科学生毕业设计
基PLC数控钻床控制系统设计
系部名称： 机电工程学院
专业班级： 机械班
学生姓名：
指导教师：
职 称： 讲 师
XX 学 院
二○二年六月
摘
文阐述传统钻床PLC改造行性进行具体实施方案传统钻床传统继电控制系统量中间继电器时间继电器控制触点电气控制系统存障率高性差接线复杂便检修等缺点提高钻床控制系统性降低障率提高钻床加工效益企业传统控制钻床电气控制系统进行改造
文描述数控机床基组成工作原理分类特点数控机床中PLC作详细介绍PLC数控机床控制做设计然摇臂钻床Z3040例描述设计程包括控制系统电路设计控制原理设计电路设计控制电路设计Z3040摇臂钻床原理图PLC编写程序机床进行控制
关键词：编程控制器 数控机床 数字控制 液压控制 梯形图 原理图
ABSTRACT
This article mainly elaborated the traditional machine tool PLC feasibility of transformation and the specific implementation plan the traditional machine tools the traditional relay control system using a large number of intermediate relay time relay control the contact number so the electrical control system has a high failure rate poor reliability complicated wiring inconvenient maintenance and other defects In order to improve machine tool control system reliability reduce failure rate improve the machining efficiency many enterprises to the traditional control machine electrical control system transformation
This paper describes the basic components of NC machine tools working principle classification and characteristics ofAnd on the CNC machine tools in PLC are introduced in detail in this paper the PLC on CNC machine tool control designAnd then to the rocker drilling machine Z3040 as an example describes its design process including the control system circuit design control principle the design of main circuit control circuit design Z3040 radial drilling machine diagram using PLC programming on the machine tool control
Keywords Programmable ControllerNC machine ToolsDigital ControlSequence ControlLadder DiagramSchematic
目 录
摘…………………………………………………………………………………
Abstract…………………………………………………………………………
第1章 绪……………………………………………………………………1
11研究现状研究意义………………………………………………………… 1
111 国外研究现状………………………………………………………1
112 国研究现状………………………………………………………2
113 研究意义…………………………………………………………3
12 PLC应数控钻出性……………………………………………4
13 研究容……………………………………………………………6
第2章总体设计方案……………………………………………6
21 总体方案设计…………………………………………………………7
22元器件选型……………………………………………………………8
23 PLC类型…………………………………………………………8
24 章结…………………………………………………………………9
第3章 摇臂钻床控制线路设计………………………………………10
31 摇臂钻床控制线路概述…………………………………………………11
311 操机构液压系统…………………………………………………12
312夹紧机构液压系统……………………………………………………12
32摇臂钻床控制线路原理设计………………………………………………13
33 Z3040摇臂钻床控制线路电路设计…………………………………14
34 Z3040摇臂钻床控制线路控制电路分析………………………………14
341电动机控制电路……………………………………………………14
342 摇臂升降控制电路…………………………………………………14
343 立柱轴箱松开夹紧控制电路………………………………14
344 冷泵控制电路……………………………………………………15
345 明信号电路………………………………………………………15
35 章结……………………………………………………………………15
第4章摇臂钻床PLC控制系统……………………………………16
41 PLC基特点……………………………………………………………17
42 PLC工作原理……………………………………………………………19
43 PLC选型 …………………………………………………………………20
431 确定IO点数………………………………………………………20
432 选配PLC型号……………………………………………………20
44摇臂钻床PLC控制I0（输入输出）址分配表………………21
45 PLC控制系统设计………………………………………………………22
451 轴电动机控制……………………………………………………22
452 摇臂升降控制………………………………………………………22
453立柱轴箱松开夹紧控制……………………………………23
46 PLC梯形图程序设计………………………………………………………23
461 系统预开程序…………………………………………………………24
462 轴电动机控制程序………………………………………………24
463 摇臂升降控制程序…………………………………………………25
464 轴箱立柱摇臂松开夹紧控制程序…………………………25
465轴箱立柱松开夹紧控制程序…………………………………26
466 冷泵控制…………………………………………………………26
467 信号指示梯形图程序………………………………………………26
468 完整PLC控制梯形图……………………………………………27
47 章结……………………………………………………………………29
第5章技术展………………………………………………………………30
结………………………………………………………………………………32
参考文献…………………………………………………………………………33
致谢………………………………………………………………………………35
附录………………………………………………………………………………38
第1章 绪
数控技术制造业实现动化柔性化集成化生产基础数控技术应提高制造业产品质量劳动生产率必少重手段数控机床国防工业现代化重战略装备关系国家战略位体现国家综合国力水重标志数控技术典型应广泛机电光体化综合技术求机械类专业应型科学生具备定机床数控技术理知识应技
11 研究现状研究意义
美国帕森斯公司麻省理工学院（MIT）合作1952年研制成功第台三坐标立式数控铣床生产企业广泛采动机床组合机床专机床动生产线形成批量生产方式目前单件批量生产零件占机械加工总量80％左右效解决复杂精密批变零件加工问题满足高质量高效益品种批量柔性生产方式求数控机床应运生数控机床机械制造业中日益广泛应（美国数控机床已占机床总数80 ）数控技术高精度高生产率适应性特点充分发挥
数控机床电子信息技术传统机械加工技术结合产物集现代精密机械计算机通讯液压气动光电等学科技术体具高效率高精度高动化高柔性特点代机械制造业流装备
数控加工中心种具动换刀装置数控机床实现次装夹进行工序加工种机床刀库中装钻头丝锥铰刀镗刀等刀具通程
序指令动选择刀具利机械手刀具装轴样缩短零件装卸时间换刀时间数控技术仅应机床控制控制设备诸数控线切割机数控绘图机数控测量机数控剪机等仅数控机床数控车床数控铣床数控钻床数控磨床数控镗床数控加工中心等
111 国外研究现状分析
数控机床涌现50年科技特微电子盘算机技巧前进断发展美德日三国事世数控机床科研设计制作应技巧先进验国家社会前提特点美国特点政府器重机床工业美国国防部等部门断提出机床发展方科研务供充分费网罗世界特讲究效率创新重视基础科研机床技巧断创新1952年研制降生界第台数控机床1958年创制出加工中心70年代初研制成fms1987年开创开放式数控系统等於美国起首联合汽车轴承生产需求充分发展批批生产动化需动线电子盘算机技巧世界领先数控机床机设计制作数控系统基础扎实贯器重科研创新高性数控机床技巧世界直领先美国仅生产宇航等应高性数控机床中企业生产便宜实数控机床(haasfadal公司等)存教训着重於基础科研疏忽利技巧世纪80代政府度放松领导致数控机床产量增长缓慢於1982年落日超批进口90年代起纠正倾数控机床技巧转实产量逐渐升
德国政府贯器重机床工业重战略位方面力扶植特讲究实际实效保持师徒相传断前进员素质发展批批生产动化基础於1956年研制出第台数控机床直保持实事求讲究科学精力断稳步前进德国特重视科学实验理实际相联合基础科研利技巧科研重企业学科研部门紧密合作户产品加工工艺机床布局结构数控机床性特征问题进行深入研究质量千锤百炼德国数控机床质量性良先进实货真价实出口遍世界尤型重型精密数控机床德国特器重数控机床机配套件先进实机电液气光刀具测量数控系统种功效部件
质量性居世界前列西门子公司数控系统heidenhain公司精密光栅均世界驰名竞相采
112国研究现状分析
数控机床重组成部分数控系统刀库机械手数控刀架转台轴单元(含电轴)滚珠丝杠副滚动导轨副防护罩数控刀具等功部件
功部件性已成整机性决定素数控系统显示器伺服控制器伺服电机种开关传感器构成然普通机床发展数控机床加装系统简单例铣床发展加工中心机床结构发生变化加刀库幅度提高精度加工中心功铣镗钻功目前世界三家厂商：日Fanuc德国西门子日三菱产品量面广技术定高余法国Num西班牙高等
