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2 0 1 4年 1 1 月 第 4 2卷 第 2 2期 机床与液压 MACHI NE TOOL ＆ HYDRAUL I CS NO V ． 2 01 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 2 2 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 2 2 ． 0 8 9 P L C程序控制研 配液压机的结构设计 刘泽民 ，付丽 ，敖茜 ，李慧 1 ．天津理工大学材料科学与工程学院，天津 3 0 0 3 8 4 ； 2 ．天津市电工铜质线材企业重点实验 室，天津 3 0 0 3 8 4 摘要介绍了应用 P L C技术的研配液压机的设计方案 ，对该机的研配过程、结构、液压系统和 P L C控制过程进行了分 析和说明。该方案的提出显著提高了控制精度和生产效率。 关键词研配液压机 ；液压系统；P L C控制 中图分类号T H1 3 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 2 2 0 8 9 3 St r u c t u r e De s i g n o f Be dd i ng - i n Hy dr a u l i c Pr e s s Co nt r o l l e d by PLC Pr o g r a m L I U Z e m i n ，F U L i ，A O Q i a n ，L I Hu i 1 ． S c h o o l o f M a t e ri a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g ，T i a n j i n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，T i a n j i n 3 0 0 3 8 4，C h i n a ； 2 ． T i a n j i n E l e c t ri c a l C o p p e r Wi r e E n t e r p ri s e K e y L a b o r a t o r y ，T i a n j i n 3 0 0 3 8 4 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e d e s i g n s c h e me o f b e d d i n g i n h y d r a u l i c p r e s s c o n t r o l l e d b y P L C w a s i n t r o d u c e d ．T h e b e d d i n g i n p r o c e s s ，s t r u t ‘ t u r e，h y d r a u l i c s y s t e m a n d P L C c o n t r o l p r o c e s s o f t h e b e d d i n g i n h y d r a u l i c p r e s s w e r e a n a l y z e d ．T h e p roga m s i g n i f i c a n t l y i mp r o v e s t h e c o n t r o l p r e c i s i o n a n d p r o d u c t i o n e ffic i e n c y ． Ke y wo r d s B e d d i n g - i n h y d r a u l i c p r e s s ；Hy d r a u l i c s y s t e m；P L C c o n t r o l 随着现代制造业对生产效率和安全作业的要求越 来越高，将自动化应用于制造大、中型模具的精加工 和装配的趋势越来越明显 J 。这种模具平面尺寸很 大，价格十分昂贵，一般是先在仿形铣床上粗加工， 然后将粗加工后的模具坯料在研配液压机上进行研 配 。该液压研 配机采用 P L C程序控制 ，操作简 单 ，安全可靠 。 1 研配过程简介 首先 ，将标准凸模安装在研配液压机上横梁的下 平面上的翻板上 ，将红丹粉涂在标准凸模的型面上 ； 再将粗加工后的凹模坯料装在移动工作台上，按下可 编程控制器 P L C 上的启动按钮 ，移动工作 台沿着 滑轨移动 到下横梁 上 ，在 下横梁 上移动 工作 台下沉一 小段距离使移动工作台的底面与下横梁接触，而移动 工作台的车轮毂不与下横梁接触- o 。然后 ，液压缸 驱动上横梁和翻板慢慢平行下降，标准凸模的型面与 粗加工后的凹模轻轻接触，使凹模的粗加工面着上红 色 ，之后液压缸驱动上横梁 回升到上限位置 ，上横梁 的翻板打开并沿着翻板导轨下移到一定位置，检查 凸、凹模型腔面贴合是否均匀，根据凹模粗加工面上 着色红点的分布，将着红色处打磨或刮研掉。