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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,主要用于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。Z3050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。Z3050摇臂钻床的电动机有4台,分别是承担主钻削及进给任务主轴电动机、横梁升降电机、液压夹紧放松电机和冷却泵电动机,其电气控制系统也主要由这四部分组成。
1、电气控制工作原理
Z3050摇臂钻床的电气控制原理见图1。

图1 Z3050 摇臂钻床的电气控制原理图
1)Z3050型摇臂钻床的4台电动机,除冷却泵电动机采用开关直接启动外,其余3台异步电动机均采用接触器直接启动。
2)主轴电动机Ml的控制方式如下: 按启动按钮SB2,接触器KMl吸合并自锁,使主电动机Ml启动运行,同时指示灯HL3亮; 按停止按钮SB1,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)摇臂升降控制方式如下: 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,由开关直接启动和停止。
2、控制电路存在的问题
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。电气故障点主要体现在控制回路、控制继电器、变压器、指示灯等部位。
常见的电气故障见表1。

表1 常出现的电气故障
3、采用可编程PLC控制器对控制电路实行优化
3.1优化思路
设计优化方案由两部分组成: 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,即编写控制程序。为了使优化改造后的摇臂钻床仍能保持原有功能不变,因此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,只是改进电气控制系统,并用软件编程来实现。
3.2PLC型号的选择
在选择机型前首先对控制对象的相关内容进行估测,估测项目有开关量输入、开关量输出、输出功率、模拟量输入和输出等。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,考虑到将来输入、输出点可能出现故障,因此信号点要留有一定的余量。对此,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。该PLC的硬件接线图见图2。

图2 日本三菱FX1N-32MR-001型PLC的硬件接线图
3.3改造内容
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,还有热继电器的保护,可以使系统在正常情况下完好运行。PLC的梯形图见图3。

图3 电气系统优化后的PLC梯形图
从图3 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。
4、优化改造后的优点及结论
利用PLC对Z3050摇臂钻床的电气控制系统进行改造后,控制系统结构变得清晰明了,控制回路及控制电气元器件大量减少,电气故障率明显下降。Z3050摇臂钻床运行使用一年来,电气故障由改造前的每月6~7次减少到每年2次,同时运行维护也更为便捷。



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