《基于PLC控制的液壓動力滑臺設(shè)計（附零件圖）》13000字（論文）

II-1緒論研究目的和意義液壓動力滑臺能進(jìn)行無極調(diào)速，并且換向過程平穩(wěn)，不會產(chǎn)生沖擊以及抖動現(xiàn)象。機床在完成配置后，就可以用滑臺進(jìn)行加工。一個好的液壓動力滑臺，可以讓機床的性能倍增。隨著科技不斷創(chuàng)新，人們越來越擅長操控機械，液壓滑臺的應(yīng)用領(lǐng)域也隨之增大，越來越多的行業(yè)都開始引用滑臺來進(jìn)行輔助加工。我國的液壓動力滑臺發(fā)展至今已有四十年的歷史，在我國工業(yè)中有著極高的占比。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國其它類機械只占機械總產(chǎn)量的15%，其余的85%都是液壓動力機械。科學(xué)發(fā)展的腳步永遠(yuǎn)不會停止，機械技術(shù)也是日新月異，液壓的缺點逐漸被解決，使其可以應(yīng)用在更多領(lǐng)域。優(yōu)秀的液壓設(shè)計可以運用在一些大型工業(yè)設(shè)計里，它具有很多優(yōu)點，例如：液壓傳動元件如果出現(xiàn)損壞，可以隨時找到元件更換；液壓系統(tǒng)可以實現(xiàn)無級調(diào)速，也就是在不停機的情況下可以改變速度、停機甚至是倒車。液壓電機還能低速旋轉(zhuǎn)，最低速度能達(dá)到每分鐘一轉(zhuǎn)，且穩(wěn)定性較好，這是其它設(shè)備做不到的。隨著技術(shù)的發(fā)展與革新，一些機械產(chǎn)品都在朝著自動化、高效化的方向發(fā)展。即普通機械逐漸被機電液一體化的機械所取代，普通機床加裝并且使用機電液技術(shù)的零部件已成為了時代發(fā)展的潮流。車床部件液壓化也越來越被人們所接受，也有越來越多的公司開始使用由液壓系統(tǒng)進(jìn)行傳動的機床。我國先前的機床使用效率普遍不高，除開少量機床使用到液壓系統(tǒng)之外，仍有大部分機床使用的就是普通的機械傳動。但是自改革開放以來，我國致力于先進(jìn)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，尤其是液壓傳動機床的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國液壓機床的使用量已進(jìn)入世界前五，液壓機床的消費額是普通機床的四到五倍。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，這一數(shù)字每年還在持續(xù)增加，并且沒有減少的趨勢。由于我國液壓的設(shè)計和生產(chǎn)等技術(shù)與外國有一些差距，因此增長的速度略為緩慢。工業(yè)技術(shù)的發(fā)展與一個國家是否能成為工業(yè)大國息息相關(guān)，因此國家著重發(fā)展工業(yè)技術(shù)。在二十一世紀(jì)初，隨著我國在國際上地位的崛起,我國已在WTO上有了重要的話語權(quán)，為了讓中華人民共和國的經(jīng)濟(jì)力量更加強盛，需要著力于發(fā)展我們工業(yè)技術(shù)的競爭力。其最大的意義是提高國際地位，使國家可以更方便地學(xué)習(xí)先進(jìn)的國外技術(shù)。本次研究通過加大機床的進(jìn)給量，在加工時運用電氣元件來控制滑臺的運行，從而達(dá)到加工目的。加裝上電氣設(shè)計的液壓動力滑臺可以實現(xiàn)機床所要求的液壓動力循環(huán)，電氣控制系統(tǒng)即PLC控制系統(tǒng)，還可以完美地調(diào)整工作速度。液壓傳動的動力滑臺優(yōu)點是傳動平穩(wěn)，加工準(zhǔn)確，效率高。該液壓動力滑臺的快進(jìn)、工進(jìn)、快退等動作都由PLC控制面板來進(jìn)行控制，更加便于實現(xiàn)工作循環(huán)，這使得液壓動力滑臺的使用率越來越高，進(jìn)一步帶動了機床的發(fā)展。國內(nèi)外液壓動力滑臺的研究其他國家的動力滑臺技術(shù)發(fā)展較早，整體水平更高，早在上世紀(jì)50年代，美國等發(fā)達(dá)國家就誕生了動力滑臺，就可以在中小批量生產(chǎn)的機床上使用動力滑臺。上世紀(jì)70年代后期，動力滑臺與液壓系統(tǒng)的結(jié)合使動力滑臺的性能得到了進(jìn)一步的提升。美國是最先將液壓技術(shù)帶入到機床當(dāng)中的，通過給機床添加液壓傳動裝置，電動滑臺總體上處于較高水平。在生產(chǎn)能力和工作效率方面，日本研究出了世界第一臺機電一體式的液壓動力滑臺，并迅速占領(lǐng)市場份額。不僅如此，日本在服務(wù)方面也非常到位，在全球都設(shè)有分公司或者代理點，可以隨時為客戶提供技術(shù)問題的解決方案。當(dāng)今世界，我國機床技術(shù)與國外仍存在著較大差距，機床的生產(chǎn)效率也始終趕不上世界平均水平。時代帶動了機床發(fā)展，使我國在這一領(lǐng)域的水平有了大幅度的提升。我們國家的液壓滑臺其實并不能滿足我們自己的加工需求，即技術(shù)不能滿足生產(chǎn)的要求。所以，優(yōu)化液壓動力滑臺是當(dāng)前的首要任務(wù)。