Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的改造设计论文.doc

第1章 绪论 1.1国内外关于本课题的技术研究现状和发展动态 早在上世纪六十年代国外就已经出现了可编程序控制器（PLC）的应用，之后世界各国争相在该领域投入大量资金进行新产品的开发，在1995年西门子又成功地开发出了S7200、S7300系列，它具有 TD 200和 COROS OPS操作模板为用户提供了方便人机界面，用户程序三级口令保护，极强的计算性能，完善的指令集，MPI接口和通过工业现场总线PROFD3US以及以太网联网的网络能力，强劲的内部集成功能，全面的故障诊断功能；模块式结构可用于各处性能的扩展，脉冲输出晶闸管步进电机和直流电机；快速的指令处理大大缩短了循环周期，并采用了高速计数器，高速中断处理可以分别响应过程事件，大幅度降低了成本。由于电气控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司己将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有产品中，推出了高可靠性的冗余系统，并采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。由于PLC的众多优点，使其迅速在工业控制中得到推广。虽然国内PLC技术的应用前景很大，并且取得了一定的经济效益，而相比之下，由于受经济和技术水平的限制，大多数企业在生产上使用的Z3040摇臂钻床的电气控制系统，还是采用采用继电器—接触器控制方式，而这种控制方式存在着明显的缺陷和隐患。极易发生故障。而且，由于线路复杂，要想找到问题所在也相当的困难。和国外大量采用PLC技术替代继电器—接触器系统相比，我们还存在很大差距。 随着PLC技术在我国的迅猛发展，我们和国外先进技术的差距会不断缩小。因此，抓住这个有利时机进一步促进PLC技术的推广与应用，是提高我国工业自动化水平的迫切任务，此次对于Z3040摇臂钻床电气控制系统改造设计，就是希望借鉴国外先进的工业控制技术，应用到工业现场，以提高摇臂钻床的工作性能。 随着信息化产业的高速发展，数控机床的功能日趋完善，数控机床已经完全取代了普通机床，而数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的心技术，其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合实力的水平。今后数控技术又将向着高化，高速化，高效化，系统化，自动化，智能化，集体化方向发展，并注重工艺适用性和经济性。由于-3040型摇臂钻床的电气控制系统存在线路复杂、故障率高、维护工作量大、可靠性低、灵活性差等缺点,本文提出了用PLC对z-3040型摇臂钻床的继电器接触式模拟控制系统进行技术改造,从而保证了电控系统的快速性、准确性、合理性,更好地满足了实际生产的需要,提高了经济效益。 图2.1 方案1图 方案二：在旧式Z3040摇臂钻床基础上，加入摇臂回转自动操作，主轴箱左右移动为自动操作，可提高生产效率。并加入工件加工计数功能、PC通信功能。 图2.2 方案2图 方案三：在旧式Z3040摇臂钻床基础上，引入PC技术，以芯片为控制中心，实现智能操作。 把摇臂上升、下降的限位开关，换成限位传感器，把信号传递给智能芯片，然后智能芯片在操作电磁阀工作，进而操作电动机转动。 在机床夹具旁边加一个感应“笔”，可以与机床刀具的刀头产生感应（像用磁铁、特殊传感器等）来给芯片信号，以实现刀具智能定位。其中摇臂上、下运动，回转运动及主轴箱的左右移动都可与感应“笔”产生信号给智能芯片，实现摇臂上、下运动，回转运动及主轴箱的左右移动智能化。 图2.3 本设计选用第二种方案，即可实现自动化操作，技术含量、成本、设计周期也低，适合本阶段自身的设计水平。 第3章 Z3040钻床控制系统工艺分析Z3040摇臂钻床的运动形式和图3.1 Z3040摇臂钻床主电路 该钻床共配置5台电动机。M1为主轴电动机，由继电器KM1控制，带动主轴的旋转和使主轴作轴向进给运动，为单向旋转。主轴的正、反转则由主轴电动机拖动齿轮泵送出压力油，通过液压系统操作机构配合正反转摩擦离合器驱动主轴正转、反转来实现，并由热继电器做长期过载保护。 M2为摇臂上升、下降电动机，由输出继电器KM2、KM3控制正、反向运行。 M3为液压泵电动机，由KM4、KM5控制正、反向运行，控制电路保证在操作摇臂升降时，首先时液压泵电动机启动运转，供出压力油，经液压系统使摇臂松开，然后才使电动机M2启动，拖动摇臂上升或下降。当摇臂移动到位后，控制电路又使M2停下，再自动通过液压系统，将摇臂夹紧，然后液压泵电动机M3才停下。 M4为冷却电动机，由转换开关SA1控制。 在旧式电路图中加一个M5为主轴箱移动步进电动机。 由KM6、KM7继电器控制其正反转，进而实现主轴箱移动。 短路保护：在主电路中，利用熔断器FU1作总电路M1、M4的短路保护； 利用熔断器FU2做电动机N2、M3和控制变压器T原边的短路保护； 在控制电路中，利用熔断器FU3作照明回路的短路保护。 过载