采用PLC控制的铣床液压传动系统设计.pdf

第 2期 总第 1 9 5期 2 0 1 6年 4月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEE RI NG AUT0MAT1 0N No ．2 Apr ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 6 0 2 0 1 9 7 0 2 采用 P L C控制 的铣床液压传动系统设计米 代 丹 丹 ， 新疆3 - 程学院 ， 马 文涛 ，马 博 新疆 乌鲁木 齐8 3 0 0 9 1 摘要 以铣床十 字滑 台为研 究对象 ，通过对铣床 的工作过 程和控 制要求进行 分析 ，给 出 了机床 动作循 环 图、 液压工作原理 图；采用 P I C控制铣床液压传 动系统 ，并进行 软、硬件设 计，绘制 了P L C 外部 接线 图，列 出 了 I ／ O地 址分配表等。实验结果表 明，采用 P L C控制铣床 液压传 动 系统 ，可 以对 其进行 实 时监 控，大大 缩 短 了安装和调试 时问。 关键词 P L C；液压传 动；铣床 中图分类号 T G5 4 7 文献标识 码 A 0 引 言 P L C 可编程控制器 使用位置控制指令或专用的 运动控制模块 ， 对直线运动或圆周运动 的位置、 速度 、 加速度进行控制 ， 使运动控制与顺序控制功能有机地 结合起来 ， 因此广泛应用于各种机械设备 ， 如金属切削 机床 、 机器人等场合l_ 1 J 。 目前新疆工程学院的液压传动实验设备 以及实习 工厂 的机床设备等多采用传统的继电器一接触器控制 系统 ， 由于采用的是物理 电子器件而且需要大量复杂 的硬接线 ] ， 实验数据需手工处理 ， 使得实验数据精度 不高 ， 工作效率低下， 故障排除困难 ， 严重影 响了学生 实习实训 的学 习效率。笔者 经过研 究 和实验 ， 采用 P L C来控制液压传动系统， 在实验教学 中取得 了显著 的效果 ， 不仅提高了实验的精度和效率 ， 还锻炼 了学生 思考 问题 和 动手 解 决 问题 的 能力 。本 文 主要 介 绍 P L C控制铣床液压系统的设计和实现 。 1 铣床控 制 要求 分析 本实验方案中要求铣床能够在 Xy方 向上铣削 出工件的平面 ， 铣床工作面如 图 1所示。图 1是一个 由液压系统控 制 的铣床上 固定 工件 的 XY轴 十字滑 台， l 其各阶段的速度包括工进 、 工退、 快进 、 快退 。由于 本实验方案 中铣床只要求铣完整 的平面 ， 故采用工作 台 X轴方 向直线往复运动、 Y轴方 向上直线运动 的方 式来加工平面 ， 因而需要用到液压 回路 中的换 向阀来 改变工作台的运 动方 向， 采用调速阀控制速度 。图 1 中的 S T1 、 S T2 、 S T 3 、 S T4四个接近开关所在 的位置 是滑台的工作范围， S T0是滑 台的原点位置。在铣削 平面的过程 中， 工作台首先从 S T 0开始 以快进 的速度 运动到 S T 1位置， 接触到 S T 1时， 开始工进 铣平面 ， 当滑台接触 到 S T 2时， 系统 开始 延时， X轴停止 工进 0 ． 5 S ， 同时 y轴正 向工进 0 ． 5 S 。当延时完成后 ， y轴 停止工进 ， 而 X轴开始向负向工进， 当到达 S T1 的位置 时， x轴停止工进 0 ． 5 S ， Y轴正向工进 0 ． 5 S ， 然后 X轴 重复正向工进 ， 如此反复， 直到触发 S T 4开关 ， 此 时 y 轴首先快退回 S T3 位置 ， 然后 X轴快退回 S T O位置。 瑚 液压缸 y 轴液 压缸 图 1 铣 床工作面示意 图 2液压控 制 回路 铣床工作平 台控制系统 以液压泵为动力源， 中间 通过管道与各种控制阀相连接 ， 并 通过换 向阀改变液 压缸的供油方向， 从而起到控制工作台换向的作用 ， 通 过调速阀来控制工作 台的运行速度。由以上控制要求 分析可以得到工作台的动作循环图如图 2 所示。 十字滑台 X、 Y轴运动的油路分别由两个油缸控 制 ， 如 图 3所示 。X、 y轴滑 台各 阶段 的速 度包括 快 进 、 工进、 快退、 工退等均 由液压回路中的调速阀控制 。 