数控机床利二进制数学方式输入加工程意编程轴进速度加工工艺需变化实现坐标联动易加工复杂曲面加工象具易变变善变特点换批调整方便实现复杂件品种中批柔性生产适应社会产品样化需求价格较昂贵需正确分析济合理性数控机床利硬件软件相结合实现信息反馈补偿动加减速等功进步提高机床加工精度效率动化程度数控机床电子控制机电体化机床充分发挥微电子计算机技术特优点易实现信息化智化网络化较易组成种先进制造系统FMSFTLFA甚CIMS限度提高企业劳动生产率
数控机床机电液气光学科种高科技综合性组合特电子计算机等现代先进技术基石必须具巩固技术基础互相配套缺齐备数控机床难利发展数控机床机种元部件(功部件)数控系统三部分组成需先进动化刀具配合实现加工环节技术质量必须切实关确保工作稳定保证数控机床加工精度效率动化否难实际生产中
国数控机床行业总体技术开发力技术基础薄弱信息化技术应程
度高行业现信息化技术源引进国外技术外方许高新产品核心技术具掌控位国外技术存度较高引进技术消化停留掌握已技术提高国产化率没升形成产品开发力技术创新力高度具高精度高速高效复合功轴联动等特点高性实数控机床基赖进口
国外产品相国差距机床高速高效化精密化高速加工技术国外已进行年研究高速加工机理机床结构机床刚度精度影响等系统研究开发生产种高速铣削中心高速加工中心
广泛应航空器铝合金零件模具加工
统计国型高性超精机床年生产足千台仅占国产机床总量总价值1．52．5德国日120国外卧式加工中心装机床精度温度补偿系统加工精度较稳定国尚研发中国外加工中心定位精度基德国标准VDI3441验收行程1000mm定位精度控制0．006—0．0lmm国定位精度相较低
2004年国金属加工机床消费额达95亿美元占世界总量15中进口份额占63％数控机床进口额34亿美元占全部进口金属切削机床78．6满足制造业需求国家年花费10亿美元引进数控机床数控机床核心技术数控系统国90国外进口仅价格高进口周期长满足机厂求进口装置组装起机床性质量会受影响2004年约消耗1万台陆企业加起失产2000台左右八九生产加工中心工厂台湾省竟销售3300台
12 PLC应数控钻出性
数控机床采数字控制技术机床移动部件相运动进行控制点 机床典型机电体化产品现代制造业关键设备着微电子技术计算机技术软件技术迅速发展数控机床控制系统日益趋型化功化具备完善诊断功性提高数控系统身普通实现动编程PLC类微处理器基础通型动控制装置般序控制回路调节辅够完成逻辑序计时计数算术运算等功控制开关量控制模拟量克服传统继电器体积庞攻高性差等困难PLC已成选择数控机床序控制装置选择文PLC设计数控机床控制系统
1数控机床普通机床区
(1）具手动机动程序控制动加工功加工程般需工干预
(2）数控机床般具CRT显示功动报警显示等辅助功
(3）CNC机床传动进传动采直流交流级调速伺服电动机变速箱
(4）CNC般具工件测量系统
显著区加工工件改变时数控机床改变加工程序需机床作较调整
2普通机床相数控机床具特点
(1）加工具复杂型面工件
具良加工柔性加工零件适应性强灵活性数控机床实现坐标联动数控机床完成复杂型面加工特数学方程式坐标点表示形状复杂零件加工非常方便改变加工零件时数控机床需更换零件加工NC程序生产准备周期短数控机床适应
性非常强
(2）加工精度高加工质量稳定
批零件机床刀具加工程序刀具运动轨迹完全相数控机床根数控程序动进行加工避免误差保证零件加工致性质量稳定数控机床较高加工精度般0005mm～01mm间数控机床加工精度受零件复杂程度影响机床传动链反齿轮间隙丝杠螺距误差等通数控装置动进行补偿时利数控软件进行精度校正补偿
(3）生产效率高
数控机床采较切削量效节省机动工时动换速动换刀辅助操作动化等功辅助时间缩短需工序间检验测量普通机床生产率高3～4倍甚更高
数控机床轴转速进范围普通机床目前数控机床高进速度达100mmin分辨率达001μm 般说数控机床生产力约普通机床三倍甚更高数控机床时间利率高达90普通机床仅30～50
(4）减轻劳动强度改善劳动条件
输入程序启动数控机床动连续加工直零件加工完毕样简化工操作劳动强度降低
(5）利生产理现代化
工时工时费精确估计生产理水提高便实现生产计划调度简化减少检验工具夹具准备等理工作实现计算机理控制
(6）数控加工CADCAM技术先进制造技术基础
工序集中机数控机床普遍特点特带动换刀数控加工中心次装夹情况完成零件全部加工工序台数控机床代数台普通机床样减少装夹误差节约工序间运输测量装夹等辅助时间节省车间占面积带较高济效益
特点PLC技术应数控钻床成
13 研究容
研究解PLC钻床发展现状趋势
查阅相关资料选择适合课题技术
确定PLC技术路线
实现PLC控制系统设计基求设计出PLC控制程序
设计做出总体布局设计
完成PLC控制系统设计流程图绘制
编写毕业文
数控钻床带回转工作台电气控制系统设计
1 回转工作台夹紧松开转速转控制
2 动力滑台进控制
3 液压控制系统设计
4 机床电气图设计
5 控制电路设计
6 控制程序设计
第二章 总体设计方案
钻床孔加工机床进行钻孔扩孔铰孔攻丝修刮端面等种形式加工类钻床中摇臂钻床操作方便灵活适范围广具典型性特适单件批量生产中带孔型零件孔加工般机械加工车间常见机床
21 总体方案设计
摇臂钻床底座立柱外立柱摇臂轴箱工作台等部分组成
立柱固定底座端外面套外立柱外立柱绕立柱回转360°摇臂端套筒套装外立柱助丝杠正反转外立柱做移动丝杠外立柱连成体升降螺母固定摇臂摇臂绕外立柱转动外立柱起绕立柱回转轴箱安装摇臂水导轨通手轮操作水导轨摇臂移动进行加工时特殊夹紧装置轴箱紧固摇臂导轨外立柱紧固立柱摇臂紧固外立柱然进行钻削加工钻削加工时钻头面旋转进行切削面进行进综述摇臂钻床运动方式：
1运动轴旋转运动
2进运动轴进
3辅助运动摇臂外立柱垂直移动轴箱摇臂长度方移动摇臂外立柱起绕立柱回转运动
Z3040型摇臂钻床适合中型零件进行孔加工运动形式轴旋转运动进运动摇臂升降运动立柱夹紧放松摇臂回转轴箱左右移动轴旋转运动进运动台异动电动机拖动摇臂升降台异步电动机拖动摇臂立柱轴箱夹紧放松台液压泵电动机拖动摇臂回转轴箱左右移动通常采手动外台冷泵电动机刀具工件进行冷
加工螺纹时轴需正反转该机床采机械变换方法实现电动机旋转方外保证安全生产轴旋转摇臂升降允许时进行
编程控制器（简称PLC）生产现实现接线逻辑存储逻辑飞跃功弱强实现逻辑控制数字控制进步应领域实现单体设备简单控制胜运动控制程控制集散控制等种务跨越天PLC处理模拟量数字运算机接口网络方面力已幅度提高成工业控制领域流控制设备行业发挥着越越作
PLC基电子计算机适工业现场工作点控制器源继电控制装置继电装置样通电路物理程实现控制运行存储PLC存中程序进行入出信息变换实现控制PLC基电子计算机等普通计算机普通计算机进行初信息变换考虑信息身信息初机界面PLC考虑信息入出性实时性信息等问题特考虑适应工业环境入便安装抗干扰等问题
22钻床控制线路概述
Z3040摇臂钻床两种运动辅助运动运动指轴带动钻头旋转运动进运动指钻头垂直运动辅助运动指轴箱摇臂水运动摇臂外立柱移动摇臂外立柱起相立柱回转运动
Z3040摇臂钻床具两套液压控制系统：套轴电动机拖动齿轮泵送出压力油通操机构实现轴正反转停车控制空挡预选变速套液压电动机拖动液压泵送出压力油实现摇臂夹紧松开轴箱夹紧松开立柱夹紧松开前者安装轴箱者安装摇臂电器盒部
23 PLC类型选择
目前国生产PLC品种繁发展迅速中国市场具竞争力德国西门子公司日三菱系列欧姆龙公司AB公司推出PLC均全系列产品满足种样需求
三菱公司产品：
FX系列：型PLC单元式单机容量256点
A系列ANS系列Q系列QNA系列等模块式型PLC容量8K点
西门子公司产品：
S7200微型PLC单机容量256点
S7300中型PLC单机容量1K
S7400超型PLC单机组态点数万点
2．选配PLC型号
S7300PLC适行业种场合中动检测监测控制等S7300 PLC强功单机运行连成网络实现复杂控制功
24 章结
章根控制求确定总体方案控制系统硬件选型总体方案包括PLC数控钻床硬件组成控制软件组成模块联系通信方式控制系统硬件
第三章 摇臂钻床控制线路设计
Z3040摇臂钻床两种运动辅助运动运动指轴带动钻头旋转运动进运动指钻头垂直运动辅助运动指轴箱摇臂水运动摇臂外立柱移动摇臂外立柱起相立柱回转运动
31 摇臂钻床控制线路概述
Z3040摇臂钻床具两套液压控制系统：套轴电动机拖动齿轮泵送出压力油通操机构实现轴正反转停车控制空挡预选变速套液压电动机拖动液压泵送出压力油实现摇臂夹紧松开轴箱夹紧松开立柱夹紧松开前者安装轴箱者安装摇臂电器盒部
311 操机构液压系统
该系统压力油轴电动机拖动齿轮泵送出轴操作手柄改变两操阀相互位置获动作操作手柄五空间位置：里外中间位置中空挡变速外正转里反转中间位置停车轴转速轴进量旋钮预选然操作轴手柄
轴旋转时首先轴电动机起动钮轴电动机起动旋转拖动齿轮泵送出压力油然操轴手柄板需转位置（里外）两操阀相互位置转变股压力油制动摩擦离合器松开轴旋转创造条件股压力油压紧正转（反转）摩擦离合器接通轴电动机轴传送链驱动轴正转反转
轴正转反转程中转动变速钮改变轴转速轴进量
轴停车时操作手柄扳回中间位置时轴电动机拖动齿轮泵旋转时整液压系统低压油法松开制动摩擦离合器制动弹簧作制动摩擦离合器压紧制动轴齿轮转动实现轴停车轴停车时轴发动机旋转动力传轴
轴变速进变速：轴手柄扳变速位置改变两操阀相互位置齿轮泵送出压力油进入轴转速预选阀轴进量预选阀然进入变速油缸时油路系统推动拔叉缓慢运动逐渐压紧轴正转摩擦离合器接通轴电动机轴传动链带动轴缓慢旋转称缓速利齿轮利啮合变速完成松开操作手柄时手柄弹簧作变速位置动复位轴停车位置然操轴正转反转轴新转速进量工作
312夹紧机构液压系统
轴箱外立柱摇臂夹紧松开液压泵电动机拖动液压泵电动机送出压力油推动活塞菱形块实现
Z3040摇臂钻床四电动机：电动机M1摇臂升降电动机M2液压泵电动机M3冷泵电动机M4
32 Z3040摇臂钻床控制线路原理分析
图31 Z3040摇臂钻床原理图
Z3040型摇臂钻床控制线路原理图图Z3040型摇臂钻床动作通机电液进行联合控制实现该机床控制电路采380V100V隔离变压器供电二次绕组增设24V安全电压供局部明
断路器QF1作机床线路电源总开关作机床线路轴电机M1短路载保护元件断路器QF2卧摇臂升降电动机M2液压泵电机M3冷泵电机M4隔离开关载短路保护元件QF3QF4QF5分机床控制电路机床工作信号指示电路机床工作明电路载短路保护开关
开车前准备首先隔离开关接通电源引入开关QF1扳接通位置接通三相交流电源时总电源指示灯HL1亮表示机床电气电路已进入带电状态总启动钮SB1中间继电器KA线圈通电吸合锁电动机电动机启动准备时触点KA闭合三指示灯通电做准备
33 Z3040摇臂钻床控制线路电路设计
1M1单方旋转接触器KM1控制轴正反转机床液压系统操机构配合正反转摩擦离合器实现热继电器FR1作电动机长期载保护
2 M2正反转接触器KM2KM3控制实现正反转控制电路保证操摇臂升降时首先液压泵电动机起动旋转供出压力油液压系统摇臂松开然电动机M2 起动拖动摇臂升降移动位保证M2先停动通液压系统摇臂夹紧液压泵电机停M2短时工作设长期载保护
3M3接触器KM4KM5实现正反转控制热继电器FR2作长期载保护
4M4电机容量仅0125kW开关QS控制
34 Z3040摇臂钻床控制线路控制电路分析
变压器TC380V交流电压降110V作控制电源指示灯电源 6V
341电动机控制电路
起动钮SB2接触器KM1吸合锁轴电动机M1起动运转停止钮SB8接触器KM1释放轴电动机M1停转
342 摇臂升降控制电路
摇臂升降分SB3SB4点动控制
升钮SB3时间继电器KT1电吸合瞬时动合触点（3335）闭合
