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钻床电气控制设计

机床电气控制

设计说明书

钻床电气控制设计

机械工程学院（部）

2017年6月16日

第1章Z3040摇臂钻床的结构………………………………………………………………………………..3

1.1Z3040摇臂钻床的简介

1.2Z3040摇臂钻床的结构

第2章Z3040摇臂钻床的运动形式和电气控制要求的说明…………………4

2.1Z3040摇臂钻床的运动形式

2.2电气控制要求的说明

第3章Z3040摇臂钻床继电接触器控制线路图……………………………………….7

3.1z3040摇臂钻床继电接触器控制线路图总图

3.2具体控制过程

第4章元器件的选型……………………………………………………………………………………………..10

4.1热继电器FR的选择

4.2接触器的选择

4.3时间继电器的选择

4.4照明及指示灯的选择

4.5Z3040摇臂钻床电器元器件明细表

第5章PLC控制电路的说明……………………………………………………………………………..13

5.1PLC的选型

5.2PLC的组成

5.3PLC输入输出接口

5.4PLC的I/O端口分配表

5.5PLC梯形图

5.6PLC接线图

第6章心得体会………………………………………………………………………………………………………….20

第7章参考文献……………………………………………………………………………………………………….21

附图一、钻床电气原理图

附图二、PLC梯形图

第1章z3040摇臂钻床的结构

1.1Z3040摇臂钻床的简介

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。

1.2Z3040摇臂钻床的结构

Z3040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。

辅助运动是主轴箱沿摇臂水平移动，摇臂沿外立柱上下移动和摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。

摇臂回转和主轴箱的左右移动采用手动.

第2章z3040摇臂钻床的运动形式和电气控制要求的说明

2.1Z3040摇臂钻床的运动形式

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;

（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。

2.2电气控制要求的说明

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。

主轴的正、反转则由1M电动机拖动齿轮泵送出压力油，通过液压系统操纵机构，配合正、反转摩擦离合器驱动主轴正转或反转。

2．摇臂升降控制摇臂钻床在加工时，要求摇臂应处于夹紧状态，才能保证加工精度。

但在摇臂需要升降时，又要求摇臂处于松开状态，否则电动机负载大，机械磨损严重，无法升降工作。

摇臂上升或下降时，其动作过程是，随着升降指令发出，先使摇臂与外立柱处于松开状态，而后上升或下降，待升降到位时，要自行重新夹紧。

由于松开与夹紧工作是由液压系统实现，因此，升降控制必须与松紧机构液压系统紧密配合。

2M为升降电动机，由按钮3SB、4SB点动控制接触器2KM、3KM接通或断开，使2M电动机正、反向旋转，拖动摇臂上升或下降移动。

3M为液压泵电动机，通过接触器4KM，5KM接通或断开，使3M电动机正向带动双向液压泵送出压力油，经二位六通阀至摇臂夹紧机构实现夹紧与松开。

下面以摇臂上升为例简述动作过程：

按下3SB按钮，时间继电器KT线圈通电，瞬时常开触点（13-14）闭合，接触器4KM线圈得电，液压泵电动机3M起动旋转带动液压泵送出压力油，同时断电延时断开的KT常开触点（1-17）闭合，使电磁阀YV线圈得电，液压泵输出的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。

同时，活塞杆通过弹簧片压上行程开关2SQ发出摇臂已松开信号。

此时，2SQ触点（6-13）断开，使接触器4KM线圈断电，液压泵电动机3M停转，油路单向阀保压，摇臂处于松开状态。

与此同时，2SQ触点（6-7）闭合，接触器2KM线圈得电，升降电动机2M得电起动旋转，带动摇臂上升，待摇臂上升至所需位置时，松开按钮2SB，2KM线圈断电，2M电动机停转，摇臂停止上升。

同时KT线圈也断电，KT常闭触点（17-18）瞬时闭合，而其延时断开的常开触点（1-17）仍未打开，使电磁阀YV继续得电，同时接触器5KM线圈得电，液压泵电动机3M反转，反向送出压力油，经二位六通阀反方向推动活塞和菱形块，将摇臂夹紧。

KT延时打开触点，经过1~3s延时后断开，同时活塞杆通过弹簧压下行程开关3SQ，使触点3SQ（1-17）也断开，电磁阀YV、5KM线圈断电。

液压泵电动机3M停转，摇臂上升后重新夹紧过程结束。

行程开关2SQ为摇臂放松信号开关。

行程开关3SQ为摇臂夹紧信号开关。

时间继电器KT延时断开常开触点是为保证当瞬间操作3SB或4SB，使4KM得电摇臂开始松开后放开3SB或4SB时，若4KM过早断电，可能造成摇臂处于半松开状态。

有了KT延时断开触电（1-17）后，则能在KT线圈断电1~3s内处于闭合状态，使5KM线圈得电，液压泵电动机3M反向旋转，使摇臂重新夹紧，直到延时时间到，KT触点断开，3SQ动作，5KM断电为止，这样就保证了摇臂在加工工件前总是处于夹紧状态。

