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摘 要：由于摇臂钻床其控制系统采用继电器控制方式，电路接线复杂，触点多，故障率高，常常影响企业正常生产。PLC具有可靠性高，环境适应性强，使用方便，维护简单等优点。因此利用PLC对Z3040型摇壁钻床的改造，阐述了系统改造方案，同时根据Z3040型摇壁钻床的控制要求和特点，确定PLC的输入输出分配，在继电器控制线路的基础上，设计出梯形图并进行现场调试。
关键词：PLC;钻床;改造
一、Z3040型摇臂钻床的结构
1、Z3040型摇臂钻床的结构
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组成。Z3040摇臂钻床的结构如下图1所示。
2、摇臂钻床的运动
Z3040摇臂钻床的主运动为主轴旋转运动。进给运动为主轴的纵向进给。辅助运动包括摇臂在外立柱上垂直运动（摇臂的升降），摇臂与外立柱一起绕内立柱的旋转运动及主轴箱沿摇臂长度方向的运动。对于摇臂在立柱上升降时的松开与夹紧，Z3040摇臂钻床则是依靠液压推动松紧机构自动进行的。Z3040摇臂钻床的结构与运动如图2所示。
二、Z3040型摇臂钻床的电气控制
1、主电路分析
摇臂钻床的主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动机1M拖动，主轴的正反向旋转运动是通过机械转换实现的，故主电动机只有一个旋转方向。摇臂钻床摇臂的上升、下降由一台交流异步电动机2M拖动，立柱的夹紧和放松由交流异步电动机3M拖动。Z3040摇臂钻床是通过电动机拖动一台齿轮泵，供给夹紧装置所需要的液压油。而摇臂的回转和主轴箱的左、右移动通常采用手动。此外还有一台冷却泵电动机4M对加工的刀具进行冷却。
2、控制电路分析
1）主轴电动机控制
主轴电动机控制1M为单向旋转，由按钮SB1、SB2和接触器KM1实现起停控制。主轴的正、反转则由1M电动机拖动齿轮泵送出液压油，通过液压系统操纵机构，配合正反转摩擦离合器驱动主轴正转或反转。
2）摇臂上升、下降控制
摇臂钻床在加工时，摇臂应处于夹紧状态，才能保证加工精度。但在摇臂需升降时，又要求摇臂处于松开状态，否则电动机负载大，机械磨损严重，无法进行升降。摇臂上升或下降时，其动作过程是升降指令发出，先使摇臂与外立柱处于松开状态，而后上升或下降，待升降到位时，要自行重新夹紧。
3）立柱和主轴箱同时夹紧和同时松开
当按下松开按钮SB5，接触器KM4线圈得电，液压泵电动机3M正转，拖动液压泵输送出压力油，经二位六通阀，进入主轴箱与立柱的松开油缸推动活塞和菱形块，使主轴箱与立柱实现松开，此时由于YA不得电，压力油不会进入摇臂松开活塞，摇臂仍处于夹紧状态。当主轴箱与立柱松开时，行程開关SQ4不受压，触点闭合，指示灯HL2亮，表示主轴箱与立柱处于松开状态，可以手动操作主轴箱在摇臂的水平导轨上移动至适当位置。
三、对Z3040型摇臂钻床电气控制系统的PLC技术改造
1、分析控制对象，确定控制要求
（1）对主轴电动机1M的要求是：单方向旋转，有过载保护。
（2）对摇臂升降电动机2M的要求是：全压正、反转控制，点动控制;起动时，先起动液压泵电动机3M，再起动摇臂升降电动机2M;停机时，摇臂升降电动机2M先停止，然后液压泵电动机3M才能停止;电动机3M对2M设有必要的联锁保护。
（3）对液压泵3M的要求：全压正、反转控制，设长期过载保护。
（4）冷却泵电动机4M容量小，由开关QS2控制，单方向运转。
2、分析控制要求，确定I/O点数
分析Z3040型摇臂钻床的控制要求，找出要改用PLC控制的输入、输出信号，共有13个输入信号，9个输出信号。照明灯可不通过PLC而由外电路直接控制。
3、绘制PLC的I/O端子接线图
为了编程简单，热继电器和主令电器的常闭触点改用常开触点作为输入，接触器和电磁阀用交流127V供电，指示灯用交流6V供电，工作照明灯EL采用PLC外接线，因PLC的输入点有13点，输出点有9点，考虑到以后的扩展需要，选用三菱FX2N-32MR型PLC，这是一种具有16个输入口及16个输出口的PLC，输出口为继电器型。
4、设计PLC控制的梯形图
对Z3040摇臂钻床要梯形图的改造设计，可根据PLC的I/O端子的实际接线图，参照原已有的电气控制原理图，用常用的翻译法进行PLC控制系统的梯形图改造设计。首先，将整个控制电路分解成若干个控制环节，分别设计出各控制环节的梯形图;然后，再根据控制要求把它们综合在一起，最后，经整理、修改和完善，设计出符合Z3040摇臂钻床控制要求的完整的梯形图。
四、结束语
本文介绍的是Z3040型摇臂钻床的电气控制及对其进行PLC技术改造，为了节能，输入点采用原有的按钮、限位开关，输出点采用原有电压等级的继电器、照明灯、指示灯，工作指示灯采取PLC外的接线方式，保留了原有的控制变压器，满足了电源的需要，设计中若用光电传感器代替限位开关，可避免行程开关存在响应速度低、精度差、接触检测容易损坏被检测物及寿命短等缺点，交流接触器也可改为交流220V，但经济上初次投资比用限位开关大。
参考文献
