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1、液压动力滑台的PLC控制系统设计 摘 要液压动力滑台是组合机床用来实现进给运动的通用部件，液压动力滑台在组合机床中已得到广泛的应用。液压动力滑台通过液压传动系统可以方便地进行无级调速，正反向平稳，冲击力小，便于频繁地换向工作。配置相应的动力头、主轴箱及刀具后可以对工件完成各种孔加工、端面加工等工序，它的性能直接关系到机床质量的优劣。本设计是在充分分析了液压动力滑台的液压传动系统及工作原理的基础上，通过继电器一接触器控制与PLC控制方案的对比我选择了PLC控制，根据控制要求选择了PLC的型号，在硬件设计中画出了PLC的外部接线图；在软件设计中，设计了液压动力滑台PLC控制系统的软件流程图和梯形图
2、，实现了控制要求。关键词：液压，动力滑台，PLC，控制 目录前言1第1章 概述21.1 液压动力滑台的应用21.2 继电器接触器控制与PLC控制方案的比较21.2.1 继电器接触器控制的优缺点21.2.2 PLC在液压动力滑台中的应用3第2章 液压动力滑台液压传动系统及工作原理42.1 功能结构42.2 液压传动系统及工作原理4第3章 液压动力滑台PLC控制系统的设计93.1 硬件的设计103.2 软件的设计103.2.1 软件流程图的设计103.2.2 梯形图的设计12结论16谢 辞17参考文献1811前言液压动力滑台是组合机床用来实现进给运动的通用部件，液压动力滑台在组合机床中已得到广泛的
3、应用。液压动力滑台通过液压传动系统可以方便地进行无级调速，正反向平稳，冲击力小，便于频繁地换向工作。配置相应的动力头、主轴箱及刀具后可以对工件完成各种孔加工、端面加工等工序12，它的性能直接关系到机床质量的优劣。它利用液压传动系统实现滑台向前或向后的运动，由液压缸的左右运动来拖动滑台在滑座上移动，再由电气控制系统控制液压传动系统，实现滑台的工作循环。传统的液压传动系统是由电气控制线路控制，由于这种控制线路的触点多，接线复杂，可靠性低，灵活性差，功耗高，而且维修困难，其大量的硬件接线使系统可靠性降低，也间接地降低了设备的工作效率影响了加工质量，因此越来越满足不了现代化生产过程的复杂多变的控制要求
4、。现采用PLC对此系统进行控制，能很方便的实现多种复杂的自动工作循环，使用简单，编程方便，可靠性高，通用性和灵活性强，采用PLC控制液压系统完成基本的动作液压缸的自由进退，从而实现液压动力滑台的进给运动。YT4543型液压动力滑台的工作循环是：快进一工进二工进死挡铁停留快退原位停止六种工况。 第1章 概述 液压与气压传动1.1 液压与气压传动的特点1.1.1 液压传动有以下一些优点1. 在同等体积下，液压装置比电气装置产生更高的动力。在同等功率下，液压装置体积小，重量轻，功率密度大，结构紧凑。液压马达的体积和重量只有同等功率的电动机12%左右。2. 液压装置工作比较平稳。由于重量轻、惯性小、反
5、应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向。3. 液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达2000），它还可以在运行过程中进行调速。4. 液压传动易于实现自动化，它对液体压力、流量或流动方向易于进行调节或控制。当将液压控制和电气控制、电子控制或气动控制结合起来使用时，整个传动装置能实现复杂的顺序动作，也能方便地实现远程控制。5. 液压装置易于实现过载保护，这是电气传动装置和机械传动装置无法办到的。6. 由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便。7. 用液压传动实现直线运动远比用机械传动简单。1.1.2 液压传动的缺点1. 由于流体流动的阻力损
