Z3040摇臂钻床的PLC改造毕业设计(22页).doc

-Z3040摇臂钻床的PLC改造毕业设计-第 XXI 页宜宾职业技术学院毕业设计题目：Z3040摇臂钻床的PLC改造毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日宜宾职业技术学院毕业论文(设计)选题报告姓名庄永科性别男学号200710093系部自动控制工程系专业机电一体化论文(设计)题目Z3040摇臂钻床的PLC改造课题来源自拟课题类别设计选做本课题的原因及条件分析：原因： 随着我国微型计算机技术的迅速发展，PLC技术的发展也进入了一个新的时代，是近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。 PLC在摇臂钻床中的应用也越来越广泛。其中，Z3040摇臂钻床是我国使用较多的钻床，是一般机械加工车间常用的机床。因此，利用PLC对摇臂钻床继电器电路进行设计，有助于提高设备的可靠性。条件：通过PLC理论学习和亲手实践对PLC有了比较深刻的了解；学校有一些相关的机床，让我更加了解了机床的结构.内容和要求内容：(1)分析Z3040摇臂转床的主要结构及工作原理; (2)根据被控对象和输入变化量进行PLC的I/O分配; (3)根据I/O分配画出PLC的接线图;(4)设计PLC控制梯形图；要求: (1)设计控制系统中严格遵守安全操作及学校的有关规定制度，产品符合要求； (2)按时独立完成毕业设计的各项工作； (3)毕业论文（设计）做到：立论准确，论述充分，结论严谨合理；分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备，整洁，正确。指导教师意见 （签章） 年 月 日系部毕业论文（设计）领导小组意见：（签章） 年 月 日Z3040摇臂转床的PLC改造指导老师：刘家伦2007级机电一体化专业 学号 200710093 姓名 庄永科摘 要Z3040摇臂钻床是我国使用较多的钻床，是一般机械加工车间常用的机床。由于其控制系统采用继电器控制方式，电路接线复杂、触点多。长期使用后，故障率高，故障排查困难，常常影响企业的正常生产。因此对Z3040摇臂转床的PLC改造有特别重要的意义。PLC具有可靠性高，环境适应性强，使用方便，维护简单等优点。因此，利用PLC对摇臂钻床继电器电路进行设计，有助于提高设备的可靠性。本文分别对Z3040摇臂转床的主轴电动机的控制，摇臂的上升、下降以及主轴箱、立柱的松开和夹紧进行PLC改造。最后绘制出梯形图和I/O接口图。关键词：Z3040摇臂转床 ；电气控制系统；PLC改造Z3040 Rocker Switch To The Bed PLC ReconstructionTutor : Liu Jia LunAuthor : Zhuang Yong Ke摘 要AbstractZ3040 摇臂钻床是我国使用较多的钻床，是一般机械加工车间常用的机床。 Radial Drilling Machine Z3040 is China's use of more drilling, is commonly used in general machining machine tool shop. 由于其控制系统采用继电器控制方式，电路接线复杂、触点多。 Because of its control system uses relay control mode, circuit wiring complex, multi-touch. 长期使用后，故障率高，故障排查困难，常常影响企业的正常生产。 