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1、目 录第一部分 设计任务与调研2第二部分 设计说明3第三部分 设计成果9第四部分 结束语14第五部分 致谢15第六部分 参考文献161第一部分 设计任务与调研1、毕业设计的主要任务 实现Z3050摇臂钻床PLC改造设计与故障排除，程序模拟调试以及电气控制线故障的分析及检修获取成功。2、设计的思路、步骤、方法2.1 设计的思路 充分运用三年所学专业知识和实践技能，图书馆相关资料查询，依托学院电工实训中心和自动化设备维修实训中心的Z3050型摇臂钻床、PLC等实训设备，制定详细的设计方案和阶段进度计划，详细记录设计过程及存在的设计问题，通过程序设计、模拟调试、常见故障及检修与排除、修订完善，实现Z
2、3050摇臂钻床PLC改造设计与故障排除，程序模拟调试、故障排除获得成功。2.2 设计的步骤 分析机床基本结构、主要功能、运动形式、控制顺序、控制要求、分析原理图、确定Z3050摇臂钻床电器元件的选择及元件布局图、PLC的选型、硬件系统和软件程序设计、PLC的I/O分配、绘制PLC的外部接线图和控制系统接线、常见故障及检修与排除。2.3 设计的方法 通过网上文献搜寻、学院图书馆查阅、设备选型、PLC编程及实训室的程序调试、排故实训室常见故障及检修与排除。Z3050摇臂钻床的实物图，控制原理图，外部接线图，梯形图，这些图片我们更充分的去理解，分析。3、调研的目的和总结 通过调研能让我们对Z305
3、0摇臂钻床的控制和性能多方面进行清晰的解读，性能特点，技术指标，优缺点等等，增强我们实践能力，培养了自主探索精神，加强了设计说服力，在这次调研中，我们体会到：调研的重要性，在实践中学习，在操作中发现问题、解决问题。通过调研，能不断提高我们应对和突发事件的应变能力和水平，大大的提高了工作的效率，降低成本，最后带来更多的利润。第二部分 设计说明1、Z3050摇臂钻床的简介1.1 Z3050摇臂钻床的主要结构 钻床是一种用途广泛的孔加工机床。它由底座、立柱（内、外）、摇臂、主轴箱、主轴、工作台（固定工件）等部件组成。工作台用螺柱固定在底座上，工作台上面固定加工工件。内立柱也固定在底座上，在它外面套有
4、外立柱，摇臂可连同外立柱绕内立柱旋转360。摇臂的一端是套筒，套装在外立柱上，可以沿外立柱作上下移动。主轴箱安装在摇臂水平轨导上，可沿摇臂水平导轨移动，主轴箱也是一个复合部件，由主轴及主轴旋转部件，进给和变速机构，机床操作机构等部分组成。图1-1 Z3050摇臂钻床结构示意图2、Z3050摇臂钻床的运动形式 摇臂钻床进行加工时，可用特殊的夹紧机构将摇臂紧固在外立柱上，同时外立柱紧固在内立柱上，主轴箱紧固在摇臂轨导上，然后进行钻削加工。其运动形式为：（1）主运动： 主轴带动钻头刀具作旋转运动。（2）进给运动：主轴的上、下进给运动。（3）辅助运动：外立柱和摇臂绕内立柱作回转运动 摇臂沿外立柱作升降
5、运动 主轴箱沿摇臂水平移动 夹紧与放松运动，摇臂与外立柱、外立柱与内立柱、主轴箱与摇臂间的3、Z3050摇臂钻床的控制原理图及分析3.1 主电路分析 主电路有四台电动机，分别是主轴电动机，摇臂升降电动机，液压泵电动机和冷却泵电动机。冷却泵电动机采用直接启动，其他三台异步电动机均采用接触器直接启动。 M1是由交流接触器KM1控制，只要求单方向旋转，主轴的正反转由机械手柄操作，M1为主轴电动机，热继电器FR1在电路中起过载保护作用。 M2分别由接触器KM2、KM3来控制摇臂升降电动机的正、反转，摇臂升降电动机装设于主轴顶部。由于该电动机只是短时间工作，所以没有设过载保护电器。 M3要求能够实现正反
