基于PLC實(shí)現(xiàn)Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)改造

鉆床是一種孔加工機(jī)床，其在機(jī)械生產(chǎn)加工過程中應(yīng)用非常廣泛，被廣泛應(yīng)用在多種形式的加工中，比如鉆孔、鉸孔、修刮斷面等。鉆床的結(jié)構(gòu)型式豐富多樣，常見的有立式鉆床、深孔鉆床、臥式鉆床等，搖臂鉆床屬于立式鉆床的一種，是一種比較常見的機(jī)械加工車間機(jī)床，通常被應(yīng)用在單件或批量生產(chǎn)中帶有多空大型零件的孔加工。鉆床在機(jī)械行業(yè)的機(jī)床設(shè)備中占有一定的比重。本項(xiàng)目針對(duì)Z3040搖臂鉆床進(jìn)行電氣控制及PLC改造，通過PLC改造后的機(jī)床設(shè)備不僅能提高設(shè)備工作的可靠性、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少故障、降低成本、還可提高工作效率。
1 Z3040型搖臂鉆床工作原理及分析
1.1Z3040型搖臂鉆床的主電路
Z3040搖臂鉆床的電路原理圖如圖1所示，包括電動(dòng)機(jī)M1的控制、搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2和液壓泵電動(dòng)機(jī)M3的控制、立柱主軸箱的松開和夾緊控制等。
Z3040搖臂鉆床包括主軸電動(dòng)機(jī)M1、搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2、冷卻泵電動(dòng)機(jī)、液壓泵電動(dòng)機(jī)M3四臺(tái)電動(dòng)機(jī)。其中主軸電動(dòng)機(jī)是鉆床加工主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源，負(fù)責(zé)提供主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力。主軸兼具正反轉(zhuǎn)功能，但其反轉(zhuǎn)需依靠機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)，一般來說主軸電動(dòng)機(jī)工作模式只有正轉(zhuǎn)一種；搖臂升降電動(dòng)機(jī)需正反轉(zhuǎn)，負(fù)責(zé)提供搖臂升降的動(dòng)力；冷卻泵電動(dòng)機(jī)只需正轉(zhuǎn)，負(fù)責(zé)提供冷卻液；液壓泵電動(dòng)機(jī)提供液壓油，決定了搖臂、立柱和主軸箱的夾緊和松開，需正、反轉(zhuǎn)。