主要從提高生產(chǎn)力以及增加液壓動力滑臺的種類這兩方面深入研究。我國的液壓動力滑臺經(jīng)過了長時間的發(fā)展，性能較以前已有了質(zhì)的飛躍。但是，我國工業(yè)水平與許多發(fā)達(dá)國家相比，還有很多的不足，還有很多需要深入研究的地方。1.2.1主要研究內(nèi)容本文對傳動裝置的總體系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行詳細(xì)的分析設(shè)計，以使液壓動力滑臺的整體系統(tǒng)功能的穩(wěn)定性、操作的簡便性、自動化程度等其他方面達(dá)到設(shè)計要求，機器設(shè)計的優(yōu)化非常重要，事實上，國外許多國家已經(jīng)花費大量時間用來開發(fā)液壓動力滑臺。畢業(yè)設(shè)計的目的不是將當(dāng)前開發(fā)的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于該畢業(yè)設(shè)計中，而是根據(jù)所給數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的設(shè)計。以下是液壓動力滑臺的研究參考方向：（1）總體方案的擬訂和論證，包括：動力滑臺拖動方案的制定、系統(tǒng)運動方式、控制系統(tǒng)選擇。（2）機械系統(tǒng)設(shè)計方案包括：驅(qū)動力線性模塊機械設(shè)備組織的設(shè)計方案。進(jìn)行零件圖紙的設(shè)計計劃和生產(chǎn)（3）液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計方案：液壓原理圖設(shè)計方案，而且需校核設(shè)計的液壓系統(tǒng)強度。（4）電氣和控制系統(tǒng)設(shè)計：選擇合適的PLC接線板，設(shè)計合理的內(nèi)存擴展電路，設(shè)計合理的步進(jìn)電機驅(qū)動電路，設(shè)計輔助電路等。要求進(jìn)行電路原理圖的繪制，進(jìn)行電器元件選擇，編制控制程序，要求完成控制系統(tǒng)原理圖的設(shè)計，元件的選擇校核、相關(guān)程序的編制。1.2.2研究方法和技術(shù)路線通過設(shè)計軟件畫液壓自動滑臺繪制圖紙非常的簡單快捷。對一些重要部位進(jìn)行了必要的強度校核。由于升降平臺實際上沒有制造任何東西，因此需要進(jìn)一步的改進(jìn)以簡化結(jié)構(gòu)并降低成本，并且在小型化和輕量化方面仍有一些工作要做。1.運用理論分析法，通過閱讀大量有關(guān)液壓動力滑臺的文獻(xiàn)，了解國內(nèi)外現(xiàn)有的研究成果，運用對比的方法總結(jié)液壓動力滑臺的優(yōu)缺點，對其中包含的本次設(shè)計具有參考價值的機構(gòu)進(jìn)行分析，了解其設(shè)計方法及理論；2.通過PLC編程軟件來實現(xiàn)控制系統(tǒng)，然后再設(shè)計液壓系統(tǒng)。3.運用大學(xué)所學(xué)的知識，了解其載荷分布對零部件的影響。滑臺介紹滑臺是機械加中用以完成進(jìn)給運動的機床附件，在配置相應(yīng)的動力頭、主軸箱及刀具后來完成相應(yīng)的工序，并與相應(yīng)的工件相結(jié)合實現(xiàn)工作的循環(huán)。動力滑臺可以分為液壓、機械和電動滑臺。1.3.1電動滑臺電動滑臺是直線驅(qū)動機構(gòu)，通常是由步進(jìn)馬達(dá)或伺服馬達(dá)來進(jìn)行驅(qū)動，通過滑軌的相應(yīng)組合來完成滑臺的直線運動。電動滑臺僅需要定期的維護(hù)和檢查，從而減少了售后的成本。其具有伺服電機所擁有的優(yōu)點，也就是可以實現(xiàn)高精度的直線運動，可以在滑臺上安裝各種零件及設(shè)備等。電動滑臺具有節(jié)能、整潔、剛性強、抗沖擊力、使用時間長、操作便捷、噪音低、維護(hù)簡單等優(yōu)點。1.3.2液壓滑臺液壓傳動是在機械傳動的基礎(chǔ)上誕生的一種新型的傳動方式，它是以液體為工作介質(zhì)，通過動力元件(液壓泵)將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，然后通過管道控制元件，借助執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達(dá))將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動負(fù)載實現(xiàn)直線或回轉(zhuǎn)運動。液壓執(zhí)行元件也就是液壓缸或液壓馬達(dá)的工作相對較為穩(wěn)定，因為執(zhí)行元件反應(yīng)靈敏、慣性小、體積輕便，所以便于實現(xiàn)快進(jìn)、停止和頻繁的換向工作。液壓傳動還可以實現(xiàn)無級調(diào)速，在運動過程中進(jìn)行速度的變換。由于液壓系統(tǒng)是對液壓油的壓力、流量的大小和液體流動的方向來進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以更容易實現(xiàn)自動化，要想實現(xiàn)更為復(fù)雜的操作，該系統(tǒng)可以與電氣控制系統(tǒng)聯(lián)合使用。