由于铣床只要求铣完整个平 面， 而不要求其能够加工 出各种图案 ， 故采用这样 的方法来调速。X、 y轴运动 换 向通过三位四通电磁换 向阀控制。图 3中的主油路 旁边接有溢流阀， 当主油路 中的油压过大时 ， 起到卸荷 的作用 。液压系统具体的工作原理如下 新疆工程学院教改项 目基金资助 2 O 1 3 g c x y j 2 5 s y 1 5 O 4 收稿 日期 2 0 1 5 0 5 1 1 ；修 订 日期 2 0 1 6 ～ 0 2 0 3 作者简介 代丹丹 1 9 8 5 一 ，女 ，湖j E 荆 门人 ，实验 师，工学硕士 ，主要研究方 向CA D／ C AE ／ C AM工程技术 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 9 8 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 6年 第 2期 1 当 X轴快进时， 电磁铁 YA5 、 Y A1 得 电， 液压 油不经过调速阀直接进入液压缸左 腔， 所以油 的流速 比较大， 推动活塞快速向右运动 ， 起到快进的作用 。 2 当 X 轴工进时 ， 电磁铁 YA5不得电， 油路须 经过调速阀， 从而油 的流量下降 ， 活塞 向右运动速度减 慢 ， X轴工进 。 3 当 X 轴快 退 时 ， YA5 、 YA2得 电 ， 压 力 油 进入 液压缸右腔， 推动活塞快速 向左运动， X轴快退 。 4 当 X轴工退时 ， YA5不得 电， 油路经过调速 阀控制工退速度。 y轴的调速原理和 X 轴相同。 YA 5 图 2工作台的动作循环 图 墨 ∞ Y A4 图 3液 压 工 作 原 理 图 3 P L C控 制 系统硬 件设 计 3 ． 1 P L C外部 接 线 图 4为控制 xy轴十字滑台的 P L C外部接线 图。 整个系统 中的控制按钮 、 各处 的接近开关和继 电器等 开关量信号与 P L C的输入端 子相连 ， P L C的开关 量 输 出端子与各电磁换向阀相连 。其输入端含有 5个接 近开关 ， 分别是原点 和 X、 y轴的限位 开关。Xl ～X7 为手 动 开关 的输 入端 口。 3 ． 2 I ／ O 端 口分 配 铣床十字滑台的 I ／ O端 口地址分配见表 1 。 4 P L C控 制 系统软 件设 计 铣床工作台运转方式分为手动方式和 自动方式 。 手动方式可以控制电机的启停 、 电磁 阀的吸合等 。在 测试系统时可以用简单的方式来控制系统。 本设计中的自动方式可以控制铣床工作平台按照 预定的刀具运行轨迹往复运动来完成平面的加工 。要 求在 X、 y轴方 向上到达一个终点后经过预先设定好 的时间后返回， 这就要求 电磁换 向阀的两个线圈必须 每隔一定 时间轮流 吸合或放 开_ 3 ] 。该过 程是 由 P L C 内部的程序完成的， 不需要人工干预。 系统总控流程图如图 5 所示。 表 1 I ／ O端 口地址分 配表 输入 输出 输入设备接 口 继电器地址 输出设备 接口 输出设备 选择手动／ 自动 S O 0 X 0 泵启动按钮 S B1 X1 Y1 KM1 主轴启动按钮 S B 2 X 2 Y 2 KM2 急停按钮 S B 3 X3 Y3 YA1 选择轴按钮 S B 4 X 4 Y 4 Y A5 单触发启动按钮 S B 8 X5 Y5 YA3 旋钮开关 S O1 手动正向进给 X 6 Y 6 Y A2 自动按钮 S B 7 X7 Y7 Y A4 接近开关 S T0 X1 O Yl O Y A6 接近开关 S T4 X1 1 Yl 1 YA2 接近开关 S Tl X1 2 Yl 2 Y A5 接近开关 S T2 Xl 3 接近开关 S T3 X1 4 手动进给旋钮 S O2 X1 5 手动快退旋钮 S 03 Xl 6 XO Y1 2 m Yl l X1 4 Y 7 Xl 3 Y 6 x X ll ； Y 5 x X 7 l 0 Y 4 X 6 Y3 驾 i i Y2 i 2 善 Y 1 X l C O M ◇一 图 4 P I C外 部接 线图 图 5系统控制流程总图 5 结 论 采用 P L C控制铣床液压系统 ， 大大简化了控制设 备 的结 构， 各 I ／ O指示 明了， 在 很大程度 上缩 短了维 修 、 安装和调试 的时 间， 且 系统使用灵活 、 可靠性 高。 