1、1机床电气控制设 计 说 明 书钻床电气控制设计机械工程学院（部）2017 年 6 月 16 日目 录第 1章 Z3040 摇臂钻床的结构.31.1 Z3040 摇臂钻床的简介1.2 Z3040 摇臂钻床的结构第 2章 Z3040摇臂钻床的运动形式和电气控制要求的说明42.1 Z3040 摇臂钻床的运动形式2.2 电气控制要求的说明第 3章 Z3040 摇臂钻床继电接触器控制线路图.73.1 z3040 摇臂钻床继电接触器控制线路图总图3.2 具体控制过程2第 4章 元器件的选型.104.1 热继电器 FR 的选择4.2 接触器的选择4.3 时间继电器的选择4.4 照明及指示灯的选择4.5 Z
2、3040 摇臂钻床电器元器件明细表第 5章 PLC 控制电路的说明.135.1 PLC 的选型5.2 PLC 的组成5.3 PLC 输入输出接口5.4 PLC 的 I/O 端口分配表5.5 PLC 梯形图5.6 PLC 接线图第 6章 心得体会.20第 7章 参考文献.21附图一、钻床电气原理图附图二、PLC 梯形图第 1章 z3040 摇臂钻床的结构1.1 Z3040摇臂钻床的简介钻床是一种孔加工机床，可用来钻孔、扩孔、绞孔、攻螺纹及修刮端面等多种形式的加工。钻床的结构形式很多，有立式钻床、卧式钻床、深孔钻床等。摇臂钻床是一种立式钻床，它适用于单件或批量生产中带有多孔大型零件的孔加工，是一般
3、机械加工车间常用的机床。 1.2 Z3040摇臂钻床的结构3Z3040 摇臂钻床主要由底座、内外立座、摇臂、主轴箱和工作台等组成。摇臂的一端为套筒，套装在外立柱上，并借助丝杠的正、反转可沿外立柱作上下移动。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上可通过手轮操作使其在水平导轨上沿摇臂移动。加工时，根据工件高度的不同，摇臂借助于丝杠可带着主轴箱沿外立柱上下升降。在升降之前，应自动将摇臂松开，再进行升降，当达到所需的 位置时，摇臂自动夹紧在立柱上。摇臂钻床钻削加工分为工作运动和辅助运动。工作运动包括：主运动（主轴的旋转运动）和进给运动（主轴轴向运动） ；辅助运动包括：主轴箱沿摇臂的横向移动，摇臂的回转和升降运动
4、。钻削加工时，钻头一面旋转一面作纵向进给。钻床的主运动是主轴带着钻头作旋转运动。进给运动是钻头的上下移动。辅助运动是主轴箱沿摇臂水平移动，摇臂沿外立柱上下移动和摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。摇臂回转和主轴箱的左右移动采用手动. 第 2章 z3040 摇臂钻床的运动形式和电气控制要求的说明2.1 Z3040摇臂钻床的运动形式当进行加工时，由特殊的加紧装置将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）摇臂钻床的主运动为主轴的旋转运动; （2）进给运动为主; 4（3）辅助运动有：
5、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。2.2 电气控制要求的说明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
6、，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 2 KM 、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 4 KM ，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 4 KM 线圈得电，液压泵电动机 3M 起动旋转带动液压泵
7、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 2SQ 发出摇臂已松开信号。此时，2SQ 触点(6-13)断开，使接触器 4 KM 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 2 KM 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
8、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 13s 延时5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 4
9、KM 得电摇臂开始松开后放开 3SB 或 4SB 时，若 4 KM 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 13s 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 4 KM 线
10、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，