Long-term use the failure rate is high, troubleshooting problems and often affect failure the normal production. 因此对 Z3040 摇臂转床的 PLC 改造有特别重要的意义。 Therefore Z3040 rocker switch to the bed PLC transformation of special importance. PLC 具有可靠性高，环境适应性强，使用方便，维护简单等优点。 PLC has a high reliability, environmental adaptability, easy to use, easy maintenance and so on. 因此，利用 PLC 对摇臂钻床继电器电路进行设计，有助于提高设备的可靠性。 Therefore, the use of PLC relay circuit for radial drilling machine is designed to help improve equipment reliability. 本文分别对Z3040摇臂转床的主轴电动机的控制，摇臂的上升、下降以及主轴箱、立柱的松开和夹紧进行 PLC 改造。 In this paper, rocker switch on the Z3040 bed spindle motor control arm rise, decline and spindle boxes, columns of the release and clamping to PLC reconstruction. 最后绘制出梯形图和I/O接口图。 Finally draw the ladder, and I / O interface map. 关键词： Z3040摇臂转床；PLC改Key words: Z3040 Rocker Switch Beds;Electrical Control System;PLC Reconstruction 目 录1 绪论.12 摇臂转床的用途及工作原理22.1 机床的主要结构.22.2 机床的运动方式.32.3 电力拖动特点.32.4 系统控制要求分析 .32.5 照明与信号指示电路分析.42.6 其他连锁与保护.43 电气控制系统硬件部分的设计.63.1 PLC的选择.63.2 主轴电动机的控制.63.3 摇臂升降控制.84 Z3040摇臂转床电气控制及设计.164.1机床电气图及分析164.2 Z3040摇臂转床的I/O接口图.174.3 Z3040摇臂转床的梯形图.184.4端子输出设备与PLC输入输出端子分配表.184.5 Z3040摇臂钻床设计后的电气原理图.20结论21致谢22参考文献.23附录A24附录B251 绪论随着我国微型计算机技术的迅速发展，PLC技术的发展也进入了一个新的时代，是近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。在冶金、矿业、机械、轻工业等领域都扮演着极其重要的角色。为工业自动化提供了有力的工具，加速了机电一体化的进程。PLC在摇臂钻床中的应用也越来越广泛。目前，我国的Z3040摇臂钻床的电气控制系统普遍采用的是传统的继电器接触器控制方式。因其所要控制的电机较多所以电路较复杂，在日常生产作业中经常发生电气故障，从而影响生产。另外，一些复杂的控制如：时间、计数控制用继电器一接触器控制方式较难实现，所以，有必要对传统电气控制系统进行改进设计。PLC是以微处理器为核心，将计算机技术、通信技术与自然控制技术融为一体的新型工业自动控制装置。它克服了继电器一接触器控制电路存在的触点多、组合复杂、通信性和灵活性差等缺点。