【文章內(nèi)容簡介】 臂的水平導(dǎo)軌上，可以通過手輪操作使其在水平導(dǎo)軌上沿搖臂移動。當進行加工時，由特殊的夾緊裝置將主軸箱緊固在搖臂導(dǎo)軌上，外立柱緊固在內(nèi)立柱上，搖臂緊固在外立柱上，然后進行鉆削 加工。鉆削加工時，鉆頭一面旋轉(zhuǎn)進行切削，一面進行縱向進給。綜上所述，搖臂鉆床的運動方式有： 1 主運動，主軸的旋轉(zhuǎn)運動； 2 進給運動，主軸的縱向進給； 3 輔助運動，搖臂沿外立柱垂直移動，主軸箱沿搖臂長度方向移動，搖臂與外立柱一起繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)運動。 Z3040 型搖臂鉆床適合于在大、中型零件上進行孔加工，其運動形式有主軸的旋轉(zhuǎn)運動、進給運動、搖臂的升降運動、立柱的夾緊和放松、搖臂的回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動。主軸的旋轉(zhuǎn)運動和進給運動由一臺異動電動機拖動，搖臂的升降由一臺異步電動機拖動，搖臂、立柱和主軸箱的夾緊 /放松由 一臺液壓泵電動機拖動，搖臂的回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動通常采用手動。此外，還有一臺冷卻泵電動機對刀具和工件進行冷卻。 加工螺紋時，主軸需要正反轉(zhuǎn)，該機床采用機械變換方法來實現(xiàn)，故主電動機只有一個旋轉(zhuǎn)方向。此外，為保證安全生產(chǎn)，其主軸旋轉(zhuǎn)和搖臂升降不允許同時進行。 可編程控制器（以下簡稱 PLC）從其生產(chǎn)到現(xiàn)在，實現(xiàn)了接線邏輯到存儲邏輯的飛躍，其功能從弱到強，實現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 實現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運動控制、過程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的 PLC 在處理模擬量、數(shù)字運 算、人機接口和網(wǎng)絡(luò)的各方面能力都已大幅度提高，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在各行業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。 PLC 是基于電子計算機，且適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的點控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實現(xiàn)控制，而主要靠運行存儲于 PLC 內(nèi)存中的程序，進行入出信息變換實現(xiàn)控制。 PLC 基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普通計算機進行如初信息變換，多只考慮信息本身，信息的如初，只要人機界面就可以了。而 PLC 則還要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應(yīng) 于工業(yè)環(huán)境，入便于安裝，抗干擾等問題。 鉆床控制線路概述 Z3040 搖臂鉆床主要有兩種主要運動和其他輔助運動，主運動是指主軸帶動鉆頭的旋轉(zhuǎn)運動；進給運動是指鉆頭的垂直運動；輔助運動是指主軸箱沿搖臂水平運動，搖臂沿外立柱上下移動以及搖臂和外立柱一起相對于內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運動。 Z3040 搖臂鉆床具有兩套液壓控制系統(tǒng)：一套是由主軸電動機拖動齒輪泵送出壓力油，通過操縱機構(gòu)實現(xiàn)主軸正反轉(zhuǎn)、停車控制、空擋、預(yù)選與變速；另一套是由液壓電動機拖動液壓泵送出壓力油來實現(xiàn)搖臂的夾緊和松開、主軸箱的夾緊與松開、立柱的 夾緊與松開。前者安裝在主軸箱內(nèi)，后者安裝在搖臂電器盒下部。 