液壓元件可以自動潤滑和過載保護(hù)所以使用壽命更加長久。即使出現(xiàn)損壞也可找到更換的零部件，因為液壓元件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。由于液壓油溫度的變化會影響到傳動系統(tǒng)的的穩(wěn)定性。因此在溫度過低或過高的情況下，不宜使用液壓傳動。另一方面由于工作介質(zhì)為液壓油很難避免發(fā)生泄露，不應(yīng)出現(xiàn)在傳動比嚴(yán)格的內(nèi)傳動鏈系統(tǒng)中。所以選用精度較高的液壓元件來避免發(fā)生泄露并防止對液壓油的污染。液壓系統(tǒng)也不適用于遠(yuǎn)距離傳送進(jìn)而避免產(chǎn)生巨大的能量損失。液壓系統(tǒng)的維修較為復(fù)雜，需要工作人員既要具有相應(yīng)的理論知識又要有相關(guān)的實踐經(jīng)驗。1.3.3機械滑臺機械滑臺是其他專用機床的主體床身，在原有的床身，滑板，絲杠，變速箱等組成的基礎(chǔ)上，進(jìn)行升級。也就是把原有的普通絲杠換成滾珠絲杠，更換為直線導(dǎo)軌，變速箱換成電機，讓滑臺實現(xiàn)快速進(jìn)給和快速退回。機械滑臺結(jié)構(gòu)簡單、可靠性強、方便維修，其運動過程為滑臺在滑座上做縱向移動，變速箱的作用和絲杠傳動的配合來實現(xiàn)滑臺的過度調(diào)節(jié)?；_因為抗沖擊性能強不會損壞刀具，進(jìn)給速度慢、無爬行等現(xiàn)象，從而可以有效的降低工件的表面粗糙度。

2液壓動力滑臺總體設(shè)計2.1動力滑臺技術(shù)參數(shù)以下是本次設(shè)計的液壓動力系統(tǒng)的參數(shù)。表2.1系統(tǒng)參數(shù)項目指標(biāo)及參數(shù)1、最大切削力(N)20000N2、運動部件總重(N)G=30000N3、工進(jìn)行程為(mm)250mm4、靜摩擦系數(shù)0.25、動摩擦系數(shù)0.16、滑臺快進(jìn)行程為(mm)150mm7、往復(fù)運動加速、減速時間（mm）250mm8、工進(jìn)速度（mm/min)10～50mm/min9、快進(jìn)快退速度等速(m/s)0.1m/s

2.2液壓動力滑臺的工作原理圖2.1動力滑臺簡圖滑臺在加工過程中，主要進(jìn)行兩種加工：一是進(jìn)行孔的加工，二是進(jìn)行端面的加工。在液壓滑臺的工作循環(huán)中，快進(jìn)快退的速度基本保持不變?？梢愿鶕?jù)加工要求適當(dāng)?shù)卣{(diào)整滑臺行進(jìn)的速度。為方便調(diào)整工進(jìn)速度，一般會在機床上安裝電氣控制系統(tǒng)。安裝電氣控制系統(tǒng)之后的機床可以簡單的實現(xiàn)快進(jìn)和快退操作，還可實現(xiàn)自動工作循等。通過油泵對液壓油進(jìn)行增壓，馬達(dá)驅(qū)動器的液壓油經(jīng)濾油器從泵抽出。油液加壓后，它從泵的出口傳輸?shù)焦艿?。油開始進(jìn)入液壓系統(tǒng)，經(jīng)液壓換向閥，調(diào)速閥等，推動液壓缸發(fā)生位移，并帶動旋轉(zhuǎn)工作臺主體完成在滾動座中的走刀運動?？刂婆_的移動速度由單向節(jié)流閥調(diào)節(jié)。隨著流進(jìn)液壓缸的油量的增加，導(dǎo)致節(jié)流閥開口變大。從而使得控制臺的移動速度增加。當(dāng)電子節(jié)氣門關(guān)閉時，隨著進(jìn)入液壓系統(tǒng)的剩余油量的減少，并且控制臺的運動速度逐漸變得緩慢。由上述內(nèi)容可知，油量增加滑臺移動速度就越快。油量減少滑臺移動速度就越慢。2.3液壓滑臺尺寸尺寸必須滿足圖2.2和表2.2的要求。

圖2.2動力滑臺結(jié)構(gòu)簡圖表2.2液壓滑臺型號滑臺型號行程根據(jù)以上數(shù)據(jù)選用HY50系列長為1000寬為500的液壓滑臺。平導(dǎo)軌適合于處理長零件，可以承受很大的壓力，并且可以使零件沿著易于加工的固定軌道移動。故選用平導(dǎo)軌。3動力滑臺液壓系統(tǒng)設(shè)計3.1運動分析本次設(shè)計的液壓系統(tǒng)的工況分析圖如下圖3.1動力滑臺循環(huán)圖3.2負(fù)載的分析3.2.1阻力計算（1）慣性阻力由于△u=0.1m/s，△t=0.05s(3.1)所以Fa=G△u/g△t=(30000×0.1)/(9.8×0.05)=6122N（2）摩擦阻力動摩擦阻力FUd=0.1×30000N=3000N靜摩擦阻力FUJ=0.2×30000N=6000N（3）液壓系統(tǒng)的線性模塊不考慮背壓以及作用力。3.2.2液壓缸負(fù)載計算開始動作時，效率η取0.9。故F1=Fuj加速運動時F2=（Fud快速前進(jìn)時F3=F工進(jìn)時F4=(F1工退時F5=Fud/

3.2.3負(fù)載圖和速度圖的繪制圖3.2速度位移曲線圖3.3負(fù)載位移圖

