资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共45页)
编号：209451929
类型：共享资源
大小：3.92MB
格式：ZIP
上传时间：2022-04-25
上传人：机械设计Q****6154...
认证信息
个人认证
陈**（实名认证）
上海
IP属地：上海
30
积分
- 关 键 词：
-
基于
三菱
PLC
Z3040
钻床
控制系统
设计
- 资源描述：
-
基于三菱PLC的Z3040钻床控制系统设计,基于,三菱,PLC,Z3040,钻床,控制系统,设计
- 内容简介：
-
基于三菱PLC的Z3040钻床控制系统设计DESIGN OF Z3040 DRILLING MACHINE CONTROL SYSTEM BASED ON MITSUBISHI PLC 摘要Z3040钻床在传统的继电器-接触器电气控制系统中存在着线路复杂、可靠性差等固有问题以及其余方面的问题。本设计选用了FXOS- 30MR的PLC（可编程控制器）对Z3040钻床进行了电气控制系统的改造。选用CJ20-16型的交流接触器来实现主轴正反转功能。选用RL1-60的熔断器来对机床总电路、主轴电动机、变压器以及照明灯短路保护。选用JQR热继电器来进行过载保护。并用GX developer仿真软件进行了梯形图仿真，对PLC控制摇臂钻床的工作过程作了详细论述，还给了对应的控制原理图。关键词：可编程控制器；Z3040钻床；电气控制系统；梯形图AbstractZ3040 drilling machine in the traditional relay - contactor electrical control system there are lines of complex, poor reliability and other inherent problems and the remaining aspects of the problem. The design of the choice of FXOS-30MR PLC (programmable controller) on the Z3040 drilling machine for electrical control system transformation. Selection of CJ20-16 type AC contactor to achieve the spindle reversing function. Selection of RL1-60 fuse to the machine total circuit, spindle motor, transformer and lighting short circuit protection. Use JQR thermal relay for overload protection. And the GX developer simulation software was used to simulate the ladder diagram. The working process of the PLC control radial drilling machine was discussed in detail, and the corresponding control schematic was given.Keywords PLC; Z3040 drilling machine; electrical control system; ladder diagram40目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1普通机床的机构11.1.1机床定义11.1.2机床组成11.1.3机床分类21.2钻床31.2.1台式钻床31.2.2立式钻床41.2.3摇臂钻床41.2.4铣钻床51.2.5平端面中心孔钻床51.2.6卧式钻床51.3研究现状61.4研究的意义和内容81.4.1本课题的研究的意义81.4.2本课题的研究的内容及方法92摇臂钻床的机械结构和工作原理102.1 Z3040摇臂钻床的结构102.2 摇臂钻床的运动形式122.3Z3040传统控制线路原理分析122.3.1主电路分析132.3.2主轴电动机的控制142.3.3摇臂的升降控制142.3.4主轴箱与立柱的松、紧控制152.3.5信号及照明电路分析152.4 液压系统162.4.1操纵机构液压系统162.4.2 夹紧机构液压系统162.5联锁和保护环节182.5.1 联锁环节182.5.2 保护环节183 Z3040钻床电气控制系统硬件设计203.1 主要电气元件选型203.1.1 电动机选型203.1.2 接触器选型213.1.3 继电器选型223.1.4 熔断器选择243.2 PLC的型号选择264 Z3040钻床控制系统的软件设计294.1梯形图294.2仿真调试30结论36致谢37参考文献381 绪论1.1普通机床的机构19世纪，在各类机床驱动下，纺织、电力、运输机械和军火生产兴起。 随着社会科学技术的进步，单车床逐步演进成铣机，刨床，磨床，钻床等，这些主要机床已基本成型，因而对于20世纪初的精密机床和生产机械化与半自动化开创先决条件。普通车床是一种卧式车床，可加工多种工件，如轴，板，环等。它经常用于工件的外圈，内圈，端面，成型表面以及螺纹。 