#Z3040搖臂鉆床的PLC改造

1、摘要 :鉆床是一種常用的機床， 在生產中應用很廣泛， 種類繁多。然而， 在運作中，傳統(tǒng)的鉆床暴露了越來越多的問題，比如：觸點過多、故 障出現(xiàn)頻繁、維修不方便，影響了鉆床的正常工作，引起產品質量降 低。由于各種各樣的問題，鉆床的改造勢在必行。在眾多的改造方案中， PLC 改造以其他同類產品所不具備的優(yōu)點脫穎而出。本文以 PLC 為控制核心進行的對 Z3040 搖臂鉆床的自動化改造， 在本文中闡述了傳統(tǒng)鉆床繼電器控制電路以及行程開關的缺點，提出 了詳細的改進方案。 繪制出了改造過后的電氣原理圖及 PLC 接線圖等。 并編寫了 PLC 的控制程序，取得了良好的效果。關鍵詞：搖臂鉆床 PLC 傳感器

2、改造目錄第一章 搖臂鉆床的介紹一、Z3040搖臂鉆床系統(tǒng)的機械系統(tǒng) 3二、Z3040搖臂鉆床系統(tǒng)的電氣系統(tǒng) 4三、Z3040搖臂鉆床的潤滑和冷卻系統(tǒng)7第二章 繼電器控制的搖臂鉆床的工作原理一、控制電路電路原理圖 8二、鉆床的操作步驟及工作原理 9三、電氣元件清單 11第三章 Z3040 搖臂鉆床的電氣控制的改造一、Z3040搖臂鉆床行程開關的改進 14二、Z3040搖臂鉆床繼電器控制線路的改進 18三、I/O分配表 21四、Z3040搖臂鉆床改造的接線圖 22五、 程序 23結束語 2627答謝辭參考文獻 28第一章Z3040搖臂鉆床介紹鉆床是一種常用的機床，分臺式鉆床、立式鉆床和搖臂鉆床。種

3、類繁 多，在工業(yè)生產中應用得非常廣泛，本文以Z3040搖臂鉆床為對象進行PLC改造。圖 1-1 XXXXXX一 Z3040系統(tǒng)的機械Z3040搖臂 系統(tǒng)可實現(xiàn) 轉、主軸進給 及主軸箱在 動等功能（參（1）主軸主軸的旋 反轉及停止 （主軸正反 手柄）操縱。 左扳動，主軸 在面板上指示燈搖臂鉆床 系統(tǒng)鉆床整個 主軸旋 搖臂升降 搖臂上移 看表1-3） 旋轉轉有正、 由手柄16 轉及停止 當手柄向正轉，并顯示旋向；當手柄在中間位置時主軸停止，指示燈熄滅；當手柄向右扳動， 主軸反轉，另一指示燈顯示旋向。選用不同的轉速時，可轉動手輪 11 （主軸旋轉變換手輪）即可得到 主軸的12種轉速，手輪上設有“ 0

4、”位，用以校調和對刀。變速時必 須使用手柄16 （主軸正反轉及停止手柄）處于中間位置以停止電機旋 轉，否則會造成有關齒輪在旋轉狀態(tài)下進行切換，而發(fā)生意外。主軸電機主要帶動刀具做旋轉運動為零件進行鉆孔、擴孔、鉸孔、 鏜孔、平面和攻螺紋的動力電機（2）主軸進給主要是調整主軸電機帶動刀具的進給；該進給有三種形式：一、快速移動或手動進給二、機動進給三、微動進給（3）搖臂升降及主軸箱在搖臂上移動主要是調整主軸電機帶動刀具與加工工件的位置。以便于在工件 上加工相應的深度。二Z3040搖臂鉆床的電氣系統(tǒng)本機床的電源是三相380V,50H乙電氣設備敘述如下：（見表1-3）M4 主電動機，安裝在主軸箱頂部，由手