接触器KM4电吸合液压泵电动机M3接通电源正旋转供压力油压力油分配阀体进入摇臂松开油腔推动活塞摇臂松开摇臂完全松开活塞杆通弹簧片压限位开关ST2动断触点ST2（17－33）断开接触器KM4线圈断电释放液压泵电动机M3停转时动合触点ST2（1721）闭合接触器KM2线圈通电吸合触点接通升降电动机M2电源M2启动正旋转带动摇臂升
果摇臂没松开ST2动合触点闭合KM2吸合M2旋转摇臂升保证摇臂松开摇臂升
摇臂升需位置时松开钮SB3接触器KM2时间继电器KT1时断电释放摇臂升降电动机M2停转摇臂停止升KT1释放延时闭合动断触点（4749）13秒延时闭合接触器KM5线圈（135747495162）线路通电吸合液压电动机M3反起动旋转供压力油压力油分配阀进入摇臂夹紧油腔相反方推动活塞摇臂夹紧时活塞杆通弹簧片压限位开关ST2动断触点（747）断开接触器KM5断电释放液压泵电动机M3停止旋转完成摇臂松开－升－夹紧动作
摇臂升动作程：
摇臂降程升基相夹紧放松电路完全样降钮SB4时KM3线圈电摇臂升降电动机M2反转带动摇臂降
时间继电器KT1作控制KM5吸合时间M2停止运转夹紧摇臂KT1延时时间应视摇臂M2断电停转前惯性调整应保证摇臂升（降）进行夹紧般调整1～3秒
摇臂升降限位保护组合开关ST1实现ST1两触点ST11摇臂升时极限位置保护ST12（2717）摇臂降时极限位置保护摇臂升极限位置时ST11(1517)动作电路断开KM2断电释放摇臂升降电动机M2停止旋转ST1触点ST12（2717）处闭合状态保证摇臂够降理摇臂降极限位置时ST12（2717）动作电路断开KM3释放摇臂升降电动机M2停转ST1动断触点ST11(1517)闭合保证摇臂够升
摇臂动夹紧行程ST3控制果液压夹紧系统出现障动夹紧摇臂者ST3调整摇臂夹紧ST3（747）动断触点断开会液压泵电动机处长期载运行状态允许防止损坏液压泵电动机电路中热继电器FR2
摇臂夹紧动作程：
摇臂升预定位置松开SB3→KT1（4749）断电延时闭合→KM5吸合M3反转→摇臂夹紧→ST3（747）受压断开→KM5M3均断电释放
343 立柱轴箱松开夹紧控制电路
立柱轴箱松开夹紧控制单独进行时进行转换开关SA2复位钮SB7（SB8）进行控制SA23位置：中间位（零位）时立柱轴箱松开夹紧时进行左边位立柱夹紧放松右边位轴箱夹紧放松复合钮SB7SB8分松开夹紧控制钮
轴箱松开夹紧例：先SA2扳右侧触点（5759）接通（5763）断开轴箱松开时松开钮SB7时间继电器KT2KT3线圈时电KT2断电延时型时间继电器断电延时断开常开触点 （757）通电瞬间闭合电磁铁YA1通电吸合13秒延时KT3延时闭合常开触点（741）闭合接触器KM4线圈（13574143373962）线圈断电液压泵电动机M3正转压力油分配阀进入轴箱右缸推动活塞轴箱放松活塞杆行程开关 ST4复位触点ST4常闭开关ST4常开闭合指示灯HL2亮表示轴箱已松开轴箱夹紧控制线路工作原理松开时相似松开钮SB7换成夹紧钮SB8接触器KM4换成KM5M3正转动变成反转动指示灯HL2换成HL3
转换开关SA3拌左侧时触点（5763）接通（5759）断开松开钮SB7夹紧钮SB8时电磁铁YA2通电时立柱松开夹紧SA2中间位时触点（5759）（5763）均接通SB7SB8电磁铁YA1YA2均通电轴箱立柱时进行松开夹紧动作程轴箱松开夹紧时完全相述
立柱轴箱松开夹紧短时间调整工作采点动控制方式
344 冷泵控制电路
冷泵电动机M4容量组合开关QS直接控制运行停止
345 明信号电路
（1）机床明电路QF5机床工作明电路开关时载短路保护作EL工作明灯
（2）工作信号指示HL1电源指示灯QF2时HL1指示灯亮HL2立柱轴箱松开指立柱轴箱夹紧指示灯分限位开关ST4长闭触头ST4常开触头控制HL4轴电动机旋转指示灯KM1常开触头控制
35 章结
章体摇臂钻床控制线路概述中操机构液压系统夹紧机构液压系统分析设计重点时摇臂钻床控制线路原理摇臂钻床控制线路电路进行摇臂钻床控线路控制电路进行初步设计分析电动机控制电路摇臂升降控制电路立柱轴箱松开夹紧控制电路冷泵控制电路明信号电路进行简单设计阐述
第四章 摇臂钻床PLC控制系统
摇臂钻床运动部件较简化传动装置采台电动机控制通常没轴电动机摇臂升降电动机立柱夹紧放松电动机冷泵电动机
摇臂钻床适应种形式加工求轴进较调速范围轴般速度钻床加工恒功率负载低速扩孔绞孔螺纹加工属恒转矩负载摇臂钻床运动进运动皆轴运动两运动台轴电动机拖动分轴进传动机构实现轴旋转进轴变速机构进变速机构均装轴箱
加工螺纹轴求正反转般机械方法获轴电动机需单方旋转
摇臂升降升降电动机拖动求电动机正反转
摇臂夹紧放松电气液压联合控制夹紧放松指示
外立柱夹紧放松轴箱摇臂夹紧放松采手柄机械操作电气液压机械装置等方法实现
钻削加工时需刀具工件进行冷需冷泵电动机输送冷液
必限位连锁载保护具局部安全明
41 PLC基特点
高性
（1）IO接口电路均采光电隔离工业现场外电路PLC部电路间电气隔离
（2）输入端均采RC滤波器滤波器时间常数般10~20ms
（3）模块均采屏蔽措施防止辐射干扰
（4）采性优良开关电源
（5）采器件进行严格刷选
（6）良诊断功旦电源软件硬件发生异常情况CPU立采效措施防止障扩
（7）型PLC采双CPU构成冗余系统三CPU构成表决系统性进步提高
丰富IO接口模块
PLC针工业现场信号：交流直流开关量模拟量电压电流脉电位强电弱电等相应IO模块工业现场器件设备：钮行程开关接开关传感器变送器电磁线圈控制阀等直接连接
外提高操作性种机话接口模块组成工业局部网络种通讯联网接口模块等等
采模块化结构
适应种工业控制需求单元式型PLC外绝数PLC均采模块化结构PLC部件包括CPU电源IO等均采模块化设计机架电缆模块连接起系统规模功根户需行组合
编程简单易学
PLC编程采类似继电器控制线路梯形图形式者说需具备计算机专门知识容易般工程技术员理解掌握
安装简单维修方便
PLC需专门机房种工业环境直接运行时需现场种设备PLC相应IO端相连接投入运行种模块均运行障指示装置便户解运行情况查找障
采模块化结构旦某模块发生障户通更换模块方法系统迅速恢复运行
设计中PLC实现功：
开关量逻辑控制PLC基广泛应领域取代传统继电器电路实现组合逻辑控制序逻辑控制定时控制
运动控制PLC专指令运动控制模块运动控制序控制功机结合起
现场数采集处理目前PLC具数处理指令数传送指令算术逻辑运算指令循环位移移位指令PLC构成监控系统方便堆生产现场数进行采集分析加工处理数通常应数控机床机械手控制系统中
位置控制位置控制指PLC位置控制模块控制步进电动机伺服电动机实现种机械构件运动控制控制构件速度位移运动方等数控机床机械手位置控制PLC位置控制典型应
42 PLC工作原理
PLC微处理器核心具微机许特点工作方式微机微机般采等命令工作方式常见键盘扫描方式IO扫描方键IO变化转入相应子程序继续扫描等PLC采循环扫描工作方式程序CPU第条指令开始执行指令步序号做周期性程序循环扫描果跳转指令第条指令开始逐条执行户程序直遇结束符返回第条指令周复始断循环循环称扫描周期扫描周期长短取决素：CPU执行指令速度二执行条指令占时间三程序中指令条数少扫描周期分3阶段
1．输入刷新阶段
输入刷新阶段CPU扫描全部输入端口读取状态写入输入状态寄存器完成输入端刷新工作关闭输入端口转入程序执行阶段程序执行期间输入端状态发生变化输入状态寄存器容会改变变化必须等工作周期输入刷新阶段读入
2．程序执行阶段
程序执行阶段根户输入控制程序第条开始逐步执行相应逻辑运算结果存入应部辅助寄存器输出状态寄存器条控制程序执行完毕转入输入刷新阶段
3．输出刷新阶段
指令执行完毕输出状态寄存器中容次送输出锁存电路（输出映寄存器）通定输出方式输出驱动外部相应执行元件工作形成PLC实际输出
见输入刷新程序执行输出刷新三阶段构成PLC工作周期循环复称循环扫描工作方式输入刷新阶段紧接输出刷新阶段马进行两阶段统称IO刷新阶段实际执行程序IO刷新外PLC进行种错误检测（诊断功）编程工具通讯操作统称监视服务般程序执行进行扫描周期长短取决程序长短扫描周期越长响应速度越慢扫描周期进行次IO刷新扫描周期PLC输入输出状态寄存器更新次系统存输入输出滞现象定程度降低系统响应速度IO变化周期输出刷新次变化进行刷新般开关量控制系统说完全允许会造成影响会提高抗干扰力输入采样阶段仅输入刷新阶段进行PLC工作周期部分时间外设隔离工业现场干扰常常脉短时间误动作减快速响应系统中会造成响应滞现象般PLC会采取高速模块
43 PLC选型
目前国生产PLC品种繁发展迅速中国市场具竞争力德国西门子公司日三菱系列欧姆龙公司AB公司推出PLC均全系列产品满足种样需求
三菱公司产品：
FX系列：型PLC单元式单机容量256点
A系列ANS系列Q系列QNA系列等模块式型PLC容量8K点
西门子公司产品：
S7200微型PLC单机容量256点
S7300中型PLC单机容量1K
S7400超型PLC单机组态点数万点
2．选配PLC型号
S7300PLC适行业种场合中动检测监测控制等S7300 PLC强功单机运行连成网络实现复杂控制功
431 确定IO点数
根控制电路确定IO端口点数中：钮8行程开关5转换开关1（触点位置3）热继电器常闭2电压继电器触点1控制线路电源总开关120输入端口点数接触器7电压继电器信号灯4计12输出端口点数
432 选配PLC型号
选PLC根Z3040型摇臂钻床电气部分输出端口需12输入端口需20通网络方式做远程控制考虑济实稳定等方面素决定选SIMATIC S7300作次设计PLCIO接线图图41示
S7300
图41 Z3040摇臂钻床IO接线图
44摇臂钻床PLC控制IO(输入输出）址分配表
I（输入）
序号
名称
代号
址
1
控制线路电源总开关
QF3
I00
2
总停止钮
SB7
I01
3
总启动钮
SB1
I02
4
电压继电器
AV
I03
5
轴电动机M1热继电器
FR1
I04
6
轴电动机M1启动钮
SB2
I05
7
轴电动机M1停止钮
SB8
I06
8
摇臂升钮
SB3
I07
9
摇臂降钮
SB4
I10
10
摇臂升限位行程开关
ST11
I11
11
摇臂降限位行程开关
ST12
I12
12
轴箱立柱摇臂松开行程开关
ST2
I13
13
轴箱立柱摇臂夹紧行程开关
ST3
I14
14
液压泵电动机M3热继电器
FR2
I15
15
轴箱立柱松开钮
SB5
I16
16
轴箱立柱夹紧钮
SB6
I17
17
立柱夹紧放松指示行程开关
ST4
I20
18
轴箱松开夹紧
SA1
I21
19
立柱松开夹紧
SA2
I22
20
轴箱立柱松开夹紧
SA3
I23
O（输出）
序号
名称
代号
址
1
电压继电器
KV
Q00
2
轴电动机M1接触器
KM1
Q01
3
摇臂升接触器
KM2
Q02
4
摇臂降接触器
KM3
Q03
5
轴箱立柱摇臂松开接触器
KM4
Q04
6
轴箱立柱摇臂夹紧接触器
KM5
Q05
7
轴箱松开夹紧电磁铁
YA1
Q06
8
立柱松开夹紧电磁铁
YA2
Q07
9
电源指示
HL1
Q10
10
立柱松开指示
HL2
Q11
11
立柱夹紧指示
HL3
Q12
12
电动机旋转指示
HL4
Q13
45 PLC控制系统分析
先动开关QF2～QF5接通电源总开关QF1扳倒接通位置引入三相电源PLC电电源指示灯点亮表示机床已处带电状态SB1 I02接通低电压继电器KV（Q00）电锁常开触点KV(I03)闭合接通控制电路电源机床工作做准备
451 轴电动机控制
