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PLC課程設計 設計題目： 搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)課程設計 一 搖臂鉆床簡單介紹 鉆床是一種專門進行孔加工的機床，主要用于鉆孔，擴孔，鉸孔和攻絲等。鉆床得主要類型有臺式鉆床，立式鉆床，臥式鉆床，深孔鉆床和多軸鉆床等。搖臂鉆床是立式鉆床中的一種，具有操作方便靈活，應用范圍廣的特點，特別適用于單件或批量生產中帶有多孔大型零件的孔加工，是一般機械加工車間常見的機床。 圖1 搖臂鉆床示意圖 1—內外立柱； 2—主軸箱；3—搖臂；4—主軸；5—工作臺； 6—底座；SB1—主電動機停止按鈕；SB2—主電動機啟動按鈕； SB3—搖臂上升按鈕；SB4—搖臂下降按鈕；SB5—松開按鈕； SB6—夾緊按鈕 二 電氣控制要求 (1) 主要控制電器為四臺電機：主電動機、搖臂升降電動機、液壓泵電動機、冷卻泵電機。 (2)主電動機和液壓泵電機采用熱繼電器進行過載保護，搖臂升降電動機、冷卻泵電機均為短時工作，不設過載保護。 (3)搖臂的升降，主軸箱、立柱的夾緊放松都要求拖動搖臂升降電動機、液壓泵電動機能夠正反轉。 (4)搖臂的升降控制：按下搖臂上升起動按鈕，液壓泵電動機起動供給壓力油，經分配閥體進入搖臂的松開油腔，推動活塞使搖臂松開。同時搖臂升降電動機旋轉使搖臂上升。如果搖臂沒有松開，搖臂升降電動機不能轉動，必須保證了只有搖臂的可靠松開后方可使搖臂上升或下降，可使用限位開關控制。 當搖臂上升到所需要的位置時，松開搖臂上升起動按鈕，升降電動機斷電，搖臂停止上升。當持續(xù)1~3s后，液壓泵電動機反轉，使壓力油經分配閥進入的夾緊液壓腔，搖臂夾緊，同時液壓泵電動機停止，完成了搖臂的松開—上升—夾緊動作。 (5)搖臂升降電動機的正轉與反轉不能同時進行，否則將造成電源兩相間的短路。 (6)因為搖臂的上升或下降是短時的調整工作，所以應采用點動方式。 (7)搖臂的上升或下降要設立極限位置保護。 (8)立柱和主軸箱的松開與夾緊控制：主軸箱與立柱的松開及夾緊控制可以單獨進行，也可以同時進行。由開關SA2和按鈕SB5（或SB6）進行控制。SA2有三個位置：在中間位置（零位）時為松開及夾緊控制同時進行，扳到左邊位置時為立柱的夾緊或放松，扳到右邊位置時為主軸箱的夾緊或放松。SB5是主軸箱和立柱的松開按鈕，SB6為主軸箱和立柱的夾緊按鈕。 (9)主軸箱的松開和夾緊為的動作過程：首先將組合開關SA2扳向右側。當要主軸箱松開時，按下按鈕SB5，經1～3s后，液壓泵電動機正轉使壓力油經分配閥進入主軸箱液壓缸，推動活塞使主軸箱放松。主軸箱和立柱松開指示燈HL2亮。當要主軸箱夾緊時，按下按鈕SB6，經1～3s后，液壓泵電動機反轉，壓力油經分配閥進入主軸箱液壓缸，推動活塞使主軸箱夾緊。同時指示燈HL3亮， HL2滅，指示主軸箱與立柱夾緊。 (10)當將SA2扳到左側時，立柱松開或夾緊。SA2在中間位置按下SB5或SB6時，主軸箱和主柱同時進行夾緊或放松。其他動作過程和主軸箱松開和夾緊完全相同，不再重復。 (11)機床要有照明設施 三 電機的選取及電路的設計 1 .電機的選取 (1) 主軸電動機一般選用籠型電動機，完成搖臂鉆床得主運動和進給運動。主軸的變速和反轉均由機械方法實現，所以主軸電動機沒有調速要求，也不需要反轉，可直接啟動。 (2) 搖臂沿外立柱的上下移動，有一臺搖臂升降電動機驅動絲杠正反轉實現。搖臂升降電動機要求能正反轉，直接起動。 (3) 主軸，搖臂和立柱的松緊由液壓系統(tǒng)實現，因此需要一臺液壓電動機驅動泵，液壓泵電動機也要求能正反轉，直接起動。 (4) 需要一臺冷卻泵電動機提供冷卻液。 (5) 必須具有短路，過載，失電壓和欠電壓等必要的保護裝置。 (6) 具有安全的局部照明裝置。 搖臂鉆床有四臺工作電動機，一般采用籠型異步電動機，其中，M1為主電動機：控制主軸的旋轉運動和進給運動，單向旋轉，用機械交換完成加工所需的正反轉；M2為搖臂升降電動機：控制要比升降運動，雙向旋轉；M3為液壓泵電動機：控制搖臂夾緊、放松，主油箱及外立柱相對內立柱的夾緊與放松，雙向旋轉；M4為冷卻泵電動機：手動控制，單向旋轉。主電動機由KM1接觸器控制，SB2、SB1為啟動和停止按鈕。當轉換開關QS1接通電源后，按下SB2按鈕時，KM1接觸器得電并自鎖，主電動機M1啟動旋轉。按下停止按鈕SB1，KM1斷電，M1電動機停止。內力主固定在底座的一端，外立柱套在內立柱上，并可繞內立柱回轉360度。搖臂的一端為套筒，它套在外立柱上，借助升降絲桿的正反向旋轉可沿外立柱作上下移動。由于升降絲桿與外立柱構成一體，而升降螺母則固定在搖臂上，所以搖臂只能與外立柱一起繞內立柱回轉。主軸箱是一個復合部件，它由主傳動電動機、主軸和主軸傳動機構、進給和變速機構以及機床的操作機構等部分組成。主軸箱安裝于搖臂的水平導軌上，可以通過手輪操作使主軸箱沿搖臂水平導軌移動。 鉆削加工時，主軸旋轉為主運動，而主軸的直線移動為進給運動。當進行鉆孔工作時鉆頭一面做旋轉運動，一面做縱向進給運動。此時，主軸箱應通過夾緊裝置緊固在搖臂的水平導軌上，搖臂與外立柱也應通過夾緊裝置緊固在內立柱上。搖臂鉆床的輔助運動有：搖臂沿外立柱作上下移動、主軸箱沿搖臂水平導軌做長度方向移動、搖臂與外立柱一起繞內立柱的回轉運動。 2.主電路設計 主電路有4臺電動機。 (1) M1是主軸電動機，帶動主軸的旋轉運動和垂直運動，是主運動和進給運動電動機。它由KM1的主觸點控制。熱繼電器FR1做過載保護， M1直接起動，單向旋轉。主軸的正反轉由液壓系統(tǒng)和正反轉摩擦離合器來實現，空檔，制動及變速也由液壓系統(tǒng)來實現。 (2) M2 是搖臂升降電動機，帶動搖臂沿立柱的上下移動。它由KM2，KM3的主觸點控制正反轉。電動機M2是短時運行，因此不需要過載保護。 (3) M3 是液壓泵電動機，帶動液壓泵送出壓力油以實現搖臂的松開，夾緊和主軸箱的松開，夾緊控制。它由KM4，KM5的主觸點控制其正反轉。熱繼電器FR2作過載保護。熔斷器FU2作搖臂升降電動機M2，液壓電動機M3和控制電路的短路保護。 (4) M4是冷卻泵電動機，帶動冷卻泵供給工件冷卻液。由于M4容量較小，因此不需要過載保護，由轉換開關QS2直接控制。M4直接起動，單向旋轉。 3.控制電路的設計 (1) 主軸電動機M1的控制電路。 主軸電動機M1的控制電路是典型的電動機單向連續(xù)控制電路。SB1，SB2分別為砂輪電動機M1的停止和啟動按鈕。 (2) 搖臂升降的控制電路搖臂升降由搖臂升降電動機M2作動力，按鈕SB3，SB4分別為搖臂上升，下降的點動按鈕，和KM3，KM2組成接觸器按鈕雙重連鎖的正反轉點動控制電路。 由于搖臂的升降控制須與夾緊機構液壓系統(tǒng)緊密配合：搖臂升降前，先把搖臂松開，再由M2驅動升降；搖臂升降到位后，再重新夾緊。