相应的工具以及配件，还能够进行攻丝、滚花、铰孔和钻孔。 普通车床在车床中是应用最普遍的，占车床总数的约65，因为主轴以水平形式搁置，故称作卧式车床。1.1.1机床定义金属切削机床是用切削的措施是将金属毛胚加工成机器零件的机器，是制造机器的机器，所以又称工作母机或工具机，简称为机床。 在现代制造业中，切削加工是获取具备一定形态、尺寸和精度的零件的主要措施，尤其是加工精密零件，所以机床是加工机械零件的主要设备1。 1.1.2机床组成一般机床的组成部分有：主轴箱、尾座、刀架、进给箱、溜板箱、光杠、丝杠和床身。图1-1普通机床的结构主轴箱：又称为床头箱，经过一系列的变速机构旋转主电机是它的主要工作，通过变速机构使主轴到达所需求的正反向两种不同的转速，与此同时主轴箱分出的部分运动要将运动传递给进给箱。主轴中主轴是车床的关键部件，主轴在轴承上的平稳运转直接影响工件的加工品质。机器的应用价值会因为主轴的旋转精度的降低而降低。进给箱：又称走刀箱，是安装变速进给装置的箱体，经过对进给手柄的调整来完成进给速度的调整，所需求的进给量以及螺距都是由此得出，它通过光杠或者丝杠将运动传至刀架来进行需求切削。丝杠与光杠：进给箱与溜板箱的联接原件，丝杆用于加工螺纹，螺纹的导程是由丝杆实现的。光杆用于不精确的传动，车外圆的时候，刀具移动速度不需要很准确。丝杆用于精确实时同步传动，加工螺纹时必需要用它来进行传动。溜板箱：进给运动的操纵箱，把丝杠和光杠旋转运动转化为自身的直线运动，以此来确保带动刀架的进给运动，并且控制刀架运动的接通、断开以及换向。刀架：用于车刀的装置，来带动车刀进行纵向、横向或斜向运动。自身由中、小滑板、床鞍和刀架体组成。尾座：能够装钻头、铰刀等孔加工刀具来进行孔的加工，也可装置作定位支撑用的后顶尖。床身：上面安装着车床的各个主要部件，使车床工作时上面的部件能够保持准确的相对位置。1.1.3机床分类 机床按其工作原理可以划分为十一大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、锯床和其余机床。在每一类机床中，又能够按工艺范畴、布局方式和构造分为十个组，每一组又划分为十个系。在上述基本分类方案上，还可以依据机床的其余特征进一步区别。同类型机床按其应用范畴又能够分为通用机床、专门化机床、专用机床。同类型的机床按其工作的精度又能够分为普通精度机床、精细机床和高精度机床1。随着机床的发展，现代机床正在向数控化方向发展，功能也日趋多样化，也可把机床分为一般机床、一般数控机床、加工中心、柔性制造单元等等。常见的车床如钻床，镗床，磨床：镗床主要是用镗刀在工件上镗孔的机床，磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。本文将着重介绍钻床中的摇臂钻床。图1-2镗床图1-3磨床1.2钻床机床工件加工孔中主要应用钻头的机床就是钻床。钻机构造简略，加工的精度相对较低，可以钻孔，盲孔，改换专用刀具，可扩孔，锪孔，铰孔或攻丝等。主运动是钻头的旋转运动，进给运动是钻头轴向移动。在加工过程中，工件不需用移动，使刀具移动，刀具中心对齐中心，刀具旋转是主要运动。钻机的特点是工件固定，由刀具做旋转运动，并沿主轴进给方向，操作能够手动，同样也能够自动。钻床有很多种类，有台式的，立式的，深孔的，中心孔的，铣的，卧式的、摇臂的等。1.2.1台式钻床图1-4台式钻床主轴不仅是一台小型钻床，也是可以放在工作平台上。主轴轴线固定，工件移动，让加工点与主轴轴对齐。 主轴在主箱中进行轴向移动和旋转。 主轴箱固定在柱的上端，或者可以在柱上进行上下移动并调整其位置，并可扩大范围，围绕柱旋转的工作台上下移。1.2.2立式钻床图1-5立式钻床主轴旋转中心固定，让工件移动，让加工点与主轴中心对齐。 主轴箱和工作台装置在立柱上，主轴垂直摆列， 主轴可以操纵。 主要应用于机械制造和维修部门的单，小批量生产，中小零件用于钻孔，铰孔，铰孔，锪孔和攻丝等加工。1.2.3摇臂钻床图1-6 摇臂钻床摇臂钻床的摇臂可以围绕立柱旋转并提升，通常摇杆中的主轴箱水平运动。只有主轴和工件的相对位置是固定的，工件能够装置在工作台或底座上，工件的分量一般不受到限制。 主轴在主轴箱中进行旋转运动和轴向运动，摇臂钻床主要应用于零件的钻孔，铰孔，铰孔，锪孔和攻丝等的加工。1.2.4铣钻床图1-7铣钻床可垂直和水平运动，垂直钻孔轴线，钻孔可主要铣削，通常用于台式铣床，有横台立式铣床和卧式钻床，适用于铣削零件和单，小批量生产中，小型钻孔。1.2.5平端面中心孔钻床图1-8平端面中心孔钻床有两个主轴，每个具备铣削轴和钻杆轴，工件被保持在机架中的V形块中，按照工件的长度调节切割器之间的间隔。 电动头首先水平铣入钻头的两端进入钻孔。 关于较小直径的工件，两个能源头只需要一个主轴，刮削端面工具刮削端面，切割轴端面并运用中心钻加工中心孔。 通过大量批量生产轴部件的制备过程。1.2.6卧式钻床 图1-9卧式钻床主轴水平放置，主轴箱或工作台能够垂向移动，让加工点对准主轴中心，运用于箱体类零件加工。1.3研究现状文献2首先分析了摇臂钻床的主电路，而后分析了控制电路。包含基本控制电路、摇臂升降电动机控制电路以及摇臂的夹紧松开控制电路。结合原理图1-10对Z3040B摇臂钻床电气控制系统进行了分析，并在此基础上进行控制与改良。以利于技术人员对设施的维护和检修。文献3首先对Z3050X 16(W)型摇臂钻床的运动进行了分析，根据它的主运动与进给运动的关系，设计PLC的控制程序，进行控制功能的设计。并给出了PLC的控制电路图1-11。