3.3系統(tǒng)主要參數(shù)的確定3.3.1初選液壓缸工作壓力參考表3.1最先壓力為P=5MPa(3.10)表3.1設(shè)備工作壓力機械類型組合機床龍門刨床工作壓力A=F/Pηcm=D=4Aπ=4×1235故根據(jù)國標(biāo)D=100mm,d=70mm(3.13)3.3.2液壓缸面積計算無桿腔占比A1=πD2/4=3.14×100有桿腔占比A2=πD2活塞桿占比A3=πD2/4=3.14×7023.3.3最低穩(wěn)定速度驗算以最慢速度前進(jìn)時v=10~50mm/min前進(jìn)時用無桿腔入口加油，單向行程調(diào)速閥來更改速度，查出最小穩(wěn)定流量qmin=0.1L/min(A1≥q滿足最低速度要求。3.3.4液壓缸流量壓力功率計算表3.2液壓缸相關(guān)計算工況負(fù)載壓力背壓力有效面積m速度輸入流量輸入功率計算公式快進(jìn)啟動66671.730A1=7850×10-6V380.32P=Q=(加速101360.910恒速33340.870工進(jìn)142103.5pAV0.29~0.631.77P=Q=A1×V2

3.4擬定液壓系統(tǒng)圖(1)調(diào)節(jié)方式的確定在進(jìn)油回路上，根據(jù)任務(wù)書的設(shè)置要求采用調(diào)速閥進(jìn)行回路的節(jié)流調(diào)節(jié)，回油路上安裝背油閥，來保證系統(tǒng)不會產(chǎn)生沖擊以及抖動現(xiàn)象來達(dá)到系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。(2)快速回路速度換接方式選擇由于要保證差動型液壓缸的穩(wěn)定性，根據(jù)表3.3各有各的優(yōu)缺點,根據(jù)實際情況來決定使用哪種閥。使用行程閥來完成速度的改變。表3.3控制方法的比較項目使用行程閥使用電磁閥轉(zhuǎn)性能1.可靠性優(yōu)良2.控制靈活性小3.液壓沖擊力弱4.轉(zhuǎn)換精度優(yōu)良1.液壓沖擊力強2.轉(zhuǎn)換精度較低3.可靠性較低4.控制靈活性大安裝特點1.行程閥裝在滑座上2.較繁瑣3.須設(shè)置液壓撞塊機構(gòu)（撞塊長度大于工進(jìn)行程）1.管路較單一2.須設(shè)置電氣撞塊機構(gòu)3.須設(shè)置電氣撞塊機構(gòu)電磁閥可裝在液壓站（或控制板）上，安裝靈活性大3.5液壓滑臺原理圖圖3.4工作原理圖

表3.4系統(tǒng)工作表動作名稱信號來源電磁鐵工作狀態(tài)液壓元件狀態(tài)換向閥2電磁換向閥3快進(jìn)啟動按鈕+--左右工進(jìn)啟動按鈕觸發(fā)行程閥SQ2+-+左左快退啟動按鈕觸發(fā)行程閥SQ3-+-右右制動啟動按鈕觸發(fā)行程閥SQ1中右3.6液壓動力滑臺的工作原理（1）快速前進(jìn)當(dāng)起動按鈕被按下時，這時系統(tǒng)就會通入電流，電磁鐵1YA得電，換向閥2也會得電，閥2得電之后它的的左位就連通，之后回油。在油液的壓力作用下使閥2接入系統(tǒng)進(jìn)行工作，系統(tǒng)油路這時候已經(jīng)被打通。工作的路徑如下所示：控制變量油路的工作路徑—進(jìn)油路：過濾器11→變量泵1→單向閥10→電磁換向閥2的左端。回油路：電磁換向閥2→油箱。換向閥B閥芯進(jìn)行右移操作時，使左位直接接通到換向器工作系統(tǒng)。主油路的工作路徑—進(jìn)油路：過濾器11→變量泵1→單向閥10→換向閥3→換向閥B右端?；赜吐罚阂簤焊鬃笄弧鷵Q向閥2→單向閥6→行程閥3→液壓缸右腔，之后形成差動連接。上述操作完成后系統(tǒng)的工作壓力就不會很高，負(fù)載也會很小。就造成了液控順序閥7關(guān)閉的現(xiàn)象，液壓缸內(nèi)部就會形成差動連接?？梢苑治龀鲈诘撞繅毫Φ淖饔孟?，因為變量泵1總輸出的流量變大了，所以移動部件會迅速向前移動。（2）工作進(jìn)給移動部件運動到指定地點的時候，行程閥3就會被操縱使限位鐵壓下去。之后就會切斷快進(jìn)的油路，電液動換向閥2的工作狀態(tài)不會發(fā)生改變(閥B和閥A的左位仍接入系統(tǒng)工作)。壓力油經(jīng)過調(diào)速閥4進(jìn)入液壓缸的左面油腔。因為油液流經(jīng)調(diào)速閥，之后會使系統(tǒng)的壓力上升，液控順序閥9也就會被打開。單向閥6關(guān)閉時，液壓缸左腔的油液就流經(jīng)閥7、閥8，之后就會回油，使移動部件的工作方式變?yōu)榱诉M(jìn)給運動。主要的工作油路：進(jìn)油路—過濾器11→變量泵1→單向閥10→換向閥2（左）→調(diào)速閥4→液壓缸右腔?；赜吐贰簤焊鬃笄弧鷵Q向閥2→順序閥7→背壓閥8→油箱。工作進(jìn)給時系統(tǒng)的壓力會升高，所以變量泵1的輸出流量就會自動減少，以用來適應(yīng)工作進(jìn)給的需求，調(diào)速閥12是用來控制移動部件進(jìn)給速率的大小。（3）死擋鐵停留工作進(jìn)給完畢之后，滑臺會碰上死擋鐵停止運動。然后移動部件會滯留在死擋鐵的位置，液壓缸左腔油液的壓力會有所升高，直到油壓上升到壓力繼電器的調(diào)整值，壓力繼電器開始進(jìn)行動作，并給時間繼電器傳遞信號。時間繼電器可以控制移動部件的滯留時長，直到達(dá)到時間繼電器給出的滯留時長后，才發(fā)出信號通知移動部件，使移動部件返回。（4）快速退回時間繼電器發(fā)出信號之后，會發(fā)生電磁鐵1YA失電，2YA得電的現(xiàn)象。