plc在z3050摇臂钻床的改造毕业论文.docx
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plc在z3050摇臂钻床的改造毕业论文
毕业设计（论文）
PLC在Z3050摇臂钻床的改造
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完成时间年月日至年月日
前言
20世纪70年代初，钻床在世界上还是采用普通继电器控制的。
如70年代-80年代进入中国的美国的ELDORADO公司的MEGA50，德国TBT公司的T30-3-250，NAGEL公司的B4-H30-C/L，日本神崎高级精工制作所的DEG型等钻床都是采用继电器控制的。
80年代后期由于数控技术的出现才逐渐开始在深孔钻床上得到应用，特别是90年以后这种先进技术才得到推广。
如TBT公司90年代初上市的ML系列深孔钻床除进给系统由机械无级变速器改为采用交流伺服电机驱动滚珠丝杠副，进给用滑台导轨采用滚动直线导轨以外，钻杆箱传动为了保证高速旋转、精度平稳，由交换皮带轮及皮带，和双速电机驱动的有级传动变为无级调速的变频电机到电主轴驱动，为钻削小孔深孔钻床和提高深孔钻床的水平质量创造了有利条件。
为了加工某些零件上的相互交叉或任意角度、或与加工零件中心线成一定角度的斜孔，垂直孔或平行孔等需要，各个国家而专门开发研制多种专用深孔钻床。
例如专门为了加工曲轴上的油孔，连杆上的斜油孔，平行孔和饲料机械上料模的多个径向出料孔等。
特别适用于大中型卡车曲轴油孔的BW250-KW深孔钻床，它们均具有X、Y、Z、W四轴数控。
为了客户需要,在一条生产线上可以加工多种不同品种的曲轴油孔，于2000年设计制造了第一台柔性曲轴加工中心，可以加工2～12缸不同曲轴上所有的油孔。
MOLLART公司生产制造的专为加工颗粒挤出模具而开发的具有六等分六根主轴同时加工同一工件上六个孔的专用深孔钻床。
该工件孔数量多达36000个。
全都是数控系统控制的。
钻床随着人类的不停创新和探索、科技的日新月异，钻床越来越自动化，
给我们人类带来了很大的财富。
摘要
摇臂钻床是一种用途非常广泛的万能机床，可以用来完成钻孔、打孔、铰孔、攻螺纹以及刮端面等。
目前采用传统的继电器—接触器控制系统控制的钻床在中小型企业中仍大量使用。
由于继电器系统其联动关系复杂，接线复杂，故障诊断与排除困难，并存在：
1、触点易被电弧烧坏而导致接触不良；2、机械方式实现的触点控制反映速度慢；3、继电器的控制功能被固定在线路中，功能单一、灵活性差等缺点。
因而造成了这些企业的生产率低下，效益差，反过来这些企业又没有足够的资金购买新的数控钻床。
因此，当务之急就是对这些摇臂钻床进行技术改造，以提高企业的设备利用率，提高产品的质量和产量。
由于可编程控制器（PLC）具有：
1、抗干扰能力强、通用性、适应性强；2、完善的故障自诊断能力且维修方便；3、可靠性高及柔性强等优点，且性能/价格比高；4、编程简单使用方便、扩充灵活、功能完善；因此在钻床的控制电路改造中发挥了极其重要的作用。
本文介绍了PLC在摇臂钻床改造中的应用，给出了用PLC改造Z3050型摇臂钻床电气控制的硬件组成和软件设计，对PLC控制钻床的人机界面。
这些技术改造可以使普通摇臂钻床的可靠性和效率大为提高。
关键词：
PLC可编程控制器电气控制
PLC在摇臂钻床的改造
1摇臂钻床的简介
1.1钻床的结构及工作原理
图1.1Z3050摇臂钻床外形
（1）钻床的结构摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。
内立柱固定在底座的一端，在他的外面套有外立柱，外立柱可绕内立柱回转360度。
摇臂的一端为套筒，它套装在外立柱做上下移动。
由于丝杆与外立柱连成一体，而升降螺母固定在摇臂上，因此摇臂不能绕外立柱转动，只能与外立柱一起绕内立柱回转。