机床的加工过程经过PLC的改造，采用主轴变频和伺服进给技术，是机械传动链大大缩短，减少了传动误差，保证了钻床高效、准确的运行。文献4主要针对基于PLC的全自动气动钻床控制系统设计进行了研讨以及剖析。先分别论述了全自动气动钻床机构设计以及气动系统设计，然后再在此基础上充分联合了PLC控制技术剖析了基于了PLC的全自动气动钻床控制系统设计。不仅达到了机床的全自动化，还更好的对机床进行了有效合理的控制。文献5介绍了PLC和变频器的结合，探讨了三菱 PLC 同其变频器的 FX0N 3A 模拟量扩充模块控制性能的编程和运用，传统的运用普通是利用PLC的输出接点驱动中间继电器控制变频器的启动、中止或是多段速; 更为准确一点的一般采纳 PLC加 D/A 扩充模块持续控制变频器的运行或是多台变频器之间的同步运转，有助于读者进一步对三菱 PLC 与变频器在运动控制系统中的探讨和运用。图1-10 Z3040B 摇臂钻床的主电路图1-11 PLC控制电路图文献6 首先点出应用PLC对传统的继电器接触器控制系统进行改造,是目前机床技术改造的发展趋向。再其次给出了摇臂钻床用PLC改造的梯形图仿真过程。PLC灵活的编程控制、高可靠性的特点,能够实现机床的工艺的多种要求,同时简化了控制元件和控制线路,有很高的实际运用价值。控制的摇臂升降的梯形图1-12。文献7 采纳 PLC 数字化控制技术取代传统继电器 - 接触器电气控制系统,完成对Z3040钻床的控制,提高了机床的工作效率、工作稳定性和可靠性, 同时使生产效率也得到了进步, 很好的保障了其加工精度。文献8 本文经过用三菱 PLC 编程的措施完成对一台三相异步电动机的星三角降压起动控制的实例，叙说如何从传统的低压电器接触控制系统的控制形式转换成由三菱 PLC 程序的控制方式，并通过程序的分解与组合的教学设计，融入了三菱 PLC 编程的设计思路，巧妙地综合运用了三菱 PLC 的基本指令，在完成基本控制的前提下扩充了控制性能。降压启动原理图如图1-13。图1-12 摇臂升降梯形图图1-13电动机星三角降压起动控制电气原理图文献9 Z3040摇臂钻床是一种普遍运用的孔加工机床，该机床大部分采纳继电器接触器进行控制。继电器接触器控制自动化程度相对较低，机床工作误差较大且精确度不高。如图1-14现以西门子S7-200 PLC为控制核心，通过硬件的选型以及软件的设计，研制了一套基于PLC的Z3040摇臂钻床自动化控制系统。经过测试，该系统运转良好，能极大地提高Z3040摇臂钻床的工作效率和精度。图 1-14系统结构图1.4研究的意义和内容1.4.1本课题的研究的意义 在机械制造业中，机床有着非常广泛的应用。摇臂钻床是钻削加工的主要设备之一，Z3040钻床是一种应用广泛的摇臂孔加工机床，传统Z3040钻床固有线路复杂、故障率高、适应性差的诸多问题。利用PLC对原系统进行改造，PLC用逻辑触点代替了继电器控制系统中的实际接触触点，利用PLC对机床进行改造，使Z3040机床的工艺加工方法保持不变，同时解决传统电气控制系统线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断困难等问题,这样完成了控制系统的快速性，准确性和合理性的要求，也满足了实际生产的要求。1.4.2本课题的研究的内容及方法本文首先介绍了Z3040摇臂钻床机械结构和工作原理，并对原有继电器控制电路进行分析，确定Z3040摇臂钻床改造的总体方案。接着对PLC的工作原理，控制的优点进行介绍，然后是PLC对Z3040摇臂钻床进行改造的具体过程，包括各元器件的选型、I/O口的分配、PLC外部接线图的设计。接下来设计PLC改造Z3040摇臂钻床的程序并进行了详细的调试说明。本文选用三菱PLC对Z3040钻床控制系统设计， 通过查阅资料学习Z3040摇臂钻床的结构和工作原理，其机械结构主要是底座、外立柱、内立柱，摇臂、主轴箱及工作台等部分。Z3040钻床的硬件设计：主电路包括主轴电动机、摇臂升降电动机，根据需求确定主电路改造方案；控制电路改造，根据原控制电路确定I/O点数，根据输出输入端口需要确定系统所需要PLC型号，设计I/O接线图，完成接触器、断路器、热继电器、熔断器等元器件的选型；根据PLC系统分析，完成元器件布置图和接线图。Z3040钻床的软件设计：程序的设计分为主轴电动机模块、摇臂升降控制模块、夹紧松开模块，分别设计出工作流程图。根据流程图采用三菱PLC软件，编写提携图和指令表程序，并完成模拟实验状态的仿真。但由于自身知识水平的限制，时间仓促等原因，难免有许多不足之处，希望老师给予指正并提出宝贵意见，在此表示感谢。2摇臂钻床的机械结构和工作原理摇臂钻床是典型的钻床，它适用于单个零件或者大批量零件的生产，还适用于多孔大型零件的孔加工。不仅操作方便，灵活，而且它的适用范围广泛。2.1 Z3040钻床的结构如图2-1所示，Z3040钻床的主要是由下列部分组成：底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱和工作台这6个主要部分。图2-1 Z3040钻床结构示意图1.底座 2.内立柱 3、4外立柱5.摇臂 6.主轴箱 7.主轴 8.工作台图2-2摇臂钻床底座底座：用来固定钻床，当加工工件较大时，还可以用来固定工件。图2-3摇臂钻床的立柱内、外立柱：内立柱是固定在底座一端的，内立柱的外面套着外立柱，外立柱可以围绕内立柱进行360度的旋转。套筒在摇臂的一段，套筒套装在外立柱上进行上下移动。