1、1 目 錄引言 1一、 設計目的3二、 鉆床傳動特點與控制要求3三、 機床控制線路的控制4四、 搖臂鉆床電氣控制原理圖9五、 選擇電氣元件1、 電動機的選擇 112、 低壓電器的選擇 113、 熱繼電器 134、 熔斷器 135、 其他電器元件 15六、 主要硬件接線圖PLC IO電氣接線圖 17七、 控制系統設計 1、控制程序流程圖設計 28 2、搖臂鉆床PLC程序設計 19八、 系統調試及結果分析 1、調試前安全檢查 22 2、調試 23 五、總結 六、參考文獻0251 引言鉆床為孔加工機床，按其結構形式不同，有立式鉆床、臥式鉆床、深孔鉆床、多軸鉆床及搖臂鉆床。在各類鉆床中，搖臂鉆床操作方

2、便、靈活，適用范圍廣，具有典型性，特別適用于單件或批量生產帶有多孔大型零件的孔加工，是一般機械加工車間常見的機床。搖臂鉆床主要由底座、內立柱、外立柱、搖臂、主軸箱及工作臺等部分組成。搖臂鉆床廣泛應用于單件和中小批生產中，加工體積和重量較大的工件的孔。搖臂鉆床加工范圍廣，搖臂鉆床的主要變型有滑座式和萬向式兩種。滑座式搖臂鉆床是將基型搖臂鉆床的底座改成滑座而成，滑座可沿床身導軌移動，以擴大加工范圍，適用于鍋爐、橋梁、機車車輛和造船等行業。此次任務就是Z3040搖臂鉆床的控制系統的設計。 Z3040型搖臂鉆床結構示意圖如下圖所示： 圖一1、 設計目的：課程設計是機電控制技術課程的重要組成部分是考察學

3、生動手能力的主要途徑，能幫助學生提高解決實際問題的能力，做到學以致用。通過電氣控制系統的設計實踐，使學生掌握電氣控制的設計方法、安裝過程、資料整理和電氣繪圖軟件的使用方法。在此過程中培養從事設計工作的整體觀念，通過較為完整的工程實踐基本訓練，為全面提高學生的綜合素質及增強工作適應能力打下一定的基礎。2、 鉆床傳動特點與控制要求1.傳動特點搖臂鉆床加工時，主軸箱緊固在搖臂導軌上，而外立柱緊固在內立柱上，搖臂緊固在外立柱上，然后進行鉆削加工。鉆削加工時，鉆頭一邊進行旋轉切削一邊進行縱向進給，其運動形式為：（1）主運動：主軸的旋轉運動；（2）進給運動：主軸的縱向進給；（3）輔助運動：搖臂沿外立柱上下

4、運動，主軸箱沿搖臂水平導軌做長度方向移動，搖臂與外立柱一起繞內立柱的回轉運動。2. 控制要求(1)主軸的控制 主軸由機械摩擦片式離合器實現正轉、反轉及調速的控制 。(2)搖臂升降過程： 放松升/降夾緊 a . 搖臂在完全放松狀態下壓下放松位置開關SQ2； b. 做升/降運動； c.升降完畢與夾緊之間加入13S的時間延時，以克服慣性； d.升降完畢后，做夾緊運動，完全夾緊，壓下夾緊位置開關SQ3，搖臂升降過程結束。位置開關SQ1 用于升降限位保護。(3)冷卻控制： 冷卻泵電動機M4提供冷卻液。(4)工作狀態指示 HL1、HL2用于主軸箱和立柱的夾緊、放松工作狀態指示HL3用于主軸電動機運轉工作狀

5、態指示。3、 機床控制線路的控制1主軸電動機控制 主軸電動機M1為單向旋轉，由按鈕SBl、SB2和接觸器KMl實現起動和停止控制。主軸的正、反轉則由M1電動機拖動齒輪泵送出壓力油，通過液壓系統操縱機構，配合正、反轉摩擦離合器驅動主軸正轉或反轉。 2搖臂升降控制 搖臂鉆床在加工時，要求搖臂應處于夾緊狀態，才能保證加工精度。但在搖臂需要升降時，又要求搖臂處于松開狀態，否則電動機負載大，機械磨損嚴重，無法升降工作。搖臂上升或下降時，其動作過程是，隨著升降指令發出，先使搖臂與外立柱處于松開狀態，而后上升或下降，待升降到位時，要自行重新夾緊。由于松開與夾緊工作是由液壓系統實現，因此，升降控制必須與松緊機

