Z3050鉆床改造系統(tǒng)設計和實現(xiàn) 機械制造專業(yè)

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1、 題目：Z3050鉆床改造系統(tǒng) 摘要 Z3050搖臂鉆床是各大工廠用的比較多的切削金屬的機器。我們從時間上進行控制，在配合上，需要機器，電路，液壓，電氣回路等系統(tǒng)一起使用。在調速上，可以通過兩種方式，前一種是借助三相交流異步電動機與變速箱的作用來達成，后一種是借助多速異步電動機拖動，如果我們通過一些特殊手段，比如機械轉換，就可以實現(xiàn)正反方向旋轉運動。所以一般情況下電動機只能朝著一個方向旋轉。 目前，國內的Z3050搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)主要以傳統(tǒng)意義上的繼電器與接觸器進行控制。由于具有規(guī)模優(yōu)勢的大型工廠里的有待控制的機器非常大非常多，電路電線什么的也比較多，因而，電氣故障問題

2、一直都是備受工廠頭疼的事情，同時也是導致我國工業(yè)生產(chǎn)進步緩慢的絆腳石。對于以上系統(tǒng)的短板，PLC電氣控制系統(tǒng)完全能夠憑借己身優(yōu)勢對其做出改善。 PLC，用專業(yè)術語來說就是可編程邏輯控制器,可編程邏輯控制器的歷史要追溯到早期的繼電器邏輯電器控制系統(tǒng)。作為控制系統(tǒng)，微型計算機控制系統(tǒng)可謂后生可畏，通過不斷吸收微型計算機控制系統(tǒng)的技術，功能越來越強大，才被世人皆知。PLC之所以有較強的生命力，相較傳統(tǒng)繼電器接接觸器的控制方式，PLC的優(yōu)勢主要體現(xiàn)于它較高的工業(yè)現(xiàn)場與市場要求適應能力上。有著格外耀眼的五大特征，即使用壽命長、價格低廉、高度可靠、強悍的抗干擾能力、編程上不復雜。如此一來，用戶的生產(chǎn)成本

3、就被控制在了可接受范圍內，甚至是理想范圍內。當前，活躍于工業(yè)控制領域的PLC種類很多，正是因為種類多元的緣故，所以，規(guī)模大小和功能大小上也有著微小或明顯得差異，不過，它們的共性也不少。 功能強悍，可以通過邏輯控制、定時、計數(shù)等的基本功能和點位控制、PTO運算等的優(yōu)質性功能的作用來滿足市場的現(xiàn)實需求和潛在需求，最易于理解的例子，為了方便工廠管理又可以與上位機相互聯(lián)系，就可以通過遠程模塊來控制遠程機器設備。所以，PLC幾乎是全能的工業(yè)控制計算機，只有你想不到，沒有它辦不到的。 編程方上不復雜，操作簡單。編程上，PLC也支持梯形圖語言，這和繼電器的梯形圖語言一樣易于學習和掌握，即便是用戶是初學者

4、的身份也能夠熟練運用，所以，受青睞程度很高。為了能夠加大適用人群范圍，又在近些年里開發(fā)出了順控流程圖語言。 運行速度快。PLC主要是看CPU和掃描速度來決定他的運行，所以他可以完成速度快，內容雜的控制任務， 關鍵詞：plc的控制；更現(xiàn)代化；更自動化； 目錄 第一章Z3050鉆床的簡介 4 1.1主要結構 4 1.1.1工作形式 4 第二章：Z3050鉆床的工作原理 5 2.1主要工作原理 5 第三章：電氣控制電路分析 7 3.1原理圖： 7 加上圖啊 7 cad圖 7 3.1.1主電路分析： 7 3.2控制線路圖分析： 8 3.2.1主軸箱和立柱的夾緊、放松