将 P L C控制液压系统应用于实验教学 中， 易于提高学 生 的动手能力 ， 同时将机 、 电、 液各学科知识综合运用 于实践 中， 加深学生的认识， 该系统 目前在我校的实验 教 学 中取得 了 良好 的效 果 。 参考文 献 [ 1 ] 廖常初． s 7 2 0 0 P L C基础 教程 [ M] ． 北京 机械工 业 出版 社 ， 2 0 0 9 ， [ 2 ] 曾燕飞 ， 李 虎 山． 基 于 P L C的三 面铣组 合 机床 电气控 制 系统设计I- J ] ． 组合 机床 与 自动 化加工 技术 ， 2 0 1 0 1 4 4 4 6． I- 3 ] 王洁清 ， 王硕． P L C在液压传动 控制系统 的应用[ J ] ． 化学 工 程 与 装 备 ， 2 0 1 1 8 1 0 6 1 0 8 ． De s i g n o f M i l l i n g M a c hi ne Hy d r a u l i c S y s t e m Co nt r o l l e d b y PLC DAI Da n - d a n，M A W e n- t a o，M A BO Xi n j i a n g I n s t i t u t e o f E n g i n e e r i n g ， Ur u mq i 8 3 0 0 9 1 ，C h i n a Ab s t r a c t Th e c r o s s s l i d e o f mi l l i n g ma c h i n e wa s t a k e n a s t h e r e s e a r c h o b j e c t ，t h e wo r k p r o c e s s a n d c o n t r o l r e q u i r e me n t s o f t h e mi l l i n g ma c h i n e we r e a n a l y z e d，t h e mo t i o n c y c l e d i a g r a m a n d h y d r a u l i c p r i n c i p l e d i a g r a m o f t h e ma c h i n e we r e g i v e n ．A P I C wa s u s e d t O c o n t r o l t h e mi l l i n g ma c h i n e h y d r a u l i c s y s t e m ，a n d t h e h a r d wa r e a n d s o f t wa r e we r e d e s i g n e d ． Th e e x t e r n a l wi r i n g d i a g r a m o f PI C wa s d r a wn ，t h e t a b l e o f I ／ O a d d r e s s a l l o c a t i o n wa s l i s t e d，e t c ．Th e e x p e r i me n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e mi l l i n g ma c h i n e h y d r a u l i c s y s t e m c o n t r o l l e d b v PI C c a n r e a l i z e d t h e mo n i t o r i n g i n r e a l t i me ．Th u s t h e i n s t a l l a t i o n a n d c o mmi s s i o n i n g t i me c a n b e g r e a t l y s h o r t e n e d Ke y wo r d s P LC；h y d r a u l i c t r a n s mi s s i o n；mi l l i n g ma c h i n e 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m