5、柄16 （主軸正反轉及停止手柄）與微動開關SQ4操作交流接觸器KMKM5控制其動作。M8 搖臂升降電動機，由按鈕12（SB3、13（SB4）操作交流接觸器 KM8 KM9空制其動作。M10 立柱夾緊電動機，由主軸箱夾緊手柄 2聯(lián)動操作微動開關SA8 和交流接觸器KM10空制其動作。M11 冷卻泵電動機，由安裝在電源蓋板上的按鈕 19（SB5 SBQ和 交流接觸器KM1控制其動作。各電動機設備都有熔絲保護裝置，主電動機及冷卻泵電動機還裝有 三相過載保護裝置。本機床設有急停、零壓保護及搖臂升降保險裝置，并設有信號燈。 電氣箱及電源箱實現(xiàn)了開門斷電，工作照明采用安全電壓 24伏。 機床各操縱手柄和開

6、關的部位和用途：j表 1 3 * j表編號名稱和用途1進給量變換盤2立柱和主軸箱夾緊手柄3主軸快速移動和接通機動進給手柄4主軸箱移動手輪5搖臂夾緊手柄6刻度盤微調捏手7定程切削捏手8零壓按鈕9主軸正轉扌曰小燈10主軸反轉指示燈11主軸轉速變換手輪12搖臂上升按鈕13搖臂下降按鈕14立柱松開、夾緊開關15刻度盤微調鎖緊捏手16主軸正反轉及停止手柄17接通斷開機動進給手柄18微量進給手輪19冷卻泵電動機按鈕20電源總開關21緊急停止按鈕電源引入電源開關主軸令卻泵立柱升降槍JF克累圖1-2主電路電氣原理圖主電路簡介：在本鉆床中，M4為主軸電機，M8為搖臂電機，M10為立柱夾緊電 機，當KM2閉合，主

7、軸電機正轉，KM3閉合，主軸電機反轉，當 KM4 閉合，主軸電機低速，KM5閉合，主軸電機高速；KM8閉合搖臂下降， 當KM9閉合，搖臂上升；KM10閉合，立柱夾緊；KM11閉合，冷卻電機 啟動，SQ15和SQ16為電氣箱門開關。三Z3040搖臂鉆床的潤滑和冷卻系統(tǒng)（1）潤滑系統(tǒng)1）機動潤滑：主軸箱內所有的齒輪、軸承、摩擦片式離合器等，均由安裝于主軸箱頂上的專用油泵供油潤滑。透過箱體左側上部的油窗可以觀察潤滑油的流動情況，以判斷油泵工作是否正常。當機床電機不旋轉時，油面不應低于油窗的中心。放油塞位于主軸箱的下端。主軸箱油池注油 口位于箱體頂部。2）人工潤滑： 主軸上、下軸承的潤滑脂是用油槍注入

8、的。將主軸套伸出后，從套 上的左側小孔向下軸承直接注油。主軸上軸承加油是從主軸箱左側上 部油窗下面的表牌所蓋孔內對準主軸套上的小孔直接注油。立柱夾緊用的蝸輪減速箱位于立柱頂部的升降機構的箱體內， 采用 鈣基潤滑脂潤滑。機床各部位潤滑應嚴格按照規(guī)定進行。（2）冷卻系統(tǒng) 刀具的冷卻由專用的冷卻泵供給冷卻液。冷卻液貯存于機床底座 的空腔內，其流量大小可用內螺紋球閥調節(jié)。第二章 繼電器控制的搖臂鉆床的工作原理、控制電路原理圖繼電器控制的鉆床操作步驟及工作原理(1)鉆床的操作步驟1）接通電源，HL1信號燈亮；2）扳動手柄 1 6（主軸正反轉及停止手柄）至中間停車位置上，按SB2光標按鈕，HL2光標亮。3

9、）扳動手柄16 （主軸正反轉及停止手柄）至正轉位置，HL3信號燈亮，仔細觀察主軸運動情況，如一切正常，則準備工作完畢。（ 2）主軸轉速的選擇操作如下：1 ）停車將手柄 16（主軸正反轉及停止手柄）扳到中間位置；2）選速將手輪 11（主軸旋轉變換手輪）扳到所需要的轉速檔；3）開車將手柄 16（主軸正反轉及停止手柄）扳到主軸正轉位置， 即獲得所選轉速。轉速選擇的工作原理：例如要獲得 50轉/分的轉速， 首先將手輪 11（主軸旋轉變換手輪） 撥到 50 轉/分，將手柄 16（主軸正反轉及停止手柄）扳向正轉位置。 這時SA1的常開觸點閉合，則電源通過 KA1 SQ3的常閉觸點、KM3的 常閉觸點接通交

