動力滑臺液壓系統(tǒng)及PLC控制設(shè)計論文 三菱FX2N-32MR-001

PAGE28REF_Ref168484640\r\h錯誤！未找到引用源。REF_Ref168484646\h錯誤！未找到引用源。（動力滑臺液壓系統(tǒng)及PLC控制設(shè)計）班級學(xué)號學(xué)生姓名指導(dǎo)教師年月日至年月日

液壓動力滑動系統(tǒng)及PLC控制設(shè)計摘要液壓動力滑臺是組合機(jī)床用來實現(xiàn)進(jìn)給運動的通用部件，液壓動力滑臺在組合機(jī)床中已得到廣泛的應(yīng)用。液壓動力滑臺通過液壓傳動系統(tǒng)可以方便地進(jìn)行無級調(diào)速，正反向平穩(wěn)，沖擊力小，便于頻繁地?fù)Q向工作。配置相應(yīng)的動力頭、主軸箱及刀具后可以對工件完成各種孔加工、端面加工等工序，它的性能直接關(guān)系到機(jī)床質(zhì)量的優(yōu)劣。本設(shè)計是在充分分析了液壓動力滑臺的液壓傳動系統(tǒng)及工作原理的基礎(chǔ)上，通過繼電器一接觸器控制與PLC控制方案的對比我選擇了PLC控制，根據(jù)控制要求選擇了PLC的型號，在硬件設(shè)計中畫出了PLC的外部接線圖；在軟件設(shè)計中，設(shè)計了液壓動力滑臺PLC控制系統(tǒng)的軟件流程圖和梯形圖，實現(xiàn)了控制要求。關(guān)鍵詞：液壓，動力滑臺，PLC，控制

目錄前言1第1章概述51.1液壓動力滑臺的應(yīng)用51.2繼電器—接觸器控制與PLC控制方案的比較..51.2.1繼電器—接觸器控制的優(yōu)61.2.2PLC在液壓動力滑臺中的應(yīng)用7第2章液壓動力滑臺液壓傳動系統(tǒng)及工作82.1運動分析92.2負(fù)載分析92.2.1阻力計算92.2.2摩擦力計算92.2.3慣性阻力102.2.7液壓缸各階段工作負(fù)載計算102.3繪制動力滑臺負(fù)載—位移曲線圖，速度—位移曲線圖112.4液壓傳動系統(tǒng)及工作原理12第3章液壓動力滑臺PLC控制系統(tǒng)的設(shè)163.1硬件的設(shè)計173.2軟件的設(shè)計183.2.1軟件流程圖的設(shè)計183.2.2梯形圖的設(shè)計20結(jié)論 24謝辭25參考文獻(xiàn)26

前言液壓動力滑臺是組合機(jī)床用來實現(xiàn)進(jìn)給運動的通用部件，液壓動力滑臺在組合機(jī)床中已得到廣泛的應(yīng)用。液壓動力滑臺通過液壓傳動系統(tǒng)可以方便地進(jìn)行無級調(diào)速，正反向平穩(wěn)，沖擊力小，便于頻繁地?fù)Q向工作。配置相應(yīng)的動力頭、主軸箱及刀具后可以對工件完成各種孔加工、端面加工等工序[1~2]，它的性能直接關(guān)系到機(jī)床質(zhì)量的優(yōu)劣。它利用液壓傳動系統(tǒng)實現(xiàn)滑臺向前或向后的運動，由液壓缸的左右運動來拖動滑臺在滑座上移動，再由電氣控制系統(tǒng)控制液壓傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)滑臺的工作循環(huán)。傳統(tǒng)的液壓傳動系統(tǒng)是由電氣控制線路控制，由于這種控制線路的觸點多，接線復(fù)雜，可靠性低，靈活性差，功耗高，而且維修困難，其大量的硬件接線使系統(tǒng)可靠性降低，也間接地降低了設(shè)備的工作效率影響了加工質(zhì)量，因此越來越滿足不了現(xiàn)代化生產(chǎn)過程的復(fù)雜多變的控制要求。現(xiàn)采用PLC對此系統(tǒng)進(jìn)行控制，能很方便的實現(xiàn)多種復(fù)雜的自動工作循環(huán)，使用簡單，編程方便，可靠性高，通用性和靈活性強(qiáng)，采用PLC控制液壓系統(tǒng)完成基本的動作—液壓缸的自由進(jìn)退，從而實現(xiàn)液壓動力滑臺的進(jìn)給運動。YT4543型液壓動力滑臺的工作循環(huán)是：快進(jìn)→一工進(jìn)→二工進(jìn)→死擋鐵停留→快退→原位停止六種工況。

