用PLC技术改造Z3040型摇臂钻床.pdf
第 l 期 总 第 1 7 6 期 2 0 1 3年 2月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG&AUT MATI N No .1 Fe b. 文 章 编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 3 0 1 0 1 6 8 ~ 0 2 用 P L C技术改造 Z 3 0 4 0型摇臂钻床 石玉明 ,凌忠 良 湖南信息职业技术学院,湖南 长沙4 1 0 2 0 0 摘要 介绍可编程控 制器 P L C在 Z 3 0 4 0型摇臂钻床技术改造 中的应用。简要分 析了用 P L C控制 Z 3 0 4 0型摇 臂钻 床的工作过程,其中包括 P I C的机型选择 、I / 地址分 配、I / O 端 口接线 图及 P L C梯形 图等几个环节 ’ 的设 计 方 法 。 关键词 P L C ;Z 3 0 4 0型摇臂钻床;改造 中图分类号 T G 5 2 2 T P 2 7 3 文献标识码 A 0 引言 目前 , 部分中小型企业仍广泛使用传统 的继 电器 控制机床 , 虽然这些机床能在一定范围内满足单机和 自动生产线的需要, 但由于它的电控系统是以继电器、 接触器的硬连接为基础的, 技术上 比较落后, 特别是其 触 点 的可靠 性 问题 直 接影 响 了产 品质量 、 生产 效 率 和 生产成本 , 如用 P L C对它进行技术 改造 , 便能取得很 好的效果 。本 文以一台老式 Z 3 0 4 0型摇臂钻床 电气 技术 改造为例 , 简要说 明 P L C在这方 面的应用 。 1 Z 3 0 4 0摇臂钻 床 的电气 控 制要求 钻床是一种用途广泛的孔加工机床, 主要用于钻 头钻削精度要求不高的孔 , 另外还可用来扩孑 L 、 铰孔 、 镗孔 以及刮平面、 攻螺纹等。Z 3 O 4 O型摇臂钻床是一 种立式钻床 , 适用于单件或批量生产中带有多孔 的大 型零件的孔加工。图 1为 Z 3 O 4 O型摇臂钻床电气控制 系统的主电路图。 Ll L 2 L3 图 l Z 3 0 4 0型摇臂钻床 电气控制 系统的主电路 Z 3 0 4 0型摇臂钻床的电气控制要求如下 1 M1为主轴电动机, 功率为 3 k W , 由交流接触 器 KM1控制 , 只要求单方 向旋转 , 主轴的正、 反转 由 机 械 手 柄操 作 转 换 开关 QS 1控 制 。 主轴 电 动 机 M1 装在主轴箱的顶部 , 带动主轴及进 给传动系统。热继 电器 F R 1为主轴电机的过载保护元件。 2 M2为摇臂升降电动机。 功率为 1 . 5 k w, 用接 触器 KM2和 K M3控 制正 、 反 转 , 由于该 电动机 短 时 间工作 , 故不需要设过载保护电器。但为了安全 , 应具 有极 限保 护 。摇臂 采 用 自动夹 紧和 放松 控 制 , 应保 证 摇臂在 放松状 态下进行升 降 。 3 M3为液 压泵 电动 机 , 功率 为 0 . 7 5 k W , 可 以 做正向转动和反向转动 , 分别 由接触器 KM4和 KM5 控制 , 热继 电 器 F R2是液 压 泵 电 动 机 的 过 载 保 护 电 器 , 该 电机 的主要作用是供 给夹 紧装 置压力油 , 实现摇 臂 和立柱 的夹紧与松 开 。 4 M4为冷却泵 电动机 , 功率很小 , 只有 9 0 w, 由开关 Q S 2直接启动与停 止。热继电器 F R 3为冷却 泵电动机的过载保护电器。 2 P L C控 制电路 2 . 1 I / O 分配 、 机型 选择 、 I / o 接 线图 为 实现 Z 3 O 4 O 摇 臂钻床 的 上述 电气控 制 要 求 , 现 选 择三菱公 司生 产 的 F X 2 N一 4 8 MR 小 型 P I C, 其 I / O地址 分配 见表 1 。 图 2为 Z 3 O 4 0 摇臂钻床的 P L C输入输出接线图, 绘 制 时须注意 以下几 个 问题 1 尽 量 减 少 P L C 的 输 入 信 号 和 输 出 信 号 。 P I C的价格 与 I / O点 数有关 , 减少 输入 输 出信 号 的点 数是降低硬件费用 的主要措施 。该控制电路 中, 由于 冷却泵电动机 M4的控制电路相对简单 , 且与别的电 路无关 . 