摇臂钻床电气控制系统课程设计.doc

摇臂钻床电气控制系统课程设计

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PLC课程设计

设计题目：
摇臂钻床电气控制系统课程设计

一 摇臂钻床简单介绍
钻床是一种专门进行孔加工的机床,主要用于钻孔，扩孔，铰孔和攻丝等.钻床得主要类型有台式钻床，立式钻床，卧式钻床,深孔钻床和多轴钻床等.摇臂钻床是立式钻床中的一种，具有操作方便灵活,应用范围广的特点，特别适用于单件或批量生产中带有多孔大型零件的孔加工,是一般机械加工车间常见的机床。

图1 摇臂钻床示意图
1—内外立柱； 2—主轴箱；3-摇臂；4—主轴;5-工作台; 6—底座；SB1—主电动机停止按钮；SB2-主电动机启动按钮; SB3—摇臂上升按钮;SB4—摇臂下降按钮；SB5—松开按钮； SB6—夹紧按钮
二 电气控制要求
（1） 主要控制电器为四台电机：主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机、冷却泵电机。
（2）主电动机和液压泵电机采用热继电器进行过载保护，摇臂升降电动机、冷却泵电机均为短时工作,不设过载保护。
（3）摇臂的升降，主轴箱、立柱的夹紧放松都要求拖动摇臂升降电动机、液压泵电动机能够正反转。
（4）摇臂的升降控制：按下摇臂上升起动按钮，液压泵电动机起动供给压力油，经分配阀体进入摇臂的松开油腔，推动活塞使摇臂松开。同时摇臂升降电动机旋转使摇臂上升.如果摇臂没有松开，摇臂升降电动机不能转动,必须保证了只有摇臂的可靠松开后方可使摇臂上升或下降，可使用限位开关控制。
当摇臂上升到所需要的位置时，松开摇臂上升起动按钮,升降电动机断电，摇臂停止上升.当持续1～3s后，液压泵电动机反转,使压力油经分配阀进入的夹紧液压腔，摇臂夹紧，同时液压泵电动机停止，完成了摇臂的松开-上升—夹紧动作。
(5)摇臂升降电动机的正转与反转不能同时进行，否则将造成电源两相间的短路。
(6）因为摇臂的上升或下降是短时的调整工作，所以应采用点动方式。
（7)摇臂的上升或下降要设立极限位置保护。
(8)立柱和主轴箱的松开与夹紧控制：主轴箱与立柱的松开及夹紧控制可以单独进行，也可以同时进行。由开关SA2和按钮SB5（或SB6）进行控制。SA2有三个位置：在中间位置（零位）时为松开及夹紧控制同时进行,扳到左边位置时为立柱的夹紧或放松，扳到右边位置时为主轴箱的夹紧或放松。SB5是主轴箱和立柱的松开按钮，SB6为主轴箱和立柱的夹紧按钮。
（9）主轴箱的松开和夹紧为的动作过程：首先将组合开关SA2扳向右侧。当要主轴箱松开时，按下按钮SB5，经1~3s后，液压泵电动机正转使压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱放松.主轴箱和立柱松开指示灯HL2亮.当要主轴箱夹紧时，按下按钮SB6，经1～3s后，液压泵电动机反转,压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱夹紧。同时指示灯HL3亮， HL2灭,指示主轴箱与立柱夹紧。
（10)当将SA2扳到左侧时，立柱松开或夹紧。SA2在中间位置按下SB5或SB6时,主轴箱和主柱同时进行夹紧或放松。其他动作过程和主轴箱松开和夹紧完全相同,不再重复。
（11）机床要有照明设施
三 电机的选取及电路的设计
1 。电机的选取
（1） 主轴电动机一般选用笼型电动机，完成摇臂钻床得主运动和进给运动。主轴的变速和反转均由机械方法实现，所以主轴电动机没有调速要求，也不需要反转，可直接启动.
（2) 摇臂沿外立柱的上下移动，有一台摇臂升降电动机驱动丝杠正反转实现。摇臂升降电动机要求能正反转，直接起动。
（3） 主轴，摇臂和立柱的松紧由液压系统实现，因此需要一台液压电动机驱动泵，液压泵电动机也要求能正反转,直接起动。
(4) 需要一台冷却泵电动机提供冷却液.
(5） 必须具有短路，过载，失电压和欠电压等必要的保护装置.
(6) 具有安全的局部照明装置。
摇臂钻床有四台工作电动机,一般采用笼型异步电动机,其中，M1为主电动机：控制主轴的旋转运动和进给运动,单向旋转，用机械交换完成加工所需的正反转；M2为摇臂升降电动机：控制要比升降运动,双向旋转；M3为液压泵电动机：控制摇臂夹紧、放松，主油箱及外立柱相对内立柱的夹紧与放松，双向旋转;M4为冷却泵电动机:手动控制，单向旋转。主电动机由KM1接触器控制，SB2、SB1为启动和停止按钮。当转换开关QS1接通电源后,按下SB2按钮时,KM1接触器得电并自锁，主电动机M1启动旋转。按下停止按钮SB1，KM1断电，M1电动机停止。内力主固定在底座的一端，外立柱套在内立柱上，并可绕内立柱回转360度。摇臂的一端为套筒，它套在外立柱上，借助升降丝杆的正反向旋转可沿外立柱作上下移动。由于升降丝杆与外立柱构成一体,而升降螺母则固定在摇臂上，所以摇臂只能与外立柱一起绕内立柱回转。主轴箱是一个复合部件，它由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构以及机床的操作机构等部分组成。主轴箱安装于摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作使主轴箱沿摇臂水平导轨移动。
钻削加工时,主轴旋转为主运动，而主轴的直线移动为进给运动.当进行钻孔工作时钻头一面做旋转运动，一面做纵向进给运动。此时，主轴箱应通过夹紧装置紧固在摇臂的水平导轨上，摇臂与外立柱也应通过夹紧装置紧固在内立柱上。摇臂钻床的辅助运动有：摇臂沿外立柱作上下移动、主轴箱沿摇臂水平导轨做长度方向移动、摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动.
2。主电路设计