第1章概述1.1液壓動力滑臺的應(yīng)用液壓動力滑臺是組合機(jī)床用來實現(xiàn)進(jìn)給運動的通用部件，液壓動力滑臺在組合機(jī)床中已得到廣泛的應(yīng)用。液壓動力滑臺通過液壓傳動系統(tǒng)可以方便地進(jìn)行無級調(diào)速，正反向平穩(wěn)，沖擊力小，便于頻繁地?fù)Q向工作。配置相應(yīng)的動力頭、主軸箱及刀具后可以對工件完成各種孔加工、端面加工等工序，它的性能直接關(guān)系到機(jī)床質(zhì)量的優(yōu)劣。為了滿足不同工藝方法的要求，動力滑臺除提供足夠大的進(jìn)給力外，還應(yīng)能實現(xiàn)“快進(jìn)→工進(jìn)→停留→快退→原位停止”等工作循環(huán)。其中，除快進(jìn)和快退的速度不可改變外，用戶可根據(jù)工藝要求，對工進(jìn)速度的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于液壓動力滑臺的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，配上電氣后實現(xiàn)進(jìn)給運動的自動工作循環(huán)容易，又可以很方便地對工進(jìn)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中尤以YT4543型液壓動力滑臺應(yīng)用最廣。液壓傳動，具有功率密度高、結(jié)構(gòu)緊湊、運動平穩(wěn)、有利于系統(tǒng)傳動鏈的簡化和實現(xiàn)無級調(diào)速等優(yōu)點，因而在一些中、大型機(jī)床中應(yīng)用廣泛。但由于國內(nèi)液壓技術(shù)水平及液壓傳動本身的缺陷，如油液的可壓縮性、泄漏等，許多液壓機(jī)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，作為廣為使用的基礎(chǔ)件，如何充分利用其優(yōu)勢，克服或改善其不足，是一個急需解決的問題。自80年代中期以來，國內(nèi)外開始將微電子技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)等，用來改進(jìn)、發(fā)展和拓寬液壓技術(shù)的水平及其應(yīng)用范圍，液壓動力滑臺的性能得到了一定的改善提高。

1.2繼電器—接觸器控制與PLC控制方案的比較1.2.1繼電器—接觸器控制的優(yōu)缺點液壓動力滑臺傳統(tǒng)上多用繼電器—接觸器控制，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、易于掌握、價格便宜等。在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用較廣。但是這些控制裝置體積大、動作速度較慢、耗點較多、功能少，特別是由于它靠硬接線構(gòu)成系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或控制對象改變時，原有的接線和控制盤(柜)就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差[3~4]。

1.2.2PLC在液壓動力滑臺中的應(yīng)用隨著制造業(yè)的發(fā)展和新技術(shù)的應(yīng)用，工業(yè)生產(chǎn)對控制設(shè)備的可靠性和靈活性的要求越來越高，傳統(tǒng)的繼電器一接觸器控制由于其自身的缺陷將越來越不適應(yīng)生產(chǎn)的需要。PLC是可編程控制器的簡稱，是專為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計的電子控制裝置，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、功能強(qiáng)、體積小、編程簡單、維護(hù)方便等優(yōu)點。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中用PLC代替繼電器一接觸器控制將是必然的，現(xiàn)采用PLC對YT4543型液壓動力滑臺進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計[3~4]。第2章液壓動力滑臺液壓傳動系統(tǒng)及工作原理某臥式組合機(jī)床動力滑臺工作循環(huán)是：要求實現(xiàn)工件快進(jìn)、工進(jìn)、快退等過程。動力滑臺采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)fs=0.2動摩擦系數(shù)fd=0.1。工進(jìn)速度v2=20～100mm/min，往復(fù)運動的加速、減速時間為0.1s。主要參數(shù)如下：1、運動部件總重力G/N294002、切削力Fw/N200003、快進(jìn)、快退速度v1=v3/m/min64、最大行程l/mm5005、快進(jìn)行程150mm，一工進(jìn)行程200mm二工進(jìn)行程150mm6一工進(jìn)速度80mm/min，二工進(jìn)速度50mm/min