启动时启动钮SB2I05接通Q01动作锁KM1电锁KM1触点闭合轴电动机M1转动指示灯HL4亮停车时停止钮SB7I06断开Q01复位KM1断电释放轴电动机M1停转指示灯HL4灭
452 摇臂升降控制
需摇臂升时SB3I07闭合M00接通时接通断电延时定时器T37长闭触点T37瞬时断开断开液压泵电动机M3反转控制电路轴箱立柱摇臂松开逻辑行I15闭合Q04接通闭合液压泵电动机M3正转松开摇臂摇臂松开位I13长闭触点断开液压泵电动机M3停转摇臂升逻辑行I13常开触点闭合Q02接通闭合摇臂升电动机M2正转带动摇臂升摇臂升定高度时松开SB3I07复位断开M00断开断电延时定时器T37断电长闭触点T37延时3秒钟闭合Q05接通闭合液压泵电动机M3反转夹紧摇臂摇臂夹紧ST2（I13）ST3（I14）恢复初始状态I14断开Q05失电液压泵电动机M3停转完成摇臂松开－升－夹紧动作程摇臂降控制程摇臂升控制程相似
453立柱轴箱松开夹紧控制
立柱轴箱松开夹紧控制单独进行时进行转换开关SA钮SB5SB6控制转换开关三位置板中间位置时立柱轴箱松开夹紧时进行板左边位置时立柱夹紧放松板右边位置时轴箱单独夹紧放松
转换开关置中间位置时I22闭合立柱轴箱时松开SB5I16闭合M01断电延时定时器T38时接通T38触点瞬时闭合Q06Q07时电吸合轴箱立柱时松开做准备M01常开触点闭合M02通电延时定时器T39时接通M02常开触点闭合轴箱立柱夹紧准备T39常开触点3秒钟延时闭合Q04接通闭合液压泵电动机M3通电正转推动活塞立柱轴箱松开时活塞杆TS4复位I20闭合指示灯HL2亮
立柱轴箱松开手动立柱回转轴箱做径移动调整位SB6夹紧钮轴箱立柱夹紧工作情况松开时相似里赘述外两种情况转换开关SA板相应位置SB5SB6实现
46 PLC梯形图程序设计
461 系统预开程序
段梯形图程序电动机电动机启动做准备合FQ3（I00）SB1(I02)低电压继电器KV（Q00）电锁常开触点KV(I03)闭合接通控制电路电源机床工作做准备梯形图程序图4－2示
图4－2 系统预开程序
462 轴电动机控制程序
轴电动机做单方旋转需载保护载保护热继电器FR1(I04)完成梯形图程序图4－3示
图4－3轴电动机控制程序
463 摇臂升降控制程序
摇臂升（降）严格摇臂松开－升（降）－夹紧序进行求夹紧放松作液压泵电动机摇臂升降电动机定序启动工作摇臂松开行程开关摇臂夹紧行程开关发出控制信号进行控制求摇臂升（降）时SB3(SB4)首先启动轴箱立柱摇臂松开电路松开位时ST2(I13)常开触点闭合液压泵电动机旋转（正转反转）摇臂升（降）液压泵电动机正反转需必互锁梯形图图4－4示
464 轴箱立柱摇臂松开夹紧控制程序
Z3040摇臂钻床摇臂松开夹紧摇臂升降求动控制设计采定时器行程开关配合完成必联锁保护梯形图程序图4－5示
图4－4 摇臂升降控制程序
图4－5 轴箱立柱摇臂松开夹紧控制程序
465轴箱立柱松开夹紧控制程序
轴箱立柱松开夹紧控制求单独操作时操作转换开关SASB5SB6配合定时器进行控制梯形图程序图4－6示
466 冷泵控制
冷泵电动机采组合开关QS直接控制启停
图4－6轴箱立柱松开夹紧控制程序
467 信号指示梯形图程序
电源指示灯HL1（Q10）机床电时指示采S－300PLC特殊部继电器SM00实现立柱轴箱松开夹紧指示灯HL2（Q11）HL3(Q12)限位开关ST4(I20)控制轴电动机旋转指示灯HL4（Q13）KM1（Q01）控制梯形图程序图4－7示
图4－7信号指示梯形图程序
468 完整PLC控制梯形图
述梯形图基础部分梯形图综合起进行整理修改设计出完整梯形图 图4－8 示
图48 Z3040摇臂钻床PLC控制梯形图
47 章结
章首先PLC基特点工作原理进行简阐述根设计容选定适合设计PLC类型确定选西门子S7300 PLCPLC控制系统梯形图程序系统预开程序进行设计
第五章 技术展
未数控机床类型更加样化工序集中加工数控机床品种越越激光加工等技术应切削加工机床扩工序集中工艺范围数控机床动化程度更加提高具种监控功形成柔性制造单元更加便纳入高度动化柔性制造系统中
课题尚需进步研究工作
1 硬件电路设计方PLC选型停留现设备选择西门子系列PLC文显示器设计方面时间关系课题未涉控制系统建模深入研究未进行系统仿真
2目前PLC拥强通讯功控制更灵活期进步开展方面研究
3软件设计方面软件功必实际应中检验完善
PLC数控钻床控制系统发展前景
目前世界国济发展速度工业化水等相数控技术产品需求样送说发达国家中高档数控产品需求发达国家低中档需求较需少量高档产品目前发达国家低中高档数控产品分207010发展中国家约80173两者间劳动产品率相差悬殊发展中高档产品势趋[7]
(1)高性稳定性
数控系统千调查分析报告出济型普型高档型数控系统影响选择数控系统素排序中排第位性稳定性见产品质量性户选购数控系统程中占重位置国产品想占国国际市场应性稳定性作数控产品研究头等事
产品
素
性稳定性
品牌
价格
服务
济型
33
16
30
21
普型
37
19
23
21
高档型
31
28
18
23
档次数控系统购买素
(2)高速度高精度化
速度精度数控产品两重指标直接关系产品零件加工销量质量速度影响产品生产周期精度直接影响工作性寿命耗噪声等数控产品高速高精化市场需求技术发展必然结果
智化
现代数控技术智化包括两方面含义：
（1）现代数控产品部应仅仅某专业技术员操作应发展成操作会
（2）现代数控产品应够通影响加工精度效率素进行动检测较补偿准确快速做出决策产品加工处佳状态
(3)复合化
果够台机床实现完成复杂产品毛坯成品全部加工实现数控技术复合化样保证工件加工精度提高产品质量减少数控机床间进行工序转换引起工时间次料等时间提高加工效率节约产品生产周期赢市场[9]
(4)数控编程动化
着计算机技术发展CADCAMCAPP技术广泛应实现数控编程动化操作者需根需绘制零件加工样图计算机够根样图进行数处理动编程加工[10]
网络化
实现数控技术网络化进行远程控制化操作通数控机床联网天机床机床进行编程设定操作机床画面时显示台机床屏幕实现资源享科学理减少力物力降低成提高效率
结
课题采PLC动控制技术取代传统继电器—接触器电气控制系统实现Z3040摇臂钻床动控制提高机床工作效率工作稳定性性降低工劳动强度改善产品加工质量降低设备障率提高生产率外通次毕业设计PLC电控方面知识更加深刻理解掌握走工作岗位事相关工作奠定基础
硬件设计程序编写时遇问题努力定程度解决足需改进空间
1控制系统模型建立程中参数选择合理
2控制系统稳定性没进行仿真
3控制程序没实践检验
参考文献
[1] 郁汉琪郭健 编程控制器原理应 北京：中国电力出版社2004
[2] 段苏振 提高PLC控制系统性设计素 电气传动 2003
[3] 杨兴 数控机床电气控制 北京：化学工业出版社2008
[4] 张筱琪 机电设备控制基础 北京：中国出版社 2000
[5] 张华宇谢凤芹 数控机床电气PLC控制技术 北京：电子工业出版社 2010
[6] 振辉马永鹏 电气控制PLC原理应 北京：中国水利水电出版社2008
[7] 徐慧卢艳军 数控机床电气PLC控制技术 北京：国防工业出版社2006
[8] 黄慧杨世兴黄梦涛 现代电气动控制技术 北京：民邮电出版社2009
[9] 吴中俊黄永红 编程控制器原理运 北京：机械工业出版社2004
[10] 廖常初 编程序控制器编程方法工程应 重庆：重庆学出版社2001
[11] SIEMENS WINCC手册西门子（中国）限公司动化驱动集团2004
[12]段明忠 王婷婷 武汉工程职业技术学院学报 20072 12 19(4) [J]
[13]关榆军 河北理工学院学报 20009 第22 (3)[J]
[14]彭永忠 中国制造信息化 20103 第39 (5)[J]
[15]袁海霞 湖南农机 20101 第37卷 1(4)[J]
[16]梁伟 王先 桂林航天工业高等专科学院学报 20103 第9 (2)[J]
[17]肖丽 辽宁师专学报 200912 第11卷 4期[J]
[18]张新喜 李伟波 李宁 农机维修 20084 第9 (6)[J]
[19]潘钟键 刘晓红 机械电子 20112 第11 (4)[J]
[20]邓志良等电气控制技术PLC[M]南京东南学出版社2002
[21]郑凤冀孟庆涛图解电动机控制电路[M]北京民邮电出版社2006
[22]刘守操等编程序控制器技术应[M]北京机械工业出版社2006
[23]梁首发PLC工控机应分析[J]工业仪表动化装置2001（1）4045
[24]史国生电气控制编程控制器技术[M]北京化学工业出版社2004
[25]周亚军等电气控制PLC原理应[M]西安电子科技学出版社2008
[26]张华龙编图解PLC电气控制入门[M]北京民邮政出版社20089
[27] 廖常初著 FX系列PLC编程应[M]北京：机械工业出版社2005
[28]李国厚编．PLC原理应[M]．北京：清华学出版社2005
[29] 齐占庆编．机床电气控制技术[M]．第三版．北京：机械工业出版社2005
[30]黄永红PLC输入输出点数扩展方法电工技术杂志[J]2002（3）4749
[31] 王永华编 现代电气控制PLC实技术[M] 北京：北京航天航空学出版社 2008年
[32]王兆明电气控制PLC技术[M]北京清华学出版社2006
[33]庆波等编著监控组态软件应技术[M] 北京：哈尔滨工业学出版社2010年
[34]王廷等编程序控制器原理应[M]北京国防工业出版社2005
[35]邱公伟编程序控制器网络通信应[M]北京清华学出版社2003 15
[36]李启光PLC改造继电器电气线路中技术研究[J]北京机械工业学院2004（2）66－67
[37]邓志良等电气控制技术PLC[M]南京东南学出版社2002
[38]郑凤冀孟庆涛图解电动机控制电路[M]北京民邮电出版社2006
[39]刘守操等编程序控制器技术应[M]北京机械工业出版社2006
[40]梁首发PLC工控机应分析[J]工业仪表动化装置2001（1）4045
[41]史国生电气控制编程控制器技术[M]北京化学工业出版社2004
[42]周亚军等电气控制PLC原理应[M]西安电子科技学出版社2008
[43] AT89S518BIT Microcontroller with 4KB InSystem Programmable FlashAtmel Corporation[J]2001
[44] Hugh JackAutomating Manufacturing Systems with PLCs[M]20074
[45] MBaniYounis and GFreyVisualization of PLC Programs using XML[M]2006
致 谢
文窦建华老师悉心指导完成窦建华老师渊博知识丰富实践验诲倦作风令终生难忘窦建华老师身学许专业知识外学做做事等许宝贵东西受益终生衷心感谢窦建华老师感谢指导做学士学位文期间私关怀孜孜倦教诲窦建华老师致崇高敬意感谢指导老师窦建华关心培养导师学术严谨治学方撰写文悉心指导生活学谆谆教诲发展奠定基础指明方
攻读学士学位期间众老师单位领导学关怀帮助克服种困难完成学士学位文里表示感谢
附录A
1 Z3040摇臂钻床电气原理图
附录B
2 Z3040型摇臂钻床PLC控制系统梯形图
图47 Z3040摇臂钻床PLC控制梯形图
文档香网(httpswwwxiangdangnet)户传
《香当网》用户分享的内容，不代表《香当网》观点或立场，请自行判断内容的真实性和可靠性！
该内容是文档的文本内容，更好的格式请下载文档
