PLCZ摇臂钻床课程设计Word下载.docx
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ST1与一般开关不同，其两副动断触电不同时动作。
当摇臂升至上升极限位置时，ST1的动断触电ST1断开，使接触器KM2失电，升降电动机M2停止，上升运动停止。
但ST1另一副动断触点ST1仍保持闭合，因此可按下降按钮SB4，使接触器KM3得电吸合，控制摇臂升降电动机M2反向旋转，摇臂下降。
反之当摇臂在下降位置时，控制过程类似。
在摇臂升降电路中，行程开关ST2为摇臂放松到位的信号开关，行程开关ST3为摇臂夹紧的信号开关，行程开关ST2为摇臂放松到位开关，行程开关ST3为摇臂夹紧到位开关。
因此行程开关ST2及ST3，是用来检查摇臂是否松开或夹紧，以实现限位连锁。
ST2的动合触点串联在KM2、线圈电路中，它在摇臂完全放松到位才动作闭合，以确保摇臂的升降在其放松后进行。
如果摇臂没有放开，ST2就不能闭合，因此控制摇臂升降的KM2或KM3就不能得电吸合，摇臂就不会上升或下降。
行程开关ST3的动断触点ST3串联在接触器KM5线圈、电磁铁YA线圈电路中，在摇臂完全夹紧时动作。
如果摇臂未夹紧，则行程开关ST3的动断触点闭合保持原状，使接触器KM5、电磁铁YA得电吸合，对摇臂进行夹紧，直到完全夹紧为止，行程开关ST3的动断触点应调整到保证夹紧后能够动作，否则会使液压泵电动机M3处与长时间过载运行状态。
2.3.2时间继电器KT的作用
通过KT延时断开的常开触点KT和延时闭合的常闭触点KT，KT能保证在摇臂升降电动机M2完全停止运行后，才能进行摇臂的夹紧动作，KT的延时长短由摇臂升降电动机M2从切断电源到停止的惯性大小来决定，一般为1~3S。
这就是时间连锁。
2.4电路工作过程
2.4.1主电路原理
按启动按钮SB2，接触器KM1得电吸合并自锁，KM1主触点闭合M1转动，同时KM1辅助触点KM1闭合，指示HL4点亮，表明主轴电动机在旋转。
按停止按钮SB8，KM1失电释放M1停转，同时KM1辅助动合触点KM1复合断开，指示灯HL4灭，表明电动机M1停转。
主轴的正、反转则由液压系统的操纵机构配合正、反转摩擦离合器实现。
2.4.2摇臂升降的控制
当由摇臂上升或下降点动按钮SB3、SB4发出摇臂升降指令时，先使摇臂松开。
然后由正、反转接触器KM2、KM3使电动机M2的正、反转，来拖动摇臂上升或下降，待摇臂上升或下降到位时，又自行重新夹紧。
由摇臂的松开与夹紧是由夹紧机构液压系统实现的，因此摇臂升降需与夹紧机构液压系统紧密配合。
液压泵电动机M3由正反转接触器KM4、KM5控制，实现电动机正反转，拖动双向液压泵，送出压力油，经二位六通阀YA1、YA2送至摇臂夹紧机构，实现摇臂夹紧与放松。
摇臂升降启动的初始条件：
摇臂钻床在平常或加工工件时，其摇臂处于夹紧状态。
摇臂夹紧时，限位开关ST3被压合，其常闭触点ST3处于断开状态，常开触点处于闭合状态；
摇臂放松时，限位开关ST2压合，其常闭触点ST3处于断开状态，常开触点处于闭合状态。
2.4.3以摇臂上升为例分析摇臂升降的控制
按下摇臂上升点动按钮SB3，时间继电器KT线圈通电，瞬动常开触点KT闭合，接触器KM4线圈通电，液压泵电动机M3反向启动旋转，拖动液压泵送出压力油。
同时KT的断电延时延时断开触点KT闭合，电磁铁YA线圈通电，液压泵送出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。
摇臂松开时，活塞杆通过弹簧片压下行程开关，发出摇臂松开信号，即常闭触点断开，常开触点闭合，前者断开KM4线圈电路，电动机M3停止旋转，液压泵停止供油，摇臂维持在松开状态；
后者接通KM2线圈电路，控制摇臂升降电动机M2正向启动旋转，拖动摇臂上升。
当摇臂上升代所需位置时，松开按钮SB3，KM2与KT线圈同时断电，电动机M2依惯性旋转，摇臂停止上升。
而KT线圈断电，其断电延时闭合常闭触点KT经延时1~3S后才闭合，断电延时断开常开触点同样延时后才断开。
