下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709851摘 要可編程控制器（PLC）廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床等工業(yè)控制中。數(shù)控機(jī)床的控制部分可分為數(shù)字控制和順序控制兩部分。 本文描述了數(shù)控機(jī)床的基本組成、工作原理、分類及各自的特點(diǎn)。并且對(duì)數(shù)控機(jī)床中的PLC 作了詳細(xì)的介紹，把 PLC 在數(shù)控機(jī)床上的控制做了設(shè)計(jì)。然后以搖臂鉆床 Z3040 為例，描述了它的設(shè)計(jì)過程，包括控制系統(tǒng)電路的分析，Z3040 搖臂鉆床原理圖，用 PLC 編寫程序?qū)C(jī)床進(jìn)行控制。關(guān)鍵詞：可編程控制器 數(shù)控機(jī)床 數(shù)字控制 順序控制 下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709852ABSTRACT Programmable controller (PLC) is widely used in nc machine tools and other industrial control. Part of CNC control can be divided into digital control and sequence control two parts.This paper describes the basic CNC composition, working principle, classification and their respective characteristics. And the PLC for nc machine tools have also been introduced in detail, the PLC in the control nc machine design. Then Z3040 with radial drilling machine as an example, describes its design process, including control system circuit analysis, Z3040 radial drilling machine principle diagram, using PLC programming control of machine.Keywords: programmable controller；nc machine tools；digital control；sequence control；下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709853目 錄摘 要 ……………………………………………………………………………………………1Abstract …………………………………………………………………………………………21 緒論 …………………………………………………………………………………………31.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 …………………………………………………………………………… 31.2 數(shù)控機(jī)床原理和特點(diǎn) ………………………………………………………………………41.3 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu) ……………………………………………………………………………62 PLC 的概述 ………………………………………………………………………………62.1 PLC 的基本特點(diǎn) …………………………………………………………………………72.2 PLC 的工作原理 ……………………………………………………………………………82.3 數(shù)控機(jī)床采用 PLC 電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) …………………………………………………92.3.1 PLC 與繼電器、接觸器相比較 ……………………………………………………92.3.2 PLC 與單片機(jī)比較 …………………………………………………………………103 Z3040 搖臂鉆床的基本概述 ………………………………………………………………113.1 Z3040 搖臂鉆床控制線路概述 …………………………………………………123.1.1 操縱機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)……………………………………………………123.1.2 夾緊機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng) ………………………………………………………123.2 Z3040 搖臂鉆床控制線路原理分析 ……………………………………………………123.3 Z3040 搖臂鉆床控制線路主電路分析 ……………………………………………………143.4 Z3040 搖臂鉆床控制線路控制電路分析 ………………………………………………143.4.1 主電動(dòng)機(jī)控制電路 …………………………………………………………………143.4.2 搖臂升降控制電路 ……………………………………………………………143.4.3 立柱和主軸箱松開、夾緊控制電路 …………………………………………153.4.4 冷卻泵控制電路 ……………………………………………………………………163.4.5 照明、信號(hào)線路電路 ………………………………………………………………164 Z3040 搖臂鉆床的 PLC 控制系統(tǒng) …………………………………………………164.1 PLC 的選型 …………………………………………………………………………………174.1.1 確定 I/O 點(diǎn)數(shù) ………………………………………………………………174.1.2 選配 PLC 的型號(hào) 下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709854……………………………………………………………………174.2 Z3040 搖臂鉆床的 PLC 控制 I/0（輸入、輸出）地址分配表 ………………… ………194.3 PLC 控制系統(tǒng)分析 ……………………………………………………………………194.3.1 主軸電動(dòng)機(jī)控制 ………………………………………………………………204.3.2 搖臂升降控制 … …………………………………………………………………204.3.3 立柱與主軸松開、夾緊控制 ……………………………………………………204.4 PLC 梯形圖程序設(shè)計(jì)……… …………………………………………………………204.4.1 系統(tǒng)預(yù)開程序 …………………………………………………………………214.4.2 主軸電動(dòng)機(jī)控制程序 ………………………………………………………………214.4.3 搖臂升降控制程序 ………………………………………………………………224.4.4 立柱箱、立柱、搖臂松開、夾緊控制程序 ……………………………………224.4.5 立柱箱、立柱松開、夾緊控制程序 ………………………………………234.4.6 冷卻泵控制 ………………………………………………………………234.4.7 信號(hào)指示梯形圖程序 ………………………………………………………………244.4.8 完整的 PLC 控制梯形圖 ………………………………………………………24參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………………25附 錄 ……………………………………………………………………………………26總 結(jié) ……………………………………………………………………………………31致 謝 …………………………………………………………………………32下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709855下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709856下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098571 緒論隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜。產(chǎn)品的精度要求越來越高、更新?lián)Q代的周期也越來越短，從而促進(jìn)了現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展。尤其是宇航、軍工、造船、汽車和模具加工等行業(yè)，用普通機(jī)床進(jìn)行加工（精度低、效率低、勞動(dòng)度大）已無法滿足生產(chǎn)要求，從而一種新型的用數(shù)字程序控制的機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。這種機(jī)床是一種綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制、精密測量和機(jī)械設(shè)計(jì)等新技術(shù)的機(jī)電一體化典型產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的自動(dòng)化機(jī)床。該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號(hào)碼，或其他符號(hào)編碼指令（刀具移動(dòng)軌跡信息）規(guī)定的程序。