10、流接觸器 KM2線圈，KM2線圈帶電。交流接觸器 KM4 線圈通過SQ4的常閉觸點和KM5的常閉觸點接通帶電，于是電動機轉 速在 1410轉/分速度下，而主軸的轉速為 50 轉/分，正轉。同時，時 間繼電器KT1線圈通過KM2的常開觸點帶電，為主軸停車制動做好準 備。當手柄16 （主軸正反轉及停止手柄）扳向中間停車位置時，SA1的常開觸點閉合斷開，則KM2 KT1失電，KT1的一付常開觸點延時斷開， KM2的一付常閉觸點閉合，中間繼電器 KA2通過KT1、KM2 KM3帶電， KA2的一付常開觸點閉合，24V交流電通通過橋式整流變成直流電再經 過電磁制動器線圈，實現(xiàn)制動。制動時間由 KT1 控

11、制，制動完畢，電 磁離合器線圈失電。切勿在開車時撥動手輪子 11（主軸旋轉變換手輪） ，否則會造成有 關齒輪在旋轉狀態(tài)下進行切換，而發(fā)生意外事故。（ 3）搖臂升降和夾緊首選把搖臂夾緊手柄 5（搖臂夾緊手柄）松開，而后按住上升（或下 降）按鈕SB3 （或SB4），搖臂就上升（或下降），松開按鈕搖臂就停止 運動。當按住SB3按鈕時，交流接觸器 KM6線圈通過KA3 SB3 SQ6的常 閉觸電、KM3的常閉觸點帶電，使電動機 M8旋轉，帶動搖臂上升，搖 臂上升到位后，松開按鈕SB3 KM8斷電，電動機停止旋轉。扳動手柄 5至夾緊裝置，搖臂夾緊裝置將搖臂夾緊。搖臂下降原理與此相同。（4）立柱夾緊和松開

12、立柱夾緊和松開是和主軸箱夾緊手柄 2聯(lián)動操縱的。當夾緊手柄 2 處在松開位置時，則SA常開觸點閉合，交流接觸器KM1（線圈通過SA8 SQ9帶電，電動機M10旋轉，內外柱松開。當松開到位后，限位形狀 SQ9常閉斷開，KM1C斷電，電動機停止旋轉。立柱夾緊原理與松開相同。開關14是單獨控制立柱松開與夾緊的。（5）搖臂升降保險及機床急停裝置搖臂升降保險裝置由微動開關 SQ6 SQ7及上、下觸桿聯(lián)動操縱的， 當搖臂升（或降）到極限位置時，觸動上（或下）觸桿，將微動開關 SQ6（或SQ7的常閉觸點斷開，使交流接觸器KM8（或KM9線圈斷電， 電動機M8停止旋轉，起到了保險作用。當遇有異常情況時，按動操

13、作面牌上的紅色蘑菇頭急停按鈕 SB1整 個控制回路斷電，機床所有動作中止。（6）開門斷電當電氣箱門（或電源箱門）打開時，SQ15（或SQ16的常閉觸電閉 合，這時使電源自動開關的分勵線圈帶電，從而使電源自動開關（ QF 自動切斷電源。當電氣箱門（或電源箱門）打開后，需要送電時，只需把 SQ15（或 SQ16門開關的觸頭拉開并向右旋轉鎖定，再把電源開關（ QF合上， 這時配電板內就有電，便于維修檢查。三電氣元件清單電氣代號名稱用途技術數(shù)據數(shù)量M4電動 機主軸旋轉YD90L-4/2, B5, 1. 3/1 . 8KW1430/2850轉/ 分（Z3025）1M8搖臂升降YO7124T3,0. 55