在KT断电延时1~3S时，KM5线圈仍处于断电状态，电磁铁YA仍处于通电状态，这段延时就确保了摇臂升降电动机在断开电源后直到完全停止运转才开始摇臂的夹紧动作，因此，时间继电器KT延时长短是根据电动机M2切断电源到完全停止的惯性大小来调整。
当时间继电器KT断电延时时间到时，常闭触点KT闭合，KM5线圈通电吸合，液压泵电动机M3正向启动，拖动液压泵，供出压力油，同时常闭触点KT断开，电磁铁YA线圈断电，这时压力油经二位六通阀进入摇臂夹紧油腔，反向推动活塞和菱形块，将摇臂夹紧，活塞杆通过弹簧片压下行程开关ST3，其常闭触点ST3断开，KM5线圈断电，M3停止旋转，实现摇臂夹紧，上升过程结束。
摇臂自动夹紧程度由行程开关ST3控制，若夹紧机构液压系统出现故障不能夹紧，将使常闭触点ST3断不开，或者由于ST3安装位置调整不当，摇臂夹紧后仍不能压下ST3，都将使M3长期处于过载状态，易将电动机烧坏，为此，M3主电路采用热继电器FR2作过载保护。
2.4.4主轴箱、立柱松开与夹紧的控制
轴箱和立柱的夹紧与松开是同时进行的，当按下按钮SB5，接触器KM4线圈通电，液压泵电动机M3反转，拖动液压泵送出压力油，这时电磁阀YA线圈处于断电状态，表示主轴箱与立柱已松开。
当移动到位后，按下夹紧按钮SB6，接触器KM5线圈通电，M3正转，拖动液压泵送出压力油至夹紧油腔，使主轴箱与立柱夹紧。
当确以夹紧时，可以进行钻削加工。
第三章Z3040摇臂钻床的主要设备选型
3.1电气控制的要求
（1）根据工件的大小、位置及夹紧，为了减少辅助工作时间，要求配备一台主轴运动电动机、一台摇臂升降电动机和一台液压泵电动机。
（2）钻孔时产生的高温，可有一台普通冷却泵电动机加以控制。
（3）根据整个生产线状况，要求配备一套局部照明装置及必要的工作状态指示灯。
由于摇臂钻床的运动部件较多，故采用多电动机拖动，这样可以简化传动装置的结构。
整个机床有四台笼型感应电动机拖动，他们分别是：
（1）主拖动电动机
钻头（主轴）的旋转与钻头的进给，是由一台电动机拖动的，由于多种加工方式的要求，所以对摇臂钻床的主轴与进给都提出较大的调速范围要求。
该机床的主轴调速范围为80，正传最低速度为25r/min，最高速度为2000r/min,分6级变速；
进给运动的调速范围为80，最低进给量是0.04mm/r,最高进给量是3.2mm/r，也分为16级变速。
在加工螺纹时，要求主轴能正反转，有机械方法变换的，所以电动机不需要反转。
（2）摇臂升降电动机
当工件与钻头高度不合适时，可将摇臂升高或降低，故需正反转。
（3）液压泵电动机
摇臂、立柱、主轴箱的夹紧放松，均采用液压传动菱形块夹紧机构，夹紧用的高压油是由一台电动机带动高压油泵送出的。
由于摇臂的夹紧装置与立柱的夹紧装置，主轴的夹紧装置不是同时动作，所以，采用一台电动机拖动高压油泵，有电磁阀控制油路。
（4）冷却液泵电动机
切削时，刀具及工件的冷却由冷却液泵供给所需的冷却液，冷却液流量大小有专用阀门调节，与电动机转速无关。
3.2电动机的选择
根据前面的设计要求可知，本设计需配备四台电动机，各自分别为：
1.主轴电动机，M1，型号选定为Y100L2.4，性能指标为：
3KW、380V、6.82A、1430r/min
2.冷却泵电动机：
M4型号选定JCB-22，性能指标为：
0.125KW、0.43A、2790r/min
3.摇臂升降电动机：
M2，型号选定为Y908-4，性能指标为：
1.1KW、2.01A、1390r/min
4.液压泵电动机：
M3,型号选定为J031.性能指标为：
0.6KW、1.42A、2880r/min
3.3夹紧机构的液压系统设计
主轴箱，力主和摇臂的夹紧与松开是由液压泵电动机拖动液压泵送出压力油，推动活塞，菱形块来实现的。
其中主轴箱和力主夹紧与放松由一个油路控制，而摇臂的夹紧松开因与摇臂升降构成自动循环，所以又另一个油路单独控制，这两个油路均由电磁阀操作。
在夹紧或松开主轴箱及立柱时，首先启动液压电动机拖动液压泵，送出压力油，在电磁阀操作下，使压力油经二位六通阀流入夹紧或松开油腔，推动活塞和菱形块实现夹紧或松开。
