采用PLC控制的銑床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)*
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代丹丹，馬文濤，馬 博
（新疆工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830091）
摘要：以銑床十字滑臺(tái)為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)銑床的工作過(guò)程和控制要求進(jìn)行分析，給出了機(jī)床動(dòng)作循環(huán)圖、液壓工作原理圖；采用PLC控制銑床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，并進(jìn)行軟、硬件設(shè)計(jì)，繪制了PLC外部接線圖，列出了I／O地址分配表等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用PLC控制銑床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，可以對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，大大縮短了安裝和調(diào)試時(shí)間。
關(guān)鍵詞：PLC;液壓傳動(dòng)；銑床 中圖分類號(hào)：TG547
0 引言
PLC（可編程控制器）使用位置控制指令或?qū)Ｓ玫倪\(yùn)動(dòng)控制模塊，對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度、加速度進(jìn)行控制，使運(yùn)動(dòng)控制與順序控制功能有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，因此廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備，如金屬切削機(jī)床、機(jī)器人等場(chǎng)合。
目前新疆工程學(xué)院的液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及實(shí)習(xí)工廠的機(jī)床設(shè)備等多采用傳統(tǒng)的繼電器一接觸器控制系統(tǒng)，由于采用的是物理電子器件而且需要大量復(fù)雜的硬接線，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)需手工處理，使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精度不高，工作效率低下，故障排除困難，嚴(yán)重影響了學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的學(xué)習(xí)效率。筆者經(jīng)過(guò)研究和實(shí)驗(yàn)，采用PLC來(lái)控制液壓傳動(dòng)系統(tǒng)．在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中取得了顯著的效果，不僅提高了實(shí)驗(yàn)的精度和效率，還鍛煉了學(xué)生思考問(wèn)題和動(dòng)手解決問(wèn)題的能力。本文主要介紹PLC控制銑床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。
1 銑床控制要求分析
本實(shí)驗(yàn)方案中要求銑床能夠在X-Y方向上銑削出工件的平面，銑床工作面如圖1所示。圖1是一個(gè)由液壓系統(tǒng)控制的銑床上固定工件的XY軸十字滑臺(tái)，其各階段的速度包括工進(jìn)、工退、快進(jìn)、快退。由于本實(shí)驗(yàn)方案中銑床只要求銑完整的平面，故采用工作臺(tái)X軸方向直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)、y軸方向上直線運(yùn)動(dòng)的方式來(lái)加工平面，因而需要用到液壓回路中的換向閥來(lái)改變工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向，采用調(diào)速閥控制速度。圖1中的ST1、ST2、ST3、ST4四個(gè)接近開關(guān)所在的位置是滑臺(tái)的工作范圍，ST0是滑臺(tái)的原點(diǎn)位置。在銑削平面的過(guò)程中，工作臺(tái)首先從ST0開始以快進(jìn)的速度運(yùn)動(dòng)到ST1位置，接觸到ST1時(shí)，開始工進(jìn)（銑平面），當(dāng)滑臺(tái)接觸到ST2時(shí)，系統(tǒng)開始延時(shí)，X軸停止工進(jìn)0.5 s，同時(shí)y軸正向工進(jìn)0.5 s。當(dāng)延時(shí)完成后，y軸停止工進(jìn)，而X軸開始向負(fù)向工進(jìn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)ST1的位置時(shí)，X軸停止工進(jìn)0.5s，y軸正向工進(jìn)0.5s，然后X軸重復(fù)正向工進(jìn)，如此反復(fù)，直到觸發(fā)ST4開關(guān)，此時(shí)y軸首先快退回ST3位置，然后X軸快退回ST0位置。
