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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日目录第1章Z3040摇臂钻床的结构………………………………………………………………………………..
31.1Z3040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…………………
42.1Z3040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……………………………………….
73.1z3040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……………………………………………………………………………………………..
104.1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……………………………………………………………………………..
135.1PLC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____……………………………………………………………………………………………………….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__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__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__,是一般机械__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__主轴箱__在摇臂的水平导轨上可通过手__作使其在水平导轨上沿摇臂____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__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__,摇臂的回转和升降运动钻削__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__辅助运动是主轴箱沿摇臂水平__,摇臂沿外立柱上下__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__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__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__钻削__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__,主轴箱沿摇臂长度方向的__,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1__、2__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__时,要求摇臂应处于夹紧状态,才能保证__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3__、4__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__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3__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__压上行程开关2SQ发出摇臂已松开__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2__,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3SQ1-17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__开关行程开关3SQ为摇臂夹紧__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3__或4__,使4KM得电摇臂开始松开后放开3__或4__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__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5__,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__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6__,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__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4__、3__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5__、6__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__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__2,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__1,主轴电动机停止
(2)摇臂上升按下摇臂上升按钮__3,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__3,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__3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__4,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__5,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__6,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__3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__4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M
1、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.
4.2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127VKM2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,KM
2、KM3选CD10-5型接触器,主触点额定电流为5A,线圈电压为127VKM4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,KM
4、KM5选CJ10-5型接触器
4.3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
4.4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HL
1、HL
2、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
4.5Z3040摇臂钻床电器元器件明细表序号符号名称型号规格1EL照明灯JC240W36V2FR1主轴电动机热继电器JR0-40热元件4-
6.4A3FR2液压电动机热继电器JR0-40热元件1-
1.6A4FU1主电源熔断器RL1-60熔体20A5FU2摇臂液压电动机控制电路熔断器RL1-15熔体10A6FU3照明灯熔断器RL1-15熔体2A7HL1立柱主轴箱放松指示灯LA19-11D黄色、
6.3V、装于__5内8HL2立柱主轴箱夹紧指示灯LA19-11D绿色、
6.3V、装于__3内9HL3主轴运转指示灯LA19-11D绿色、
6.3V、装于__2内10KM1主轴电动机接触器CJ0-20B线圈电压127V11KM2摇臂上升接触器CJ0-20B线圈电压127V12KM3摇臂下降接触器CJ0-20B线圈电压127V13KM4液压电动机正向接触器CJ0-20B线圈电压127V14KM5液压电动机反向接触器CJ0-20B线圈电压127V15KT时间继电器JS7-4A线圈电压127V16M1主轴电动机JO2-32-4T23KW、380V、
6.5A、1430r/min17M2摇臂升降电动机JO2-21-4T
21.1KW、380V、
2.64A、1410r/min18M3液压电动机JO2-11-4T
20.6KW、380V、
1.62A、1380r/min19QS1主电源组合开关HZ2-25/3板后接线20QS2冷却泵电动机组合开关HZ2-10/3板后接线21__照明灯开关装于照明灯上22__1主轴停止按钮LA19-11红23__2主轴启动按钮LA19-11D带绿色指示灯HL324__3摇臂上升按钮LA19-11红25__4摇臂下降按钮LA19-11黄26__5立柱主轴箱放松按钮LA19-11D带黄色指示灯(HL1)27__6立柱主轴箱夹紧按钮LA19-11D带绿色指示灯(HL2)28SQ1上下限位组合开关HZ4-22——29SQ2摇臂松开行程开关LX5-11——30SQ3摇臂夹紧行程开关LX5-11——31SQ4立柱主轴箱夹紧行程开关LX3-11K——32TC控制变压器BK-150380/127V、36V、