如此反 复，直至标准凸模型面与凹模型面贴合率达到要求时 为 【 E ”。 2主机结构设计 研配液压机的结构如图 1 所示，该模具研配机具 有全钢焊接框架结构 ，由左右立柱、上梁、底座组成 封闭框架 ，还有移动工作台和导轨等。 ”一 1 一上横粱2 - 一 主油缸3 一翻板油缸总成4 一机身定位键5 一液 压定位销6 _ _ 框架机身7 一导轨 总成8 一主滑块9 一液压锁紧A l O 一大翻板l l ～移动工作台总威1 2 一行走驱动总成l 卜 翻板 导轨1 4 --滑块滑轨1 5 一翻板滑轮l 6 一下横粱l 7 一大合页 1 8 “ - - 轨道总成1 9 - - 液压锁紧B 图1 研配液压机结构图 主油缸的 内径为 2 8 0 m m，行程 为 2 0 7 0 m m；翻 收稿日期2 0 1 3 1 0 2 3 基金项目国家自然基金资助项 目 5 0 9 7 5 2 0 5 ；天津市科技发展计划资助项 目 1 1 Z C K F G X 0 3 9 0 0 作者简介刘泽民 1 9 8 6 一 ，男，硕士研究生，专业方向为材料加工工程。E m a i l 1 5 0 2 2 3 5 3 8 2 3 1 6 3 ． c o rn 。 9 0 机床与液压 第4 2卷 板油缸 的内径为 1 0 0 m m，行 程为 1 1 0 0 m m；升 轨油 缸的内径为 8 0 m m，行程 8 0 m i D _ 。翻板可以沿着翻板 导轨下滑，翻板可以翻转 1 8 0 。 ，使上模具和凹模便 于观察，翻板上有一个挂钩可以挂在上横梁上。上横 梁和移动工作台上都有定位孔，可以固定和锁紧模 具。上横梁在动态和静态有较高的平行度，上横梁的 停止位置精度要高，并能在操作台屏幕上显示。上横 梁有可靠的液压锁紧装置，以防动梁的突然下落。 在翻板翻转机构中，翻板与上横梁是铰链联结 ， 需要翻转时，移动工作台移动到外部左侧起始位置， 然后翻板 由翻板油缸活塞杆 头部 的摆动缸挂钩推动翻 板向外侧 9 0 。 的竖直位置翻转 ，上横梁下降使翻板前 部的滚轮落到翻板导轨面上，然后上横梁继续下降， 滚轮沿曲线导轨向前滚动 ，挂钩与翻板销轴脱开，垫 板翻到 1 8 0 。 水平位置 ，此时上横梁停止运动。翻板 翻 回时 ，首先上横梁上升带动翻板上升 ，翻板沿 曲线 导轨移动 ，翻板 由 1 8 0 。 位 置 向垂直 状 态翻转 ，当 翻 板转到9 0 。 的竖直位置后 ，销轴进入挂钩，此时上横 梁停止上升，翻板油缸活塞杆收回，挂钩将翻板拉回 水平位置并锁紧 。 其技术要求是 安装立柱时，保证框架机身与下 横梁的垂直 度不 大于 0 ． 0 5 m m， ；导 轨总成 装在 主滑 块上，应保证滑块导轨与滑块下平面的垂直度不大于 0 ． 0 3 m m，最终调整后把滑块导轨与滑块焊接固定； 导轨手 工磨平刮研八面导轨进行精 确调整 ，使滑块与 工作台的平行度不大于 0 ． 0 3 m m，垂直运动直线度不 大于0 ． 0 3 m m；调整液压销，使翻板与主滑块能紧密 贴合 ；调整完成后，把各定位销座焊接固定。移动工 作台由可调速三相异步电机驱动，可 以正反转，受 P L C的控制 。 3 液压系统设计 液压系统原理图如图2所示。研配过程中，凹模 和凸模贴合时，需要控制得较为精确。此机采用了远 程调压回路的设置，可以在便于操作的位置手动调控 压力 ；手动调控好压力之后 ，主油缸所需 的压力 、翻 板油缸所需的压力和移动工作台所需 的压力都可 以在 P L C的工作下 自动切换。主油缸需要防止在空载时下 滑，设置了液控单向阀 1 2 ，并设置了单向调速阀 1 3 来调节上横梁的下降速度 ，回程时速度不受影响。翻 板油缸上也设置了液控单向顺序阀，和翻板的挂钩一 起保证了翻板在研配过程中不会下滑。 l 一 柱器 泵2 一 过游器卜二位 二通 电磁 阀4 一 主溢 流 阀S 一 远程 调压阀 6 、8 、l 1 一三位 四通 电磁阀7 一移动工作台升降油缸 9 一液控单向顺序 阀1 O 一翻板油缸l 2 一液控单向阀1 卜 单 向调速 阎l 4 _主 油 缸 图 2 液压 系统原理 图 4 P L C程序 控制 该研配液压机 的电气 系统采用可编 程控制器 P L C 进行控制 ，并配有光栅位移传感器等装置， 监控整个系统的研配动作，包括控制移动工作台沿导 轨进入和退出下横梁、在下横梁上的上升和下降，上 横梁的下降和上升，翻板沿导轨下滑和返回等。在床 身两侧的机架上分别装有 9 个光栅位移传感器，用以 检测和监控移动工作 台和上下横梁以及 翻板 的位移和 反馈信号 引。 当凹凸模具手工安装在移动工作台和上横梁 以 后 ，P L C的主要控制过程是按下 “ 启动按钮 1 ” ， 移动工作台从起始位置开始前行 ，到达下横梁，移动 工作台下降使底面贴紧下横梁，上横梁缓慢下降使凹 凸模具贴合在一起，然后上横梁返回最高点 ，移动工 作台上升 回到初始水平高度 ，然后左移返回起始位 置 ；翻板油缸驱动翻板翻转到9 0 。 