PLC 類型的選擇 目前各國生產(chǎn)的 PLC 品種繁多，發(fā)展迅速。在中國的市場上最具競爭力的有德國西門子公司、日本三菱系列、歐姆龍公司、 AB 公司所推出的 PLC 均為從小到大全系列的產(chǎn)品，可滿足各種各樣的需求。 三菱公司的產(chǎn)品有： FX 系列：為小型 PLC，單元式，單機最大容量為 256 點。 A 系列、 ANS 系列、 Q 系列、 QNA 系列等為模塊式大型 PLC，最大容量為 8K 點。 西門子公司的產(chǎn)品有： S7200:微型 PLC，單機最大容量為 256 點； S7300:小到中型 PLC 單機最大容量為 1K； S7400:大到超大型 PLC，單機可組態(tài)點數(shù)過萬點。 2． 選配 PLC 的型號 S7300 的 PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7300 PLC 的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 本章小結(jié) 本章根據(jù)控制要求確定了總體方案以及控制系統(tǒng)的硬件選型?？傮w方案包括 PLC數(shù)控鉆床的硬件的組成和控制軟件的組成，以及各個模塊的聯(lián)系和通信方式；控制系統(tǒng)的硬件。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 第三章 搖臂鉆床控制線路設(shè)計 Z3040 搖臂鉆床主要有兩種主要運動和其他輔助運動，主運動是指主軸帶動鉆頭的旋轉(zhuǎn)運動；進給運動是指鉆頭的垂直運動；輔助運動是指主軸箱沿搖臂水平運動，搖臂沿外立柱上下移動以及搖臂和外立柱一起相對于內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運動。 搖臂鉆床控制線路概述 Z3040 搖臂鉆床具有兩套液壓控制系統(tǒng)：一套是由主軸電動機拖動齒輪泵送出壓力油，通過操縱機構(gòu)實現(xiàn)主軸正反轉(zhuǎn)、停車控制、空擋、預(yù)選與變速；另一套是由液壓電動機拖動液壓泵送出壓力油來實現(xiàn)搖臂的夾緊和松開、主軸箱的夾緊與松開、立柱的夾緊與松開。前者安裝在主軸箱內(nèi)，后者安 裝在搖臂電器盒下部。 操縱機構(gòu)液壓系統(tǒng) 該系統(tǒng)壓力油由主軸電動機拖動齒輪泵送出，由主軸操作手柄來改變兩個操縱閥的相互位置，獲得不同的動作。操作手柄有五個空間位置：上、下、里、外和中間位置，其中上為“空擋”，下為“變速”，外為“正轉(zhuǎn)”，里為“反轉(zhuǎn)”，中間位置為“停車”。而主軸轉(zhuǎn)速及主軸進給量各有一個旋鈕預(yù)選，然后在操作主軸手柄。 主軸旋轉(zhuǎn)時，首先按下主軸電動機起動按鈕，主軸電動機起動旋轉(zhuǎn)，拖動齒輪泵，送出壓力油。然后操縱主軸手柄，板至所需轉(zhuǎn)向位置（里或外），于是兩個操縱閥相互位置轉(zhuǎn)變，使一股壓力油 將制動摩擦離合器松開，為主軸旋轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件；另一股壓力油壓緊正轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）摩擦離合器，接通主軸電動機的主軸的傳送鏈，驅(qū)動主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。 在主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)過程中，可轉(zhuǎn)動變速按鈕，改變主軸轉(zhuǎn)速或主軸進給量。 主軸停車時，將操作手柄扳回中間位置，這時主軸電動機仍拖動齒輪泵旋轉(zhuǎn)。但此時整個液壓系統(tǒng)為低壓油，無法松開制動摩擦離合器，而在制動彈簧作用下將制動摩擦離合器壓緊，使制動軸上的齒輪不能轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)主軸停車。所以主軸停車時主軸發(fā)動機仍在旋轉(zhuǎn)，只是不能將動力傳到主軸。 