具體地講，把數(shù)字化了的刀具移動(dòng)軌跡的信息輸入到數(shù)控裝置，經(jīng)過譯碼、運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)控制刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出所需要的零件的機(jī)床，即為數(shù)控機(jī)床。1.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展⑴高速度高精度化數(shù)控系統(tǒng)的高速度高精度化要求數(shù)控系統(tǒng)在讀入加工指令數(shù)據(jù)后，能高速度計(jì)算出伺服電動(dòng)機(jī)的位移量，并能控制伺服電動(dòng)機(jī)高速度準(zhǔn)確地運(yùn)動(dòng)。此外，要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的高速度化，還必須要求主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率、刀具交換、托板交換等實(shí)現(xiàn)高速度化。提高微處理器的位數(shù)和速度是提高 CNC 速度的最有效的手段。⑵智能化 數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用高級(jí)速的重要目標(biāo)是智能化。智能化技術(shù)主要體現(xiàn)在以下方面。自適應(yīng)控制技術(shù) ，自適應(yīng)控制系統(tǒng)（AC,adaptive control）可對(duì)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)矩、功率、切削力、切削溫度、刀具磨損等參數(shù)值進(jìn)行自動(dòng)測量，并由 CPU 進(jìn)行比較運(yùn)算后，發(fā)出修改主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量大小的信號(hào)，確保 AC 系統(tǒng)處于最佳切削狀態(tài)，從而在保證加工質(zhì)量條件下，使加工成本最低或生產(chǎn)率最高。附加人機(jī)會(huì)話自動(dòng)變成功能 建立切削用量專家系統(tǒng)和示教系統(tǒng)，從而提高變成效率和降低對(duì)變成操作人員的技術(shù)水平的要求。具有設(shè)備故障自診斷功能 數(shù)控系統(tǒng)出了故障，控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行自診斷，并自動(dòng)采取排除故障的措施，以適應(yīng)長時(shí)間無人操作環(huán)境的要求。3.計(jì)算機(jī)群控計(jì)算機(jī)群控也叫做計(jì)算機(jī)直線數(shù)控系統(tǒng)（DNC） 。它是用一臺(tái)大型通用計(jì)算機(jī)為數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行編程，并直接控制一群數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)。⑸機(jī)床的發(fā)展趨勢數(shù)控機(jī)床總的發(fā)展趨勢是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可靠性等。工序集中 20 世紀(jì) 50 年代末期，在一般數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上開發(fā)了數(shù)控加工中心，即自備刀具庫的自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床。在加工中心機(jī)床上，工件一次裝夾后，機(jī)床的機(jī)械手可以自動(dòng)更換刀具，連續(xù)的對(duì)工件進(jìn)行多種工序加工。 目前，加工中心機(jī)床的刀具庫容量達(dá)到100 多把刀具，自動(dòng)換刀裝置的換刀時(shí)間僅需 0.5~2 秒。加工中心機(jī)床使工序集中在一臺(tái)機(jī)床上完成，減少了由于工序分散，工件多次安裝引起的定位誤差，提高了加工精度，同時(shí)也減少了機(jī)床的臺(tái)數(shù)與占地面積，壓縮了半成品的庫存量，減少了工序間的輔助時(shí)間，有效的提高了數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率和數(shù)控加下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709858工的經(jīng)濟(jì)效益。高速、高效、高精度是機(jī)械加工的目標(biāo)，數(shù)控機(jī)床因其價(jià)格昂貴，在上述三方面的發(fā)展也更為突出。數(shù)控機(jī)床制造廠把建立友好的人機(jī)界面、提高數(shù)控機(jī)床的可靠性作為提高競爭能力的主要方面。手工編程和自動(dòng)編程已經(jīng)使用了幾十年，有了長足的發(fā)展，在手工編程方面，開發(fā)多種加工循環(huán)、參數(shù)編程和除直線、圓弧以外的各種插補(bǔ)功能，CAD/CAM 的研究發(fā)展，從技術(shù)上來講可以替代手工編程。但是一套適用的 CAD/CAM 軟件加上計(jì)算機(jī)硬件，投資較大，學(xué)習(xí)、掌握時(shí)間較長，對(duì)大多數(shù)的簡單工件很不經(jīng)濟(jì)。近年來，發(fā)展起來的圖形交互式編程系統(tǒng)（WOP,又稱面向車間編程） ，很受用戶歡迎。這種編程方式不使用 G/M 代碼，而是借助圖形菜單，輸入整個(gè)圖形塊以及相應(yīng)參數(shù)作為加工指令，形成加工程序，與傳統(tǒng)加工時(shí)的思維方式類似。圖形交互編程方法在制定標(biāo)準(zhǔn)后，有可能成為各種型號(hào)的數(shù)控機(jī)床統(tǒng)一的編程方法。數(shù)控機(jī)床普遍采用彩色 CRT 進(jìn)行人機(jī)對(duì)話、圖形顯示和圖形模擬的。有的數(shù)控機(jī)床將采用說明書、編程指南、潤滑指南等存入系統(tǒng)供使用者調(diào)閱。1.2 數(shù)控機(jī)床原理和特點(diǎn)在對(duì)零件進(jìn)行數(shù)控加工之前，首先要根據(jù)被加工零件的圖樣和工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序格式編寫加工程序，并用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒊绦蛑噶钶斎氲綑C(jī)床的數(shù)控裝置中。數(shù)控系統(tǒng)對(duì)輸入的加工程序進(jìn)行譯碼、運(yùn)算之后，想機(jī)床輸出各種信息和指令，控制其各部分按規(guī)定有序地動(dòng)作（包括機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變速、啟停，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度、方向和位移大小，以及其他諸如刀具選擇交換、工件夾緊松開和冷卻潤滑液的啟、停等）。伺服系統(tǒng)的作用就是將進(jìn)給速度、位移量等信息轉(zhuǎn)換成機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，數(shù)控系統(tǒng)要求伺服系統(tǒng)能準(zhǔn)確、快速地跟隨控制信息，執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，檢測犯規(guī)系統(tǒng)將機(jī)械運(yùn)動(dòng)的實(shí)際位置、速度等信息反饋至數(shù)控系統(tǒng)中，并與指令數(shù)值進(jìn)行比較后發(fā)出相應(yīng)指令，修正所產(chǎn)生的偏差，提高數(shù)控機(jī)床的位置控制精度。總之，數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行在數(shù)控系統(tǒng)的嚴(yán)密監(jiān)控下，處在不斷地計(jì)算、輸入、輸出、反饋等控制過程中，從而保證數(shù)控機(jī)床能嚴(yán)格按照輸入程序的要求來執(zhí)行動(dòng)作。從數(shù)控機(jī)床最終要完成的任務(wù)看，主要有以下三個(gè)方面的內(nèi)容：1 主軸運(yùn)動(dòng)和普通機(jī)床一樣，主軸運(yùn)動(dòng)主要完成切削任務(wù)，其動(dòng)力約占機(jī)床動(dòng)力的 70%~80%?；究刂乒δ苁侵鬏S的正、反轉(zhuǎn)和停止，可自動(dòng)換擋及無極調(diào)速；對(duì)加工中心和有些數(shù)控車床，還要求主軸進(jìn)行高精確度準(zhǔn)停和分度功能、⑵進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)控機(jī)床區(qū)別于普通機(jī)床最主要的地方，即用電氣驅(qū)動(dòng)代替了機(jī)械驅(qū)動(dòng)，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由進(jìn)給伺服系統(tǒng)完成的。進(jìn)給伺服系統(tǒng)由進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置、伺服電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給傳動(dòng)鏈及位置檢測反饋裝置等組成。