机械机床毕业设计72Z30130X31型钻床控制系统的PLC改造

第一章引言

可编程控制器（Programmable Controller)是为工业控制应用而设计制造的专用计算机控制装置，是20世纪60年代发展起来的控制设备。最早的可编程控制器可追溯到1969年。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器Programmable Logic Controller,简称PLC，主要作用就是替代继电器实现逻辑控制。工业控制领域的快速发展和不断增长的新需求。使得目前这种装置的功能已经大大超出逻辑控制的范围，因此原来的说法已经不贴切地表示其功能了。今天我们称之为可编程控制器，简称PC。但为了避免与个人计算机Personal Computer的简称混淆，还是简称PLC。

PLC是微电子技术与自动控制技术相结合的产物，它的应用非常广泛，能方便地直接用于机械制造、化工、电力、交通、采矿、建材、轻工、环保、食品等各行各业。即可用于老设备的技术改造，也可用于新产品的开发和机电一体化。近年来，可编程序控制器的发展非常快，不仅应用普及非常快，而新产品的开发速度也是非常快的。

随着我国的经济飞速发展，人民生活水平迅速提高，工作居住条件得到了巨大改善。钻床作为工业生产内的重要生产工具，与人们的工作和效力的产生息息相关。对它的性能要求很精确。在此，我们采用了PLC的控制来实现钻床的运行稳定。

钻床的电气系统由液压系统、冷却泵和电磁吸盘以及照明电路等部分组成。传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰。目前钻床设计使用可编程控制器(PLC)，要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。改造后使生产线的效率得到提到，使用寿命更长久等优点。

改造钻床是一门专业知识相当广泛的专业，它涉及到自动化专业的多门专业基础课：电子技术、计算机控制、计算机接口、自控原理、检测技术、电力电子技术、电机拖动、电气系统控制、可编程逻辑控制器等。通过这些专业课程的学习，在此次毕业设计中，又使这些课程得到了复习、巩固。掌握所学知识并解决实际问题的方法和技能。

Z30130×31型摇臂钻床属于大型立式钻床，能够进行多种形式的机械加工，如钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、刮平面以及攻螺纹等。

摇臂钻床的运动部件较多，常采用多台电动机拖动，一般采用三相交流鼠笼式异步电动机拖动，用机械变速调节主轴转速和进刀量，变速箱为机械有级调速，钻床的主运动和进给运动都有较大的调速范围。

Z30130X31型钻床的传统的继电器—接触器控制系统过于复杂烦琐。若采用PLC控制进行改造后，便线路简化，可靠性提高，响应加快精确更正确，给设备维护、检修带来方便，同时在成本上也合理，能够产生较大的经济效益。