序號運動部件總重力(N)切削力(N)快進(jìn)、快退速度(m/min)一工進(jìn)(mm/min)二工進(jìn)(mm/min)1029400220008251002.1運動分析2.2負(fù)載分析2.2.1阻力計算切削阻力為已知Fw=22000`N2.2.2摩擦阻力取靜摩擦系數(shù)fs=0.2,動摩擦系數(shù)fd=0.1，則；靜摩擦阻力Fs=0.2×29400N=5880N動摩擦阻力Fd=0.1×29400N=2940N2.2.3慣性阻力動力滑臺起動加速，反向起動加速和快退減速制動的加速度的絕對值相等，既△u=0.1m/s，△t=0.1s，故慣性阻力為：=G△u/g△t=29400×0.1÷（9.8×0.1）=3000N2.2.4由于動力滑臺為臥式放置，所以不考慮重力負(fù)載。2.2.5關(guān)于液壓缸內(nèi)部密封裝置摩擦阻力Fm的影響，計入液壓缸的機(jī)械效率中。2.2.6背壓力初算時暫不考慮。2.2.7液壓缸各階段工作負(fù)載計算：啟動F1=Fs/ηcm=5880/0.9=6533N加速F2=（Fd+Fa）/ηcm=（2940+3000）/0.9=6600N快進(jìn)F3=Fd/ηcm=2940/0.9N=3267N一工進(jìn)F4=(Fw+Fd)/ηcm=(12500+2940)/0.9N=17156N二工進(jìn)F5＝(Fw+Fd)/ηcm=(22000+2940)/0.9N=25489N快退F6=Fd/ηcm=2940/0.9N=3267N2.3繪制動力滑臺負(fù)載——位移曲線圖，速度——位移曲線圖功能結(jié)構(gòu)YT4543型動力滑臺是眾所周知的一種組合機(jī)床通用部件，有液壓缸驅(qū)動，可實現(xiàn)快進(jìn)→一工進(jìn)→—二工進(jìn)→死擋鐵停留→快退→原位停止6個工況的自動控制，現(xiàn)對其原有液壓系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，液壓動力滑臺的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-1所示。圖2-1液壓動力滑臺的結(jié)構(gòu)簡圖2.4液壓傳動系統(tǒng)及工作原理液壓系統(tǒng)工作循環(huán)圖如圖2-2所示，工作原理圖如圖2-3所示。系統(tǒng)仍采用單向變量泵供油，執(zhí)行器采用缸固定活塞式液壓缸10。采用綜合性能好的標(biāo)準(zhǔn)電磁換向閥7和8代替了原系統(tǒng)電液換向閥實現(xiàn)動力滑臺自動工作循環(huán)，采用回油路調(diào)速閥調(diào)速保證工作進(jìn)給速度穩(wěn)定。表2-1所列為動力滑臺自動工作循環(huán)時各換向閥電磁鐵和壓力繼電器動作順序表，結(jié)合表2-1對系統(tǒng)在各工況下的油液流動路線說明如下。圖2-2液壓系統(tǒng)工作循環(huán)圖圖2-3液壓系統(tǒng)工作原理圖1變量泵；2，4二位二通電磁換向閥；3單向閥；5，6調(diào)速閥；7，8二位五通電磁換向閥；9壓力繼電器；10液壓缸表2-1液壓動力滑臺液壓系統(tǒng)電磁鐵及壓力繼電器動作順序表工況電磁鐵及壓力繼電器狀態(tài)1YA2YA3YA4YAYJ快進(jìn)++一工進(jìn)-++--二工進(jìn)-+死擋鐵停留-+--+快退+原位停止+-1.快進(jìn)按下自動工作循環(huán)按鈕，電磁鐵1YA和2YA通電，使換向閥7和8均切換至右位，泵1的壓力油經(jīng)單向閥3、換向閥8進(jìn)入缸10的無桿腔，缸10有桿腔回油經(jīng)換向閥7和8反饋進(jìn)入液壓缸10的無桿腔。由于動力滑臺空載，系統(tǒng)壓力低，液壓缸成差動連接，且變量泵1有最大的輸出流量，滑臺向左快進(jìn)。2.一工進(jìn)當(dāng)快進(jìn)到規(guī)定位置時活動擋塊壓下行程開關(guān)SQ2，使電磁鐵1YA斷電、換向閥7復(fù)至圖示左位，3YA通電使換向閥4切換至左位，泵1的壓力油經(jīng)單向閥3、換向閥8進(jìn)入缸10的無桿腔，缸10有桿腔經(jīng)閥7的通路堵死，只有經(jīng)閥8右位、調(diào)速閥6、換向閥4排油。流出缸10有桿腔的流量由調(diào)速閥6的開度大小決定，由于閥6的作用，系統(tǒng)壓力升高，泵1輸出的流量減小，動力滑臺以第一種工進(jìn)速度向左運動。3.二工進(jìn)動力滑臺以第一種工進(jìn)速度運動到預(yù)定位置時，活動擋塊壓下行程開關(guān)SQ3，使電磁鐵3YA斷電、換向閥4復(fù)至圖示右位，液壓缸10的進(jìn)油路同一工進(jìn)，但缸10有桿腔回油是經(jīng)換向閥8、調(diào)速閥6、調(diào)速閥5、換向閥7排回油箱，流量由調(diào)速閥5的開度大小決定（調(diào)速閥5的開度小于調(diào)速閥6的開度），動力滑臺速度降低，以第二種工進(jìn)速度向左運動。4.死擋鐵停留動力滑臺以第二種工進(jìn)速度行進(jìn)碰上死擋鐵后停止運動。液壓缸10無桿腔的壓力憋高，壓力繼電器（YJ）發(fā)信給時間繼電器，使動力滑臺在死擋鐵處停留一定時間。此時，泵1的供油壓力升高，流量減少至僅需滿足補(bǔ)償泵和系統(tǒng)的泄漏量。5.快退死擋鐵停留時間到后，時間繼電器發(fā)出快退信號，使電磁鐵1YA通電、換向閥7切換至右位，2YA斷電、換向閥8復(fù)至圖示左位，泵1的壓力油經(jīng)換向閥7和8進(jìn)入缸10有桿腔，缸10無桿腔經(jīng)換向閥8排回油箱。由于此時為空載，系統(tǒng)壓力很低，泵1輸出的流量最大，動力滑臺向右快速退回。6.