组合钻床电气控制系统的改造设计Word文件下载.docx

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随着规模化生产经营理念的不断深入,组合机床在机械制造业中的地位日益突出。

DU型组合机床是针对某些特定工件、按特定工序进行批量加工的专用设备。

传统DU组合机床的电气控制线路采用继电接触控制系统，存在接线复杂，故障率较高，可靠性较差等缺点。

随着机械加工精度和效率要求的日益提高，PLC正迅速地应用于机械加工设备的控制系统中[1-3]。

PLC可靠性高、抗干扰能力强、系统组合灵活方便、编程语言简单易懂、对产品工艺适应性强。

应用PLC对其进行技术改造，可以把机械加工设备的功能、效率提高到一个新的水平，提高产品的加工质量、生产效率，降低设备故障率，其经济效率显著。

随着可编程序控制器（PLC）的广泛应用和机床电控技术的不断发展,利用PLC可以方便地完成组合机床电气控制系统的改造。

2系统工艺简介

DU型组合机床由液压动力头和液压回转工作台组成。

其立式动力头共有四个工位，分别为钻孔、扩孔、铰孔和装卸工件用,如图1所示。

二工位（扩孔）

图

四工件（装卸）

图1加工工位布置图

一工位

（钻孔）

本机床的自动工作循环为：

回转台抬起回转台回转回转台反靠回转台夹紧动力头快进动力头工进延时停留

动头快退。

3DU型组合机床的电气控制系统

DU型组合机床单机控制线路图如附图1所示。

3.1主回路

DU型组合机床的主电路共有三台电动机，M1为主电动机；

M2为液压泵电动机；

M3为冷却泵电动机。

其控制线路如图2所示。

图2主电路控制线路

由主电路的控制线路可以看出，它是一种多台电动机同时起动的控制线路。

M1与M2是由接触器KM1和KM2控制的。

由按钮SB2及SB1控制起、停。

开关SA3和SA4可用于单独起动主电动机M1和液压泵电动机M2。

当旋钮开关S在“2”位置时，冷却泵电动机M3由继电器K2控制起停，K2继电器是控制动力头工进用的继电器，它意味着当动力头工进时，冷却泵才接通；

S在“1”位置时，冷却泵还可由按钮SB3进行起动。

本机床除接触器KM1、KM2和KM3为交流电器外，其它均为直流电器，由整流电源u整流后得到24V电压供电。

我们知道采用低压直流电器工作平稳安全、便于操作。

电源接通后，指示灯HL就接通，直到液压泵电动机M2起动后，由于接触器KM2通电动作，指示灯才熄灭。

3.2回转工作台液压系统

液压回转工作台靠控制液压系统的油路来实现工作台转位动作。

其转位动作为：

自锁销脱开及回转台抬起－回转台回转及缓冲－回转台反靠－回转台夹紧。

其控制线路图如图4所示。

图4回转工作台回转控制线路图

回转工作台的转位动作是自动进行的，下面具体分析它的控制工作原理。

（1）自锁销脱开及回转台抬起动力头在原位时（限位开关ST1被压动），按回转按钮SB４，电磁铁YA5通电。

将电磁阀YV1的阀杆推向右端，将液压泵的压力油送到夹紧液压缸1G，使其活塞上移抬起回转台。

同时经阀YV1的压力油也送到自锁液压缸2G，活塞下移使自锁销脱开。

（2）回转台回转及缓冲回转台抬起后，压动开关ST5（ST5—ST9）的工作位置如图3所示），其动合触点闭合使YA7通电，电磁阀YV3的阀杆被推向右端，压力油送到回转液压缸3G的左腔，而右腔排出的油经阀YV2和ＹV3流回油箱。

