采用ＰＬＣ控製的銑床液壓傳（chuán）動係統設計
2017-4-10 來源：新疆工程學院 作者：代丹丹，馬文濤（tāo），馬博
摘要：以銑床十字滑台為研究對象，通過對銑床（chuáng）的工（gōng）作過程和控製要求進行分析，給出了機床動作循環圖、液壓工作原理圖（tú）；采用 ＰＬＣ控製銑床液壓傳動（dòng）係統，並進（jìn）行（háng）軟、硬件設計，繪製了 ＰＬＣ 外部接線圖，列出了Ｉ／Ｏ 地（dì）址分配表等。實驗結果表明，采用 ＰＬＣ控製銑床（chuáng）液壓傳動係統，可以對其進行實時監控，大（dà）大縮（suō）短了安裝和調試時間。
關鍵詞：ＰＬＣ；液壓傳動；銑床
０.引言
ＰＬＣ（可編程控製器）使用位置控製指令或專用的運動控製模塊，對直線（xiàn）運動或圓周運動的（de）位置、速（sù）度（dù）、加速度進行控製（zhì），使運動控製與順序控製功（gōng）能有機地結合起來，因此廣泛應用於各種機械設備，如金屬（shǔ）切削機床、機器人等場合［１］。
目前新（xīn）疆工（gōng）程學院的液壓傳動實驗設備以及實習工廠的機床設備等多采用（yòng）傳統（tǒng）的繼電器－接觸器（qì）控製係統，由於采用的是物理電子器件（jiàn）而且需要大量複（fù）雜（zá）的硬接線［２］，實驗數據需手工處理，使得（dé）實驗數據精度不高，工作效率低（dī）下，故障排除（chú）困難，嚴重影響了學生實習實 訓 的 學 習 效 率。筆 者 經 過 研（yán） 究 和 實 驗，采 用ＰＬＣ來控製液壓傳動係統，在實驗教學（xué）中取得了顯著（zhe）的效果，不僅提高了實驗的精度和（hé）效率，還鍛煉了學生（shēng）思考 問 題 和 動 手 解 決 問 題 的 能（néng） 力。 本 文 主 要 介 紹（shào）ＰＬＣ控製銑床液壓係統的設計和實現（xiàn）。
１.銑床控（kòng）製要求分析
本實驗方案中要求銑床能夠在 Ｘ－Ｙ 方向上銑削（xuē）出工件的平麵，銑床工作麵如圖１所示。圖１是一個由液壓係（xì）統控製的銑床上 固定 工件的 ＸＹ 軸十字滑台，其各階段的速度包括工進、工退、快進、快退。由於本實驗方案中銑床隻要求銑完整的（de）平麵，故采用工作台 Ｘ 軸方（fāng）向直（zhí）線往複運動、Ｙ 軸方向（xiàng）上直（zhí）線（xiàn）運動的方式來加工平麵（miàn），因而需（xū）要用到液壓回路中的（de）換向閥來（lái）改變工作台的運動方向，采用調速閥控製速度。圖１中的 ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４ 四個接近開關所在的位置是滑台的工作（zuò）範圍，ＳＴ０是滑台的原（yuán）點位置。在銑削平（píng）麵的過程（chéng）中，工作台首先從 ＳＴ０開（kāi）始以快進的速度運動到ＳＴ１位置，接觸到 ＳＴ１時，開始工進（銑平麵），當滑（huá）台接（jiē）觸到 ＳＴ２時，係統開始延時，Ｘ 軸停止（zhǐ）工進０．５ｓ，同（tóng）時Ｙ 軸正向工進０．５ｓ。當延時（shí）完成後，Ｙ 軸停止工進，而 Ｘ 軸開始向負向工進，當（dāng）到達ＳＴ１的位置時，Ｘ軸停止工進（jìn）０．５ｓ，Ｙ 軸正向（xiàng）工進０．５ｓ，然後（hòu） Ｘ 軸重複正向工進，如此反（fǎn）複，直到觸發 ＳＴ４開關，此時（shí）Ｙ軸首先快退（tuì）回ＳＴ３位置，然後 Ｘ 軸快退回ＳＴ０位置。
圖１ 銑床工作麵示意圖
２.液壓控製回路
銑床（chuáng）工作平台控製（zhì）係統以液（yè）壓泵為動力源，中間通（tōng）過管（guǎn）道與各種控製閥相連接，並通過換向閥改變液壓缸的供油方向，從而起（qǐ）到控（kòng）製工（gōng）作台換向的作（zuò）用，通（tōng）過調速閥（fá）來控製工作台（tái）的運行速度（dù）。由以上控製要求分析可以得到工作台的動作循環圖如圖２所示。