一般說來，數(shù)控機(jī)床功能的強(qiáng)弱主要取決于計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）裝置，而數(shù)控機(jī)床性能的優(yōu)勢，如運(yùn)動(dòng)速度與精度等，主要取決于進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。為了保證進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的位置精度，人們采取了一些有效的措施。如對(duì)機(jī)械傳動(dòng)鏈進(jìn)行預(yù)緊和反向間隙調(diào)整；采用高精度的位置檢測裝置；采用高性能的伺服驅(qū)動(dòng)裝置和伺服電動(dòng)機(jī)，來提高數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)算速度等。如圖 1-1 所示CNC 伺服驅(qū)動(dòng)裝置伺服電動(dòng)機(jī)速度檢測工作臺(tái)位置檢測反饋位置檢測速度反饋下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 119709859圖 1-1 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)⑶輸入/輸出（I/O）接口數(shù)控系統(tǒng)對(duì)加工程序處理后輸出的控制信號(hào)除了對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行精確的控制外，還需要對(duì)機(jī)床主軸啟/停、換向、刀具更換、工件夾緊/松開以及液壓、冷卻、潤滑、分度工作臺(tái)轉(zhuǎn)位等輔助運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。例如，通過對(duì)加工程序中的 M 代碼指令、機(jī)床操作面板上的控制開關(guān)及分布在機(jī)床各部位的行程開關(guān)、接近開關(guān)、壓力開關(guān)等輸入原件的檢測，由數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的可編程控制器（PLC）進(jìn)行邏輯運(yùn)算，輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)中間繼電器、接觸器、電磁閥及電磁制動(dòng)器等輸出原件，對(duì)冷卻泵、潤滑泵、液壓系統(tǒng)和啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制。數(shù)控機(jī)床是一種高效能自動(dòng)化加工設(shè)備。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有以下特點(diǎn)：⑴對(duì)零件加工的適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性好。因此數(shù)控機(jī)床能實(shí)現(xiàn)若干個(gè)坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，加工工程序可按對(duì)加工零件的要求而變換、而不需改變機(jī)械部分和控制部分的硬件，就能適應(yīng)新的工作要求。⑵加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定。在數(shù)控機(jī)床上加工零件，零件加工的精度和質(zhì)量有機(jī)床保證，完全消除了操作者的認(rèn)為誤差。所以數(shù)控機(jī)床的加工精度高，一致性好，加工質(zhì)量穩(wěn)定。⑶加工生產(chǎn)效率高。在數(shù)控機(jī)床上可以采用較大的切削用量，有效的節(jié)省了加工時(shí)間。還有自動(dòng)換刀。自動(dòng)轉(zhuǎn)速和其他輔助操作自動(dòng)化等功能，而且無需工序間的檢驗(yàn)與測量，故使輔助時(shí)間大為縮短。⑷能完成復(fù)雜型面的加工。許多復(fù)雜曲線和曲面的加工，普通機(jī)床無法實(shí)現(xiàn)而數(shù)控機(jī)床則完全可以做到。⑸減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。數(shù)控機(jī)床的加工，除了裝卸零件、操作鍵盤、觀察機(jī)床運(yùn)行外，其他機(jī)床動(dòng)作都是按照程序要求自動(dòng)連結(jié)地盡享切削加工，操作者不需要進(jìn)行繁重的重復(fù)手工操作。因此能減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。⑹有利于生產(chǎn)管理。采用數(shù)控設(shè)備，有利于向計(jì)算機(jī)控制和管理生產(chǎn)方向發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)制造和生產(chǎn)管理自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。1.3 數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098510數(shù)控機(jī)床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體四個(gè)部分組成，如圖 1-2所示。圖 1-2 數(shù)控機(jī)床的加工過程⑴控制介質(zhì) 控制介質(zhì)以指令的形式記載各種加工信息，如零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)和刀具運(yùn)動(dòng)等，將這些信息輸入到數(shù)控裝置，控制數(shù)控機(jī)床對(duì)零件切削加工。⑵數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，其功能是接受輸入的加工信息，經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件和邏輯電路進(jìn)行譯碼、運(yùn)算和邏輯處理，向伺服系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的脈沖，并通過伺服系統(tǒng)控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件按加工程序指令運(yùn)動(dòng)。⑶伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成，通常所說數(shù)控系統(tǒng)是指數(shù)控裝置與伺服系統(tǒng)的集成，因此說伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)。數(shù)控裝置發(fā)出的速度和位移指令控制執(zhí)行部件按進(jìn)給速度和進(jìn)給方向位移。每個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件都配備一套伺服系統(tǒng)，有的伺服系統(tǒng)還有位置測量裝置，直接或間接測量執(zhí)行部件的實(shí)際位移量，并反饋給數(shù)控裝置，對(duì)加工的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。⑷機(jī)床本體 數(shù)控機(jī)床的本體與普通機(jī)床基本類似，不同之處是數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單、剛性好，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠代替普通機(jī)床的絲杠和齒條傳動(dòng)，主軸變速系統(tǒng)簡化了齒輪箱，普遍采用變頻調(diào)速和伺服控制。下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985112 PLC的概述可編程控制器（以下簡稱 PLC）從其生產(chǎn)到現(xiàn)在，實(shí)現(xiàn)了接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的 PLC 在處理模擬量、數(shù)字運(yùn)算、人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)的各方面能力都已大幅度提高，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在各行業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。PLC 是基于電子計(jì)算機(jī)，且適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的點(diǎn)控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實(shí)現(xiàn)控制，而主要靠運(yùn)行存儲(chǔ)于 PLC 內(nèi)存中的程序，進(jìn)行入出信息變換實(shí)現(xiàn)控制。PLC 基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行如初信息變換，多只考慮信息本身，信息的如初，只要人機(jī)界面就可以了。而 PLC 則還要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，入便于安裝，抗干擾等問題。2.1 PLC的基本特點(diǎn)高可靠性（1）所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。