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吸合→液压泵电动机反转→压力油经分配阀体进入摇臂的“夹紧油腔”摇臂夹紧。同时,活塞杆通过弹簧片使sq3的动断触点断开→km5断电释放→液压泵电动机停止,最终完成摇臂的“松开—上升—夹紧”的整套动作。摇臂的下降由sb4控制km3,启动m2反转来实现,与摇臂上升过程类似。其中,摇臂的松开及夹紧到位分别由行程开关sq2及sq3的动作发出信号。摇臂升降的上下限位保护分别由sq1及sq5实现。kt为断电延时型时间继电器,其作用是在摇臂升降到位后,延时1~3秒再启动m3将摇臂夹紧。中间抽头603对地为信号灯电源6.3V,241号线对地为照明变压器TD二次侧输出36V。

2.2.1 主电动机的旋转控制

在主电动机启动前，首先将自动开关Q2、Q3、Q4扳到接通状态，同时将配电盘的门关好并锁上。然后再将自动开关Q1扳到接通位置，电源指示灯亮。这时按下SB1，中间继电器K1通电并自锁,为主轴电动机与其他电动机的启动做好了准备。当按下按钮SB2时，交流接触器KM1线圈通电并自锁使主电动机旋转，同时主电动机旋转的指示灯HL4亮。主轴的正转与反转用手柄通过机械变换的方法来实现。

2.2.2 摇臂的升降控制

按下按钮SB3，时间继电器KT1通电吸合，它的瞬动触点（33-35）闭合使KM4

线圈通电，液压电动机M3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。同时活塞杆通过弹簧片使行程开关ST2的动断触点断开没，KM4线圈断电,而ST2的动合触电（17-21）闭合2M线圈通电，它主触点闭合，2M电动机旋转 使摇臂上升。

如果摇臂没有松开，ST2的动合触点不能闭合，摇臂升降电动机不能转动，这样就保证了只有摇臂的可靠松开后方可使摇臂上升或下降。

当摇臂上升到所需要的位置时，松开按钮SB3，KM2和KT1断电，升降电动机M2断电停止，摇臂停止上升。当持续1-3秒后，KT1的断电延时闭合的动断触点（47-49）闭合，KM5线圈经7-47-49-51号线，KM5 线圈通电液压泵电动机M3反转，使压力油经分配阀进入摇臂的夹紧液压腔，摇臂夹紧。同时活塞杆通过弹簧片使ST3的动断触点（7-47）断开，KM5线圈断电，M3电动机停止，完成了摇臂的松开—上升—夹紧动作。

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摇臂升降电动机的正转与反转不能同时进行，否则将造成电源两相间的短路。为避免由于操作错误造成事故，在摇臂上升和下降的线路中加入了触点互锁和按钮互锁。因为摇臂的上升或下降是短时的调整工作所以采用点动方式。

行程开关ST1是为摇臂的上升或下降的极限位置保护而设立的。ST1有两对常闭触点，ST1的动断触点（15-17）是摇臂上升时的极限位置保护，ST1的动断触点（27-17）是摇臂于液压夹紧机构出现故障或ST3调整不当，将造成液压泵电动机M3过载它的过载保护热继电器的动断触点将断开，KM5释放同，M3电动机断电停止。

2.2.3立柱和主轴箱的松开及夹紧控制

主轴箱与立柱的松开及夹紧控制可以单独进行，也可以同时进行，它由组合开关SA2和按钮SB5（或SB6）进行控制。SA2有三个位置，在中间位置（零位）时为同时进行，搬到左边位置时为立柱的夹紧或放松，搬到右边位置为主轴箱的夹紧或放松。SB5是主轴箱和立柱的夹紧按钮。

