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1、吉林农业工程职业技术学院学校代码：12904学 号：0801103116中图分类：密 级：无吉林农业工程职业技术学院毕 业 论 文 PLC在摇臂钻床电气控制中的应用学生姓名：王志强指导教师：王红梅所 在 系：机械工程系学科专业：机电一体化吉林农业工程职业技术学院中国四平2011年 4月吉林农业工程职业技术学院毕业论文任务书设计题目： PLC在摇臂钻床电气控制中的应用任务与要求：1. PLC应用系统设计的内容和步骤3. PLC的选择4. 生成电子稿5. Z3040型摇臂钻床电力拖动特点与控制要求6. Z3040型摇臂钻床电力控制电路图7. Z3040型摇臂钻床电力控制梯形图2010年3月18日毕
2、业设计进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字4月1日PLC应用系统设计的内容和步骤完成4月2日至4月3日PLC的选择完成4月4日摇臂钻床简介完成4月5日至4月10日生成电子稿完成4月11日至4月12日Z3040型摇臂钻床电力拖动特点与控制要求完成4月13日至4月15日利用CAD进行画图完成指导教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。摘 要PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械的生产过程。也是公共有限公司、电源线车等的名称缩写。钻床是一种用途广泛的万能机床，可进行钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及修刮断面等多种形式的
3、加工。钻床按结构型式可分为立式钻床、卧式钻床、摇臂钻床、深孔钻床、台式钻床等。在各种钻床中，摇臂钻床操作方便，灵活，使用范围广，特别适用于带有多孔大型工件的孔加工，式机械加工中床用的机床设备，具有典型性。关键词 PLC 钻床 Z3040摇臂钻床 目 录一、 PLC应用系统设计的内容和步骤61、 PLC的控制系统设计的基本原则62、PLC控制系统设计的一般步骤6二、 PLC的选择61、PLC的机型选择62、PLC的容量选择7三、摇臂钻床简介7四、Z3040型摇臂钻床结构与运动形式8五、电气控制电路分析81、主电路分析82、控制电路分析93、照明与信号指示电路分析114、Z3040型摇臂钻床电气控
4、制特点11六、Z3040型摇臂钻床电力控制电路图13七、Z3040型摇臂钻床电力控制梯形图14谢 辞18参考文献1920一、 PLC应用系统设计的内容和步骤1、 PLC的控制系统设计的基本原则任何一种电器控制系统都是为了实现生产设备或生产过程的控制要求和工艺需要，从而提高产品质量和生产效率。2、PLC控制系统设计的一般步骤设计PLC应用系统时，首先是进行PLC应用系统的功能设计，即根据被控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。最后根据系统分析的结
5、果，具体的确定PLC的机型和系统的具体配置。 PLC控制系统设计可以按以下步骤进行。2.1 熟悉被空对象，制定指控方案 2.2 确定I/O设备 2.3 选择PLC 2.5 设计软件及硬件2.6 联机调试 2.7 整理技术文件 二、 PLC的选择1、PLC的机型选择1.1 合理的结构型式1.2 安装方式的选择1.3 相当的功能要求1.4 响应速度的要求1.5系统可靠性的要求1.6机型统一 2、PLC的容量选择2.1 PLC的容量包括I/O点数和用户存储容量两个方面。2.2 I/O模块的选择（1）开关量输入模块的选择（2）开关量输出模块的选择（3）电源模块及其他外设的选择电源模块的选择编程器的选择
6、写入器的选择三、摇臂钻床简介钻床是一种用途广泛的万能机床，可进行钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及修刮断面等多种形式的加工。钻床按结构型式可分为立式钻床、卧式钻床、摇臂钻床、深孔钻床、台式钻床等。四、Z3040型摇臂钻床结构与运动形式摇臂钻床一般由底座、内外立柱、摇臂、主轴箱和工作台等部件组成，如果3-3所示。内立柱固定在底座的一端，外立柱套在内柱上，并可绕内立柱回转360。摇臂的一端为套筒，塔套在外立柱上，借助于升降丝杆的正反向旋转，摇臂可沿外立柱上下移动。由于升降螺母固定在摇臂上，所以摇臂只能与外立柱一起绕内立柱回转。主轴箱式一个复合的部件，它由主电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构以及机床