主軸變速與進給變速：將主軸手柄扳至“變速”位置，于 是改變兩個操縱閥的相互位置，使齒輪泵送出的壓力油進入主軸轉(zhuǎn)速預(yù)選閥和主軸進給量預(yù)選閥，然后進入各變速油缸。與此同時，另一油路系統(tǒng)推動拔叉緩慢運動，逐漸壓緊主軸正轉(zhuǎn)摩擦離黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 合器，接通主軸電動機到主軸的傳動鏈，帶動主軸緩慢旋轉(zhuǎn)，稱為緩速，以利于齒輪的順利嚙合。當變速完成，松開操作手柄，此時手柄在彈簧作用下由“變速”位置自動復(fù)位到主軸“停車”位置，然后在操縱主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，主軸將在新的轉(zhuǎn)速或進給量下工作。 夾緊機構(gòu)液壓系統(tǒng) 主軸箱、內(nèi)外立柱和搖臂的夾緊和松開是由液壓泵電動機拖動液壓泵電動機送出壓力油，推動 活塞、菱形塊來實現(xiàn)的。 Z3040 搖臂鉆床共有四大電動機：主電動機 M1，搖臂升降電動機 M2，液壓泵電動機 M3 和冷卻泵電動機 M4。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 Z3040 搖臂鉆床控制線路原理 分析 圖 31 Z3040搖臂鉆床原理圖 Z3040 型搖臂鉆床控制線路原理圖上圖， Z3040 型搖臂鉆床的動作是通過機、電、液進行聯(lián)合控制實現(xiàn)的。該機床控制電路采用 380V/100V 隔離變壓器供電，但其二次繞組增設(shè) 24V 安全電壓供局部照明使用。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 斷路器 QF1 既作為機床線路的電源總開關(guān)，又作為機床線路和主軸 電機 M1 的短路及過載保護元件，斷路器 QF2 臥搖臂升降電動機 M液壓泵電機 M冷卻泵電機 M4的隔離開關(guān)和過載及短路保護元件。 QF QF QF5 分別為機床控制電路、機床工作信號指示電路和機床工作照明電路和過載及短路保護開關(guān)。 開車前的準備。首先將隔離開關(guān)接通，將電源引入開關(guān) QF1 扳到“接通”位置，接通三相交流電源，此時總電源指示燈 HL1 亮，表示機床電氣電路已進入帶電狀態(tài)。按下總啟動按鈕 SB1，中間繼電器 KA 線圈通電吸合并自鎖，為主電動機及其他電動機啟動多準備，同時觸點 KA 閉合，為其他三個指示燈通電做準備 。 Z3040 搖臂鉆床控制線路主電路設(shè)計 為單方向旋轉(zhuǎn)，由接觸器 KM1 控制，主軸的正反轉(zhuǎn)則由機床液壓系統(tǒng)操縱機構(gòu)配合正反轉(zhuǎn)摩擦離合器實現(xiàn)，并由熱繼電器 FR1 作電動機長期過載保護。 2. M2 由正、反轉(zhuǎn)接觸器 KM KM3 控制實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。控制電路保證，在操縱搖臂升降時，首先使液壓泵電動機起動旋轉(zhuǎn)，供出壓力油，經(jīng)液壓系統(tǒng)將搖臂松開，然后才使電動機 M2 起動，拖動搖臂上升或下降。當移動到位后，保證 M2 先停下，再自動通過液壓系統(tǒng)將搖臂夾緊，最后液壓泵電機才停下。 M2 為短時工作，不設(shè)長期過載保護。 由接觸器 KM KM5 實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，并有熱繼電器 FR2 作長期過載保護。 電機容量小，僅 ，由開關(guān) QS 控制。 Z3040 搖臂鉆床控制線路控制電路分析 由變壓器 TC 將 380V 交流電壓降為 110V，作為控制電源。指示燈電源為 6V。 主電動機控制電路 按下起動按鈕 SB2，接觸器 KM1 吸合并自鎖，主軸電動機 M1 起動并運轉(zhuǎn)。按下停止按鈕 SB8，接觸器 KM1 釋放，主軸電動機 M1 停轉(zhuǎn)。 搖臂升降控制電路 搖臂上升、下降分別由 SB SB4 點動控制。 