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钻孔组合机床液压传动和电气控制系统的设计.pdf

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钻孔组合机床液压传动和电气控制系统的设计.pdf

文章编号10012265200608005204收稿日期20060222;修回日期20060414作者简介吴何畏1976,男,湖北南漳人,襄樊学院机械工程系讲师,主要研究方向为工业控制、自动化技术,EMAILALONECITIZNET;7274567GMAILCOM。钻孔组合机床液压传动和电气控制系统的设计吴何畏1,王卫兵21襄樊学院机械工程系,湖北襄樊441053;2中国人民解放军5713厂技术部,湖北襄樊441000摘要以单面钻孔组合机床为对象,依据液压系统设计的基本原理,拟出合理的液压系统图,通过系统主要参数的计算确定了液压元件的规格。以FX1N24MRPLC为主控制器,基于FXGP/WINC软件,采用梯形图编程方式,用顺序控制的设计思路开发了控制程序,实现机床的自动循环加工。关键词组合机床;液压传动;电气控制;PLC;梯形图中图分类号TG5021文献标识码ADESIGNOFFLUIDDRIVEANDELECTRICALCONTROLSYSTEMFORBOREMODULARMACHINETOOLWUHE2WEI1,WANGWEI2BING21DEPARTMENTOFMECHANICALENGINEERING,XIANGFANUNIVERSITY,XIANGFANHUBEI441053,CHINA;2DEPART2MENTOFTECHNOLOGY,PLA5713THFACTORY,XIANFANHUBEI441000,CHINAABSTRACTUSINGONE2SIDEBOREMODULARMACHINETOOLASANOBJECT,ACCORDINGTOHYDRAULICSYSTEMDESIGNBASICPRINCIPLE,FORMULATESTHEREASONABLESCHEMATICDIAGRAM,DETERMINEDTHEHYDRAULICPRESSUREPARTSPECIFICATIONTHROUGHTHESYSTEMMAINPARAMETERCOMPUTATIONTHECONTROLPROGRAMADOPTEDLADDERDIAGRAMSPROGRAMMINGMETHODWITHTHESEQUENTIALCONTROLTHEORYBASEDONMITSUBISHIFX1N224MRPLCHOSTCONTROLLERANDFXGP/WIN2CSOFTWAREMACHINETOOLAREGENERATEDAUTOMATICALLYCIRCULATIONPROCESSESISAVAILABLEKEYWORDSMODULARMACHINETOOL;FLUIDDRIVE;ELECTRICALCONTROL;PLC;LADDERDIAGRAMS0引言钻孔组合机床是以独立的的通用部件为基础,配以部分专用部件组成的高效率自动化加工设备,其传动系统多采用电机和液压系统相结合的驱动方式,其控制过程是典型的顺序控制,既可采用传统的继电接触器系统,也可采用PLCPROGRAMMABLELOGICCON2TROLLER,可编程逻辑控制器来构成。1液压系统的工况分析和总体方案该机床液压系统的工作循环为工件夹紧滑台快进工进停留快退原位停止工件放松。技术要求如下可在20~100MM/MIN范围内无级调速;夹紧力最小不低于3300N,最大不得超过6000N;夹紧缸行程40MM,夹紧时间1S;运动部件总重量为18000N。液压系统原理如图1所示。1工件夹紧液压泵电动机起动后,电气控制系统发出工件夹图1液压系统原理图紧信号,电磁阀YV4得电,二位四通阀右位工作,压力油经减压阀、单向阀6进入夹紧缸的大腔,小腔回油至油箱,工件夹紧。当夹紧到位后压力继电器动作,表示工件夹紧。25控制与检测组合机床与自动化加工技术19942009CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET2滑台快进压力继电器动作后,电气控制系统发出快速移动信号,电磁阀YV1得电,三位五通阀左位工作,使液控阀左位工作,接通工作油路,压力油经行程阀进入工作液压缸大腔,小腔内回油经过单向阀4、行程阀再进入工作液压缸大腔,使滑台向前快速移动。3工作进给滑台快速移动到接近加工位置时,台上挡铁压下行程阀,切断压力油通路,压力油只能通过调速阀1进入进给工作液压缸大腔,进油量的减少使得滑台移动速度降低,滑台转为工作进给。此时由于负载增加,工作油路油压升高,顺序阀8打开,液压缸小腔回油不再经过单向阀4流入液压缸大腔,而是经顺序阀、溢流阀流回油箱。4快速退回滑台工进到终点时,终点行程开关被压下,使电磁阀YV1断电,而电磁阀YV2得电,三位五通阀右位工作,使液控阀右位工作,接通工作油路,压力油直接进入液压缸18小腔,使滑台快速退回。