換向閥A的右位接入控制回路之后，閥2被拉入系統(tǒng)進(jìn)行工作。移動部件返回時的特點是負(fù)載小、系統(tǒng)壓力也不大，所以使得變量泵1的流量會自動增大，直至增大到最大。所以移動部件會快速退回，這時的油液的通路為：控制油路：進(jìn)油路過濾器11→變量泵1→換向閥2→單向閥10→換向閥2右端。回油路換向閥2左端→節(jié)流閥13→換向閥2→油箱。主油路：進(jìn)油路過濾器11→變量泵1→單向閥10→換向閥2→液壓缸左腔?；赜吐芬簤焊子仪弧鷨蜗蜷y5→換向閥2→油箱。移動部件快速后退，快退到要求的位置(即工進(jìn)的起始位置)時，行程閥3發(fā)生復(fù)位，使回油路更為暢通，而且快退的動作不受影響。（5）原位停止移動部件退回到原位時，擋鐵壓下行程開關(guān)發(fā)出信號，使2YA斷電，換向閥A、B都處于中位，液壓缸失去動力源，移動部件停止運動。變量泵1輸出的油液經(jīng)單向閥10、換向閥2流回油箱，液壓泵卸荷。單向閥13使泵卸荷時，控制油路中仍保持一定的壓力。這樣，當(dāng)電磁換向閥A通電時，也可保證液動換向閥B能夠正常工作。3.7液壓元件的選擇3.7.1液壓泵的選擇由液壓缸運動情況分析，特點是快速運行時壓力低、大流量、時間短，工進(jìn)時高壓、小流量、時間長，所以采用雙聯(lián)葉片泵或限壓式變量泵。雙聯(lián)葉片泵沖擊力小，工作性能好。限壓式變量泵系統(tǒng)較簡單，無溢流損失，系統(tǒng)效率較高，溫升較低?？紤]本機床要求系統(tǒng)平穩(wěn)、工作可靠。就使用變量泵。（1）泵的工作壓力液壓缸在整個運行過程中的最高工作壓力為4.4MPa，本系統(tǒng)采用調(diào)速控制閥對進(jìn)油節(jié)流加以調(diào)速,選擇的是進(jìn)油管路上壓力的損失為0.6使用壓力繼電器，溢流閥的調(diào)整壓力一般應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大0.5MPaPp1=（3.5+0.6+0.5）MPa=這是小流量泵的最高工作壓力（穩(wěn)態(tài)），即溢流閥的調(diào)整工作壓力。液壓泵的額定工作壓力Pr為:Pr=1.25Pp1=1.25×4.6MPa=6.大流量泵只在快速前進(jìn)時向液壓缸輸油，快速撤退期間液壓系統(tǒng)的壓力大于快速釋放期間液壓系統(tǒng)的壓力。此時，工作壓力油不通過調(diào)速閥，進(jìn)油路徑很簡單，但流經(jīng)管道和閥的油總流量卻變得很大。進(jìn)油道的工作壓力已有所消耗為0.5MPaPp2=（0.99+0.5）MPa=1.49MPa(該值是大流量離心水泵的最大壓力。該值是調(diào)節(jié)液壓控制閥7和8的參考。在所有工作的循環(huán)時間內(nèi)，壓力缸的最大壓力范圍是系統(tǒng)軟件可以根據(jù)變速壓力調(diào)節(jié)閥來安排各種速度變化，從而達(dá)到調(diào)節(jié)壓力的目的。布置進(jìn)氣節(jié)氣門行程閥，最高工作壓力為4.4MPa，選擇的是進(jìn)油管路上壓力的損失范圍為0.6（1）泵的油量在快進(jìn)時，最大流量值為23L／min,泄露系數(shù)取1.1，則可計算泵的最大流量：qvp≥K(∑qv)maxqvp=1.1×23L／min=25.3L／min在正常情況下工進(jìn)時,最小溢流量的平均值為0.39L／min，若要保證正常情況下工進(jìn)時的系統(tǒng)壓力比較穩(wěn)定,則應(yīng)該充分考慮到溢流閥具有一定量的最小溢流值,取最小溢流量1L／min（約0.017×10?3根據(jù)以上所計算的數(shù)值,選用公稱流量計量分別表示為18L／min、12

3.7.2電機的選擇查功率圖可得知,最大功率會出現(xiàn)在速度的快退階段,其中的數(shù)值按照以下式進(jìn)行計算Pp=P大泵流量qv1=18L／min（約0.3×10小泵流量，qv2=12L／min（約0.2×液壓泵總效率ηp=0.75(根據(jù)快退階段所需功率993W及雙聯(lián)葉片泵要求的轉(zhuǎn)速，選用功率為1.1KW的Y80M2—2型的三項異步電機。3.7.3輔助元件的選擇根據(jù)實際情況，選出液壓元件規(guī)格如下表3.5表3.5元件和型號序號元件名稱通過的最大流量q/L/min型號額定流量qn/L/min額定壓力額定壓降?Pn/MPa1雙聯(lián)葉片泵—PV2R2-6/33515—2三位五通電液換向閥7035DY—100BY1006.40.43行程閥62.5C—100BH1006.40.44調(diào)速閥<1Q—6B66.4—續(xù)表3.55單向閥70I—100B1006.40.36單向閥29.5I—100B1006.40.37液控順序閥28.5XY—63B636.40.48背壓閥<1B—10B106.4—9溢流閥5.5Y—10B106.4—10單向閥28I—100B1006.40.311濾油器36.5XU—80×200806.40.0312壓力表開關(guān)—K—6B———13單向閥70I—100B1006.30.23.8確定管道尺寸本次設(shè)計的液壓缸選擇差動式連接器,管內(nèi)供油量大，所允許的流速u=0.4m／s（3.29）決定了其流經(jīng)管道的流量qv≈24L／min(0.4×10?6m則主壓力油管d的計算為d≥1130×qvv=1130×0.4×10?6d=12mm（油管的管內(nèi)壁厚一般都根據(jù)不同的需要直接進(jìn)行科學(xué)計算,根據(jù)油管所需要選用的液壓管材料及其在管內(nèi)的直徑，查中國液壓動力傳動技術(shù)手冊資料中的有關(guān)資料表示得出油管的壁厚δ.