6、转，由接触器KM4、KM5来控制液压泵电动机的正、反转，该电动机主要作用供给夹紧装置压力油来实现摇臂和立柱的夹紧和放松。热继电器FR2是电路中跟过载保护元件。 M4是冷却泵电动机，功率表较小，直接用开关QS2控制启动和停止。3.2 控制电路分析（1）主轴电动机M1的控制 按下启动按钮SB2，则接触器KM1线圈得电并且辅助常开触点闭合自锁，电动机M1启动运行，同时指示灯HL1亮,。按下停止按钮SB1，则接触器KM1线圈失电，辅助常开触点断开，电动机M1停止停止旋转。（2） 摇臂升降电动机M2的控制 摇臂升降过程：放松升/降夹紧 摇臂在升降过程中必须在摇臂放松的条件下进行。SB3、SB4分别为摇臂
7、上升的点动按钮。摇臂上升。按住摇臂上升按钮SB3，SB3的常闭触点断开，常开触点闭合，KM3线圈支路被切断，时间继电器KT线圈得电并且接触器KM4线圈、电磁阀线圈YA同时通电，液压冷却泵电动机M3进行正转，正向供出压力油进入摇臂的松开油腔，推动松开机构是摇臂松开，松开一定程度后，行程开关SQ2动作，行程开关图1-2 Z3050摇臂钻床控制原理图SQ3复位。摇臂松开，行程开关SQ2动作，SQ2-2常闭触点断开，接触器KM4线圈失电，电动机M3停止正转，SQ2-1常开触点闭合，接触器KM2线圈得电，电动机M2进行正转，摇臂作上升运动到位后松开按钮SB3，接触器KM2线圈、KT线圈失电，电动机M2停
8、止正转，延时1-3s后KT断电延时常开触点断开，电磁阀线圈YA通过SQ3仍然保持通电，KT断电延时常闭触点回到闭合，接触器KM5线圈得电，电动机M3进行反转，摇臂夹紧后，行程开关SQ3常开触点断开，接触器KM5线圈、电磁阀线圈YA失电，电动机M3停止反转。摇臂下降。通过按钮SB4来控制摇臂下降，接触器KM3线圈得电，使得电动机M2反转。行程开关SQ1、SQ5用作摇臂升降限位保护，上升到极限位时，压SQ1，接触器KM2线圈断电，电动机M2停止工作，同理可知，下降到极限位时，压断SQ5，接触器KM3线圈断电，电动机M3停止工作，摇臂下降停止。主轴箱和立柱松开、夹紧控制。 主轴箱和立柱的松开、夹紧是
9、同时进行的，通过按钮SB5、SB6来点动控制摇臂的松开、夹紧。按住按钮SB5时，接触器KM4线圈得电并且电动机M3进行正转，电磁阀线圈YA不得电直至行程开关SQ4复位，摇臂进行放松的同时指示灯HL1亮，若松开按钮SB5，放松过程结束。同理可知，按住按钮SB6时，接触器KM5线圈得、电动机M3进行反转，电磁阀线圈YA不得电直至压下行程开关SQ4，摇臂处于夹紧状态同时指示灯HL2亮，松开按钮SB6，夹紧过程结束。辅助电路。 照明灯EL、主轴工作指示灯HL3、指示灯HL1（放松）、指示灯HL2（夹紧），照明和信号指示灯都是控制变压器TC提供。4、Z3050摇臂钻床电气控制常见故障分析 根据故障现象，
10、在电气控制线路原理图上分析故障可能产生的原因，确定故障发生的范围和故障点。万用表故障检测方法有： 电阻法：利用电阻表进行测量，主要判断线路是否通断。 电流法：电路正常工作时电流大小，反映了电路的工作状态。 电压法：电路在工作时，不同点之间的电压也不同。（1）主轴电动机M1不能启动 故障现象：按下启动主轴启动按钮SB2，主轴电动机M1不能启动运转。 分析：首先检查其他电动机是否能正常工作，如果只是M1不能正常工作，则可能出问题的有：主轴电动机M1有问题、热继电器FR断开、接触器KM1主电路及控制回路。相反，都不能启动，则可能出问题的地方：电源线路不正常、变压器TC引出线断路。 检查方法：断开电源
11、，按下按钮SB2，将万用表至于10倍率的电阻档，如果接触器KM1没有吸合，用电阻分段法查找KM1线圈控制回路的电阻值。如果接触器KM1吸合，则检查KM1主触点，FR主触点是否闭合，电动机M1的好坏。（2）摇臂不能上升或摇臂不能下降 故障现象：按下按钮SB3或SB4后，摇臂不能上升或下降。 分析：根据摇臂升降过程可知，升降电动机M2运转，带动摇臂上升下降，其条件是使摇臂从立柱上完全松开，行程开关SQ2动作。如果摇臂只有一个方向能运行，可能的问题是接触器KM2或KM3主电路及控制回路。如果摇臂不能上升也不能下降，可能是SQ2动作不正常。 检查方法：断开电源，按下按钮SB3或SB4，看KM2、KM3