5、的控制： 8 四、Z3050鉆床的PLC控制系統(tǒng)設計改造 9 4.1系統(tǒng)的主要組成部分 9 4.2 PLC的選型 10 第五章 輸出輸入設計 11 5.1輸入輸出表 11 5.1.1輸入表：如圖5-1所示 輸出表：如圖5-2所示 11 輸入表 11 輸出信號 12 第六章 梯形圖設計 13 6.1梯形圖設計流程圖 13 七、調試 16 八、總結 17 致謝 18 參考文獻 19 附錄 20 第一章Z3050鉆床的簡介 1.1主要結構 字母Z就是鉆床的意思，30是搖臂的意思、50是他的鉆孔直徑。能夠有效完成諸如鉆

6、孔、擴孔、鉸孔、平面及攻螺紋等的工作，以及鏜孔工作，可充分適用于中型大型零件范圍。主軸、外力柱、底座等的零件構成了z3050這個鉆床，一般正常的鉆床結構如下，內立柱在底座的一端，搖臂的一端是套桶，搖臂在外立柱上做上下移動，絲桿與外立柱連成一體，而升降螺母在搖臂上，故而，搖臂和外立柱一起圍繞內立柱進行旋轉。主軸箱是復合部件，由三個方面構成，即主軸的傳動機構、主傳動電動機、機床操作機構。 1.1.1工作形式 當我們需要加工零件時，需要把主軸箱用固定在搖臂導軌上面，內外兩個立柱要在一起，搖臂就綁在外立柱上面就ok了，這樣我們的鉆床就可以開始工作了，在加工的時候，機床一般時采用橫向的運動，同時刀片

7、開始切削。那么鉆床的工作方式是： ①主要是主軸的旋轉； ②切削運動則是橫向的進給； 19 第二章：Z3050鉆床的工作原理 2.1鉆床的工作原理 （1） 這臺搖臂鉆床是需要四臺發(fā)動機去發(fā)動的，即主軸電動機、冷卻泵電動機、搖臂升降電動機、液壓泵電動機。四臺發(fā)動機的運動方式是可以用直接啟動。 （2）現(xiàn)在的加工要求越來越高，而鉆床呢，能夠應付的要求也越來越多，不過我們現(xiàn)在的加工要求一般用機械來實現(xiàn) （3）在鉆床開始加工的情況下，都是用主軸在運動。加工都是由一臺電動機去帶動的，傳動和進給機構用來給主軸打下手幫忙旋轉。 （4）當我們需要加工螺母是，鉆床需要正反轉

8、，不過主軸的正反轉有一個專門的機構來控制，所以我們的主軸只要可以正轉就行了。 （5）電動機的升降系統(tǒng)必須要可以正反轉，這樣子搖臂才可以升降 （6）兩個軸的放松和夾緊要使用機械拉操作，如果我們享用液壓的方式來實現(xiàn)，那么我們一定要有液壓電動機，利用我們的液壓原理，但是當我們使用液壓電動機的時候，液壓電動機也要可以正反轉 （5） 當機器發(fā)熱的時候我們要有冷卻泵電動機，，我們加工工件的過程都需要冷卻液的參與，我們的冷卻泵電動機用的是直接啟動。 （6） 晚上加工工件的時候，我們要有照明和信號燈。（ 2.1.1

9、 第三章：電氣控制電路分析 3.1原理圖： 3.1.1主電路分析： Z3050鉆床總共有四臺電動機，冷卻泵電動機以外的三臺電動機均是接觸式控制，只有冷卻泵電動機屬于直接啟動開關。M1屬于主軸電動機，運作上會受到KM1的控制，可以單方向旋轉的情況下，電動機空機Q1能起到過載、短路、啟動電流過大的保護，熱繼電器FR1在過載保護方面也同樣由此作用。出于良好適應多樣化加工要求的考慮，搖臂鉆床在主軸的旋轉和進給運動上有著能夠基本滿足現(xiàn)實需求的調速范圍，除非是特殊情況，絕大多數(shù)都是依據(jù)機械變速機構予以達成的。主軸變速機構與

