后就可以根据电气原理图进行电气元件的选择工作，本设计中需选择的电气元件主要有：1.电源开关QS的选择QS的作用主要是用于电源的引入及控制M1～M4起、停和正反转等。
因此QS 的选择主要考虑电动机M1～M4额定电流和启动电流，由前面已知M1～M4的额定电流数值，通过计算可得额定电流之和为10.68A，同时考虑到，M2、M3、M4量为满载启动，在功率较小，M1虽功率较大，但为轻载启动。
所以，QS最终选择组合开关HZ5-20型，额定电流为20A。
2.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。