1—内外立柱； 2—主轴箱；3—摇臂；4—主轴；5—工作台； 6—底座；SB1—主电动机停止 按钮； SB2—主电动机启动按钮； SB3—摇臂上升按钮；SB4—摇臂下降按钮；SB5—松开按钮； SB6 —夹紧按钮
(1) 主要控制电器为四台电机：主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机、冷
本设计是研究机械加工中常用的 Z3040 摇臂钻床传统电气控制管理系统的改造问题, 旨在解决传统继电器—接触器电气控制管理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 电气控制管理系统与继电器—接触器电气控制系统相比， 具有结构相对比较简单，编程方便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率较低，对工 作环境要求低等一系列优点。因此，本设计对 Z3040 摇臂钻床电气控制管理系统的改造， 将把 PLC 控制技术应用到改造方案中去，从而大幅度的提升摇臂钻床的工作性能。论文分 析了摇臂钻床的控制原理，制定了可编程序控制器改造 Z3040 摇臂钻床电气控制管理系统 的设计的具体方案， 完成了电气控制管理系统硬件和软件的设计， 这中间还包括 PLC 机型的选择、 I/O 端口的分配、I/O 硬件接线图的绘制、PLC 的 SFC 图和梯形图程序的设计，由于没 实物，还进行了仿真电路设计。对 PLC 控制摇臂钻床的工作过程作了详细阐述，论述 了采用 PLC 取代传统继电器—接触器电气控制管理系统来提升机床工作性能的方法，给 出了相应的控制原理图。 关键词：可编程控制器；摇臂钻床；电气控制管理系统；梯形图
却泵电机。 (2)主电动机和液压泵电机采用热继电器进行过载保护，摇臂升降电动机、冷却泵 电机均为短时工作，不设过载保护。 (3)摇臂的升降，主轴箱、立柱的夹紧放松都要求拖动摇臂升降电动机、液压泵电 动机能够正反转。 (4)摇臂的升降控制：按下摇臂上升起动按钮，液压泵电动机起动供给压力油，经 分配阀体进入摇臂的松开油腔，推动活塞使摇臂松开。同时摇臂升降电动机旋转使摇 臂上升。如果摇臂没有松开，摇臂升降电动机不能转动，一定要保证了只有摇臂的可靠 松开后方可使摇臂上升或下降，可使用限位开关控制。 当摇臂上升到所需要的位置时，松开摇臂上升起动按钮，升降电动机断电，摇臂 停止上升。 当持续 1~3s 后， 液压泵电动机反转， 使压力油经分配阀进入的夹紧液压腔， 摇臂夹紧，同时液压泵电动机停止，完成了摇臂的松开—上升—夹紧动作。 (5)摇臂升降电动机的正转与反转不能一起进行，否则将造成电源两相间的短路。 (6)因为摇臂的上升或下降是短时的调整工作，所以应采用点动方式。 (7)摇臂的上升或下降要设立极限位置保护。 (8)立柱和主轴箱的松开与夹紧控制：主轴箱与立柱的松开及夹紧控制可以单独进 行，也可以一起进行。由开关 SA2 和按钮 SB5（或 SB6）来控制。SA2 有三个位置： 在中间位置（零位）时为松开及夹紧控制一起进行，扳到左边位置时为立柱的夹紧或 放松， 扳到右边位置时为主轴箱的夹紧或放松。 SB5 是主轴箱和立柱的松开按钮， SB6 为主轴箱和立柱的夹紧按钮。 (9)主轴箱的松开和夹紧为的动作过程： 首先将组合开关 SA2 扳向右侧。 当要主轴 箱松开时，按下按钮 SB5，经 1～3s 后，液压泵电动机正转使压力油经分配阀进入主 轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱放松。主轴箱和立柱松开指示灯 HL2 亮。当要主轴箱 夹紧时，按下按钮 SB6，经 1～3s 后，液压泵电动机反转，压力油经分配阀进入主轴 箱液压缸，推动活塞使主轴箱夹紧。同时指示灯 HL3 亮， HL2 灭，指示主轴箱与立 柱夹紧。 (10)当将 SA2 扳到左侧时，立柱松开或夹紧。 SA2 在中间位置按下 SB5 或 SB6 时， 主轴箱和主柱一起进行夹紧或放松。 其他动作过程和主轴箱松开和夹紧完全相同，
钻床为孔加工机床，按其结构及形式不同，有立式钻床、卧式钻床、深孔钻床、多 轴钻床及摇臂钻床。在各类钻床中，摇臂钻床操作便捷、灵活，适合使用的范围广，具有典 型性，非常适合于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车间 常见的机床。 摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分所组成。摇 臂钻床大范围的应用于单件和中小批生产中，加工体积和重量较大的工件的孔。摇臂钻床 加工范围广，摇臂钻床的主要变型有滑座式和万向式两种。滑座式摇臂钻床是将基型 摇臂钻床的底座改成滑座而成，滑座可沿床身导轨移动，以扩大加工范围，适用于锅 炉、 桥梁、 机车车辆和造船等行业。 此次任务就是 Z3040 摇臂钻床的控制管理系统的设计。
钻床是一种专门进行孔加工的机床，大多数都用在钻孔，扩孔，铰孔和攻丝等。钻床 得主要类型有台式钻床，立式钻床，卧式钻床，深孔钻床和多轴钻床等。摇臂钻床是 立式钻床中的一种，具有操作便捷灵活，应用场景范围广的特点，非常适合于单件或批量 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见的机床。
1.Z3040X16 型摇臂钻床的动作是通过机、电、液进行联合控制来实现的。 2.控制电路设有总起动按钮和总停止按钮 3.采用 4 台电动机拖动。分别是主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机及冷 却泵电动机。 4.摇臂的移动严格按照摇臂松开→移动→摇臂夹紧的程序进行，要求夹紧放松作 用的液压泵电动机与摇臂升降电动机按一定顺序起动工作，由摇臂松开行程开关与夹 紧行程开关发出控制信号来控制。 5.机床具有信号指示装置，对机床的每一主要动作作出显示，这样便于操作和维 修。 6.摇臂的夹紧放松与摇臂升降按自动控制进行，而立柱和主轴箱的夹紧放松可以 单独操作，也可以同时进行。
分析 Z3040X16 型摇臂钻床，找出改用的 PLC 控制的输入、输出信号，共有 14 个输入信号，8 个输出信号。