基于plc控制系统的z3040型摇臂钻床改造

基于plc控制系统的z3040型摇臂钻床改造内容摘要：

的物理继电器，而是一些存储单元（软继电器），每一软继电器与PLC存储器中映像寄存器的一个存储单元相对应。 该存储单元如果为“1”状态，则表示梯形图中对应软继电器的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，称这种状态是该软继电器的“1”或“ON”状态。 如果该存储单元为“0”状态，对应软继电器的线圈和触点的状态与上述的相反，称该软继电器为“0”或“OFF”状态。 使用中也常将这些“软继电器”称为编程元件。 2．能流如图22 51所示触点2接通时，有一个假想的“概念电流”或“能流”(Power Flow)从左向右流动，这一方向与执行用户程序时的逻辑运算的顺序是一致的。 能流只能从左向右流动。 利用能流这一概念，可以帮助我们更好地理解和分析梯形图。 图22 51a中可能有两个方向的能流流过触点5（经过触点4或经过触点2），这不符合能流只能从左向右流动的原则，因此应改为如图51b所示的梯形图。 a） 错误的梯形图 b）正确的梯形图图2－2梯形图3．母线梯形图两侧的垂直公共线称为母线(Bus bar)。 在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧母线（左母线和右母线）之间有一个左正右负的直流电源电压，母线之间有“能流”从左向右流动。 右母线可以不画出。 4．梯形图的逻辑解算根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。 梯形图中逻辑解算是按从左至右、从上到下的顺序进行 的。 解算的结果，马上可以被后面的逻辑解算所利用。 逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。 功能图编程语言这是位于其它编程语言之上的图形语言，用来编程顺序控制的程序（如：机械手控制程序）。 编写时，工艺过程被划分为若干个顺序出现的步，每步中包括控制输出的动作，从一步到另一步的转换由转换条件来控制，特别适合于生产制造过程。 语句表编程语言语句表（STL－StatementList）是一种类似于微机汇编语言的一种文本编程语言，由多条语句组成一个程序段。 语言表适合于经验丰富的程序员使用，可以实现某些梯形图不能实现的功能。 第3章 Z3040控制线路原理分析 Z3040摇臂钻床简介钻床可以进行多种形式的加工，如；钻孔、镗孔、铰孔及攻螺纹。 因此要求钻床的主轴运动和进给运动有较宽的调速范围。 Z3040型摇臂钻床的主轴的调速范围为50:1，正转最低转速为40 r/min，最高为2000 r/min，～ r/min。 它的调速是通过三相交流异步电动机和变速箱来实现的。 也有的是采用多速异步电动机拖动，这样可以简化变速机构。 摇臂钻床适合于在大、中型零件上进行钻孔、扩孔、铰孔及攻螺纹等工作，在具有工艺装备的条件下还可以进行镗孔。 摇臂钻床的主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动机拖动，主轴的正反向旋转运动是通过机械转换实现的。 故主电动机只有一个旋转方向。 摇臂钻床除了主轴的旋转和进给运动外，还有摇臂的上升、下降及立柱的夹紧和放松。 摇臂的上升、下降由一台交流异步电动机拖动，主轴箱、立柱的夹紧和放松由另一台交流电动机拖动。 通过电动机拖动一台齿轮泵，供给夹紧装置所需要的压力油。 而摇臂的回转和主轴箱的左右移动通常采用手动。 