摘要:钻床是一种常用的机床，在生产中应用很广泛，种类繁多。然而，在运作中，传统的钻床暴露了越来越多的问题，比如：触点过多、故障出现频繁、维修不方便，影响了钻床的正常工作，引起产品质量降低。
由于各种各样的问题，钻床的改造势在必行。在众多的改造方案中，PLC改造以其他同类产品所不具备的优点脱颖而出。
本文以PLC为控制核心进行的对Z3040摇臂钻床的自动化改造，在本文中阐述了传统钻床继电器控制电路以及行程开关的缺点，提出了详细的改进方案。绘制出了改造过后的电气原理图及PLC接线图等。并编写了PLC的控制程序，取得了良好的效果。
关键词：摇臂钻床 PLC 传感器 改造
目 录
第一章 摇臂钻床的介绍
一、Z3040摇臂钻床系统的机械系统…………………………………3
二、Z3040摇臂钻床系统的电气系统…………………………………4
三、Z3040摇臂钻床的润滑和冷却系统………………………………7
第二章 继电器控制的摇臂钻床的工作原理
一 、控制电路电路原理图……………………………………………8
二、钻床的操作步骤及工作原理……………………………………9
三、电气元件清单……………………………………………………11
第三章 Z3040摇臂钻床的电气控制的改造
一、Z3040摇臂钻床行程开关的改进………………………………14
二、Z3040摇臂钻床继电器控制线路的改进………………………18
三、I/O分配表………………………………………………………21
四、Z3040摇臂钻床改造的接线图…………………………………22
五、程序………………………………………………………………23
结束语…………………………………………………………………26 答谢辞…………………………………………………………………27
参考文献………………………………………………………………28
第一章 Z3040摇臂钻床介绍
钻床是一种常用的机床，分台式钻床、立式钻床和摇臂钻床。种类繁多，在工业生产中应用得非常广泛，本文以Z3040摇臂钻床为对象进行PLC改造。
图1-1 XXXXXX
一 Z3040摇臂钻床系统的机械系统
Z3040摇臂钻床整个系统可实现主轴旋转、主轴进给摇臂升降及主轴箱在摇臂上移动等功能（参看表1-3）
（1）主轴旋转
主轴的旋转有正、反转及停止由手柄16（主轴正反转及停止手柄）操纵。当手柄向左扳动，主轴正转，并在面板
上指示灯显示旋向；当手柄在中间位置时主轴停止，指示灯熄灭；当手柄向右扳动，主轴反转，另一指示灯显示旋向。
选用不同的转速时，可转动手轮11（主轴旋转变换手轮）即可得到主轴的12种转速，手轮上设有“0”位，用以校调和对刀。变速时必须使用手柄16（主轴正反转及停止手柄）处于中间位置以停止电机旋转，否则会造成有关齿轮在旋转状态下进行切换，而发生意外。
主轴电机主要带动刀具做旋转运动为零件进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、平面和攻螺纹的动力电机。 （2）主轴进给
主要是调整主轴电机带动刀具的进给；
该进给有三种形式：一、快速移动或手动进给
二、机动进给
三、微动进给
（3）摇臂升降及主轴箱在摇臂上移动
主要是调整主轴电机带动刀具与加工工件的位置。以便于在工件上加工相应的深度。
二 Z3040摇臂钻床的电气系统
本机床的电源是三相380V,50HZ。
电气设备叙述如下：（见表1-3）
M4—主电动机，安装在主轴箱顶部，由手柄16（主轴正反转及停止手柄）与微动开关SQ4操作交流接触器KM2—KM5控制其动作。
M8—摇臂升降电动机，由按钮12（SB3）、13（SB4）操作交流接触器KM8、KM9控制其动作。
M10—立柱夹紧电动机，由主轴箱夹紧手柄2联动操作微动开关SA8和交流接触器KM10控制其动作。
M11—冷却泵电动机，由安装在电源盖板上的按钮19（SB5、SB6）和交流接触器KM1控制其动作。
各电动机设备都有熔丝保护装置，主电动机及冷却泵电动机还装有三相过载保护装置。
本机床设有急停、零压保护及摇臂升降保险装置，并设有信号灯。电气箱及电源箱实现了开门断电，工作照明采用安全电压24伏。
机床各操纵手柄和开关的部位和用途：
表1-3 *****表
编号 名称和用途
1 进给量变换盘
2 立柱和主轴箱夹紧手柄
3 主轴快速移动和接通机动进给手柄
4 主轴箱移动手轮
5 摇臂夹紧手柄 6 刻度盘微调捏手
7 定程切削捏手
8 零压按钮
9 主轴正转指示灯
10 主轴反转指示灯
11 主轴转速变换手轮
12 摇臂上升按钮
13 摇臂下降按钮
14 立柱松开、夹紧开关
15 刻度盘微调锁紧捏手
16 主轴正反转及停止手柄
17 接通断开机动进给手柄
18 微量进给手轮
19 冷却泵电动机按钮
20 电源总开关
21 紧急停止按钮
图1-2 主电路电气原理图
主电路简介：
