用PLC技术改造Z3040型摇臂钻床.pdf

第 l 期 总 第 1 7 6 期 2 0 1 3年 2月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG AUT MATI N No 1 Fe b 文 章 编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 3 0 1 0 1 6 8 0 2 用 P L C技术改造 Z 3 0 4 0型摇臂钻床 石玉明 凌忠 良 湖南信息职业技术学院 湖南 长沙4 1 0 2 0 0 摘要 介绍可编程控 制器 P L C在 Z 3 0 4 0型摇臂钻床技术改造 中的应用 简要分 析了用 P L C控制 Z 3 0 4 0型摇 臂钻 床的工作过程 其中包括 P I C的机型选择 I 地址分 配 I O 端 口接线 图及 P L C梯形 图等几个环节 的设 计 方 法 关键词 P L C Z 3 0 4 0型摇臂钻床 改造 中图分类号 T G 5 2 2 T P 2 7 3 文献标识码 A 0 引言 目前 部分中小型企业仍广泛使用传统 的继 电器 控制机床 虽然这些机床能在一定范围内满足单机和 自动生产线的需要 但由于它的电控系统是以继电器 接触器的硬连接为基础的 技术上 比较落后 特别是其 触 点 的可靠 性 问题 直 接影 响 了产 品质量 生产 效 率 和 生产成本 如用 P L C对它进行技术 改造 便能取得很 好的效果 本 文以一台老式 Z 3 0 4 0型摇臂钻床 电气 技术 改造为例 简要说 明 P L C在这方 面的应用 1 Z 3 0 4 0摇臂钻 床 的电气 控 制要求 钻床是一种用途广泛的孔加工机床 主要用于钻 头钻削精度要求不高的孔 另外还可用来扩孑 L 铰孔 镗孔 以及刮平面 攻螺纹等 Z 3 O 4 O型摇臂钻床是一 种立式钻床 适用于单件或批量生产中带有多孔 的大 型零件的孔加工 图 1为 Z 3 O 4 O型摇臂钻床电气控制 系统的主电路图 Ll L 2 L3 图 l Z 3 0 4 0型摇臂钻床 电气控制 系统的主电路 Z 3 0 4 0型摇臂钻床的电气控制要求如下 1 M1为主轴电动机 功率为 3 k W 由交流接触 器 KM1控制 只要求单方 向旋转 主轴的正 反转 由 机 械 手 柄操 作 转 换 开关 QS 1控 制 主轴 电 动 机 M1 装在主轴箱的顶部 带动主轴及进 给传动系统 热继 电器 F R 1为主轴电机的过载保护元件 2 M2为摇臂升降电动机 功率为 1 5 k w 用接 触器 KM2和 K M3控 制正 反 转 由于该 电动机 短 时 间工作 故不需要设过载保护电器 但为了安全 应具 有极 限保 护 摇臂 采 用 自动夹 紧和 放松 控 制 应保 证 摇臂在 放松状 态下进行升 降 3 M3为液 压泵 电动 机 功率 为 0 7 5 k W 可 以 做正向转动和反向转动 分别 由接触器 KM4和 KM5 控制 热继 电 器 F R2是液 压 泵 电 动 机 的 过 载 保 护 电 器 该 电机 的主要作用是供 给夹 紧装 置压力油 实现摇 臂 和立柱 的夹紧与松 开 4 M4为冷却泵 电动机 功率很小 只有 9 0 w 由开关 Q S 2直接启动与停 止 热继电器 F R 3为冷却 泵电动机的过载保护电器 2 P L C控 制电路 2 1 I O 分配 机型 选择 I o 接 线图 为 实现 Z 3 O 4 O 摇 臂钻床 的 上述 电气控 制 要 求 现 选 择三菱公 司生 产 的 F X 2 N一 4 8 MR 小 型 P I C 其 I O地址 分配 见表 1 图 2为 Z 3 O 4 0 摇臂钻床的 P L C输入输出接线图 绘 制 时须注意 以下几 个 问题 1 尽 量 减 少 P L C 的 输 入 信 号 和 输 出 信 号 P I C的价格 与 I O点 数有关 减少 输入 输 出信 号 的点 数是降低硬件费用 的主要措施 该控制电路 中 由于 冷却泵电动机 M4的控制电路相对简单 且与别的电 路无关 因此没有必要采用 P L C控制 应仍采用继 电 器电路控制 2 热 继电器 的过载信号 处理 如果热继 电器属 于 自动复位型 其触点提供的过载信号必须通过输入 收稿 H期 