由于液压泵电动机是点动控制，所以主轴箱和力主夹紧与松开是点动的。
3.4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。
3.接触器的选择
根据负载回路的电压、电流，接触器所控制回路的电压及所需点的数量等来进行接触器的选择。
本设计中KM1主要对M1进行控制，而M1额定电流为6.82A，控制回路电源为127V，需要主触点两对，所以，KM1选G0-10型接触器，主触点额定电流为10A，线圈电压为127V。
KM2与KM3对M2进行控制，而M2额定电流为2.01A，控制回路电源为127V，各需要主触点两对，KM2的辅助动断触点一对，KM3的辅助动断触点一对，所以，KM2、KM3选CD10-5型接触器，主触点额定电流为5A，线圈电压为127V。
KM4与KM5对M3进行控制，而M3的额定电流为1.42A，控制回路电源为127V，各需要主触点三对，KM4的辅助动断触点一对，KM5的辅助动断触点一对，所以，KM4、KM5选CJ10-5型接触器。
4.时间继电器的选择
本设计中由于摇臂的升降需要延时控制。
需要常开触点一个，延时闭合动断触点一个，延时断开动合触点一个，我们选ISSI型时间继电器。
额定电压AC127V、DC24V,额定功耗小于5W,动作频率1200次/h。
5.熔断器的选择
根据熔断器的额定电压、额定电流和熔体的额定电流等进行熔断器的选择。
本设计中涉及到熔断器有三个：
FU1、FU2、FU3。
FU1主要对M1、M4进行短路保护，M1、M4额定电流分别为6.82A、0.43A。
因此，熔体的额定电流为Iful≥（1.5-2.5）INmax+∑IN
计算可得Iful≥17.48A，因此FU1选择RL1-60型熔断器，熔体为20A.
同理：
FU2选择RL1-15型熔断器，熔体为10A；
FU3选择RL1-15型熔断器，熔体为2A。
6.按钮的选择
根据需要的触点数目、动作要求、使用场合、颜色等进行按钮的选择。
本设计中SB1、SB4选择LA-18型按钮，颜色为红色，选择SB2、SB5选择LA-18型按钮，颜色为绿色，SB3、SB6选择LA-18型按钮，颜色为黑色。
7.照明及指示灯的选择
本设计中，电源指示灯EL选择JC2，交流36V、40W，与灯开关SA2成套配置；
指示灯HL1、HL2、HL3选择ZSD-0型，指标为6.3V，0.25A，颜色为黄色，绿色，红色各一个。
8.控制变压器的选择
变压器最大负载时KM1、KM2同时工作，根据下式：
--所需变压器容量（VA）;
--变压器容量储备系数，
=1.1~1.25；
--控制线路最大负载时工作的电器所需的总功率（VA）。
根据下式：
其中式中：
--同时起动的电器的总吸持功率（VA）。
关于式中的系数：
变压器二次侧电压，由于电磁继电器起动时负载电流的增加要下降，一般下降额定值的20％时，所有吸合电器不致释放，系数0.6就是从这一点考虑的，式中第二项系数1.5为经验值系数，它考虑到各电器的起动功率换算到吸持功率，以及电磁电器保证起动吸合的条件下，变压器容量只是该器件的起动功率的一部分因素。
本设计中，变压器选择BK-100VA,380V、220V/127V、36V、6.3V。
综合以上的计算，绘出Z3040摇臂钻床的电器元件明细表如表一所示。
表一电器元件明细表
符号
名称
型号
规格
数量
M1
三相异步电动机
Y100L2-4
3.0KW,380V,6.82A,1430r/min
1
M2
摇臂升降电动机
Y90S-4
1.1KW,2.01A,1390r/min
M3
液压泵电动机
JO31-2
0.6KW,1.42A,2880r/min
M4
冷却泵电动机
JCB-22
0.125KW,0.43A,2790r/min
QS
组合开关
HZ5-20
三极，500V,20A
KM1
交流接触器
CJ-10
10A,线圈电压127V
KM2,KM3
KM4,KM5
CJ10-5
