1、基于 Z3040 摇臂钻床的 PLC 程序设计学院： 电气与光电工程学院 专业： 电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 电器与 PLC 课程设计任务书电气与光电工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级：学生姓名指导老师 高敏 职称 讲师课题名称基于 Z3040 摇臂钻床的 PLC 程序设计指标及要求达到设计课题的控制要求，上机调试 PLC 控制程序，打印 PLC 程序，计算机绘图。课题工作内容工作内容：1、了解机床的加工工艺及工作原理。2、设计方案论证，系统建立，电气原理控制设计。3、元器件选择，梯形图设计（控制分析）。4、完成设计图纸，完成设计任务书。5、设计测评。进程安排第一天：下达
2、任务，收集资料，消化课题。第二天：电气原理控制设计，元器件选择。第三天：I/O 表，PLC 接线图。第四天：梯形图设计，上机调试。第五天：完成报告。主要参考文献可编程控制原理与应用北京理工大学出版社 范次猛可编程控制应用技术实训指导化学工业出版社 李俊秀电气控制与PLC应用北京机械工业出版社 余雷生 方宗达电气控制与可编程控制器技术化学工业出版社 史国生地点 开阳楼 B414 起止日期 2017/1/92017/1/13目录1、引言 .- 1 -2、Z3040 摇臂钻床 .- 2 -2.1 系统硬件设计 .- 2 -2.2 系统变量定义及 I/O 分配表 .- 5 -2.3 PLC 的选型 .
3、- 6 -2.4 系统 I/O 接线图设计 .- 6 -3、系统程序设计 .- 7 -3.1 控制程序流程图设计 .- 7 -3.2 控制程序时序图设计 .- 8 -3.3 控制程序设计思路 .- 9 -4、系统调试及结果分析 .- 10 -4.1 系统调试及解决的问题 .- 10 -4.2 结果分析 .- 11 -5、课程设计的心得 .- 12 -参考文献 .- 13 -附录 .- 14 -附录 A Z3040 摇臂钻床 PLC 控制指令语句 .- 14 -附录 B Z3040 摇臂钻床 PLC 控制梯形图 .- 15 - 1 -1、引言摇臂钻床是工厂中常用的金属切削机床，它可以进行多种形式
4、的加工，如：钻孔、镗孔、铰孔及螺纹等。从控制上讲，它需要机、电、液压等系统相互配合使用，而且要进行时间控制。它的调速是通过三相交流异步电动机和变速箱来实现的。也有的是采用多速异步电动机拖动，这样可以简化变速机构。摇臂钻床的主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动机拖动，主轴的正反向旋转运动是通过机械转换实现的。故主电动机只有一个旋转方向。此外，摇臂的上升、下降和立柱的夹紧、放松各由一台交流异步电动机拖动。目前，Z3040 摇臂钻床的电气控制系统普遍采用的是传统的继电器接触器控制方式。因其所要控制的电机较多所以电路较复杂，在日常的生产作业当中，经常发生电气故障，从而影响生产。另外，一些复杂的控制
5、如：时间、计数控制用继电器接触器控制方式较难实现，所以，有必要对传统电气控制系统进行改进设计。PLC 电气控制系统可以有效的弥补上述系统的这一缺陷。可编程逻辑控制器简称 PLC，是从早期的继电器逻辑电气控制系统发展而来，它不断吸收微型计算机控制技术，使之功能不断增强，逐渐适合复杂的电气控制系统。PLC 之所以有较强的生命力，在于它更加适应工业现场和市场要求。可靠性高，抗干扰能力强、编程方便、价格低、寿命长。与单片机相比，它的输入/输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件，这样可以大大节省用户的开发时间与生产成本。正是由于 PLC 电气控制系统的种种优点,因此本次对 Z3040 摇臂钻床的电
6、气控制系统的改造,可以大大提高 Z3040 摇臂钻床工作性能和系统的工作稳定性,为工业生产的现代化带来生机同时，提高了 PLC 编程水平和实践能力,为今后在实际工作中熟练使用 PLC 进行工业系统的设计打好基础。- 2 -2、Z3040 摇臂钻床2.1 系统硬件设计1、主要结构Z3040 摇臂钻床是一种用途广泛的万能机床，适用于加工中小零件，可以进行钻孔、扩孔、铰孔、刮平面及改螺纹等多种形式的加工，增加适当的工艺装备还可以进行镗孔。主要有底座、内外立柱、摇臂、主轴箱、主轴及工作台等部分组成。Z3040 摇臂钻床机构图如图 2-1 所示。2、主要运动形式摇臂钻床加工时，主轴箱紧固在摇臂导轨上，而