科学生毕业设计
基PLC数控钻床控制系统设计
系部名称： 机电工程学院
专业班级： 机械班
学生姓名：
指导教师：
职 称： 讲 师
XX 学 院
二○二年六月
摘
文阐述传统钻床PLC改造行性进行具体实施方案传统钻床传统继电控制系统量中间继电器时间继电器控制触点电气控制系统存障率高性差接线复杂便检修等缺点提高钻床控制系统性降低障率提高钻床加工效益企业传统控制钻床电气控制系统进行改造
文描述数控机床基组成工作原理分类特点数控机床中PLC作详细介绍PLC数控机床控制做设计然摇臂钻床Z3040例描述设计程包括控制系统电路设计控制原理设计电路设计控制电路设计Z3040摇臂钻床原理图PLC编写程序机床进行控制
关键词：编程控制器 数控机床 数字控制 液压控制 梯形图 原理图
ABSTRACT
This article mainly elaborated the traditional machine tool PLC feasibility of transformation and the specific implementation plan the traditional machine tools the traditional relay control system using a large number of intermediate relay time relay control the contact number so the electrical control system has a high failure rate poor reliability complicated wiring inconvenient maintenance and other defects In order to improve machine tool control system reliability reduce failure rate improve the machining efficiency many enterprises to the traditional control machine electrical control system transformation
This paper describes the basic components of NC machine tools working principle classification and characteristics ofAnd on the CNC machine tools in PLC are introduced in detail in this paper the PLC on CNC machine tool control designAnd then to the rocker drilling machine Z3040 as an example describes its design process including the control system circuit design control principle the design of main circuit control circuit design Z3040 radial drilling machine diagram using PLC programming on the machine tool control
Keywords Programmable ControllerNC machine ToolsDigital ControlSequence ControlLadder DiagramSchematic
目 录
摘…………………………………………………………………………………
Abstract…………………………………………………………………………
第1章 绪……………………………………………………………………1
11研究现状研究意义………………………………………………………… 1
111 国外研究现状………………………………………………………1
112 国研究现状………………………………………………………2
113 研究意义…………………………………………………………3
12 PLC应数控钻出性……………………………………………4
13 研究容……………………………………………………………6
第2章总体设计方案……………………………………………6
21 总体方案设计…………………………………………………………7
22元器件选型……………………………………………………………8
23 PLC类型…………………………………………………………8
24 章结…………………………………………………………………9
第3章 摇臂钻床控制线路设计………………………………………10
31 摇臂钻床控制线路概述…………………………………………………11
311 操机构液压系统…………………………………………………12
312夹紧机构液压系统……………………………………………………12
32摇臂钻床控制线路原理设计………………………………………………13
33 Z3040摇臂钻床控制线路电路设计…………………………………14
34 Z3040摇臂钻床控制线路控制电路分析………………………………14
341电动机控制电路……………………………………………………14
342 摇臂升降控制电路…………………………………………………14
343 立柱轴箱松开夹紧控制电路………………………………14
344 冷泵控制电路……………………………………………………15
345 明信号电路………………………………………………………15
35 章结……………………………………………………………………15
第4章摇臂钻床PLC控制系统……………………………………16
41 PLC基特点……………………………………………………………17
42 PLC工作原理……………………………………………………………19
43 PLC选型 …………………………………………………………………20
431 确定IO点数………………………………………………………20
432 选配PLC型号……………………………………………………20
44摇臂钻床PLC控制I0（输入输出）址分配表………………21
45 PLC控制系统设计………………………………………………………22
451 轴电动机控制……………………………………………………22
452 摇臂升降控制………………………………………………………22
453立柱轴箱松开夹紧控制……………………………………23
46 PLC梯形图程序设计………………………………………………………23
461 系统预开程序…………………………………………………………24
462 轴电动机控制程序………………………………………………24
463 摇臂升降控制程序…………………………………………………25
464 轴箱立柱摇臂松开夹紧控制程序…………………………25
465轴箱立柱松开夹紧控制程序…………………………………26
466 冷泵控制…………………………………………………………26
467 信号指示梯形图程序………………………………………………26
468 完整PLC控制梯形图……………………………………………27
47 章结……………………………………………………………………29
第5章技术展………………………………………………………………30
结………………………………………………………………………………32
参考文献…………………………………………………………………………33
致谢………………………………………………………………………………35
附录………………………………………………………………………………38
第1章 绪
数控技术制造业实现动化柔性化集成化生产基础数控技术应提高制造业产品质量劳动生产率必少重手段数控机床国防工业现代化重战略装备关系国家战略位体现国家综合国力水重标志数控技术典型应广泛机电光体化综合技术求机械类专业应型科学生具备定机床数控技术理知识应技
11 研究现状研究意义
美国帕森斯公司麻省理工学院（MIT）合作1952年研制成功第台三坐标立式数控铣床生产企业广泛采动机床组合机床专机床动生产线形成批量生产方式目前单件批量生产零件占机械加工总量80％左右效解决复杂精密批变零件加工问题满足高质量高效益品种批量柔性生产方式求数控机床应运生数控机床机械制造业中日益广泛应（美国数控机床已占机床总数80 ）数控技术高精度高生产率适应性特点充分发挥
数控机床电子信息技术传统机械加工技术结合产物集现代精密机械计算机通讯液压气动光电等学科技术体具高效率高精度高动化高柔性特点代机械制造业流装备
数控加工中心种具动换刀装置数控机床实现次装夹进行工序加工种机床刀库中装钻头丝锥铰刀镗刀等刀具通程
序指令动选择刀具利机械手刀具装轴样缩短零件装卸时间换刀时间数控技术仅应机床控制控制设备诸数控线切割机数控绘图机数控测量机数控剪机等仅数控机床数控车床数控铣床数控钻床数控磨床数控镗床数控加工中心等
111 国外研究现状分析
数控机床涌现50年科技特微电子盘算机技巧前进断发展美德日三国事世数控机床科研设计制作应技巧先进验国家社会前提特点美国特点政府器重机床工业美国国防部等部门断提出机床发展方科研务供充分费网罗世界特讲究效率创新重视基础科研机床技巧断创新1952年研制降生界第台数控机床1958年创制出加工中心70年代初研制成fms1987年开创开放式数控系统等於美国起首联合汽车轴承生产需求充分发展批批生产动化需动线电子盘算机技巧世界领先数控机床机设计制作数控系统基础扎实贯器重科研创新高性数控机床技巧世界直领先美国仅生产宇航等应高性数控机床中企业生产便宜实数控机床(haasfadal公司等)存教训着重於基础科研疏忽利技巧世纪80代政府度放松领导致数控机床产量增长缓慢於1982年落日超批进口90年代起纠正倾数控机床技巧转实产量逐渐升
德国政府贯器重机床工业重战略位方面力扶植特讲究实际实效保持师徒相传断前进员素质发展批批生产动化基础於1956年研制出第台数控机床直保持实事求讲究科学精力断稳步前进德国特重视科学实验理实际相联合基础科研利技巧科研重企业学科研部门紧密合作户产品加工工艺机床布局结构数控机床性特征问题进行深入研究质量千锤百炼德国数控机床质量性良先进实货真价实出口遍世界尤型重型精密数控机床德国特器重数控机床机配套件先进实机电液气光刀具测量数控系统种功效部件
质量性居世界前列西门子公司数控系统heidenhain公司精密光栅均世界驰名竞相采
112国研究现状分析
数控机床重组成部分数控系统刀库机械手数控刀架转台轴单元(含电轴)滚珠丝杠副滚动导轨副防护罩数控刀具等功部件
功部件性已成整机性决定素数控系统显示器伺服控制器伺服电机种开关传感器构成然普通机床发展数控机床加装系统简单例铣床发展加工中心机床结构发生变化加刀库幅度提高精度加工中心功铣镗钻功目前世界三家厂商：日Fanuc德国西门子日三菱产品量面广技术定高余法国Num西班牙高等