（2）各輸入端均采用 R-C 濾波器，其濾波器時(shí)間常數(shù)一般為 10~20ms。（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。（4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。（5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的刷選。（6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟件、硬件發(fā)生異常情況，CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。（7）大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可靠性進(jìn)一步提高。豐富的 I/O 接口模塊:下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098512PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(hào)，如：交流或直流、開關(guān)量或模擬量、電壓或電流、脈沖或電位、強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機(jī)對(duì)話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等。采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需求，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC 的各個(gè)部件，包括 CPU、電源、I/O 等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。編程簡單易學(xué)PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式。對(duì)使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。安裝簡單，維修方便PLC 不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與 PLC 的相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。本設(shè)計(jì)中 PLC 實(shí)現(xiàn)的功能：開關(guān)量的邏輯控制。這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)組合邏輯控制、順序邏輯控制與定時(shí)控制。運(yùn)動(dòng)控制。PLC 使用專用的指令或運(yùn)動(dòng)控制模塊，使運(yùn)動(dòng)控制與順序控制功能有機(jī)結(jié)合在一起?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理。目前 PLC 都具有數(shù)據(jù)處理指令、數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)與邏輯運(yùn)算指令和循環(huán)位移與移位指令、所以由 PLC 構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)，可以方便地堆生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和加工處理。數(shù)據(jù)通常應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的機(jī)械手的控制系統(tǒng)中。位置控制。位置控制是指 PLC 使用的位置控制模塊來控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種機(jī)械構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)控制，如控制構(gòu)件的速度、位移、運(yùn)動(dòng)方向等。數(shù)控機(jī)床機(jī)械手的位置控制就是 PLC 的位置控制的典型應(yīng)用。2.2 PLC的工作原理由于 PLC 以微處理器為核心，故具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或 I/O 掃描方，若有鍵按下或有 I/O 變化，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，若無則繼續(xù)掃描等待。PLC 則是采用循環(huán)掃描的工作方式。對(duì)每個(gè)程序，CPU 從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。掃描周期的長短主要取決于以下幾個(gè)因素：一是 CPU 執(zhí)行指令的速度；二是執(zhí)行每條指令占用的時(shí)間；三是程序中指令條數(shù)的多少。一個(gè)掃描周期下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098513主要可分為 3 個(gè)階段。1．輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU 掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成輸入端刷新工作后，將關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。2．程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。3．輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器） ，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成 PLC 的實(shí)際輸出。由此可見，輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段構(gòu)成 PLC 一個(gè)工作周期，由此循環(huán)往復(fù)，因此稱為循環(huán)掃描工作方式。由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進(jìn)行的，所以亦將這兩個(gè)階段統(tǒng)稱為 I/O 刷新階段。實(shí)際上，除了執(zhí)行程序和 I/O 刷新外，PLC還要進(jìn)行各種錯(cuò)誤檢測（自診斷功能）并與編程工具通訊，這些操作統(tǒng)稱為"監(jiān)視服務(wù)"，一般在程序執(zhí)行之后進(jìn)行。掃描周期的長短主要取決于程序的長短。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。由于每個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次 I/O 刷新，即每一個(gè)掃描周期 PLC 只對(duì)輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，所以系統(tǒng)存在輸入輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。但是由于其對(duì) I/O 的變化每個(gè)周期只輸出刷新一次，并且只對(duì)有變化的進(jìn)行刷新，這對(duì)一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會(huì)造成影響，還會(huì)提高抗干擾能力。這是因?yàn)檩斎氩蓸与A段僅在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC 在一個(gè)工作周期的大部分時(shí)間是與外設(shè)隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖、短時(shí)間的，誤動(dòng)作將大大減小。但是在快速響應(yīng)系統(tǒng)中就會(huì)造成響應(yīng)滯后現(xiàn)象，這個(gè)一般 PLC 都會(huì)采取高速模塊。2.3 數(shù)控機(jī)床采用 PLC電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的電氣控制理論上講可以采用繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)和 PLC 控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。但是在實(shí)際工程中往往選擇一種經(jīng)濟(jì)、有效、性能優(yōu)越的控制方案，考慮到上述幾點(diǎn)，PLC 較適合組合機(jī)床的電氣控制。PLC、單片機(jī)、繼電器-接觸器控制系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：2.3.1 PLC與繼電器-接觸器相比較繼電器-接觸器控制系統(tǒng)自上世紀(jì)二十年代問世以來，一直是機(jī)電控制的主流。由于它的結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價(jià)格低廉，所以使用廣泛。它的缺點(diǎn)是動(dòng)作速度慢，可靠性差，采用微電腦技術(shù)的可編程順序控制器的出現(xiàn)，使得繼電接觸式控制系統(tǒng)更加遜色。PLC 等取代繼電接觸式控制邏輯。