它不仅具有各种逻辑控制功能，而且还具有运算、数据处理、联网通信功能的控制，同时还具有可靠性高，环境适应性强，使用方便，维护简单等优点。因此，利用PLC对摇臂钻床继电器电路进行设计，有助于提高设备的可靠性。2 Z3040摇臂钻床的用途及工作原理2.1 机床的主要结构Z3040型摇臂钻床的外型图如图2-1所示。摇臂钻床利用旋转的钻头对工件加工，它由底座、内外立柱、摇臂、主轴箱和工作台构成。主轴箱固定在摇臂上，可以沿摇臂径向运动。摇臂借助于丝杆，可以作升降运动，也可以与外立柱固定在一起，沿内立柱旋转360°。钻削加工时，通过夹紧装置，主轴箱紧固在摇臂上，摇臂紧固在外立柱上，外立柱紧固在内立柱上。图2-1 Z3040摇臂钻床外型图Z3040摇臂钻床钻床是一种用途广泛的万能机床，它可以完成钻孔、扩孔、铰孔及攻螺纹等工艺。Z3040摇臂钻床为了加工不同位置的孔，其摇臂可以沿立柱上下移动或绕立柱转动、主轴箱又可以沿摇臂导轨移动，这样在工件不动的情况下，通过改变刀具的位置来实现不同位置孔的加工，钻床的结构型式有多种，如台式钻床、立式钻床、卧式钻床、摇臂钻床等。在各类钻床中，摇臂钻床具有操作方便、灵活、适用范围广等特点，特别适用于多孔大型零件的孔加工，是机械加工中常用的机床加工设备。2.2 机床的运动方式 Z3040摇臂钻床加工前，通过摇臂的回转和升降、主轴箱的移动和定位，来调整各个部件的移动；加工时，主轴箱由夹紧装置紧固在摇臂的导轨上，摇臂紧固在外立柱上，外立柱紧固在内立柱上，主轴带动钻头或丝攻旋转并向下垂直进给，来实现钻孔或丝攻的加工。 （1）主运动 主轴带着钻头（刀具）的旋转运动。（2）进给运动 主轴的垂直运动（手动或自动）。（3）辅助运动 辅助运动用来调整主轴（刀具）与工件纵向、横向即水平面上的相对位置以及相对高度。在做辅助运动时，相应的夹紧机构应松开，完成后应夹紧。2.3 电力拖动特点（1） 摇臂钻床采用多电动机拖动，由主轴电动机拖动主轴的旋转主运动和主轴的进给运动；由摇臂升降电动机拖动摇臂升降；由液压泵电动机拖动液压泵供出压力油完成主轴箱、内外立柱和摇臂的夹紧与松开；由冷却泵电动机拖动冷却泵，供出冷却液进行刀具加工过程中的冷却。（2）摇臂钻床的主运动与进给运动皆为主轴的运动，为此这两种运动由一台主轴电动机拖动，分别经主轴传动机构、进给传动机构来实现主轴的旋转和进给。所以主轴变速机构与进给变速机构均装在主轴箱内。（3）摇臂钻床有两套液压控制系统，一套是操作机构液压系统，另一套是夹紧机构液压系统。前者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，停车制动，空挡、变速的操作。后者由液压泵电动机拖动液压泵送出压力油，推动活塞带动菱形块来实现主轴箱、内外立柱和摇臂的夹紧与松开。2.4 系统控制要求分析（1）刀具主轴的正反转控制，以实现螺纹的加工及退刀。（2）刀具主轴旋转及垂直进给速度的控制，以满足不同的工艺要求。（3）外立柱、摇臂、主轴箱、等部件位置的调整运动。（4）为确保加工过程中刀具的径向位置不会发生变化，外立柱、摇臂、主轴箱等部件必须有夹紧与松开控制。（5）冷却泵及液压泵电动机的起停控制。（6）必要的保护环节及照明指示电路。（7）摇臂钻床的主轴旋转与摇臂的升降不允许同时进行，它们之间应互锁，以确保安全。Z3040摇臂钻床的主电路电源是由断路器Q1引入，M1为主电动机，M2为摇臂升降控制电动机，M3为液压泵电动机，M4为冷却泵电动机，其中主电动机和液压泵电动机分别采用了热继电器FR1、FR2作为过载保护用，而摇臂升降电动机和冷却泵电动机由于工作时间短，因而没有设过载保护。2.5 照明与信号指示电路分析HL1为主轴箱与立柱的松开指示灯。HL1亮表示已松开，手动操作主轴箱移动手轮，使主轴箱沿摇臂水平导轨移动或推动摇臂连同外立柱绕内立柱回转。