組合機床動力滑臺液壓控制系統設計文獻綜述

1、閱讀使人充實，會談使人敏捷，寫作使人精確。培根 1、前言 畢業(yè)設計是在南昌理工學院修完機械設計及其自動化專業(yè)的絕大部分課程后，由指 導老師據生產實踐選題分配給學生進行的一次綜合性設計，全面考察我們作為本科教育 的知識點的全面性與系統性。 組合機床是一種高效率的專用機床，動力滑臺是組合機床用來實現進給運動的一種 通用部件，其中液壓滑臺在生產機械中被廣泛采用，液壓傳動系統易獲得很大的力矩， 運動傳遞平穩(wěn)、均勻，準確可靠，控制方便，易于實現自動化。 液壓動力滑臺是典型的電液控制裝置，它由滑臺、滑座和液壓缸組成，由于它自身 帶油泵、油箱等裝置，需要單獨設置專門的液壓站及配套，液壓動力滑臺由電動機帶動

2、中的油泵送出壓力油，經電氣和液壓元件的控制，推動油缸中的活塞來帶動工作臺。 根據控制工藝要求，液壓動力滑臺可組成多種工作循環(huán)，如一次工進、二次工進、 死擋鐵停留、跳躍進給、分級進給等。具有一次工進及死擋鐵停留的工作循環(huán)是組合機 床比較常用的工作循環(huán)之一。其控制方式可以采用電氣控制，部分場合采用PLC控制 液壓系統中的閥門的線圈來實現系統功能。 根據任務書的要求對此課題的研究中涉及液壓系統的分析與設計、液壓元件的選 擇；采用繼電-接觸器控制系統；采用PLC程序控制方法實現。即在了解以前控制方法 上采用目前市場或生產過程中常見的控制方法來實現其控制功能，具有實用價值。 2文獻資料綜述 （一）百度文

3、庫組合機床設計1中對組合機床進行了以下介紹 組合機床是采用模塊化原理設計的，以通用部件為基礎，配以少量專用部件，對一 種或若干種工件按已確定的工序進行加工，廣泛應用于汽車、內燃機、電動機、閥門等 大批量成產行業(yè)的高效專用機床。其功能：能對工件進行多刀、多面、多工位同時加工； 完成鉆孔、鏜孔、擴孔、攻絲、銑削、車端面等切削工序和焊接、熱處理、測量、裝配、 清洗等非切削工序。其運動特點：由機械傳動實現刀具的旋轉主運動，由機械或液壓傳 動實現刀具或工作臺的直線進給運動。 其組成：（1）通用部件：滑臺、切削頭、動力箱、中間底座、側底座、立柱、立柱底座， 輔助部件和控制部件。 （2）專用部件：夾具、多軸

4、箱。其類型：立式、傾斜式、復合式。 此內容對我在設計過程中了解其機械結構， 全面理解控制過程及設計相應控制方案 具有很重要的作用。 （二）機械工業(yè)出版社左健民主編的液壓與氣壓傳動一書P164頁碼中對YT4543 型液壓動力滑臺的液壓系統工作特點和原理做了以下分析： 該動力滑臺要求進給速度范圍6.6100mm/min，最大 進給力45000N。該系統采 用限壓式變量泵供油、電液動換向閥換向、快進由液壓缸差動連接來實現。用行程閥來 實現快進與工進的轉換，二位二通電磁換向閥用來進行兩個工進速度之間的轉換，為了 保證進給的尺寸精度，才用了止擋塊停留來限位。通常實現的工作循環(huán)為：快進一第一 次工作第二次

5、工作止擋塊停留快退原位停止。 本次設計過程中以這個作比較或參照此資料進行設計，具有直接的指導的作用，是 重要內容。 （三）在百度文庫液壓動力滑臺 PLC 控制系統設計中對液壓動力滑臺的應用 作了如下說明： 液壓動力滑臺是組合機床用來實現進給運動的通用部件， 液壓動力滑臺在組合機床 中以得到廣泛的運用。液壓動力滑臺通過液壓系統可以方便的進行無級調速、正反向平 穩(wěn)、沖擊小。便于頻繁地換向工作。 為了滿足不同工藝的要求，動力滑臺除提供足夠大的進給力外，還應能實現 “快進 工進停留快退原位停止”等工作循環(huán)。其中，出快進和快退不可改變外，用戶 可以根據工藝要求，對工進速度的大小進行調節(jié)。由于液壓動力滑臺