6、構液壓系統緊密配合。 M2為升降電動機，由按鈕SB3、SB4點動控制接觸器KM2、KM3接通或斷開，使M2電動機正、反向旋轉，拖動搖臂上升或下降移動。 M3為液壓泵電動機，通過接觸器KM4，KM5接通或斷開，使M3電動機正向帶動雙向液壓泵送出壓力油，經二位六通閥至搖臂夾緊機構實現夾緊與松開。 下面以搖臂上升為例簡述動作過程：按下SB3按鈕，時間繼電器KT線圈通電，瞬時常開觸點(13-14)閉合，接觸器KM4線圈得電，液壓泵電動機M3起動旋轉帶動液壓泵送出壓力油，同時斷電延時斷開的KT常開觸點(1-17)閉合，使電磁閥YV線圈得電，液壓泵輸出的壓力油經二位六通閥進入搖臂夾緊機構的松開油腔，推動活

7、塞和菱形塊，將搖臂松開。同時，活塞桿通過彈簧片壓上行程開關SQ2發出搖臂已松開信號。此時，SQ2觸點(6-13)斷開，使接觸器KM4線圈斷電，液壓泵電動機M3停轉，油路單向閥保壓，搖臂處于松開狀態。與此同時，SQ2觸點(6-7)閉合，接觸器KM2線圈得電，升降電動機M2得電起動旋轉，帶動搖臂上升，待搖臂上升至所需位置時，松開按鈕SB2，KM2線圈斷電，M2電動機停轉，搖臂停止上升。同時KT線圈也斷電，KT常閉觸點(17-18)瞬時閉合，而其延時斷開的常開觸點(1-17)仍未打開，使電磁閥YV繼續得電，同時接觸器KM5線圈得電，液壓泵電動機M3反轉，反向送出壓力油，經二位六通閥反方向推動活塞和菱

8、形塊，將搖臂夾緊。KT延時打開觸點，經過13s延時后斷開，同時活塞桿通過彈簧壓下行程開關SQ3，使觸點SQ3(1-17)也斷開，電磁閥YV、KM5線圈斷電。液壓泵電動機M3停轉，搖臂上升后重新夾緊過程結束。行程開關SQ2為搖臂放松信號開關。行程開關SQ3為搖臂夾緊信號開關。時間繼電器KT延時斷開常開觸點是為保證當瞬間操作SB3或SB4，使KM 4得電搖臂開始松開后放開SB3或SB4時，若KM4過早斷電，可能造成搖臂處于半松開狀態。有了KT延時斷開觸電(1-17)后，則能在KT線圈斷電13s內處于閉合狀態，使KM5線圈得電，液壓泵電動機M3反向旋轉，使搖臂重新夾緊，直到延時時間到，KT觸點斷開，

9、SQ3動作，KM5斷電為止，這樣就保證了搖臂在加工工件前總是處于夾緊狀態。 3夾緊、松開控制 Z3040型搖臂鉆床除了上述搖臂上升下降過程需要夾緊、松開控制外，還有主軸箱和立柱的松開、夾緊控制。主軸箱和主柱的松開、夾緊從液壓系統中看出二者是同時進行的。 當按下松開按鈕SB5，接觸器KM4線圈得電，液壓泵電動機M3正轉，拖動液壓泵輸送出壓力油，經二位六通閥，進入主軸箱與立柱的松開油缸推動活塞和菱形塊，使主軸箱與立柱實現松開，此時由于YV不得電，壓力油不會進入搖臂松開活塞，搖臂仍處于夾緊狀態。當主軸箱與立柱松開時，行程開關SQ4不受壓，觸點(10l-102)閉合，指示燈HLl亮，表示主軸箱與立柱處

10、于松開狀態，可以手動操作主軸箱在搖臂的水平導軌上移動至適當位置。同時推動搖臂(套在內立柱上)使外立柱繞內立柱旋轉至適當的位置，按下夾緊按鈕SB6，接觸KM5線圈得電，M3電動機反轉，拖動液壓泵輸送出反向壓力油至夾緊油缸，使主軸箱和立柱夾緊。同時行程開關SQ4壓下，觸點(101-102)斷開，HLl燈暗，而(101-103)閉合，HL2燈亮，指示主軸箱與立柱處于夾緊狀態，可以進行鉆削加工。 4冷卻泵電動機控制 冷卻泵電動機容量小(0.125kW)，由SA1開關控制單向旋轉。 5聯鎖、保護環節 電路中利用SQ2實現搖臂松開到位，開始升降的聯鎖控制，利用SQ3，實現搖臂完全夾緊的聯鎖控制。通過KT延