14、KW1400轉/分1M10立柱夾緊松開YO6334T3,0. 37KW1400轉/分1M11冷卻AB-25,0 . 09KW2800轉/分1FU2熔斷器保護M8M1QM11RT18-323FU3保護工作燈BCF 3A1FU4保護扌曰小燈BCF 1A1FU5保護控制回路BCF 3A1QF自動開關電源總開關DZ5/20FHS/330,10A.24V1SA主令開關立柱松開和夾緊LS3-21SB1按鈕急停LAY3-01ZS/1 紅色1SB2零壓保護LA19-11D 綠色1SB3搖臂上升LA19-11A 黑色1SB4搖臂下降LA19-11A 黑色1SB5冷卻泵停LA19-11A 紅色1SB6冷卻泵啟動L

15、A19-11A 綠色1KA1中間 繼電 器零壓保護CAZ-DN140 110V1KA2主電機制動CAZ-DN122 110V1KM2KM3交流接觸器主電機正反轉ZC1-D093+LA1-D22110V2KM4主電機低速LC1-D099110V1KM5主電機高速LC1-D099+LA1-D31110V1KM8KM9搖臂升降電機旋轉LC1-D099,110V2KM10立柱夾緊電動旋轉LC1-D099,110V1KM11冷卻泵電機旋轉LC1-D099,110V1KT1時間 繼電 器控制制動時間JS7-1A,110V,0.4-60 秒1FR4熱繼電器主電機過載保護LR1-D093101FR11冷卻泵電

16、機過載保護LR1-D093031XT接線板連接導線端子LR1-D0930611YB1電磁 制動 器主電機制動DZD5-10,10Nm1SA1微動主軸正轉KWX1SA2開關主軸反轉KWX1SQ3主軸限位KWX1SQ4主電機低速高速JWL1-111SA5搖臂升降和夾緊互鎖JWL1-111SQ6搖臂上升限位JWL1-111SQ7搖臂下升限位JWL1-111SA8立柱松開夾緊JWL1-111SQ9立柱松開夾緊限位JWL1-111SA10旋鈕開關控制工作燈1TC控制變壓器控制回路照明及信號燈110V,80WJBK4-160,380/ 28V,30W24V,40W63V,10W1SQ15門開關電氣箱門開關

17、控制JWM8-111SQ16JWM8-111VC硅二極管主軸制動2CZ5,2A,500Y5HL1山燈r電源指示XDX1-R,白色1HL2零壓指示光標按鈕SB2,綠色1HL3主軸正轉XDX1-Za 綠色1HL4主軸反轉XDX1-Z,蘭色1EL工作燈工作照明JC-25、24Y、40W1第三章Z3040搖臂鉆床的電氣控制的改造一 Z3040搖臂鉆床中行程開關的改進機床控制線路中的行程開關存在響應速度低、精度差、接觸檢測容 易損壞被檢測物及壽命短等缺點。行程開關作為限位元件的最大缺點， 是只能斷開接觸器的控制回路 當遇到接觸器的主觸點熔焊，或滯后釋放時，那么限位保護就會失靈。 因此，在一些重要設備中，

18、就須設置超行程后備保護。若用傳感器代替則解決這一問題了。這里我用光電傳感器來代替行程開關因為光電傳感器：1具有自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示功能，可及時告知工作狀態(tài)是否可靠；2對射式、反射式、鏡面反射式光電開關都有防止相互干擾功能，安裝方便；3對ES外同步（外診斷）控制端的進行設置可在運行前預檢光電開 關是否正常工作。并可隨時接受計算機或可編程控制器的中斷或檢測 指令，外診斷與自診斷的適當組合可使光電開關智能化；4響應速度快，高速光電開關的響應速度可達到 0.1ms,每分鐘可進 行30萬次檢測操作，能檢出高速移動的微小物體；5采用專用集成電路和先進的 SMT表面安裝工藝，具有很高的可靠 性；6體積小（最