具體如下：(1) 控制邏輯：繼電接觸式控制系統(tǒng)采用硬接線邏輯，它利用繼電器等的觸電串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)，下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098514利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作等組合或控制邏輯，連線復(fù)雜、體積大、功耗也大。當(dāng)一個(gè)電氣控制系統(tǒng)研制完后，要想再做修改都要隨著現(xiàn)場接線的改動(dòng)而改動(dòng)。特別是想要能夠增加一些邏輯時(shí)就更加困難了，這都是硬接線的緣故。所以，繼電接觸式控制系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性較差?？删幊炭刂破鞑捎么鎯?chǔ)邏輯。它除了輸入端和輸出端要與現(xiàn)場連線以外，而控制邏輯是以程序的方式存儲(chǔ)在 PLC 的內(nèi)存當(dāng)中。若控制邏輯復(fù)雜時(shí)，則程序會(huì)長一些，輸入輸出的連線并不多。若需要對(duì)控制邏輯進(jìn)行修改時(shí)，只要修改程序就行了，而輸入輸出的連接線改動(dòng)不多，并且也容易改動(dòng)，因此，PLC 的靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)。而且 PLC 是由中大規(guī)模集成電路組裝成的，因此，功耗小，體積小。(2) 控制速度：繼電器接觸式控制系統(tǒng)的控制邏輯是依靠觸電的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的，工作頻率低。觸點(diǎn)的開閉動(dòng)作一般是幾十毫秒數(shù)量級(jí)。而且使用的繼電器越多，反映的速度越慢，還是容易出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)和觸點(diǎn)拉弧問題。而可編程控制器是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制的，速度相當(dāng)快。通常，一條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級(jí)。由于 PLC 內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題，更不會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)拉弧問題。(3) 定時(shí)控制和計(jì)數(shù)控制：繼電接觸式控制系統(tǒng)利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作來進(jìn)行定時(shí)控制。用時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制會(huì)出現(xiàn)定時(shí)的精度不高，定時(shí)時(shí)間易受環(huán)境的濕度和溫度變化而影響。有些特殊的時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不方便。而可編程程序控制器使用半導(dǎo)體集成電路作為定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體震蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高并且定時(shí)時(shí)間長，定時(shí)范圍廣。用戶可以根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時(shí)值。PLC根據(jù)給定的定時(shí)值，由軟件和硬件計(jì)數(shù)器來控制制定時(shí)間，定時(shí)精度高、定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境的影響，并且一旦調(diào)好，不會(huì)變化。并且 PLC 可以完成計(jì)數(shù)功能，而繼電接觸系統(tǒng)通常沒有計(jì)數(shù)功能。(4) 設(shè)計(jì)與施工。使用繼電接觸式控制系統(tǒng)完成一項(xiàng)控制工程，設(shè)計(jì)施工，調(diào)試必須順序進(jìn)行，周期長，而且修改困難而使用 PLC 來完成一項(xiàng)控制工程。設(shè)計(jì)完成以后，現(xiàn)場施工和控制邏輯的設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行，周期短，而且調(diào)試和修改均很方便。(5) 可靠性和維護(hù)性。繼電接觸式控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)在開閉時(shí)會(huì)受到電弧的損壞，壽命短。因而可靠性和維護(hù)性差。PLC 采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，可靠性高。PLC還配備了自檢和監(jiān)控功能，能自診斷出自身的故障，并隨時(shí)顯示給操作人員，還能動(dòng)態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便?？傊?，PLC 在性能上均優(yōu)越于繼電接觸式控制系統(tǒng)，特別是控制速度快，可靠性高，設(shè)計(jì)施工周期短，調(diào)試方便，控制邏輯修改方便，而且體積小，功耗低。2.3.2 PLC與單片機(jī)比較下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098515單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價(jià)格比較便宜等優(yōu)點(diǎn)，一般用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制。但是，單片機(jī)不是專門針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場的自動(dòng)化控制而設(shè)計(jì)的，所以它與 PLC 比較起來有以下缺點(diǎn)：(1) 單片機(jī)不如 PLC 容易掌握使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要使用微處理器的匯編語言編程。這就要求設(shè)計(jì)人員遇有一定的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)。對(duì)于那些只熟悉機(jī)電控制的技術(shù)人員來說，需要進(jìn)行相當(dāng)長一段時(shí)間系統(tǒng)地學(xué)習(xí)單片機(jī)的知識(shí)才能掌握。而 PLC 采用了面向操作者的語言編程，如梯形圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖等，對(duì)于使用者來說，無需了解復(fù)雜的計(jì)算機(jī)知識(shí)，而只要用較短時(shí)間去熟悉 PLC 的簡單指令系統(tǒng)及操作方法，就可以使用和編程。(2) 單片機(jī)不如 PLC 使用簡單使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要在輸入輸出接口上做大量的工作。例如，要考慮工程現(xiàn)場與單片機(jī)的連接，輸出帶負(fù)載能力、接口的擴(kuò)展，接口的工作方式等。除了要進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，還要在單片機(jī)的外圍進(jìn)行很多硬件和軟件工作，才能與控制現(xiàn)場連接起來，調(diào)試也較繁瑣。而 PLC 的輸入/輸出接口已經(jīng)做好，輸入接口可以與無外接電源的開關(guān)直接連接，非常方便。輸出接口具有一定的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力，能適應(yīng)一般的控制要求。而且，在輸入接口、輸出接口，由光電耦合器件，使現(xiàn)場的干擾信號(hào)不容易進(jìn)入 PLC。(3) 單片機(jī)不如 PLC 可靠使用單片機(jī)進(jìn)行工業(yè)控制，突出的問題就是抗干擾性能較差。通過上面的比較，針對(duì)數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)，雖然 PLC 的價(jià)格高一些，但良好的穩(wěn)定性和高度的可靠性可確保機(jī)床在加工零件時(shí)的精度，所以決定采用 PLC 控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。3 Z3040搖臂鉆床的基本概述鉆床是孔加工機(jī)床，用來進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲及修刮端面等多種形式的加工。在各類鉆床中，搖臂鉆床操作方便、靈活，適用范圍廣，具有典型性，特別適用于單件或批量生產(chǎn)中帶有多孔大型零件的孔加工，是一般機(jī)械加工車間常見的機(jī)床。搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)立柱、外立柱、搖臂、主軸箱及工作臺(tái)等部分組成。內(nèi)立柱固定在底座的一端，外面套有外立柱，外立柱可繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn) 360°。搖臂的一端為套筒，套裝在外立柱上，并借助絲杠的正反轉(zhuǎn)沿外立柱做上下移動(dòng)。