数控机床利二进制数学方式输入加工程意编程轴进速度加工工艺需变化实现坐标联动易加工复杂曲面加工象具易变变善变特点换批调整方便实现复杂件品种中批柔性生产适应社会产品样化需求价格较昂贵需正确分析济合理性数控机床利硬件软件相结合实现信息反馈补偿动加减速等功进步提高机床加工精度效率动化程度数控机床电子控制机电体化机床充分发挥微电子计算机技术特优点易实现信息化智化网络化较易组成种先进制造系统FMSFTLFA甚CIMS限度提高企业劳动生产率
数控机床机电液气光学科种高科技综合性组合特电子计算机等现代先进技术基石必须具巩固技术基础互相配套缺齐备数控机床难利发展数控机床机种元部件(功部件)数控系统三部分组成需先进动化刀具配合实现加工环节技术质量必须切实关确保工作稳定保证数控机床加工精度效率动化否难实际生产中
国数控机床行业总体技术开发力技术基础薄弱信息化技术应程
度高行业现信息化技术源引进国外技术外方许高新产品核心技术具掌控位国外技术存度较高引进技术消化停留掌握已技术提高国产化率没升形成产品开发力技术创新力高度具高精度高速高效复合功轴联动等特点高性实数控机床基赖进口
国外产品相国差距机床高速高效化精密化高速加工技术国外已进行年研究高速加工机理机床结构机床刚度精度影响等系统研究开发生产种高速铣削中心高速加工中心
广泛应航空器铝合金零件模具加工
统计国型高性超精机床年生产足千台仅占国产机床总量总价值1．52．5德国日120国外卧式加工中心装机床精度温度补偿系统加工精度较稳定国尚研发中国外加工中心定位精度基德国标准VDI3441验收行程1000mm定位精度控制0．006—0．0lmm国定位精度相较低
2004年国金属加工机床消费额达95亿美元占世界总量15中进口份额占63％数控机床进口额34亿美元占全部进口金属切削机床78．6满足制造业需求国家年花费10亿美元引进数控机床数控机床核心技术数控系统国90国外进口仅价格高进口周期长满足机厂求进口装置组装起机床性质量会受影响2004年约消耗1万台陆企业加起失产2000台左右八九生产加工中心工厂台湾省竟销售3300台
12 PLC应数控钻出性
数控机床采数字控制技术机床移动部件相运动进行控制点 机床典型机电体化产品现代制造业关键设备着微电子技术计算机技术软件技术迅速发展数控机床控制系统日益趋型化功化具备完善诊断功性提高数控系统身普通实现动编程PLC类微处理器基础通型动控制装置般序控制回路调节辅够完成逻辑序计时计数算术运算等功控制开关量控制模拟量克服传统继电器体积庞攻高性差等困难PLC已成选择数控机床序控制装置选择文PLC设计数控机床控制系统
1数控机床普通机床区
(1）具手动机动程序控制动加工功加工程般需工干预
(2）数控机床般具CRT显示功动报警显示等辅助功
(3）CNC机床传动进传动采直流交流级调速伺服电动机变速箱
(4）CNC般具工件测量系统
显著区加工工件改变时数控机床改变加工程序需机床作较调整
2普通机床相数控机床具特点
(1）加工具复杂型面工件
具良加工柔性加工零件适应性强灵活性数控机床实现坐标联动数控机床完成复杂型面加工特数学方程式坐标点表示形状复杂零件加工非常方便改变加工零件时数控机床需更换零件加工NC程序生产准备周期短数控机床适应
性非常强
(2）加工精度高加工质量稳定
批零件机床刀具加工程序刀具运动轨迹完全相数控机床根数控程序动进行加工避免误差保证零件加工致性质量稳定数控机床较高加工精度般0005mm～01mm间数控机床加工精度受零件复杂程度影响机床传动链反齿轮间隙丝杠螺距误差等通数控装置动进行补偿时利数控软件进行精度校正补偿
(3）生产效率高
数控机床采较切削量效节省机动工时动换速动换刀辅助操作动化等功辅助时间缩短需工序间检验测量普通机床生产率高3～4倍甚更高
数控机床轴转速进范围普通机床目前数控机床高进速度达100mmin分辨率达001μm 般说数控机床生产力约普通机床三倍甚更高数控机床时间利率高达90普通机床仅30～50
(4）减轻劳动强度改善劳动条件
输入程序启动数控机床动连续加工直零件加工完毕样简化工操作劳动强度降低
(5）利生产理现代化
工时工时费精确估计生产理水提高便实现生产计划调度简化减少检验工具夹具准备等理工作实现计算机理控制
(6）数控加工CADCAM技术先进制造技术基础
工序集中机数控机床普遍特点特带动换刀数控加工中心次装夹情况完成零件全部加工工序台数控机床代数台普通机床样减少装夹误差节约工序间运输测量装夹等辅助时间节省车间占面积带较高济效益
特点PLC技术应数控钻床成
13 研究容
研究解PLC钻床发展现状趋势
查阅相关资料选择适合课题技术
确定PLC技术路线
实现PLC控制系统设计基求设计出PLC控制程序
设计做出总体布局设计
完成PLC控制系统设计流程图绘制
编写毕业文
数控钻床带回转工作台电气控制系统设计
1 回转工作台夹紧松开转速转控制
2 动力滑台进控制
3 液压控制系统设计
4 机床电气图设计
5 控制电路设计
6 控制程序设计
第二章 总体设计方案
钻床孔加工机床进行钻孔扩孔铰孔攻丝修刮端面等种形式加工类钻床中摇臂钻床操作方便灵活适范围广具典型性特适单件批量生产中带孔型零件孔加工般机械加工车间常见机床
21 总体方案设计
摇臂钻床底座立柱外立柱摇臂轴箱工作台等部分组成
立柱固定底座端外面套外立柱外立柱绕立柱回转360°摇臂端套筒套装外立柱助丝杠正反转外立柱做移动丝杠外立柱连成体升降螺母固定摇臂摇臂绕外立柱转动外立柱起绕立柱回转轴箱安装摇臂水导轨通手轮操作水导轨摇臂移动进行加工时特殊夹紧装置轴箱紧固摇臂导轨外立柱紧固立柱摇臂紧固外立柱然进行钻削加工钻削加工时钻头面旋转进行切削面进行进综述摇臂钻床运动方式：
1运动轴旋转运动
2进运动轴进
3辅助运动摇臂外立柱垂直移动轴箱摇臂长度方移动摇臂外立柱起绕立柱回转运动
Z3040型摇臂钻床适合中型零件进行孔加工运动形式轴旋转运动进运动摇臂升降运动立柱夹紧放松摇臂回转轴箱左右移动轴旋转运动进运动台异动电动机拖动摇臂升降台异步电动机拖动摇臂立柱轴箱夹紧放松台液压泵电动机拖动摇臂回转轴箱左右移动通常采手动外台冷泵电动机刀具工件进行冷
加工螺纹时轴需正反转该机床采机械变换方法实现电动机旋转方外保证安全生产轴旋转摇臂升降允许时进行
编程控制器（简称PLC）生产现实现接线逻辑存储逻辑飞跃功弱强实现逻辑控制数字控制进步应领域实现单体设备简单控制胜运动控制程控制集散控制等种务跨越天PLC处理模拟量数字运算机接口网络方面力已幅度提高成工业控制领域流控制设备行业发挥着越越作
PLC基电子计算机适工业现场工作点控制器源继电控制装置继电装置样通电路物理程实现控制运行存储PLC存中程序进行入出信息变换实现控制PLC基电子计算机等普通计算机普通计算机进行初信息变换考虑信息身信息初机界面PLC考虑信息入出性实时性信息等问题特考虑适应工业环境入便安装抗干扰等问题
22钻床控制线路概述
Z3040摇臂钻床两种运动辅助运动运动指轴带动钻头旋转运动进运动指钻头垂直运动辅助运动指轴箱摇臂水运动摇臂外立柱移动摇臂外立柱起相立柱回转运动
Z3040摇臂钻床具两套液压控制系统：套轴电动机拖动齿轮泵送出压力油通操机构实现轴正反转停车控制空挡预选变速套液压电动机拖动液压泵送出压力油实现摇臂夹紧松开轴箱夹紧松开立柱夹紧松开前者安装轴箱者安装摇臂电器盒部
23 PLC类型选择
目前国生产PLC品种繁发展迅速中国市场具竞争力德国西门子公司日三菱系列欧姆龙公司AB公司推出PLC均全系列产品满足种样需求
三菱公司产品：
FX系列：型PLC单元式单机容量256点
A系列ANS系列Q系列QNA系列等模块式型PLC容量8K点
西门子公司产品：
S7200微型PLC单机容量256点
S7300中型PLC单机容量1K
S7400超型PLC单机组态点数万点
2．选配PLC型号
S7300PLC适行业种场合中动检测监测控制等S7300 PLC强功单机运行连成网络实现复杂控制功
24 章结
章根控制求确定总体方案控制系统硬件选型总体方案包括PLC数控钻床硬件组成控制软件组成模块联系通信方式控制系统硬件
第三章 摇臂钻床控制线路设计
Z3040摇臂钻床两种运动辅助运动运动指轴带动钻头旋转运动进运动指钻头垂直运动辅助运动指轴箱摇臂水运动摇臂外立柱移动摇臂外立柱起相立柱回转运动
31 摇臂钻床控制线路概述
Z3040摇臂钻床具两套液压控制系统：套轴电动机拖动齿轮泵送出压力油通操机构实现轴正反转停车控制空挡预选变速套液压电动机拖动液压泵送出压力油实现摇臂夹紧松开轴箱夹紧松开立柱夹紧松开前者安装轴箱者安装摇臂电器盒部
311 操机构液压系统
该系统压力油轴电动机拖动齿轮泵送出轴操作手柄改变两操阀相互位置获动作操作手柄五空间位置：里外中间位置中空挡变速外正转里反转中间位置停车轴转速轴进量旋钮预选然操作轴手柄
轴旋转时首先轴电动机起动钮轴电动机起动旋转拖动齿轮泵送出压力油然操轴手柄板需转位置（里外）两操阀相互位置转变股压力油制动摩擦离合器松开轴旋转创造条件股压力油压紧正转（反转）摩擦离合器接通轴电动机轴传送链驱动轴正转反转
轴正转反转程中转动变速钮改变轴转速轴进量
轴停车时操作手柄扳回中间位置时轴电动机拖动齿轮泵旋转时整液压系统低压油法松开制动摩擦离合器制动弹簧作制动摩擦离合器压紧制动轴齿轮转动实现轴停车轴停车时轴发动机旋转动力传轴
轴变速进变速：轴手柄扳变速位置改变两操阀相互位置齿轮泵送出压力油进入轴转速预选阀轴进量预选阀然进入变速油缸时油路系统推动拔叉缓慢运动逐渐压紧轴正转摩擦离合器接通轴电动机轴传动链带动轴缓慢旋转称缓速利齿轮利啮合变速完成松开操作手柄时手柄弹簧作变速位置动复位轴停车位置然操轴正转反转轴新转速进量工作
312夹紧机构液压系统
轴箱外立柱摇臂夹紧松开液压泵电动机拖动液压泵电动机送出压力油推动活塞菱形块实现
Z3040摇臂钻床四电动机：电动机M1摇臂升降电动机M2液压泵电动机M3冷泵电动机M4
32 Z3040摇臂钻床控制线路原理分析
图31 Z3040摇臂钻床原理图
Z3040型摇臂钻床控制线路原理图图Z3040型摇臂钻床动作通机电液进行联合控制实现该机床控制电路采380V100V隔离变压器供电二次绕组增设24V安全电压供局部明
断路器QF1作机床线路电源总开关作机床线路轴电机M1短路载保护元件断路器QF2卧摇臂升降电动机M2液压泵电机M3冷泵电机M4隔离开关载短路保护元件QF3QF4QF5分机床控制电路机床工作信号指示电路机床工作明电路载短路保护开关
开车前准备首先隔离开关接通电源引入开关QF1扳接通位置接通三相交流电源时总电源指示灯HL1亮表示机床电气电路已进入带电状态总启动钮SB1中间继电器KA线圈通电吸合锁电动机电动机启动准备时触点KA闭合三指示灯通电做准备
33 Z3040摇臂钻床控制线路电路设计
1M1单方旋转接触器KM1控制轴正反转机床液压系统操机构配合正反转摩擦离合器实现热继电器FR1作电动机长期载保护
2 M2正反转接触器KM2KM3控制实现正反转控制电路保证操摇臂升降时首先液压泵电动机起动旋转供出压力油液压系统摇臂松开然电动机M2 起动拖动摇臂升降移动位保证M2先停动通液压系统摇臂夹紧液压泵电机停M2短时工作设长期载保护
3M3接触器KM4KM5实现正反转控制热继电器FR2作长期载保护
4M4电机容量仅0125kW开关QS控制
34 Z3040摇臂钻床控制线路控制电路分析
变压器TC380V交流电压降110V作控制电源指示灯电源 6V
341电动机控制电路
起动钮SB2接触器KM1吸合锁轴电动机M1起动运转停止钮SB8接触器KM1释放轴电动机M1停转
342 摇臂升降控制电路
摇臂升降分SB3SB4点动控制
升钮SB3时间继电器KT1电吸合瞬时动合触点（3335）闭合
