Z3040 摇臂钻床的电气控制设计学生姓名班级 学号成绩指导教师（签字）机械工程学院（部）年 月 日目录―、设计内容 1.1 设计内容……………………………二、 Z3040摇臂钻床的结构和运动分析……2.1 Z3040摇臂钻床的结构 2.2 Z3040摇臂钻床的运动分析 三、 Z3040摇臂钻床传统电气控制系统原理3.1 电气原理图…………………………3.2 主轴电动机控制……………………3.3 摇臂升降控制………………………3.4 夹紧松开控制………………………3.5 冷却泵电动机控制…………………3.6连锁、保护环节 3.7 照明与信号指示电路………………四、 电气控制系统硬件设计 4.1选择PLC的原则 4.2 PLC型号的选择 4.3 低压电器元件的选用………………4.4元件清单 五、 电气控制系统的软件设计 5.1 控制系统的状态流程图……………5.2控制系统的梯形图 六、 系统调试及结果 6.1 硬件调试……………………………6.2软件调试 6.3 模拟调式和联机调式………………6.4调试结果 七、 总结 八、 参考文献 、设计内容1.1、设计内容本次设计是对Z3040型摇臂钻床的电气控制设计，根据设计要求设计电 气控制系统及连接，使其能实现自动完成各个工作要求。
设计的主要内容包括对继电器电气原理图的设计及绘制，对PLC电器原 理图的设计与绘制，制成控制板并进行连接这次设计的目的在于通过完成设计，了解可编程控制器的结构、工作原 理、特点和用途，掌握对继电器的选型和各型号继电器的用途和作用，掌握 可编程控制器的编程方法和指令系统二、Z3040摇臂钻床的结构和运动分析2.1、Z3040摇臂钻床结构Z3040型摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱和工作台等 部分组成内立柱固定在底座一端，外面套有外立柱，外立柱可绕内立柱旋转360 度摇臂的一端为套筒，它套装在外立柱上并借助丝杆的正反转可绕外立柱上下 移动但由于丝杆与外立柱连成一体，同时升降螺母固定在摇臂上，所以摇臂不 能绕外立柱转动但是摇臂与外立柱一起可绕内立柱转动主轴箱是一个复合部 件，它由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和进给变速机构以及机床的 操作机构等组成主轴箱安装在摇臂上如图下图所示3艮——揺臂下降按钮;-一松开按钮;---夹紧按钮;2.2 Z3040摇臂钻床的运动分析加工时的运动流程如图所示:按照流程图，详细的工作过程为：按下开机按钮，根据摇臂钻床当前的位置 进行必要的调整，如工艺图示，5种情况供选择，各路径是独立的，每次操作只 能选择其中之一：选择1路径，则是摇臂需要摇臂上升，当摇臂上升到需要的位 置,则松开上升按钮，然后摇臂夹紧，如果此时主轴箱的径向位置和摇臂的回转 位置均正确，就可以执行加工了，但如果此时主轴箱的径向位置和摇臂的回转位 置均不对，则需要进行调整，执行3松开主轴箱和立柱，手动将其位置进行调整 到需要的位置，然后将主轴箱和立柱夹紧4,夹紧完全后就可以执行操作5进行加 工了。
如果摇臂的高度需要下降，则选择2路径，然后往下执行当摇臂的高度 是正确的，就只需要调整主轴箱的径向位置或摇臂回转，那么就选择路径3每 条路径执行完后均返回开始状态，继续选择执行其他操作三、Z3040摇臂钻床电气控制系统原理3.1电气原理图Z3040摇臂钻床的电气原理图如下所示:nN★ rrsjg p rm*aA *主--2 UIC F亡工咄■ ■7讨H3T冷仇KW?11KM7 WJIPr丄FUZKR1 I I J3.2 主轴电动机控制主轴电动机Ml为单向旋转，由按钮SBl、SB2和接触器KMl实现起动和停止 控制主轴的正、反转则由 M1 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3.3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。
M2为升降电动机，由按钮SB3、SB4点动控制接触器KM2、KM3接通或断开， 使M2电动机正、反向旋转，拖动摇臂上升或下降移动°M3为液压泵电动机，通 过接触器KM4，KM5接通或断开，使M3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SB3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KM4线圈得电，液压泵电动机M3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，活塞杆通过弹簧片压上行程开关SQ2发出摇臂已松开信号此时，SQ2触 点(6-13)断开，使接触器KM4线圈断电，液压泵电动机M3停转，油路单向阀保 压，摇臂处于松开状态与此同时，SQ2触点(6-7)闭合，接触器KM2线圈得电， 升降电动机M2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SB2, KM2线圈断电，M2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KM5线圈得电，液压泵电动机M3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SQ3，使触点 