摇臂钻床电气控制系统课程设计

PLC课程设计

设计题目：

摇臂钻床电气控制系统课程设计

一摇臂钻床简单介绍

钻床是一种专门进行孔加工的机床，主要用于钻孔，扩孔，铰孔和攻丝等。钻床得主要类型有台式钻床，立式钻床，卧式钻床，深孔钻床和多轴钻床等。摇臂钻床是立式钻床中的一种，具有操作方便灵活，应用范围广的特点，特别适用于单件或批量生产中带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常见的机床。

图1 摇臂钻床示意图

1—内外立柱；2—主轴箱；3—摇臂；4—主轴；5—工作台；6—底座；SB1—主电动机停止按钮；SB2—主电动机启动按钮；SB3—摇臂上升按钮；SB4—摇臂下降按钮；SB5—松开按钮；SB6—夹紧按钮

二电气控制要求

(1) 主要控制电器为四台电机：主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机、冷却泵电机。

(2)主电动机和液压泵电机采用热继电器进行过载保护，摇臂升降电动机、冷却泵电机均为短时工作，不设过载保护。

(3)摇臂的升降，主轴箱、立柱的夹紧放松都要求拖动摇臂升降电动机、液压泵电动机能够正反转。

(4)摇臂的升降控制：按下摇臂上升起动按钮，液压泵电动机起动供给压力油，经分配阀体进入摇臂的松开油腔，推动活塞使摇臂松开。同时摇臂升降电动机旋转使摇臂上升。如果摇臂没有松开，摇臂升降电动机不能转动，必须保证了只有摇臂的可靠松开后方可使摇臂上升或下降，可使用限位开关控制。

当摇臂上升到所需要的位置时，松开摇臂上升起动按钮，升降电动机断电，摇臂停止上升。当持续1~3s后，液压泵电动机反转，使压力油经分配阀进入的夹紧液压腔，摇臂夹紧，同时液压泵电动机停止，完成了摇臂的松开—上升—夹紧动作。

(5)摇臂升降电动机的正转与反转不能同时进行，否则将造成电源两相间的短路。

(6)因为摇臂的上升或下降是短时的调整工作，所以应采用点动方式。

(7)摇臂的上升或下降要设立极限位置保护。

(8)立柱和主轴箱的松开与夹紧控制：主轴箱与立柱的松开及夹紧控制可以单独进行，也可以同时进行。由开关SA2和按钮SB5（或SB6）进行控制。SA2有三个位置：在中间位置（零位）时为松开及夹紧控制同时进行，扳到左边位置时为立柱的夹紧或放松，扳到右边位置时为主轴箱的夹紧或放松。SB5是主轴箱和立柱的松开按钮，SB6为主轴箱和立柱的夹紧按钮。

(9)主轴箱的松开和夹紧为的动作过程：首先将组合开关SA2扳向右侧。当要主轴箱松开时，按下按钮SB5，经1～3s后，液压泵电动机正转使压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱放松。主轴箱和立柱松开指示灯HL2亮。当要主轴箱夹紧时，按下按钮SB6，经1～3s后，液压泵电动机反转，压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱夹紧。同时指示灯HL3亮，HL2灭，指示主轴箱与立柱夹紧。

(10)当将SA2扳到左侧时，立柱松开或夹紧。SA2在中间位置按下SB5或SB6时，主轴箱和主柱同时进行夹紧或放松。其他动作过程和主轴箱松开和夹紧完全相同，不再重复。

(11)机床要有照明设施

三电机的选取及电路的设计

1 .电机的选取

(1) 主轴电动机一般选用笼型电动机，完成摇臂钻床得主运动和进给运动。主轴的变速和反转均由机械方法实现，所以主轴电动机没有调速要求，也不需要反转，可直接启动。

(2) 摇臂沿外立柱的上下移动，有一台摇臂升降电动机驱动丝杠正反转实现。摇臂升降电动机要求能正反转，直接起动。

(3) 主轴，摇臂和立柱的松紧由液压系统实现，因此需要一台液压电动机驱动泵，液压泵电动机也要求能正反转，直接起动。

(4) 需要一台冷却泵电动机提供冷却液。

(5) 必须具有短路，过载，失电压和欠电压等必要的保护装置。

(6) 具有安全的局部照明装置。

摇臂钻床有四台工作电动机，一般采用笼型异步电动机，其中，M1为主电动机：控制主轴的旋转运动和进给运动，单向旋转，用机械交换完成加工所需的正反转；M2为摇臂升降电动机：控制要比升降运动，双向旋转；M3为液压泵电动机：控制摇臂夹紧、放松，主油箱及外立柱相对内立柱的夹紧与放松，双向旋转；M4为冷却泵电动机：手动控制，单向旋转。主电动机由KM1接触器控制，SB2、SB1为启动和停止按钮。当转换开关QS1接通电源后，按下SB2按钮时，KM1接触器得电并自锁，主电动机M1启动旋转。按下停止按钮SB1，KM1断电，M1电动机停止。内力主固定在底座的一端，外立柱套在内立柱上，并可绕内立柱回转360度。摇臂的一端为套筒，它套在外立柱上，借助升降丝杆的正反向旋转可沿外立柱作上下移动。由于升降丝杆与外立柱构成一体，而升降螺母则固定在摇臂上，所以摇臂只能与外立柱一起绕内立柱回转。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、进给和变速机构以及机床的操作机构等部分组成。主轴箱安装于摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作使主轴箱沿摇臂水平导轨移动。

钻削加工时，主轴旋转为主运动，而主轴的直线移动为进给运动。当进行钻孔工作时钻头一面做旋转运动，一面做纵向进给运动。此时，主轴箱应通过夹紧装置紧固在摇臂的水平导轨上，摇臂与外立柱也应通过夹紧装置紧固在内立柱

上。摇臂钻床的辅助运动有：摇臂沿外立柱作上下移动、主轴箱沿摇臂水平导轨做长度方向移动、摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。

2.主电路设计

主电路有4台电动机。

(1) M1是主轴电动机，带动主轴的旋转运动和垂直运动，是主运动和进给运动电动机。它由KM1的主触点控制。热继电器FR1做过载保护，M1直接起动，单向旋转。主轴的正反转由液压系统和正反转摩擦离合器来实现，空档，制动及变速也由液压系统来实现。

(2) M2 是摇臂升降电动机，带动摇臂沿立柱的上下移动。它由KM2，KM3的主触点控制正反转。电动机M2是短时运行，因此不需要过载保护。

(3) M3 是液压泵电动机，带动液压泵送出压力油以实现摇臂的松开，夹紧和主轴箱的松开，夹紧控制。它由KM4，KM5的主触点控制其正反转。热继电器FR2作过载保护。熔断器FU2作摇臂升降电动机M2，液压电动机M3和控制电路的短路保护。

(4) M4是冷却泵电动机，带动冷却泵供给工件冷却液。由于M4容量较小，因此不需要过载保护，由转换开关QS2直接控制。M4直接起动，单向旋转。

3.控制电路的设计