11、時斷開的常開觸點實現搖臂松開后自動夾緊的聯鎖控制。搖臂升降除了按鈕SB4、SB3機械互鎖外，還采用KM 2、KM3電氣的雙重互鎖控制。主軸箱與立柱進行松開、夾緊工作時，為保證壓力油不供給搖臂夾緊油路，通過SB5、SB6常閉觸點切斷YV線圈電路，達到聯鎖目的。 電路利用熔斷器FUl作為總電路和電動機M1、M4的短路保護。利用熔斷器FU2作為電動機M2、M3及控制變壓器T一次側的短路保護，利用熱繼電器KRl為M1電動機的過載保護，KR2為M3電動機的過載保護。組合行程開關SQl作為搖臂上升、下降的極限位置保護，SQl有兩對常閉觸點，當搖臂上升下降至極限位置時，相應觸點動作切斷與其對應的上升下降接觸

12、器KM2、KM3，使M2電動機停止轉動，搖臂停止升降，實現升降極限位置保護，電路中失壓或欠壓保護由各接觸器實現。 6照明與信號指示電路 通過控制變壓器T降壓提供照明燈EL安全電壓，由SA2開關操作。熔斷器FU3作為短路保護。 當主軸電動機工作時，KMl觸點(101-104)接通，指示燈HL3亮，表示主軸工作； 當主軸箱、立柱處于夾緊狀態時，SQ4觸點(101-l03)接通，HL2燈亮。主軸箱、立柱處于松開狀態，SQ4觸點(101102)接通，HLl燈亮。四、搖臂鉆床電氣控制原理圖 Z3040型搖臂鉆床采用4臺電動機拖動，他們分別是主軸電動機，搖臂升降電動機，液壓泵電動機和冷卻泵電動機 。主軸電

13、動機控制鉆床的進給運動；搖臂升降電動機要求能正反向旋轉，可用手動操作；搖臂和主軸之間的夾緊、發松可用電氣、液壓、機械來實現，液壓電動機需可正反轉，搖臂的移動嚴格按照搖臂松開移動搖臂夾緊的程序進行。因此搖臂的夾緊與搖臂升降按自動控制進行。冷卻泵電動機帶動冷卻泵提供冷卻液，只要求單向旋轉。系統具有連鎖與保護環節以及安全照明、信號指示電路。五.選擇電器元件1.電動機的選擇 主電動機容量的統計分析公式如下搖臂鉆床：P = 0.0646 D1.10 單位為 kW。D 最大鉆孔直徑 單位為 mm 。P=0.0646×4201.10 =49.64kw根據控制要求：M1電動機型號： Y100L2-4

14、 M2電動機型號： Y90S-4 M3電動機型號： JO31-2 M4電動機型號： JCB-222.低壓電器的選擇：(1)接觸器的選用：接觸器用途廣泛, 其額定工作電流或額定控制功率是隨使用條件不同而變化的, 只有根據不同使用條件正確選用, 才能保證接觸器在控制系統中長期可靠運行，充分發揮其技術經濟效果。a. 根據不同使用類別選用產品系列交流接觸器共有五種使用類別, 不同的使用類別，接觸器的工作條件差異很大。JK0 類用于無感或微感負載, 電阻爐負載。接通和分斷額定電壓下的額定電流。JK1 類用于起動和運轉中斷開繞線型電動機。在額定電壓下, 接通和分斷4倍額定電流。JK2 類用于起動、反接制動

15、、反向與密接通斷繞線型電動機。在額定電壓下，接通和分斷4倍額定電流。JK3 類用于起動和運轉中斷開籠型感應電動機。在額定電壓下接通8倍額定電流, 在額定電壓下分斷6倍額定電流。JK4類用于起動、反接制動、反向與密接通斷籠型感應電動機。在額定電壓下接通和分斷6倍額定電流。 b.根據電動機(或其他負載)的功率和操作情況確定接觸器的容量等級接觸器的容量一般是按產品使用說明書提供的數據來選擇。但當選用按JK3設計的接觸器來控制與JK4混合類負載時往往降級使用。表 5一2 列出了CJ10-10 型交流接觸器降級使用情況, 由表可知，當用 CJ10-10 型交流接觸器控制 JK3 類負載的380V、4KW

