毕业设计(论文)Z30130×31型钻床的PLC控制系统改造.doc
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1、目 录1.概 述122.机床的主要参数123.钻床的机械及运动形式134.继电器接触器控制原理134.1、控制线路特点与电气线路概述134.2、控制原理分析及分立控制线路145.Z30130X31型摇臂钻床的电气元件185.1、电动机的选型185.2、接触器的选择195.3、自动空气断路的选型225.4、热继电器的选用235.5、中间继电器的选型245.6、万能转换开关的选型245.7、电磁铁的选型255.8、按钮的选型255.9、位置开关的选型265.10、导线的选型265.11、变压器的选型265.12、机床电气控制系统的工艺设计305.13、电气元件布置图的绘制315.14、电气接线图的
2、绘制315.15、电器箱及非标准零件图的设计325.16、可编程控制器325.17、三菱PLC指令系统386.FX2N型PLC及I / O 分 配 表397.程序语句表408.程序模拟调试43毕业设计总结44参考文献46Z3013031型钻床的PLC控制系统改造摘 要:Z30130X31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,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,用机械变速箱调节主轴转速和进刀量,变速箱为机械有级调速,钻床的主要运动豆油较大的调速范围。关键词:PLC;电动机;行程开关;断路
3、器;控制按钮;控制开关;工作指示灯。 1. 概 述 Z3013031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。2. 机床的主要参数 (1)最大钻孔直
4、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 81000r/min (10)主轴转速级数 22级 (11)主轴进给量范围 0.063.2mm/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 2450Nm (16)
5、主轴允许最大进给抗力 4910 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 0.09kw3. 钻床的机械及运动形式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
6、(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。4. 继电器接触器控制原理4.1、 控制线路特点与电气线路概述4.1.1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短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
7、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
8、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。4.1.2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
9、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KM3的正向起动与停止。M3反向转动的起动与停止由交流接触器KM7控制。自动空气断路器QF4中的电磁脱扣装置是M3的短路保护器。虽然摇臂与主轴箱的松开与夹紧是短时间的调整工作,M3并不长期运转,但液压系统出现故障或行程开关调整不当时,M3也会处于长时间过载状态而造成事故,所以在电路中装设了热继电器F
