机电传动课程设计方案用PLC改造Z摇臂钻床电气控制回路.docx
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机电传动课程设计方案用PLC改造Z摇臂钻床电气控制回路.docx
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机电传动课程设计方案用PLC改造Z摇臂钻床电气控制回路
1.引言
钻床是一种用途广泛的通用机床,包括立式钻床、卧式钻床、深孔钻床、多轴钻床等。
摇臂钻床是一种立式钻床,在钻床中具有一定的典型性,主要用于对大型零件进行钻孔、扩孔、铰孔和攻螺纹等,如果增加辅助设备,还可以进行辖孔。
传统Z35型摇臂钻床为继电器控制电路,此控制线路接触触点多,故障也多,机械使用率较低;用PLC控制技术改造其继电器控制电路,可以克服其缺点。
2.系统方案设定
2.1Z35摇臂钻床的结构
图1Z35摇臂钻床结构
Z35的外形图如图所示,主要由底座,工作台,主轴,摇臂,主轴箱,内立柱,外立柱等部分组成。
内立柱固定不动安装在底座上,外立柱套在内立柱外,并可以绕内立柱旋转一周,摇臂的一端套在外立柱上,借助丝杠的正转或者反转,摇臂可以沿外立柱上升或下降,但摇臂不能和外立柱做相对回转运动,它跟外立柱在一起绕内立柱回转,主轴箱安装在摇臂的水平导转轨上通过手轮操作可以使其沿导轨做径向移动,当需要钻削加工时,利用夹紧机构将外立柱紧固在内立柱上将摇臂固定在外立柱上,将主轴箱固定在摇臂上。
2.2Z35摇臂钻床的运动形式
Z35摇臂钻床的主运动包过主轴带动刀具的旋转运动和主轴带动道具的轴向进给运动。
Z35摇臂钻床的辅助运动包括外立柱绕内立柱的回转运动,摇臂沿外立柱的上升下降,主轴箱沿摇臂的水平径向移动以及加紧动作等。
2.4Z35摇臂钻床的电气控制分析
2.3.1主轴电动机的控制
将十字开关SA3扳到左边,其触头<2-3)闭合,KV得电吸合并自锁,然后将SA扳到右边,触头SA3<3-4)闭合,KM1吸合,主轴电动机转动。
将十字开关SA3扳到中间位置,SA的所有触头均断开,KM1释放,主轴电机也随之停止。
2.3.2摇臂的升降控制
摇臂升降控制是在零压继电器FV通电并自锁的前提下进行的,用来调整工件与钻头的相对高度。
摇臂升降前必须将夹紧装置放松,升降完毕后又必须夹紧,这些动作是通过十字开关SA、接触器KM2、KM3、位置开关SQl、SQ2控制电动机M3来实现的。
SQl是能够自动复位的鼓形转换开关,其两对触点都调整在常闭状态;SQ2是不能自动复位的鼓形转换开关,它的两对触点调整在常开状态,由机械装置来带动其通断。
以摇臂上升为例,将十字开关手柄从中间位置扳到向上位置,SA的上触头接通,接触器KM2通电,电动机M3正转启动。
由于机械结构关系,在M3开始运转时,摇臂暂不会上升,而是通过传动装置使摇臂夹紧机构放松,同时将位置开关SQ2的常开触头SQ2-2闭合,为夹紧摇臂做好准备。
当夹紧机构放松后,电动机M3通过升降丝杆,带动摇臂上升,当上升到预定位置时,将十字开关手柄扳回中间位置,接触器KM2断电,电动机M2停车,摇臂停止上升。
由于KM2的互锁触头恢复闭合,而SQ2-2在摇臂上升前已合上,故接触器KM3通电吸合,电动机M3反转,通过机械夹紧机构使摇臂自动夹紧。
夹紧后,位置开关SQ2-2断开,KM3断电释放,电动机M3停转,上升过程结束。
如果要使摇臂下降,只需将十字开关手柄扳到下降位置,使SA的下触头闭合,其工作过程与上升相同,只是运动方向相反而已。
由此可知,摇臂的升降是由机电联合控制实现的,它能自动完成摇臂“放松-上升(或下降>-夹紧”工作过程,SQ2是控制摇臂夹紧的位置开关,它的两个触点SQ2-2、SQ2-1分别在摇臂上升、下降时起作用。
为了使摇臂上升或下降时不致超过允许的极限位置,在摇臂上升和下降的控制电路中,分别串入位置开关SQ1-1、SQl-2的常闭触点。
当摇臂上升或下降到极限位置时,挡块将相应的位置开关压下,使电动机停转,从而避免事故的发生。
2.3.3立柱夹紧与松开的控制
立柱的夹紧与放松是通过接触器KM4和KM5控制电动机M4的正、反转来实现的。
当需要摇臂和外立柱绕内立柱转动时,应先按下按钮SB1使接触器KM4通电吸合,电动机M4正转,通过齿式离合器驱动齿轮式油泵,送出高压油。
经一定油路系统和传动机构将内外立柱松开,放开SB1,电动机M4停转,这时,摇臂在人力推动下转动,当转到所需位置时,再按下按钮SB2,使接触器KM5通电,电动机M4反转,在液压推动下立柱被夹紧;SB2松开后,电动机M4停转,整个“松开-移动-夹紧”过程结束。
由于主轴箱在摇臂上的夹紧与放松和立柱的夹紧与放松是用同一台电动机和液压机配合进行的,因此,在对立柱夹紧与放松的同时,也对主轴箱在摇臂上进行了夹紧与放松。