2 液壓控制回路
銑床工作平臺(tái)控制系統(tǒng)以液壓泵為動(dòng)力源，中間通過(guò)管道與各種控制閥相連接，并通過(guò)換向閥改變液壓缸的供油方向，從而起到控制工作臺(tái)換向的作用，通過(guò)調(diào)速閥來(lái)控制工作臺(tái)的運(yùn)行速度。由以上控制要求分析可以得到工作臺(tái)的動(dòng)作循環(huán)圖如圖2所示。
十字滑臺(tái)X、y軸運(yùn)動(dòng)的油路分別由兩個(gè)油缸控制，如圖3所示。X、Y軸滑臺(tái)各階段的速度包括快進(jìn)、工進(jìn)、快退、工退等均由液壓回路中的調(diào)速閥控制。由于銑床只要求銑完整個(gè)平面，而不要求其能夠加工出各種圖案，故采用這樣的方法來(lái)調(diào)速。X、Y軸運(yùn)動(dòng)換向通過(guò)三位四通電磁換向閥控制。圖3中的主油路旁邊接有溢流閥，當(dāng)主油路中的油壓過(guò)大時(shí)，起到卸荷的作用。液壓系統(tǒng)具體的工作原理如下：
(1)當(dāng)X軸快進(jìn)時(shí)，電磁鐵YA5、YA1得電，液壓油不經(jīng)過(guò)調(diào)速閥直接進(jìn)入液壓缸左腔，所以油的流速比較大，推動(dòng)活塞快速向右運(yùn)動(dòng)，起到快進(jìn)的作用。
(2)當(dāng)X軸工進(jìn)時(shí)，電磁鐵YA5不得電，油路須經(jīng)過(guò)調(diào)速閥，從而油的流量下降，活塞向右運(yùn)動(dòng)速度減慢，X軸工進(jìn)。
(3)當(dāng)X軸快退時(shí)，YA5、YA2得電，壓力油進(jìn)入液壓缸右腔，推動(dòng)活塞快速向左運(yùn)動(dòng)，X軸快退。
(4)當(dāng)X軸工退時(shí)，YA5不得電，油路經(jīng)過(guò)調(diào)速閥控制工退速度。
y軸的調(diào)速原理和X軸相同。
3 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3.1 PLC外部接線
圖4為控制XY軸十字滑臺(tái)的PLC外部接線圖。整個(gè)系統(tǒng)中的控制按鈕、各處的接近開關(guān)和繼電器等開關(guān)量信號(hào)與PLC的輸入端子相連，PLC的開關(guān)量輸出端子與各電磁換向閥相連。其輸入端含有5個(gè)接近開關(guān)，分別是原點(diǎn)和X、y軸的限位開關(guān)。X1～X7為手動(dòng)開關(guān)的輸入端口。
3.2 I/O端口分配
銑床十字滑臺(tái)的I/O端口地址分配見表1。
4 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
銑床工作臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)方式分為手動(dòng)方式和自動(dòng)方式。手動(dòng)方式可以控制電機(jī)的啟停、電磁閥的吸合等。在測(cè)試系統(tǒng)時(shí)可以用簡(jiǎn)單的方式來(lái)控制系統(tǒng)。
本設(shè)計(jì)中的自動(dòng)方式可以控制銑床工作平臺(tái)按照預(yù)定的刀具運(yùn)行軌跡往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成平面的加工。要求在X、y軸方向上到達(dá)一個(gè)終點(diǎn)后經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)定好的時(shí)間后返回，這就要求電磁換向閥的兩個(gè)線圈必須每隔一定時(shí)間輪流吸合或放開。該過(guò)程是由PLC內(nèi)部的程序完成的，不需要人工干預(yù)。系統(tǒng)總控流程圖如圖5所示。
5結(jié)論
采用PLC控制銑床液壓系統(tǒng)，大大簡(jiǎn)化了控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)，各I/O指示明了，在很大程度上縮短了維修、安裝和調(diào)試的時(shí)間，且系統(tǒng)使用靈活、可靠性高。將PLC控制液壓系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，易于提高學(xué)生的動(dòng)手能力，同時(shí)將機(jī)、電、液各學(xué)科知識(shí)綜合運(yùn)用于實(shí)踐中，加深學(xué)生的認(rèn)識(shí)，該系統(tǒng)目前在我校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中取得了良好的效果。
