组合机床动力滑台液压控制系统设计文献综述

1 1 前言 毕业设计是在南昌理工学院修完机械设计及其自动化专业的绝大部分课程后 由 指导老师据生产实践选题分配给学生进行的一次综合性设计 全面考察我们作为本科 教育的知识点的全面性与系统性 组合机床是一种高效率的专用机床 动力滑台是组合机床用来实现进给运动的一种 通用部件 其中液压滑台在生产机械中被广泛采用 液压传动系统易获得很大的力矩 运动传递平稳 均匀 准确可靠 控制方便 易于实现自动化 液压动力滑台是典型的电液控制装置 它由滑台 滑座和液压缸组成 由于它自身 带油泵 油箱等装置 需要单独设置专门的液压站及配套 液压动力滑台由电动机带 动中的油泵送出压力油 经电气和液压元件的控制 推动油缸中的活塞来带动工作台 根据控制工艺要求 液压动力滑台可组成多种工作循环 如一次工进 二次工进 死挡铁停留 跳跃进给 分级进给等 具有一次工进及死挡铁停留的工作循环是组合 机床比较常用的工作循环之一 其控制方式可以采用电气控制 部分场合采用 PLC 控 制液压系统中的阀门的线圈来实现系统功能 根据任务书的要求对此课题的研究中涉及液压系统的分析与设计 液压元件的选 择 采用继电 接触器控制系统 采用 PLC 程序控制方法实现 即在了解以前控制方法 上采用目前市场或生产过程中常见的控制方法来实现其控制功能 具有实用价值 2 文献资料综述 一 百度文库 组合机床设计 1 中对组合机床进行了以下介绍 组合机床是采用模块化原理设计的 以通用部件为基础 配以少量专用部件 对 一种或若干种工件按已确定的工序进行加工 广泛应用于汽车 内燃机 电动机 阀 门等大批量成产行业的高效专用机床 其功能 能对工件进行多刀 多面 多工位同 时加工 完成钻孔 镗孔 扩孔 攻丝 铣削 车端面等切削工序和焊接 热处理 2 测量 装配 清洗等非切削工序 其运动特点 由机械传动实现刀具的旋转主运动 由机械或液压传动实现刀具或工作台的直线进给运动 其组成 1 通用部件 滑台 切削头 动力箱 中间底座 侧底座 立柱 立柱底 座 辅助部件和控制部件 2 专用部件 夹具 多轴箱 其类型 立式 倾斜式 复合式 此内容对我在设计过程中了解其机械结构 全面理解控制过程及设计相应控制方 案具有很重要的作用 二 机械工业出版社左健民主编的 液压与气压传动 一书 P164 页码中对 YT4543 型液压动力滑台的液压系统工作特点和原理做了以下分析 该动力滑台要求进给速度范围 6 6 100mm min 最大 进给力 45000N 该系统采 用限压式变量泵供油 电液动换向阀换向 快进由液压缸差动连接来实现 用行程阀 来实现快进与工进的转换 二位二通电磁换向阀用来进行两个工进速度之间的转换 为了保证进给的尺寸精度 才用了止挡块停留来限位 通常实现的工作循环为 快进 第一次工作 第二次工作 止挡块停留 快退 原位停止 本次设计过程中以这个作比较或参照此资料进行设计 具有直接的指导的作用 是重要内容 三 在百度文库 液压动力滑台 PLC 控制系统设计 中对液压动力滑台的应用 作了如下说明 液压动力滑台是组合机床用来实现进给运动的通用部件 液压动力滑台在组合机 床中以得到广泛的运用 液压动力滑台通过液压系统可以方便的进行无级调速 正反 向平稳 冲击小 便于频繁地换向工作 为了满足不同工艺的要求 动力滑台除提供足够大的进给力外 还应能实现 快进 工进 停留 快退 原位停止 等工作循环 其中 出快进和快退不可改变外 用户 可以根据工艺要求 对工进速度的大小进行调节 