油管的材質(zhì)我們選擇一種冷拔式的無縫鋼管尺寸為4mm根據(jù)通過各個元件的連接口大小來決定別的油管尺寸規(guī)格,測量時油管一般選用4mm×3mm3.9確定油箱油量一般取液壓泵公稱流量的5～7倍.V=7qv=7×30L=210L4動力滑臺液壓系統(tǒng)功能驗算4.1管道系統(tǒng)壓力損失驗算4.4.1沿程壓力損失表4.1流量和壓力損失編號名稱實際通過流量

(L／min)公稱流量L／min)公稱壓力損失1單向閥0.392522三位五通電磁換向閥0.392523單向行程調(diào)速閥0.392554液動順序閥0.195251.5（卸荷時壓力損失）5液動順序閥0.195106各閥局部壓力損失被計算出結(jié)果之和∑△Pv如下∑△Pv=[2×105取集成塊被油流通時的壓力損失為∑△Pj=0.3×105P故滑臺勻速前進(jìn)時全部的局部壓力損失為∑△P2=（8.1+0.3）×1055所以∑△P=（0.57+8.4）×105P這個控制數(shù)值主要是通過公式計算得出的數(shù)值加上了一個液壓缸（由外部液壓負(fù)載所驅(qū)動的數(shù)值）和用于控制系統(tǒng)驅(qū)動的繼電器在液壓調(diào)高時的控制壓力(選用數(shù)值為表5×105P=Σ△P+P1+5×105式中P1P1=F0以P=（41.7+9+5）×105Pa=55.7×105這一閥數(shù)值的選用比我們估計的液壓溢流閥、自動壓力調(diào)節(jié)閥在壓力表中的數(shù)值67×105Pa4.2發(fā)熱溫升的驗算按工進(jìn)的實際情況驗算系統(tǒng)溫升。液壓泵的輸出功率在工進(jìn)過程中的最大流量液壓泵的壓力Pp1=55×105流量qvp1=12L／min(0.2×10小流量泵的功率為p1=Pp1式中ηp——液壓泵的總效率。工進(jìn)時大于小流量液壓泵的正常卸荷，順序閥的工作壓力功率損失△P=1.5×105Pa即大于小流量液壓泵的正常實際工作負(fù)荷壓力Pp2=1.5×105P流量qvp2=18L／min(0.3×大于小流量液壓泵的正常工作壓力功率p2為p2=Pp故雙聯(lián)泵的合計輸出功率Pi為pi=P1有效功率工進(jìn)時,，液壓缸的負(fù)載F=32744v=0.00083×10?3m／s（q=0.39L/min）（輸出功率P0為P0=Fv=32744×0.00083W=27W系統(tǒng)總的發(fā)熱功率Ph為P?=Pi近似容量散熱輻射面積意義在于一個油箱的近似容量為V=210L，油箱的近似容量散熱輻射面積A為A=0.0653v2=0.065×31052m油液溫升假定采用風(fēng)冷，取油箱的傳熱系數(shù)Kt=23W／(㎡.℃)可得油液溫升為?t=P?／∑K設(shè)夏天的室溫為30℃，則油溫為（30+28.4）℃=58.4℃（4.22）沒有超過最高允許油溫（50～65℃）。

5動力滑臺PLC控制系統(tǒng)設(shè)計5.1PLC的介紹PLC是可編程控制器系統(tǒng)的輸出部分。當(dāng)程序正常運行時，CPU根據(jù)每個程序用戶按照程序控制器的需求自動將其編制好并且自動保留，在同時存放于一個用戶程序數(shù)據(jù)庫和用戶存儲器之中的一個用戶程序,按照一個指令循環(huán)步序步位號(或者數(shù)據(jù)地址步位號)順序進(jìn)行掃描作為一個程序周期性的指令，完成循環(huán)程序掃描,若是無法同時實現(xiàn)依次跳轉(zhuǎn)式的指令,則從第一條程序指令發(fā)出之前，它就開始以一定的時間順序依次重復(fù)執(zhí)行一個新的用戶程序,直到整個用戶程序運行完成,然后再次重新執(zhí)行輸入指令返回第一條程序指令,開始了下次又一輪新的指令循環(huán)程序掃描。PLC穩(wěn)定性強，編程簡潔明了，使用起來靈活多變等。5.2PLC與繼電器的比較PLC、繼電器是日常中最常使用的控制元件，兩者作為控制產(chǎn)品，它們的功能是相似的，但它們的控制邏輯是完全不同的。PLC控制的優(yōu)點是比繼電器控制具有更多的功能，比如模擬量的控制，微積分的控制，程序的修改也更加的方便，并且可以做到改變控制方法和控制對象。繼電器控制只能實現(xiàn)一些簡單的邏輯控制。5.3PLC在液壓滑臺系統(tǒng)中的應(yīng)用隨著制造業(yè)的發(fā)展和新技術(shù)的應(yīng)用，工業(yè)生產(chǎn)對控制設(shè)備的可靠性和靈活性的要求越來越高,傳統(tǒng)的是由繼電器與接觸器組合來進(jìn)行控制由于其自身存在的缺陷越來越不適應(yīng)目前的生產(chǎn)需要。PLC是可編程控制器的簡稱，是專為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計的電子控制裝置，具有抗干擾能力強、可靠性高、功能強、體積小、編程簡單、維護(hù)方便等優(yōu)點。