6、失和泄漏是不可避免的，所以液压传动在工作过程中常有较多的能量损失。2. 工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。3. 为了减少泄漏，液压元件的制造精度要求很高，因而价格较贵。4. 液压传动出现故障时不易找出原因。1.1.3 气压传动的优点1. 空气可以从大气中取得，同时，用过的空气可直接排放到大气中去，处理方便，万一空气管路有泄漏，除引起部分功率损失外，不致产生不利于工作的严重影响，也不会污染环境。2. 空气的粘度小，在管道中的压力损失很小，因此压缩空气便于集中供应和远距离输送。3. 因压缩空气的工作压力较低（一般为0.30.8MPa），因此，对气体元件的材料和制造精
7、度上的要求较低。4. 气体系统维护简单，管道不易堵塞。5. 使用安全，并且便于实现过载保护。1.1.4 气压传动的缺点1. 由于空气具有可压缩的特性，因此运动速度的平稳性不如液压传动。2. 因为工作压力较低和结构尺寸不宜过大，因而气压传动装置的总推力一般不可能很大。3. 传动效率较低。总的来说，液压与气压传动的优点是主要的，而它们的缺点通过技术条件进步和多年的不懈努力，已得到克服或得到了恨得的改善。1.2 液压系统实例液压传动系统是根据机械设备的工作要求，选用适当的液压基本回路经过有机组合而成。阅读一个较复杂的液压系统图，可分为以下几个步骤：1. 了解机器设备的工作原理，从而了解机械设备的工况
8、对液压系统的要求;了解在工作循环中的各个工况对力、速度和方向这三个参数的要求。2. 初读液压系统图，了解系统中包含那些元件，并且以执行元件为中心，将系统分解为若干个子系统。3. 逐个分析每一个子系统，了解其执行元件与相应的阀、泵之间的关系和由那些基本回路组成。参照电磁铁动作表和执行元件的动作要求，理清其液流路线。4. 工作系统的安全性。5. 动作效率。6. 在全面读懂液压系统的基础上，根据系统所使用的基本回路的性能，对系统作综合分析，归纳总结整个液压系统的特点，以加深对液压系统的理解。1.2.1组合机床动力滑台液压系统组合机床是由通用部件和部分专用部件组成的高效、专用、自动化程度较高的机床。它
9、能完成钻、扩、铰、镗、铣、攻螺纹等工序和工作台转位、定位、夹紧、输送等辅助动作，可用来组成自动线。YT4543型动力滑台液压系统工作原理图8-1和图8-2分别表示YT4543型动力滑台液压系统工作原理和系统的动作循环表。这个系统能够实现的工作循环是：“快进一工进二工进死挡铁停留快退原位停止。”实现该工作循环的工作原理是：1. 快进按下启动按钮，电磁铁1YA得电，电磁先导阀4处于左位，使液动换向阀3阀芯右移，左位接入系统，其主油路为：进油路：泵1单向阀2液动换向阀3左位行程阀（常态位）液压缸左腔。回游路：液压缸右腔液动换向阀3左位单向阀7行程阀13（常态位）液压缸左腔。由于动力滑台空载系统压力低
10、，液控顺序阀6关闭，液压缸成差动连接，且变量泵1有最大输出流量，滑台向左快进。2. 一工进快进到预定位置，滑台上的行程挡块压下行程阀13，使原来通过阀13进入液压缸无杆腔的油路切断。此时阀10电磁铁3YA处于失电状态，调速阀8接入系统进油路，系统压力升高。压力的升高，一方面使液控顺序阀6打开，另一方面使限压式变量泵的流量减小，直到与经过调速阀8的流量相同为止。这时进入液压缸无杆腔的流量由调速阀8的开口大小决定。液压缸有杆腔的油液则通过液动阀3后经液控顺序阀6和背压阀5回油箱（两侧的压力差使单向阀7关闭）。滑台以第一种工进速度向左运动。3. 二工进一工进结束时，挡块压下行程开关，使电磁铁3YA得