HL2为主轴箱与立柱夹紧指示灯。HL2亮表示主轴箱已夹紧在摇臂上摇臂连同外立柱夹紧在内立柱上，可以进行钻削加工。HL3为主轴电动机启动旋转指示灯。HL3亮表示可以操作主轴手柄进行对主轴的控制。EL为机床局部照明灯，由控制变压器TC供给24V安全电压，由手动开关SA2控制。2.6 其他联锁与保护（1）按钮接触器联锁 在摇臂升将电路中，除了采用按钮SB3和SB4的机械联锁外，还采用了接触器KM2和KM3的电气联锁，即对摇臂升降电动机M2实现了正反转复合联锁。在液压泵电动机M3的正反转控制电路中，接触器KM4和KM5采用了电气联锁，在主轴箱和立柱的夹紧、放松电路中，为保证压力油不供给摇臂夹紧油路，将按钮SB5和SB6的常闭触头串联在电磁阀YV线圈的电路中，以达到联锁的目的。（2）限位联锁 在摇臂升降电路中，行程开关SQ2是摇臂放松到位的信号开关，其常开触头串联在接触器KM2和KM3线圈中，它在摇臂完全放松到位后才动作闭合，以确保摇臂的升降在其放松后进行。行程开关SQ3是摇臂夹紧到位的信号开关，其常闭触头串联在接触器KM5线圈、电磁阀YV线圈电路中。如果摇臂未夹紧，则行程开关SQ3常闭触头闭合保持原状，使得接触器KM5线圈、电磁阀YV线圈得电，对摇臂进行夹紧，直到完全夹紧为止，行程开关SQ3的常闭触头才断开，切断接触器KM5线圈、电磁阀YV线圈。（3）时间继电器联锁 通过时间继电器KT延时断开的常开触头和延时闭合的常闭触头，时间继电器KT能保证在摇臂升降电动机M2完全停止运行后，才能进行摇臂的夹紧动作，时间继电器KT的延时长短由摇臂升降电动机M2从切断电源到停止的惯性大小来决定。（4）失压（欠压）保护 主轴电动机M1采用按钮与自琐控制方式，具有失压保护；各接触器线圈自身也 具有欠压保护功能。（5）机床的限位保护 摇臂升降都有限位保护，由组合限位开关SQ1来完成。SQ1为上极限限位，SQ5为下极限限位。摇臂上升到上极限位置时，撞块使组合开关触头SQ1断开，接触器KM2线圈断电，摇臂升降电动机M2停转。此时，组合限位开关SQ5仍闭合，可按下按钮SB4使摇臂下降。当摇臂下降达下极限位置时，撞块使组合限位开关SQ5触头断开，接触器KM3线圈得电，摇臂升降电动机M2停转。此时，组合限位开关SQ1的触头仍闭合，可按按钮SB3使摇臂上升。3 电气控制系统硬件部分的设计3.1 PLC的选择 随着PLC技术的发展，PLC的种类也越来越多，且功能也日趋完善。近年来从德国、日本、美国等引进的PLC产品和国内厂家组装自行开发的产品，已有上百种型号。在工业自动控制系统中，德国西门子（Siemens）公司生产的SIMATIC S7200系列PLC是被广泛应用之一。它具有高性能价格比的微型可编程序控制器。由于它具有应用灵活、扩展性好、操作方便、标准化的硬件和软件设计、通用性强、价格低廉及多功能多用途等特点,因此在工业中得到了广泛的应用。根据SIMATICSS7200 系列PLC系统由基本单元（主机）、I/O扩展单元、功能单元和外部设备等组成，其基本单元（主机）的结构为整体式结构。有CPU21X和CPU22X两代产品，其中SIMATICS7200（CPU22X）包括CPU221, CPU222, CPU224、CPU226、CPU226XM等5种基本型号的CPU。通过对Z3040摇臂钻床输入输出信号的分析，确定需12个输入口和9个输出口，据此选用西门子S7200系列CPU224，它是具有14个输入口10个输出口的PLC，输出口为继电器型，其主要性能完全满足Z3040摇臂钻床的工作需要。