2 0 1 2 0 9 1 7 修同 日期 2 0 1 2 1 0 1 1 作者简介 石 明 1 9 7 3 一 男 湖南 长沙人 高级实验师 高级技 师 本科 主要从事电 t 工程理沧及实践教学 研究一 l 作 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 2 0 1 3年第 1期 石 玉明 等 用 P L C技术改造 Z 3 0 4 0型摇臂 钻床 1 6 9 电路提供给 P L C 见图 2中 F R1 F R 2 用梯形图实现 过载保护 如果属于手动复位热继 电器 其常闭触点可 以在 P L C的输出电路 中与控制 电机的交流接触器 的 线 圈串联 表 1 输入输 出信号地址分 配表 输入信号 输 出信号 端子 端子 名称 代号 名称 代号 编号 编号 控制电路 电源开关 QF 3 X 0 电压继 电器 KV Y0 总停止按钮 S B 7 X1 主轴接触器 KM1 Y1 总启动按钮 S B 1 X 2 摇臂上升接触器 KM2 Y2 电压继 电器 KV X 3 摇臂下降接触器 KM3 Y3 主轴热继 电器 F R1 X 4 松开接触器 KM4 Y4 主轴启 动按钮 S B 2 X 5 夹 紧接触器 KM5 Y5 主轴停 止按钮 S B 8 X 6 松开 电磁铁 YAl Y6 摇臂上 升按钮 S B 3 X7 夹紧电磁铁 YA2 Y7 摇臂下 降按钮 S B 4 X1 0 摇臂上升位置开关 S Q1 1 X1 1 摇臂下降位置开关 S Q1 2 X1 2 松开位 置开关 S Q2 X1 3 夹紧位置开关 S Q3 X1 4 液压泵 热继 电器 F R2 X1 5 松开控制按钮 S B 5 X1 6 夹紧控 制按钮 S B 6 X1 7 S A l X2 O 主轴箱 立柱 S A 一 2 X2 1 松开 夹紧 S A一 3 X2 2 2 2 0 v L J h I 厂 s 8 i o 卜 K M S B 9L J Y A2 Y A1 K lI量 5 K M 4 图 2 Z 3 0 4 0 摇臂 钻床 P L C输入输出接线图 3 事故紧急处理 当遇到紧急情况需要立即停 止操作时 可以第一时间按下 P L C外部接线装置中的 急停按钮 S B 1 0 KM 线圈断电 切断 P L C的外部供 电 电源 从而有效避免了事故的发生 2 2 P L C梯形 图 图 3为 P L C梯形图程序 3 P L C梯 形 图程序设 计说 明 3 1 主轴 电动机 M1的控 制 合上 QF 3 X 0闭合 Y O闭合且 自锁 X3闭合 接 通控制 电路 电源 按下 S B 2 X 5闭合 Y1闭合 并 自 锁 主轴电动 M1 启动运转 电 压 继 电 器 匿 电 压 继 电 器 YI 氅 控 制 I I l l吧 明 口 L m I J 丽 1 l IM O X l 3X 5 y l主 轴 箱 立 l 霹 可 5 1摇 臂 松 开 控 I x t3 X l O X 7 Y l 3 Y 2 摇 臂 上 升 控 l M慧y 寞 5 l I l I 酱 胃 犬 累 拦 l I M O P L F 2 3J Q X1 6 M O 夔 M 5 X2 0 坚 M 5 X 2 1 T Y7 M 5 P L F M 6 4 4 M 6 T 2 呶 r M 7 I fr Z 反转 反接 制动 延时 主轴箱 松 开 夹紧 电 磁铁控制 立柱松开 夹紧 电磁 铁控制 2 O 图 3 P LC梯 形 图 程 序 3 2 摇 臂升 降控制 当需要摇 臂上升 时 按 下 S B 3 X 7闭合 M0接通 由于第 4逻辑行 中 X1 5是闭合的 因而 Y4接通闭合 液压泵 电动机 M3正转 松开 摇 臂 摇 臂松 开后 第 4 逻辑行 中的 XI 3的常闭触点断开 第 5逻辑行 中的 X1 3的常开触点闭合 液压泵电动机 M3停转 而摇臂 升降电动机 M2正转 带动摇臂上升 当摇臂上升 到一定 高度 时 松开 S B 3 X 7复位 M0断开 第 7逻辑行 中 M2闭合一个扫描周期 的时 间 使得第 8逻辑行中的 M3闭合并 自锁 同时 T O接 通 开始计时 经过 2 S 后 T O动作 第 9 逻辑行中 M4 闭合一个扫描周期的时间 使 得第 6逻辑行 中的 M4 闭合 接通 