11、电、经阀10的通路被切断。此时油液需经调速阀8与9才能进入液压缸无杆腔。由于阀9的开口比阀8小、滑台的速度减小，速度大小由调速阀9的开口决定。4. 死挡铁停留当滑台二工进终了碰上死挡铁后，滑台停止运动。液压缸无杆腔压力升高、达到压力继电器11的调定值，压力继电器动作，经过时间继电器的延时，再发出信号，使滑台退回，滑台的停留时间可由时间继电器调定。5. 快退当时间继电器经延时发出信号，2YA得电，1YA、3YA失电，阀4和阀3处于右位。主油路为：进油路：泵1单向阀2液动换向阀3右位液压缸右腔。出油路：液压缸左腔单向阀12液动换向阀3右位油箱。由于此时为空载，系统压力低，泵1 的输出的流量为最大，
12、滑台向右快退。6. 原位停止当滑台快退到原位时，挡块压下原位行程开关，使电磁铁1YA、2YA和3YA都失电，阀4和阀3处于中位，滑台停止运动，泵1通过阀3 中位（M型）卸荷。YT4543型动力滑台液压系统特点YT4543型动力滑台液压系统包括以下一些基本回路：由限压式变量叶片泵和进油路调速阀组成的容积节流调速回路，差动连接快速运动回路，电液换向阀的换向回路，由行程阀、电磁阀和液控顺序阀等联合控制的速度换接回路以及用中位为M型机能的电液换向阀的卸荷回路等。液压系统的性能就由这些基本回路所决定。该系统有以下几个特点：1. 采用了由限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速回路。它即满足系统调速范围大，
13、低速稳定好的要求，又提高了系统的效率。进给时，在回油路上增加了一个背压阀，这样做一方面是为了改善速度稳定性（避免空气渗入系统，提高传动刚度），另一方面是为了使滑台承受一定的与运动方向一致的切削力。2. 采用限压式变量泵和差动连接两个措施实现快进，这样既能得到较高的快进速度，又不致使系统效率过低。动力滑台快进和快退速度均为最大进给速度的10倍，泵的流量自动变化，即在快速行程时输出最大流量，工进时只输出与液压缸需要相适应的流量，死挡铁停留时输出补偿系统泄漏所需的流量。系统无溢流损失，效率高。3. 采用行程阀和液控顺序阀使快进转换为工进，运动平稳可靠，转换的位置精度比较高。至于两个工进之间的换接则由
14、于两者速度都降低，采用电磁阀完全能保证换接精度。1.1 液压动力滑台的应用液压动力滑台是组合机床用来实现进给运动的通用部件，液压动力滑台在组合机床中已得到广泛的应用。 液压动力滑台通过液压传动系统可以方便地进行无级调速，正反向平稳，冲击力小，便于频繁地换向工作。配置相应的动力头、主轴箱及刀具后可以对工件完成各种孔加工、端面加工等工序，它的性能直接关系到机床质量的优劣。为了满足不同工艺方法的要求，动力滑台除提供足够大的进给力外，还应能实现“快进工进停留快退原位停止”等工作循环。其中，除快进和快退的速度不可改变外，用户可根据工艺要求，对工进速度的大小进行调节。由于液压动力滑台的机械结构简单，配上电
15、气后实现进给运动的自动工作循环容易，又可以很方便地对工进速度进行调节。其中尤以YT4543型液压动力滑台应用最广。液压传动，具有功率密度高、结构紧凑、运动平稳、有利于系统传动链的简化和实现无级调速等优点，因而在一些中、大型机床中应用广泛。但由于国内液压技术水平及液压传动本身的缺陷，如油液的可压缩性 、泄漏等，许多液压机床都存在液压动力滑台精度不高、柔性差和控制水平不高的问题。液压动力滑台，作为广为使用的基础件，如何充分利用其优势，克服或改善其不足，是一个急需解决的问题。自80年代中期以来，国内外开始将微电子技术、计算机控制技术等，用来改进、发展和拓宽液压技术的水平及其应用范围，液压动力滑台的性能得到了一定的改善提高。1.2 继电器接触器控制与PLC控制方案的比较1.2.1 继电器接触器控制的优缺点液压动力滑台传统上多用继电器接触器控制，其优点是结构简单、 易于掌握、价格便宜等。在工业生产上应用较广。但是这些控制装置体积大、动作速度较慢、耗点较多、功能少，特别是由于它靠硬接线构成系统， 接线复杂，当生产工艺或控制对象改变时，原有的接线