12、是否吸合，如果吸合，用电压法测量KM2、KM3主触点之间的电压，如果不吸合，用电阻分段法查找KM2、KM3控制回路的电阻值。（3）立柱、主轴箱不能夹紧或松开 故障现象：按下立柱按钮SB5或SB6，立柱、主轴箱不能放松或夹紧。 分析：立柱不能夹紧或放松，检查接触器KM4、KM5线圈主电路及控制回路，液压冷却泵M3是否正常旋转，如果都没有问题，可能是按钮SB5、SB6闭合不良或接线松动。 检查方法：断开电源，按下按钮SB5或SB6，看KM4、KM5是否吸合，如果吸合，用电压法测量KM4、KM5主触点之间的电压，如果不吸合，用电阻分段法查找KM4、KM5控制回路的电阻。5、PLC介绍5.1 PLC的
13、定义 可编程控制器，是一种以CPU为核心的计算机工作控制装置，用它来代替继电器实现逻辑控制，采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。5.2 PLC的特点（1）可靠性强，抗干扰性能高。（2）编程简单，易掌握。（3）体积小，功耗低。（4）结构简单，维护方便。（5）环境要求低，通用性强。5.3 PLC的分类及工作原理 PLC按I/O点总数可分为小型PLC（总数点256）、中型PLC（256总数点2048）、大型PLC（总数点2048） PLC按结构可分为整体式PLC、模块式PL
14、C、叠装式PLC三类。5.4 PLC的型号选择在PLC系统设计过程中：（1）详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对三菱PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。（2）根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开 关、转换开关等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯等），从而确定与三菱PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。（3）选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统，对三菱PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择。第三部分 设计成果图3-1 Z3050摇臂钻床元件布局图（使用CA
15、D绘制）图3-2 Z3050摇臂钻床元件接线图（使用CAD绘制）表3-1 Z3050摇臂钻床主回路元器件选型明细表序号代号名称规格/型号数量单位1M1主轴电动机三相异步电动机21K10A-Y1台2M2摇臂电动机三相异步电动机21K10A-Y1台3M3液压泵电动机三相异步电动机21K10A-Y1台4M4冷却泵电动机三相异步电动机21K10A-Y1台5KM1交流继电器XK06-2011只6KM2交流继电器XK06-2011只7KM3交流继电器XK06-2011只8KM4交流继电器XK06-2011只9KM5交流继电器XK06-2011只10FR1热继电器JR16B-20/31只11FR2热继电器J
16、R16B-20/31只12FU1熔断器RT18-323只13FU2熔断器RT18-323只表3-2 PLC的I/O地址分配表输 入输 出地 址名 称功 能地 址名 称功 能X0SB1主轴停止按钮Y0KM1接触器线圈X1SB2主轴启动按钮Y1KM2接触器线圈X2SB3摇臂上升按钮Y2KM3接触器线圈X3SB4摇臂下降按钮Y3KM4接触器线圈X4SB5主轴箱、立柱松开Y4KM5接触器线圈X5SB6主轴箱、立柱夹紧Y5YA电磁阀线圈X6SQ1上限位保护开关Y6KT时间继电器X7SQ2放松位置开关Y7EL照明灯X16SQ3夹紧位置开关Y8HL1主轴指示灯X17SQ4加紧、放松指示灯Y9HL2摇臂放松指