Y 5 液压泵电动机 M3反转 夹紧摇臂 夹 紧摇臂后 S Ql S Q2恢 复初始状态且 X 1 4断开 Y 5 失电 液压泵电动机 M3停转 完成摇臂上升的控制过 程 摇臂下降的控制过程与摇臂上升的控制相同 3 3 立 柱和主轴 箱 的松 开 与 夹紧控 制 当需要松开与夹紧主轴箱或立柱时 选择 S A至 适当的位置 按下 S B 5或 S B 6 第 1 O逻辑行 中 X1 6或 X1 7闭合 接通 M5及 T O 第 4逻辑行或第 7逻辑行 中的 M5 TO闭合 接通 Y 4或 Y5 使得立柱和主轴箱 完成 松开 与夹紧控 制 4 结束语 用 P L C改造后的 7 3 0 4 0摇臂钻床通过实际使用 生 产效率得到了很大提高 并能很好地保证其加工精度 自 运行以来 系统运行稳定 可靠 完全满足了生产工艺的 要求 对同类设备的技术改造有较大的参考价值 参考文献 1 3 狄建雄 P L C编程 及应用实战 M 北京 电子工业 出版 社 2 0 1 1 2 贺哲荣 流行 P L C实用程序及设计 M 西安 西 安电 子科技大学 出版社 2 0 0 8 3 廖常初 P L C基础 及应用 M 北京 机 械工业 出版 社 2 00 4 英文摘 要转 第 1 7 2页 删 一 一 一 一 1 一 一 一 一 一0 一 一 一 一 一 一 一 n 一如 一 4 3 2 1 O 一 一一 一 一一 一 一 一4 I 一 一 一 一 I 匿 里 1 I 一 呈 盼 一 一 一 芑 一 一 阱 一 髓 一 腿 一 酡 一 v 一 叭 一 盯 一 一 S S F S S S S S S S S F K S S Q 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 1 72 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 3年 第 1期 阳轮 行 星轮 行星架 和 内齿圈 的惯 量在 不同工况 下对 行 星轮 系 的固有频 率的影 响各不相 同 通过 比较 分析 O 5 0 O 5 1 O 1 5 1 1 O 0 0 0 0 1 2 3 4 5 构 件编号 a 1 阶模态 构件编号 b 5 阶模态 图 3 固定行星架时的 1阶 5阶模态 参考文献 1 Ve l e x P F l a ma n d I I y n a mi c r e s p o n s e o f p l a n e t a r y t r a i n s t O me s h p a r a m e t e r e x c i t a t i o n s J AS ME j o u r n a l o f M e c h a n i c a l De s i g n 1 9 9 6 n 8 7 1 4 E e l L i n J P a r k e r R G A n a l y t i c a l c h a r a c t e r i z a t i o n o f t h e u n i q u e p r o p e r t i e s o f p l a n e t a r y g e a r f r e e v i b r a t i o n J J o u r n a l o f Vi b r a t i o n a n d Ac o u s t i c s 1 9 9 9 l 2 1 3 l 6 3 2 1 E 3 孙智 民 沈允 文 李 素有 封 闭行星齿 轮传动系统 的动态 特性研究 j 机械工程学报 2 0 0 2 3 8 2 4 4 8 4 巫世 晶 潜波 路红山 等 车辆传动系扭转振动分析 系统 可知 行星架在 3种工况下振动都不是最显著的 因此 改变行 星架 的惯量 对 系统 频率 的影响有 限 1 O O 5 O O 5 l O 2 3 4 5 构件编号 a i 阶模态 0 5 f 弋 0 1 5 I 0 2 0 1 一 一 一 o 2 5 卜 l 一5 构件编号 h 5 阶模 态 图 4 固定太阳轮时的 l阶 5阶模态 研究与开发 J 系统仿 真学报 2 0 0 6 1 8 1 1 3 1 0 0 3 1 0 4 5 王 世 宇 行 星 传 动 固 有 特性 分析 J 中国 机 械 工程 