此外还有一台冷却泵电动机对加工的刀具进行冷却。 Z3040摇臂钻床的结构及运行Z3040摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱、工作台等部分组成，内立柱固定在底座上，在它的外面套着空心的外立柱，外立柱可绕着内立柱回转。 主轴箱是一个复合部件，它包括主轴及主轴旋转和进给运动的全部传动变速和操作机构。 主轴箱安装于摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作使其在水平导轨上沿摇臂移动。 钻削加工时，主轴箱可由夹紧装置将其固定在摇臂的水平导轨上，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。 Z3040摇臂钻床的电力拖动的特点和控制要求摇臂钻床运动部件较多，为简化传动装置，采用多台电动机控制，通常没有主轴电动机、摇臂升降电动机、立柱夹紧和放松电动机及冷却泵电动机。 摇臂钻床为适应各种形式加工，要求主轴及进给有较大的调速范围。 主轴一般速度下的钻床加工为恒功率负载，而低速是用于扩孔、绞孔及螺纹加工，属于恒转矩负载。 摇臂钻床的主运动与进给运动皆为主轴运动，这两个运动由一台主轴电动机拖动，分别经主轴和进给传动机构实现主轴旋转和进给。 主轴变速机构与进给变速机构均装在主轴箱内。 为加工螺纹，主轴要求有正、反转，一般由机械方法获得，为此主轴电动机只需单方向旋转。 摇臂的升降由升降电动机拖动，要求电动机能正、反转。 摇臂的夹紧和放松是由电气和液压联合控制，并且有夹紧和放松指示。 内外立柱的夹紧与放松，、主轴箱与摇臂的夹紧与放松可采用手柄机械操作、电气液压机械装置等方法来实现。 钻削加工时，需要对刀具和工件进行冷却，为此需冷却泵电动机输送冷却液。 要有必要的限位、连锁和过载保护，且具有局部安全照明。 Z3040控制线路概述Z3040摇臂钻床主要有两种主要运动和其他辅助运动，主运动是指主轴带动钻头的旋转运动；进给运动是指钻头的垂直运动；辅助运动是指主轴箱沿摇臂水平运动，摇臂沿外立柱上下移动以及摇臂和外立柱一起相对于内立柱的回转运动。 Z3040摇臂钻床具有两套液压控制系统：一套是由主轴电动机拖动齿轮泵送出压力油，通过操纵机构实现主轴正反转、停车控制、空挡、预选与变速；另一套是由液压电动机拖动液压泵送出压力油来实现摇臂的夹紧和松开、主轴箱的夹紧与松开、立柱的夹紧与松开。 前者安装在主轴箱内，后者安装在摇臂电器盒下部。 1．操纵机构液压系统该系统压力油由主轴电动机拖动齿轮泵送出，由主轴操作手柄来改变两个操纵阀的相互位置，获得不同的动作。 操作手柄有五个空间位置：上、下、里、外和中间位置，其中上为“空挡”，下为“变速”，外为“正转”，里为“反转”，中间位置为“停车”。 而主轴转速及主轴进给量各有一个旋钮预选，然后在操作主轴手柄。 主轴旋转时，首先按下主轴电动机起动按钮，主轴电动机起动旋转，拖动齿轮泵，送出压力油。 然后操纵主轴手柄，板至所需转向位置（里或外），于是两个操纵阀相互位置转变，使一股压力油将制动摩擦离合器松开，为主轴旋转创造条件；另一股压力油压紧正转（反转）摩擦离合器，接通主轴电动机的主轴的传送链，驱动主轴正转或反转。 在主轴正转或反转过程中，可转动变速按钮，改变主轴转速或主轴进给量。 主轴停车时，将操作手柄扳回中间位置，这时主轴电动机仍拖动齿轮泵旋转。 但此时整个液压系统为低压油，无法松开制动摩擦离合器，而在制动弹簧作用下将制动摩擦离合器压紧，使制动轴上的齿轮不能转动，实现主轴停车。 