因此没有必要采用 P L C控制 . 应仍采用继 电 器电路控制。 2 热 继电器 的过载信号 处理 。 如果热继 电器属 于 自动复位型 , 其触点提供的过载信号必须通过输入 收稿 H期2 0 1 2 0 9 1 7 ;修同 日期2 0 1 2 1 0 1 1 作者简介 石 明 1 9 7 3 一 ,男 ,湖南 长沙人 ,高级实验师 ,高级技 师.本科 ,主要从事电 t 工程理沧及实践教学 研究一 l 作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 1期 石 玉明, 等 用 P L C技术改造 Z 3 0 4 0型摇臂 钻床 1 6 9 电路提供给 P L C 见图 2中 F R1 、 F R 2 , 用梯形图实现 过载保护 ; 如果属于手动复位热继 电器 , 其常闭触点可 以在 P L C的输出电路 中与控制 电机的交流接触器 的 线 圈串联 。 表 1 输入输 出信号地址分 配表 输入信号 输 出信号 端子 端子 名称 代号 名称 代号 编号 编号 控制电路 电源开关 QF 3 X 0 电压继 电器 KV Y0 总停止按钮 S B 7 X1 主轴接触器 KM1 Y1 总启动按钮 S B 1 X 2 摇臂上升接触器 KM2 Y2 电压继 电器 KV X 3 摇臂下降接触器 KM3 Y3 主轴热继 电器 F R1 X 4 松开接触器 KM4 Y4 主轴启 动按钮 S B 2 X 5 夹 紧接触器 KM5 Y5 主轴停 止按钮 S B 8 X 6 松开 电磁铁 YAl Y6 摇臂上 升按钮 S B 3 X7 夹紧电磁铁 YA2 Y7 摇臂下 降按钮 S B 4 X1 0 摇臂上升位置开关 S Q1 1 X1 1 摇臂下降位置开关 S Q1 2 X1 2 松开位 置开关 S Q2 X1 3 夹紧位置开关 S Q3 X1 4 液压泵 热继 电器 F R2 X1 5 松开控制按钮 S B 5 X1 6 夹紧控 制按钮 S B 6 X1 7 S A l X2 O 主轴箱 、 立柱 S A 一 2 X2 1 松开 、夹紧 S A一 3 X2 2 ~ 2 2 0 v . L J h I 厂 s 8 i o 卜 _ ] K M S B 9L- J Y A2 Y A1 K lI量 5 K M 4 图 2 Z 3 0 4 0 摇臂 钻床 P L C输入输出接线图 3 事故紧急处理。当遇到紧急情况需要立即停 止操作时, 可以第一时间按下 P L C外部接线装置中的 急停按钮 S B 1 0 , KM 线圈断电, 切断 P L C的外部供 电 电源 , 从而有效避免了事故的发生 。 2 . 2 P L C梯形 图 图 3为 P L C梯形图程序 。 3 P L C梯 形 图程序设 计说 明 3 . 1 主轴 电动机 M1的控 制 合上 QF 3 , X 0闭合, Y O闭合且 自锁 , X3闭合 , 接 通控制 电路 电源。按下 S B 2 , X 5闭合 , Y1闭合 并 自 锁, 主轴电动 M1 启动运转。 电 压 继 电 器 匿 电 压 继 电 器 YI 氅 控 制 I I l l吧 明 口 L m I J 丽 1 l IM O X l 3X 5 y l主 轴 箱 、 立 l 霹 可 ’ .5 1摇 臂 松 开 控 I x }t3 X l O X 7 Y l_3 Y 2 摇 臂 上 升 控 ㈧ ,, l M慧y 寞 .5 l I l I|酱 胃 犬 _累 拦 l I M O P L F . 2。 3J Q X1 6 M O 夔 M 5 X2 0 坚 M 5 X 2 1 T Y7 M 5 P L F .M 6--4 -4 M 6 T 2 呶 r } _ M 7 I fr Z ~ 反转 反接 制动 延时 主轴箱 松 开、 夹紧 电 磁铁控制 立柱松开 、 夹紧 电磁 铁控制 2 O 图 3 P LC梯 形 图 程 序 3 . 2 摇 臂升 、 降控制 当需要摇 臂上升 时 , 按 下 S B 3 , X 7闭合 , M0接通 。 由于第 4逻辑行 中 X1 5是闭合的, 因而 Y4接通闭合 , 液压泵 电动机 M3正转 , 松开 摇 臂 。摇 臂松 开后 , 第 4 逻辑行 中的 XI 3的常闭触点断开, 第 5逻辑行 中的 X1 3的常开触点闭合 , 液压泵电动机 M3停转 , 而摇臂 升降电动机 M2正转 , 带动摇臂上升。 