10、進給變速機構被安裝在了主軸箱里。螺紋加工過程里，對主軸的要求相對較高，要求它不但要具有反轉作用，還要具有正轉作用。Z3050搖臂鉆床主軸不管是正轉還是反轉，除非是特殊情況，否則絕大多數(shù)都是依據(jù)機械方法進行的。外內主軸的夾緊與放松、主軸與搖臂的夾緊與放松可以使用機械操作、機械等控制方法實現(xiàn)。泵電機要求能正反向旋轉，并根據(jù)要求采用，點動控制。搖臂的移動嚴格按照搖臂要求 ,移動→搖臂夾緊的程序進行。冷卻泵電動機的要求是單向旋轉，能夠通過帶動冷卻泵的方式供應冷卻液。 M2代表的是升降電動機，位于主軸的頂端，不管是它的正轉還是反轉，均是在KM2、KM3的控制下進行的。 M3代表的是液壓泵電動

11、機，不管是它的正轉還是反轉，均是在KM4、KM5的控制下進行的。 M4代表的是冷卻泵電動機能夠對開關按鈕進行控制，它的功率并不大。 3.2控制線路圖分析： ①主軸電動機M1的控制：開啟啟動按鈕之后（SB2），接觸器KM1會自行合并且自鎖，主軸電動機會在接收到命令后自行進入到啟動與運行狀態(tài)，同時HL3指示燈亮，開啟停止按鈕之后（SB1），接觸器KM1會自行停止自鎖狀態(tài)，主電機也會聽從命令停止動作，HL3指示燈也會隨之處于熄滅狀態(tài)。 ②搖臂升降的控制：開啟上升按鈕之后（SB3），時間繼電器KT1得電吸合，接觸器KM4得電，液壓泵電動機M3正向啟動。供給壓力油，依據(jù)壓力系統(tǒng)松開搖臂

12、。搖臂的自動夾緊開關是在SQ3的控制下進行運作的，不管是在液壓夾緊控制系統(tǒng)中無法自動夾緊工件，還是在搖臂夾緊后無法以SB3動端觸電斷開，都會導致液壓泵電動機出現(xiàn)損壞。 3.2.1主軸箱和立柱的夾緊、放松的控制 主軸箱和立柱的操作都是在復合按鈕SB5的控制下完成的，關于松緊程度的操作既能夠單獨進行，也能夠一起進行。SB5和SB6各司其職，分別是松開控制按鈕與夾緊控制按鈕。 四、Z3050鉆床的PLC控制系統(tǒng)設計改造 4.1系統(tǒng)的主要組成部分 1.三菱FX2N 2.KM1交流接觸器CJ0-20B線圈電壓110V 3.空氣開關三個 4.KM2-KM5交流接觸器CJ0-10B線圈電

13、壓110V 5.QF1低壓斷路器DZ5-20/330FSH10A 6.QF2低壓斷路器DZ5-20/330H6.5A 7.QF3低壓斷路器DZ5-20/330H0.3-0.45 8.熱繼電器兩個 9.FR1熱繼電器IRO-20/3D6.8-11A 10.FR2熱繼電器JR0-20/3D1.5-2.4A 12.電動機四臺 13.M1主軸電動機Y112M-44KW、1400r/min 14.M2搖臂升降電動機Y90L-41.5KW、1400r/min 15.M3液壓泵電動機Y802-40.74KW、1390r/min 16.M4冷卻泵電動機AOB-2590W、2800r/m

14、in PLC系統(tǒng)控制使用階段，為了能夠節(jié)儉I/O點，主軸電動機的過載保護熱繼電器FR1和液壓泵冷卻電動機熱繼電器FR2的動斷觸電接入PLC，共同使用一個輸出點，冷卻泵電動機依據(jù)組合開關予以控制，不會接入plc，指示燈和有關的接觸器并聯(lián)輸出或者由相應的開關直接控制，不占用一個I/O點 要求控制分析主電動機啟動和停止能實現(xiàn)主電動機長動和停止搖臂上升下降，搖臂上升前必須要根據(jù)要求做好準備工作，下降的時候也是一樣。 4.2 PLC的選型 PLC系統(tǒng)設計過程里，第一步要做的是把方案確定下來，緊接著是設計選型，這一步驟里，工藝流程特征和應用要求是必須多加注意的重點，屬于重要依據(jù)。PLC的系統(tǒng)硬