6、機械結構簡單，配 上電器后實現進給運動的自動工作循環(huán)容易，又可以很方便地對工進速度進行調節(jié)。 液壓傳動，具有功率密度高、結構緊湊、運動平穩(wěn)、有利于系統傳動鏈的簡化和實 現無極調速等優(yōu)點，因而在一些大中型機床中應用廣泛。但由于國內液壓技術水平及液 壓傳動本身的缺陷，許多液壓機床都存在液壓動力滑臺精度不高。柔性差和控制水平不 高的問題。液壓動力滑臺，作為廣泛使用的基礎件，如何充分利用其優(yōu)勢，克服或改善 不足，是一個繼續(xù)解決的問題。自 80年代中期以來，國內外開始將微電子技術，計算 機控制技術等，用來改進、發(fā)展和拓寬液壓技術的水平及其應用范圍，液壓動力滑臺的 性能得到了一定改善提高。 此資料在設計中

7、進一步明確方向， 更廣泛了解系統實現方法及現代最先進的控制理 念。 （四）北京大學出版社劉耀元主編的可編程控制器原理及應用教程一書中：PLC 控制系統設計的一般步驟： （1）根據產生的工藝過程分析控制要求，需要完成的動作（動作順序、動作條件、 必須的保護和連鎖等） 、操作方式（手動、自動；連續(xù)、單調期、單步等） 。 （2） 根據控制要求確定系統的總體配置如需要的輸入、輸出設備，從而確定PLC 的 I/O 點數。 （ 3）選擇 PLC 的機型及容量。 （ 4）定義輸入、輸出點的名稱，分配 PLC 的 I/O 點，設計連接圖。 （5）根據PLC的所需要完成任務及應用具備的功能， 進行PLC程序設計

8、，同時可 進行控制臺的設計和現場施工。其中對 PLC 程序設計步驟與內容主要有以下幾點 : 對于復雜的控制系統， 需繪制系統控制流程圖， 用以清除地表明動作順序和條件。 設計梯形圖。這是程序設計的關鍵一步，夜市比較困難的一步。要設計好梯形圖，先 要十分熟悉控制系統，同時還要有一點的電氣設計實驗實踐。根據梯形圖編制程序清 單。用計算機或編程器將程序鍵入到用戶存儲器中，并檢查鍵入的程序是否正確。 對程序進行調試和修改，知道滿足要求為止。待控制臺設計及現場施工完成后，進行 聯機調試。如果不滿足要求，再修改程序或檢查接線。編制技術文件交付費用。 此部分內容祥細介紹液壓滑臺的控制方法中采用計算機控制的基

9、本流程及設計步 驟，清析思路。 （四）在又到資料共享關于三菱 PLC 控制四層電梯 （FX2N 可編程控制器 ）本科生 畢業(yè)設計中對三菱 FX2N-48MR-001 機型進行了一下介紹： FX2N-48MR-001 技術指標 合計總數 48 點-24點輸入， DC24V， 24點繼電器輸出； 尺寸（ mm）： 182*87*90 FX2N-48MR-001 系列 PLC 的功能 1. 集成型、高性能CPU電源 輸入輸出三位一體。對6中基本單元，可以以最小 8點位單位鏈接輸入輸出設備，最大可以擴展輸入輸出 256點。 2高速運算基本指令：0.08卩S指令，應用指令：100卩S指令。 學問是異常珍

10、貴的東西，從任何源泉吸收都不可恥。一一阿卜日法拉茲 3.寬裕的存儲器規(guī)格內置 8000 步 RAM 存儲器。安裝存儲盒后，最大可以 擴展到 16000 步。 4.豐富的軟元件范圍 輔助寄存器： 8000 點 此部分對我選擇以三菱公司的 PLC 為技術核心進行設計過程。 （五）繼電接觸器控制線路圖設計方法步驟及典型線路等 電氣控制設計包括電器原理圖設計和電氣工藝設計。 電氣原理圖設計師為滿足生產機 械及其工藝要求而進行的電氣控制系統設計： 電氣工藝設計是位滿足電氣控制系統裝置本 身的制造、使用、運行以及維修的需要而進行的生產工藝設計，包括機箱體設計、布線工 藝設計、保護環(huán)節(jié)設計、人體工學設計及操