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中用PLC代替繼電器、接觸器控制將是必然的,現(xiàn)采用PLC來實現(xiàn)液壓動力滑臺控制系統(tǒng)的優(yōu)化。5.4PLC的控制要求按操作方式分類，可以分為自動和手動兩種。手動操作：使用按鈕控制滑臺，對每個動作單方面控制。自動操作：基于可編程邏輯技術(shù)對機床工作臺進(jìn)行控制。5.5PLC的選擇PLC的工作的方式為：按照程序先后，時刻刷新。也就是說，當(dāng)PLC運行時，CPU根據(jù)處理器根據(jù)控制請求設(shè)計與用戶內(nèi)存共存的程序，執(zhí)行循環(huán)掃描。順序是命令（或地址號碼）。從第一個命令到程序結(jié)束，依次執(zhí)行用戶程序，返回到第一個命令，開始下一個掃描。在樣本輸入階段PLC：要開始掃描，必須在輸入、執(zhí)行和樣本輸出三個階段更新PLC。在模塊里輸入程序，然后更新輸入，關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。PLC執(zhí)行程序執(zhí)行階段：按照存儲用戶命令的順序掃描每個命令，通過每次操作和處理，結(jié)果記錄在輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中的所有元素都會隨著程序的執(zhí)行而改變。5.6控制電器的選擇5.6.1元件的選擇=1\*GB2⑴按鈕：交流電是500V、直流電是400V；其中最高額定電流是5-15A。電路中一般選用紅色。=2\*GB2⑵行程開關(guān)：選用JW2類型的組合行程開關(guān),最多一次可以分別具有常開、常閉兩個觸點各5對。=3\*GB2⑶接觸器：分交流接觸器和直流接觸器。交流接觸器在機床中是最常被應(yīng)用的。=4\*GB2⑷熔斷器：根據(jù)液壓電機的電流可選用RL1-30類型的熔斷器與20A的熔斷體組合使用。=5\*GB2⑸接觸器：交流接觸器一般都是被廣泛應(yīng)用在工業(yè)機床中,在本次設(shè)計中選擇CJ10-10型交流接觸器。=6\*GB2⑹繼電器：熱繼電器在機械設(shè)備中的應(yīng)用，主要是保護(hù)電動機防止過載。熱繼電器從結(jié)構(gòu)上劃分分為兩相結(jié)構(gòu)和三相結(jié)構(gòu)，普遍選用兩相的熱繼電器。機床常用的熱繼電器型號為JR0系列。JRO-40型熱繼電器的額定值為500V,40A。配有十個電流等級的熱元件，每一種都有特定的電流調(diào)節(jié)范圍。這都是由于電動機額定電流與熱繼電器的額定電流并不相同，若以需要選擇電流調(diào)節(jié)適合的熱元件，調(diào)整到與電動機額定電流相等，就能更好的實現(xiàn)過載保護(hù)?？偟膩碇v，JR0系列熱繼電器功能全面，具有可以進(jìn)行溫度補償與電流調(diào)節(jié)廣泛的優(yōu)點，并具有斷相的保護(hù)功能。選用JRO-40型熱繼電器，熱元件的電流等級為4A，調(diào)節(jié)范圍為2.5-4A=7\*GB2⑺中間繼電器：中間繼電器在信號傳輸和轉(zhuǎn)換電路中起著重要作用。多回路控制是可能的，并且小功率控制信號可以轉(zhuǎn)換為大容量接觸操作。將電動執(zhí)行器投入運行。機床采用兩個系列的中間繼電器。5.7確定PLC輸入輸出接口這是在此設(shè)計中選擇FX2N?表5.1輸入/輸出分配表輸入電器輸入點點動（手動）/自動轉(zhuǎn)換關(guān)SAX0自動循環(huán)啟動按鈕SB1X1快退按鈕SB2X2滑臺原位行程開關(guān)SQ1X3滑臺快進(jìn)行程開關(guān)SQ2X4滑臺共進(jìn)行程開關(guān)SQ3X5輸出電器輸出點電磁鐵1YAY0電磁鐵2YAY1電磁鐵3YAY2圖5.1PLC的外部接線圖設(shè)計說明1.轉(zhuǎn)換開關(guān)有兩種形態(tài)可自行轉(zhuǎn)換。若希望動力滑臺在自動狀態(tài)運行，那么就將SA1-1調(diào)換至閉合狀態(tài)；如果希望動力滑臺工作在手動狀態(tài)，就將開關(guān)SA1-2調(diào)換至閉合狀態(tài)。2.電氣設(shè)計了三個行程開關(guān)分別為SQ1、SQ和SQ3。3.兩個開關(guān)按鍵SB1、SB2,，SB1作為動力滑臺向前移動的按鍵;SB2做為動力滑臺后退時的一個按鍵。

表5.2工作表動作名稱信號來源電磁鐵工作狀態(tài)液壓元件狀態(tài)換向閥2電磁換向閥3快進(jìn)啟動按鈕+--左位右位工進(jìn)啟動按鈕擋板壓下行程閥SQ2+-+左位左位快退啟動按鈕擋板壓下行程閥SQ3-+-右位右位停止啟動按鈕擋板壓下行程閥SQ1中位右位圖5.2循環(huán)圖（1）快進(jìn)：轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)至“1”按動啟動按鈕，電磁鐵YA1通電工作，電磁閥2的左臂與電路連接。