由于液压动力滑台机械结构简单 配上电器后实现进给运动的自动工作循环容易 又可以很方便地对工进速度进行调节 液压传动 具有功率密度高 结构紧凑 运动平稳 有利于系统传动链的简化和 实现无极调速等优点 因而在一些大中型机床中应用广泛 但由于国内液压技术水平 及液压传动本身的缺陷 许多液压机床都存在液压动力滑台精度不高 柔性差和控制 3 水平不高的问题 液压动力滑台 作为广泛使用的基础件 如何充分利用其优势 克 服或改善不足 是一个继续解决的问题 自 80 年代中期以来 国内外开始将微电子技 术 计算机控制技术等 用来改进 发展和拓宽液压技术的水平及其应用范围 液压 动力滑台的性能得到了一定改善提高 此资料在设计中进一步明确方向 更广泛了解系统实现方法及现代最先进的控制 理念 四 北京大学出版社刘耀元主编的 可编程控制器原理及应用教程 一书中 PLC 控制系统设计的一般步骤 1 根据产生的工艺过程分析控制要求 需要完成的动作 动作顺序 动作条件 必须的保护和连锁等 操作方式 手动 自动 连续 单调期 单步等 2 根据控制要求确定系统的总体配置如需要的输入 输出设备 从而确定 PLC 的 I O 点数 3 选择 PLC 的机型及容量 4 定义输入 输出点的名称 分配 PLC 的 I O 点 设计连接图 5 根据 PLC 的所需要完成任务及应用具备的功能 进行 PLC 程序设计 同时 可进行控制台的设计和现场施工 其中对 PLC 程序设计步骤与内容主要有以下几点 对于复杂的控制系统 需绘制系统控制流程图 用以清除地表明动作顺序和条 件 设计梯形图 这是程序设计的关键一步 夜市比较困难的一步 要设计好梯形 图 先要十分熟悉控制系统 同时还要有一点的电气设计实验实践 根据梯形图编 制程序清单 用计算机或编程器将程序键入到用户存储器中 并检查键入的程序是 否正确 对程序进行调试和修改 知道满足要求为止 待控制台设计及现场施工 完成后 进行联机调试 如果不满足要求 再修改程序或检查接线 编制技术文件 交付费用 此部分内容祥细介绍液压滑台的控制方法中采用计算机控制的基本流程及设计步 骤 清析思路 四 在又到资料共享关于 三菱 PLC 控制四层电梯 FX2N 可编程控制器 本科生 毕业设计 中对三菱 FX2N 48MR 001 机型进行了一下介绍 FX2N 48MR 001 技术指标 合计总数 48 点 24 点输入 DC24V 24 点继电器输出 4 尺寸 mm 182 87 90 FX2N 48MR 001 系列 PLC 的功能 1 集成型 高性能 CPU 电源 输入输出三位一体 对 6 中基本单元 可以以最 小 8 点位单位链接输入输出设备 最大可以扩展输入输出 256 点 2 高速运算 基本指令 0 08 s 指令 应用指令 100 s 指令 3 宽裕的存储器规格 内置 8000 步 RAM 存储器 安装存储盒后 最大可以 扩展到 16000 步 4 丰富的软元件范围 辅助寄存器 8000 点 此部分对我选择以三菱公司的 PLC 为技术核心进行设计过程 五 继电接触器控制线路图设计方法步骤及典型线路等 电气控制设计包括电器原理图设计和电气工艺设计 电气原理图设计师为满足生产 机械及其工艺要求而进行的电气控制系统设计 电气工艺设计是位满足电气控制系统装 置本身的制造 使用 运行以及维修的需要而进行的生产工艺设计 包括机箱体设计 布线工艺设计 保护环节设计 人体工学设计及操作 维修工艺设计等 电气原理图设计的质量决定着一台设备的实用性 