15、件、軟件配置和功能裝置、控制要求等相適應，在能夠對PLC和功能圖表和編程語言熟知熟用的情況下，編程時間會得到顯著縮減，所以，為了能夠篩選出最貼切實際所需且價格低廉的PLC設計控制系統(tǒng)，我們有必要對工藝特征、控制要求、輸入和輸出的點數(shù)等的各個方面做出全方面的分析和考慮。 第五章 輸出輸入設計 5.1輸入輸出表 5.1.1輸入表：如圖5-1所示 輸出表：如圖5-2所示 輸入表 序號 符號名稱 用途 地址符號 1 SB1 總啟動按鈕 X0 2 SB2 總停止按鈕 X1 3 SB3

16、 主電動機啟動按鈕 X2 4 SB4 主電動機停止按鈕 X3 5 SB5 搖臂上升啟動按鈕 X4 6 SB6 搖臂下降啟動按鈕 X5 7 SB7 主軸箱、搖臂、立柱、松開按鈕 X6 8 SB8 主軸箱、搖臂、立柱、夾緊按鈕 X7 9 SQ1 上升限位開關 X20 10 SQ2 下降限位開關 X21 11 SQ3 液壓松開信號開關 X10 12 SQ4 液壓夾緊信號開關 X11 13 SQ5 液壓夾緊、松開指示燈開關 X12 14 YA1 主軸夾緊松開行程開關 X13 15 YA2 立柱松開夾緊行程開

17、關 X14 16 SA 照明燈開關 X15 17 KR1 M1電動機過載保護繼電器 X16 18 KR2 M2電動機過載保護繼電器 X17 5.1 輸出信號 序號 符號名稱 用途 地址符號 1 KM1 主軸選擇接觸器 Y0 2 KM2 搖臂上升接觸器 Y1 3 KM3 搖臂下降接觸器 Y2 4 KM4 主軸箱、立柱、搖臂放松接觸器 Y3 5 KM5 主軸箱、立柱、搖臂夾緊接觸器 Y4 6 YA1 主軸夾緊放松電磁鐵 Y5 7 YA2 立柱夾緊放松電磁鐵 Y6 8 EL 照明指示信

18、號燈 Y7 9 HL1 主軸信號指示燈 Y10 10 HL2 放松指示信號燈 Y11 11 HL3 夾緊指示信號燈 Y12 5.2 第六章 梯形圖設計 整個電路分為兩個重要的部分，外部電路控制和PLC電路控制，外部電路也由兩個小部分組成，一個是總體的電路通電斷電控制系統(tǒng)，還有一個就是冷卻泵系統(tǒng)控制，這兩個控制系統(tǒng)分別由SB1和SB2來控制。PLC控制電路就由主軸的電動機的兩個開關控制，分別是上升下降按鈕，松開加緊按鈕。這兩大電路控制系統(tǒng)讓它可以出色的完成系統(tǒng)所需完成的功能。 6.1梯形圖設計流程圖

19、 6.1.1 七、調試 由于畢業(yè)設計是圍繞Z3050搖臂鉆床的PLC設計改造而得到推進的，因此，需要在設計終止之時實時更換掉原來的控制電路，將其改成設計中的plc控制電路，在調試過程中，可以依照老方法來對PLC進行控制。正常情況下是沒有問題的。 調試的時候要注意以下幾點:1、輸入和輸出信號線不能接錯，2、認真檢車輸入程序，根據(jù)執(zhí)行所出現(xiàn)的錯誤邏輯，版短處錯誤的程序段，縮小范圍，糾正錯誤，完成程序。發(fā)生錯誤時，可以關閉可編程控制電源，將專版移到最下方，將碼盤復位

20、，重新通電。 八、總結 這次畢業(yè)設計其中的內容只是針對z3050的控制部分，利用我們所學的PLC控制系統(tǒng)來進行改造，在做這次畢業(yè)設計前，我上網(wǎng)查閱資料，對這臺機器有了一個初步的了解，Z3050搖臂鉆床主要由哪一些機器部件組成。也對通過同學們的介紹對陌生的z3050鉆床的電氣控制部分有了一個模糊的概念，大致搞清楚了的是如何運作，比如發(fā)現(xiàn)它開門便能完成斷電、功能強大操作方便、刀架的快速移動、冷卻泵電機控制等功能，我首先根據(jù)自己編寫的電氣控制線路圖，去學校的PLC實訓室編寫了PLC梯形圖，然后將其譯為語句表。再利用試驗臺接線仿真，因為plc是高精度的計算機控制程序，所以及其可靠，加上日常課程