3.2 主轴电动机的控制 图3-1 Z3040摇臂钻床主轴电机电气控制电路图Z3040摇臂钻床主轴电机原理图如图3-1所示，由于Z3040摇臂钻床主电动机的功率不大，因此采用了全压直接启动；并且它的主轴正反转是用离合器来进行切换，故电动机只作单向旋转。根据主轴电机的控制要求和控制原理，绘出如图3-2所示摇臂钻床主轴电机控制流程图，图3-3为主轴电机的I/O接口图，图3-4主轴电机控制梯形图。按下主轴起动按钮SB2主轴电机起动按下主轴停止按钮SB1？轴停止主轴电机停转NY图3-2 Z3040摇臂钻床主轴电动机控制流程图图3-3 Z3040摇臂钻床主轴电机控制的I/O接口图图3-4 Z3040摇臂钻床主轴电机控制梯形图3.3 摇臂升降控制（1）摇臂上升过程 图3-5 是Z3040摇臂钻床摇臂上升控制电路原理图，要使摇臂做上升运动，首先必须将夹紧装置松开，当摇臂上升到位后，夹紧装置再将摇臂夹紧，根据摇臂上升控制要求和控制原理，绘出如图3-6 Z3040摇臂钻床上升控制的流程图。摇臂上升PLC控制系统的输入信号有4个，1个为摇臂上升启动按钮开关，2个行程开关，1个热继电器， PLC控制系统的输出信号有4个，1个用于驱动摇臂上升电动机反转接触器KM2，1个用于驱动液压泵电动机反转接触器KM4，1个用于驱动摇臂松开到位指示灯HL1，1个用于驱动夹紧到位指示灯HL2。根据摇臂上升PLC控制系统要求绘出如图3-7 Z3040摇臂钻床上升I/O接口图。 图3-5 Z3040摇臂钻床摇臂上升控制电路图松开摇臂上升起动按钮SB3摇臂夹紧SQ3压下？M3停转,摇臂上升结束主轴箱与立柱松开、夹紧摇臂夹紧（SQ3压下、SQ2释放）按下摇臂上升起动按钮SB3液压泵电机M3反转起动摇臂松开SQ2压下？摇臂上升上升到位？NYNYNY图3-6 Z3040摇臂钻床摇臂上升控制的流程图图3-7 Z3040摇臂钻床摇臂上升I/O接口图（2）摇臂下降过程 根据图3-8 Z3040摇臂钻床摇臂下降控制电路图所示，摇臂下降是由按钮SB4来控制的，它的动作过程是松开下降夹紧。摇臂的下降是利用电动机M2的正转来实现的，而M2的正转是由接触器KM3来控制。为了防止KM2、KM3同时动作引起短路，故将它们的常闭触头分别串入对方的线圈回路中以起到互锁的作用。摇臂下降控制回路中的SQ1为摇臂下降极限位置保护用的行程开关。根据摇臂下降控制要求和控制原理绘出如图3-9 Z3040摇臂钻床下降控制的流程图。摇臂下降PLC控制系统的输入信号有4个，其中有1个为摇臂下降启动按钮开关，2个行程开关，1个热继电器，PLC控制系统的输出信号有4个，其中1个用于驱动摇臂下降电动机正转接触器KM3，1个用于驱动液压泵电动机反转接触器KM5，1个用于驱动摇臂松开到位指示灯HL1，1个用于驱动夹紧到位指示灯HL2。根据摇臂上升PLC控制系统要求绘出如图3-10 Z3040摇臂钻床下降I/O接口图。按下摇臂下降启动按钮SB4时，输入触点I1.2接通，辅助继电器M0.0得电输出，同时输出继电器Q0.6和Q0.4线圈得电输出，驱动KM4和YV线圈得电,液压泵电动机M3正转，摇臂松开。摇臂松开到位压下SQ2时，输入触点I0.5接通，输出继电器Q0.4线圈失电，驱动KM4线圈失电，输出继电器Q0.7得电输出，驱动HL1得电，摇臂松开指示灯亮，输出继电器Q0.3线圈得电输出，驱动KM3线圈得电，摇臂升降电动M2机正转。图3-8 Z3040摇臂钻床摇臂下降控制电路图当摇臂下降到位，松开摇臂下降按钮SB4，输入触点I1.2断开，输出继电器Q0.6和Q0.3线圈失电，驱动KM3和YV线圈失电,摇臂停止下降。输出继电器Q0.3线圈的常闭触点接通，辅助继电器M0.1通电输出，时间继电器T37线圈通电延时，输出继电器Q0.5线圈得电输出，驱动KM5线圈得电，液压泵电动机M3正转，摇臂夹紧。