19、小僅20X 31 x 12mm、重量輕，安裝調試簡單，并具有 短路保護功能對于傳感器的用途、概念和分類我就做下簡單的介紹現(xiàn)代信息技術的三大基礎是信息的采集、傳輸和處理技術，即傳感 技術、通信技術和計算機技術，它們分別構成了信息技術系統(tǒng)的“感 官”、“神經”和“大腦”。信息采集系統(tǒng)的首要部件是傳感器，且置于 系統(tǒng)的最前端。在一個現(xiàn)代自動檢測系統(tǒng)中，如果沒有傳感器，就無 法監(jiān)測與控制表征生產過程中各個環(huán)節(jié)的各種參量，也就無法實現(xiàn)自 動控制。在現(xiàn)代技術中，傳感器實際上是現(xiàn)代測試技術和自動化技術 的基礎。下圖所示為傳感器應用的系統(tǒng)框圖。1.傳感器的概念和分類一個完整的檢測系統(tǒng)或檢測裝置通常是由傳感器，

20、測量電路和顯示 記錄裝置等部分組成，分別完成信息獲取，轉換，顯示和處理等功能傳感器是把被測量（如物理量，化學量，生物量等）變換為另一種 與之有確定對應關系，并且便于測量的量（通常是電學量）的裝置。 為檢測系統(tǒng)提供必需的原始信息。它是整個檢測系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)。按應用目的分類：機械量傳感器：如位移傳感器、力傳感器、速度傳感器、加速度傳感 熱工量傳感器：如溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器?；瘜W量傳感器。生物量傳感器。按傳感器按輸出量的性質分：參量型：它的輸出是電阻、電感、電容等無源電參量，相應的有電阻 式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器發(fā)電型：它的輸出是電壓或電流，相應的有熱電偶傳感器、光電傳感

21、 器、磁電傳感器、壓電傳感器。我們主要介紹光電傳感器光電傳感器光電傳感器是采用光電元件做為檢測元件的的傳感器。它首先把被 測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號 轉換成電信號。光電傳感器一般由光源，光學通路和光電元件三部分 組成。光電檢測方法具有精度高，反應快，非接觸等優(yōu)點，而且可測 參數(shù)多，傳感器的結構簡單，形式靈活，因此在檢測系統(tǒng)控制領域內 得到廣泛運用。光電傳感器常用光源有發(fā)光二極管、鎢絲燈泡+濾光片、 激光。光電式傳感器負責檢測加工工件的到位情況光電式傳感器的外型圖那么用它來代替機床控制線路的行程開關就比較合理。但光電式傳感器有兩種類型它分為 NPN型和PNP型傳

22、感器。如果選擇PNP型傳感器,其輸出端電流是向傳感器外流的，如果傳感器接PLC,則電流由傳感器輸出端流向 PLC.而NPN型傳感器,其輸出端電流是向傳感器里流的，如果傳感器接PLC,則電流由PLC流向傳感器。因此我選擇PNP型的傳感器，檢測距離為5mm一般光電式傳感器有三根線（紅色、黑色、白色）或（棕色、藍色、 黃色）接線一般是紅色和棕色接電源的火線黑色和藍色接電源的零線白色和黃色接信號線光電傳感器的接線圖如下傳感器與電源+繼電器-接觸器控制的搖臂鉆床存在電路接線復雜，觸點多、噪音要求:輸入輸出急停按鈕：SB1主電機正轉：KM2零壓保護按鈕：SB2主電機反轉：KM3搖臂上升按鈕：SB3主電機低

23、速：KM4搖臂下降按鈕：SB4主電機高速：KM5冷卻泵停止按鈕：SB5冷卻泵啟動按鈕：SB6主軸正轉：SA1主軸反轉：SA2主軸限位：SQ3主電機低速高速：SQ4主電機制動：YB1搖臂上升：KM8搖臂下降：KM9立柱夾緊和松開：KM10冷卻泵工作：KM11 零壓指示：HL2主軸正轉指示：HL3主軸反轉指示：HL4 工作照明：EL搖臂升降和夾緊互鎖：SA5 搖臂上升限位：SQ6搖臂下降限位：SQ7立柱松開夾緊：SA8立柱松開夾緊限位：SQ9工作燈開關：SA10立柱松開和夾緊：SA必須大于13個。但是機床控制線路的電壓等級比較多。所以在選17個而輸出端PLC從這輸入、輸出可看出要選的PLC的輸入端