摇臂与外立柱固定成一体，故摇臂只能和外立柱一起进行回转，不可以绕外立柱进行转动。图2-4摇臂钻床的摇臂摇臂：其一端的套管部分与外立柱滑动配合，借助于丝杠能够相对于外立柱上下移动，但是无法与外立柱作相对运动，只能摇臂与外立柱一起绕着内立柱来进行回转，需要时，也可通过夹紧机构夹紧在立柱上。图2-5摇臂钻床主轴箱主轴箱：主轴箱是由几部分复合部件构成，它包括了主驱动电机，主轴和主轴的传动机构，进给和变速机构，机器操作机构等。主轴箱装在摇臂的水平导轨上，能够通过手轮操作沿着摇臂的水平导轨作径向运动。图2-6摇臂钻床工作台工作台：用于固定不太大的加工件。2.2 摇臂钻床的运动形式图2-7运动过程流程图要进行加工时，首先按照摇臂钻床的位置调整到需求的位置它包括的运动过程，如图2-7所示。主轴由特别的装置夹紧后将导轨固定在曲柄摇臂上，同时外立柱是固定在内立柱上的，摇臂也同样是固定在外立柱之上的。然后再是进行需求的钻孔加工。在进行钻削的加工时，需要钻头能够同时进行旋转切削还有纵向的进给。运动的主要形式：主运动：主轴进行的旋转运动，它是由主电动机M1驱动的。进给运动：主轴进行的纵向进给运动，它同样是由主电动机M1驱动。辅助运动：摇臂沿着外立柱进行的纵向垂直运动，它是由升降电动机M2驱动。 主轴箱沿着摇臂的伸长方向进行的滑动，这是由手操作的，手动。 外立柱和摇臂一同围绕着内立柱进行的回转运动，这也是由手操作的，手动。 主轴箱同摇臂、摇臂同外立柱、内立柱同外立柱间的夹紧运动以及放松运动，这是由液压驱动和电动机M3拖动。 2.3Z3040传统控制线路原理分析现如今的Z3040摇臂钻床取消了十字开关，它的电气原理图如图2-8所示：图2-8 Z3040钻床传统电气控制原理图2.3.1主电路分析SA2开关死电源开关，它控制三相电源U、V、W，熔断器FU1是进行全电路的短路保护的，熔断器FU2是进行摇臂升降电动机M2、冷却并电动机以及摇臂升降电动机M3的短路保护。主电路共有四台电动机：（1）主轴电动机控制：主轴电动及,1为单向转动，主轴电动机的启动和停止控制电路分别有按钮SB1，SB2和接触器KM1控制。主轴电动机启动，然后它拖动齿轮泵进行压力油的输送，之后通过主轴操纵手柄的控制，来驱动主轴实现转动。（2）摇臂的升降控制：首先由摇臂升降指令控制，发出运行的指令，然后进行运动。先是摇臂的松开过程，而后是摇臂进行上升或者下降的运动。等待摇臂升降到达指定的位置时，这时再自行重新夹紧。上述过程中摇臂的松开和夹紧都是通过夹紧机构的液压系统来实现的，这里需要摇臂的升降系统和夹紧机构的液压系统，相互配合完成工作。（3）按钮SB2、SB4通过电动进行控制摇臂升降电动机M2正反转接触器KM2和KM3，以此来实现电动机M2的转反转运动，再是拖动摇臂进行上升和下降的运动。（4）通过正反转接触器KM4、KM5来控制液压泵电动机M3，并由此来进行双向液压泵M3的拖动，使之运动，达到要求。（5）通过二位六通电磁阀把压力油送出，到摇臂的夹紧机构，由此来实现夹紧运动和松开运动。（6）开关SA1控制冷却泵电动机M4的单向转动，主要原因是冷却泵电动机具有较小的容量。2.3.2主轴电动机的控制在启动主轴电机之前，首先拨开自动开关SA2至ON位置，并且电源指示灯亮起。按下按钮SB1，主轴电动机旋转转指示器HL3接通时，同时交流接触器KM1线圈通电并且自锁以实现主轴电机旋转。 经过机械转换完成主轴的正向和反向旋转。它主轴控制流程图如图2-9示：图2-9 主轴控制流程图2.3.3摇臂的升降控制摇臂上升：首先要按下摇臂上升控制按钮SB3，这时定时器KT会得电，并让线圈KM4以及电磁阀YA获得电子，由此液压泵电动机开始运转，液压泵电动机正向进行旋转，摇臂松开。等待摇臂松开到达指定位置，这时按下行程开关SQ2，让接触线圈KM4失去电子，由此液压泵电动机停转，同时KM2线圈会得到电子，这时摇臂升降电动机M2开始工作，正向旋转，摇臂开始上升。等待摇臂上升到指定位置，打开按钮SB3，让线圈KM2和线圈KT都失去电，这时摇臂升降电动机M3停止旋转，摇臂的上升过程停止，KT时候延时星定时器，等到摇臂完全停止运动后，这时液压泵电动机M3进行反向转动，摇臂由此夹紧。摇臂夹紧到达要求位置，再按下行程开关SQ3，让线圈KM5失去电，由此液压泵电动机M3停止旋转。摇臂下降：首先要按下摇臂下降控制按钮SB4，这时定时器KY会的点，并让线圈KM4以及电磁阀YA获电，由此液压泵电动机开始运动，液压泵电动及M3正向旋转，摇臂松开。等待摇臂松开到达要求位置，按下行程开关SQ2，让线圈KM4失去电，由此液压泵电动机停止旋转，同时线圈KM3也会得电，驱使摇臂升降电动机M2进行转动，摇臂升降电动机M2反向转动，由此摇臂下降。等待摇臂下降下降到指定位置，打开摇臂下降按钮SB4，线圈KM3和电磁阀YA失去电，由此摇臂升降电动机M3停止工作，停止旋转，摇臂下降过程停止2.3.4主轴箱与立柱的松、紧控制通常主轴箱和立柱进行的夹紧以及松开不运动都是一同进行的。按下立柱以及主轴箱的松开控制按钮SB5，驱使线圈KM4获电，由此液压泵电动机M3开始工作，进行正向旋转，立柱与主轴箱由此进行松开运动，而SQ4的常闭出头获电，等到松开到达要求位置，指示灯HL亮，表明立柱与主轴箱松开。同样进行立柱与主轴箱的夹紧，首先按下立柱与主轴箱夹紧控制按钮按钮SB6，驱使线圈KM5获电，由此液压泵电动及M3工作，进行反向旋转，然后立柱与主轴箱夹紧运动，等到夹紧到指定位置时，压、按下SQ4，这时SQ4常闭触头断开，指示灯HL1熄灭，SQ4常开触头闭合时，指示灯HL2亮，表明立柱与主轴箱夹紧。