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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 ． [ 2 ] 贺哲荣 ．流行 P L C实用程序及设计[ M] ．西安 西 安电 子科技大学 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 3 ] 廖常初．P L C基础 及应用 [ M] ． 北京 机 械工业 出版 社 ， 2 00 4． 英文摘 要转 第 1 7 2页 删 一 一 一 一 1 一 一 一 一 一0 ” 一 一 一 一 一 一 一 n 一如 一 4 3 2 1 O 一 一一 一 一一 一 一 一4 I 一 一 一 一 ． 。 I 匿 里 1 I 一 ； 呈 ～ 盼 一 一 一 芑 ； 一 一 阱 一 髓 一 腿 一 酡 一 v 一 叭 一 盯 一 一 S S F S SS S S S S S F K S S Q 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 72 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 3年 第 1期 阳轮 、 行 星轮 、 行星架 和 内齿圈 的惯 量在 不同工况 下对 行 星轮 系 的固有频 率的影 响各不相 同。通过 比较 分析 O ．5 0 O． 5 1 ． O 1 ． 5 1 ． 1 ． O． 0． 0． 0． - 0 1 2 3 4 5 构 件编号 a 1 阶模态 构件编号 b 5 阶模态 图 3 固定行星架时的 1阶、 5阶模态 参考文献 [ 1 ] Ve l e x P ．F l a ma n d I ． 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 ． [ 5 ] 王 世 宇． 行 星 传 动 固 有 特性 分析 [ J ] ． 中国 机 械 工程 ， 2 00 5， i 6 1 6 l 461 - 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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
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