当摇臂上升 到一定 高度 时, 松开 S B 3 , X 7复位 , M0断开 , 第 7逻辑行 中 M2闭合一个扫描周期 的时 间, 使得第 8逻辑行中的 M3闭合并 自锁 , 同时 T O接 通 , 开始计时。经过 2 S 后 T O动作 , 第 9 逻辑行中 M4 闭合一个扫描周期的时间, 使 得第 6逻辑行 中的 M4 闭合, 接通 Y 5 , 液压泵电动机 M3反转, 夹紧摇臂 。夹 紧摇臂后 , S Ql 、 S Q2恢 复初始状态且 X 1 4断开 , Y 5 失电, 液压泵电动机 M3停转 , 完成摇臂上升的控制过 程 。 摇臂下降的控制过程与摇臂上升的控制相同。 3 . 3 立 柱和主轴 箱 的松 开 与 夹紧控 制 当需要松开与夹紧主轴箱或立柱时, 选择 S A至 适当的位置 , 按下 S B 5或 S B 6 , 第 1 O逻辑行 中 X1 6或 X1 7闭合 , 接通 M5及 T O , 第 4逻辑行或第 7逻辑行 中的 M5 、 TO闭合 , 接通 Y 4或 Y5 , 使得立柱和主轴箱 完成 松开 与夹紧控 制 。 4 结束语 用 P L C改造后的 7_ . ,3 0 4 0摇臂钻床通过实际使用 , 生 产效率得到了很大提高, 并能很好地保证其加工精度, 自 运行以来, 系统运行稳定、 可靠, 完全满足了生产工艺的 要求, 对同类设备的技术改造有较大的参考价值。 参考文献 [- 1 3 狄建雄.P L C编程 及应用实战[ M] .北京 电子工业 出版 社 , 2 0 1 1 . 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I y n a mi c r e s p o n s e o f p l a n e t a r y t r a i n s t O me s h p a r a m e t e r e x c i t a t i o n s[ J ] .AS ME j o u r n a l o f M e c h a n i c a l De s i g n ,1 9 9 6 ,n 87 1 4 E e l L i n J ,P a r k e r R G .A n a l y t i c a l c h a r a c t e r i z a t i o n o f t h e u n i q u e p r o p e r t i e s o f p l a n e t a r y g e a r f r e e v i b r a t i o n [ J ] J o u r n a l o f Vi b r a t i o n a n d Ac o u s t i c s ,1 9 9 9 ,l 2 1 3 l 6 3 2 1 . E 3 ] 孙智 民, 沈允 文 , 李 素有. 封 闭行星齿 轮传动系统 的动态 特性研究[ j ] . 机械工程学报 , 2 0 0 2 , 3 8 2 4 4 8 . [ 4 ] 巫世 晶, 潜波 , 路红山 。 等. 车辆传动系扭转振动分析 系统 可知 , 行星架在 3种工况下振动都不是最显著的, 因此 改变行 星架 的惯量 对 系统 频率 的影响有 限 。 1 . O O .5 O O ,5 l _ O 2 3 4 5 构件编号 ai 阶模态 。 0 。5 f ~弋 0 1 5}I- - 0 2 0 1 一. 、 . , 。 一一, _ o _ 2 5 卜 ■ _ l_ 一5 构件编号 h 5 阶模 态 图 4 固定太阳轮时的 l阶、 5阶模态 研究与开发[ J ] . 系统仿 真学报 , 2 0 0 6 , 1 8 1 1 3 1 0 0 3 1 0 4 . 