PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制

皖西学院

课程设计报告书

系别：机电学院

专业：13电气

学生姓名：学号：

课程设计题目：PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制起迄日期: 2016.5.16 - 2016.5.28 课程设计地点:PLC电气控制实验室

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下达任务书日期: 2016年 5月 15日

目录

前言 (1)

1 Z3050摇臂钻床的简介 (2)

1.1 摇臂钻床的主要结构 (2)

1.2 摇臂钻床的运动形式 (2)

1.3 摇臂钻床电气拖动特点 (3)

1.4 摇臂钻床及原理图说明 (4)

2 系统元器件选型 (5)

2.1 Z3050摇臂钻床主回路元件表 (5)

2.2 PLC的选型 (6)

2.3 硬件的设计 (6)

2.4 PLC的I/O分配 (6)

2.5 PLC的外部接线图 (8)

3 程序的设计与仿真 (9)

3.1 梯形图程序设计 (9)

3.1仿真调试与结果 (11)

参考文献 (15)

致谢 (14)

前言

摇臂钻床使用于单件或批量生产有多孔的大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常用的机械，由于其控制系统是采用继电器控制系统，电路接线复杂，出点多，长期使用后，故障多，故障排除困难。常常影响企业生产。

PLC具有可靠性强，使用方便，维护简单的优点。因此，利用PLC对摇臂钻床继电器控制线路进行改造，有利于提高设备的可靠性，使用率。正是由于PLC 控制系统的种种优点，因此本次对Z3050摇臂钻床的电气控制系统，可以提高Z3050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。

1 Z3050摇臂钻床的简介

1.1 摇臂钻床的主要结构

摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。内立柱固定在底座的一端，在他的外面套有外立柱，外立柱可绕内立柱回转360度。摇臂的一端为套筒，它套装在外立柱做上下移动。由于丝杆与外立柱练成一体，而升降螺母固定在摇臂上，因此摇臂不能绕外立柱转动，只能与外立柱一起绕内立柱回转。主轴箱是一个复合部件，由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构、机床的操作机构等部分组成。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作，使其在水平导轨上沿摇臂移动。

1.2摇臂钻床的运动形式

当摇臂钻床进行加工时，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，一边进行纵向进摇臂钻床给，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，摇臂与外立柱一起内立柱的回转运动。

Z3050摇臂钻床实物图

1.3 摇臂钻床电气拖动特点

3.Z3050摇臂钻床运动部件较多，为了简化传动装置，采用4台电机拖动。，他们分别是主轴电动机（M1），摇臂升降电动机（M2），液压泵电动机（M3）和冷却泵电动机（M4），这电动机都采用直接启动方式。

4.为了适应多种形式的加工要求，摇臂钻床主轴的旋转及进给运动有较大的调速范围，一般情况下由机械变速机构实现。主要变速机构与进给变速机构均装在主轴箱内。

5.Z3050摇臂钻床的主运动和进给运动为主轴的运动，为此这两项运动有一台主轴电动机拖动，分别经主轴传动机构，进给传动机构实现主轴的旋转和进给。

6.在加工螺纹时，要求主轴能正反转。摇臂钻床主轴正反转一般采用机械方法实现。因此主轴电动机仅需要单向旋转。

1.4 摇臂钻床及原理图说明

Z3050摇臂钻床主电路图如下：

主电路分析：

Z3050摇臂钻床共有4台电动机，冷却泵电动机为开关直接启动，其余三台电动机采用接触器控制。M1是主轴电动机由接触器KM1控制，只要求能单方向旋转。电动机型空机Q1能起到过载、短路、启动电流过大保护，而热继电器FR1也起过载保护的作用，这样就形成了一个双重保护的作用。

M2是摇臂升降电动机，装设于主轴顶部，用KM2和KM3来控制正反转。使用电动机型空开Q2进行保护。

M3是液压泵电动机，要求能够实现正反转，用KM4和KM5来控制正反转。电路中用电动机型开Q3和热继电器FR2进行双重保护。M4冷却泵电动机，功率小，直接用开关控制启动与停止。

L2L3

2 系统元器件选型

2.1 Z3050摇臂钻床主回路元件表

2.2 PLC的选型

摇臂钻床的电气控制系统需要12个输入口和6个输出口，PLC的实际输出点数应等于或大于所需输入点数12，PLC的实际输出点数应等于或大于所需输出点数6，在条件许可的情况下尽可能留有10%-20%的余量，因为实际的输出点刚好是12个，而选择PLC输入点有16个的显然是浪费，所以该系统采用三菱可编程序控制器作为主控制器，完全满足要求。并且输出点数留有比较多得余量为今后的改进做好准备。

2.3 硬件的设计

Z3050摇臂钻床电气控制系统的设计方案由两部分组成，一部分分为电气控制系统的硬件设计，也就是PLC的机型的确定；另一部分是电气控制系统的软件设计，就是PLC控制程序的编写。为了使改造后的摇臂钻床仍能保持原有功能不变，此次改造的一个重要原则之一就是，不对原有机床的控制结构做过大的调整，只是将原继电器控制中的硬件接线改为用软件编程来替代。

由于Z3050摇臂钻床控制对象对PLC输出点的动作表达速度要求不高，继电器型输出模块的动作速度完全能满足要求，且每一点的输出容量较大，在同一时间内对导通的输出点的个数没有限制，这将给设计工作带来很大的方便。所以本课题选用继电器输出模块，结合Z3050摇臂钻床电气控制系统的实际情况，需要输入点数大于18个，输出点数大于12个，在条件许可的情况下尽可能留有10%-20%的裕量。

2.4 PLC的I/O分配

根据系统的原则I/O分配如下：