7、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）摇臂钻床的主运动为主轴的旋转运动；（2）进给运动为主轴的纵向进给；（3）辅助运动有：摇臂沿外立柱垂直移动，主轴箱沿摇臂长度方向的移动，摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。3、电气控制（1）主电路：摇臂钻床的主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动机 M1 拖动，主轴的正反转旋转运动是通过机械旋转实现的。故主电动机只有一个旋转方向。Z3040 型摇臂钻床的主轴的调速范围为 50:1，正转最低转速为 40r/min,最高为 2000r/min，进给范围为（0.051.6
8、0）r/min。它的调速是通过三相交流异步电动机和变速箱来实现的。也有的是采用多速异步电动机拖动，这样可以简化变速结构。摇臂钻床除了主轴的旋转和进给运动外，还有摇臂的上升、下降及立柱的夹紧和放松。摇臂的上升、下降由一台交流异步电动机 M2 拖动，立柱的夹紧放松由另一台交流电动机 M3 拖动。Z3040 摇臂钻床是通过电动机拖动一台齿轮泵，供给夹紧装置所需要的压力油。而摇臂的回转和主轴箱的左右移- 3 -动通常采用手动。此外，还有一台冷却泵电动机 M4 对加工的道具进行冷却。（2）控制电路：Z3040 摇臂钻床电气控制电路图如图 2-2 所示。图中 M1 为主轴电动机，M2 为摇臂升降电动机，M
9、3 为液压泵电动机，M4 为冷却泵电动机，QF1 为总电源控制开关。主轴电动机控制。主轴电动机 M1 为单向旋转，由按钮 SB8、SB2 和接触器 KM1 实现起动停止控制。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。摇臂上升、下降控制。摇臂钻床在加工时，要求摇臂处于夹紧状态，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
10、由液压系统实现，因此，升降控制须与松紧机构液压系统紧密配合，松紧机构液压原理图如图 2-2 所示。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、反向旋转，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，M4 为冷却泵电动机，由手动转换开关 QS 控制其正向旋转。4、Z3040 型摇臂钻床电气控制电路2.2 系统变量定义及 I/O 分配表如图 2-2 所示，图中 M1 为主轴电动机，M2 为摇臂升降电
11、动机，M3 为液压泵电动机，M4 为冷却泵电动机，QF1 为总电源 。主轴电动机 M1 通过按钮 SB8、SB2 和接触器 KM1 实现启动停止的单方向控制，主轴的正反转通过机械的方式进行。摇臂的上升、下降通过升降电动机 M2 进行控制。当摇臂需要上升或下降时，要使摇臂处于松开状态，- 4 -上升或下降后，必须是摇臂处于夹紧状态。在这次课程设计过程中，运用按钮 X000(ST2)、X014（ST3）模拟行程开关并进行手动控制。通过X003（ST1-1） 、X004（ST1-2）模拟限位开关进行手动控制。由按钮SB3、SB4 点动控制接触器 KM2、KM3 使电动机正反转，使摇臂上升或下降。通过
12、接触器 KM4 和 KM5 的接通与断开，实现液压泵电动机正反转。Z3040 钻床是通过电动机拖动一台齿轮泵，供给夹紧装置所需的压力油。摇臂的回转和主轴箱的左右移动通常采用手动。如表 2-1 所示，Z3040 型摇臂钻床 PLC 控制输入输出点分配。表 2-1 Z3040 型摇臂钻床 PLC 控制输入输出点分配输入信号 输出信号输入点编号名称 代号输出点编号名称 代号X000 主轴箱、立柱、摇臂松开行程开关ST2 Y000 电压继电器 KVX001 总停止开关 SB7 Y001 主轴电动机 M1 接触器 KM1X002 总启动开关 SB1 Y002 摇臂上升接触器 KM2X003 摇臂上升上限位开关 ST1-1 Y003 摇臂下降接触器 KM3X004 摇臂下降下限位开关 ST1-2 Y004 主轴箱、立柱、摇臂松开接触器KM4X005 摇臂下降按钮 SB4 Y005 主轴箱、立柱、摇臂夹紧接触器KM5X006 摇臂上升按钮 SB3X007 主轴电动机 M1 停止按钮 SB8X010 主轴电动机 M1 启动按钮 SB2X011 主轴箱、立柱松开按扭 SB5