3．夹紧、松开控制Z3040型摇臂钻床除了上述摇臂上升下降过程需要夹紧、松开控制外，还有主轴箱和立柱的松开、夹紧控制。

主轴箱和主柱的松开、夹紧从液压系统中看出二者是同时进行的。

当按下松开按钮5SB，接触器4KM线圈得电，液压泵电动机3M正转，拖动液压泵输送出压力油，经二位六通阀，进入主轴箱与立柱的松开油缸推动活塞和菱形块，使主轴箱与立柱实现松开，此时由于YV不得电，压力油不会进入摇臂松开活塞，摇臂仍处于夹紧状态。

当主轴箱与立柱松开时，行程开关4SQ不受压，触点（10l-102）闭合，指示灯1HL亮，表示主轴箱与立柱处于松开状态，可以手动操作主轴箱在摇臂的水平导轨上移动至适当位置。

同时推动摇臂（套在内立柱上）使外立柱绕内立柱旋转至适当的位置，按下夹紧按钮6SB，接触5KM线圈得电，3M电动机反转，拖动液压泵输送出反向压力油至夹紧油缸，使主轴箱和立柱夹紧。

同时行程开关4SQ压下，触点（101-102）断开，1HL灯暗，而（101-103）闭合，2HL灯亮，指示主轴箱与立柱处于夹紧状态，可以进行钻削加工。

4．冷却泵电动机控制冷却泵电动机容量小（0.125kW），由1SA开关控制单向旋转。

5．联锁、保护环节电路中利用2SQ实现摇臂松开到位，开始升降的联锁控制，利用3SQ，实现摇臂完全夹紧的联锁控制。

通过KT延时断开的常开触点实现摇臂松开后自动夹紧的联锁控制。

摇臂升降除了按钮4SB、3SB机械互锁外，还采用2KM、3KM电气的双重互锁控制。

主轴箱与立柱进行松开、夹紧工作时，为保证压力油不供给摇臂夹紧油路，通过5SB、6SB常闭触点切断YV线圈电路，达到联锁目的。

电路利用熔断器1FU作为总电路和电动机1M、4M的短路保护。

利用熔断器2FU作为电动机2M、3M及控制变压器T一次侧的短路保护，利用热继电器1KR为1M电动机的过载保护，2KR为3M电动机的过载保护。

组合行程开关1SQ作为摇臂上升、下降的极限位置保护，1SQ有两对常闭触点，当摇臂上升下降至极限位置时，相应触点动作切断与其对应的上升下降接触器2KM、3KM，使2M电动机停止转动，摇臂停止升降，实现升降极限位置保护，电路中失压或欠压保护由各接触器实现。

6．照明与信号指示电路通过控制变压器T降压提供照明灯EL安全电压，由SA2开关操作。

熔断器3FU作为短路保护。

当主轴电动机工作时，1KM触点（101-104）接通，指示灯3HL亮，表示主轴工作；当主轴箱、立柱处于夹紧状态时，4SQ触点（101-l03）接通，2HL灯亮。

主轴箱、立柱处于松开状态，4SQ触点（101-102）接通，1HL灯亮。

第3章Z3040摇臂钻床继电接触器控制线路图

3.1Z3040摇臂钻床继电接触器控制线路图总图

图3-1Z3040摇臂钻床电气控制线路图

3.2具体控制过程

具体控制过程为：

（1）主轴电动机的启停按下主轴启动按钮SB2，接触器KM1得电吸合且自

保持，主轴电动机M1运转。

按下停止按钮SB1，主轴电动机停止。

（2）摇臂上升按下摇臂上升按钮SB3，时间继电器KT得电，其瞬动常开触头和瞬时闭合延时打开的常开触头使接触器KM4和电磁阀YA动作，液压泵电动机M3启动，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，其常闭触头断开使接触器KM4断电释放，液压泵电动机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正向启动，带动摇臂上升。

上升到所需要的位置后，松开上升按钮SB3，时间继电器KT、接触器KM2断电释放，摇臂升降电动机M2停止运转，摇臂停止上升。

延时1-3秒后，时间继电器KT的常闭触头闭合，常开触头断开，但由于夹紧到位行程开关SQ3常闭触头处于导通状态，故YA继续处于吸合状态，接触器KM5吸合，液压泵电动机M3反向启动，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断电释放液压泵电动机M3停止运转，电磁阀YA断电。

时间继电器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）摇臂下降按下摇臂下降按钮SB4，动作过程与摇臂上升使相似。

（4）立柱和主轴箱同时松开和同时夹紧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正向启动，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反向启动，液压油分配至立柱和主轴箱夹紧油缸，立柱和主轴箱装置夹紧。

（5）摇臂升降限位保护该动作时靠上下限位开关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，SQ1D动断触头断开，摇臂自动夹紧，同松开下降按钮SB4动作相同。

第4章元器件的选型

4.1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