17、示灯X10SQ5下限位保护开关Y10HL3摇臂夹紧指示灯X11SA1照明开关X12QS1电源总开关X13QS2冷却泵开关X14FR1热继电器X15FR2热继电器图3-3 PLC硬件接线图（使用CAD绘制）图3-4 功能模块设计流程图图3-5 PLC梯形图第四部分 结束语 可编程控制器是为工业控制应用而设计的，具有编程简单、通用性强、抗干扰性强等特点。本次设计的主要目的是实现Z3050摇臂钻床PLC改造设计与故障排除，程序模拟调试、故障排除获得成。我先对本次的设计进行了一个整体性的思考和原理等方面的分析，使自己对Z3050摇臂钻床的基本结构、运动形式、电气控制的分析等有了一定的了解。然后根据电气
18、控制电路图，对其进行程序编译，模拟调试等。然后根据电气控制电路图，编译PLC梯形图，对其进行模拟调试等。Z3050摇臂钻床控制系统的改造，方便了工人生产中对机床的实际操作从而提高了机床生产的效率，工作稳定可靠性，改善了产品的加工质量，降低的人工劳动力。 通过这次毕业设计对PLC和电气控制方面有了更加全面深刻的了解和掌握，为我以后步入社会从事相关工作岗位奠定了很好的基础。在设计的过程中，也发现不足之处，Z3050摇臂钻床的PLC控制过程中，只对主轴旋转，摇臂升降，立柱和主轴箱放松和加紧进行PLC改造，还有许多运动没有用PLC控制。例如，摇臂旋转时的角度控制，实现完全的PLC控制需要进一步完善。第
19、五部分 致谢 本次的毕业设计从选题到设计完成，通过上网广泛搜集资料和在图书馆查阅书籍，充分运用自己三年所学的专业知识，根据设计的要求记录相关的资料、数据信息，并在我的指导老师的细心指导下完成的。在这次毕业设计得到了很多老师、同学的帮助，我的指导老师对我的关心和支持尤为重要，在做设计过程中，每次遇到难题，当我向老师寻求帮助时，老师您每次不管忙或闲，总会抽空来找我面谈，然后一起商量解决的办法。 另外，感谢院校给予我这样一次机会，能够独立地完成一个课题，并在这个过程当中，给予我们各种帮助，使我们在即将离校的最后一段时间里，能够更多学习一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考
20、的能力。再一次对我的母校表示感谢。 我非常感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，还有曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在大学生活即将结束的最后的日子里，我们再一次演绎了团结合作的童话，通过自己的努力认真，圆满地完成了。正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我感觉到了知识以外的东西，那就是团结合作的力量。正是因为有了你们的帮助，我才能克服各种困难，在他们的帮助下使我顺利的完成了毕业设计，在这里也想他们报以真挚的感谢。第六部分 参考文献【1】电气控制与PLC应用.王少华.中南大学出版社.2013年7月.P113-P193【2】电气控制及PLC.周军.机械工业出版
21、社.2001年8月.P100-P130【3】工厂电气控制技术.熊幸明.清华大学出版社.2005年10月.P20-P100【4】电气控制与PLC应用技术.刘长春.科学出版社.2008年7月.P99-P150【5】机床电气控制系统改造.王建.中国劳动社会保障出版社.22011年2月.P100-P155【6】电气控制与PLC应用技术.刘长春.科学出版社.2008年7月.P99-P150【7】电气与PLC控制技术.蔡红斌.清华大学出版社.2007年8月.P11-P50【8】机电一体化技术.张建平.湖南大学出版社.2011年10月.P17-P111【9】电气控制技术与机床电路检修技术.殷培峰.化学工业出版社.2011年10月.P10-P10015