陕西有色榆林新材料有限公司
摘要：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，是数控机床的核心技术，其水平高、低关系到国家战略地位、国民经济水平和体现国家综合实力的水平。今后数控技术又将向着高精化、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。
关键词：可编程控制器；摇臂钻床；梯形图
引言
本文是研究机械加工中常用的Z3050摇臂钻床传统电气控制系统的改造问题，旨在解决传统继电器—接触器电气控制系统存在的线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除困难等难题。由于PLC电气控制系统与继电器—接触器电气控制系统相比，具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点。
一、Z3050摇臂钻床简介
钻床是一种孔加工机床，可用来钻孔、扩孔、绞孔、攻螺纹及修刮端面等多种形式的加工。钻床的结构形式很多，有立式钻床、卧式钻床、深孔钻床等。摇臂钻床是一种立式钻床，它适用于单件或批量生产中带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常用的机床。
摇臂钻床主要由底座、内外立座、摇臂、主轴箱和工作台等组成。摇臂的一端为套筒，套装在外立柱上，并借助丝杠的正、反转可沿外立柱作上下移动。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上可通过手轮操作使其在水平导轨上沿摇臂移动。
加工时，根据工件高度的不同，摇臂借助于丝杠可带着主轴箱沿外立柱上下升降。在升降作台之前，应自动将摇臂松开，再进行升降，当达到所需的位置时，摇臂自动夹紧在立柱上。摇臂钻床钻削加工分为工作运动和辅助运动。工作运动包括：主运动（主轴的旋转运动）和进给运动（主轴轴向运动）；辅助运动包括：主轴箱沿摇臂的横向移动，摇臂的回转和升降运动。钻削加工时，钻头一面旋转一面作纵向进给。钻床的主运动是主轴带着钻头作旋转运动。进给运动是钻头的上下移动。辅助运动是主轴箱沿摇臂水平移动，摇臂沿外立柱上下移动和摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。摇臂回转和主轴箱的左右移动采用手动.当进行加工时，由特殊的加紧装置将主轴箱紧固在摇臂导轨上，而外立柱紧固在内立柱上，摇臂紧固在外立柱上，然后进行钻削加工。钻削加工时，钻头一边进行旋转切削，一边进行纵向进给，
二、PLC在电气控制系统中的应用
PLC是先进的工业化国家通用的标准工业控制设备，在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术，现在已经成为现代工业控制三大技术支柱（PLC，CAD/CAM，ROBOT）之一，可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作电子系统。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是一种专为工业生产自动化控制设计的，一般而言，无须任何保护措施就可以直接在工业环境中使用。然而，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行。要提高PLC控制系统可靠性，一方面生产厂家要提高PLC的抗干扰能力；另一方面，要在设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合，减少及消除干扰对PLC的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在新的时代，PLC会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，通过完美的人机界面、完备的通信设备、成熟的现场总线通信能力会更好地适应各种工业控制场合的需求，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在我国发电厂的电气自动化建设中发挥越来越大的作用。
三、Z3050摇臂钻床电气控制系统的原理
1.控制电路、信号及照明电路
在主电动机启动前，首先将自动开关Q2、Q3、Q4扳到接通状态，同时将配电盘的门关好并锁上。然后再将自动开关Q1扳到接通位置，电源指示灯亮。这时按下SB1，中间继电器K1通电并自锁，为主轴电动机与其他电动机的启动做好了准备。当按下按钮SB2时，交流接触器KM1线圈通电并自锁使主电动机旋转，同时主电动机旋转的指示灯H14亮。主轴的正转与反转用手柄通过机械变换的方法来实现。控制电路设有主轴启动按钮SB2和主轴停止按钮SB1。摇臂钻床的工作过程是由电气、机械、液压系统紧密结合实现的。摇臂升／降动作按照“摇臂松开→升降→摇臂夹紧”顺序进行。由摇臂松开行程开关SQ2与夹紧行程开关SQ3来控制。在摇臂夹紧前，由时问继电器KT延时1～3s后再夹紧。
主轴电机由按钮SB1、SB2和接触器KM1构成单向起动停止控制电路。摇臂升降由M2作动力，SB3和SB4分别为摇臂上升和下降的点动按钮。因为摇臂平时是夹紧在外立柱上，所以在摇臂升降之前，先要把摇臂松开，再由M2驱动升降：摇臂升降到位后，再重新将它夹紧。
2.立柱和主轴箱的松开及夹紧控制及信号灯
主轴箱和立柱的松、紧是同时进行的，SB5和SB6分别为松开和夹紧点动按钮，当按下松开按钮SB5，KM4线圈得电，液压泵电机M3正转，拖动液压泵送出压力油，这时电磁阀YV线圈处于断电状态，液压油进入主轴箱与立柱的松开油腔，使主轴箱与立柱松开或夹紧。由于YV线圈断电，液压油不会进入摇臂的松开油腔，摇臂仍处于夹紧状态。当主轴箱与立柱松开时，行程开关SQ4不受压，触头SQ4闭合，指示灯H11亮，表示主轴箱与立柱确已松开。可以手动操作主轴箱在摇臂的水平导轨上移动，也可推动摇臂使绕内立柱旋转移动，当移动到位后，再按下夹紧按钮SB6，接触器KM5线圈得电，液压泵电机M3反转，液压油进入夹紧油腔，使主轴箱与立柱夹紧。当确已夹紧、压下SQ4，H12灯亮，H11灭，指示主轴箱与立柱已夹紧，可以进行钻削加工。机床设有4个信号灯：电源指示灯H1、立柱和主轴箱松开指示灯H11、立柱和主轴箱夹紧指示灯H12、主轴电动机旋转指示灯H13。照明灯E1用SA2直接控制。信号（检测）元件：SQ1-摇臂上限位开关、SQ6-摇臂下限位开关；SQ2-摇臂松开检测、SQ3-摇臂夹紧检测；SQ4主轴箱立柱夹紧/松开检测；SQ5按下整个电路断电。
结论
本文章所研究的基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的设计实现了Z3050摇臂钻床的控制自动化，方便了工人在生产中对机床的实际操作。通过研究，可得出以下结论：可编程控制器是一种广泛应用于工业现场的新型控制器，具有结构简单，抗干扰性强，编程方便等特点，采用PLC自动控制技术取代了传统继电器—接触器电气控制系统，实现了对Z3050摇臂钻床的自动控制，从而提高了机床的工作效率、工作稳定性和可靠性，而且，还大大降低了工人的劳动强度，改善了产品的加工质量，降低了设备故障率，提高了生产率。另外，通过这次毕业设计使我对PLC和电控方面的知识又有了更加深刻的理解和掌握，为今后走向工作岗位从事相关工作奠定了很好的基础。
参考文献：
[1]李敬梅.电力拖动控制线路与技能训练（第五版）[M].中国劳动社会保障出版社，2014
[2]温玉春，刘刚，张松宇.PLC控制技术与应用[M].化学工业出版社，2018
[3]田苗，阎诚.摇臂钻床电气控制的总体设计与可编程控制[J].信息记录材料.2018（2）：43~ 44
[4]魏玥.基于PLC的立式车床控制系统的设计与实现.四川：电子科技大学，2014
[5]黄永红.电气控制与PLC应用技术（第2版）.机械工业出版社，2018
论文作者:王放放
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第12期
论文发表时间:2019/11/15
标签：主轴论文; 立柱论文; 钻床论文; 接触器论文; 控制系统论文; 指示灯论文; 电气论文; 《建筑细部》2019年第12期论文;