下面以主轴箱的松开和夹紧 为例说明它的动作过程：首先将组合开关SA2

搬向右侧，触点（57-59）接通，触点(57-63)断开。当要主轴箱松开时，按下按钮SB5，这时时间继电器KT2和KT3线圈同时通电，但KT2为断电延时型时间继电器，所以KT2的通电使瞬时常开触点闭合，断电延时断开的动断触点（7-57）也闭合使YA1通电，经1-3s后KT3的延时动合触点（7-41）闭合，通过3-5-7-41-43-37-39使KM4通电，液压泵电动机正转使压力液压油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱放松。活塞杆使ST4复位主轴箱和主柱分开，指示灯HL2亮。当要主轴夹紧时，按下按钮SB6仍首先为YA1通电，经1-3s后中，KM5线圈通电，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。同时活塞杆使ST4受压，它的动合触点（607-613）闭合，指示灯HL3亮，触点（607-613）断开，指示灯HL2灭，指示主轴箱与立柱夹紧。

当将SA2搬到左侧时，触点（57-63）接通，（57-59）触点断开。按下按钮SB5或SB6时使YA2通电，此时主柱松开或夹紧。SA2在中间位置时，触点（57-59、57-63）均接通，按下SB5或SB6时，YA1、YA2均通电，主轴箱和立柱同时进行夹紧或放松。其它动作过程和主轴箱松开和夹紧完全相同[4]。

2.3 电动机的选择

通常采用调查统计类比或采用分析与计算相结合的方法来确定电动机的功率。

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（1）调查统计类比法

目前我国机床设计制造部门，往往采用这种方法来选择电动机容量。这种方法就是对机床主拖动电动机进行实测、分析，找出了电动机容量与机床主要数据的关系，根据这种关系作为选择电动机容量的依据。

摇臂钻床主电动机的功率： P?0.0646D1.19

式中: P 主拖动电动机容量(kW) D 最大钻孔直径（mm） （2）分折计算法

可根据机床总体设计中对机械传动功率的要求，确定机床拖动用电动机功率。即知道机械传动的功率，可计算出所需电动机功率：

P1?1?2式中：P 主拖动电动机容量(kW) P1 机械传动轴上的功率 η1 生产机械效率

P?

η2 电动机与生产机械之间的传动效率

P?p1?总 ； ?总??1?2

式中：η：为机床总效率，一般主运动为回转运动的机床取0.7~0.85。 因此电动机的选择如下：

主轴电动机M1：型号Y100L2-4；性能指标：3KW、6.8A、1420r/min。 作用：刀具的旋转和进给。

摇臂升降电动机M2：型号Y90L-4；性能指标：1.5KW、3.7A、1400r/min。作用：摇臂的升降拖动。

液压泵电动机M3：型号Y802-4；性能指标：0.75KW、2.1A、1450r/min。作用：驱动液压系统。

冷却泵电动机M4：型号DB-25B；性能指标：120W、0.39A、2800 r/min。作用：输送冷却液用作刀具和工件的冷却及润滑。

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3 基于PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计

Z3040 摇臂钻床电气控制系统的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，就是PLC控制程序的编写。[7]软件的程序设计我们在下一章再做详细讨论。为了使改造后的摇臂钻床仍能够保持原有功能不变，此次改造的一个重要原则之一就是，不对原有机床的控制结构做过大的调整，只是将原继电器控制中的硬件接线改为用软件编程来替代。

3．1 PLC基础理论

3.1.1 PLC的定义

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC。最初只能进行计数、定时及开关量的逻辑控制。[8]1987年2月，国际电工委员会（IEC）对可编程控制器的定义是：可编程控制器是一种数学运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向拥护的指令，并通过数字式和模块式输入/输出，控制各种类型的机械和生产过程。[9]可编程序控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充功能的原则设计。

3.1.2 PLC的特点

（1）可靠性高

在I/O环节，PLC采用了光电隔离、滤波等多种措施。系统程序和大部分的用户程序都采用EPROM存储，一般PLC的平均无故障工作时间可达几万小时以上。 （2） 控制功能强

PLC采用的CUP一般是具有较强位处理功能的位处理机，为了增强其复杂的控制功能和连网通讯等管理功能，可以采用双CPU的运行方式，使其功能得到极大的增强。

（3） 编程方便易学

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