7、的操作机构等部分组成。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，通过手轮操作可是主轴箱沿摇臂水平导轨作径向运动。这样，主轴5可通过主轴箱在摇臂上的水平移动及摇臂的回转可方便的调整至机床尺寸范围内的任意位置。为适应加工不同高度工件的需要，可调节摇臂在立柱上的位置。Z3040钻床中，主轴箱沿摇臂的径向运动和摇臂的回转运动为手动调整。 钻削加工时，主轴旋转为主运动，主轴的纵向运动为进给运动，即转头一面旋转一面作纵向进给。此时主轴箱夹紧在摇臂的水平导轨上，摇臂与外立柱加紧在内立柱上。辅助运动有：摇臂沿外立柱的上下垂直移动；主轴箱沿摇臂水平导轨的径向移动；摇臂的回转运动。五、电气控制电路分析在Z3040型摇臂钻床电
8、气原理图中M1为主轴电动机，M2为摇臂升降电动机，M3为液压泵电动机，M4为冷却泵电动机。 主轴箱上装有4个按钮SB2、SB1、SB3与SB4分别是主电动机起动、停止按钮，摇臂上升、下降按钮。主轴箱转盘上的2个按钮SB5、SB6分别为主轴箱及立柱松开按钮和夹紧按钮。转盘为主轴箱左右移动按钮，操纵杆则操纵主轴的垂直移动，两者均为手动。主轴也可机动进给。1、主电路分析 三相电源由低压断路器QS控制。M1为单向旋转，由接触器KM1控制。主轴的正反转式另一套由主轴电动机拖动齿轮泵送出压力油的液压系统，经“主轴变速、正反转及空挡” 操作手柄来获得的。M1由热继电器FR1作过载保护。 M2由正反转接触器K
9、M2、KM3 控制实现正反转，因摇臂移动是短时的，不用设过载保护，但与摇臂的放松与夹紧之间有一定的配合关系，这由控制电路去保证。 M3由接触器KM4、KM5控制实现正反转，设有热继电器FR2作过载保护。 M4电动容量小，仅0.125kW，由开关SA1控制起动、停止。2、控制电路分析 2.1 主轴电动机控制 由按钮SB1、SB2与接触器KM1构成主轴电动机起动-停止控制电路，M1启动后，指示灯HL3亮，表示主轴电动机在旋转。 2.2 摇臂升降及夹紧、放松控制 摇臂钻床工作时摇臂应夹紧在外立柱上，发出摇臂移动信号后，须先松开夹紧装置，当摇臂移动到位后，夹紧装置，再将摇臂夹紧。本电路能自动完成这一过
10、程。由摇臂上升按钮SB3、下降按钮SB4及正反转接触器KM2KM3组成具有双重互锁的电动机正反转点动控制电路。由于摇臂的升降控制与夹紧的机构液压系统密切配合，所以与液压泵电动机的控制密切相关。液压泵电动机正反转由正反转接触器KM4、KM5控制，拖动双向液压泵，送出压力油，经二位六通阀送至摇臂夹紧机构实现加紧与放松。下面以摇臂上升为例分析摇臂升降及夹紧、放松的控制。按下摇臂上升点动按钮SB3，时间继电器KT通电吸合，瞬时常开触头KT（12-14）、KT（1-17）闭合，前者使KM4线圈通电吸合，后者使电磁阀YV线圈通电。于是液压泵电动机M3正传起动，拖动液压泵送出压力油，经二位六通阀进入摇臂松开
11、油腔，推动活塞合菱形块，使摇臂松开。同时活塞杆通过弹簧片亚东行程开关SQ2，使其常闭触头SQ2(6-13)断开，接触器KM4断电释放，液压泵电动机停止旋转，摇臂维持在松开状态；同时，SQ2常开触头SQ2（6-7）闭合，使KM2线圈通电吸合，摇臂升降电动机M2起动旋转，拖动摇臂上升。 当摇臂上升到预定位置，松开上升按钮SB3,KM2、KT线圈通电，M2依惯性旋转至停止，摇臂停止上升。经延时、KT(17-18)闭合，KM5线圈通电，使液压泵电动机M3反转，触头KT（1-17）断开，电磁阀YV断电。送出的压力油经里一条油路流入二位六通阀，再进入摇臂夹紧油腔，反向推动活塞与菱形块，使摇臂夹紧。值得注意
12、的是，在KT断电延时的13s完全停止旋转后，才开始摇臂的夹紧动作，素以KT延时长短依M2电动机切断电源到完全停止的惯性大小来调整。 当摇臂夹紧后，活塞杆通过弹簧片压动行程开关SQ3，使SQ3（1-17）断开，KM5、线圈断电，M3停止旋转，摇臂夹紧完成。摇臂夹紧的行程开关SQ3应调整到摇臂夹紧后能够动作，若调整不当摇臂夹紧后仍不能动作，会是液压泵电动机M3长期工作而过载。为防止由于长期过载而损坏液压泵电动机，电动机M3虽短时运行，也仍采用热继电器作过载保护。摇臂升降的极限保护由组合开关SQ1来实现。SQ1由两对常闭触头，当摇臂上升或下降到极限位置时相应常闭触头断开，切断对应的上升或下降接触器K
13、M2与KM3线圈电路，使M2停止，摇臂停止移动，实现极限位置保护。此时可按下反方向移动起动按钮，使M2反响旋转，拖动摇臂反向移动。 2.3 主轴箱与立柱的夹紧、放松控制 立柱与主轴箱均采用液压操纵加紧与放松，两者是同时进行的，工作时要求二位六通阀YV不通电。松开与夹紧分别有松开按钮SB5和夹紧按钮SB6控制。指示灯HL1、HL2指示其动作。按下松开按钮SB5时，KM4线圈通电吸合，M3点击正转，拖动液压泵送出压力油，此时电磁阀线圈YV不通电，其提供的高压油经二位六通阀到另一油路，进入立柱与主轴箱松开油腔，推动活塞和菱形块使立柱和主轴箱同时松开。当立柱与主轴箱松开后，行程开关SQ4不受压复位，触