21、中學習到的操作方法，我能熟練的掌握操作方法，做起來并沒有遇見什么太大的問題，plc取代了之前老的控制系統(tǒng)，有效的對z3050搖臂鉆床的一系列老大難問題進行了解決。另外，通過這次畢業(yè)設計讓我更深刻的理解并且掌握了plc，也在電控方面有了更深的造詣，在今后進入工作崗位手里又多了有一份把握和自信，感想學校，感謝我的畢業(yè)設計。 致謝 在本次畢業(yè)設計的選題到完成，每一步都有老師的細心指導，傾注了老師的大量精力和時間，再次向老師表示崇高的的謝意。大學三年的時光飛轉流逝，青蔥歲月終會離去，在這里我想對婁底職業(yè)技術學院，對我敬愛的老師，對養(yǎng)育我的父母，對我可愛的一直陪伴我的同學，朋友們說一聲真摯

22、的感謝。感謝婁底職業(yè)技術學院給了我三年美好的大學時光，感謝老師三年來的孜孜教誨，感謝父母的辛苦付出，還有同學們朋友們的熱心幫助，這些讓我心中充滿了感動。其中在我大三這次畢業(yè)設計過程中，賀老師作為我的指導老師，一直不辭辛苦的為我們解答設計中的疑難點，不過他時間是閑暇還是忙碌，都會抽空來給我給予關心與支持，賀老師負責學院的電路相關的實訓，平時工作時間基本是排的滿滿的，但在我畢業(yè)設計的每個階段，選題，第一次預審初稿，第二次改稿，查閱資料并且修改設計，后期的排版格式等等賀老師都是以最嚴格的標準給我們指定方案，但在每個環(huán)節(jié)都離不開賀老師的悉心指導，可能這就是一個認真負責敬業(yè)的老師的樣子。 參考文獻

23、 機電傳動控制 鄧星鐘編著 PLC基礎與應用 廖常初編著 （機械工業(yè)出版社） 機械設計手冊 方呈遠編著 （清華大學出版社） 現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術 陳忠瓶編著 （人民郵電出版社) 附錄 0 LDI X001 29 OUT Y002 58 LDI X006 87 LDI M1 1 LD X000 30 LD

24、 M0 59 ANI X007 88 OUT T0 K20 2 OR M0 31 ANI X017 60 AND Y004 91 END 3 ANB 32 LD X004 61 ORB 92 4 OUT M0 33 ANI X015 62 ANB 5 LD M0 34 LD X005 63 OUT M3 6 ANI X016 35 ANI X016 64 LD M0 7 LD X0

25、02 36 ORB 65 LD M2 8 OR Y000 37 ANI X010 66 OR M3 9 ANB 38 ANI M1 67 ANB 10 ANI X003 39 OR X006 68 MPS 11 OUT Y000 40 ANB 69 AND X013 12 LD M0 41 ANI Y004 70 OUT Y005 13 ANI X017 42 OUT Y003 71 MPP 14 LD X004

26、43 LD M0 72 AND X014 15 ANI X016 44 ANI Y004 73 OUT Y006 16 LD X005 45 LD M0 74 LD M0 17 ANI X016 46 ORI X011 75 MPS 18 ORB 47 ANB 76 AND X015 19 ANB 48 MPS 77 OUT X007 20 OUT M1 49 ANI T0 78 MRD 21 AND X010

27、50 ANI Y003 79 AND Y000 22 MPS 51 OUT Y004 80 OUT Y011 23 ANI X005 52 MPP 81 MRD 24 ANI Y002 53 ANI Y004 82 AND X010 25 OUT Y001 54 OUT M2 83 OUT Y011 26 MPP 55 LD M0 84 MPP 27 AND X004 56 ANI X017 85 AND X011 28 ANI Y001 57 LDI X006 86 OUT Y012（語句每行只寫1句）