搖臂的松開和加緊過程為： 搖臂松開，搖臂夾緊。由此可見，搖臂升降的電氣控制是與松緊機構液壓－機械系統(tǒng)（M3與YA）的控制配合進行的。 搖臂的下降由SB4控制KM3使M2反轉來實現，工作過程與搖臂上升相似。時間繼電器KT為斷電延時型，其作用是在搖臂升降到位，M2停轉后，延時1～3s再起動M3將搖臂夾緊，其延時時間以搖臂升降電動機從切斷電源到停止時慣性作用的時間而定。搖臂升降的限位保護由行程開關SQ1實現。 搖臂松開由行程開關SQ2控制，搖臂夾緊由行程開關SQ3控制。如果夾緊機構液壓系統(tǒng)出現故障，搖臂不能夾緊；或者因SQ3的位置安裝不當，在搖臂已夾緊后SQ3仍不能動作，那么SQ3的常閉觸點長時間不能斷開，會使液壓泵電動機M3處于長期過載狀態(tài)。因此，M3采用熱繼電器FR2作過載保護。 (3) 主軸箱和立柱松緊的控制。主軸箱和立柱的松緊控制是同時進行的。SB5和SB6分別為松開和夾緊控制按鈕，和KM4，KM5組成接觸器連鎖的正反轉電動控制電路。其工作過程如下： 由于SB5，SB6的常閉觸點串聯在YA線圈支路中，因此在按下SB5，SB6使M3點動正反轉的過程中，電磁閥YA線圈不吸合，液壓泵送出壓力油，進入主軸箱和立柱的松開，夾緊油箱，推動松緊機構實現主軸箱的松開和夾緊。 I/O分配表 輸入 輸出 SB2主電機啟動 I0.0 KM1主電機接觸器 Q0.0 SB8主電機停止 I0.1 KM2搖臂上升接觸器 Q0.1 SB3搖臂上升 I0.2 KM3搖臂下降接觸器 Q0.2 SB4搖臂下降 I0.3 KM4液壓電動機正轉 Q0.3 SB5立柱、主軸箱松開 I0.4 KM5液壓電動機反轉 Q0.4 SB6立柱、主軸箱夾緊 I0.5 YA1主軸箱松緊電磁鐵 Q0.5 SQ1升降限位保護 I0.6 YA2立柱松緊電磁鐵 Q0.6 SQ2搖臂放松限位開關 I0.7 HL2立柱主軸箱松開指示燈 Q1.0 SQ3搖臂夾緊限位開關 I1.0 HL3立柱主軸箱夾緊指示燈 Q1.1 SQ4立柱、主軸箱夾緊松開指示用限位開關 I1.1 HL4主軸電機旋轉指示 Q1.2 SA2 左 I1.2 SA2 中 I1.3 SA2 右 I1.4 四．設計總結 經過兩周的奮戰(zhàn)我的課程設計終于完成了。在沒有做課程設計以前覺得課程設計只是對這幾年來所學知識的單純總結，但是通過這次做課程設計發(fā)現自己的看法有點太片面。課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。 課程也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。 總之，不管學會的還是學不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。 五．參考文獻 [1] 陳志新. 電氣與PLC控制技術. 北京： 北京大學出版社，2006. [2] 劉子林. 電機與電氣控制. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2005 [3] 張萬忠. 可編程控制器入門與應用. 北京： 中國電力出版社， 2004 [4] 汪志峰. 可編程控制器原理與應用. 西安： 西安電子科技大學出版社， 2004 [5] 李振安. 工廠電氣控制技術. 重慶： 重慶大學出版社，1995