11、作、維修工藝設計等。 電氣原理圖設計的質量決定著一臺設備的實用性、 先進性和自動化程度的高低， 是電 氣控制設計的核心。 而電氣工藝設計則決定著電氣控制設備的制造、 使用、維修的可行性， 直接影響電氣原理圖設計的性能目標及經濟技術指標的實現。 電氣設計的基本任務是根據控制要求設計和編制出設備制造和使用維修過程中所必 須的圖紙、資料，包括總圖、系統圖、電器原理圖、總裝配圖、部件裝配圖、電器元器件 布置圖、電氣安裝接線圖、電氣箱制造工藝圖、控制面板及電器元件安裝底板、非標準件 加工圖等，以及編制外購器件目錄、單臺材料消耗清單、設備使用維修說明書等資料。 在電氣控制系統設計過程中，通常遵循以下幾個原

12、則： （1）最大限度的滿足機械或設備對電氣控制系統的要求是電氣設計的依據，這些要求常 常以工作循環(huán)圖、 執(zhí)行元件動作節(jié)拍表、 檢測元件狀態(tài)等形式提供， 有調速要求的設備還 應給出調速指標。其他如啟動、轉向、制動等控制要求應該根據生產需求要充分考慮。 （2）在滿足控制要求的前提下，設計方案應力求簡單、經濟。在電氣控制系統設計時， 為滿足同一控制要求，往往要設計幾個方案，應該選擇簡單、經濟、可靠和通用性強的方 案，不要盲目追求自動化程度和高指標。 （3）妥善處理機械與電氣的關系。機械或設備與電力拖動已經緊密結合并融為一體，傳 動系統為了獲得較大的調速比， 可以采用機電結合的方法來實現， 但要從制造

13、成本、 技術 要求和使用方便等具體條件去協調平衡。 （ 4）要有完善的保護措施， 防止發(fā)生人生事故和設備損壞事故。 要預防可能出現的故障， 采用必要的保護措施。例如短路、過載、失壓、和誤操作等電氣方面的保護功能和是設備 正常運行所需要的其他方面保護。 閱讀使人充實，會談使人敏捷，寫作使人精確。培根 典型的電氣控制線路 點動控制 當電動機容量較小時，可以采用直接啟動的方法控制。 圖4.14為點動控制線路，主回路由刀開關S（或用轉換開關）、 接觸器的主觸點KM和電動機M組成。熔斷器FU作短路保 護用，刀開關S用作電源引入開關。電動機的啟動或停車由 接觸器KM的三個主觸點來控制。控制回路由啟動按鈕

14、SB （只用了它的常開觸點）和接觸器線圈 KM串接而成。 線路的工作原理如下：按下啟動按鈕SB時，控制回路接 通，接通器線圈KM得電，其主觸點KM閉合，接通主回路， 電動機M得電運轉。當手松開時，由于按鈕復位彈簧作用于，使得SB斷開，接觸器線 圈KM斷電，主觸點斷開，使電機主回路斷電，電動機停轉。這種用手按住按鈕電機就 轉，手一松電機就停在控制線路稱為點動控制線路。 生產上有時需要電動機作點動運行。例如，在起重設備中常常需要電動機點動運行; 在機床或自動線的調整工作時，也需要電動機作點動運行。所以點動控制線路是一種常 見的控制線路，也是組成其它控制線路的基本線路。 長動控制 如需要電動機連續(xù)運

15、行，則在點動控制線路中的啟動按鈕SB2的兩端并上接觸器 KM的輔助常開觸點，如圖4.15所示。按下按鈕SB2時，按觸器線圈KM得電，在接通 主回路的同時，也使接觸器的輔助常開觸點 KM閉合。手松開后，雖然按鈕 SB2斷開, 但電流從輔助常開觸點KM上流過，保證接觸器線圈KM繼續(xù)得電，使電機能連續(xù)運行。 輔助常開觸點的這種作用稱為自鎖（或自保）。起自鎖作用的觸點稱自鎖觸點。 在此線路中還需串聯停止按鈕 SBi （只用了它的常閉觸點）。此按鈕受壓時，其常 閉觸點斷開，接觸器線圈KM斷時，主觸點斷開，電機停止轉動 圖卻連續(xù)運行揑制線路* 上述的自鎖觸點還具有零壓保護作用。 當線路突然斷時，接觸器線圈