10、R2。 M4是立柱的松开与夹紧电动机,也是液压油泵电动机,专供立柱松开与夹紧用的压力油。M4的正反向起动与停止分别由正向交流接触器KM8与反向交流接触器KM9控制。M4的短路保护电器是自动空气断路QF4的电磁脱扣装置。由于M4不是长期运行的电动机,所以不设过载保护电器。 M5是主轴箱水平移动电动机,有两个旋转方向,由交流接触器KM10和KM11分别控制其起动与停止。短路保护电器仍为自动空气断路器QF4中的电磁脱扣装置。由于短时间工作,所以不设过载保护电器。 M6是冷却泵电动机,功率很小,虽然长时间工作,也不设过载保电器。由自动空气断路器QF2控制其起动和停止,并兼作短路保护电器。 控制线路中装
11、设了三台时间继电器,其中KT1为通电延时型、KT2和KT3为继电延时型 在主轴箱水平移动控制线路中,主轴箱与电动机之间接入了直流电磁离合器YC1,使控制更为可靠。 控制线路电压为110V,信号等电路电压为交流6V,均变压器TC2提供电源。电磁离合器电压为24V,由控制变压器TC1供电。照明线路除了装设两台照明灯外,还装有电源插座,便于接临时照明灯。照明电路电压为24V,由变压器TC2供电4.2、 控制原理分析及分立控制线路 4.2.1开车前准备工作 先将自动空气断路器QF7QF8扳到闭合位置,然后扳动总电源开关QF1,引入三相380V交流电源。这时,电源接通指示灯HL1亮,表示机床的电气线路已
12、处于通路状态。 按下总起动按钮SB1,中间继电器KA1的线圈经(1-3-5-7-0)线路得电吸合并自锁,为控制线路提供了电源通路,并为其它电器得电做好准备。 4.2.2主轴电动机起动与停止控制线路 在中间继电器KA1得电并自锁的基础上,按下起动按钮SB2,时间继电器KT1的线圈经(1-3-5-7-11-13-2-0)线路通电吸合。接触器KM1的线圈经(1-3-5-7-11-13-2-0)线路通电吸合并自锁。接触器KM3。接触器KM2的线圈经(1-3-5-7-11-13-15-17-2-0)线路通电吸合。KM2的主触点闭合,短路主电动机三相绕组的末端,将主电动机接成Y形。由于KM1主触点闭合,接
13、通M1的三相电源,主轴电动机在定子绕组接成Y的情况下得电旋转。 当主轴电动机的转速逐渐升高到接近额定转速时,时间继电器KT1延时开启的动断触点KT1-2(13-15)断开,接触器KM2的线圈断电释放。KM2的主触点断开,使主触点电动机定子绕组的末端脱离短路状态。与此同时,时间继电器KT1延时闭合的动合触点KT1(13-21)闭合,使接触器KM3的线圈经(1-3-5-7-11-13-21-23-2-0)线路通电吸合。KM3的主触点闭合,将主轴电动机的定子绕组接成形并通过已闭合的KM1街道电源上,使M1在额定转速下正常旋转。接触器KM3得电时,它的动合辅助触点KM3(605-607)闭合,主轴电动
14、机旋转指示灯HL2亮。停止主轴电动机时,按下停止按钮SB12,时间继电器KT1、交流接触器KM1和KM3同时断电释放,KM1的主轴触点断开,切除三相电源,主轴电动机停转。接触器KM3断电释放时,其动合触点KM3(605-607)断开,主轴电动机旋转指示灯HL2灭。4.2.3摇臂上升控制线路及工作原理在中间继电器KA1得点吸合并自锁的情况下,将主轴箱上的十字开关向上扳动,使SA1-1接通,或按下装在立柱下部的摇臂上升起动按钮SB3,中间继电器KA2的线圈经(1-3-5-7-25-27-29-0)线路通电吸合,KA2动断触点KA2-4(55-57)断开,保证KM7无电。同时,动合触点KA2-3(3
15、9-41)和KA2-1(7-37)闭合。前者为交流接触器KM4得点做好准备,后后者使时间继电器KT2的线圈经(1-3-5-7-37-0)线路通电吸合。因为KT2是断电延时型的时间继电器,所以它的断电延时开启的动合触点KT2-1(7-55)杂通电时瞬时闭合,使时间继电器KT3的线圈得电吸合。与此同时,时间继电器KT2的瞬时动作动合触点KT2-3(7-87)闭合,使电磁铁YA1的线圈得电动作,打开摇臂松开油腔的进油阀门,为摇臂松开做好准备。由于KT3线圈通电吸合,其断电延时开启触点KT3-2(7-87)瞬时闭合,保证了YA1的线圈在时间继电器KT2断电后 仍然通电。与此同时,KT3瞬时动作的动合触
