Z3040摇臂钻床电气控制课程设计说明书

课程设计说明书

课程名称： 机床电气控制技术

设计题目： Z3040型摇臂钻床电气控制课程设计

专 业：机械设计制造及其自动化班级：机械0904 学生姓名: 张飞翔 学 号: 0912110433

指导教师: 吴吉平

湖南工业大学科技学院教务部 制

年 月 日

目 录

一、引言………………………………………………………… 2

1、 设计目的………………………………………… 2

2、 预备知识………………………………………… 2

3、 设计要求………………………………………… 4

二、系统总体实际……………………………………………… 5

1、系统硬件配置及组成原理 ……………………… 5

2、硬件接线图……………………………………… 5

3、系统变量定义及分配表………………………… 6

4、系统接线图设计

三、控制系统设计 …………………………………………… 7

1、控制程序流程图设计…………………………… 7

2、 控制程序设计思路…………………………… 8

3、摇臂钻床PLC程序设计………………………… 8

（1）主程序…………………………………… 8

（2）主轴起停………………………………… 9

（3）摇臂上升………………………………… 10

（4）摇臂下降………………………………… 12

（5）主轴箱和立柱限位……………………… 15

四、系统调试及结果分析…………………………………… 16

1、调试前安全检查……………………………… 16

2、调试…………………………………………… 16

一、引言

1、设计目的：

（1）、了解Z3040摇臂钻床的操作顺序，并作出功能图。

(2)、进一步熟悉西门子S7-200编程软件 ，学会使用S7-200编辑一个完整的控制系统。

(3)、熟悉并会接较复杂的PLC控制系统电路。

(4)、领悟电气控制电路PLC改造的要领。

2、预备知识：

钻床是一种孔加工设备，可以用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。按用途和结构分类，钻床可以分为立式钻床、台式钻床、多孔钻床、摇臂钻床及其他专用钻床等。在各类钻床中，摇臂钻床操作方便、灵活，适用范围广，具有典型性，特别适用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常见的机床。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。主轴箱可在摇臂上移动，并随摇臂绕立柱回转的钻床。摇臂还可沿立柱上下移动，以适应加工不同高度的工件。较小的工件可安装在工作台上，较大的工件可直接放在机床底座或地面上。摇臂钻床广泛应用于单件和中小批生产中，加工体积和重量较大的工件的孔。摇臂钻床加工范围广，可用来钻削大型工件的各种螺钉孔、螺纹底孔和油孔等。摇臂钻床的主要变型有滑座式和万向式两种。滑座式摇臂钻床是将基型摇臂钻床的底座改成滑座而成，滑座可沿床身导轨移动，以扩大加工范围，适用于锅炉、桥梁、机车车辆和造船

等行业。万向摇臂钻床的摇臂除可作垂直和回转运动外，并可作水平移动，主轴箱可在摇臂上作倾斜调整，以适应工件各部位的加工。此外，还有车式、壁式和数字控制摇臂钻床等。此次试验就是要将滑座式Z3040摇臂钻床的控制系统改为PLC控制。

摇臂钻床加工时，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。

Z3040型摇臂钻床的工作原理：

Z3040型摇臂钻床采用4台电动机拖动，他们分别是主轴电动机，摇臂升降电动机，液压泵电动机和冷却泵电动机 。主轴电动机控制钻床的进给运动；摇臂升降电动机要求能正反向旋转，可用手动操作；摇臂和主轴之间的夹紧、发松可用电气、液压、机械来实现，液压电动机需可正反转，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。冷却泵电动机带动冷却泵提供冷却液，只要求单向旋转。系统具有连锁与保护环节以及安全照明、信号指示电路。

3、设计要求：

(1) 按下主轴起动按钮SB2，接触器KMl得电吸合且自保持，主轴

电动机M1运转。按下停止按钮SBl，主轴电动机停止。

(2) 需要摇臂上升时，按下摇臂上升按钮SB3，时间继电器KT得电，其瞬动触头和瞬时闭合延时打开的动合触头使接触器KM4和电磁阀YA动作，液压电动机M3起动，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，其动断触头断开使接触器KM4断电释放，液压电动机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正向起动，带动摇臂上升。上升到所需的位置后，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M2停止运转，摇臂停止上升。延时l～3s后， 时间继电器KT的动断触头闭合，动合触头断开，但由于夹紧到位行程开关SQ3动断触头处于导通状态，故YA继续处于吸合状态，接触器KM5吸合，液压电动机M3反向起动，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，液压电动机M3停止运转，电磁阀YA断电。时问继电器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) 需要摇臂下降时，按下摇臂下降按钮SB4，动作过程与摇臂上升时相似。

(4) 立柱和主轴箱同时夹紧和同时松开。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正向起动。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反向起动，液压油分配至立柱

和主轴箱夹紧油缸，立柱和主轴箱夹紧装置夹紧。

(5) 摇臂升降限位保护是靠上下限位开关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，SQlD动触头断开，摇臂自动夹紧，同松开下降按钮SB4动作相同。

二、系统总体设计

1、系统硬件设计机组成原理

Z3040型摇臂钻床采用4台电动机拖动，他们分别是主轴电动机，摇臂升降电动机，液压泵电动机和冷却泵电动机 。主轴电动机控制钻床的进给运动；摇臂升降电动机要求能正反向旋转，可用手动操作；

摇臂和主轴之间的夹紧、发松可用电气、液压、机械来实现，液压电动机需可正反转，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。

2、硬件接线图

3、 系统定义量分配表

三、控制系统设计

1、系统流程图

2、控制设计思路

利用顺控指令，根据机床的运行原理，把机床分成四个字程序：主轴起停、摇臂上升、摇臂下降、主轴箱立柱的限位，并用一个主程序来分别调用子程序来实行机床的功能。、

3、摇臂钻床PLC程序设计

（1） 主程序

（2）主轴起停

（3）摇臂上升

（4）摇臂下降

（5）主轴箱和立柱限位

四、系统调试及结果分析：

1、测试前安全检查：

（1）、检测电路时，确定三相电源只接进去一端，防止二相进入单相电源供电的电路否则直接烧毁PLC或开关电源。

(2)、检查开关连接是否正常，是否连错或少。

(3)、确定熔断器应与电源相线L端相连；确定电路没有短路。

(4)、经老师同意后，才能通电测试，并按实验步骤操作。

2、开始测试：

等待

通电——HL1亮

按SB3——KM1吸合，HL2亮（主轴转动）

按SB2——KM1断开，HL2灭（主轴停转）

按SB4——KM5断开，KM4吸合，YA亮，再按SQ2——KM4断开，KM2吸合指示灯点亮（摇臂上升）

按SB5——KM5吸合，KM4吸合，YA亮，再按SQ2——KM4断开，KM3吸合指示灯点亮（摇臂下降）

断开SB4\SB5一段时间后——KM5吸合

按SB7——KM4吸合，YA灭

按SB1全部断开，按SQ5全部电源断开

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