6.3V33YA液压分配电磁阀MQJ1-3线圈电压127V表4-1Z3040摇臂钻床电器元件明细表第5章PLC控制电路的说明
5.1PLC的选型选择基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的PLC机型,应从以下几个方面来考虑
(1)根据PLC的物理结构根据物理结构的不同,PLC分为整体式、模块式和叠装式整体式的每一I/O点的平__格比模块式便宜,小型电气控制系统一般使用整体式可编程控制器此次所设计的电气控制系统属于小型开关量电气控制系统没有特殊的控制任务,整体式PLC完全可以满足控制要求,且在性能相同的情况下,整体式PLC较模块式和叠装式PLC__便宜,因此,Z3040摇臂钻床电气控制系统的PLC选用整体式结构的PLC
(2)根据PLC的指令功能考虑到任何一种PLC都可以满足开关量电气控制系统的要求,据此本课题将尽量采用__便宜的PLC3根据PLC的输入输出点数摇臂钻床的电气控制系统需要8个输入口4个输出口,PLC的实际输入点数应等于或大于所需输入点数,PLC的实际输出点数应等于或大于所需输出点数,在条件许可的情况下尽可能留有10%-20%的余量
(4)根据PLC的存储容量×8=224bit
(5)根据输入模块的类型输入模块的输入电压一般为DC24V和AC110V或AC220V直流输入电路的延迟时间较短,可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接交流输入方式的触点接触可靠,适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用由于本基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的工作环境并不恶劣,且对电气控制系统操作人员来说DC24V电压较AC110V电压安全些因此,本基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的PLC输入模块应选直流输入模块,输入电压应DC24V电压
5.2PLC的组成
(1)输入寄存器输入寄存器可按位进行寻址,每一位对应一个开关量,其值反映了开关量的状态,其值的改变由相互如开关量驱动,并保持一个扫描周期CPU可以读其值,但是不可以写或进行修改
(2)输出寄存器输出寄存器的每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值,而程序循环执行开始时的输出寄存器的值,表明的是上一时间段的真实输出值,在程序执行过程中,CPU可以读其值,并作为条件参加控制,还可以修改其值,而中间的变换仅仅影响寄存器的值只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出,即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响3)存储器存储器分为系统存储器和用户存储器系统存储器存储的是系统程序,它是由厂家__固化好了的,用户不能修改,PLC要在系统程序的管理下运行用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源,I/O寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行,从而完成复杂的控制功能
(4)CPU单元CPU单元控制着I/O寄存器的读、写时序,以及对存储器单元中的程序的解释执行工作,是PLC的大脑
(5)其他单元接口其他单元接口用语提供PLC与其他设备和模块进行连接通信的物理条件
5.3PLC输入输出接口输入输出接口是PLC与工业现场控制或检测元件和执行元件连接的接口电路PLC的输入接口有直流输入、交流输入、交直流输入等类型;输出接口有晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出等类型晶体管和晶闸管输出为无触点输出型电路,晶体管输出型用于高频小功率负载、晶闸管输出型用于高频大功率负载;继电器输出为有触点输出型电路,用于低频负载现场控制或检测元件输入给PLC各种控制__,如限位开关、操作按钮、选择开关以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量等,通过输入接口电路将这些__转换成CPU能够接收和处理的__输出接口电路将CPU送出的弱电控制__转换成现场需要的强电__输出,以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件
(1)输入接口输入接口用于接收和采集两种类型的输入__,一类是由按钮、转换开关、行程开关、继电器触头等开关量输入__;另一类是由电位器、测速发电机和各种变换器提供的连续变化的模拟量输入__
(2)输出接口输出接口电路向被控对象的各种执行元件输出控制__常用执行元件有接触器、电磁阀、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)、指示灯、数字显示装置和__装置等输出接口电路一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成,与输入接口电路类似,内部电路与输出接口电路之间采用光电耦合器进行抗干扰电隔离
5.4PLC的I/O端口分配表输入__输出__名称代号输入点编号名称代号复位键X000HL1松开指示灯急停键X001HL2夹紧指示灯有无工件检测传感器X035HL3主轴工作指示灯主轴停止__1X003计数器主轴开始__2X004辅助作用摇臂上升__3X005摇臂下降__4X006摇臂停止ST1X007摇臂松开到位SQ3X030计数器输出摇臂夹紧到位SQ4X031电磁阀1摇臂上升到位SQ1X010摇臂下降到位SQ2X011电磁阀2主轴箱左移__10X012主轴箱右移__11X013电磁阀3主轴箱夹紧到位SQ5X014主轴箱松开到位SQ6X015主轴电动机转主轴箱左移到位SQ7X016M2电动机正转主轴箱右移到位SQ8X017M2电动机反转主轴箱停止ST2X032M3电动机正转摇臂顺回转__17X033M3电动机反转摇臂逆回转__18X020M5电动机正转摇臂回转夹紧到位SQ9X021M5电动机反转摇臂回转松开到位SQ10X022M4电动机转摇臂回转停止ST3X023冷却泵开__22X024冷却泵关__23X
0255.5PLC梯形图图5-1PLC梯形图在梯形图的编制过程中用到了时间继电器,是用来代替原来继电器——接触器中的的在原电气控制系统中通过KT延时动开的动合触点KT和延时闭合的动触点KT,KT能保证在,,KT的延时长短由摇臂升降电动机从切断电源到停止的惯性大小来决定,一般为1~3S用PLC改造后,时间继电器代替了延时开关,摇臂升降电动机接到停止的命令2s后才能进行摇臂的夹紧动作
5.6PLC接线图图5—2PLC接线图第6章心得体会和学别的学科一样,在学完plc理论课程后我们做了课程设计,此次设计以分组的方式进行,每组有一个题目我们做的是钻床电气控制系统的plc控制系统由于平时大家都是学理论,没有过实际__设计的经验,拿到的时候都不知道怎么做但通过各方面的查资料并学习我们基本学会了plc设计的步聚和基本方法分组工作的方式给了我与同学合作的机会,提高了与人合作的意识与能力通过合作,我们的合作意识得到加强合作能力得到提高上大学后,很多同学都没有过深入的交流,在设计的过程中,我们用了分工与合作的方式,每个人互责一定的部分,同时在一定的阶段共同讨论,以解决分工中个人不能解决的问题,在交流中大家积极发言,和提出意见,同时我们还向别的同学请教在此过程中,每个人都想自己的方案得到实现,积极向同学说明自己的想法能过比较选出最好的方案在这过程也提高了我们的表过能力通过此次课设,让我了解了plc梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的了解,也让我了解了关于plc设计原理有很多设计理念来源于实际,从中找出最适合的设计方法虽然本次课程设计是要求自己__完成,但是,彼此还是脱离不了__的力量,遇到问题和同学互相讨论交流多和同学讨论我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题,这样,我们可以尽可能的统一思想,这样就不会使自己在做的过程中没有方向,并且这样也是为了方便最后设计和在一起讨论不仅是一些思想的问题,还可以深入的讨论一些技术上的问题,这样可以使自己的处理问题要快一些,少走弯路多改变自己设计的方法,在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法,这样可以方便自己解决问题总之一周的课设,让我觉得很累,但从中收获了很多,最终的成功让我觉得累也是值得的在此,感谢同学们的帮助以及老师在此次实验中的指导第7章____
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20033.张万奎等编,机床电气控制技术,北京大学出版社,
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(1),57-589.梁首发.PLC与工控机应用分析.工业仪表与自动化装置,2001
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