接触器KM4电吸合液压泵电动机M3接通电源正旋转供压力油压力油分配阀体进入摇臂松开油腔推动活塞摇臂松开摇臂完全松开活塞杆通弹簧片压限位开关ST2动断触点ST2（17－33）断开接触器KM4线圈断电释放液压泵电动机M3停转时动合触点ST2（1721）闭合接触器KM2线圈通电吸合触点接通升降电动机M2电源M2启动正旋转带动摇臂升
果摇臂没松开ST2动合触点闭合KM2吸合M2旋转摇臂升保证摇臂松开摇臂升
摇臂升需位置时松开钮SB3接触器KM2时间继电器KT1时断电释放摇臂升降电动机M2停转摇臂停止升KT1释放延时闭合动断触点（4749）13秒延时闭合接触器KM5线圈（135747495162）线路通电吸合液压电动机M3反起动旋转供压力油压力油分配阀进入摇臂夹紧油腔相反方推动活塞摇臂夹紧时活塞杆通弹簧片压限位开关ST2动断触点（747）断开接触器KM5断电释放液压泵电动机M3停止旋转完成摇臂松开－升－夹紧动作
摇臂升动作程：
摇臂降程升基相夹紧放松电路完全样降钮SB4时KM3线圈电摇臂升降电动机M2反转带动摇臂降
时间继电器KT1作控制KM5吸合时间M2停止运转夹紧摇臂KT1延时时间应视摇臂M2断电停转前惯性调整应保证摇臂升（降）进行夹紧般调整1～3秒
摇臂升降限位保护组合开关ST1实现ST1两触点ST11摇臂升时极限位置保护ST12（2717）摇臂降时极限位置保护摇臂升极限位置时ST11(1517)动作电路断开KM2断电释放摇臂升降电动机M2停止旋转ST1触点ST12（2717）处闭合状态保证摇臂够降理摇臂降极限位置时ST12（2717）动作电路断开KM3释放摇臂升降电动机M2停转ST1动断触点ST11(1517)闭合保证摇臂够升
摇臂动夹紧行程ST3控制果液压夹紧系统出现障动夹紧摇臂者ST3调整摇臂夹紧ST3（747）动断触点断开会液压泵电动机处长期载运行状态允许防止损坏液压泵电动机电路中热继电器FR2
摇臂夹紧动作程：
摇臂升预定位置松开SB3→KT1（4749）断电延时闭合→KM5吸合M3反转→摇臂夹紧→ST3（747）受压断开→KM5M3均断电释放
343 立柱轴箱松开夹紧控制电路
立柱轴箱松开夹紧控制单独进行时进行转换开关SA2复位钮SB7（SB8）进行控制SA23位置：中间位（零位）时立柱轴箱松开夹紧时进行左边位立柱夹紧放松右边位轴箱夹紧放松复合钮SB7SB8分松开夹紧控制钮
轴箱松开夹紧例：先SA2扳右侧触点（5759）接通（5763）断开轴箱松开时松开钮SB7时间继电器KT2KT3线圈时电KT2断电延时型时间继电器断电延时断开常开触点 （757）通电瞬间闭合电磁铁YA1通电吸合13秒延时KT3延时闭合常开触点（741）闭合接触器KM4线圈（13574143373962）线圈断电液压泵电动机M3正转压力油分配阀进入轴箱右缸推动活塞轴箱放松活塞杆行程开关 ST4复位触点ST4常闭开关ST4常开闭合指示灯HL2亮表示轴箱已松开轴箱夹紧控制线路工作原理松开时相似松开钮SB7换成夹紧钮SB8接触器KM4换成KM5M3正转动变成反转动指示灯HL2换成HL3
转换开关SA3拌左侧时触点（5763）接通（5759）断开松开钮SB7夹紧钮SB8时电磁铁YA2通电时立柱松开夹紧SA2中间位时触点（5759）（5763）均接通SB7SB8电磁铁YA1YA2均通电轴箱立柱时进行松开夹紧动作程轴箱松开夹紧时完全相述
立柱轴箱松开夹紧短时间调整工作采点动控制方式
344 冷泵控制电路
冷泵电动机M4容量组合开关QS直接控制运行停止
345 明信号电路
（1）机床明电路QF5机床工作明电路开关时载短路保护作EL工作明灯
（2）工作信号指示HL1电源指示灯QF2时HL1指示灯亮HL2立柱轴箱松开指立柱轴箱夹紧指示灯分限位开关ST4长闭触头ST4常开触头控制HL4轴电动机旋转指示灯KM1常开触头控制
35 章结
章体摇臂钻床控制线路概述中操机构液压系统夹紧机构液压系统分析设计重点时摇臂钻床控制线路原理摇臂钻床控制线路电路进行摇臂钻床控线路控制电路进行初步设计分析电动机控制电路摇臂升降控制电路立柱轴箱松开夹紧控制电路冷泵控制电路明信号电路进行简单设计阐述
第四章 摇臂钻床PLC控制系统
摇臂钻床运动部件较简化传动装置采台电动机控制通常没轴电动机摇臂升降电动机立柱夹紧放松电动机冷泵电动机
摇臂钻床适应种形式加工求轴进较调速范围轴般速度钻床加工恒功率负载低速扩孔绞孔螺纹加工属恒转矩负载摇臂钻床运动进运动皆轴运动两运动台轴电动机拖动分轴进传动机构实现轴旋转进轴变速机构进变速机构均装轴箱
加工螺纹轴求正反转般机械方法获轴电动机需单方旋转
摇臂升降升降电动机拖动求电动机正反转
摇臂夹紧放松电气液压联合控制夹紧放松指示
外立柱夹紧放松轴箱摇臂夹紧放松采手柄机械操作电气液压机械装置等方法实现
钻削加工时需刀具工件进行冷需冷泵电动机输送冷液
必限位连锁载保护具局部安全明
41 PLC基特点
高性
（1）IO接口电路均采光电隔离工业现场外电路PLC部电路间电气隔离
（2）输入端均采RC滤波器滤波器时间常数般10~20ms
（3）模块均采屏蔽措施防止辐射干扰
（4）采性优良开关电源
（5）采器件进行严格刷选
（6）良诊断功旦电源软件硬件发生异常情况CPU立采效措施防止障扩
（7）型PLC采双CPU构成冗余系统三CPU构成表决系统性进步提高
丰富IO接口模块
PLC针工业现场信号：交流直流开关量模拟量电压电流脉电位强电弱电等相应IO模块工业现场器件设备：钮行程开关接开关传感器变送器电磁线圈控制阀等直接连接
外提高操作性种机话接口模块组成工业局部网络种通讯联网接口模块等等
采模块化结构
适应种工业控制需求单元式型PLC外绝数PLC均采模块化结构PLC部件包括CPU电源IO等均采模块化设计机架电缆模块连接起系统规模功根户需行组合
编程简单易学
PLC编程采类似继电器控制线路梯形图形式者说需具备计算机专门知识容易般工程技术员理解掌握
安装简单维修方便
PLC需专门机房种工业环境直接运行时需现场种设备PLC相应IO端相连接投入运行种模块均运行障指示装置便户解运行情况查找障
采模块化结构旦某模块发生障户通更换模块方法系统迅速恢复运行
设计中PLC实现功：
开关量逻辑控制PLC基广泛应领域取代传统继电器电路实现组合逻辑控制序逻辑控制定时控制
运动控制PLC专指令运动控制模块运动控制序控制功机结合起
现场数采集处理目前PLC具数处理指令数传送指令算术逻辑运算指令循环位移移位指令PLC构成监控系统方便堆生产现场数进行采集分析加工处理数通常应数控机床机械手控制系统中
位置控制位置控制指PLC位置控制模块控制步进电动机伺服电动机实现种机械构件运动控制控制构件速度位移运动方等数控机床机械手位置控制PLC位置控制典型应
42 PLC工作原理
PLC微处理器核心具微机许特点工作方式微机微机般采等命令工作方式常见键盘扫描方式IO扫描方键IO变化转入相应子程序继续扫描等PLC采循环扫描工作方式程序CPU第条指令开始执行指令步序号做周期性程序循环扫描果跳转指令第条指令开始逐条执行户程序直遇结束符返回第条指令周复始断循环循环称扫描周期扫描周期长短取决素：CPU执行指令速度二执行条指令占时间三程序中指令条数少扫描周期分3阶段
1．输入刷新阶段
输入刷新阶段CPU扫描全部输入端口读取状态写入输入状态寄存器完成输入端刷新工作关闭输入端口转入程序执行阶段程序执行期间输入端状态发生变化输入状态寄存器容会改变变化必须等工作周期输入刷新阶段读入
2．程序执行阶段
程序执行阶段根户输入控制程序第条开始逐步执行相应逻辑运算结果存入应部辅助寄存器输出状态寄存器条控制程序执行完毕转入输入刷新阶段
3．输出刷新阶段
指令执行完毕输出状态寄存器中容次送输出锁存电路（输出映寄存器）通定输出方式输出驱动外部相应执行元件工作形成PLC实际输出
见输入刷新程序执行输出刷新三阶段构成PLC工作周期循环复称循环扫描工作方式输入刷新阶段紧接输出刷新阶段马进行两阶段统称IO刷新阶段实际执行程序IO刷新外PLC进行种错误检测（诊断功）编程工具通讯操作统称监视服务般程序执行进行扫描周期长短取决程序长短扫描周期越长响应速度越慢扫描周期进行次IO刷新扫描周期PLC输入输出状态寄存器更新次系统存输入输出滞现象定程度降低系统响应速度IO变化周期输出刷新次变化进行刷新般开关量控制系统说完全允许会造成影响会提高抗干扰力输入采样阶段仅输入刷新阶段进行PLC工作周期部分时间外设隔离工业现场干扰常常脉短时间误动作减快速响应系统中会造成响应滞现象般PLC会采取高速模块
43 PLC选型
目前国生产PLC品种繁发展迅速中国市场具竞争力德国西门子公司日三菱系列欧姆龙公司AB公司推出PLC均全系列产品满足种样需求
三菱公司产品：
FX系列：型PLC单元式单机容量256点
A系列ANS系列Q系列QNA系列等模块式型PLC容量8K点
西门子公司产品：
S7200微型PLC单机容量256点
S7300中型PLC单机容量1K
S7400超型PLC单机组态点数万点
2．选配PLC型号
S7300PLC适行业种场合中动检测监测控制等S7300 PLC强功单机运行连成网络实现复杂控制功
431 确定IO点数
根控制电路确定IO端口点数中：钮8行程开关5转换开关1（触点位置3）热继电器常闭2电压继电器触点1控制线路电源总开关120输入端口点数接触器7电压继电器信号灯4计12输出端口点数
432 选配PLC型号
选PLC根Z3040型摇臂钻床电气部分输出端口需12输入端口需20通网络方式做远程控制考虑济实稳定等方面素决定选SIMATIC S7300作次设计PLCIO接线图图41示
S7300
图41 Z3040摇臂钻床IO接线图
44摇臂钻床PLC控制IO(输入输出）址分配表
I（输入）
序号
名称
代号
址
1
控制线路电源总开关
QF3
I00
2
总停止钮
SB7
I01
3
总启动钮
SB1
I02
4
电压继电器
AV
I03
5
轴电动机M1热继电器
FR1
I04
6
轴电动机M1启动钮
SB2
I05
7
轴电动机M1停止钮
SB8
I06
8
摇臂升钮
SB3
I07
9
摇臂降钮
SB4
I10
10
摇臂升限位行程开关
ST11
I11
11
摇臂降限位行程开关
ST12
I12
12
轴箱立柱摇臂松开行程开关
ST2
I13
13
轴箱立柱摇臂夹紧行程开关
ST3
I14
14
液压泵电动机M3热继电器
FR2
I15
15
轴箱立柱松开钮
SB5
I16
16
轴箱立柱夹紧钮
SB6
I17
17
立柱夹紧放松指示行程开关
ST4
I20
18
轴箱松开夹紧
SA1
I21
19
立柱松开夹紧
SA2
I22
20
轴箱立柱松开夹紧
SA3
I23
O（输出）
序号
名称
代号
址
1
电压继电器
KV
Q00
2
轴电动机M1接触器
KM1
Q01
3
摇臂升接触器
KM2
Q02
4
摇臂降接触器
KM3
Q03
5
轴箱立柱摇臂松开接触器
KM4
Q04
6
轴箱立柱摇臂夹紧接触器
KM5
Q05
7
轴箱松开夹紧电磁铁
YA1
Q06
8
立柱松开夹紧电磁铁
YA2
Q07
9
电源指示
HL1
Q10
10
立柱松开指示
HL2
Q11
11
立柱夹紧指示
HL3
Q12
12
电动机旋转指示
HL4
Q13
45 PLC控制系统分析
先动开关QF2～QF5接通电源总开关QF1扳倒接通位置引入三相电源PLC电电源指示灯点亮表示机床已处带电状态SB1 I02接通低电压继电器KV（Q00）电锁常开触点KV(I03)闭合接通控制电路电源机床工作做准备
451 轴电动机控制