由于絲杠與外立柱連成一體，而升降螺母固定在搖臂上，所以搖臂不能繞外立柱轉(zhuǎn)動(dòng)，只能與外立柱一起繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)。主軸箱安裝在搖臂的水平導(dǎo)軌上，可以通過手輪操作使其在水平導(dǎo)軌上沿?fù)u臂移動(dòng)。當(dāng)進(jìn)行加工時(shí)，由特殊的夾緊裝置將主軸箱緊固在搖臂導(dǎo)軌上，外立柱緊固在內(nèi)立柱上，搖臂緊固在外立柱上，然后進(jìn)行鉆削加工。鉆削加工時(shí)，鉆頭一面旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削，一面進(jìn)行縱向進(jìn)給。綜上所述，搖臂鉆床的運(yùn)動(dòng)方式有：1 主運(yùn)動(dòng)，主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；2 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主軸的縱向進(jìn)給；下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985163 輔助運(yùn)動(dòng)，搖臂沿外立柱垂直移動(dòng)，主軸箱沿?fù)u臂長度方向移動(dòng)，搖臂與外立柱一起繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。Z3040 型搖臂鉆床適合于在大、中型零件上進(jìn)行孔加工，其運(yùn)動(dòng)形式有主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、搖臂的升降運(yùn)動(dòng)、立柱的夾緊和放松、搖臂的回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動(dòng)。主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)異動(dòng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，搖臂的升降由一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，搖臂、立柱和主軸箱的夾緊/放松由一臺(tái)液壓泵電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，搖臂的回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動(dòng)通常采用手動(dòng)。此外，還有一臺(tái)冷卻泵電動(dòng)機(jī)對(duì)刀具和工件進(jìn)行冷卻。加工螺紋時(shí)，主軸需要正反轉(zhuǎn)，該機(jī)床采用機(jī)械變換方法來實(shí)現(xiàn)，故主電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向。此外，為保證安全生產(chǎn)，其主軸旋轉(zhuǎn)和搖臂升降不允許同時(shí)進(jìn)行。3.1 Z3040搖臂鉆床控制線路概述Z3040 搖臂鉆床主要有兩種主要運(yùn)動(dòng)和其他輔助運(yùn)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)是指主軸帶動(dòng)鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指鉆頭的垂直運(yùn)動(dòng)；輔助運(yùn)動(dòng)是指主軸箱沿?fù)u臂水平運(yùn)動(dòng)，搖臂沿外立柱上下移動(dòng)以及搖臂和外立柱一起相對(duì)于內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。Z3040 搖臂鉆床具有兩套液壓控制系統(tǒng)：一套是由主軸電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)齒輪泵送出壓力油，通過操縱機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主軸正反轉(zhuǎn)、停車控制、空擋、預(yù)選與變速；另一套是由液壓電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)液壓泵送出壓力油來實(shí)現(xiàn)搖臂的夾緊和松開、主軸箱的夾緊與松開、立柱的夾緊與松開。前者安裝在主軸箱內(nèi)，后者安裝在搖臂電器盒下部。3.1.1 操縱機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)該系統(tǒng)壓力油由主軸電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)齒輪泵送出，由主軸操作手柄來改變兩個(gè)操縱閥的相互位置，獲得不同的動(dòng)作。操作手柄有五個(gè)空間位置：上、下、里、外和中間位置，其中上為“空擋” ，下為“變速” ，外為“正轉(zhuǎn)” ，里為“反轉(zhuǎn)” ，中間位置為“停車” 。而主軸轉(zhuǎn)速及主軸進(jìn)給量各有一個(gè)旋鈕預(yù)選，然后在操作主軸手柄。主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，首先按下主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)按鈕，主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)旋轉(zhuǎn)，拖動(dòng)齒輪泵，送出壓力油。然后操縱主軸手柄，板至所需轉(zhuǎn)向位置（里或外） ，于是兩個(gè)操縱閥相互位置轉(zhuǎn)變，使一股壓力油將制動(dòng)摩擦離合器松開，為主軸旋轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件；另一股壓力油壓緊正轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）摩擦離合器，接通主軸電動(dòng)機(jī)的主軸的傳送鏈，驅(qū)動(dòng)主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。在主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)過程中，可轉(zhuǎn)動(dòng)變速按鈕，改變主軸轉(zhuǎn)速或主軸進(jìn)給量。主軸停車時(shí)，將操作手柄扳回中間位置，這時(shí)主軸電動(dòng)機(jī)仍拖動(dòng)齒輪泵旋轉(zhuǎn)。但此時(shí)整個(gè)液壓系統(tǒng)為低壓油，無法松開制動(dòng)摩擦離合器，而在制動(dòng)彈簧作用下將制動(dòng)摩擦離合器壓緊，使制動(dòng)軸上的齒輪不能轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主軸停車。所以主軸停車時(shí)主軸發(fā)動(dòng)機(jī)仍在旋轉(zhuǎn)，只是不能將動(dòng)力傳到主軸。主軸變速與進(jìn)給變速：將主軸手柄扳至“變速”位置，于是改變兩個(gè)操縱閥的相互位置，使齒輪泵送出的壓力油進(jìn)入主軸轉(zhuǎn)速預(yù)選閥和主軸進(jìn)給量預(yù)選閥，然后進(jìn)入各變速油缸。與此同時(shí)，另一油路系統(tǒng)推動(dòng)拔叉緩慢運(yùn)動(dòng)，逐漸壓緊主軸正轉(zhuǎn)摩擦離合器，接通主軸電動(dòng)機(jī)到主軸的傳動(dòng)鏈，帶動(dòng)主軸緩慢旋轉(zhuǎn)，稱為緩速，以利于齒輪的順利嚙合。當(dāng)變速完成，松開操作手柄，此時(shí)手柄在彈簧作用下由“變速”位置自動(dòng)復(fù)位到主軸“停車”下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098517位置，然后在操縱主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，主軸將在新的轉(zhuǎn)速或進(jìn)給量下工作。3.1.2夾緊機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)主軸箱、內(nèi)外立柱和搖臂的夾緊和松開是由液壓泵電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)液壓泵電動(dòng)機(jī)送出壓力油，推動(dòng)活塞、菱形塊來實(shí)現(xiàn)的。Z3040 搖臂鉆床共有四大電動(dòng)機(jī)：主電動(dòng)機(jī) M1，搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3和冷卻泵電動(dòng)機(jī) M4。3.2 Z3040搖臂鉆床控制線路原理分析下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098518圖 3-1 Z3040 搖臂鉆床原理圖Z3040 型搖臂鉆床控制線路原理圖上圖，Z3040 型搖臂鉆床的動(dòng)作是通過機(jī)、電、液進(jìn)行聯(lián)合控制實(shí)現(xiàn)的。該機(jī)床控制電路采用 380V/100V 隔離變壓器供電，但其二次繞組增設(shè)24V 安全電壓供局部照明使用。斷路器 QF1 既作為機(jī)床線路的電源總開關(guān)，又作為機(jī)床線路和主軸電機(jī) M1 的短路及過載保護(hù)元件，斷路器 QF2 臥搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2、液壓泵電機(jī) M3、冷卻泵電機(jī) M4 的隔離開關(guān)和過載及短路保護(hù)元件。