2.3.5信号及照明电路分析电路是经过控制变压器TV进行降压的，降压后照明电路，指示灯电路以及控制电路的安全电压分别为24V、6V、110V。（1）在照明电路中，主控制开关SA1控制照明灯，安全电压是DC24V。（2）在指示灯回路中，指示灯HL1灯亮表明立柱和主轴箱松开，这时可以手动控制手轮，让主轴箱沿着摇臂导轨移动挥着和外立柱一起进行回转。指示灯HL2灯表示主轴箱和立柱夹紧，HL2亮表示主轴箱已夹紧在摇臂上，摇臂连同外立柱夹紧在内立柱上，可以进行钻孔加工，行程开关SQ4的常开常闭触头分别控制这两个指示灯。2.4 液压系统该机采用先进的液压技术，具有两套液压控制系统：一是液压系统的转向机构，由主轴电机牵引齿轮泵输送压力油，通过转向机构让主轴进行正向转动以及反向转动，还有制动预选和变速； 剩下的是实现压力油输送还有摇臂的夹紧松开，以及主轴箱的夹紧松开。2.4.1操纵机构液压系统压力油是通主轴电机拖动齿轮泵输送以及主轴操作手柄发送，通过改变两个操作阀的相互位置，由此让压力油分配不同，继而得到不同的动作。操作手柄在上，下，中，外，中间有五个空格。哪个为“中立”，下一个“速度”，在“前进”之外，在“反转”中，中间位置是“停车”。主轴转速和主轴进给每个都由一个按钮预选，然后操作主轴手柄。主轴旋转时，先按主轴电机启动按钮，主轴电机开始旋转，拖动齿轮泵，送出压力油。然后操纵主轴手柄，拉到所需的转向位置（内部或外部），使两个操作阀位置相互改变，使压力油将制动摩擦离合器释放，为主轴旋转创造条件;另一个压力油（或反向）摩擦离合器，将主轴电机打到主轴的驱动链上，驱动主轴向前或向后。在主轴旋转或反向旋转的过程中，您可以转动变速按钮来更改主轴转速或主轴进给。当主轴停止时，操作手柄被拉回到中立位置，当主轴电机仍然拖动齿轮泵旋转时，整个液压系统是低压油，不能释放制动摩擦离合器，而在下制动弹簧的作用制动摩擦离合器被按压，使得制动轴上的齿轮不能旋转以实现主轴停止。因此，主轴停止时主轴电机仍然旋转，但电源不能传输到主轴。主轴转速和进给速度：主轴操作手柄到“转速位置”，所以改变两个操作阀的相互位置，使齿轮泵从压力油进入主轴转速预选阀和主轴进给预选阀，然后进入变速缸。变速液压缸用于差速液压缸，特定液压缸进入压力油或油，取决于主轴转速和进料尺寸的选择。同时，另一个油系统推动叉缓慢移动，并逐渐按主轴速度摩擦离合器，连接到主轴电机到主轴驱动链，由主轴的慢动作驱动，称为慢，按顺序以方便齿轮平滑啮合。当速度完成时，操作手柄被释放，手柄在弹簧的作用下通过“速度”位置自动复位到主轴“停止”位置，然后主轴向前和向后旋转。主轴将以新的速度或进给运行主轴中性：当把手拉到“中立”位置时，压力油会导致主轴驱动中的滑动齿轮处于中立脱扣位置。在这种情况下，主轴可以手动转动 14。2.4.2 夹紧机构液压系统主轴箱内外柱和摇臂夹紧释放，由液压泵马达拖动液压泵送压力油，推动活塞，菱形块实现。 主轴箱和支柱的夹紧由油路控制，由于摇臂和摇臂运动的自动循环，摇臂的夹紧由另一个油路控制。 两条油管线由电磁阀操作。夹紧结构液压图如图2-10所示 1015。图2-10夹紧结构液压系统原理图控制摇臂松开时，电磁阀YA线圈通电，液压泵电动机启动正转，拖动液压泵送出正向压力油经该夹紧机构将摇臂放松。控制摇臂夹紧时，电磁阀YA获电，液压泵电动机进行反向转动，由此拖动液压泵电动机输送出反向压力油经该夹紧机构将摇臂夹紧。夹紧摇臂。摇 臂完全夹紧后，YA线圈断电。为了确保在加工工件之前摇臂总是处于夹紧状态，电磁阀YA线圈保持断电。主轴箱，柱簧控制同时进行，当电磁阀YA线圈供电时。控制主轴箱，当柱被释放时，向前启动液压泵马达M3，M3，拖动液压泵，将夹紧机构的正压油送到主轴箱，柱子松动。控制主轴箱，柱夹，启动液压泵马达M3，M3反向，拖动液压泵通过夹紧机构送回反压油将主轴和立柱夹紧。电磁阀YA线圈通电情况如表2-1所示。表2-1二位六通电磁阀工作表动 作YA通电YA断电摇臂松开+-摇臂夹紧+-摇臂上升+-摇臂下降+-主轴箱、立柱松开-+主轴箱、立柱夹紧-+2.5联锁和保护环节2.5.1 联锁环节（1）按钮、接触器联锁不仅能使用按钮SB3和SB4机械互锁外，在摇臂举升电路中，还使用接触器KM2和KM3电气联锁，即摇臂升降马达M2实现正负方向的复合互锁。 在液压泵电动机M3的控制电路中进行电气联锁，使用接触器KM4和接触器KM5来进行联锁。在主轴箱和柱的夹紧放松回路中，为了保证压力油不供应摇臂夹紧油，将按钮SB5和SB6的常闭触点连接到电磁阀YA线圈的回路 为了联锁的目的。限位联锁在摇臂升降回路中，跳闸开关SQ2是松动信号开关的摇杆，接触器KM2，KM3线圈中的常开触点系列，动作闭合后，将摇臂完全放松就位，确保摇臂的在运动后松开。摇臂的夹紧和松开位置的信号开关是SQ3，在摇臂完全夹紧时，SQ3常闭触点和线圈KM5以及电磁阀YA的线圈电路是串联的。在摇臂没有完全夹紧时SQ3常闭触点在初始状态；使得接触器KM5线圈，电磁铁YA线圈通电，摇臂被夹紧，并且已知行程 开关SQ3触点断线，切断接触器KM5线圈，电磁铁YA线圈，保证钻孔精度。时间联锁时间继电器KT延时工作，继而打开常开触点和闭合常闭触点，也正是时间继电器KT确保摇臂提升电机M2在摇臂夹紧动作前完全停止，时间继电器KT从摇臂提升延迟的长度 马达M2从切断电源停止惯性的大小决定。2.5.2 保护环节（1）短路保护在主电路中，熔断器FU1用作总电路和电动机M1和M4的短路，并且熔丝FU2用作电动机M2，M3和控制器的初级侧的短路保护变压器T.