所以主轴停车时主轴发动机仍在旋转，只是不能将动力传到主轴。 主轴变速与进给变速：将主轴手柄扳至“变速”位置，于是改变两个操纵阀的相互位置，使齿轮泵送出的压力油进入主轴转速预选阀和主轴进给量预选阀，然后进入各变速油缸。 与此同时，另一油路系统推动拔叉缓慢运动，逐渐压紧主轴正转摩擦离合器，接通主轴电动机到主轴的传动链，带动主轴缓慢旋转，称为缓速，以利于齿轮的顺利啮合。 当变速完成，松开操作手柄，此时手柄在弹簧作用下由“变速”位置自动复位到主轴“停车”位置，然后在操纵主轴正转或反转，主轴将在新的转速或进给量下工作。 2．夹紧机构液压系统主轴箱、内外立柱和摇臂的夹紧和松开是由液压泵电动机拖动液压泵电动机送出压力油，推动活塞、菱形块来实现的。 其中由一个油路控制主轴箱和立柱的夹紧，另一油路控制摇臂的夹紧和松开，这两个油路均由电磁阀控制。 Z3040摇臂钻床共有四大电动机：主电动机M1，摇臂升降电动机M2，液压泵电动机M3和冷却泵电动机M4。 Z3040控制线路原理分析Z3040型摇臂钻床控制线路原理图见附录1，Z3040型摇臂钻床的动作是通过机、电、液进行联合控制实现的。 该机床控制电路采用380V/100V隔离变压器供电，但其二次绕组增设24V安全电压供局部照明使用。 断路器QF1既作为机床线路的电源总开关，又作为机床线路和主轴电机M1的短路及过载保护元件，断路器QF2卧摇臂升降电动机M液压泵电机M冷却泵电机M4的隔离开关和过载及短路保护元件。 QFQFQF5分别为机床控制电路、机床工作信号指示电路和机床工作照明电路和过载及短路保护开关。 开车前的准备。 首先将隔离开关接通，将电源引入开关QF1扳到“接通”位置，接通三相交流电源，此时总电源指示灯HL1亮，表示机床电气电路已进入带电状态。 按下总启动按钮SB1，中间继电器KA线圈通电吸合并自锁，为主电动机及其他电动机启动多准备，同时触点KA闭合，为其他三个指示灯通电做准备。 主电路分析1．M1为单方向旋转，由接触器KM1控制，主轴的正反转则由机床液压系统操纵机构配合正反转摩擦离合器实现，并由热继电器FR1作电动机长期过载保护。 2． M2由正、反转接触器KMKM3控制实现正反转。 控制电路保证，在操纵摇臂升降时，首先使液压泵电动机起动旋转，供出压力油，经液压系统将摇臂松开，然后才使电动机M2 起动，拖动摇臂上升或下降。 当移动到位后，保证M2先停下，再自动通过液压系统将摇臂夹紧，最后液压泵电机才停下。 M2为短时工作，不设长期过载保护。 3．M3由接触器KMKM5实现正反转控制，并有热继电器FR2作长期过载保护。 4．M4电机容量小，由开关QS控制。 控制电路分析由变压器TC将380V交流电压降为110V，作为控制电源。 指示灯电源为 6V。 1．主电动机控制按下起动按钮SB2，接触器KM1吸合并自锁，主轴电动机M1起动并运转。 按下停止按钮SB8，接触器KM1释放，主轴电动机M1停转。 2．摇臂升降控制摇臂上升、下降分别由SBSB4点动控制。 按上升按钮SB3，时间继电器KT1得电吸合，瞬时动合触点（3335）闭合，接触器KM4得电吸合，液压泵电动机M3接通电源正向旋转，供给压力油。 压力油经分配阀体进入摇臂松开的油腔，推动活塞，使摇臂松开。 当摇臂完全松开后，活塞杆通过弹簧片压下限位开关ST2，使其动断触点ST2（17－33）断开，使接触器KM4线圈断电释放，液压泵电动机M3停转，与此同时，另一动合触点ST2（1721）闭合，接触器KM2线圈通电吸合，其主触点接通升降电动机M2的电源，M2启动正向旋转，带动摇臂上升。 