QF3、QF4、QF5 分別為機(jī)床控制電路、機(jī)床工作信號(hào)指示電路和機(jī)床工作照明電路和過載及短路保護(hù)開關(guān)。開車前的準(zhǔn)備。首先將隔離開關(guān)接通，將電源引入開關(guān) QF1 扳到“接通”位置，接通三相交流電源，此時(shí)總電源指示燈 HL1 亮，表示機(jī)床電氣電路已進(jìn)入帶電狀態(tài)。按下總啟動(dòng)按鈕 SB1，中間繼電器 KA 線圈通電吸合并自鎖，為主電動(dòng)機(jī)及其他電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)多準(zhǔn)備，同時(shí)觸點(diǎn) KA 閉合，為其他三個(gè)指示燈通電做準(zhǔn)備。3.3 Z3040搖臂鉆床控制線路主電路分析1.M1 為單方向旋轉(zhuǎn)，由接觸器 KM1 控制，主軸的正反轉(zhuǎn)則由機(jī)床液壓系統(tǒng)操縱機(jī)構(gòu)配合正反轉(zhuǎn)摩擦離合器實(shí)現(xiàn)，并由熱繼電器 FR1 作電動(dòng)機(jī)長期過載保護(hù)。 2. M2 由正、反轉(zhuǎn)接觸器 KM2、KM3 控制實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)?？刂齐娐繁ＷC，在操縱搖臂升降時(shí)，首先使液壓泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)旋轉(zhuǎn)，供出壓力油，經(jīng)液壓系統(tǒng)將搖臂松開，然后才使電動(dòng)機(jī) M2 起動(dòng)，拖動(dòng)搖臂上升或下降。當(dāng)移動(dòng)到位后，保證 M2 先停下，再自動(dòng)通過液壓系統(tǒng)將搖臂夾緊，最后液壓泵電機(jī)才停下。M2 為短時(shí)工作，不設(shè)長期過載保護(hù)。 3.M3 由接觸器 KM4、KM5 實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，并有熱繼電器 FR2 作長期過載保護(hù)。 4.M4 電機(jī)容量小，僅 0.125kW，由開關(guān) QS 控制。3.4 Z3040搖臂鉆床控制線路控制電路分析由變壓器 TC 將 380V 交流電壓降為 110V，作為控制電源。指示燈電源為 6V。3.4.1主電動(dòng)機(jī)控制電路按下起動(dòng)按鈕 SB2，接觸器 KM1 吸合并自鎖，主軸電動(dòng)機(jī) M1 起動(dòng)并運(yùn)轉(zhuǎn)。按下停止按鈕 SB8，接觸器 KM1 釋放，主軸電動(dòng)機(jī) M1 停轉(zhuǎn)。3.4.2 搖臂升降控制電路搖臂上升、下降分別由 SB3、SB4 點(diǎn)動(dòng)控制。按上升按鈕 SB3，時(shí)間繼電器 KT1 得電吸合，瞬時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn)（33-35）閉合，接觸器KM4 得電吸合，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3 接通電源正向旋轉(zhuǎn)，供給壓力油。壓力油經(jīng)分配閥體進(jìn)入搖臂松開的油腔，推動(dòng)活塞，使搖臂松開。當(dāng)搖臂完全松開后，活塞桿通過彈簧片壓下限位開關(guān) ST2，使其動(dòng)斷觸點(diǎn) ST2（17－33）斷開，使接觸器 KM4 線圈斷電釋放，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3 停轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，另一動(dòng)合觸點(diǎn) ST2（17-21）閉合，接觸器 KM2 線圈通電吸合，其主觸點(diǎn)接通升降電動(dòng)機(jī) M2 的電源，M2 啟動(dòng)正向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖臂上升。如果搖臂沒有松開，ST2 的動(dòng)合觸點(diǎn)也不能閉合，KM2 就不能吸合，M2 不能旋轉(zhuǎn)，搖臂也就不可能上升，保證了只有在搖臂可靠松開后才能使搖臂上升。當(dāng)搖臂上升到所需位置時(shí)，松開按鈕 SB3，接觸器 KM2 和時(shí)間繼電器 KT1 同時(shí)斷電釋下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098519放，搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2 停轉(zhuǎn)，搖臂停止上升。由于 KT1 釋放，其延時(shí)閉合的動(dòng)斷觸點(diǎn)（47-49）經(jīng) 1-3 秒延時(shí)后閉合，接觸器 KM5 的線圈經(jīng)（1-3-5-7-47-49-51-6-2）線路通電吸合，液壓電動(dòng)機(jī) M3 反向起動(dòng)旋轉(zhuǎn)，供給壓力油。壓力油經(jīng)分配閥進(jìn)入搖臂夾緊油腔，向相反方向推動(dòng)活塞，使搖臂夾緊。同時(shí)，活塞桿通過彈簧片壓下限位開關(guān) ST2 動(dòng)斷觸點(diǎn)（7-47）斷開，接觸器 KM5 斷電釋放，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3 停止旋轉(zhuǎn)，完成了搖臂的松開－上升－夾緊動(dòng)作。搖臂上升的動(dòng)作過程如下： ????。位 置 ， 松 開 搖 臂 上 升 到 預(yù) 定壓 下正 轉(zhuǎn)按 正 轉(zhuǎn)吸 合 停 轉(zhuǎn)斷 電吸 合吸 合32323414SBSTMMKKT ??搖臂的下降過程與上升基本相同，它們的夾緊和放松電路完全一樣。所不同的是按下降按鈕 SB4 時(shí)為 KM3 線圈得電，搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2 反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖臂下降。時(shí)間繼電器 KT1 的作用是控制 KM5 的吸合時(shí)間，使 M2 停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，再夾緊搖臂。KT1的延時(shí)時(shí)間應(yīng)視搖臂在 M2 斷電至停轉(zhuǎn)前的慣性大小調(diào)整，應(yīng)保證搖臂上升（或下降）后才進(jìn)行夾緊，一般調(diào)整在 1～3 秒。搖臂升降的限位保護(hù)，由組合開關(guān) ST1 來實(shí)現(xiàn)。ST1 有兩對(duì)觸點(diǎn)，ST1-1 是搖臂上升時(shí)的極限位置保護(hù)，ST1-2（27-17）是搖臂下降時(shí)的極限位置保護(hù)。當(dāng)搖臂上升到極限位置時(shí)，ST1-1(15-17)動(dòng)作，將電路斷開，則 KM2 斷電釋放，搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2 停止旋轉(zhuǎn)。但ST1 的另一觸點(diǎn) ST1-2（27-17）仍處于閉合狀態(tài)，保證搖臂能夠下降。同理，當(dāng)搖臂下降到極限位置時(shí)，ST1-2（27-17）動(dòng)作，電路斷開，KM3 釋放，搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2 停轉(zhuǎn)。而ST1 的另一動(dòng)斷觸點(diǎn) ST1-1(15-17)仍閉合，以保證搖臂能夠上升。搖臂的自動(dòng)夾緊是由行程 ST3 來控制的。如果液壓夾緊系統(tǒng)出現(xiàn)故障而不能自動(dòng)夾緊搖臂，或者由于 ST3 調(diào)整不當(dāng)，在搖臂夾緊后不能使 ST3（7-47）的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，都會(huì)使液壓泵電動(dòng)機(jī)處于長期過載運(yùn)行狀態(tài)，這是不允許的。為了防止損壞液壓泵電動(dòng)機(jī)，電路中使用了熱繼電器 FR2。搖臂夾緊動(dòng)作過程如下：搖臂升到預(yù)定位置，松開 SB3→KT1（47-49）斷電延時(shí)閉合→KM5 吸合、M3 反轉(zhuǎn)→搖臂夾緊→ST3（7-47）受壓斷開→KM5、M3、均斷電釋放。3.4.3 立柱和主軸箱松開、夾緊控制電路立柱和主軸箱的松開及夾緊控制可單獨(dú)進(jìn)行，也可同時(shí)進(jìn)行，由轉(zhuǎn)換開關(guān) SA2 和復(fù)位按鈕 SB7（或 SB8）進(jìn)行控制。SA2 有 3 個(gè)位置：中間位（零位）時(shí)，立柱和主軸箱的松開或夾緊同時(shí)進(jìn)行；左邊位為立柱的夾緊或放松；右邊位為主軸箱的夾緊或放松。復(fù)合按鈕SB7、SB8 分別為松開、夾緊控制按鈕。以主軸箱的松開和夾緊為例：先將 SA2 扳到右側(cè)，觸點(diǎn)（57-59）接通， （57-63）斷開。當(dāng)要主軸箱松開時(shí)，按松開按鈕 SB7，時(shí)間繼電器 KT2、KT3 的線圈同時(shí)得電， ，KT2 是斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器，它的斷電延時(shí)斷開的常開觸點(diǎn) （7-57）在通電瞬間閉合，電磁鐵 YA1通電吸合。