先进性和自动化程度的高低 是 电气控制设计的核心 而电气工艺设计则决定着电气控制设备的制造 使用 维修的可 行性 直接影响电气原理图设计的性能目标及经济技术指标的实现 电气设计的基本任务是根据控制要求设计和编制出设备制造和使用维修过程中所必 须的图纸 资料 包括总图 系统图 电器原理图 总装配图 部件装配图 电器元器 件布置图 电气安装接线图 电气箱制造工艺图 控制面板及电器元件安装底板 非标 准件加工图等 以及编制外购器件目录 单台材料消耗清单 设备使用维修说明书等资 料 在电气控制系统设计过程中 通常遵循以下几个原则 1 最大限度的满足机械或设备对电气控制系统的要求是电气设计的依据 这些要求常 常以工作循环图 执行元件动作节拍表 检测元件状态等形式提供 有调速要求的设备 还应给出调速指标 其他如启动 转向 制动等控制要求应该根据生产需求要充分考虑 2 在满足控制要求的前提下 设计方案应力求简单 经济 在电气控制系统设计时 为满足同一控制要求 往往要设计几个方案 应该选择简单 经济 可靠和通用性强的 5 方案 不要盲目追求自动化程度和高指标 3 妥善处理机械与电气的关系 机械或设备与电力拖动已经紧密结合并融为一体 传 动系统为了获得较大的调速比 可以采用机电结合的方法来实现 但要从制造成本 技 术要求和使用方便等具体条件去协调平衡 4 要有完善的保护措施 防止发生人生事故和设备损坏事故 要预防可能出现的故障 采用必要的保护措施 例如短路 过载 失压 和误操作等电气方面的保护功能和是设 备正常运行所需要的其他方面保护 典型的电气控制线路 点动控制点动控制 当电动机容量较小时 可以采用直接启动的方法控制 图 4 14 为点动控制线路 主回路由刀开关 S 或用转换开关 接触器的主触点 KM 和电动机 M 组成 熔断器 FU 作短 路保护用 刀开关 S 用作电源引入开关 电动机的启动或停 车由接触器 KM 的三个主触点来控制 控制回路由启动按钮 SB 只用了它的常开触点 和接触器线圈 KM 串接而成 线路的工作原理如下 按下启动按钮 SB 时 控制回路 接通 接通器线圈 KM 得电 其主触点 KM 闭合 接通主回 路 电动机 M 得电运转 当手松开时 由于按钮复位弹簧作用于 使得 SB 断开 接 触器线圈 KM 断电 主触点断开 使电机主回路断电 电动机停转 这种用手按住按 钮电机就转 手一松电机就停在控制线路称为点动控制线路 生产上有时需要电动机作点动运行 例如 在起重设备中常常需要电动机点动运 行 在机床或自动线的调整工作时 也需要电动机作点动运行 所以点动控制线路是 一种常见的控制线路 也是组成其它控制线路的基本线路 长动控制长动控制 如需要电动机连续运行 则在点动控制线路中的启动按钮 SB2的两端并上接触器 KM 的辅助常开触点 如图 4 15 所示 按下按钮 SB2时 按触器线圈 KM 得电 在接 通主回路的同时 也使接触器的辅助常开触点 KM 闭合 手松开后 虽然按钮 SB2断 开 但电流从辅助常开触点 KM 上流过 保证接触器线圈 KM 继续得电 使电机能连 续运行 辅助常开触点的这种作用称为自锁 或自保 起自锁作用的触点称自锁触 点 6 在此线路中还需串联停止按钮 SB1 只用了它的常闭触点 此按钮受压时 其 常闭触点断开 接触器线圈 KM 断时 主触点断开 电机停止转动 上述的自锁触点还具有零压保护作用 当线路突然断时 接触器线圈 KM 失电 在断开主回路的同时 也断开了自锁触点 当电源重新恢复电压时 