如果摇臂没有松开，ST2的动合触点也不能闭合，KM2就不能吸合，M2不能旋转，摇臂也就不可能上升，保证了只有在摇臂可靠松开后才能使摇臂上升。 当摇臂上升到所需位置时，松开按钮SB3，接触器KM2和时间继电器KT1同时断电释放，摇臂升降电动机M2停转，摇臂停止上升。 由于KT1释放，其延时闭合的动断触点（4749）经13秒延时后闭合，接触器KM5的线圈经（135747495162）线路通电吸合，液压电动机M3反向起动旋转，供给压力油。 压力油经分配阀进入摇臂夹紧油腔，向相反方向推动活塞，使摇臂夹紧。 同时，活塞杆通过弹簧片压下限位开关ST2动断触点（747）断开，接触器KM5断电释放，液压泵电动机M3停止旋转，完成了摇臂的松开－上升－夹紧动作。 摇臂上升的动作过程如下： 摇臂的下降过程与上升基本相同，它们的夹紧和放松电路完全一样。 所不同的是按下降按钮SB4时为KM3线圈得电，摇臂升降电动机M2反转，带动摇臂下降。 时间继电器KT1的作用是控制KM5的吸合时间，使M2停止运转后，再夹紧摇臂。 KT1的延时时间应视摇臂在M2断电至停转前的惯性大小调整，应保证摇臂上升（或下降）后才进行夹紧，一般调整在1～3秒。 摇臂升降的限位保护，由组合开关ST1来实现。 ST1有两对触点，ST11是摇臂上升时的极限位置保护，ST12（2717）是摇臂下降时的极限位置保护。 当摇臂上升到极限位置时，ST11(1517)动作，将电路断开，则KM2断电释放，摇臂升降电动机M2停止旋转。 但ST1的另一触点ST12（2717）仍处于闭合状态，保证摇臂能够下降。 同理，当摇臂下降到极限位置时，ST12（2717）动作，电路断开，KM3释放，摇臂升降电动机M2停转。 而ST1的另一动断触点ST11(1517)仍闭合，以保证摇臂能够上升。 摇臂的自动夹紧是由行程ST3来控制的。 如果液压夹紧系统出现故障而不能自动夹紧摇臂，或者由于ST3调整不当，在摇臂夹紧后不能使ST3（747）的动断触点断开，都会使液压泵电动机处于长期过载运行状态，这是不允许的。 为了防止损坏液压泵电动机，电路中使用了热继电器FR2。 摇臂夹紧动作过程如下：摇臂升到预定位置，松开SB3→KT1（4749）断电延时闭合→KM5吸合、M3反转→摇臂夹紧→ST3（747）受压断开→KMM均断电释放。 3．立柱和主轴箱松开、夹紧控制立柱和主轴箱的松开及夹紧控制可单独进行，也可同时进行，由转换开关SA2和复位按钮SB7（或SB8）进行控制。 SA2有3个位置：中间位（零位）时，立柱和主轴箱的松开或夹紧同时进行；左边位为立柱的夹紧或放松；右边位为主轴箱的夹紧或放松。 复合按钮SBSB8分别为松开、夹紧控制按钮。 以主轴箱的松开和夹紧为例：先将SA2扳到右侧，触点（5759）接通，（5763）断开。 当要主轴箱松开时，按松开按钮SB7，时间继电器KTKT3的线圈同时得电，KT2是断电延时型时间继电器，它的断电延时断开的常开触点 （757）在通电瞬间闭合，电磁铁YA1通电吸合。 经13秒延时后，KT3的延时闭合常开触点（741）闭合，接触器KM4线圈经（13574143373962）线圈断电，液压泵电动机M3正转，压力油经分配阀进入主轴箱右缸，推动活塞使主轴箱放松。 活塞杆使行程开关 ST4复位，触点ST4常闭开关,ST4常开闭合。 指示灯HL2亮，表示主轴箱已松开。 主轴箱夹紧的控制线路及工作原理与松开时相似，只要按松开按钮SB7换成夹紧按钮SB8，接触器KM4换成KM5，M3由正向转动变成反向转动，指示灯HL2换成HL3即可。 当把转换开关SA3拌到左侧时，触点（5763）接通，（5759）断开。 按松。