基于流量反馈进给控制的全自动金属带锯床液压系统设计.pdf

2 0 1 1 年 4月 第 3 9卷 第 8期 机床 与液压 MACHI NE T O0L HYDRAUL I CS Ap r ． 2 01 1 Vo 1 ． 3 9 No ． 8 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 0 8 ． 0 2 4 基于流量反馈进给控制 的全 自动金属带锯床液压系统设计 任 国军 ，纪 兆毅 菏泽学院机 电工程 系，山东菏泽 2 7 4 0 0 0 摘要为自主设计的全 自动金属带锯床设计液压系统。该设备在工作过程中，锯头的上升、下降，锯切材料的夹紧、 松开以及送料，全部在 P L C控制下通过液压系统实现。在进给系统的设计 中，给出了通过流量反馈控制来调定进给力的解 决方案。生产实践证明该锯床液压系统设计合理，性能稳定。 关键词 金属带锯床 ；液压 系统 ；流量 ；反馈系统 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 1 8 0 9 1 2 The De s i g n o f Hy dr a ul i c S y s t e m f o r Aut o ma t i c M e t a l Ba n d Sa wi ng M a c hi ne Ba s e d o n Fl o w Fe e db a c k Co n t r o l R E N G u o j u n ，J l Z h a o y i D e p a r t m e n t o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ， He z e U n i v e r s i t y ， He z e S h a n d o n g 2 7 4 0 0 0，C h i n a Ab s t r a c t T h e h y d r a u l i c s y s t e m f o r o n e k i n d o f i n d e p e n d e n t l y d e s i g n e d f u l l 。 a u t o ma t i c me t a l b a n d s a wi n g ma c h i n e wa s d e s i g n e d ． Du rin g wo r ki ng p r o c e s s o f t h i s ma c hi ne，t h e r a i s e， d ec r e a s e o f c l a mpi ng， t he c l a mpi ng， l o o s e a nd d e l i v e ring o f s a wi ng ma t e ria l we r e c o m p l e t e d b y h y d r a u l i c s y s t e m w h i c h w a s c o n t r o l l e d b y P L C ．I n t h e d e s i g n for f e e d i n g s y s t e m，s o l u t i o n o f f e e d i n g f o r c e a d j u s t e d b y t h e fl o w f e e d b a c k c o n t r o l wa s p u t f o r w a r d ．P r a c t i c a l p r o d u c t i o n p r o v e s t h e d e s i gn o f h y d r a u l i c s y s t e m for t h e s a wi n g ma c h i n e i s r e a s o n a b l e a n d s t a bl e i n pe rfo r ma n ce ． Ke y wo r d s Me t a l b a n d s a wi n g ma c h i n e ； Hy d r a u l i c p r e s s u r e ； F l o w； F e e d b a c k s y s t e m 传统意义上 的金属锯切常被认为是 简单 的切断下 料工序。随着现代制造工业朝着高效 、高精度和经济 性的方 向发展 ，锯切作为金属切削加工 的起点 ，已成 为零件 加工过程 中重要的组成环节 。锯切可 以节 约材 料 、减少二次加工量 和提高生产效率 ，因此锯床特别 是 自动化锯床 己广泛 地应 用于钢铁 、机械 、汽车 、造 船 、石油 、矿 山和航空航天等 国民经济各个领域 。 作者所研究的全 自动金属带锯床是专为高产量连 续切割而设计的中型锯切加工设备 ，主要适用于切割 各种钢材 、有色金属及 非金属 等 的各类 型材 圆形 、 方形 、矩形、角 形及 槽 型 等 ，具有 高效 、锯 缝 小 、 节约材料 、可 自动控 制送料 长度 、 自动计数 、操作工 人 劳动强度低 等优 点 。 该设备采用液压 系统 自动控制升降及进 给。锯架 在切削 中能根据被切工件 的截面尺寸和形状 的变化对 切削力和进给速度进行相应 调整 ，以保持最适宜 的进 给力 ，达到最高的切 削效率 。 1 锯床的组成与基本参数 该锯床主要 由以下几部分组成 1 锯架。锯架上装有主、从 动锯轮，带锯条 装在 主 、从 动锯 轮上 ，主动锯轮 由电动机经一级 变速 驱 动 。张紧装置通过移动从动锯 轮 ，实现带锯条的恒 力 张紧和松开。 