14、头SQ4（101-102）闭合，指示灯HL1两，表明立柱与主轴箱已松开。于是可以手动操作主轴箱在摇臂的水平轨道上移动。当移动到位，按下夹紧按钮SB6时，KM5线圈通电吸合，M3电机反转，拖动液压泵送出压力油至夹紧油腔，使立柱与主轴箱同时夹紧。当确已夹紧，压下SQ4，触头SQ4（101-102）断开，HL1灯灭，触头SQ4（101-103）闭合，HL2灯亮，指示立柱与主轴箱均已夹紧，可以进行钻削加工。 2.4 冷却泵电动机M4的控制 M4电动机由开关SA1手动控制、单向旋转。 2.5 联锁与保护环节 SQ1行程开关实现摇臂上升与下降的限位保护。SQ2行程开关实现摇臂松开到位，开始升降的联锁。SQ
15、3行程开关实现摇臂完全夹紧，液压泵电动机M3停止运转的联锁。KT时间继电器实现升降电动机M2断开电源、带M2停止后在进行夹紧的联锁。M2电动机正反转具有双重互锁，M3电动机正反转具有电气互锁。SB5、SB6立柱与主轴箱松开、夹紧按钮的常闭触头串接在电磁阀YV线圈电路中，实现露珠与主轴箱松开、夹紧操作时，压力油至进入立柱与主轴箱夹紧油腔而不进入摇臂夹紧油腔的联锁。熔断器FU1FU3实现电路的短路保护。热继电器FR1、FR2为电动机M1、M3的过载保护。3、照明与信号指示电路分析HL1为主轴箱与立柱松开指示灯，灯亮表示已松开，可以手动操作主轴箱沿摇臂移动或推动摇臂回转。HL2为主轴箱与立柱加紧指示
16、灯，灯亮表示已夹紧，可以进行钻削加工。 HL3为主轴箱旋转工作指示灯。 4、Z3040型摇臂钻床电气控制特点 (1) Z3040型摇臂钻床是机、电、液的综合控制。机床由二套液压系统：一套是单向旋转的主轴电动机拖动齿轮泵送出压力油，通过操作手柄来操纵机构实现轴正、反转、停车制动、空挡、预选与变速的操纵机构液压系统：另一套使由液压泵电动机拖动液压泵送出压力油来实现摇臂的夹紧与松开、主轴箱和立柱的夹紧和放松的夹紧机构液压系统。 (2) 摇臂的升降控制与摇臂夹紧放松的控制有严格的程序要求，以确保先松开，再移动，移动到位后自动加紧。所以对M3、M2电动机的控制有严格程序要求，这些由电气控制电路控制，液压
17、、机械配合来实现。(3) 电路具有完善的保护和联锁。由明显的先好指示。六、Z3040型摇臂钻床电力控制电路图七、Z3040型摇臂钻床电力控制梯形图结 束 语本课题所研究的基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的设计实现了Z3040摇臂钻床的控制自动化，方便了工人在生产中对机床的实际操作。可编程控制器是一种广泛应用于工业现场的新型控制器，具有结构简单，抗干扰性强，编程方便等特点，本课题采用PLC自动控制技术取代了传统继电器接触器电气控制系统，实现了对Z3040摇臂钻床的自动控制，从而提高了机床的工作效率、工作稳定性和可靠性，而且，还大大降低了工人的劳动强度，改善了产品的加工质量，降低了设备故障率，提高
18、了生产率。谢 辞我的毕业论文到这里就收尾了，这也意味着我吉林省农业工程职业技术学院三年的学习生活即将结束。回首以往，自己一生最宝贵的时光能于这样的校园之中，能在众多学富五车、才华横溢的老师们的熏陶下度过，实是荣幸之极。在这三年的时间里，我在学习上和思想上都受益非浅。这除了自身努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。论文的写作是富有挑战性的。在此，我特别要感谢我的指导老师王红梅老师。从论文的选题、文献的采集、框架的设计、结构的布局到最终的论文定稿，从内容到格式，从标题到标点，她都费尽心血。没有范老师的辛勤栽培、孜孜教诲，就没有我论文的顺利完成。时间的仓促及自身专业水平的不足，
19、整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！谢谢！。 参考文献1 ：赵明 许琴编工厂电气控制设备第二版 北京机械工业出版社.19952 ：方承远主编工厂电气控制技术第二版 北京机械工业出版社.20003 ：张万忠 刘明芹主编电器与PLC控制技术 北京化学工业出版社.20034 ：廖常初主编PLC编程及应用 北京机械工业出版社.20025 ：田瑞庭主编可编程控制器应用技术 北京机械工业出版社.19946 ：基于PLC的Z3040摇臂钻床控制系统改造方案 电工技术邵金均.2001机械工程系毕业设计答辩结论姓名张慧文性别男籍贯吉林省 龙井市专业班级机电801出生年月1989.11.20指导老师王红梅指导老师意见： 签名： 年 月 日答辩委员会意见： 签名： 年 月 日机械工程系意见： 签名： 年 月 日