十字滑台（tái） Ｘ、Ｙ 軸運動的油路分別由兩個油缸控製，如圖 ３ 所示。Ｘ、Ｙ 軸滑台 各階段 的 速 度 包 括 快進、工進、快退、工（gōng）退等均（jun1）由液壓回路中的調速閥控製。由於銑床隻要求銑完整（zhěng）個平麵，而不要求其能夠加工出各種圖案，故采用這樣的方法來調速。Ｘ、Ｙ 軸（zhóu）運動換向通過三位四通電磁換向閥控製。圖（tú）３中的主油路旁邊接（jiē）有溢流閥，當（dāng）主油路中的油壓過大時（shí），起到卸荷的作（zuò）用。液壓係統具體的工作原（yuán）理（lǐ）如（rú）下（xià）：
（１）當Ｘ 軸快進時，電磁鐵 ＹＡ５、ＹＡ１得電，液壓油不經過調速閥直接進入（rù）液壓（yā）缸左腔，所以油的流速比（bǐ）較大，推動活塞快速（sù）向右運（yùn）動，起到快進的作用。
（２）當 Ｘ 軸工進（jìn）時，電磁鐵（tiě） ＹＡ５不得（dé）電，油路須經（jīng）過調速閥，從而油的流量（liàng）下降，活塞向右運動速度減慢，Ｘ 軸工進。
（３）當 Ｘ 軸快（kuài）退時，ＹＡ５、ＹＡ２得電，壓力油進入液壓缸（gāng）右腔，推動活塞快速向左運（yùn）動，Ｘ 軸快退。
（４）當 Ｘ 軸工退時，ＹＡ５不得電，油路經過調速閥控製工退速度。Ｙ 軸的調速原理和Ｘ 軸相同（tóng）。
圖３ 液壓工作原（yuán）理圖
３.ＰＬＣ控製（zhì）係統硬件設（shè）計
３．１ ＰＬＣ外部接線
圖４為（wéi）控製 ＸＹ 軸十字滑台的 ＰＬＣ外部接線圖。整個係統（tǒng）中的（de）控製按鈕、各處的接近開關和繼電器等開關量信號與（yǔ） ＰＬＣ 的（de）輸入端子相連，ＰＬＣ 的開關（guān）量輸出端子與（yǔ）各電磁換（huàn）向閥相連。其（qí）輸入端含（hán）有５個接近開關，分別是原點和 Ｘ、Ｙ 軸的限位開關。Ｘ１～Ｘ７為（wéi）手動開關的輸入端口。
３．２ Ｉ／Ｏ 端口（kǒu）分配
銑床十字滑台的Ｉ／Ｏ 端口地（dì）址分配見表１。
４.ＰＬＣ控製係統軟件（jiàn）設計
銑床工作台運轉方式分為手動方式和自動方（fāng）式。手動方（fāng）式可以控製電機的啟停、電磁閥的吸合等。在測（cè）試係統時可以用（yòng）簡單的方式來控製係統。本設計中的自動方式可以控製銑床工作平台按照預定的刀具運行軌跡往複運動來（lái）完成平麵的加工。要求（qiú）在 Ｘ、Ｙ 軸方向上到達一個終（zhōng）點後經過預先設定好的時（shí）間後返回，這就要求電磁換向閥的兩個線圈必須每（měi）隔一定時間輪流吸合或放開（kāi）［３］。該過程是由 ＰＬＣ內部的（de）程序（xù）完成的，不需要人工（gōng）幹預。係統總控流程圖如圖５所示。
表１ Ｉ／Ｏ 端口地址分配表
圖４ ＰＬＣ外部接線圖（tú）
圖５ 係（xì）統（tǒng）控製流程總圖
５.結論（lùn）
采用 ＰＬＣ控製（zhì）銑床液壓係統，大（dà）大簡化了控製設備的結構（gòu），各Ｉ／Ｏ 指示明了（le），在很大程度上縮短了（le）維（wéi）修、安裝（zhuāng）和調試的時間，且係統 使 用靈（líng）活（huó）、可（kě）靠（kào）性高。將 ＰＬＣ控製液壓係統應用（yòng）於實驗教學中，易於提高學生的動手能力，同時將機、電、液（yè）各學科知識綜合運用於實踐中，加深學生（shēng）的（de）認（rèn）識，該係（xì）統目前在（zài）我校的實驗（yàn）教學（xué）中取得了良好的效果（guǒ）。
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