在控制电路中，照明电路的短路保护。（2）过载保护在主回路中，热继电器FR1用作主轴电机M1的过载保护，热继电器FR2用作液压泵电机M3的过载保护。如果液压系统的夹紧机构不能由于液压系统的夹紧机构的故障而被夹紧，则在曲轴夹紧后行程开关SQ3的接触将被断开或行程开关SQ3不能被压下不正确安装行程开关SQ3会使液压泵马达M3处于长时间过载状态，易燃烧M3。 M2为短期工作，不具备长期过载保护。（3）限制保护组合行程开关SQ1进行着摇臂升降电动机的极限位置的保护。行程开关SQ1中有两组常闭触点，它们在摇臂升降控制回路触点中串联连接，当摇臂上下时与限位相对应的接触动作，切断与其相应的上升或下降接触器KM2和KM3，使摇臂升降马达M2停止旋转，摇臂停止提升，达到极限位置保护。（4）压力损失（欠压）保护主轴电机M1带按钮和自我保护控制方式，具有失压保护功能，接触器线圈本身也具有欠压保护功能。3 Z3040钻床电气控制系统硬件设计 3.1 主要电气元件选型合理地选用各种电器元件，不光经济实惠，还可以保障控制线路安全、工作可靠，所以对元器件的选型十分重要。3.1.1 电动机选型选用电动机的大致步骤可以考虑如下：（1）首先是根据生产机械性的要求，来进行电动机种类的选择。（2）其次是根据电源情况，来进行电动机额定电压的选择。（3）而后是根据生产机械所要求的转数及传动设备的情况，来进行电动机的转数的选择。（4）之后是根据电动机和生产机械安装的位置和场所环境，来进行电动机的结构和防护形式的选择。（5）最后是根据所带负载所需要的功率容量和电动机的运行方式，来进行电动机的额定功率的选择。本次设计的功能要求如下：（1）主轴电机单方向旋转，摇臂电机具有正反转功能及极限保护，冷却泵电机单向运行，液压泵电机能够正反转。（2）利用PLC对车床电气控制系统进行改造设计。（3）主轴电动机功率3Kw，摇臂电机1.5Kw，冷却泵电动机90w，液压泵电机0.75Kw。摇臂钻床主电动机的功率： P=36.5D1.54 式（3.1）式中: P主拖动电动机容量(kW) ； D最大钻孔直径（m）。 因此电动机的选择如下3-1表：1.2 接触器选型接触器分为直流接触器和交流接触器两种。 交流接触器主要由CJ10和交流接触器组成。 接触器分为两部分：直流接触器和交流接触器。 CJ20系列。正常情况，选择接触器要根据接触器的主解除其的额定电压以及电流要求，还有辅助触点数量及其额定电流，还包括控制线圈的功率类型及频率和额定电压，工作频率和负载因数。因为控制电路使用交流电，所以接触器也要选择使用交流接触器。选择使用CJ20系列的交流接触器，主要参数如表3-3所示主要考虑主要接触额定值 这里面包括额定电流，额定电压，线圈电压等。（1）主触点的电流IN使用经验公式，（3.2）计算出范围 ： IN=(PN*10)/(K*UN) 式（3.2） PN额定功率； UN额定电压； K经验系数，一般取1-1.4。（2）主触头额定电压需要大于线路额定电压，此处由电机的参数知额定电压是380V。（3）接触器线圈电压是控制回路决定的。为了个人和设备的安全，应降低电压，之前得出控制电路电压为110V，所以这里我们选择127V。这里我们根据实际情况以及表格推出，本次设计主轴电动机的接触器使用的型号是CJ20-16。主抽头的数量是3个，线圈电压值为127W，额定电压值是380W同要求一样，额定功率是5.5KW符合任务书要求。其他的控制主电机的基础漆同样进行了选择，使用了4个CJ20-10的型号。同样是主触头数量3个，线圈电压值为127V，额定电压值为380V，额定控制电机工作功率则为3KW。3.1.3 继电器选型 有各种各样的继电器，通常有时间继电器，中间继电器，电压继电器，电流继电器，热继电器和温度，压力，计数，频率继电器等。本次设计采用热继电器和时间继电器。（1）热继电器选择热继电器专门设计运用于使连续操作的电机过载和断开，以保护电机免于过热并保护电器。对于较短的工作时间，较长的停机时间，频繁的正，负启动电机不该设置为过载保护另外普通电机应考虑过载保护。由于Z3040钻床的电动机M2即摇臂升降电动机和电动机M4即冷却泵电动机工作时间短，而且冷却泵电动机的功率比较小，不能运用热继电器进行保护，主轴电机和液压泵电动机能够长时间过载，在这里需要进行过载保护的设置。结构以及形式的热继电器能够分成热继电器的两相和三相的保护构造。通用星形电机可选择三相结构的热继电器，额定电流的热分量为一般由电机额定电流（0.951.1）次选举控制，电机三角形连接应选用三相与热继电器的相保护构造。平时我们选用的热继电器有许多种类，比如JRS1，JR20，JR16等等，每个热继电器系列只能与适当的继电器一并运用。而这次设计我们选择的JR16系列热继电器它的系列热继电器的主要参数可以由下表3-3所得。因为Z3040摇臂钻床电机的设计是三角形衔接，采纳三相相相保护构造热继电器，热元件额定电流我们选为7.2A、2.4A，而液压泵电机额定电流我们选为2.1A，热继电器我们选用JR16 -20 / 3D型，主轴电机额定电流为6.8A，热继电器FR1热继电器，热部件号9，额定电流7.2A，接触器型号CJ20-16也是支持运用接触器，由于是FR2运用热继电器，我们选用额定电流值为2.4A，接触器型号CJ20-10支持运用接触器。 (2）时间继电器选择时间继电器各种模式，每个具备时间继电器的特点根据其延时原理可分为空气阻尼，电磁，同步电机，电子时间继电器，按照延时可分为功率延时，时间型继电器。