同时大腔内的回油经单向阀1、液控阀流回油箱。当滑台快速退回原位,原点行程开关被压下,电磁阀YV2失电,液控阀回中间位置,切断工作油路,滑台停止于原位。5工件松开当滑台回原位停止后,电气控制系统发出工件松开信号,使电磁阀YV3得电,二位四通阀左位工作,改变油路的方向,压力油进入夹紧缸小腔,大腔内的回油经二位四通阀流回油箱,使工件松开,同时压力继电器BP复位。取下工件,一个工作循环结束。2液压元件及辅助元件的选择单出杆活塞缸的两个腔有效作用面积不相等,当泵供油使活塞内缩时,活塞腔的排油流量比泵的供油流量大得多,通过阀的最大流量往往是在这种情况下出现,复合增速缸和其他等效组合方案也有相同情况,选择流量控制阀时,其最小稳定流量应能满足执行元件最低工作速度的要求,即QMIN≤ΜMINA1或QMIN≤NMINQM2式中QMIN流量控制阀的最小稳定流量,M3/S;ΜMIN液压缸最低工作速度,M/S;A液压缸有效工作面积,M2;NMIN液压马达最低工作转速,R/S;QM液压马达排量,M3/R。21根据流量和系统工作压力选择液压泵因篇幅所限,略去液压执行元件载荷力的计算和液压缸参数的确定过程,其结果如表1所示。表1元件载荷力和液压缸参数载荷P1背压力P2实际工作压力缸径活塞杆直径最大运动速度结构参数A1流量夹紧缸5000N02MPA255MPA50MM35MM40MM/SΠ252106M2785105M3/S进给缸12000N02MPA385MPA63MM28MM100MM/MINΠ3152106M252106M3/S液压泵工作压力的计算依照PP≥P1ΣΔP3其中P1是液压执行元件的最高工作压力,本系统中最高压力是进给缸工进时的进口压力P1385MPA;∑ΔP是系列执行元件间总的管路损失,由原理图可知,从泵到进给缸之间串接有液控阀、行程阀,取∑ΔP05MPA,则液压泵工作压力PP38505435MPA。液压泵流量的计算依照QP≥KΣQMAX4最大流量发生在快速夹紧工况,∑QMAX785105M3/S;泄漏系数K取12,则液压泵总流量QP12785105M3/S94210560103L/MIN57L/MIN。依据以上计算,选用YBA9B变量叶片泵。22液压元件的选择以泵的额定压力435MPA、流量57L/MIN为基准,选择元件如表2。表2液压系统元件表元件型号额定流量额定压力实际压力溢流阀DBDA6K104L/MIN40MPA7MPA减压阀DR5DP≤15L/MIN≤315MPA3MPA行程阀ZCT03≤30L/MIN≤21MPA3MPA调速阀132FRM5≤15L/MIN≤21MPA7MPA单向阀16CIT021650≤16L/MIN≤25MPA3MPA三位五通阀WE5≤15L/MIN≤25MPA7MPA液控阀SL25£30≤158L/MIN≤31MPA7MPA顺序阀DZ5DP≤15L/MIN≤21MPA7MPA23管道元件液压系统用油管输送工作介质,用管接头将油管与油管或油管与液压元件连接起来,因此,管道和管接头应有足够的强度,良好的密封,压力损失要小,装拆要方便。本系统选用紫铜管,其用途是在中、低压系统中用,机床中应用较多,可承受压力为65~10MPA。其优缺点为装配时弯曲方便,抗振能力弱,易使油液氧化。352006年第8期控制与检测19942009CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET24过滤器过滤器的功用是防止油液的污染和不断净化油液,将其污染程度控制在允许范围内。油液的污染会引起相对运动零件的表面划伤、磨损加剧、甚至卡死,还会堵塞节流小孔,影响液压系统的工作性能。过滤器的过滤精度按其能滤去杂质颗粒直径D的公称尺寸大小分为四个等级粗D100ΜM、普通D≥10~100ΜM、精D≥5~10ΜM、特精D≥1~5ΜM。本系统选用线隙式滤油器,其额定参数为压力63MPA、压力损失006~06MPA、过滤精度50ΜM,安装在系统的进油路上。25密封装置密封装置用来防止液压元件和液压系统的内漏和外漏,以保证建立起必要的工作压力和避免污染环境。密封装置应有良好的密封性能,并随着压力的增大能自动提高密封性能,密封材料的磨擦因数要小,耐磨,且磨损后能自动补偿,结构简单,维护方便,价格低廉。本系统选用O形密封胶圈。26油箱依据经验公式VAQV5式中QV液压泵每分钟排出压力油的容积;A经验系数,本设计取A6。则V6120105S612010560MIN004M3,考虑实际的空间要求和散热要求,确定油箱尺寸为V05M03M03M3电气控制回路设计该钻孔组合机床的进给运动、工件定位和夹紧装置均由液压系统驱动,机床滑台用于进给运动。M1为液压泵电动机,为整个液压系统提供能量源,为保证安全,只有系统正常供油后,其它控制电路才能通电工作。M2为主轴电动机,拖动主轴箱的刀具主轴,提供切削主运动,主轴电动机在滑台进给循环开始时启动,滑台退回原位后停机。M3为冷却泵电动机,在工件加工的过程中冷却泵始终工作。31I/O分配和PLC外部接线图根据该机床的特点,选用三菱FX1N24MR可编程控制器实现顺序控制和机床自动加工循环,该PLC有14点数字量输入和10点继电器输出,。