第二章机床的主要参数

1.机床的主要参数

（1）最大钻孔直径 100mm

（2）主轴中心线至立柱母线距离：最大 3150mm

最小 570mm

（3）主轴箱水平移动距离 2580mm

（4）主轴端面至底座工作面距离：最大 2500mm

最小 750mm

（5）摇臂升降距离 1250mm

（6）摇臂升降速度 0.61m/min

（7）摇臂回转角度 360度

（8）主轴圆锥孔莫氏6号

（9）主轴转速范围 8～1000r/min

（10）主轴转速级数 22级

（11）主轴进给量范围 0.06～3.2mm/r

（12）主轴进给量级数 16级

（13）主轴行程 500mm

（14）刻度盘每转钻孔深度 170mm

（15）主轴允许最大扭转力矩 2450N·m

（16）主轴允许最大进给抗力 49×10 3.N

（17）主电机功率 15kw

（18）摇臂升降电机功率 3kw

（19）主轴箱及摇臂液压夹紧电机功率 0.75k

（20）立柱液压夹紧电机功率 0.75kw

（21）主轴箱水平移动电机功率 0.25kw

（22）主轴箱水平移动速度 1.6m/min

（23）冷却泵电机功率0.09kw

2.钻床的机械及运动形式

（一）Z30130x31型摇臂钻床适用于在重大型零件上钻孔、扩孔、铰孔、刮平面及攻螺纹等工作，在具有工艺装备的条件下可以进行镗孔。

Z30130x31行摇臂钻床，其零部件通用化程度较高，本机床具有如下特点：

采用液压预选变速机构，可节省辅助时间；主轴正反转、停车（制动）、变速、空挡等动

作都用一个手柄控制，操纵轻便；主轴箱、摇臂、内外柱采用液压驱动的菱形块夹紧机构，夹紧可靠；摇臂上导轨、主套筒及内外柱回转滚道等处均进行淬火处理，可延长使用寿命；

主轴箱的移动除手动，还可以机动；有完善的安全保护装置及外柱防护和自动润滑装置。（二）液压系统的主要特点

（1）该液压系统中工作台的换向采用了时间控制的换向回路。在换向阀阀芯上的四个控制边均带有锥度较小的制动锥，同时可采用单向节流阀来调整阀芯的移动速度，使制动过程平稳，减小了换向冲击，这对工作台运动速度较高、换向要求平稳。

（2）液压系统中，采用了进油和回油路的双重节流调速回路，并以回油节流调速为主，因此，工作台的运动平稳，且可减小工作台启动时的前冲现象。

（3）具有卸荷回路，机床不工作时，可使系统卸荷，以减少功率损失和减少油液发热。

第三章继电器接触器控制原理

3.1控制线路特点与电气线路概述

3.1.1．控制线路特点

（1）电路、控制线路、信号指示灯电路及机床照明均采用自动空气断路器作为电源引入开关。自动空气断路器中的电磁脱扣装置作为短路保护电器而取代熔断器。另外，此断路器也具有零压保护和欠压保护作用。

（2）由于各台点动机的容量不同，在起动时须区别对待。主轴电动机容量较大，为降低起动电流，采用了Y—△起动控制线路。其它五台电动机采用接触器直接起动控制线路或开关直接起动控制线路。

（3）控制线路装有总起动与总停止按钮，便于操作和在发生事故时紧急停车。

（4）摇臂的上升运动和下降运动有严格的动作顺序，由限位开关SQ3给以保证。

（5）每一个主要动作均有指示灯作出指示，便于操作和进行电气维修。

（6）主柱的夹紧与松开单独用一台电动机拖动，使控制更为灵活。

（7）主轴箱的水平移动单独用一台电动机拖动，降低了操作者的劳动强度。

（8）摇臂的上升运动和下降运动可以用主轴箱上的十字开关操作，也可以装在立柱下部的控制按钮操作，属于两地控制线路。

（9）立柱与主轴箱的松开与夹紧可以同时进行操作，也可以单独进行。

（10）控制线路采取了可靠的电气联锁措施，以防止发生电源短路事故。

3.1.2．电气线路概述

主电路由六台三相交流异步电动机及其有关的电气元件组成。主轴电动机只有一个旋转方向，因为功率较大，所以采用Y—△起动控制线路。冷却泵电动机也只有一个旋转方向，采用开关直接起动控制线路。其它四台交流电动机都有两个旋转方向，采用交流接触器起动控制线路。

M1为主电动机，由交流接触器KM1、KM2和KM3进行Y—△起动，KM1和KM3也是M1的停止电器。M1的短路保护电器是总电源引入开关——自动空气断路器QF1中的电磁脱扣装置。热继电器FR1是M1的过载保护电器。

M2是摇臂升降电动机。交流接触器KM4控制M2的正向起动与停止。M2的反向起动与停止由反向交流接触器KM5控制。M2的短路保护电器也是自动空气断路器QF1中的电磁脱扣装置。因为M2是短时间工作，所以不设过载保护电器。

M3是摇臂和主轴箱松开与夹紧电动机，它实质上是液压油泵电动机，为摇臂与主轴箱的松开与夹紧提供压力油。交流接触器KM6控制M3的正向起动与停止。M3反向转动的起