Z3050摇臂钻床电气控制系统改进分析

钻床是一种用途广泛的孔加工机床，主要钻削精度要求不太高的孔，另外还可用来扩孔、铰孔、镗孔，以及刮平面、攻螺纹等。钻床的结构形式很多，有立式钻床、卧式钻床、深孔钻床及多轴钻床等。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的大型零件的孔加工。其电气控制主要由四部分组成，承担主钻削及进给任务主轴电动机，横梁升降电机，液压夹紧放松电机，冷却泵电动机等电机电气控制组成。

电气优化改造前工作原理及缺点电路分析

（见图１）

①Z3050型摇臂钻床共有四台电动机，除冷却泵电动机采用开关直接起动外，其余三台异步电动机均采用接触器直接起动。

②主轴电动机Ml 的控制方式：按起动按钮SB2，则接触器KMl 吸合并自锁，使主电动机Ml 起动运行，同时指示灯HL3 亮。按停止按钮SB1，则接触器KMl 释放，使主电动机M1 停止旋转，同时指示灯HL3熄灭；热继电器FRl 是过载保护元件。

③摇臂升降控制方式：按住摇臂上升按钮SB3，SB3 动断触点断开，切断KM3线圈支路；SB3 动合触点闭合，时间继电器KT 线圈通电，KT 动合触点闭合，KM4线圈通电，摇臂升降电动机M3 正转；延时动合触点闭合，电磁阀线圈YV 通电，摇臂松开、行程开关SQ2 动作、SQ2 动断触点断开，KM4 线圈断电，摇臂升降电动机M3 停转；SQ2 动合触点闭合，KM2 线圈通电，M2 正转，摇臂上升、上升到位后松开SB3、KM2 线圈断电，M2 停转；KT 线圈断电、延时3S，KT 动合触点断开，YV 线圈通过SQ3 仍然通电；KT 动断触点闭合，KM5 线圈通电，摇臂升降电动机M3 反转，摇臂夹紧后，压下行程开关SQ3，SQ3 动断触点断开，YV 线圈断电；KM5 线圈断电，摇臂升降电动机M3 停转。摇臂的下降由SB4 控制KM3 → M2 反转来实现，其控制过程同上。M3 出现长期过载，因此M3 须由热继电器FR2 进行过载保护。
④ M4 是冷却泵电动机，功率很小，由开关直接起动和停止。

控制电路存在的缺点

①从电路工作原理及动作顺序来看，电气动作顺序比较复杂、控制电路不直观、电气控制元器件较多，不便于排查电气故障；②因电路比较复杂，电气元件及电接点多，产生电气故障点相对增多。出现故障后排查较难，一般的电气维修人员难以找到问题点，影响正常的维修和设备正常运行。

采用可编程PLC 控制器对控制电路实行优化

优化改造思路。设计方案由两部分组成: 一部分为电气控制系统的硬件设计，也就是PLC 的机型的确定，另一部分是电气控制系统的软件设计，编写控制程序。为了使优化改造后的摇臂钻床仍能够保持原有功能不变，所以改造原则是保留原有电气控制主断路、所有输入、输出设备不变，只是电气控制系统部位进行优化改进，用软件编程来代替。

PLC 型号的选择。在选择的机型前首先对控制对象的相关内容进行估测：有开关量输入、电压、开关量输出、输出功率、模拟量输入和输出等。对于Z3050 摇臂钻床电气控制系统, 的输入信号共15 个，输出信号共9 个，再考虑将来输入、输出点出现故障，留有一定的余量，选用日本三菱FX1N-32MR-001 型PLC。输入、输出点数各16 点、输出为继电器、交流电源型（100V-240Vac）。( 见图2)

图2　PLC 的硬件接线图

Z3040 摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计改造

PLC 程序设计。PLC 梯形图的设计本着简单、可靠的设计原则。设计中不仅有电气互锁，而且有热继电器的保护，使系统不仅能在正常情况下完好地运行，也能有效保护设备出现故障；( 见图3)。从该PLC 梯形图可以看出只要按照按钮控制面板正常操作，就可以实现Z3050 主轴运转、停止，横梁上升、下降、夹紧和放松等操作功能。

优化改造后的优点及结论。① 利用PLC 对机床控制系统进行改造后，简化了控制线路，维护方便、降低了设备运行故障率，提高了设备运行的稳定性及使用效率。②在有错误的情况下在最短的时间内通知工作人员，能够及时处理问题，以免造成不必要的损失。

图3　PLC 梯形图