原位停止動力滑臺向右快速退回到原位時，活動擋塊壓下行程開關(guān)SQ1，使電磁鐵1YA、2YA、3YA均斷電，換向閥7、8和4復(fù)至圖示位置，電磁鐵4YA通電，動力滑臺停止運動，泵1通過換向閥2卸載。7.技術(shù)特點(1)采用電磁換向閥取代了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電液換向閥，系統(tǒng)油路結(jié)構(gòu)簡化，運行可靠，易于檢修維護(hù)。(2)采用回油路調(diào)速閥調(diào)速，動力滑臺工進(jìn)工況穩(wěn)定性好。(3)液壓泵原位停止時通過電磁換向閥卸載，能夠使泵在下次自動工作循環(huán)開始時處于低壓。第3章液壓動力滑臺PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計3.1硬件的設(shè)計根據(jù)液壓動力滑臺的工藝特性、控制要求以及實際輸入/輸出點數(shù)情況，并考慮將來系統(tǒng)擴(kuò)大功能的需要，留有一定的裕量[8~11]，選定PLC的型號為三菱公司的FX2N-32MR-001，輸入/輸出點分配情況如下所示。輸入電器輸入點啟動按鈕SB1X0停止按鈕SB2X1快退按鈕SB3X2行程開關(guān)SQ1X3行程開關(guān)SQ2X4行程開關(guān)SQ3X5壓力繼電器YJX6自動開關(guān)SA1-1X7手動開關(guān)SA1-2X8輸出電器輸出點電磁鐵1YAY1電磁鐵2YAY2電磁鐵3YAY3電磁鐵4YAY4如圖3-1所示為系統(tǒng)中PLC的外部接線圖。圖3-1PLC的外部接線圖設(shè)計說明1.轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1-1、SA1-2能夠切換兩種工作狀態(tài)，當(dāng)SA1-1閉合時，動力滑臺處于自動工作狀態(tài)；當(dāng)SA1-2閉合時，動力滑臺處于手動工作狀態(tài)。2.SQ1、SQ2和SQ3是3個行程開關(guān)。3.SB1、SB2和SB3是3個按鈕開關(guān)，SB1是控制動力滑臺向前運行的開始；SB2是控制動力滑臺隨時停止的按鈕；SB3是控制動力滑臺后退的按鈕。4.壓力繼電器YJ是控制動力滑臺死擋鐵停留的元件。5.1YA、2YA、3YA和4YA是液壓傳動回路中的電磁鐵。3.2軟件的設(shè)計3.2.1軟件流程圖的設(shè)計根據(jù)液壓動力滑臺的動作控制要求及PLC輸入9點、輸出4點的分配情況，對PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用軟件流程圖進(jìn)行設(shè)計，各步驅(qū)動各步相對應(yīng)的元件動作，來實現(xiàn)YT4543型液壓動力滑臺：快進(jìn)→一工進(jìn)→二工進(jìn)→死擋鐵停留→快退→原位停止六種工況的要求。系統(tǒng)的軟件流程圖如圖3-2所示。圖3-2系統(tǒng)的軟件流程圖3.2.2梯形圖的設(shè)計考慮到在實際控制中的需要，采用轉(zhuǎn)換開關(guān)X7、X8來切換兩種工作狀態(tài)，當(dāng)X7閉合時，動力滑臺處于自動工作狀態(tài)；當(dāng)X8閉合時，動力滑臺處于手動工作狀態(tài)。同時考慮到動力滑臺會存在沒有停在原位的情況，采用控制按鈕X2控制動力滑臺快退來控制液壓動力滑臺退回原位。根據(jù)動力滑臺設(shè)計要求結(jié)合軟件流程圖作梯形圖如圖3-3所示。圖3-3PLC控制系統(tǒng)梯形圖根據(jù)梯形圖，編寫指令如下所示：0LDX01ANDX32LDIM33ANDM04ORB5ANDX76LDX07ANDX88ORB9ANIX110OUTM011LDM012ANIM113ANIM314LDX215ANIX316ORB17OUTY118LDM019ANIM320MPS21ANIT022OUTY223MPP24ANDM125ANIM226OUTY327LDM028ANDX429ORM130ANIM331ANIT032ANIX133OUTM134LDM135ANDX536ORM237ANIM338ANIX139OUTM240LDM241ANDX642ORT043ANIM344ANIX145OUTT0SPK2048LDT049ANDX350ORM351ANIX152OUTM353OUTY454END指令結(jié)論液壓動力滑臺是自動化程度較高的部件，對可靠性、運動精度要求較高，其控制系統(tǒng)具有一定的復(fù)雜性。本設(shè)計是在充分分析了液壓動力滑臺的液壓傳動系統(tǒng)及工作原理的基礎(chǔ)上設(shè)計的。明白了液壓系統(tǒng)“快進(jìn)→一工進(jìn)→二工進(jìn)→停留→快退→原位停止”六種工況各自的液壓回路，根據(jù)控制要求選擇了PLC的型號，在硬件設(shè)計中設(shè)計出了PLC的外部接線圖；在軟件設(shè)計中，設(shè)計了液壓動力滑臺PLC控制系統(tǒng)的軟件流程圖和梯形圖，實現(xiàn)了控制要求。液壓動力滑臺傳統(tǒng)上多用繼電器一接觸器控制，由于這些控制裝置體積大、動作速度較慢、耗點較多、功能少，特別是由于它靠硬接線構(gòu)成系統(tǒng)，接線復(fù)雜，通用性和靈活性較差。采用PLC對原有的繼電器—接觸器控制系統(tǒng)改造后，使得控制系統(tǒng)簡單化，故障率大大降低，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，此控制系統(tǒng)具有良好的柔性，系統(tǒng)維護(hù)和升級也變得容易。其靈活方便的優(yōu)點顯得更加突出，投資少，經(jīng)濟(jì)效益高。