因此活塞右移，经活塞中部的齿条带动齿轮，使回转台回转。

当转到接近定位点时，转台定位块1将滑块2压下，从而压动了ST6，使液压缸3G的回油只能经节流阀L流回油箱。

所以回转台变为低速回转。

（3）回转台反靠回转台的继续回转，使定位块1离开滑块2，因此限位开关ST6恢复原位，其动断触点恢复闭合，使K5得电动作。

K5动断触点打开使YA7断电；

同时由K5动合触点使YA8通电，YA8通电使YV8的阀杆左移。

压力油经YV2和节流阀L送至回转液压缸3G的右腔，使回转台低速（因YA9已通电）反靠。

这时定位块的右端面将通过滑块靠紧在挡铁的左端面上，达到准确定位。

（4）回转台夹紧反向靠紧后，通过杠杆作用，压动限位开关ST7，使K6通电动作。

其动合触点闭合，其结果使YA6通电，使YV1阀杆向左移，使之夹紧液压缸1G将回转台向下压紧在底座上。

同时锁紧液压缸2G因已接至回油路，所以自锁销4被弹簧顶起，使定位块1锁紧。

当转台夹紧后，夹紧力达到一定数值，夹紧液压缸的进油压力使压力继电器KP动作，其动合触点使继电器K7通电动作。

K7动断触点使YA8、YA9断电，阀YV3回到中间位置，这时3G的左、右油腔都接至回油路，使回转液压缸卸压。

K7的动合触点使YA10通电（K5已经得电动作），使YV4阀杆右移，通过液压缸4G使离合器7脱开。

（5）离合器脱开后的状态液压缸4G的活塞杆压动限位开关YA8，其动断触点断开使YA9断电，其动合触点闭合使YA8通电，使回转液压缸活塞退为原位。

杠杆作用压动限位开关SＴ9，其动断触点断开。

这样YA10断电使离合器重新接合，以备下次转位循环。

液压回转台回转时各电磁铁及限位开关工作状态如表1所示。

3.3动力头液压线路

动力头是既能完成进给运动,又能同时完成刀具切削运动的动力部件。

其液压系统如图5所示。

液压动力头的自动工作循环是由控制线路控制液压系统来实现的。

其自动工作循环为：

动力头快进－工作进给－延时－快速退回原位。

其控制线路如

图6所示。

图5动力头液压控制系统原理图

图6　动力头控制线路图

由动力头控制系统原理图和动力头控制线路图，可分析其工作过程如下：

（1）动力头原位停止液压缸5G带动动力头做前后运动。

当电磁铁YA1、YA2、YA3都断电时，电磁阀YV1处于中间位置，动力头在原位停止不动。

动力头在原位时，限位开关ST1由挡铁压动。

（2）动力头快进把转换开关S1选在自动位置。

当回转台夹紧，回转液压缸活塞返回原位，电磁铁YA1、YA3通电。

动力头做快速向前运动。

（3）动力头工进在动力头快进过程中，当挡铁压动限位开关ST3时，YA3断电，动力头工作进给。

（4）动力头快退当动力头工作进给到终点后，挡铁压动开关ST4，YA1和YA3断电，动力头停止工进。

同时开始定时，定时时间到后，YA2得电，电磁阀YV1左移，动力头快速退回。

动力头退回原位后，ST1被压动，YA2也断电，动力头停止运动。

（5）动力头点动调整将转换开关s1放在点动位置，按动按钮SB5，使电磁铁YA1、YA3通电，放松SB5后，YA1、YA3断电，动力头立即停止。

当动力头不在原位，需要快退时，按动按钮SB5，YA2得电，动力头做快退运动，直到退回原位，ST1被压下，动力头停止。

4PLC控制电路设计

4.1PLC的I/O接线

由电气控制原理图，可以知道PLC控制系统主要由以下几部分组成，其接线原理图如图7所示。

4.1.1主回路控制

M1为主电动机，M2为液压泵电动机，M3为冷却泵电动机。

由按钮SB2及SB1控制M1与M2的起、停。

开关SA3和SA4为单独起动M1和M2时的选择开关。

当旋钮开关S在自动位置时，M3在动力头工进时自动启动；

S在手动位置时，可由按钮SB3进行启动。

4.1.2回转工作台回转控制系统

回转工作台转位过程:

自锁销脱开及回转台抬起→回转台回转及缓冲→回转台反靠→回转台夹紧。

原电气图要求M1、M2电动机起动后,动力头在原位,限位开关ST1被压合,按下回转台起动按钮SB4,电磁铁YA5得电动作（电磁铁控制相应的电磁阀动作,控制相应油路的通、断），自锁销脱开,回转台抬起。

回转台抬起后,压动行程开关ST5,电磁铁YA7通电，从而使回转台回转。

回转台转到接近定位点时,压合行程开关ST6,电磁铁YA9通电动作，工作台低速回转（缓冲动作）,回转台继续低速回转,ST6复位,电磁铁YA7断电,电磁铁YA8通电动作,回转台反靠。

回转台反向靠紧后压合行程开关ST7,电磁阀YA6得电动作,将工作台夹紧,同时顶起自

图7PLC外部接线图

锁销。

回转台夹紧压力达到一定值后,电磁阀YA8、YA9断电,电磁铁YA10通电,使离合器脱开。

离合器脱开时压合行程开关ST8,电磁铁YA8得电,使活塞复位。

活塞复位后,压动行程开关ST9,电磁铁YA10断电,离合器重新结合以备下次循环。

其行程开关ST1、ST5、ST6、ST7、ST8、ST9，控制按钮SB4电磁铁YA5、YA6、YA7、YA8、YA9、YA10如图7PLC外部接线图中所示。

4.1.3动力头液压系统

原电气图要求当回转工作台夹紧,液压回转台的回转油缸活塞返回原位后,行程开关ST9被压合,当按下按钮SB5时，电磁铁YA1、YA3同时得电,动力头快速前进。

当动力头快进压动行程开关ST3,电磁铁YA3断电,动力头转为工作进给。

当动力头工进到达终点时,压动行程开关ST4,电磁铁YA1失电,动力头停止前进,同时时间继电器得电,并延时停留。

经一定时间后,输出继电器Y2得电,电磁铁YA2得电动作,控制油缸,使动力头快速退回。

当动力头退回原位后,压动行程开关ST1,电磁铁YA2断电,动力头停止。

动力头退回原位后,压动行程开关ST1,也为回转工作台的回转,进入下一道工序做好准备。

其行程开关ST1、ST3、ST4、ST9，控制按钮SB5，YA1、YA2、YA3如图7PLC外部接线图YA1、YA2、YA3。

4.2PLC的I/O口分配

组合机床的电气控制属单机控制,输入、输出均为开关量。

前面我们通过对继电器接触器的详细分析设计出了PLC外部接线图，从所设计出的PLC外部接线图我们可以看出本设计需要PLC检测的输人信号包括6个控制按钮、8个行程开关、3个选择开关、3个复合开关和1个继电器开关，共计21个点输入，其具体的输入口分配如表2所示。

表2PLC输入出口分配

地址

元件

功能

X000

SB1

停止

X001

SB2

启动

X002

SB3

冷却启动

X003

SB4

回转

X004

SB5

快进

X005

SB6

快退

X006

S

冷却方式

X007

SA3

液压泵启动

X010

SA4

主电机启动

X011

S1

长动／点动

X012

S2

动力头控制

X013

ST1

动力头原位

X014

ST3

快进到位

X015

ST4

工进到位

X016

ST5

微抬到位

X017

ST6

回转到位

X020

ST7

回转台反靠

X021

ST8

离合器脱开

X022

ST9

回转缸返回

X023

KP

回转台夹紧

X024

SA5

冷却泵电源

输出信号包括9个电磁离合器、3个继电器、1个指示灯，共计13个点输出其具体