摇臂夹紧到位时，压下摇臂微动开关SQ3时，输入触点I0.7断开，输出继电器Q0.5断电，驱动KM5线圈失电，输出继电器Q1.0线圈得电输出，驱动HL2线圈得电，摇臂夹紧指示灯亮，液压泵电动机M3停止工作。根据摇臂的下降控制流程图绘制如图3-10所示Z3040摇臂钻床下降的I/O接口图。松开摇臂下降起动按钮SB4摇臂下降下降到位？摇臂夹紧SQ3压下？M3停转，摇臂下降结束主轴箱与立柱松开、夹紧摇臂夹紧（SQ3压下、SQ2释放）按下摇臂下降起动按钮SB4液压泵电机M3反转起动摇臂松开SQ2压下？NYNYNY图3-9 Z3040摇臂钻床摇臂下降控制的流程图图3-10 Z3040摇臂钻床摇臂下降I/O接口图图3-11 Z3040摇臂钻床主轴箱、立柱电气控制图（3）主轴箱、立柱的松开和夹紧 根据图3-11 Z3040摇臂钻床主轴箱、立柱电气控制图所示，立柱和主轴箱的松开或夹紧控制均采用液压操纵夹紧与放松，两者是同时进行的，工作时要求二位六通阀YV不通电。松开与夹紧分别由松开按钮SB5和夹紧按钮SB6控制。指示灯HL1、HL2指示其动作。主轴箱、立柱PLC控制系统的输入信号有3个，其中2个为主轴箱、立柱松开与夹紧按钮开关，1个行程开关， PLC控制系统的输出信号有5个，其中2个用于驱动液压泵电动机电动机正反转接触器KM4、KM5，1个用于驱动二位六通的电磁换向阀YV，1个用于驱动摇臂松开到位指示灯HL1，1个用于驱动夹紧到位指示灯HL2。按下主轴箱、立柱松开按钮SB5时，输入触点I1.0接通，输出继电器Q0.6不得电，驱动YV线圈失电，输出继电器Q0.4线圈得电输出，驱动KM4线圈得电，摇臂主轴箱、立柱松开，液压泵电动机M3反转点动，主轴箱、立柱松开到位指示灯亮。当按下主轴箱、立柱夹紧按钮SB6时，输入触点I1.1接通，输出继电器Q0.4失电，输出继电器Q0.5线圈得电输出，驱动KM5线圈得电，摇臂主轴箱、立柱夹紧，液压泵电动机M3正转点动，主轴箱、立柱夹紧到位指示灯亮。根据主轴箱、立柱控制原理和I/O接口绘制出如图3-12 Z3040摇臂钻床I/O接口图。根据图3-11 Z3040摇臂钻床主轴箱、立柱电气控制图所示，立柱和主轴箱的松开或夹紧控制仍由M3电动机拖动液压泵出来的压力油，经电磁阀YV进入主轴箱松开与夹紧液压缸或立柱松开与夹紧液压缸油腔中，以实现对这两者的松开与夹紧控制。根据摇臂下降控制要求和控制原理绘出如图3-13 Z3040摇臂钻床立柱、主轴箱控制流程图。图3-12 Z3040摇臂钻床主轴箱、立柱I/O接口图主轴箱与立柱夹紧（SQ3压下、SQ2释放）按下主轴箱与立柱松开按钮SB5液压泵电机M3反转起动主轴箱与立柱松开SQ2压下？主轴箱与立柱松开结束M3电机停转按下主轴箱与立柱夹紧按钮SB6液压泵电动机M3正转主轴箱与立柱夹紧SQ3压下？液压泵电动机M3停转，主轴箱与立柱夹紧结束进行钻削加工NYNY图3-13 Z3040摇臂钻床立柱、主轴箱控制流程图4 Z3040摇臂钻床电气控制及设计4.1 机床电气图及分析附录A为Z3040摇臂钻床电气控制原理图，M1为主轴电动机，M2为摇臂升降电动机，M3为液压泵电动机，M4为冷却泵电动机，主轴箱SB1、SB2、SB3与SB4分别是主电动机停止、启动按钮，摇臂上升、下降按钮。主轴箱转盘上的2个按钮SB5、SB6分别为主轴箱及立柱松开按钮和夹紧按钮。按下主轴电机启动按钮SB2，I0.0接通，输出继电器Q0.0线圈得电输出，KM1线圈得电，电动机M1转动，输出继电器Q0.1线圈得电输出，主轴工作指示灯HL3亮。当摇臂没有在预定的位置时，按下摇臂上升按钮SB3时，触点I0.3接通，继电器M0.0得电，同时输出继电器Q0.6和Q0.4线圈得电输出，KM4和YV线圈得电，液压泵电动机M3反转，摇臂松开。