电磁继电器延时时间短，延时精度差，稳定性不高，只能是直流电源，电源延时;同步电机型继电器延时范畴大，体积小，寿命短，价钱昂贵;型号继电器体积小，精度高，运用寿命长，抗干扰能力差，维修不便利，价格高;空气阻尼时间继电器的精度不高，但构造简略，延时宽，可靠，价格低廉。因为Z3040摇臂钻床控制回路电压为110V，交流电源的时间继电器，延时继电器的延时精度不高。考虑到经济因素，联合各种时间继电器的特点和设计要求，参考JS7系列空气阻尼时间继电器参数（表3-6），选用小型，低成本的JS7-4A空气阻尼时间继电器线圈电压110V，电源延时触点常开常闭1，瞬间触点常开常闭1，延时范畴为0.460分钟。表3-4 JS7系列时间继电器的主要参数数据型号线圈额定电流/V触点参数数量延时范围通电延时断电延时瞬动常开常闭常开常闭常开常闭JS7-1A交流24、36、110、127、220、380、42011分0.460 分0.4180两级JS7-2A1111JS7-3A11JS7-4A11113.1.4 熔断器选择熔断器是一种利用溶化作用而且短电路的的保护电器，在运用于低压配电系统和各种控制系统中，主要用起过载和短路保护作用。许多类型的熔断器根据其结构分为插入式保熔断器、螺旋熔断器、无填料封闭管熔断器和填充封闭管熔断器。目前常用的熔断器是RL1，RL7，RC1A，RT12，RM10等产品，我们选择的部分熔断器的主要技术参数都如表3-5所示。熔断器的选型主要考虑：保护电路的额定电压、额定电流和熔体的额定电流决定。熔断器的种类这里都是由负载保护特性还有短路电流以及熔断器的实用范围来共同决定。根据负载情况一般采用RC1A系列半封闭熔断器，RM10系列无填料封闭管熔断器;对于短路电流较大的电路短路或易燃气体，请使用RL1系列螺旋式熔断器或RTO系列填充夹式熔断器。我们这里因为使用Z3040钻床主电路的短路电流较大，所以选择RL1系列的熔断器。熔体和熔断器的额定电流大小和负载大小，负载特性，熔体的额定电流可以基本上由电路的额定电流决定。电动机电路为短路保护，应考虑电机的启动条件，根据电机的长度启动熔体选择额定电流，因为Z3040径向钻机电机起动时间不长，而单电机（液压泵电机），熔断器的短路保护熔断器额定电流IR如（3.3）所示：IR1 =（1.52.5）IN =（3.155.25）A 式（3.3）IR1为M3熔断器的额定电流；IN是液压泵电动机M3的额定电流。对于单台电动机，请在启动或启动时间较短时，系数可取1.5，带负责气动、启动时间较长或启动叫频繁时系数可取2.5。熔断器溶体的额定电流IR2如下：（3.4）对于多个电机（主轴电机M1，摇臂升降M2，液压泵马达M3，冷却泵电动机M4）IR2 =（1.52.5）INMAX +IN=（1622.8）A 式（3.4）IR2电机熔断器额定电流；A电机M1额定电流。我们通过分析上述数据后，可以得出液压泵电动机M3的短路保护的保险丝熔断器的额定电流IR必须大于（2.5*2.5）=5.25A，并且熔断器的短路保护的额定电流IR为整个电路必须大于22.8A。所以设计FU2，FU3使用RL1-15保险丝，额定电压AC380，熔断器额定电流15A为10A熔断，FU1采用产品型号为RL1-60的熔断器，额定电压AC380，熔融额定电流为60A，具有30A熔断。3.1.5其他元器件的选择（1）行程开关 行驶开关的型号由电压和电流水平，触点的类型和数量决定。设计的交流电压等级为380V，额定电流为5A，由于 Z3040径向钻机结构特殊，需要有直线式离合开关，在这里我们应选择LX19-11类型限位开关。 （2）组合开关 组合开关通常是主要用于电源的引入和隔离。选择是基于电源的类型，电压电平，触点数量和电机的容量来确定的。 HZ10系列开关 的组合设计，主电路电压为AC380V，选择组合AC380V开关的电压电平。由于Z3040径向钻机电机总容量小于7KW，额定电 流取电机额定电流的1.53倍。 组合开关SA2的额定电流如公式（3.5）所示： （1.52.5）IN=（18.931.5）A 式（3.5） 在这里我们据数据分析，再参考HZ10系列组合开关技术参数，以及参考SA2选用型号为HZ10-25 / 3组合开关，额定电压AC380V，额定 电流25A，触点数3，可控制最大电机容量5.5KW，SA3开关电流小，然后选择型号为HZ10-10 / 3组合开关，额定电压 AC380V，额定电流10A，触点数3，可控制电机最大容量3KWW ，SA1开关选用型号HZ10-10 / 1组合开关，额定电压 AC380V，额定电流10A，触点数量1。3.2 PLC的型号选择 开发到目前为止，广泛的PLC，如西门子，ABB，松下，三菱等系列PLC，选择PLC型号的设计，主要考虑PLC构造，PLC功能，PLC输入输出点，PLC存储容量和I / O点（模块）。（1）PLC的存储容量。在选择存储容量时，一般要按实际需求考虑25%-30%余量。存储器的容量的选择有两种办法。一种是按照编程实际使用的节点数计算，这种办法可精确地计算出存储器实际运用容量，缺点是要编完程序之后才可以计算。而一般采用的是估算法，PLC存储器容量的估算：仅用于电气控制系统的开关输入/输出信号，按公式（3.6）计算。M = Km *（10 * DI + 10 * DO） 式（3.6）M是存储器容量；DI是二进制输入点的数量；DO是数字输出点的数量；Km是每个节点占用的存储器字节数。