钻床电气控制课程设计

1引言…………………………………………………………………1设计目的………………………………………………………3一、钻床传动特点与控制要求……………………………………3二、机床控制线路的控制…………………………………………4三、摇臂钻床电气控制原理图……………………………………7四、选择电气元件1、电动机的选择…………………………………………82、低压电器的选择………………………………………83、热继电器………………………………………………94、熔断器…………………………………………………105、其他电器元件…………………………………………11五、主要硬件接线图PLCI\O电气接线图………………………………………13六、控制系统设计1、控制程序流程图设计…………………………………142、摇臂钻床PLC程序设计…………………………………14七、系统调试及结果分析1、调试前安全检查………………………………………182、调试……………………………………………………18五、总结六、参考文献11引言钻床指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动(主运动)。钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动，并沿主轴方向进给，操作可以是手动，也可以是机动。20世纪70年代初，钻床在世界上还是采用普通继电器控制的。如70年代-80年代进入中国的美国的ELDORADO公司的MEGA50，德国TBT公司的T30-3-250，NAGEL公司的B4-H30-C/L，日本神崎高级精工制作所的DEG型等钻床都是采用继电器控制的。80年代后期由于数控技术的出现才逐渐开始在深孔钻床上得到应用，特别是90年以后这种先进技术才得到推广。如TBT公司90年代初上市的ML系列深孔钻床除进给系统由机械无级变速器改为采用交流伺服电机驱动滚珠丝杠副，进给用滑台导轨采用滚动直线导轨以外，钻杆箱传动为了保证高速旋转、精度平稳，由交换皮带轮及皮带，和双速电机驱动的有级传动变为无级调速的变频电机到电主轴驱动，为钻削小孔深孔钻床和提高深孔钻床的水平质量。12Z3040型摇臂钻床结构示意图如下图所示：13一、设计目的：课程设计是机电控制技术课程的重要组成部分是考察学生动手能力的主要途径，能帮助学生提高解决实际问题的能力，做到学以致用。通过电气控制系统的设计实践，使学生掌握电气控制的设计方法、安装过程、资料整理和电气绘图软件的使用方法。在此过程中培养从事设计工作的整体观念，通过较为完整的工程实践基本训练，为全面提高学生的综合素质及增强工作适应能力打下一定的基础。二、钻床传动特点与控制要求1.传动特点摇臂钻床加工时，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）主运动：主轴的旋转运动；（2）进给运动：主轴的纵向进给；（3）辅助运动：摇臂沿外立柱上下运动，主轴箱沿摇臂水平导轨做长度方向移动，摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。2、控制要求(1)主轴的控制主轴由机械摩擦片式离合器实现正转、反转及调速的控制。(2)摇臂升降过程：放松→升/降→夹紧a.摇臂在完全放松状态下压下放松位置开关SQ2；b.做升/降运动；14c.升降完毕与夹紧之间加入1~3S的时间延时，以克服惯性；d.升降完毕后，做夹紧运动，完全夹紧，压下夹紧位置开关SQ3，摇臂升降过程结束。位置开关SQ1用于升降限位保护。(3)冷却控制：冷却泵电动机M4提供冷却液。（4）工作状态指示：HL1、HL2用于主轴箱和立柱的夹紧、放松工作状态指示HL3用于主轴电动机运转工作状态指示。三、机床控制线路的控制1．主轴电动机控制主轴电动机1M为单向旋转，由按钮1SB、2SB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加工时，要求摇臂应处于夹紧状态，才能保证加工精度。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3SB、4SB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移动。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3SB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15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，活塞杆通过弹簧片压上行程开关2SQ发出摇臂已松开信号。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2SB，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3SQ(1-17)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为摇臂放松信号开关。行程开关3SQ为摇臂夹紧信号开关。时间继电器KT延时断开常开触点是为保证当瞬间操作3SB或4SB，使4KM得电摇臂开始松开后放开3SB或4SB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加工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5SB，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移动至适当位置。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6SB，接触5KM线圈16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，可以进行钻削加工。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4SB、3SB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5SB、6SB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．照明与信号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。四、摇臂钻床电气控制原理图1718Z3040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。五.选择电器元件1.电动机的选择：主电动机容量的统计分析公式如下摇臂钻床：P=0.0646，D为4201.1，单位为kW。D是最大钻孔直径，单位为mm。P=0.0646×4201.1=49.64kw根据控制要求：M1电动机型号：Y100L2-4M2电动机型号：Y90S-4M3电动机型号：JO31-2M4电动机型号：JCB-222.低压电器的选择：(1)接触器的选用：接触器用途广泛,其额定工作电流或额定控制功率是随使用条件不同而变化的,只有根据不同使用条件正确选用,才能保证接触器在控制系统中长期可靠运行，充分发挥其技术经济效果。a.根据不同使用类别选用产品系列19交流接触器共有五种使用类别,不同的使用类别，接触器的工作条件差异很大。JK0类用于无感或微感负载,电阻炉负载。接通和分断额定电压下的额定电流。JK1类用于起动和运转中断开绕线型电动机。在额定电压下,接通和分断4倍额定电流。JK2类用于起动、反接制动、反向与密接通断绕线型电动机。在额定电压下，接通和分断4倍额定电流。JK3类用于起动和运转中断开笼型感应电动机。在额定电压下接通8倍额定电流,在额定电压下分断6倍额定电流。JK4类用于起动、反接制动、反向与密接通断笼型感应电动机。在额定电压下接通和分断6倍额定电流。b.根据电动机(或其他负载)的功率和操作情况确定接触器的容量等级接触器的容量一般是按产品使用说明书提供的数据来选择。但当选用按JK3设计的接触器来控制与JK4混合类负载时往往降级使用。表5一2列出了CJ10-10型交流接触器降级使用情况,由表可知，当用CJ10-10型交流接触器控制JK3类负载的380V、4KW笼型感应电动机时,其电寿命可达六十万次。如果用它来控制混合类负载,由于电寿命降低,只能降级使用。所以,是否降级使用,取决于对电寿命的要求,而电寿命又决定于生产机械的工艺要求,也就是操作频率的要求,若操作频率很低时,也可不降级使用。反过来说,降级使用后,其操作频率也不