液動換向閥2在制油液的作用下其左位接入系統(tǒng)工作此時由于負(fù)載較小，液壓控制順序閥7關(guān)閉，液壓缸形成差動連接，低壓時從屬變量泵1的輸出流量最大，因此動力滑塊快速前進(jìn)（2）工進(jìn)：快進(jìn)行程結(jié)束時，SQ2行程開關(guān)被壓下，電磁YA3使高速行程油回路關(guān)閉，電液轉(zhuǎn)向閥2的工作狀態(tài)保持不動作（閥B和閥A左側(cè)位置依舊連接到系統(tǒng)）。壓力油必須通過速度控制閥4進(jìn)入液壓缸的左腔。由于系統(tǒng)壓力變高，液壓控制順序閥9打開，單向閥6關(guān)閉。液壓缸左腔油經(jīng)閥7、背壓閥8進(jìn)入油箱，主動臺轉(zhuǎn)為工作進(jìn)給運動。（3）延時終止停留:延時是指制動執(zhí)行器在行程結(jié)束的時候進(jìn)入指定位置時，SQ3的YA1、YA2斷電器滯后啟動平臺延時，停止工進(jìn)的時間和逗留延遲時間由時間繼電器KT來設(shè)定（4）快退：滑臺暫停時間結(jié)束后，它向YA2電磁鐵供電，控制油液換向閥2的確切位置，用于吸入系統(tǒng)。此時系統(tǒng)滑壓小，系統(tǒng)壓力低，泵性能多變。由于變量泵1自動增加到最大值，因此會使動力滑臺迅速返回（5）原位停止：當(dāng)滑臺返回初始位置時，按下SQ1行程開關(guān)，Ya電磁鐵停止工作。液壓缸由于液壓換向閥的A和B可能同時處于換向閥的中間位置，將會自動停止橫向的移動。5.8編制梯形圖程序根據(jù)實際應(yīng)用的情況考慮使用轉(zhuǎn)換開關(guān)SA（輸入端X0）來完成控制系統(tǒng)的設(shè)計來切換自動和點動兩種工作狀態(tài)。當(dāng)X0為1時動力滑臺的滑臺處于自動工作狀態(tài)；當(dāng)X為0時動力滑臺為點動工作狀態(tài)。根據(jù)動力滑臺的控制要求以及輸入/輸出點分配情況采用梯形圖進(jìn)行程序設(shè)計控制梯形圖程序如圖5.5所示圖5.3梯形圖

結(jié)論動力滑臺是組合機床的重要部件，液壓動力滑臺是通過動力元件(液壓泵)將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，然后通過控制元件，借助執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達(dá))驅(qū)動滑臺實現(xiàn)直線或旋轉(zhuǎn)運動。本次課題完成了液壓動力滑臺機械結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)及對應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計。機械結(jié)構(gòu)設(shè)計包括整體裝配圖的設(shè)計及零部件設(shè)計。設(shè)計中根據(jù)動力滑臺技術(shù)參數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計，進(jìn)而完成整體設(shè)計，并繪制產(chǎn)品裝配圖及零件圖。液壓系統(tǒng)設(shè)計是本次設(shè)計的重點，完成了液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計、液壓元件的選擇、液壓系統(tǒng)的校核等基本內(nèi)容。通過設(shè)計分析和校核，本次設(shè)計的液壓系統(tǒng)和機械結(jié)構(gòu)匹配，液壓系統(tǒng)設(shè)計合理，滿足使用要求。該設(shè)計控制采用PLC來進(jìn)行控制，完成了plc選型、硬件電路設(shè)計、軟件設(shè)計。該控制系統(tǒng)和機械結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)匹配，能夠完成液壓滑臺所要實現(xiàn)的基本功能。本次設(shè)計對液壓動力滑臺進(jìn)行了綜合設(shè)計，設(shè)計總體能夠滿足結(jié)構(gòu)要求及液壓動力系統(tǒng)的參數(shù)要求。但設(shè)計中存在一定不足：設(shè)計中結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計沒有充分考慮結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性；液壓設(shè)計中元件的選擇局限性較大，選擇的元件先進(jìn)性不足，有可能造成產(chǎn)品運動的不穩(wěn)定，同時沒有進(jìn)行液壓系統(tǒng)的仿真設(shè)計，不能實現(xiàn)液壓性能模擬和修訂；控制系統(tǒng)設(shè)計僅進(jìn)行了硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計，沒有進(jìn)行操作面板、元件布置圖等設(shè)計。在后續(xù)設(shè)計中，可以根據(jù)實際設(shè)計要求，綜合產(chǎn)品性能和成本，從綠色設(shè)計角度出發(fā)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化；采用液壓仿真軟件，進(jìn)行系統(tǒng)仿真調(diào)試，優(yōu)化液壓系統(tǒng)；完善控制系統(tǒng)設(shè)計，完成控制面板及電器柜的具體設(shè)