2 00 5 i 6 1 6 l 461 1 46 4 6 Ka h r a ma n A Na t u r a l m o d e s o f p l a n e t a r y g e a r t r a i n s n J o u r n a l o f S o u n d a n d Vi b r a t i o n 1 9 9 4 1 7 3 1 1 2 5 一 l 3 O 7 0 王世 字 宋 轶 民 沈兆 光 行 星传动系统 的 固有特性 及模 态跃迁研究 J 振动工程学报 2 0 0 5 1 8 4 4 1 2 4 1 7 8 马朝锋 刘 凯 崔亚辉 风 电增 速箱行 星轮系的扭转 振动 模型 j 机械科学 与技术 2 0 1 0 2 9 6 7 8 8 7 9 1 Re s e a r c h o n I n h e r e nt Ch a r a c t e r i s t i c o f Pl a ne t a r y Ge a r S y s t e m M O Ru i i l a S I t ENG Sh a ng ku n 1 Co l l e g e of M e c h a nic a l a n d El e c t r o n i c En g i n e e r i n g Ta r i m Univ e r s i t y Al a r 8 4 3 3 0 0 Ch i n a 2 Sh a n g d o n g Gu a n g yu e S t e e r i n g Kn u c k l e Ge n e r a l Fa c t o r y Li a o e h e n g 2 5 2 0 0 0 Chi n a A b s t r a c t Th e d y n a mi c e q u a t i o n s o f p l a n e t a r y g e a r s y s t e m we r e p r o p o s e d o n t h e b a s i s o f La g r a n g i a n me t h o d c o n s i d e r i n g me s h s t i f f n e s s a n d t o r s i o n a l s t i f f n e s s Th e e i g e n v a l u e s a n d e i g e n v e c t o r s we r e o b t a i n e d b y s o M n g t h e d y n a mi c e q u a t io n s o f f r e e v i b r a t i o n u s i n g n u me r i c a l me t h o d I h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e d y n a mi c c h a r a c t e r i s t i c s a r e n o t t h e s a me r e s p o n s e s u t l d e r d i f f e r e n t wo r k i n g c o n d i t i o n s a n d t h e e f f e c t s o f t h e mo me n t o f i n e r t i a o f t h e s u n i n n e r r i n g p l a n e t a n d c a r r i e r o n t h e i n h e r e n t c h a r a c t e r i s t i c O f t h e s y s t e m a r e d i f f e r e n t t O O Ke y wor d s pl a ne t a r y ge a r i nh e r e nt c ha r a c t e r i s t i c dy na mi c mo de l 上 接 第 1 6 9页 Tr a n s f o r m a t i o n o f Z3 0 4 0 Ra d i a l Dr i l l b y PLC SHI Yu m