[1]高安邦，田敏，俞宁，等.三菱PLC工程应用设计.机械工业出版社，2010.10
[2]王国海主编.可编程序控制器及其应用.中国劳动社会保障出版社，2007
[3]张万忠，孙晋.可编程序控制器入门与应用实例（三菱FX2N系列）.北京：中国电力出版社，2005
关键词：PLC;钻床;改造
一、Z3040型摇臂钻床的结构
1、Z3040型摇臂钻床的结构
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组成。Z3040摇臂钻床的结构如下图1所示。
2、摇臂钻床的运动
Z3040摇臂钻床的主运动为主轴旋转运动。进给运动为主轴的纵向进给。辅助运动包括摇臂在外立柱上垂直运动（摇臂的升降），摇臂与外立柱一起绕内立柱的旋转运动及主轴箱沿摇臂长度方向的运动。对于摇臂在立柱上升降时的松开与夹紧，Z3040摇臂钻床则是依靠液压推动松紧机构自动进行的。Z3040摇臂钻床的结构与运动如图2所示。
二、Z3040型摇臂钻床的电气控制
1、主电路分析
摇臂钻床的主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动机1M拖动，主轴的正反向旋转运动是通过机械转换实现的，故主电动机只有一个旋转方向。摇臂钻床摇臂的上升、下降由一台交流异步电动机2M拖动，立柱的夹紧和放松由交流异步电动机3M拖动。Z3040摇臂钻床是通过电动机拖动一台齿轮泵，供给夹紧装置所需要的液压油。而摇臂的回转和主轴箱的左、右移动通常采用手动。此外还有一台冷却泵电动机4M对加工的刀具进行冷却。
2、控制电路分析
1）主轴电动机控制
主轴电动机控制1M为单向旋转，由按钮SB1、SB2和接触器KM1实现起停控制。主轴的正、反转则由1M电动机拖动齿轮泵送出液压油，通过液压系统操纵机构，配合正反转摩擦离合器驱动主轴正转或反转。
2）摇臂上升、下降控制
摇臂钻床在加工时，摇臂应处于夹紧状态，才能保证加工精度。但在摇臂需升降时，又要求摇臂处于松开状态，否则电动机负载大，机械磨损严重，无法进行升降。摇臂上升或下降时，其动作过程是升降指令发出，先使摇臂与外立柱处于松开状态，而后上升或下降，待升降到位时，要自行重新夹紧。
3）立柱和主轴箱同时夹紧和同时松开
当按下松开按钮SB5，接触器KM4线圈得电，液压泵电动机3M正转，拖动液压泵输送出压力油，经二位六通阀，进入主轴箱与立柱的松开油缸推动活塞和菱形块，使主轴箱与立柱实现松开，此时由于YA不得电，压力油不会进入摇臂松开活塞，摇臂仍处于夹紧状态。当主轴箱与立柱松开时，行程開关SQ4不受压，触点闭合，指示灯HL2亮，表示主轴箱与立柱处于松开状态，可以手动操作主轴箱在摇臂的水平导轨上移动至适当位置。
三、对Z3040型摇臂钻床电气控制系统的PLC技术改造
1、分析控制对象，确定控制要求
（1）对主轴电动机1M的要求是：单方向旋转，有过载保护。
（2）对摇臂升降电动机2M的要求是：全压正、反转控制，点动控制;起动时，先起动液压泵电动机3M，再起动摇臂升降电动机2M;停机时，摇臂升降电动机2M先停止，然后液压泵电动机3M才能停止;电动机3M对2M设有必要的联锁保护。
（3）对液压泵3M的要求：全压正、反转控制，设长期过载保护。
（4）冷却泵电动机4M容量小，由开关QS2控制，单方向运转。
2、分析控制要求，确定I/O点数
分析Z3040型摇臂钻床的控制要求，找出要改用PLC控制的输入、输出信号，共有13个输入信号，9个输出信号。照明灯可不通过PLC而由外电路直接控制。
3、绘制PLC的I/O端子接线图
为了编程简单，热继电器和主令电器的常闭触点改用常开触点作为输入，接触器和电磁阀用交流127V供电，指示灯用交流6V供电，工作照明灯EL采用PLC外接线，因PLC的输入点有13点，输出点有9点，考虑到以后的扩展需要，选用三菱FX2N-32MR型PLC，这是一种具有16个输入口及16个输出口的PLC，输出口为继电器型。
4、设计PLC控制的梯形图
对Z3040摇臂钻床要梯形图的改造设计，可根据PLC的I/O端子的实际接线图，参照原已有的电气控制原理图，用常用的翻译法进行PLC控制系统的梯形图改造设计。首先，将整个控制电路分解成若干个控制环节，分别设计出各控制环节的梯形图;然后，再根据控制要求把它们综合在一起，最后，经整理、修改和完善，设计出符合Z3040摇臂钻床控制要求的完整的梯形图。
四、结束语
本文介绍的是Z3040型摇臂钻床的电气控制及对其进行PLC技术改造，为了节能，输入点采用原有的按钮、限位开关，输出点采用原有电压等级的继电器、照明灯、指示灯，工作指示灯采取PLC外的接线方式，保留了原有的控制变压器，满足了电源的需要，设计中若用光电传感器代替限位开关，可避免行程开关存在响应速度低、精度差、接触检测容易损坏被检测物及寿命短等缺点，交流接触器也可改为交流220V，但经济上初次投资比用限位开关大。
参考文献
[1]高安邦，田敏，俞宁，等.三菱PLC工程应用设计.机械工业出版社，2010.10
[2]王国海主编.可编程序控制器及其应用.中国劳动社会保障出版社，2007
[3]张万忠，孙晋.可编程序控制器入门与应用实例（三菱FX2N系列）.北京：中国电力出版社，2005