摇臂松开到位压下微动开关SQ2时，触点I0.5接通，输出继电器Q0.4线圈失电，KM4线圈失电，输出继电器Q0.7 线圈得电输出，摇臂松开指示灯HL1亮，输出继电器Q0.2线圈得电输出，KM2得电，摇臂升降电动机M2反转。当摇臂上升到预定的位置时，松开摇臂上升按钮SB3，触点I0.3断开，继电器Q0.6和Q0.2线圈失电，KM2和YV线圈失电，摇臂停止上升。继电器Q0.2线圈的常闭触点接通，辅助继电器M0.1通电输出，时间继电器T37线圈通电延时，输出继电器Q0.5线圈得电输出，KM5线圈得电，液压泵电动机M3正转，摇臂夹紧。摇臂夹紧到位时，压下摇臂微动开关SQ3时，输入触点I0.7断开，输出继电器Q0.5断电，KM5线圈失电，输出继电器Q1.0线圈得电输出，摇臂夹紧指示灯HL2亮，液压泵电动机M3停止工作。当摇臂没有在预定的位置时，按下摇臂下降按钮SB4，触点I1.2接通，继电器M0.0得电输出，同时输出继电器Q0.6和Q0.4线圈得电输出，KM4和YV线圈得电，液压泵电动机M3反转，摇臂松开。摇臂松开到位压下SQ2时，输入触点I0.5接通，输出继电器Q0.4线圈失电，驱动KM4线圈失电，输出继电器Q1.0得电输出，摇臂松开指示灯HL1亮，输出继电器Q0.3线圈得电输出，KM3线圈得电，摇臂升降电动机M2正转。当摇臂下降到预定的位置时，松开摇臂下降按钮SB4，触点I1.2断开，继电器Q0.6和Q0.3线圈失电，KM3和YV线圈失电，摇臂停止下降。输出继电器Q0.3线圈的常闭触点接通，辅助继电器M0.1通电输出，时间继电器T37线圈通电延时，输出继电器Q0.5线圈得电输出，KM5线圈得电，液压泵电动机M3正转，摇臂夹紧。摇臂夹紧到位时，压下摇臂微动开关SQ3时，输入触点I0.7断开，输出继电器Q0.5断电，KM5线圈失电，继电器Q1.2线圈得电输出，摇臂夹紧指示灯HL2亮，液压泵电动机M3停止工作。当按下主轴箱、立柱松开按钮SB5时，输入触点I1.0接通，输出继电器Q0.6不得电，YV线圈失电，继电器Q0.4线圈得电输出，KM4线圈得电，摇臂主轴箱、立柱松开，液压泵电动机M3反转点动，主轴箱、立柱松开到位指示灯亮。当按下主轴箱、立柱夹紧按钮SB6时，输入触点I1.1接通，输出继电器Q0.5线圈得电输出，驱动KM5线圈得电，摇臂主轴箱、立柱夹紧，液压泵电动机M3正转点动，主轴箱、立柱夹紧到位指示灯亮，可以进行钻削加工。4.2 Z3040摇臂钻床的I/O接口图采用可编程控制器的Z3040摇臂钻床的操作及功能应与采用继电器电路时完全一致。机床原配的按钮、限位开关、变压器、指示灯、热继电器、接触器等电器均需保留。作为主要操作器件的按钮及限位开关要接入PLC的输入口，作为主要执行器件的接触器及电磁阀线圈要接入PLC的输出口，每一个线圈要占一个输出口。并且热继电器的触点和相关接触器的线圈串起来,当接入输入口时，则需通过程序设置热继电器的控制功能。此外，原电路中接触器KM2与KM3，KM4与KM5之间均设有互锁触点，以确保更可靠。根据控制系统要求绘出4-1Z3040摇臂钻床的I/O接口图。4.3 Z3040摇臂钻床的梯形图图4-3 Z3040摇臂钻床梯形图4.4 输入输出设备与PLC输入输出端子分配表表4-5 外部I/O信号与PLC的I/O接点地址编号对照表输入端输出端输入设备输入端子输出设备输出端子M1停止按钮SB1I0.1M1启动接触器KM1Q0.0M1启动按钮SB2I0.0M2反转接触器KM2Q0.2M2正转按钮SB4I1.2M2正转接触器KM3Q0.3M2反转按钮SB3I0.3M3反转接触器KM4Q0.4M3正转按钮SB6I1.1M3正转接触器KM5Q0.5M3反转按钮SB5I1.0电磁阀YV驱动Q0.6摇臂上升限位SQ1I0.4M1工作指示灯HL3Q0.1摇臂松开限位SQ2I0.5主轴箱、立柱松开指示灯HL1Q1.0摇臂夹紧限位SQ3I0.7主轴箱、立柱夹紧指示灯HL2Q1.2主轴、立柱松开限位SQ4I1.3M1热继电器触点FR1I0.2M3热继电器触点FR2I0.64.5 Z3040摇臂钻床设计后的电气原理图 将12个输入信号，9个输出信号按各自的功能类型分类，并与PLC的I/O点一一对应，编排地址，根据摇臂钻床PLC控制系统要求列出上表外部I/O信号与PLC的I/O接点地址编号对照表。 