（a）主電路

1.2Z3040型搖臂鉆床的控制電路
1.2.1主軸電動(dòng)機(jī)M1的控制
熱繼電器FR1的作用是負(fù)責(zé)過載保護(hù)。SB2按鈕被按下，接觸器KM1會(huì)自鎖，并且得電吸合，這時(shí)指示燈HL3亮，主軸電動(dòng)機(jī)M1開始啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。停止按鈕SB1被按下時(shí)，接觸器KM1失電釋放，同時(shí)由于失電M1也會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
1.2.2搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2和液壓泵電動(dòng)機(jī)M3的控制
按鈕SB3（或SB4）被按下時(shí)，接觸器KM4和電磁鐵YA得電吸合，斷電延時(shí)時(shí)間繼電器KT得電吸合。啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)液壓泵電動(dòng)機(jī)M3，供給壓力油，經(jīng)液閥壓力油流入搖臂松開油腔，推動(dòng)活塞和菱形塊，松開搖臂。同時(shí)限位開關(guān)SQ2被壓住，斷開SQ2的動(dòng)斷觸頭，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3停止運(yùn)轉(zhuǎn)，接觸器KM4失電釋放。閉合SQ2的動(dòng)合觸頭，接觸器KM2（或KM3）得電吸合，搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2開始啟動(dòng)并運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)搖臂會(huì)發(fā)生相應(yīng)移動(dòng)，上升或者下降。反之，若SQ2的動(dòng)合觸頭不閉合，那么無(wú)法升降搖臂。搖臂升降到所需位置時(shí)，將按鈕SB3（或SB4）松開，時(shí)間繼電器KT和接觸器KM2（或KM3）失電釋放，停止運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)M2，搖臂保持靜止。經(jīng)過機(jī)械液壓系統(tǒng)，將限位開關(guān)SQ3壓住，釋放接觸器KM5。與此同時(shí)，延時(shí)斷開時(shí)間繼電器KT的動(dòng)合觸頭，釋放電磁鐵YA，停止運(yùn)轉(zhuǎn)液壓泵電動(dòng)機(jī)M3。
控制KM5的吸合時(shí)間，保證M2停轉(zhuǎn)、搖臂停止升降后再進(jìn)行夾緊是KT的主要作用。限位開關(guān)SQ3控制著搖臂的自動(dòng)夾緊升降。壓合SQ3，KM2或KM3會(huì)失電釋放，搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2停止運(yùn)轉(zhuǎn)。通過控制上下限位開關(guān)SQ1U和SQ1D可實(shí)現(xiàn)搖臂升降限位保護(hù),但需要注意的是需將SQI的兩對(duì)動(dòng)合觸頭調(diào)整在"同時(shí)"接通位置,接通或者斷開操作都必須同時(shí)進(jìn)行。
1.2.3立柱、主軸箱的松開和夾緊縮控制按動(dòng)放松按鈕SB5，KM4（或KM5）吸合、M3啟動(dòng)、供給壓力油，利用機(jī)械液壓系統(tǒng)，控制立柱和主軸箱分別放松（或夾緊），指示燈亮。M3帶動(dòng)的液壓泵負(fù)責(zé)給主軸箱、搖臂和內(nèi)外主柱3部分的夾緊提供壓力油，利用各自的油缸使其夾緊和放松。
夾緊和松開主軸箱及立柱的操作需同時(shí)開展。松開按鈕SB5被按下時(shí)，接觸器KM4線圈通電，壓泵電動(dòng)機(jī)M3正轉(zhuǎn)，拖動(dòng)液壓泵，可送出壓力油，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致電磁閥YA線圈斷電，壓力油經(jīng)二位六通閥，進(jìn)入主軸箱與立柱松開油腔，推動(dòng)活塞和菱形塊，將主軸箱與立軸松開，而由于YA線圈斷電，搖臂松開油腔內(nèi)不會(huì)進(jìn)入壓力油，搖臂的夾緊狀態(tài)并不會(huì)改變。當(dāng)松開主軸箱與立柱時(shí)，行程開關(guān)SQ4不受壓，觸頭SQ4（101-109）閉合，指示燈HL1亮，表示主軸箱與立軸確已松開，此時(shí)移動(dòng)時(shí)既可以采取手動(dòng)操作的方式，也可以借助推動(dòng)搖臂的方式，當(dāng)移動(dòng)到位后，再按下夾緊按鈕SB6，接觸器KM5線圈通電，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3反轉(zhuǎn)，拖動(dòng)液壓泵送出壓力油至夾緊油腔，使主軸箱與立柱夾緊。確認(rèn)夾緊后，壓下SQ4，觸頭SQ4（101-109）閉合，HL2燈亮，而觸頭SQ4（101-107）斷開，HL1滅，指示主軸箱與立柱已夾緊，可以進(jìn)行鉆削加工。安裝機(jī)床完畢后，將電源接通，然后采取必要措施檢查電源程度是否存在異常，待檢查并結(jié)果無(wú)異常后，再來調(diào)整搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2的接線。
1.2.4冷卻泵電動(dòng)機(jī)風(fēng)的控制轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1控制著冷卻泵電動(dòng)機(jī)M4。
2 Z3040搖臂鉆床電氣控制PLC改造硬件的設(shè)計(jì)參考Z3040型揺臂鉆床的電氣控制電路，選擇輸出設(shè)備6個(gè)，輸入設(shè)備11個(gè)，因此可選S7-200PLCCPU224型的。
2.1PLC的I/O配置

表1為PLC的I/O配置表。
2.2PLC的I/O接線
改造后PLC的I/O接線圖如圖2所示。

圖2 PLC 接線圖
3 PLC控制電路梯形圖程序設(shè)計(jì)
當(dāng)Z3040型揺臂鉆床采用PLC控制時(shí)，控制程序可用經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行設(shè)計(jì)；該控制系統(tǒng)的梯形圖程序可以通過繼電器控制電路轉(zhuǎn)化得到。梯形圖程序如圖3所示。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文針對(duì)Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)繼電器接觸器控制進(jìn)行分析，基于PLC-200控制器對(duì)控制系統(tǒng)改造，設(shè)計(jì)接線圖并編寫程序，實(shí)踐表明，該設(shè)計(jì)提高系統(tǒng)工作性能和工作效率的。


圖3 梯形圖