由于自锁触点已 经断开 线路不再接通 这样就可以避免 发生事故 起到保护作用 为了防止长期过载烧毁电机 线路中 还接了热继电器 KOL 当电动机长期过载 运行时 串接在主回路中的受热体膨胀引 起动作 顶开串接在控制回路中的常闭触点 断开控制回路和主回路 从而保护了电 动机 将起 停按钮 接触器和热继电器组装在一起就构成所谓磁力启动器 它是一种 专用于三相异步电动机起 停控制和长期过载保护的电器 正反转控制正反转控制 许多生产机械的运动部 件 根据工艺要求需要电机 能正 反两个方向旋转 由 三相异步电动机的工作原理 可知 改变定子绕组中流过 电流的相序就可使电机的旋 转方向发生改变 为此 可 控制两个接触器分别引入不 同相序的电流到电机便可实 现电机正反转控制 图 4 16 a 为电机正 反转主回路 图中 KM1为控制正转的接触器 KM2为控制反 转的接触器 它们的主触点均接在主回路上 KM1的主触点闭合时 将 A B C 三相 电流分别引进电机 U1 V1 W1绕组中 电机正转 当 KM2的主触点闭合时 A C 相电流对调 即 A 相电流流入 W1绕组 C 相电流流入 U1绕组中 电机便反转 从 图 4 16 7 主回路可以看出 如果 KM1和 KM2同时得电时 将造成线间短路 为避免事故发生 必须在 KM1和 KM2中的一个线圈得电时 迫使另一个线圈不可能得电 这种两线圈不 能同时得电的互相制约的控制方式叫做互锁 在实际控制线路中 只要将 KM1和 KM2 的常闭辅助触点分别串入对方线圈的控制线路中就可达到互锁的目的 如图 4 16 B 所 示 这样 当线圈 KM1得电时 串接在线圈 KM2电路中的 KM1常闭触点断开 此时 即使按下反转按钮 SB3 KM2也不可能得电 只有先按停止按钮 SB1和 KM1断时 其 常闭触点 KM1闭合后 再按下 SB3时 电机才能反转 同理可知电机在反转时也能达 到互锁目的 联锁控制联锁控制 在实际生产中 还存在着另一种制约情况 如第一台电机工作后 第二台电机才 能工作 或者第一台电机不停止 第二台电机不能停止等等 这种由一台电机的工作 情况决定其它电机工作情况的制约关系叫做联锁 联锁控制根据具体要求不同采用不同的控制方式 在图 4 17 中 控制电动机 IM 图中主电路未画出 的接触器 IKM 的辅助常开触点串接在控制电机 2M 工作的接 触器 2KM 的线路中 这样 只有当 1KM 得电后 2KM 才具备得电的条件 即只有当 电机 IM 工作后电机 2M 才可能工作 在图 4 18 中 2KM 的常开触点并接在 1KM 的停止按钮上 只有当 2KM 失电后 1KM 才可能失电 这样就可满足当电机 2M 停止工作后电机 1M 才能停止工作的要求 3 小结小结 至此 我们从组合机床控制系统的整体设计 控制系统的硬件设计 控制系统的 软件设计完整的介绍了组合机床控制系统的设计 从实际的调试和试验结果来看 基 8 本上完成了课题预定的任务 该液压系统有以下几个特点 1 次用了限压式变量泵和调速阀的容积节流调速回路 保证了稳定的低速运动 有较好的速度刚性和较大的调速范围 2 系统采用限压式变量液压泵和液压缸差动连接实现快进 得到较大快进速度 能量利用也比较合理 滑台工作间歇停止时 系统采用单向阀和 M 型中位机能换向阀 串联使液压泵卸荷 既减少了能量损耗 又使控制油路保持一定的压力 保证下一工 作循环的顺利起动 3 系统采用行程阀和外控顺序阀实现快进与工进的换接 不仅简化了油路和电路 而且使动作