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）年月日目录一、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…………………………………………………………………………一、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：3.2主轴电动机控制主轴电动机M1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KM 4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表3.2 输出信号端口分配表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。