在本钻床中，M4为主轴电机，M8为摇臂电机，M10为立柱夹紧电机，当KM2闭合，主轴电机正转，KM3闭合，主轴电机反转，当KM4闭合，主轴电机低速，KM5闭合，主轴电机高速；KM8闭合摇臂下降，当KM9闭合，摇臂上升；KM10闭合，立柱夹紧；KM11闭合，冷却电机启动，SQ15和SQ16为电气箱门开关。
三 Z3040摇臂钻床的润滑和冷却系统
（1）润滑系统
1）机动润滑：
主轴箱内所有的齿轮、轴承、摩擦片式离合器等，均由安装于主轴箱顶上的专用油泵供油润滑。透过箱体左侧上部的油窗可以观察润滑油的流动情况，以判断油泵工作是否正常。当机床电机不旋转时，油面不应低于油窗的中心。放油塞位于主轴箱的下端。主轴箱油池注油口位于箱体顶部。
2）人工润滑：
主轴上、下轴承的润滑脂是用油枪注入的。将主轴套伸出后，从套上的左侧小孔向下轴承直接注油。主轴上轴承加油是从主轴箱左侧上部油窗下面的表牌所盖孔内对准主轴套上的小孔直接注油。
立柱夹紧用的蜗轮减速箱位于立柱顶部的升降机构的箱体内，采用钙基润滑脂润滑。
机床各部位润滑应严格按照规定进行。
（2）冷却系统
刀具的冷却由专用的冷却泵供给冷却液。冷却液贮存于机床底座的空腔内，其流量大小可用内螺纹球阀调节。
第二章 继电器控制的摇臂钻床的工作原理 一、控制电路原理图
二 继电器控制的钻床操作步骤及工作原理
（1）钻床的操作步骤 1）接通电源，HL1信号灯亮；
2）扳动手柄16（主轴正反转及停止手柄）至中间停车位置上，按SB2光标按钮，HL2光标亮。
3）扳动手柄16（主轴正反转及停止手柄）至正转位置，HL3信号灯亮，仔细观察主轴运动情况，如一切正常，则准备工作完毕。
（2）主轴转速的选择操作如下：
1）停车—将手柄16（主轴正反转及停止手柄）扳到中间位置；
2）选速—将手轮11（主轴旋转变换手轮）扳到所需要的转速档；
3）开车—将手柄16（主轴正反转及停止手柄）扳到主轴正转位置，即获得所选转速。
转速选择的工作原理：
例如要获得50转/分的转速，首先将手轮11（主轴旋转变换手轮）拨到50转/分，将手柄16（主轴正反转及停止手柄）扳向正转位置。这时SA1的常开触点闭合，则电源通过KA1、SQ3的常闭触点、KM3的常闭触点接通交流接触器KM2线圈，KM2线圈带电。交流接触器KM4线圈通过SQ4的常闭触点和KM5的常闭触点接通带电，于是电动机转速在1410转/分速度下，而主轴的转速为50转/分，正转。同时，时间继电器KT1线圈通过KM2的常开触点带电，为主轴停车制动做好准备。
当手柄16（主轴正反转及停止手柄）扳向中间停车位置时，SA1的常开触点闭合断开，则KM2、KT1失电，KT1的一付常开触点延时断开，KM2的一付常闭触点闭合，中间继电器KA2通过KT1、KM2、KM3带电，KA2的一付常开触点闭合，24V交流电通通过桥式整流变成直流电再经过电磁制动器线圈，实现制动。制动时间由KT1控制，制动完毕，电磁离合器线圈失电。
切勿在开车时拨动手轮子11（主轴旋转变换手轮），否则会造成有关齿轮在旋转状态下进行切换，而发生意外事故。
（3）摇臂升降和夹紧
首选把摇臂夹紧手柄5（摇臂夹紧手柄）松开，而后按住上升（或下降）按钮SB3（或SB4），摇臂就上升（或下降），松开按钮摇臂就停止运动。 当按住SB3按钮时，交流接触器KM6线圈通过KA3、SB3、SQ6的常闭触电、KM3的常闭触点带电，使电动机M8旋转，带动摇臂上升，摇臂上升到位后，松开按钮SB3、KM8断电，电动机停止旋转。扳动手柄5至夹紧装置，摇臂夹紧装置将摇臂夹紧。
摇臂下降原理与此相同。
（4）立柱夹紧和松开
立柱夹紧和松开是和主轴箱夹紧手柄2联动操纵的。当夹紧手柄2处在松开位置时，则SA常开触点闭合，交流接触器KM10线圈通过SA8、SQ9带电，电动机M10旋转，内外柱松开。当松开到位后，限位形状SQ9常闭断开，KM10断电，电动机停止旋转。
立柱夹紧原理与松开相同。
开关14是单独控制立柱松开与夹紧的。
（5）摇臂升降保险及机床急停装置
摇臂升降保险装置由微动开关SQ6、SQ7及上、下触杆联动操纵的，当摇臂升（或降）到极限位置时，触动上（或下）触杆，将微动开关SQ6（或SQ7）的常闭触点断开，使交流接触器KM8（或KM9）线圈断电，电动机M8停止旋转，起到了保险作用。
当遇有异常情况时，按动操作面牌上的红色蘑菇头急停按钮SB1整个控制回路断电，机床所有动作中止。
（6）开门断电
当电气箱门（或电源箱门）打开时，SQ15（或SQ16）的常闭触电闭合，这时使电源自动开关的分励线圈带电，从而使电源自动开关（QF）自动切断电源。
当电气箱门（或电源箱门）打开后，需要送电时，只需把SQ15（或SQ16）门开关的触头拉开并向右旋转锁定，再把电源开关（QF）合上，这时配电板内就有电，便于维修检查。
三 电气元件清单
电气代号 名称 用途 技术数据 数量
M4 电动机 主轴旋转 YD90L-4/2，B5，1．3/1．8KW
1430/2850转/分（Z3025） 1