24、必須大于 時必須注意PLC的輸出。其中三菱PLC的輸出是一個COME幾個輸出，所以電壓等級不同就 不能用同一個COMF的輸出。選擇三菱PLC系列中的FX1N-40MR原因是其輸入端有24個，輸出端 有16個。對該機床的改造是非常合適的。FX1N系歹【J可編程控制器PLC的構 成從PLC包 括結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不 可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、 底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置 FX1N-40Mf三菱PLC 是屬于繼電器輸出型的PLC因為繼電器

25、輸出適用于低頻大功率直流或 交流負載。而該機床的輸出繼電器是交流，主電機的制動電磁閥是直 流這更能說明FX1N-40MF三菱PLC對該機床的改造是非常適用的。4. PLC的循環(huán)掃描工作過程1 )PLC的循環(huán)掃描PLC的CPU是采用分時操作的原理，每一時刻執(zhí)行一個操作， 隨著時間的延伸一個動作接一個動作順序地進行，這種分時操作進程 稱為CPU對程序的掃描°PLC的用戶程序由若干條指令組成，指 令在存儲器中按序號順序排列°CPU從第一條指令開始，順序逐條 地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結束，然后返回第一條指令開始新的 一輪掃描。三I/O 分配表由PLC的選擇及輸入輸出端子確定的輸

26、入輸出分配表如下:輸入輸出名稱代號輸入點編號名稱代號輸出點編號急停SB1X1主電機正轉KM2Y10零壓保護SB2X2主電機反轉KM3Y11搖臂上升SB3X3主電機低速KM4Y12搖臂下降SB4X4主電機高速KM5Y13冷卻泵停SB5X5主電機制動YB1Y1冷卻泵啟動SB6X6搖臂上升KM8Y14主軸正轉SA1X7搖臂下降KM9Y15主軸反轉SA2X10立柱夾緊和松開KM10Y16主軸限位SQ3X11冷卻泵工作KM11Y0主電機低速高速SQ4X12零壓指示HL2Y5搖臂升降和夾緊互鎖SA5X13主軸正轉指示HL3Y6搖臂上升限位SQ6X14主軸反轉指示HL4Y7搖臂下降限位SQ7X15工作照明E

27、LY2立柱松開夾緊SA8X16立柱松開夾緊限位SQ9X17工作燈開關SA10X20立柱松開和 夾緊SAX21四Z3040搖臂鉆床改造的接線圖五程序36g. S a#343 Ffr 1 錚 UH M 21wvvwvw二 uroFX1N4OMRPLC1整體程序N1Ml需壓斷燈Ml WllM 卜m-I卜2fol汕扌vol扌n-OurolYDJOh-m HD03 擁 M "15m m vou< *014騎上升m組2iPfH005井 vooo胸泵卅-I卜2各部分程序及注釋1）指示燈程序零壓托示打主翔正鞋弟示符主珀反曲指示口工柞鶻駅打當零壓保護X2閉合，M1線圈得電自鎖，M1常開閉合，Y5

28、線圈得電, 零壓指示燈亮。當主電機正轉時，線圈 Y10得電，Y6也得電，主軸正 轉指示燈亮。當主電機反轉時，線圈 Y11得電，Y7也得電，主軸正轉 指示燈亮。當按下工作燈開關時，工作燈亮。2）主電機制動hi2< Yiai主雯機制動TOK1OD主電機制動時間當M2得電，主電機開始制動，定時器時間到，制動結束主軸反轉開關按下時，主電機反轉線圈Y11得電，主軸反轉。當 X12斷開時，主電機低速運轉，當 X12閉合時，主電機高速運轉。主軸電 機運轉時，M3得電。4）搖臂上下及立柱和冷卻泵的動作V0I5< rm趕罟下陽XD21T卜XD1GXD06XD1?M005凈卻泵丁”住HP當X13得電，主電機低速運轉時，搖臂上升線圈 Y14得電，搖臂上 升；當X13得電，主電機高速運轉時，搖臂下降線圈 Y15得電，搖臂 下降；在升降過程中，限位傳感器得電，搖臂停止動作。當X16和X21得電，立柱夾緊線圈Y16得電，立柱夾緊。當夾緊限 位傳感器得電，立柱夾緊線圈失電。當冷卻泵啟動開關X6閉合，冷卻泵線圈得電自鎖，冷卻泵工作。結束五結束語這次對于Z