系统的I/O分配及外部接线如图4所示,电气控制线路有如下特点1简化手动操作步骤,按下按钮SB2即可完成单次循环;2设计了手动快退按钮SB5,解决因特殊原因机床未停止在原点,循环无法再启动的问题;3为节省I/O点数、简化PLC程序,将热继电器触头FR1和FR2直接串接在接触器线圈控制线路中,用于液压泵电机和主轴电机的过载保护;4为防止电气干扰,液压系统中的电磁阀均采用24V直流供电,电机控制用接触器线圈均采用220V交流供电。5液压泵电动机的启动设计了延时环节,待电机工作正常后电磁阀才开始动作;6对工件的夹紧与松开设计了延时保护,防止对工件和夹具造成的破坏。图4I/O分配及PLC外部接线图32控制程序设计控制程序基于三菱SWOPCFXGP/WINC软件,采用梯形图方式编程,如图5所示。程序描述如下按下循环启动按钮SB2,对应X001置1,输出Y004置1,液压泵电机M1启动;时间继电器T0延时18S,待液压泵电机工作正常,液压回路油压到达设计值后,T0使Y003置1,工件夹紧电磁阀YV4开始工作,工件夹紧;夹紧时间约1S,压力继电器BP动作,其触头闭合,X005置1,Y010置1,夹紧指示灯亮;M0置1,使得Y000、Y005、Y006均置1,滑台开始进给,刀具主轴电机M2启动,冷却泵电机M3启动;进给过程中的快进转工进由液压回路实现,滑台工进到终点位置时,终点行程开关SQ2被压下,X007置1,Y000置0,Y001置1,进给电磁阀YV1失电,快退电磁阀YV2得电,滑台后退;后退到原点位置时,原位行程开关SQ1被压下,X006置1,Y007置1,原点指示灯亮;M1置1,使得Y001、Y005、Y006均置0,快退电磁阀失电,主轴电机M2停止,冷却泵电机M3停止;工件松开电磁阀YV3得电,松开时间08秒后断开液压泵电机M1,整个工作循环结束。45控制与检测组合机床与自动化加工技术19942009CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET图5PLC梯形图如需立即快退到原位,可按下按钮SB5使X004置1,此时Y000、Y005、Y006均置0,进给电磁阀失电,主轴电机停止,冷却泵电机停止,Y001置1,滑台立即后退到原位。工作过程中如因特殊原因需紧急停车,可按下按钮SB1使X000置1,此时PLC所有输出点均置0,各电动机和电磁阀均失电,机床停止工作。重新启动时先手动快退到原位,装夹工件后按下SB2即可开始自动循环。4结束语液压设备是由机械、液压、电气等装置组合而成,液压系统安装质量的好坏是关系到液压系统能否可靠工作的关键,必须科学、正常、合理地完成安装过程中的每个环节。PLC电气控制系统是强电、弱电混合系统,因此在控制柜的元件布置和走线上应有相应的考虑。动力线与PLC的输入、输出线分开,接触器、空气开关和PLC相隔一定的距离,以减少电磁干扰。并联阻容吸收装置或放电二极管,以消除电磁噪声。该机床实际应用于大批量生产中,由于线路简化,操作方便,自动化程度高,可在类似场合推广使用。参考文献1童伟,刘树道气动PLC顺序控制系统的设计J液压与气动,2004,10121312余雷声电气控制与PLC应用M北京机械工业出版社,1998编辑赵蓉上接第51页010碰摩故障001不对中故障对监控对象的状态进行编码,一般定义为两类问题的识别,即正常、异常两种状态。图3状态监测与诊断模块总体流程3设计状态识别网络,利用包含转子各种状态的样本数据集训练网络。4设计故障诊断网络,利用包含转子各种故障的样本数据集训练网络。5利用训练好的网络,监测、识别转子系统的运行状态,如果发现异常,则调用诊断模块进行故障诊断。4结束语基于GPRS技术构建的远程监测与诊断系统具有技术简单可靠,维护方便的显著特点,按照上述方法和原则,针对转子系统设计实验系统,进行基于GPRS技术的远程状态监测与故障诊断仿真,试验表明,基于GPRS技术实现设备远程状态监测与故障诊断是可行的,而且技术实现比较简单,只需要一台服务器就能够实现技术人员和专家通过监控中心的微机对分布在现场的具有网络通信功能的异地设备进行集中实时远程动态监控和诊断,可以及早地预告和排除设备的故障,能够保证专家对设备的实际运行状况做出及时的判断和决策。参考文献1齐保良,杜文洪基于GSM的变电所遥测遥控系统J电测与仪表,2003,4012桑玉霞,徐建政GPRS技术在自动抄表系统中的应用J电力自动化设备,2003,2313韩冰,李芬华GPRS技术在SCADA系统中的应用J电力系统通信,2003,2414吕捷GPRS技术M北京北京邮电大学出版社,200115胡有民,杜润生,杨叔子生产过程远程监控与诊断技术研究J华中科技大学学报,2002,301编辑赵蓉552006年第8期控制与检测19942009CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET

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