主电路有4台电动机。
（1） M1是主轴电动机，带动主轴的旋转运动和垂直运动，是主运动和进给运动电动机.它由KM1的主触点控制。热继电器FR1做过载保护， M1直接起动，单向旋转.主轴的正反转由液压系统和正反转摩擦离合器来实现，空档，制动及变速也由液压系统来实现。
（2) M2 是摇臂升降电动机，带动摇臂沿立柱的上下移动。它由KM2,KM3的主触点控制正反转。电动机M2是短时运行，因此不需要过载保护。
（3） M3 是液压泵电动机,带动液压泵送出压力油以实现摇臂的松开，夹紧和主轴箱的松开，夹紧控制.它由KM4，KM5的主触点控制其正反转。热继电器FR2作过载保护.熔断器FU2作摇臂升降电动机M2,液压电动机M3和控制电路的短路保护.
(4） M4是冷却泵电动机，带动冷却泵供给工件冷却液。由于M4容量较小，因此不需要过载保护，由转换开关QS2直接控制.M4直接起动，单向旋转。
3.控制电路的设计
（1) 主轴电动机M1的控制电路。 主轴电动机M1的控制电路是典型的电动机单向连续控制电路.SB1，SB2分别为砂轮电动机M1的停止和启动按钮.
(2） 摇臂升降的控制电路摇臂升降由摇臂升降电动机M2作动力，按钮SB3，SB4分别为摇臂上升，下降的点动按钮，和KM3，KM2组成接触器按钮双重连锁的正反转点动控制电路。
由于摇臂的升降控制须与夹紧机构液压系统紧密配合:摇臂升降前,先把摇臂松开，再由M2驱动升降；摇臂升降到位后,再重新夹紧。摇臂的松开和加紧过程为： 摇臂松开，摇臂夹紧。由此可见，摇臂升降的电气控制是与松紧机构液压－机械系统(M3与YA）的控制配合进行的.
摇臂的下降由SB4控制KM3使M2反转来实现，工作过程与摇臂上升相似。时间继电器KT为断电延时型，其作用是在摇臂升降到位，M2停转后，延时1～3s再起动M3将摇臂夹紧，其延时时间以摇臂升降电动机从切断电源到停止时惯性作用的时间而定。摇臂升降的限位保护由行程开关SQ1实现。
摇臂松开由行程开关SQ2控制，摇臂夹紧由行程开关SQ3控制。如果夹紧机构液压系统出现故障,摇臂不能夹紧；或者因SQ3的位置安装不当，在摇臂已夹紧后SQ3仍不能动作，那么SQ3的常闭触点长时间不能断开，会使液压泵电动机M3处于长期过载状态.因此，M3采用热继电器FR2作过载保护.
（3) 主轴箱和立柱松紧的控制.主轴箱和立柱的松紧控制是同时进行的。SB5和SB6分别为松开和夹紧控制按钮，和KM4，KM5组成接触器连锁的正反转电动控制电路。其工作过程如下：
由于SB5，SB6的常闭触点串联在YA线圈支路中，因此在按下SB5，SB6使M3点动正反转的过程中,电磁阀YA线圈不吸合，液压泵送出压力油，进入主轴箱和立柱的松开，夹紧油箱，推动松紧机构实现主轴箱的松开和夹紧。

I/O分配表
输入
输出
SB2主电机启动
I0.0
KM1主电机接触器
Q0.0
SB8主电机停止
I0.1
KM2摇臂上升接触器
Q0.1
SB3摇臂上升
I0.2
KM3摇臂下降接触器
Q0。2
SB4摇臂下降
I0.3
KM4液压电动机正转
Q0.3
SB5立柱、主轴箱松开
I0.4
KM5液压电动机反转
Q0.4
SB6立柱、主轴箱夹紧
I0。5
YA1主轴箱松紧电磁铁
Q0.5
SQ1升降限位保护
I0.6
YA2立柱松紧电磁铁
Q0.6
SQ2摇臂放松限位开关
I0。7
HL2立柱主轴箱松开指示灯
Q1。0
SQ3摇臂夹紧限位开关
I1.0
HL3立柱主轴箱夹紧指示灯
Q1.1
SQ4立柱、主轴箱夹紧松开指示用限位开关
I1。1
HL4主轴电机旋转指示
Q1.2
SA2 左
I1.2

SA2 中
I1.3

SA2 右
I1.4

四．设计总结
经过两周的奋战我的课程设计终于完成了.在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验,而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂,有点眼高手低.
课程也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量,听听不同的看法对我们更好的理解知识,所以在这里非常感谢帮助我的同学。
总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多,真是万事开头难，不知道如何入手.最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外,还得出一个结论:知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

五．参考文献
［1］ 陈志新. 电气与PLC控制技术。 北京： 北京大学出版社，2006.
[2］ 刘子林。 电机与电气控制. 北京： 电子工业出版社， 2005
[3］ 张万忠. 可编程控制器入门与应用。 北京: 中国电力出版社， 2004
［4] 汪志峰. 可编程控制器原理与应用。 西安： 西安电子科技大学出版社， 2004
［5］ 李振安。 工厂电气控制技术. 重庆: 重庆大学出版社，1995