浅析摇臂钻床PLC改造的教学

李　静（烟台工贸技师学院，山东　烟台　264003　）



浅析摇臂钻床PLC改造的教学

李静
（烟台工贸技师学院，山东烟台264003）

摘要：现代机器向着高速度高效率高精度方向的发展，对机器制造业也提出了新的要求：机器零件的精度越来越高。同时，结构也日趋复杂，特别是箱体零件具有孔系多的特点，它的加工除了本身又尺寸精度的要求外，还有形状精度和孔系之间相对位置精度的要求。摇臂钻床是一种用途广泛的孔加工机床，它主要是用钻头钻削精度要求不高的孔，还可以扩孔、铰孔、镗孔以及刮平面、攻螺纹等。传统的继电方式控制的摇臂钻床故障率较高，利用PLC对摇臂钻床进行电气改造，可使其可靠性提高，故障率降低。

关键词：摇臂钻床；电气原理图；PLC改造

1　获取信息，制定最佳改造方案

学生只有掌握了关于摇臂钻床的相关信息，才能对摇臂钻床的改造制定出最完善的改造方案。在以往的教学过程中，该项内容的学习需要学生在课本上找出相应的知识点，教师加以解释。但在这种情况下，学生的学习效果并不理想。为了激发学生的学习积极性，主要采取的方法是以小组为单位，让组长带领组员课前自己从网上查找与摇臂钻床相关的知识（如：技术材料、图纸、常见故障、设备使用说明书等），或者将提前做好的微视频提前发给大家，让各小组先自己预习。只有这样，在课堂上才不会枯燥乏味，会收到意想不到的效果。

通过学生查找的资料，阅读设备使用说明书，熟悉电气系统的结构与线路分析。这时，借助多媒体展示出摇臂钻床的相关图片，以此来吸引学生的眼球，提高学生的学习兴趣。

摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱、主轴、工作台等部分组成。内立柱固定在底座上，它外面套着空心的外立柱，外立柱可绕着不动的内立柱回转360°。摇臂一端的套筒部分与外立柱滑动配合，摇臂可沿外立柱上下移动，但不能绕外立柱转动，只能与外立柱一起相对内立柱回转。主轴箱安装于摇臂的水平导轨上，可由手轮操纵沿摇臂做水平方向移动。

摇臂钻床操作时要注意两点：一是钻孔前，必须将摇臂及主轴箱调到需要位置并夹紧；二是钻孔时，必须将工件放平、放稳、固定牢靠。

通过多媒体展示出摇臂钻床的电气控制线路图，以此来引入本项目任务。与学生一起对摇臂钻床的主电路和控制电路进行分析，并为学生重点讲解摇臂钻床的工作原理。

摇臂钻床电气控制线路的主电路中共有四台三相异步电动机，它们的控制电器分别是：冷却泵电动机M1由组合开关QS2控制；主轴电动机M2由接触器KM1控制；摇臂升降电动机M3由接触器KM2、KM3控制；立柱松紧电动机M4由接触器KM4、KM5控制。

摇臂钻床控制电路的电源由控制变压器TC提供110V电压。Z37型摇臂钻床控制电路采用十字开关SA操作，它由十字手柄和四个微动开关组成。

为了让学生全面了解电气系统的技术情况。让学生以小组为单位，上台展示课前查找的摇臂钻床的常见故障，师生共同分析各种常见故障的原因。

带领学生现场了解设备状况及生产和工艺对电气的要求，包括操作系统的可靠性；各仪器、仪表、安全联锁装置、限位保护装置等是否齐全可靠；各电气元件的老化和破损程度以及线路的缺损情况。根据现场了解及预检情况，各小组提出改造方案、主要电气元器件的修理工艺以及主要更换件的名称、型号、规格和数量。最后，师生共同讨论确定出摇臂钻床的最佳改造方案。

2　设计摇臂钻床PLC控制电路及程序

在分析摇臂钻床技术资料、电气控制线路工作原理的基础之上，提出摇臂钻床PLC改造的控制方案。学生需要通过网络查询电气控制方案的确定原则、电气控制线路的设计原则及步骤。在此环节中，以问题的方式对学生预习的相关知识进行检查，在学生全面掌握的情况下，利用PLC对摇臂钻床电气控制系统进行改造。

在熟悉加工工艺流程，弄清设备原来的继电器控制原理的基础之上，列出机床电气元器件明细表，根据现场信号、控制指令、执行器动作等条件，与学生共同探讨出现场输入输出信号、分配到PLC内与其相连的输入输出端子号，并以小组为单位绘出输入输出端子接线图。

在编制梯形图环节，为了让学生更好的理解与应用PLC的编程方法。在此环节中，将电气控制系统分成主轴电动机控制、摇臂升降控制、立柱和主轴的夹紧与松开控制三部分。层层深入、由浅入深的进行程序设计。这样既能照顾到学习差的学生，又能让好学生的程序设计能力得到提升。

3　安装与调试摇臂钻床PLC控制系统

以小组为单位，根据设计的电路图和原有电气元器件的结构特点、功能及作用，选择电气元器件，并列出领料单，到仓库领取各元器件。根据设计的电路图，按照电气元器件的布置原则，各小组绘制出摇臂钻床的电气控制元器件布置图。之后，师生共同探讨出最佳的电气控制元器件布置图。

根据设计的电路图和元器件布置图绘制出摇臂钻床电气系统线路接线图。并根据电气元器件和电气控制线路的安装工艺要求，将各元器件按照布置图进行安装以及连接PLC电气控制线路。各小组对连接好的电气控制线路进行检查，再由教师检查无误后接通电源，将PLC程序进行输入，接上负载，对电气控制系统进行调试。

在调试前，需要从电源端开始，按电气原理图或电气接线图逐段核对接线及接线端子处线号。重点检查主回路有无漏接、错接、短接及控制回路中容易接错的地方。检查各导线压接是否牢固、可靠。用万用表检查线路的通断情况。接线完成后，要先在不接电动机的前提下试运行，确认无误后方可连接电动机。在调试的过程中，要有专人在现场进行监护。如果出现故障，应独立检查并排除故障，直至系统能够正常工作。在整个过程中，各小组的记录员对调试过程中出现的问题及解决方法认真做好记录。

在整个教学过程中，充分调动了学生的学习积极性，让学生逐步养成独立思考和动手操作的好习惯，培养了各小组之间的组织协调能力和互相学习的精神。

参考文献：

［1］电力拖动控制线路与技能训练［M］.中国劳动社会保障出版社，2014.

［2］王建主编.机床电气控制系统改造［J］.中国劳动社会保障出版社，2011.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.026

作者简介：李静（1986-），女，本科，初级，助理讲师，研究方向：电气自动化。