謝辭此次控制設(shè)計是在老師的悉心指導(dǎo)下完成的，我在論文設(shè)計過程中遇到了一些問題，是導(dǎo)師為我的論文提出了指導(dǎo)性的意見，為我的論文的撰寫扶正了方向，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下我少走了許多的彎路，使我能夠順利的完成了論文設(shè)計。在此，特向我尊敬的導(dǎo)師致以最衷心的感謝！經(jīng)過這次設(shè)計，我一方面看到了自己的不足，認(rèn)識到自己所掌握的知識還很有限；另一方面，我也明白了學(xué)習(xí)知識與應(yīng)用知識的不同。學(xué)過的知識并不代表就會應(yīng)用，實踐是檢驗一切的關(guān)鍵，只有把學(xué)過的知識整理出來，應(yīng)用到實際當(dāng)中。學(xué)習(xí)的關(guān)鍵在于學(xué)以致用，學(xué)以致用才是最終目的。這次設(shè)計讓我找到了收獲的快樂，在此也向設(shè)計過程中給予我?guī)椭椭笇?dǎo)的各位老師和同學(xué)們表示由衷的謝意！再次由衷的感謝給予我?guī)椭椭笇?dǎo)的老師！

參考文獻(xiàn)[1] 李青虹.組合機(jī)床動力滑臺的PLC控制[J].