然后为此设计所需的PLC内存的存储容量：M =（10 * 13 + 10 * 9）= 220Byte（2）输入和输出模块不同的I / O模块，电路和性能不同，它直接影响PLC的应用和价格，根据实际需要合理选择。我们为了使Z3040型摇臂钻床能够在转型后可以顺利进行工作达到我们预期的要求，这里我们再考虑设计PLC型号的局限性，以确认日本三菱株式会社FXOS系列PLC，型号FXOS-30MR PLC，它将能够满足以上的所有要求，PLC具有我们所需的指令功能。该PLC共总输入点为16点，总输出点为14点，选择的输入模块电压为DC24V，输出模块为继电器。我们选用的这种型号PLC紧凑，体积小，而且重量轻，成本也是相对便宜，并且功能实用，具有很强的抗干扰能力和负载能力，还能够直接与程序员或计算机连接，在我们使用的过程中非常便捷。根据端口分配表的I / O点，基于PLC设计的Z3040径向钻机电气控制原理图，如图3-2所示，图X0，X1，X2，X3，X4，X5，X6 ，X7，X10，X11，X12，X13，X14共享COM端，输入开关的一端连接到DC 24V电源，另一端应连接到相对应的PLC输入端。 在这里我们要注意接线时PLC输入/输出COM端子的极性。 并且如果接触器线圈的电压是110V，那接触器线圈连接的Y0，Y1，Y2，Y3，Y4，Y5可共享COM1端子。 信号电源电压为6V，因此Y6，Y7，Y10可共享COM2端。图3-2 基于PLC的摇臂钻床电气原理图（3）按照输入输出口的数量，来分配I/O点的端口，如下（表3-6、表3-7）所示： 4 Z3040钻床控制系统的软件设计4.1梯形图4.2仿真调试仿真设计好后我就进行调试。第一部，在实验箱上按PLC仿真电路接线图接好线路，而后我经过GX developer软件把自己制作的原程序导入PLC。然后通过手动开关和按钮来进行模拟实际输入信号，按照发光二极管的显示状况来判断各输出量的通断状态是否正确。并且给出了相应的分析过程。在调试时，充分考虑 Z3040摇臂钻床的各种控制功能，对每种工作方式逐一检查，直到各种功能情况输入量与输出量之间的关系是相同的。其调试内容如下：主轴旋转调试：首先按下X6按钮，这是指示灯HL1亮，由此表明解除其线圈KM1获电，主轴的电动机M1获电开始工作进行主轴的旋转；然后按下X5按钮，这时指示灯HL1熄灭，由此表明接触器线圈KM1失去电，这是主轴电动及M1停止旋转。摇臂上升程序调试：首先当按下X7，指示灯HL6亮，则表示电磁阀YA线圈得电，可以进行摇臂松开操作了，指示灯HL4亮，则表示接触器KM4得电，由此液压泵电动机M3开始工作，进行正向旋转，液压泵输送出的压力油通过二位六通阀输送进入摇臂夹紧机构的指定位置即松开油腔，由此推动活塞和菱形块让摇臂松开；之后按下X2同时释放X3按钮，这时指示灯HL4熄灭，这里表示摇臂松开了，接触器KM4失电，液压泵电动机M3停止工作，停止旋转，同时指示灯HL2亮，这里表明接触器KM2获电，摇臂升降机M2开始工作，开始正向旋转，摇臂上升。下面当松开X7按钮，这时指示灯HL2灭，由此表明接触器KM2失电,摇臂升降机M2停止工作，停止旋转，摇臂停止上升，延时3秒指示灯HL5亮，则表明接触器KM5得电，液压泵电动机M3反转。如果在不松开X7且在指示灯HL2灭的情况下，压下X0，指示灯HL2也会熄灭，则表明摇臂上升到了极限位置，触碰极限开关，接触器KM2失电,摇臂升降机M2停转，摇臂停止上升，延时3秒指示灯HL5亮，则表明接触器KM5得电，液压泵电动机M3反转。在松开X7或压下X0后，压下X3、释放X2，指示灯HL6灭，这里表明电磁阀YA线圈失电，由此摇臂夹紧。主轴箱、立柱松开程序调试： 按下X11按钮，指示灯HL4亮，则表明接触器KM4得电，液压泵电动机M3正转；释放X4按钮、松开X11按钮，指示灯HL4灭，则表明主轴箱、立柱松开，接触器KM4失电，液压泵电动机M3停转。由于仿真程序与实际工程序相同，则仿真调试能实现的功能在实际中摇臂钻床也能实现。仿真调试结果如表5-1所示，则可知调试出来的结果与设计的预期功能相匹配，表明了本次设计题目的成功。表5-1仿真显示结果操作输入输出状态显示作用主轴旋转按下X6HL1亮接触器KM1得电，主轴电动机M1旋转主轴停转按下X5HL1灭接触器KM1失电，主轴电动机M1停转摇臂上升按下X7HL6亮电磁阀YA得电HL4亮接触器KM4得电，液压泵电动机M3正转压下X2、释放X3HL4灭接触器KM4失电液压泵电动机M3停转HL2亮接触器KM2得电，摇臂升降机M2正转，摇臂上升松开X7HL2灭接触器KM2失电,摇臂升降机M2停转，摇臂停止上升延时3秒HL5亮接触器KM5得电，液压泵电动机M3反转压下X3、释放X2HL6灭电磁阀YA失电，压下X0HL2灭接触器KM2失电,摇臂升降机M2停转，摇臂停止上升延时3秒HL5亮接触器KM5得电，液压泵电动机M3反转摇臂下降按下X10HL6亮电磁阀YA得电HL4亮接触器KM4得电，液压泵电动机M3正转续表5-1操作输入输出状态显示作用摇臂下降压下X2、释放X3HL4灭接触器KM4失电，液压泵电动机M3停转HL3亮接触器KM3得电，摇臂升降机M2反转，摇臂下降松开X7HL3灭接触器KM3失电,摇臂升降机M2停转，摇臂停止下降延时3秒HL5亮接触器KM5得电，液压泵电动机M3反转压下X3、释放X2HL6灭电磁阀YA失电，压下X1HL3灭接触器KM3失电,摇臂
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号