11、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 2 KM 、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
12、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62FU 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 2 KM 、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
13、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。第 3章 Z3040 摇臂钻床继电接触器控制线路图3.1 Z3040摇臂钻床继电接触器控制线路图总图7图 3-1 Z3040 摇臂钻床电气控制线路图3.2 具体控制过程具体控制过程为： （1）主轴电动机的启停 按下主轴启动按钮 SB2，接触器 KM1 得电吸合且自保持，主轴电动机 M1
14、运转。按下停止按钮 SB1，主轴电动机停止。（2）摇臂上升 按下摇臂上升按钮 SB3，时间继电器 KT 得电，其瞬动常开触头和瞬时闭合延时打开的常开触头使接触器 KM4 和电磁阀 YA 动作，液压泵电8动机 M3 启动，液压油进入摇臂装置的油缸，使摇臂松开。待完全松开后，行程开关 SQ2 动作，其常闭触头断开使接触器 KM4 断电释放，液压泵电动机 M3 停止运转，其动合触头接通使接触器 KM2 得电吸合，摇臂升降电动机 M2 正向启动，带动摇臂上升。 上升到所需要的位置后，松开上升按钮 SB3，时间继电器KT、接触器 KM2 断电释放，摇臂升降电动机 M2 停止运转，摇臂停止上升。延时1-3
15、 秒后，时间继电器 KT 的常闭触头闭合，常开触头断开，但由于夹紧到位行程开关 SQ3 常闭触头处于导通状态，故 YA 继续处于吸合状态，接触器 KM5 吸合，液压泵电动机 M3 反向启动，向夹紧装置油缸中反向注油，使夹紧装置动作。夹紧完毕后，行程开关 SQ3 动作，接触器 KM5 断电释放液压泵电动机 M3 停止运转，电磁阀 YA 断电。 时间继电器 KT 的作用是适应 SB3 松开到摇臂停止上升之间的惯性时间，避免摇臂惯性上升中突然夹紧。（3）摇臂下降 按下摇臂下降按钮 SB4，动作过程与摇臂上升使相似。 （4）立柱和主轴箱同时松开和同时夹紧 按下立柱和主轴箱松开按钮SB5，接触器 KM4
16、 得电吸合，液压电动机 M3 正向启动，由于电磁阀 YA 没有得电，处于释放状态，所以液压油经 2 位 6 通阀分配至立柱和主轴箱松开油缸，立柱和主轴箱夹紧装置松开；按下立柱和主轴箱夹紧按钮 SB6，接触器 KM5 得电吸合，M3 反向启动，液压油分配至立柱和主轴箱夹紧油缸，立柱和主轴箱装置夹紧。9（5）摇臂升降限位保护 该动作时靠上下限位开关 SQ1U 和 SQ1D 实现的。上升到极限位置后，SQ1U 动断触头断开，摇臂自动夹紧，同松开上升按钮 SB3 动作相同；下降到极限位置后，SQ1D 动断触头断开，摇臂自动夹紧，同松开下降按钮 SB4 动作相同。10第 4章 元器件的选型4.1 热继电
17、器 FR的选择根据电动机的额定电流进行热继电器的选择，由前面 M1、M2 和 M3 的额定电流，现选择如下： FR1 选用 JR16-20/3D 型热继电器。热元件额定电流 11A 额定电流调节范围为 6.811A 工作时调整在 6.82A. FR2 选用 JR16-20/3 型热继电器。热元件额定电流 2.4A 额定电流调节范围为 1.52.4A 工作时调整在 1.42A。4.2 接触器的选择根据负载回路的电压、电流，接触器所控制回路的电压及所需点的数量等来进行接触器的选择。本设计中 KM1 主要对 M1 进行控制，而 M1 额定电流为 6.82A，控制回路电源为 127V，需要主触点两对，
18、所以，KM1 选 G0-10 型接触器，主触点额定电流为 10A，线圈电压为 127V。KM2 与 KM3 对 M2 进行控制，而 M2 额定电流为 2.01A，控制回路电源为127V，各需要主触点两对，KM2 的辅助动断触点一对，KM3 的辅助动断触点一对，所以，KM2、KM3 选 CD10-5 型接触器，主触点额定电流为 5A，线圈电压为127V。 KM4 与 KM5 对 M3 进行控制，而 M3 的额定电流为 1.42A，控制回路电源为127V，各需要主触点三对，KM4 的辅助动断触点一对，KM5 的辅助动断触点一对，所以，KM4、KM5 选 CJ10-5 型接触器。4.3 时间继电器的选择本设计中由于摇臂的升降需要延时控制。需要常开触点一个，延时闭合动断触点一个，延时断开动合触点一个，我们选 ISSI 型时间继电器。额定电压AC127V、DC24V,额定功耗小于 5W,动作频率 1200 次/h。