SQ3(1-17)也断开，电磁阀YV、KM5线圈断电液压泵电动机M3停转，摇臂上升 后重新夹紧过程结束行程开关 SQ2 为摇臂放松信号开关行程开关 SQ3 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 SB3 或 SB4，使KM4得电摇臂开始松开后放开SB3或SB4时，若KM4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KM5线圈得电，液压泵电动机M3反向旋转，使摇臂重 新夹紧，直到延时时间到，KT触点断开，SQ3动作，KM5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3.4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SB5，接触器KM4线圈得电，液压泵电动机M3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SQ4不受压, 触点（10l-102）闭合，指示灯HLl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SB6,接触KM5线圈得 电，M3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SQ4压下，触点（101-102）断开，HLl灯暗，而（101-103） 闭合，HL2灯亮，指示主轴箱与立柱处于夹紧状态，可以进行钻削加工3.5冷却泵电动机控制冷却泵电动机容量小（0.125kW），由SA1开关控制单向旋转3.6连锁、保护环节电路中利用SQ2实现摇臂松开到位，开始升降的联锁控制，利用SQ3，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SB4、SB3机械互锁外，还采用KM 2、KM3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SB5、SB6常闭触点切断YV线圈电路，达到联锁目的电路利用熔断器FUl作为总电路和电动机M1、M4的短路保护。
利用熔断器FU2 作为电动机M2、M3及控制变压器T 一次侧的短路保护，利用热继电器KRl为M1 电动机的过载保护，KR2为M3电动机的过载保护组合行程开关SQl作为摇臂 上升、下降的极限位置保护，SQl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KM2、KM3，使M2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3.7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 FU3作为短路保护当主轴电动机工作时，KMl触点（101-104）接通，指示灯HL3 亮，表示主轴工作；当主轴箱、立柱处于夹紧状态时，SQ4触点（101-l03）接通, HL2灯亮主轴箱、立柱处于松开状态，SQ4触点（101102）接通，HLl灯亮四、电气控制系统硬件设计4.1选择PLC的原则在选择PLC时必须具备以下原则：① 最大限度的满足被控制对象的控制要求② 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维修方便③ 保证控制系统的安全、可靠④ 考虑到生产发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。
4.2 PLC型号的选择根据所选PLC的型号进行I/O点的端口分配，如下（表3.1、表3.2）所示:表3.1 输入信号端口分配表地址号符号名称用途X000SB2主轴电动机启动按钮X001SB1主轴电动机停止按钮X002SB3摇臂上升起动按钮X003sb4摇臂下降起动按钮X004SB5主轴箱、立柱、摇臂松开按钮X005SB6主轴箱、立柱、摇臂夹紧按钮X006SQ1u摇臂上限位行程开关X007SQ1D摇臂下限位行程开关X010sq2摇臂松开到位行程开关X011sq3摇臂夹紧到位行程开关X012sq4主立箱、立柱松紧到位行程开关X013FR]M1的过载保护热继电器X014FR2M3的过载保护热继电器表 3.2 输出信号端口分配表地址号符号名称用途丫000KM1主轴电动机接触器Yooikm2摇臂上升接触器丫002km3摇臂下降接触器丫003km4液压泵电动机正转接触器丫004KM5液压泵电动机反转接触器丫005电磁铁YoioHL1主轴箱、立柱松开指示灯Y011HL2主轴箱、立柱夹紧指示灯Y012HL3主轴电动机旋转指示灯根据元件数量和确定的I/O点数，以及PLC选择原则，选择FX2N-48MR型 PLC,此型号的PLC共有输入点24个，输出点24个，继电器输出使用电源为 AC100~240V， FX2N-48MR 型 PLC 具有集成型高性能、高速运算、安心宽裕 的存储器规格、丰富的软件范围等优点。