主轴箱是一个复合部件，由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构、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，可以通过手轮操作，使其在水平导轨上沿摇臂移动。
图1.1所示
（2）钻床的工作原理内立柱固定在底座上，在它外面套着空心的外立柱，外立柱可绕着内立柱回转一周，摇臂将与外立柱一起相对内立柱回转。
主轴箱是一个复合部件，它具有主轴及主轴旋转部件和主轴进给的全部变速和操纵机构。
利用特殊夹紧机构将外立柱紧固在摇臂导轨上。
1.2钻床的运动形式、运动过程及技术参数
1.2.1运动形式
1）主轴转动由主轴电动机驱动，通过主轴箱内的主轴、进给变速传动机构及正反转摩擦离合器和操作安装在主轴箱下端的操纵手柄、手轮，能实现主轴正反转、停车（制动）、变速、进给、空挡等控制。
同时，主轴可随主轴箱沿摇臂上的水平导轨作手动径向移动。
2）摇臂升降由摇臂升降电动机驱动。
同时，摇臂与外立柱一起相对内立柱还能作手动360度回转。
3）机床加工时，对主轴箱、摇臂及内、外立柱的夹紧由液压泵电动机作动力，它是采用液压驱动的菱形块夹紧机构，夹紧可靠。
当摇臂钻床进行加工时，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，一边进行纵向进摇臂钻床给，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。
1.2.2摇臂钻床电气拖动特点及控制要求
（1）摇臂钻床运动部件较多，为了简化传动装置，采用多台电动机拖动。
Z3050型摇臂钻床采用4台电动机拖动，他们分别是主轴电动机（M1），摇臂升降电动机（M2），液压泵电动机（M3）和冷却泵电动机（M4），这些电动机都采用直接启动方式。
（2）为了适应多种形式的加工要求，摇臂钻床主轴的旋转及进给运动有较大的调速范围，一般情况下多由机械变速机构实现。
主轴变速机构与进给变速机构均装在主轴箱内。
（3）摇臂钻床的主运动和进给运动均为主轴的运动，为此这两项运动有一台主轴电动机拖动，分别经主轴传动机构，进给传动机构实现主轴的旋转和进给。
（4）在加工螺纹时，要求主轴能正反转。
摇臂钻床主轴正反转一般采用机械方法实现。
因此主轴电动机仅需要单向旋转。
（5）摇臂升降电动机要求能正反向旋转。
（6）内外主轴的夹紧与放松、主轴与摇臂的夹紧与放松可用机械操作、电气—机械装置，电气—液压或电气—液压—机械等控制方法实现。
若采用液压装置，则备有液压泵电机，拖动液压泵提供压力油来实现，液压泵电机要求能正反向旋转，并根据要求采用点动控制。
（7）摇臂的移动严格按照摇臂松开→移动→摇臂夹紧的程序进行。
因此摇臂的夹紧与摇臂升降按自动控制进行。
（8）冷却泵电动机带动冷却泵提供冷却液，只要求单向旋转。
（9）具有连锁与保护环节以及安全照明、信号指示电路。
（10）为了安全，本机床设有“开门断电”功能。
1.2.3摇臂钻床主要特点
1、采用液压预选变速机构，可节省辅助时间
2、主轴正反转、停车（制动）、变速、空挡等动作，用一个手柄控制，操纵轻便
3、主轴箱、摇臂、内外柱采用液压驱动的菱形块夹紧机构，夹紧可靠。
4、摇臂上导轨、主轴套筒及内外柱回转滚道等处均进行淬火处理，可延长使用寿命。
5、主轴箱的移动除手动外，还能机动。
6、有完善的安全保护装置和外柱防护及自动润滑装置。
1.2.4摇臂钻床安全操作规程
1．工作前对所用钻床和工卡量进行全面检查，确认无误时方可工作。
2．严禁戴手套操作，女生发辫应挽在帽子内。
3．工件装夹必须牢固可靠。
钻小件时，应用工具夹持，不准用手拿着钻。
4．使用自动走刀时，要选好进给速度，调整好行程限位块。
手动进刀时，一般按照逐渐增压和逐渐减压原则进行，以免用必过猛造成事故。
5．钻头上绕有长铁屑时，要停车清除。