16、点KT3-1(49-51)闭合,使交流接触器KM6的线圈经(1-3-5-7-37-49-51-53-4-0)线路通电吸合。KM6的主触点闭合,接通M3的电源,主轴箱和摇臂松开与夹紧电动机通电正向旋转,使压力油经二位六通阀进入摇臂松开油腔,推动活塞和菱形块,将摇臂松开。这时活塞杆通过弹簧片压动限位开关SQ3,使其动断触点SQ3-2(37-49)断开,交流接触器KM6的线圈断电释放。KM6的主触点断开,切断M3的电源,主轴箱和摇臂夹紧与松开电动机停止转动。与此同时,限位开关SQ3的动合触点SQ3-1(37-39)闭合,接触器KM4的线圈经(1-3-5-7-37-39-41-43-0)线路通电吸合,
17、其主触点接通M2的电源,摇臂升降电动机正向转动 ,带动摇臂上升。当摇臂上升到所需要的位置时,扳动十字开关使SA1-1断开,或松开起动按钮SB3,中间继电器KA2的线圈断电释放。KA2的动断触点KA2-1(7-37)断开,时间继电器KT2和交流接触器KM4的线圈断电释放,摇臂升降电动机停止转动,摇臂停止上升。KA2释放时,动断触点KA2-4(55-57)闭合,为交流接触器KM7得电动作做好了准备KT2断电释放时,它的瞬时动作动触点KT2-3(7-87)断开,但由于KT3仍然通电,所以电磁铁YC1仍处于带电状态。经过13S的延时,KT2延时开启动合触点KT2-1(7-55)断开,但因为限位开关SQ
18、4闭合,所以并不影响KT3的通电吸合状态。同时,KT2的延时闭合动断触点KT2-2(59-63)闭合,交流接触器KM7的线圈经(1-3-5-7-55-57-59-63-65-4-0)线路通电吸合。KM7的住触点接通M3的电源,主轴箱和摇臂夹紧与松开电动机反向转动,压力油经二为六通阀进入摇臂夹紧油腔,推动活塞和菱形块,将摇臂夹紧。与此同时,活塞杆通过弹簧片压动限位开关SQ4,使它的动断触点SQ4(7-55)断开,交流接触器KM7和时间继电器KT3的线圈断电释放,主轴箱和摇臂夹紧与松开电动机停止转动。经过13S的延时,KT3延时开启的动合触点KT3-2(7-87)断开,YC1断电释放。4.2.4摇
19、臂下降的控制线路原理分析 摇臂下降的控制线路及其工作原理和摇臂上升的控制线路及工作原理极为相似,只要把摇臂上升线路中的SA1-1改为SA1-2(十字开关向下扳动),摇臂上升起动按钮SB3改为摇臂下降起动按钮SB4,中间继电器KA2改为KA3,接触器KM4改为KM5即可。摇臂的上升与下降是短时间调整工作,所以采用电动方式。行程开关SQ1和SQ2用来限制摇臂上升和下降的行程。当摇臂上升到极限位置时,压动SQ1,使其动断触点SQ1(25-27)断开。中间继电器KA2断电释放,动合触点KA2-1(7-37) KA2-3(38-41)断开,接触器KM4失电,摇臂升降电动机停止转动,摇臂停止上升。当摇臂下
20、降到极限位置时,压动限为开关SQ2,使它的触点SQ2(31-33)断开,中间继电器KA3的动合触点KA3-1(7-37)和KA3-3(39-45)断开,KM5断电,摇臂升降电动机停止转动,摇臂停止下降。正常工作时,限位开关SQ1和SQ2的动断触点总是闭合的。4.2.5主轴箱松开与夹紧控制原理分析 主轴箱和立柱的松开(或夹紧)即可以同时进行,也可以单独进行,由转换开关SA2控制。转换开关SA2有三个位置,将SA2扳到中间位置,主柱和主轴箱同时松开(或夹紧);将SA2扳到左边位置,立柱单独松开(或夹紧);将SA2扳到右边位置,主轴箱单独松开(或夹紧)。复合按钮SB5是立柱与主轴箱的松开控制按钮,S
21、B6是夹紧控制按钮。下面,先分析主轴箱单独松开的控制线路原理。将转换开关SA2扳到右边位置,则触点SA2(73-51)和SA2(79-55)接通。按下复合按钮SB5,接触器KM6的线圈经(1-3-5-7-73-51-53-4-0)线路通电吸合,它的主触点闭合,接通M3的电源,主轴箱和摇臂的松开与夹紧电动机起动正向旋转,供应压力油。由于这时电磁铁YA1处于无电释放状态,所以压力油经二位六通阀进行主轴箱松开油缸,推动活塞和菱形块,将主轴箱松开。松开时压动限位开关SQ6,使动断触点SQ6-2(605-613)闭合,立柱和主轴箱松开指示灯HL3亮。这时,应立即松开复合按钮SB5,使接触器KM6断电释放
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