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Sh a n g d o n g Gu a n g yu e S t e e r i n g Kn u c k l e Ge n e r a l Fa c t o r y,Li a o e h e n g 2 5 2 0 0 0,Chi n a A b s t r a c t Th e d y n a mi c e q u a t i o n s o f p l a n e t a r y g e a r s y s t e m we r e p r o p o s e d o n t h e b a s i s o f La g r a n g i a n me t h o d c o n s i d e r i n g me s h s t i f f n e s s a n d t o r s i o n a l s t i f f n e s s .Th e e i g e n v a l u e s a n d e i g e n v e c t o r s we r e o b t a i n e d b y s o M n g t h e d y n a mi c e q u a t io n s o f f r e e v i b r a t i o n u s i n g n u me r i c a l me t h o d . I h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e d y n a mi c c h a r a c t e r i s t i c s a r e n o t t h e s a me r e s p o n s e s u t l d e r d i f f e r e n t wo r k i n g c o n d i t i o n s .a n d t h e e f f e c t s o f t h e mo me n t o f i n e r t i a o f t h e s u n ,i n n e r r i n g,p l a n e t a n d c a r r i e r o n t h e i n h e r e n t c h a r a c t e r i s t i c O f t h e s y s t e m a r e d i f f e r e n t t O O 。 Ke y wor d spl a ne t a r y ge a r ;i nh e r e nt c ha r a c t e r i s t i c;dy na mi c mo de l 上 接 第 1 6 9页 Tr a n s f o r m a t i o n o f Z3 0 4 0 Ra d i a l Dr i l l b y PLC SHI Yu - mi ng,LI NG Zho ng - l i a ng H u n a n Co l l e g e o f I n f o r ma l i o n,Ch a n g s h a 4 1 0 2 0 0,Ch i n a Ab s t r a c t Th e p a p e r i n t r o d u c e d t h e a p p l i c a t i o n o f PL C i n t h e t r a n s f o r ma t i o n o f a Z 3 0 4 0 r a d i a l d r i l l 。b r i e f l y a n a l y z e d t h e wo r k p r o c e s s o f t h e d r i l l c o n t r o l l e d b y PI C, a n d g a v e t h e d e s i g n me t h o d o f t h e c o n t r o l s y s t e m , i n c l u d i n g t h e s e l e c t i o n o f P I C t y p e , t h e d i s t r i b u t i o n o f I / O a d d r e s s .t h e I / p o r t wi r i n g d i a g r a m,P L C t r a p e z o i d a l c h a r t a n d S O o n . Ke y wo r d sPLC;Z3 0 4 0 r a d i a l dr i l l ;t r a ns f or ma t i on 罄 莨 罂誊 爨 罂蜷茛 霉 鏖 鞲 罂 一 罂 霞罂 霉 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m