5A,线圈电压127V
5
KT
时间继电器
JSSI
AC127V,DC24V
FR1
热继电器
JR16-20/3
热元件额定电流11A,整定电流6.82A
FR2
热元件额定电流2.4A,整定电流2.01A
FU1
熔断器
RL1-60
500V,熔体20A
FU2
RL1-15
500V,熔体10A
FU3
RL1-16
500V,熔体2A
TC
控制变压器
BK-100
100VA,380V/127,36,6.3V
SB1,SB4
控制按钮
LA-18
5A,红色
2
SB2,SB5
5A,绿色
SB3,SB6
5A,黑色
HL1,HL2
HL3,HL4
指示灯
ZSD-0
6.3V,绿色2红色1黄色1
4
EL,SA1,
SA2
照明灯，控制开关
JC2
36V,40W
3
代号
穿线用管
内径/mm
电线
截面
根数
#1
内径15聚氯乙烯软管
#2
7
#3
13
#4
G3/4（in）螺纹管
#5
15金属软管
10
#6
8
#7
18×
16㎜2铝管
#8
11金属软管
#9
内径8聚氯乙烯软管
#10
YHZ橡套电缆
第四章Z3040摇臂钻床说明书
4.1PLC电气控制图
见附录图1
4.2I/O表
地址号
作用
I0.0
SB1
总起动按钮
I0.1
SB7
总停止按钮
I0.3
SB2
主电动机起动按钮
I0.4
SB8
主电动机停止按钮
I0.5
SB3
摇臂上升起动按钮
I0.6
SB4
摇臂下降起动按钮
I1.1
ST1-1
摇臂下降下限位行程开关
I1.2
ST1-2
I1.3
ST2
主轴箱、立柱、摇臂松开行程开关
I1.4
ST3
主轴箱、立柱、摇臂夹紧行程开关
I1.5
SB5
主轴立柱松开按钮
I1.6
SB6
主轴立柱夹紧按钮
I2.0
SA-1
主轴松开、夹紧
I2.1
SA-2
立柱松开、夹紧
I2.2
SA-3
主轴箱、立柱松开、夹紧按钮
作用
Q0.0
KV
电压继电器
Q0.1
主电动机接触器
Q0.2
KM2
摇臂上升接触器
Q0.3
KM3
摇臂下降接触器
Q0.4
KM4
主轴箱、立柱、摇臂松开接触器
Q0.5
KM5
主轴箱、立柱、摇臂夹紧接触器
Q0.6
YA1
主轴箱松开、夹紧电磁铁
Q0.7
YA2
立柱夹紧、松开电磁铁
4.3梯形图
4.4PLC接线图
参见附录图2
4.5语句表
1.总启动接通控制回路
LDI0.0
OQ0.0
ANI0.1
=Q0.0
2.主轴电动机
LDQ0.0
LDI0.1
OQ0.1
ALD
AN
=Q0.1
3.摇臂上升下降控制按钮
LDI0.5
ANI1.1
LDI0.6
ANI1.2
OLD
=M0.0
4.松开控制（包括上升下降松开主轴立柱松开）
LDQ0.0
LDMO.O
ANI1.3
LDM0.5
ANI1.6
AT38
OLD
ALD
ANQ0.5
=Q0.4
5.上升和下降控制
AI1.3
LPS
ANI0.6
AI0.5
ANQ0.3
=Q0.2
LPP
ANI0.5
AI0.6
ANQ0.2
=Q0.3
6.夹紧控制
LDM0.4
OQ0.5
AI1.4
LDNI1.5
AM0.5
ALD
ANQ0.4
=Q0.5
7.时间继电器KT1工作
AM0.0
ED
=M0.2
LPP
LDM0.2
OM0.3
LPS
ANT37
=M0.3
TONT37,50
AT37
EU
=M0.4
8.主轴、立柱、摇臂松开夹紧按钮KT3时间继电器
LDI1.5
OI1.6
ANM0.0
=M0.5
TONT38,50
9.档位的选择
AI2.0
LDM0.7
AI2.2
=Q0.6
档位的选择
AI2.1
=Q0.7
EU
=M0.6
10.KT2时间继电器
LDM0.6
OM0.7
ALDI2.2
ANT39
=M0.7
TONT39,50
第五章结论
本课题所研究的基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的
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