主轴箱与立柱的夹紧与放松也可用手柄操纵。
2.3.4冷却泵电机的控制
冷却泵电机由开关SA1直接控制,SA1闭合,M1转动,SA1断开,M1停止
2.3.5照明灯的控制
照明灯EL由开关SA2控制
2.5Z35摇臂钻床的控制要求
1.由于运动部件较多,故采用多台电动机拖动,以简化装置
2.为满足攻螺纹的需要,要求主轴能够实现正反转和调速,而主轴电动只由1个接触的控制,只能单方向转动,所以主轴的正反转由机械来完成
3.摇臂的上升和下降要有限位保护
4.摇臂的夹紧和放松由机械和电气联合完成。
立柱和主轴箱的夹紧与放松是由电动机配合液压装置来完成的。
5.钻削加工时需要对刀具及工件进行冷却。
6.要有零压保护
3.PLC的改造
3.1PLC的选择
3.1.1PLC的功能
(1)逻辑控制功能
(2)定时,计数功能
(3)数据处理功能
(4)通信与联网功能
3.1.2PLC的特点
(1)抗干扰能力强,可靠性高,环境适应好
(2)编程方法简单易学
(3)应用灵活,通用性好
(4)完善的监视和诊断功能
3.1.3PLC对时间和其他特殊功能要求
(1)对于开关量的控制系统,无需考虑PLC的响应时间,对于模拟量控制系统,特别是闭环控制系统,就需要考虑PLC的响应时间
(2)控制对象的不同会对PLC提出不同的控制要求,如用PLC替代继电器完成设备或生产过程控制的上限警报控制,只需PLC的基本逻辑功能即可。
对于需要模拟量控制的系统,则应选择配有模拟量I/O模块的PLC,PLC内部还具有数字运算功能。
对于需要惊醒数据处理以及信息管理的系统,PLC应具有图表传送,数据库生成等功能。
对于需要高速脉冲计数的系统,PLC应具有高速计数功能,且应了解系统所需的最高技术频率。
有些系统需要进行远程控制,就应先配具有远程I/O控制的PLC。
还有一些特殊功能,如温度控制,位置控制,PID控制等。
3.1.4用户程序存储器所需容量的估算
=指令步数
3.2PLC的改造
3.2.1Z35型摇臂钻床输入输出点数统计
1.输入点数
(1>主轴电动机启动运转的十字开关1个 (2>控制摇臂上升的十字开关1个 (3>立柱松开按钮SB1两个;立柱夹紧按钮SB2两个。 输入点数共11点。 2输出点数 (1>主轴电动机M2运行交流接触器1个; (2>摇臂升降电机正、反转交流接触器各1个; (3>立柱夹紧与松开控制电机的正、反转交流接触器各1个。 输出点数共5点。 综上所述,PLC应选用S7-200系列型的CPU224型的PLC,Z35型摇臂钻床改造后共需点数为16点,为了保证所设计的控制系统能正常运行,在设计硬件系统时,应根据I/O实际点数留有20%余量。 考虑到发展及工艺控制问题,故选择松下FP1-C24PLC继电器输出,I/O总点数为29,输入点数为16点,输出点数为13点。 3.2.2PLCI/O分配表 序号 功能 输入 序号 功能 输出 1 立柱松开按钮SB1 I0.0 1 M2控制接触器KM1 Q0.0 2 立柱夹紧按钮SB2 I0.1 2 M3正转接触器KM2 Q0.1 3 上限位SQ1 I0.2 3 M3反转接触器KM3 Q0.2 4 下限位SQ2 I0.3 4 M4正转接触器KM4 Q0.3 5 上升SA8上 I0.4 5 M4反转接触器KM5 Q0.4 6 下降SA8下 I0.5 6 M1控制接触器KM6 Q0.5 7 主轴SA8右 I0.6 7 照明HL1 Q0.6 8 启动SA8左 I0.7 8 摇臂上升HL2 Q0.7 9 冷却泵SA5 I1.0 9 摇臂下降HL3 Q1.0 10 照明SA4 I1.1 10 主轴工作HL4 Q1.1 11 升联动SA1 I1.2 11 冷却泵工作HL5 Q2.0 12 降联动SA1 I1.3 12 立柱夹紧HL6 Q2.1 13 M1热保护FR1 I1.4 13 立柱松开HL7 Q2.2 14 M2热保护FR2 I1.5 15 M3热保护FR3 I2.0 16 M4热保护FR4 I2.1 表1输入口分配表 结论 通过本次课程设计我学到了很多东西,熟悉了课堂上所学的基本内容,通过不断的调查资料,对PLC的构成和工作原理有了进一步深入的认识,尤其是PLC编程部分,在全组同学的分工合作下完成了本次课程设计,同时培养了我们独立思考的能力,对我们自身有很大的提升。 参考文献 1.刘长青.电气控制与PLC应用技术.科学出版社 2.王永华.现代电气控制及PLC应用技术.第二版.北京航空航天大学出版社 3.廖常初.PLC基础及应用.第二版.机械工业出版社 4.张浩风.PLC梯形图设计方法与应用实例.机械工业出版社 5.宋伯生.PLC编程实用指南.机械工业出版社 6.辽宁省农业工程学校.电气控制设备.中国农业出版社
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