的竖直位置，上横 梁下降，翻板沿翻板导轨移动到 1 8 0 。 位置，然后上 横梁和翻板的运动停止。此时机器处于暂停状态，可 以对模具进行检查 ，待检查完之后，按下 “ 启动按 钮 2 ”按钮 ，上横梁上升，翻板沿导轨上升到竖直位 置 ，销轴锁紧 ，翻板 回到水平位置 ，翻板和上横梁锁 紧并上移到起始位置，工作停止。 此机采用三菱 F 【 2 N 6 4 MR D 0 1型 P L C进行程序 自动控制，其接线设计如图3所示。 第 2 2期 刘泽民 等P L C程序控制研配液压机的结构设计 9 1 启 动按 钮l S BI 暂停， 继续按钮 S B 2 启 动按 钮2 S B 3 紧急停止 S B 4 移动工作台左限行程 S Ql 移动工作台右限行程 s Q 2 移动工作 台上限行程 S Q 3 移动工作台下限行程 S Q 4 上横梁上 限行程 S O S 上横 梁 下 限行程S Q 6 翻板左 限行程 S Q7 翻板右 限行程 s Q 8 翻板下限行程 S Q 9 远程 调 油 压 S B 5 手 动 左移 工 作台 S B 6 手动右移工作台 S B 7 手 动 上移 工 作 台 S B 8 手 动 下移 工 作 台 S B 9 手动上移上横粱S Ql 0 手动下移上横梁S QI 1 手 动左 移翻 板s Ql 2 手 动右 移翻 板S O1 3 图3 可编程控制器外部接线图 5结论 在该液压研配机上，可实现研配、修模和小批量 生产制造。该液压研配机采用框架结构机身，具有抗 偏载能力强、精度保持性好、耐磨性良好、使用寿命 长等特点。将 P L C应用于研配液压机系统 的控制， 极大地提高了系统的可靠性，简化了操作，同时也增 强了位控精度，很好地提升了研配质量，实现了机电 液的有机结合。 参考文献 [ 1 ]张宏． P L C控制模具研配液压机系统的研究[ D] ． 沈阳 沈 阳工业大学 ， 2 0 0 3 ． [ 2 ]彭熙伟 ， 陈建萍． 液压技术 的发展动向[ J ] ． 液压与气 动 ， 2 0 0 7 3 1 3 ． E L I 启动按钮1 指示灯 E L 2 暂 停， 继续 指示 灯 E L 3 启 动 按钮2 指 示灯 E L 4 紧急停止指示灯 KM1 移动工作台左移 KM2 移动工作台右移 KM3 移 动 工作 台上 移 KM4 移 动 工作 台下 移 K M5 上横粱主油缸伸出 K M6 上横梁主油缸收回 KM7 翻板油缸活塞杆伸出 K M8 翻板油缸活塞杆收回 K M9 销轴 进入 挂钩 K M1 0销轴脱离挂钩 KMl 1 远 程 调 油压 K M 1 2 液压 锁 紧 [ 3 ]付丽． 宽大台面可偏置负载连杆式液压机的设计要点 [ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 0 6 6 2 1 2 2 ． [ 4 ]裴连翥． 模具研配液压机的设计[ J ] ． 机械设计与制造 ， 2 0 0 9 1 2 1 6～ 2 1 8 ． [ 5 ]张琪． 电气 自 动化中 P L C技术的应用研究[ J ] ． 河南科 技 ， 2 0 1 3 1 1 1 2 51 2 6 ． [ 6 ]李彦文． 机械零件 的可靠性设计简介 [ J ] ． 轻工机械， 2 0 0 3 4 5 7 ． [ 7 ]胡晓波． 机械设计技术 的发展现状与趋势[ J ] ． 轻工机 械， 2 0 0 5 3 4 7 ． [ 8 ]刘善增． P L C控制系统 的可靠性设计 [ J ] ． 工业控制计 算机 ， 2 0 o 4 ， 1 7 7 3 8 3 9 ． 上接 第 7 1页 的情况下 ，可 以通过数控 系统 的螺距误差补偿 和反 向 间隙补偿提高机床的定位精度和重复定位精度； 2 在应用螺距误差补偿时，需要设置的关键参数或者补 偿能否有效的关键点是 螺距误差补偿的开始位置是 否设置、螺距补偿的方向是否正确以及螺距误差补偿 列表及其对应的值输入关系是否正确。 参考文献 [ 1 ]杨建国， 范开国， 杜正春． 数控机床实时误差补偿技术 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 1 3 ． [ 2 ]熊军， 孙艳敏． 数控机床原理与结构[ M] ． 北京 人民邮 电出版社， 2 0 1 3 ． [ 3 ] 宝元数控精密股份有限公 司． L N C M 5 1 0 i 软件应用手 册 2 0 0 8 ／ 3版本[ M] ． [ 4 ]史利娟． C K A 6 1 5 0数控车床刀架工作原理和典型故障 分析[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 3 ， 4 1 1 6 1 9 1 1 9 2 ．
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