經(jīng) 1-3 秒延時(shí)后，KT3 的延時(shí)閉合常開觸點(diǎn)（7-41）閉合，接觸器 KM4 線圈經(jīng)（1-3-5-7-41-43-37-39-6-2）線圈斷電，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3 正轉(zhuǎn)，壓力油經(jīng)分配閥進(jìn)入主軸箱右缸，推動(dòng)活塞使主軸箱放松。活塞桿下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098520使行程開關(guān) ST4 復(fù)位，觸點(diǎn) ST4 常閉開關(guān),ST4 常開閉合。指示燈 HL2 亮，表示主軸箱已松開。主軸箱夾緊的控制線路及工作原理與松開時(shí)相似，只要按松開按鈕 SB7 換成夾緊按鈕SB8，接觸器 KM4 換成 KM5，M3 由正向轉(zhuǎn)動(dòng)變成反向轉(zhuǎn)動(dòng)，指示燈 HL2 換成 HL3 即可。當(dāng)把轉(zhuǎn)換開關(guān) SA3 拌到左側(cè)時(shí)，觸點(diǎn)（57-63）接通， （57-59）斷開。按松開按鈕 SB7或夾緊按鈕 SB8 時(shí)，電磁鐵 YA2 通電，此時(shí)，立柱松開或夾緊；SA2 在中間位時(shí)，觸點(diǎn)（57-59） 、 （57-63）均接通。按 SB7 或 SB8，電磁鐵 YA1、YA2 均通電，主軸箱和立柱同時(shí)進(jìn)行松開或夾緊。其他動(dòng)作過程與主軸箱松開或夾緊時(shí)完全相同，不在論述。由于立柱和主軸箱的松開與夾緊是短時(shí)間的調(diào)整工作，故采用點(diǎn)動(dòng)控制方式。3.4.4 冷卻泵控制電路冷卻泵電動(dòng)機(jī) M4 容量小，所以用組合開關(guān) QS 直接控制其運(yùn)行和停止。3.4.5 照明、信號(hào)電路（1）機(jī)床照明電路 QF5 機(jī)床工作照明電路開關(guān)，同時(shí)過載及短路保護(hù)作用，EL 為工作照明燈。（2）工作信號(hào)指示 HL1 電源指示燈，當(dāng)和上 QF2 時(shí) HL1 指示燈亮，HL2 為立柱和主軸箱松開指示燈，HL3 為立柱和主軸箱夾緊指示燈，分別由限位開關(guān) ST4 長閉觸頭和 ST4 常開觸頭控制。HL4 為主軸電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)指示燈，由 KM1 常開觸頭控制。4 Z3040搖臂鉆床的 PLC控制系統(tǒng)搖臂鉆床運(yùn)動(dòng)部件較多，為簡化傳動(dòng)裝置，采用多臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制，通常沒有主軸電動(dòng)機(jī)、搖臂升降電動(dòng)機(jī)、立柱夾緊和放松電動(dòng)機(jī)及冷卻泵電動(dòng)機(jī)。搖臂鉆床為適應(yīng)各種形式加工，要求主軸及進(jìn)給有較大的調(diào)速范圍。主軸一般速度下的鉆床加工為恒功率負(fù)載，而低速是用于擴(kuò)孔、絞孔及螺紋加工，屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。搖臂鉆床的主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)皆為主軸運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)主軸電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，分別經(jīng)主軸和進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給。主軸變速機(jī)構(gòu)與進(jìn)給變速機(jī)構(gòu)均裝在主軸箱內(nèi)。為加工螺紋，主軸要求有正、反轉(zhuǎn)，一般由機(jī)械方法獲得，為此主軸電動(dòng)機(jī)只需單方向旋轉(zhuǎn)。搖臂的升降由升降電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，要求電動(dòng)機(jī)能正、反轉(zhuǎn)。搖臂的夾緊和放松是由電氣和液壓聯(lián)合控制，并且有夾緊和放松指示。內(nèi)外立柱的夾緊與放松， 、主軸箱與搖臂的夾緊與放松可采用手柄機(jī)械操作、電氣-液壓-機(jī)械裝置等方法來實(shí)現(xiàn)。鉆削加工時(shí)，需要對(duì)刀具和工件進(jìn)行冷卻，為此需冷卻泵電動(dòng)機(jī)輸送冷卻液。要有必要的限位、連鎖和過載保護(hù)，且具有局部安全照明。4.1 PLC的選型目前各國生產(chǎn)的 PLC 品種繁多，發(fā)展迅速。在中國的市場上最具競爭力的有德國西門子公司、日本三菱系列、歐姆龍公司、AB 公司所推出的 PLC 均為從小到大全系列的產(chǎn)品，可滿足各種各樣的需求。下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098521三菱公司的產(chǎn)品有：FX 系列：為小型 PLC，單元式，單機(jī)最大容量為 256 點(diǎn)。A 系列、ANS 系列、Q 系列、QNA 系列等為模塊式大型 PLC，最大容量為 8K 點(diǎn)。西門子公司的產(chǎn)品有：S7-200:微型 PLC，單機(jī)最大容量為 256 點(diǎn)；S7-300:小到中型 PLC 單機(jī)最大容量為 1K；S7-400:大到超大型 PLC，單機(jī)可組態(tài)點(diǎn)數(shù)過萬點(diǎn)。2．選配 PLC 的型號(hào)S7-300 的 PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動(dòng)檢測、監(jiān)測及控制等。S7-300 PLC 的強(qiáng)大功能使其無論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。4.1.1 確定 I/O點(diǎn)數(shù)根據(jù)控制電路來確定 I/O 端口點(diǎn)數(shù)，其中：按鈕 8 個(gè)，行程開關(guān) 5 個(gè)，轉(zhuǎn)換開關(guān) 1 個(gè)（觸點(diǎn)位置 3 個(gè)） ，熱繼電器常閉 2 個(gè)，電壓繼電器觸點(diǎn) 1 個(gè)，控制線路電源總開關(guān) 1 個(gè)，共 20 個(gè)輸入端口點(diǎn)數(shù)；接觸器 7 個(gè)，電壓繼電器一個(gè)，信號(hào)燈 4 個(gè)，共計(jì) 12 個(gè)輸出端口點(diǎn)數(shù)。4.1.2 選配 PLC的型號(hào)在選用 PLC 上，根據(jù) Z3040 型搖臂鉆床的電氣部分，輸出端口需要 12 個(gè)，輸入端口需要 20 個(gè)。而且并不通過網(wǎng)絡(luò)或其他方式做遠(yuǎn)程控制。因此，考慮到經(jīng)濟(jì)，實(shí)用，穩(wěn)定等方面因素。我決定選用 SIMATIC S7-300 作為本次設(shè)計(jì)所用 PLC。其 I/O 接線圖如下圖 4-1 所示。下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 1197098522圖 4-1 Z3040 搖臂鉆床 I/O 接線圖4.2 Z3040型搖臂鉆床 PLC控制 I/O(輸入、輸出）地址分配表I（輸入）序號(hào) 名稱 代號(hào) 地址S7-300下載后文件包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985231 控制線路電源總開關(guān) QF3 I0.02 總停止按鈕 SB7 I0.13 總啟動(dòng)按鈕 SB1 I0.24 電壓繼電器 AV I0.35 主軸電動(dòng)機(jī) M1 熱繼電器 FR1 I0.46 主軸電動(dòng)機(jī) M1 啟動(dòng)按鈕 SB2 I0.57 主軸電動(dòng)機(jī) M1 停止按鈕 SB8 I0.68 搖臂上升按鈕 SB3 I0.79 搖臂下降按鈕 SB4 I1.010 搖臂上升上限位行程開關(guān) ST1-1 I1.111 搖臂下降下限位行程開關(guān) ST1-2 I1.212 主軸箱、立柱、搖臂松開行程開關(guān) ST2 I1.313 主軸箱、立柱、搖臂夾緊行程開關(guān) ST3 I1.414 液壓泵電動(dòng)機(jī) M3 熱繼電器 FR2 I1.515 主軸箱、立柱松開按鈕 SB5 I1.616 主軸箱、立柱夾緊按鈕 SB6 I1.717 立柱夾緊放松指示行程開關(guān) ST4 I2.018 主軸箱松開、夾緊 SA-1 I2.119 立柱松開、夾緊 SA-2 I2.220 主軸箱、立柱松開、夾緊 SA-3 I2.3O（輸出）序號(hào) 名稱 代號(hào) 地址1 電壓繼電器 KV Q0.02 主軸電動(dòng)機(jī) M1 接觸器 KM1 Q0.13 搖臂上升接觸器 KM2 Q0.24 搖臂下降接觸器 KM3 Q0.35 主軸箱、立柱、搖臂松開接觸器 KM4 Q0.46 主軸箱、立柱、搖臂夾緊接觸器 KM5 Q0.57 主軸箱松開、夾緊電磁鐵 YA1 Q0.68 立柱松開、夾緊電磁鐵 YA2 Q0.79 電源指示 HL1 Q1.010 立柱松開指示 HL2 Q1.111 立柱夾緊指示 HL3 Q1.212 主電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)指示 HL4 Q1.34.3 PLC控制系統(tǒng)分析先將自動(dòng)開關(guān) QF2～QF5 接通，在將電源總開關(guān) QF1 扳倒“接通”位置，引入三相電源。PLC 上電，電源指示燈點(diǎn)亮表示機(jī)床已處于帶電