2 液压 系统 。包括 液 压 泵站 、液 压控 制 阀和 液压油缸 ，用来 控制刀架 的升降 、进刀退刀 ，自动送 料及工件 的加 紧松开 。 3 控制 系统 。采用 S I E M E N S公 司 的 s 7 3 0 0型 P L C控制 器 ，通 过对 P L C编程 ，实 现对 锯 床 的控 制 和操作 。 该锯床锯架采用矩形封闭断面，具有足够的刚 度。可锯切工件的最大直径为 2 5 0 m m，锯切速度为 2 0～8 0 m ／ m i n ， 主 电 机 功 率 2 ． 2 k W ，电 机 转 速 I 4 5 0 r ／ m i n ，一次最 大送 料 长度 为 4 0 0 m m，送 料 长 度误差 0 ． 2 m m。采用 由 3 8 0 V、5 0 H z 三相 交流 电 为 主电机 、冷却 泵 、油泵提供 电源 ；控制 电源 由交 流 3 8 0 V经 控制 变 压 器输 出交 流 电 2 2 0 、2 8和 6 ． 3 V， 2 2 0 V为交流接触器提供 电源 ，6 ． 3 V为信号灯提供 电源 ，2 8 V交流 电经桥式 整流输 出 2 4 V直流 电为计 数器和电磁铁提供 电源 。 2液压 系统设计 2 ． 1 液压 系统的 总体 设计 该 设备锯架 的快进 、工进 、快升及 夹紧送料工作 收稿 日期 2 0 1 0 0 30 4 作者简介任国军 1 9 7 7 一 ，男 ，硕士，讲师，主要从事液压传动技术方面的教学 与科研工作。电话 1 3 8 5 3 0 1 5 2 5 7 ， E ma i l r e n g u u n 1 9 9 9 1 6 3 ． e o m。 9 2 机床与液压 第 3 9卷 循环 ，是 由电气 控 制 、由液压 系统 驱 动来 完 成。进 给 、送夹料的动作顺序依次为 锯头下降一工进一快 退一前松后 紧一后虎钳送料前进一前 紧后松一后虎钳 后退一前后虎钳 同时夹 紧一 锯头下降 第二次工作循 环开始 。该锯床液压系统工作原理图如图 1 所示 。 1 一 油 箱2 一 过 滤器3 一 泵 组件4 一 单 向阁5 、6 、7 一 三位 四通 电磁换 向 阀8 _ 机动 换 向阀 比例 流量 阀1 0 、l 压 力 继 电器 l l 一 刀架 升 降油缸1 2 、1 3 一 液控 单 向阀1 4 一 前夹 紧 缸1 5 一 后夹 紧 缸1 卜 单 向节流 阀1 8 一 送料 缸 图 1 液压系统原理图 2 ． 2 锯 切 压 力的流 量反馈 控 制 因为带锯床锯切材料的多样性和特殊性，其锯切 力 随机变化 幅度大 ，经 常导致崩齿 和断带 。为解决上 述问题 ，该锯床采用了流量反馈进给控制系统 ，通过 流量反馈来调定进给力 ，以保证 当被切工件 的截 面尺 寸和形状发生变化时 ，对锯切压力或速度进行相应 的 调整 。 如图 1 所示 ，在进 给切削 时 ，当被切工件 的截 面 尺寸或形状发生变化时，压力传感器 l 0将所需的切 削压力信号经过滤波反馈给比例流量阀 9的电磁铁 ， 比例流量阀9调节进入油缸 1 1有杆腔的流量，使进 给速度发生相应变化。这样便可避免产生冲击或打刀 等现象 ，使功率得到最大程度利用，提高了切削效率。 2 ． 3 液 压 系统 的控 制执 行 顺序 液压系统的控制主要包括 以下两部分 1 锯架机 构 的控制 。锯架 部分 主要 完成 锯 架 的上升 、下降及进给动作 。当液压泵启动带锯条运转 后 ，P L C对输入连锁条件进行判断 如工作 台虎钳是 否夹紧 ，是 否有料 ，带 锯条 是 否 张 紧 后 给 电磁 阀 1 Y A 、2 Y A及 比例流量阀发 出指令 ，用 以控制锯架 的 上升、下降及进给。 2 送料 机构 的控 制 。送 料机 构 主要 由前 夹 紧 缸 、后夹紧缸和送料缸组成 。当一次锯切完成后 ，前 夹紧缸松开 ，后夹紧缸夹 紧物料 ，由送料缸带动 向前 送料 ，送料 到位后 其位 置 由定 长 机构 进行 调 节确 定 ，前夹 紧缸 夹 紧 ，后 夹 紧缸松 开 ，送 料 缸后 退 ， 完成一次送料 。 对液压油路 的控制通过控制液压 电磁 阀的开启或 停止来实现。电磁阀动作顺序及液压元件工作状态如 表 1 所示 。 表 1 电磁 阀动作顺 序及液压元件工作状态 3 结束语 金属带锯床作为机械加工制造的第一道工序所需 设备，其加工精度和 自动化程度直接关系到后续工序 的效率和质量。文 中所研究 的锯床夹紧、送料 、卸 料 、锯削 、进给等动作以 电磁换 向阀来保证切换平稳 和转换精度，便于实现自动化。所采用的流量反馈液 压进 给系统实现了恒定的锯切力控制 ，保证了锯切不 规则截 面型材的切削率恒定 。生产实践证明 ，该锯床 液压 系统设计合理 、性 能稳定 ，达到了设计 目的。 参考文献 【 1 】高永华， 石光洁． 全 自 动卧式带锯床的P L C控制[ J ] ． 制 造技术与机床， 1 9 9 4 4 4 1 4 2 ． 【 2 】张风林， 王爱武． 可编程序控制器在带锯床控制中的应 用[ J ] ． 东北大学学报 自然科学版， 1 9 9 5 ， 1 6 5 5 1 9 5 22． 【 3 】路甬祥． 液压气动技术手册 [ M] ． 北京 机械工业 出版 社 ， 2 0 0 2 ． 1 ． 【 4 】李新培． 一种新型卧式金属带锯床液压系统设计 [ J ] ． 机械研究 与应 用 ， 2 0 0 6 ， 1 9 3 1 0 91 1 0 ． 【 5 】郭北涛． 国内外金切锯床 的现状及发展趋势 [ J ] ． 制造 技术与机床， 2 0 0 4 2 3 2 3 3 ．