按上升按 鈕 SB3，時間繼電器 KT1 得電吸合，瞬時動合觸點（ 3335）閉合， 接觸器 KM4 得電吸合，液壓泵電動機 M3 接通電源正向旋轉(zhuǎn)，供給壓力油。壓力油經(jīng)分配閥體進入搖臂松開的油腔，推動活塞，使搖臂松開。當搖臂完全松開后，活塞桿通過彈簧片壓下限位開關(guān) ST2，使其動斷觸點 ST2（ 17－ 33）斷開，使接觸器 KM4線圈斷電釋放，液壓泵電動機 M3 停轉(zhuǎn)，與此同時，另一動合觸點 ST2（ 1721）閉合，接觸器 KM2 線圈通電吸合，其主觸點接通升降電動機 M2 的電源， M2 啟動正向旋轉(zhuǎn)，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 帶動搖臂上升。 如果搖臂沒有松開， ST2 的動合觸 點也不能閉合， KM2 就不能吸合， M2 不能旋轉(zhuǎn)，搖臂也就不可能上升，保證了只有在搖臂可靠松開后才能使搖臂上升。 當搖臂上升到所需位置時，松開按鈕 SB3，接觸器 KM2 和時間繼電器 KT1 同時斷電釋放，搖臂升降電動機 M2 停轉(zhuǎn)，搖臂停止上升。由于 KT1 釋放，其延時閉合的動斷觸點（ 4749）經(jīng) 13 秒延時后閉合，接觸器 KM5 的線圈經(jīng)（ 135747495162）線路通電吸合，液壓電動機 M3 反向起動旋轉(zhuǎn)，供給壓力油。壓力油經(jīng)分配閥進入搖臂夾緊油腔，向相反方向推動活塞，使搖臂夾緊。同時，活塞桿通過彈簧片壓下 限位開關(guān) ST2 動斷觸點（ 747）斷開，接觸器 KM5 斷電釋放，液壓泵電動機 M3 停止旋轉(zhuǎn)，完成了搖臂的松開－上升－夾緊動作。 搖臂上升的動作過程如下： ? ? ? ?。位置，松開搖臂上升到預(yù)定壓下正轉(zhuǎn)按 正轉(zhuǎn)吸合 停轉(zhuǎn)斷電吸合 吸合3233 22 341 4SBSTMSB MKM MKMKTKM ????? ??搖臂的下降過程與上升基本相同，它們的夾緊和放松電路完全一樣。所不同的是按下降按鈕 SB4 時為 KM3 線圈得電，搖臂升降電動機 M2 反轉(zhuǎn)，帶動搖臂下降。 時間繼電器 KT1 的 作用是控制 KM5 的吸合時間，使 M2 停止運轉(zhuǎn)后，再夾緊搖臂。KT1 的延時時間應(yīng)視搖臂在 M2 斷電至停轉(zhuǎn)前的慣性大小調(diào)整，應(yīng)保證搖臂上升（或下降）后才進行夾緊，一般調(diào)整在 1～ 3 秒。 搖臂升降的限位保護，由組合開關(guān) ST1 來實現(xiàn)。 ST1 有兩對觸點， ST11 是搖臂上升時的極限位置保護， ST12（ 2717）是搖臂下降時的極限位置保護。當搖臂上升到極限位置時， ST11(1517)動作，將電路斷開，則 KM2 斷電釋放，搖臂升降電動機 M2停止旋轉(zhuǎn)。但 ST1 的另一觸點 ST12（ 2717）仍處于閉合狀態(tài)，保證搖臂能夠下 降。同理，當搖臂下降到極限位置時， ST12（ 2717）動作，電路斷開， KM3 釋放，搖臂升降電動機 M2 停轉(zhuǎn)。而 ST1 的另一動斷觸點 ST11(1517)仍閉合，以保證搖臂能夠上升。 搖臂的自動夾緊是由行程 ST3 來控制的。如果液壓夾緊系統(tǒng)出現(xiàn)故障而不能自動夾緊搖臂，或者由于 ST3 調(diào)整不當，在搖臂夾緊后不能使 ST3（ 747）的動斷觸點斷開，都會使液壓泵電動機處于長期過載運行狀態(tài)，這是不允許的。為了防止損壞液壓泵電動機，電路中使用了熱繼電器 FR2。 搖臂夾緊動作過程如下： 搖臂升到預(yù)定位置，松開 SB3→ KT1（ 4749）斷電延時閉合→ KM5 吸合、 M3 反轉(zhuǎn)→搖臂夾緊→ ST3（ 747）受壓斷開→ KM M均斷電釋放。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 立柱和主軸箱松開、夾緊控制電路 立柱和主軸箱的松開及夾緊控制可單獨進行，也可同時進行，由轉(zhuǎn)換開關(guān) SA2 和復(fù)位按鈕 SB7（或 SB8）進行控制。 SA2 有 3 個位置：中間位（零位）時，立柱和主軸箱的松開或夾緊同時進行；左邊位為立柱的夾緊或放松；右邊位為主軸