16、籠型感應電動機時 , 其電壽命可達六十萬次。如果用它來控制混合類負載, 由于電壽命降低, 只能降級使用。所以, 是否降級使用, 取決于對電壽命的要求, 而電壽命又決定于生產機械的工藝要求, 也就是操作頻率的要求, 若操作頻率很低時, 也可不降級使用。反過來說, 降級使用后, 其操作頻率也不是可以任意提高的, 因為一方面滅弧有困難, 再則電磁線圈也會因過熱而損壞。倘若接觸器控制的不是電動機, 而是電容器或白熾燈時, 則應以“接通”方面來考慮,(3) 熱繼電器的選用熱繼電器選擇是否得當, 往往是決定它能否可靠地對電動機進行過載保護的關鍵因素。應按電動機的工作環境要求、起動情況、負載性質等方面來考慮

17、。a. 原則上按被保護電動機的額定電流選取熱繼電器。根據電動機實際負載選取熱繼電器器的整定值為電動機額定電流的 0.95 1.05 倍。但對于過載能力較差的電動機, 它所配用的熱繼電器的額定電流就應適當小些, 一般來說, 這時選取熱繼電器的額定電流為電動機額定電流的 60 80 %。b.在非頻繁起動的場合, 必須保證熱繼電器在電動機的起動過程中不致誤動作。通常,在電動機起動電流為其額定電流6倍, 以及起動時間不超過 6s 的情況下, 只要是很少連續起動，就可按電動機的額定電流來選擇熱繼電器。c.斷相保護用熱繼電器的選用, 對星形接法的電動機, 一般采用兩相結構的熱繼電器。對于三角形接法的電動機

18、, 若熱繼電器發熱元件接于電動機每相繞組中, 則選擇三相結構的熱繼電器, 若發熱元件接于三角形接線電動機的電源進線中, 則選擇帶斷相保護裝置的三相結構熱繼電器。d.對比較重要的、容量較大的電動機, 可考慮選用半導體溫度繼電器進行護。 (4)熔斷器: 熔斷器的選擇主要是熔斷器類型的選擇和熔體額定電流的確定。a.熔斷器類型的選擇 根據負載的保護特性和短路電流的大小來選擇熔斷器的類型。例如, 電動機過載保護用的熔斷器采用具有鋅質熔體和鉛錫合金熔體的熔斷器。對于車間配電網路的保護熔斷器, 如果短路電流較大 , 就要選用分斷能力大的熔斷器 , 有時甚至還需要選用有限流作用的熔斷器，如 RT0 系列熔斷器

19、。在經常要發生故障的地方, 應考慮選用“可拆式”熔斷器, 如RC1A 、RL1、RM7、RM10 等系列產品。b. 熔體額定電流的確定在選擇和計算熔體電流時, 應區別兩種負載情況：一種是有沖擊電流的負載如電動機；另一種是負載電流比較平穩的情況，如一般照明電路。用熔斷器保護電動機時, 要達到過載保護的目的, 其熔體的額定電流盡可能接近電動機的額定電流, 但又為保證電動機能正常起動, 熔斷器在通過起動電流時不應當動作。綜合上 要求, 通常對籠型感應電動機取熔體的額定電流為IeR = (l.52.5)IeD （1-1）式中 IeD 電動機的額定電流, 單位為 A 。在輕載起動或起動時間較短的情況下,

20、 上式中的系數取1.5； 而在較重負載下起動或起動次數較多和起動時間較長的情況下, 系數取為 2.5。如果數臺電動機共用一個總的熔斷器來保護, 則熔體的額定電流為IeR=(1.52.5)IeDmax+Id （1-2）式中 IeDmax 容量最大的一臺電動機的額定電流, 單位為A。 Id 其余各臺電動機額定電流之和, 假如其中還有照明電路, 則將該電路的額定電流也計入Id 內, 單位為A。在負載電流比較平穩的場合, 基本上可按額定負載電流來確定熔體的額定電流。c. 熔管額定電流的確定在熔體的額定電流已經確定以后, 還要確定熔管的額定電流。通常, 熔管的額定電流應大于（至少等于 ） 熔體的額定電流