16、KM失電，在 斷開主回路的同時，也斷開了自鎖觸點，當 電源重新恢復電壓時，由于自鎖觸點已經斷開，線路不再接通，這樣就可以避免發(fā)生事故，起到保護作用。 為了防止長期過載燒毀電機，線路中還接了熱繼電器KOL。當電動機長期過載運 行時，串接在主回路中的受熱體膨脹引起動作，頂開串接在控制回路中的常閉觸點。斷 開控制回路和主回路，從而保護了電動機。 將起、停按鈕、接觸器和熱繼電器組裝在一起就構成所謂磁力啟動器，它是一種專 用于三相異步電動機起、?？刂坪烷L期過載保護的電器。 許多生產機械的運動部 件，根據工藝要求需要電機能 正、反兩個方向旋轉。由三相 異步電動機的工作原理可知， 改變定子繞組中流過電流的

17、相序就可使電機的旋轉方向 發(fā)生改變。為此，可控制兩個 接觸器分別引入不同相序的 電流到電機便可實現電機正 反轉控制。 圖4.16(a)為電機正、反轉主回路。圖中 轉的接觸器。它們的主觸點均接在主回路上。 正反轉控制 曲IL 圖 4.16 KMi為控制正轉的接觸器，KM 2為控制反 KMi的主觸點閉合時，將A、B、C三相 電流分別引進電機Ui、Vi、Wi繞組中，電機正轉。當KM2的主觸點閉合時，A、C相 電流對調(即A相電流流入 Wi繞組，C相電流流入Ui繞組中)，電機便反轉。從主 回路可以看出，如果KM i和KM2同時得電時，將造成線間短路。為避免事故發(fā)生，必 須在KM i和KM2中的一個線圈

18、得電時，迫使另一個線圈不可能得電，這種兩線圈不能 同時得電的互相制約的控制方式叫做互鎖。在實際控制線路中，只要將KMi和KM2的 常閉輔助觸點分別串入對方線圈的控制線路中就可達到互鎖的目的。如圖4.i6(B)所示。 這樣，當線圈KMi得電時。串接在線圈KM2電路中的KMi常閉觸點斷開，此時即使按 下反轉按鈕SB3, KM2也不可能得電。只有先按停止按鈕SBi和KMi斷時，其常閉觸點 KMi閉合后，再按下SB3時，電機才能反轉。同理可知電機在反轉時也能達到互鎖目的 聯鎖控制 在實際生產中，還存在著另一種制約情況，如第一臺電機工作后，第二臺電機才能 工作，或者第一臺電機不停止，第二臺電機不能停止等

19、等。這種由一臺電機的工作情況 決定其它電機工作情況的制約關系叫做聯鎖。 聯鎖控制根據具體要求不同采用不同的控制方式。 在圖4.17 中,控制電動機IM （圖 中主電路未畫出）的接觸器IKM的輔助常開觸點串接在控制電機 2M工作的接觸器2KM 的線路中，這樣，只有當1KM得電后2KM才具備得電的條件，即只有當電機IM工作 在圖4.18中，2KM的常開觸點并接在1KM的停止按鈕上。只有當2KM失電后, 1KM才可能失電。這樣就可滿足當電機 2M停止工作后電機1M才能停止工作的要求。 3.小結 至此，我們從組合機床控制系統的整體設計，控制系統的硬件設計、控制系統的軟 件設計完整的介紹了組合機床控制系統的設計。從實際的調試和試驗結果來看，基本上 完成了課題預定的任務。該液壓系統有以下幾個特點： 1、次用了限壓式變量泵和調速閥的容積節(jié)流調速回路，保證了穩(wěn)定的低速運動， 有較好的速度剛性和較大的調速范圍。 2、系統采用限壓式變量液壓泵和液壓缸差動連接實現快進，得到較大快進速度， 能量利用也比較合理。滑臺工作間歇停止時，系統采用單向閥和M型中位機能換向閥 串聯使液壓泵卸荷，既減少了能量損耗，又使控制油路保持一定的壓力，保證下一工作 循環(huán)的順利起動。 3、系統采用行程閥和外控順序閥實現快進與工進的換接，不僅簡化了油路和電路， 而且使動作可靠，換接位置精度較高。兩次工進速度的換接采用