启动时启动钮SB2I05接通Q01动作锁KM1电锁KM1触点闭合轴电动机M1转动指示灯HL4亮停车时停止钮SB7I06断开Q01复位KM1断电释放轴电动机M1停转指示灯HL4灭
452 摇臂升降控制
需摇臂升时SB3I07闭合M00接通时接通断电延时定时器T37长闭触点T37瞬时断开断开液压泵电动机M3反转控制电路轴箱立柱摇臂松开逻辑行I15闭合Q04接通闭合液压泵电动机M3正转松开摇臂摇臂松开位I13长闭触点断开液压泵电动机M3停转摇臂升逻辑行I13常开触点闭合Q02接通闭合摇臂升电动机M2正转带动摇臂升摇臂升定高度时松开SB3I07复位断开M00断开断电延时定时器T37断电长闭触点T37延时3秒钟闭合Q05接通闭合液压泵电动机M3反转夹紧摇臂摇臂夹紧ST2（I13）ST3（I14）恢复初始状态I14断开Q05失电液压泵电动机M3停转完成摇臂松开－升－夹紧动作程摇臂降控制程摇臂升控制程相似
453立柱轴箱松开夹紧控制
立柱轴箱松开夹紧控制单独进行时进行转换开关SA钮SB5SB6控制转换开关三位置板中间位置时立柱轴箱松开夹紧时进行板左边位置时立柱夹紧放松板右边位置时轴箱单独夹紧放松
转换开关置中间位置时I22闭合立柱轴箱时松开SB5I16闭合M01断电延时定时器T38时接通T38触点瞬时闭合Q06Q07时电吸合轴箱立柱时松开做准备M01常开触点闭合M02通电延时定时器T39时接通M02常开触点闭合轴箱立柱夹紧准备T39常开触点3秒钟延时闭合Q04接通闭合液压泵电动机M3通电正转推动活塞立柱轴箱松开时活塞杆TS4复位I20闭合指示灯HL2亮
立柱轴箱松开手动立柱回转轴箱做径移动调整位SB6夹紧钮轴箱立柱夹紧工作情况松开时相似里赘述外两种情况转换开关SA板相应位置SB5SB6实现
46 PLC梯形图程序设计
461 系统预开程序
段梯形图程序电动机电动机启动做准备合FQ3（I00）SB1(I02)低电压继电器KV（Q00）电锁常开触点KV(I03)闭合接通控制电路电源机床工作做准备梯形图程序图4－2示
图4－2 系统预开程序
462 轴电动机控制程序
轴电动机做单方旋转需载保护载保护热继电器FR1(I04)完成梯形图程序图4－3示
图4－3轴电动机控制程序
463 摇臂升降控制程序
摇臂升（降）严格摇臂松开－升（降）－夹紧序进行求夹紧放松作液压泵电动机摇臂升降电动机定序启动工作摇臂松开行程开关摇臂夹紧行程开关发出控制信号进行控制求摇臂升（降）时SB3(SB4)首先启动轴箱立柱摇臂松开电路松开位时ST2(I13)常开触点闭合液压泵电动机旋转（正转反转）摇臂升（降）液压泵电动机正反转需必互锁梯形图图4－4示
464 轴箱立柱摇臂松开夹紧控制程序
Z3040摇臂钻床摇臂松开夹紧摇臂升降求动控制设计采定时器行程开关配合完成必联锁保护梯形图程序图4－5示
图4－4 摇臂升降控制程序
图4－5 轴箱立柱摇臂松开夹紧控制程序
465轴箱立柱松开夹紧控制程序
轴箱立柱松开夹紧控制求单独操作时操作转换开关SASB5SB6配合定时器进行控制梯形图程序图4－6示
466 冷泵控制
冷泵电动机采组合开关QS直接控制启停
图4－6轴箱立柱松开夹紧控制程序
467 信号指示梯形图程序
电源指示灯HL1（Q10）机床电时指示采S－300PLC特殊部继电器SM00实现立柱轴箱松开夹紧指示灯HL2（Q11）HL3(Q12)限位开关ST4(I20)控制轴电动机旋转指示灯HL4（Q13）KM1（Q01）控制梯形图程序图4－7示
图4－7信号指示梯形图程序
468 完整PLC控制梯形图
述梯形图基础部分梯形图综合起进行整理修改设计出完整梯形图 图4－8 示
图48 Z3040摇臂钻床PLC控制梯形图
47 章结
章首先PLC基特点工作原理进行简阐述根设计容选定适合设计PLC类型确定选西门子S7300 PLCPLC控制系统梯形图程序系统预开程序进行设计
第五章 技术展
未数控机床类型更加样化工序集中加工数控机床品种越越激光加工等技术应切削加工机床扩工序集中工艺范围数控机床动化程度更加提高具种监控功形成柔性制造单元更加便纳入高度动化柔性制造系统中
课题尚需进步研究工作
1 硬件电路设计方PLC选型停留现设备选择西门子系列PLC文显示器设计方面时间关系课题未涉控制系统建模深入研究未进行系统仿真
2目前PLC拥强通讯功控制更灵活期进步开展方面研究
3软件设计方面软件功必实际应中检验完善
PLC数控钻床控制系统发展前景
目前世界国济发展速度工业化水等相数控技术产品需求样送说发达国家中高档数控产品需求发达国家低中档需求较需少量高档产品目前发达国家低中高档数控产品分207010发展中国家约80173两者间劳动产品率相差悬殊发展中高档产品势趋[7]
(1)高性稳定性
数控系统千调查分析报告出济型普型高档型数控系统影响选择数控系统素排序中排第位性稳定性见产品质量性户选购数控系统程中占重位置国产品想占国国际市场应性稳定性作数控产品研究头等事
产品
素
性稳定性
品牌
价格
服务
济型
33
16
30
21
普型
37
19
23
21
高档型
31
28
18
23
档次数控系统购买素
(2)高速度高精度化
速度精度数控产品两重指标直接关系产品零件加工销量质量速度影响产品生产周期精度直接影响工作性寿命耗噪声等数控产品高速高精化市场需求技术发展必然结果
智化
现代数控技术智化包括两方面含义：
（1）现代数控产品部应仅仅某专业技术员操作应发展成操作会
（2）现代数控产品应够通影响加工精度效率素进行动检测较补偿准确快速做出决策产品加工处佳状态
(3)复合化
果够台机床实现完成复杂产品毛坯成品全部加工实现数控技术复合化样保证工件加工精度提高产品质量减少数控机床间进行工序转换引起工时间次料等时间提高加工效率节约产品生产周期赢市场[9]
(4)数控编程动化
着计算机技术发展CADCAMCAPP技术广泛应实现数控编程动化操作者需根需绘制零件加工样图计算机够根样图进行数处理动编程加工[10]
网络化
实现数控技术网络化进行远程控制化操作通数控机床联网天机床机床进行编程设定操作机床画面时显示台机床屏幕实现资源享科学理减少力物力降低成提高效率
结
课题采PLC动控制技术取代传统继电器—接触器电气控制系统实现Z3040摇臂钻床动控制提高机床工作效率工作稳定性性降低工劳动强度改善产品加工质量降低设备障率提高生产率外通次毕业设计PLC电控方面知识更加深刻理解掌握走工作岗位事相关工作奠定基础
硬件设计程序编写时遇问题努力定程度解决足需改进空间
1控制系统模型建立程中参数选择合理
2控制系统稳定性没进行仿真
3控制程序没实践检验
参考文献
[1] 郁汉琪郭健 编程控制器原理应 北京：中国电力出版社2004
[2] 段苏振 提高PLC控制系统性设计素 电气传动 2003
[3] 杨兴 数控机床电气控制 北京：化学工业出版社2008
[4] 张筱琪 机电设备控制基础 北京：中国出版社 2000
[5] 张华宇谢凤芹 数控机床电气PLC控制技术 北京：电子工业出版社 2010
[6] 振辉马永鹏 电气控制PLC原理应 北京：中国水利水电出版社2008
[7] 徐慧卢艳军 数控机床电气PLC控制技术 北京：国防工业出版社2006
[8] 黄慧杨世兴黄梦涛 现代电气动控制技术 北京：民邮电出版社2009
[9] 吴中俊黄永红 编程控制器原理运 北京：机械工业出版社2004
[10] 廖常初 编程序控制器编程方法工程应 重庆：重庆学出版社2001
[11] SIEMENS WINCC手册西门子（中国）限公司动化驱动集团2004
[12]段明忠 王婷婷 武汉工程职业技术学院学报 20072 12 19(4) [J]
[13]关榆军 河北理工学院学报 20009 第22 (3)[J]
[14]彭永忠 中国制造信息化 20103 第39 (5)[J]
[15]袁海霞 湖南农机 20101 第37卷 1(4)[J]
[16]梁伟 王先 桂林航天工业高等专科学院学报 20103 第9 (2)[J]
[17]肖丽 辽宁师专学报 200912 第11卷 4期[J]
[18]张新喜 李伟波 李宁 农机维修 20084 第9 (6)[J]
[19]潘钟键 刘晓红 机械电子 20112 第11 (4)[J]
[20]邓志良等电气控制技术PLC[M]南京东南学出版社2002
[21]郑凤冀孟庆涛图解电动机控制电路[M]北京民邮电出版社2006
[22]刘守操等编程序控制器技术应[M]北京机械工业出版社2006
[23]梁首发PLC工控机应分析[J]工业仪表动化装置2001（1）4045
[24]史国生电气控制编程控制器技术[M]北京化学工业出版社2004
[25]周亚军等电气控制PLC原理应[M]西安电子科技学出版社2008
[26]张华龙编图解PLC电气控制入门[M]北京民邮政出版社20089
[27] 廖常初著 FX系列PLC编程应[M]北京：机械工业出版社2005
[28]李国厚编．PLC原理应[M]．北京：清华学出版社2005
[29] 齐占庆编．机床电气控制技术[M]．第三版．北京：机械工业出版社2005
[30]黄永红PLC输入输出点数扩展方法电工技术杂志[J]2002（3）4749
[31] 王永华编 现代电气控制PLC实技术[M] 北京：北京航天航空学出版社 2008年
[32]王兆明电气控制PLC技术[M]北京清华学出版社2006
[33]庆波等编著监控组态软件应技术[M] 北京：哈尔滨工业学出版社2010年
[34]王廷等编程序控制器原理应[M]北京国防工业出版社2005
[35]邱公伟编程序控制器网络通信应[M]北京清华学出版社2003 15
[36]李启光PLC改造继电器电气线路中技术研究[J]北京机械工业学院2004（2）66－67
[37]邓志良等电气控制技术PLC[M]南京东南学出版社2002
[38]郑凤冀孟庆涛图解电动机控制电路[M]北京民邮电出版社2006
[39]刘守操等编程序控制器技术应[M]北京机械工业出版社2006
[40]梁首发PLC工控机应分析[J]工业仪表动化装置2001（1）4045
[41]史国生电气控制编程控制器技术[M]北京化学工业出版社2004
[42]周亚军等电气控制PLC原理应[M]西安电子科技学出版社2008
[43] AT89S518BIT Microcontroller with 4KB InSystem Programmable FlashAtmel Corporation[J]2001
[44] Hugh JackAutomating Manufacturing Systems with PLCs[M]20074
[45] MBaniYounis and GFreyVisualization of PLC Programs using XML[M]2006
致 谢
文窦建华老师悉心指导完成窦建华老师渊博知识丰富实践验诲倦作风令终生难忘窦建华老师身学许专业知识外学做做事等许宝贵东西受益终生衷心感谢窦建华老师感谢指导做学士学位文期间私关怀孜孜倦教诲窦建华老师致崇高敬意感谢指导老师窦建华关心培养导师学术严谨治学方撰写文悉心指导生活学谆谆教诲发展奠定基础指明方
攻读学士学位期间众老师单位领导学关怀帮助克服种困难完成学士学位文里表示感谢
附录A
1 Z3040摇臂钻床电气原理图
附录B
2 Z3040型摇臂钻床PLC控制系统梯形图
图47 Z3040摇臂钻床PLC控制梯形图
文档香网(httpswwwxiangdangnet)户传
《香当网》用户分享的内容，不代表《香当网》观点或立场，请自行判断内容的真实性和可靠性！
该内容是文档的文本内容，更好的格式请下载文档