禁止用风吹、用手拉，要用刷子或铁钩清除。
6．精铰深孔时，拔取圆器和销棒，不可用力过猛，以免手撞在刀具上。
7．不准在旋转的刀具下，翻转、卡压或测量工件。
手不准触摸旋转的刀具。
8．使用摇臂钻时，横臂回转范围内不准有障碍物。
工作前，横臂必须卡紧。
9．横臂和工作台上不准存放物件，被加工件必须按规定卡紧，以防工件移位造成重大人身伤害事故和设备事故。
10．工作结束时，将横臂降到最低位置，主轴箱靠近立柱，并且都要卡紧
1.2.5摇臂钻床Z3050的技术参数
表2.1Z3050摇臂钻床的技术参数
ZQ3050×13系列摇臂钻床技术参数
规格与参数
单位
ZQ3050×13
最大钻孔直径
50
主轴中心至立柱母线距离
mm
最大1300
最小360
主轴箱水平移动距离
mm
950
主轴端面至底座工作台距离
mm
最大1050
最小260
主轴圆锥孔
莫氏5号
主轴行程
mm
220
主轴转速
r/min
78、135、240、350、590、1100
主轴转速6级
mmr
0.10、0.16、0.22、
0.25、0.35、0.56
主轴进给量3级
n
1600
主轴允许最大进给抗力
m/min
1.3
摇臂回转角度
。
360
升降电动机功率
Kw
1.5
主电机功率
Kw
4
净重
Kg
2400
机床轮廓尺寸（长×宽×高）
mm
1950×810×2450
根据Z3050摇臂钻床的技术参数其最大钻孔直径为50mm，适应范围较广，能够应用于具多的机械生产过程中。
其具体的技术参数如表2.1所示。
1.3钻床的电气控制
图3.1Z3050钻床的主电路图
1.3.1钻床的电气控制主电路分析
1）电路中机床采用380伏，50赫兹三相交流电源供电。
并有保护接地措施。
组合开关QS1为机床总电源开关。
为了转动各机构，机床上装有四台电动机，能正、反转控制；M4为冷却泵电动机，只能正传控制。
电路中M4用组合开关QS2进行手动控制，故不设过载保护。
M1、M3分别由热继电器FR1\FR2作过载保护。
FU1为总熔断器，兼作M1、M4的短路保护；FU2熔断器作M2、M3及控制变压器一次侧的短路保护。
机床除冷却泵电动机M4、电源开关QS1及FU1、QS2是安装在固定部分外、其他电气设备安装在回转部分上。
由于本机床主柱顶上没有集电环，故在使用时沿一个方向连续转动摇臂，以免把穿入内立柱的电源线拧断。
制及照明、指示电路控制、照明和指示电路均由控制变压器TC降压后供电，电压分别为127V、36V及6V。
2）轴电动机的控制合上电源开关后，按启动按钮SB2，接触器KM1吸合并自锁，主轴电动机M1启动，M1旋转指示灯HL3亮，停车时，按SB1,KM1释放，M1停止旋转，M1旋转指示灯灭。
1.3.2钻床的控制电路的分析
图1.3.2Z3050钻床的控制电路图
热继电器闭合的优点：
将热元件与电动机的定子绕组串联，将热继电器的常闭触头串联在交流接触器的电磁线圈的控制电路中，并调节整定电流调节旋钮，使人字形拨杆与推杆相距一适当距离。
当电动机正常工作时，通过热元件的电流即为电动机的额定电流，热元件发热，双金属片受热后弯曲，使推杆刚好与人字形拨杆接触，而又不能推动人字形拨杆。
常闭触头处于闭合状态，交流接触器保持吸合，电动机正常运行。
若电动机出现过载情况，绕组中电流增大，通过热继电器元件中的电流增大使双金属片温度升得更高，弯曲程度加大，推动人字形拨杆，人字形拨杆推动常闭触头，使触头断开而断开交流接触器线圈电路，使接触器释放、切断电动机的电源，电动机停车而得到保护。
可见，热继电器通常是直接断开接触器的控制回路来断开主回路的。
1）臂升降控制按摇臂上升（或下降）按钮SB3（或SB4），时间继电器KT吸合，其瞬间动作的常开触点和延时断开的常开触点闭合，使电磁铁YA和接触器KM4同时吸合，
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