21、。型 號熔斷器額定電流（A）熔體額定電流（A）RL1-15RL1-60RL1-100RL1-20015601002002，4，5，6，10，1520，25，30，35，40，50，6060，80，100100，125，150，200表1-4 RL1系列熔斷器的技術參數(5) 其它控制電器的選擇a.刀開關b.按鈕c.位置開關選擇見下表電器元件表符號名稱型號規格數量M1三相異步電動機Y100L2-43.0KW,380V,6.82A,1430r/min1M2搖臂升降電動機Y90S-41.1KW,2.01A,1390r/min1M3液壓泵電動機JO31-20.6KW,1.42A,2880r/min1M

22、4冷卻泵電動機JCB-220.125KW,0.43A,2790r/min1QS組合開關HZ5-20三極，500V,20A1KM1交流接觸器CJ-1010A,線圈電壓127V1KM2,KM3KM4,KM5交流接觸器CJ10-55A,線圈電壓127V5KT時間繼電器JSSIAC127V,DC24V1FR1熱繼電器JR16-20/3熱元件額定電流11A,整定電流6.82A1FR2熱繼電器JR16-20/3熱元件額定電流2.4A,整定電流2.01A1FU1熔斷器RL1-60500V,熔體20A1FU2熔斷器RL1-15500V,熔體10A1FU3熔斷器RL1-16500V,熔體2A1TC控制變壓器BK

23、-100100VA,380V/127,36,6.3V1SB1,SB4控制按鈕LA-185A,紅色2SB2,SB5控制按鈕LA-185A,綠色2SB3,SB6控制按鈕LA-185A,黑色2HL1,HL2,HL3指示燈ZSD-06.3V,綠色1紅色1黃色13EL,SA1,SA2照明燈，控制開關JC236V,40W3六、繪制硬件接線圖七、控制系統設計1、系統流程圖2、搖臂鉆床PLC程序設計 利用順控指令，根據機床的運行原理，把機床分成五個字程序1) 主電動機的起動控制程序2) 搖臂升降控制程序3) 主軸箱放松或夾緊控制程序4) 搖臂回轉控制梯形圖程序5) 冷卻泵開關控制梯形圖程序 程序如下1）主電動

24、機的起動控制程序X4為主電動機起動輸入繼電器，接通X4，此時輸出繼電器Y1接通并自鎖，從而使電機起動。圖4.1 主電動機的起動梯形圖程序2）搖臂升降控制程序當X5接通時，同時Y4得電，使得液壓泵電動機起動，搖臂放松，當搖臂徹底放松后，X30的常開觸點閉合，常閉觸點斷開，Y4斷電，Y2得電，搖臂開始上升，當上升到極限位置時，X10的常閉觸點斷開，Y2失電。搖臂完成松開，然后上升的過程。如果想要完成搖臂下降的過程，需接通X6，在搖臂放松后，使Y4得電，使搖臂下降，當下降到極限位置時，X10的常閉觸點斷開，Y3失電。搖臂完成松開，然后下降的過程。圖4.2 搖臂升降梯形圖程序3）主軸箱放松或夾緊控制程

25、序 當X012接通后，使Y4得電，主軸箱左移，當X015接通時，Y2得電，主軸箱松開到位。加緊過程與其相似。圖4.3 主軸箱放松或夾緊梯形圖程序4） 搖臂回轉控制梯形圖程序 當X033接通后，使Y4得電，同時Y14得電，搖臂開始回轉，當X020接通后，搖臂開始逆回轉，當X022接通后，使Y7得電，電機反轉，搖臂開始加緊。 圖4.4搖臂回轉控制梯形圖程序5）冷卻泵開關控制梯形圖程序 當X024接通后，使Y015得電，冷卻泵開始工作，當X025接通后，冷卻泵停止工作。圖4.5冷卻泵開關控制梯形圖程序八、系統調試及結果分析： 1、測試前安全檢查：（1）、檢測電路時，確定三相電源只接進去一端，防止二相進入單相電源供電的電路否則直接燒毀PLC或開關電源。 (2)、檢查開關連接是否正常，是否連錯或少。 (3)、確定熔斷器應與電源相線L端相連；確定電路沒有短路。(4)、經老師同意后，才能通電測試，并按實驗步驟操作。2、開始測試：等待通電HL1亮按SB3KM1吸合，HL2亮（主軸轉動）按