结合PLC的I/O接口图、Z3040摇臂钻床梯形图以及外部I/O信号与PLC的I/O接点地址编号对照表,最终得到了附录BZ3040摇臂钻床设计后的电气原理图。结论本论文是对Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的设计，即在解决传统继电器接触器电气控制系统存在的线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除困难等难题。由于PLC电气控制系统与继电器接触器电气控制系统相比，具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点。因此，本论文对Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计，将把PLC控制技术应用到设计方案中去，从而大大提高摇臂钻床的工作性能。本论文分析了摇臂钻床的控制原理，制定了可编程控制器改造Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计方案，完成了电气控制系统的设计，其中包括PLC机型的选择、画出了PLC流程图、梯形图，I/O接口图。对PLC控制摇臂钻床的工作过程作了详细阐述，论述了采用PLC取代传统继电器接触器电气控制系统从而提高机床工作性能的方法，给出了相应的控制原理图，对Z3040摇臂钻床进行设计，提高了生产效率和安全稳定性。致谢 本次毕业设计是在刘家伦老师的精心指导下完成的，从一开始刘老师就多次召集我们进行会议，严格要求我们按照计划进行，并且每一个阶段都要认真地对待，不能有丝毫的松懈，在整个过程中，我遇到了很多难题，在其他专业老师的帮助下我还是克服了它们，并且严格要求自己。自始至终我还得到过其他老师和同学的许多建议，最终顺利地完成了这次设计。在此，我衷心地感谢他们。参考文献1 谭维瑜主编，甘晓红参编.电机与电气控制.北京：机械工业出版社，20032 廖常初主编.PLC编程及应用.北京：机械工业出版社，20023 廖兆荣主编.机床电气自动控制.北京：化学工业出版社，20034 许燎、王淑英主编.电气控制与PLC应用.北京：机械工业出版社，20055 杨荣昌主编. 电工基础.北京:中国农业出版社，20046 邱阿瑞主编. 电机与电力拖动.北京：电子工业出版20017 邓星钟主编. 机电传动控制.武汉：华中科技大学出版，20008 李雪梅主编. 工厂电气与可编程序控制器应用技术.北京：中国水利水电出版社，2006附录A Z3040摇臂钻床电器控制原理图附录BZ3040摇臂钻床设计后的电气原理图学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者（本人签名）： 年 月 日学位论文出版授权书本人及导师完全同意中国博士学位论文全文数据库出版章程、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程(以下简称“章程”)，愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光