無心外圓砂帶磨床自動上下料控制系統(tǒng)設(shè)計【含CAD圖紙+PDF圖】

無心外圓砂帶磨床自動上下料控制系統(tǒng)設(shè)計【含CAD圖紙+PDF圖】,含CAD圖紙+PDF圖,無心,外圓砂帶,磨床,自動,上下,控制系統(tǒng),設(shè)計,CAD,圖紙,PDF 摘要 電弧螺柱焊是一種螺柱電弧焊接方法，到目前為止，在汽車制造、多層建筑、橋梁建設(shè)、家電行業(yè)等得到廣泛應(yīng)用。隨著經(jīng)濟發(fā)展的要求，企業(yè)對電弧螺柱焊的效率，精度要求越來越高，也就對焊槍及其控制的設(shè)計有了更高的要求。本文參照傳統(tǒng)的電弧螺柱焊槍對焊槍及其控制系統(tǒng)做了改進(jìn)及設(shè)計，這個電弧電弧螺柱焊由一個直流電源、控制單元和一個焊槍組成。這個電弧螺柱焊槍通過步進(jìn)電機為其提供動力，通過絲桿來實現(xiàn)螺柱焊提起及送進(jìn)過程，控制系統(tǒng)由PLC控制焊槍及螺柱的送進(jìn)過程。在這個新的焊接過程中，這個螺柱的運動可以看做由微步構(gòu)成的。步進(jìn)電弧焊槍的行為參數(shù)的設(shè)置和調(diào)整是獨立完成的。 關(guān)鍵詞 控制單元 步進(jìn)式電弧螺柱焊 PLC 絲桿 Abstract Arc stud welding is a method of stud arc welding，Up to now，it has been widely used in the manufacture of automobile,multistoried Buildings construction of bridges,appliance industries and so on .With the requirements of economic development,business to arc stud welding efficiency and precision have become increasingly demanding ,Also on the design of the torch and its control have higher requirements. This article refers to the traditional arc stud welding gun torch and its control system improvements and design. The equipment of arc stud welding consists of a dcpower source，a control unit，and a welding gun. This arc stud welding gun through the stepper motor to provide power screw stud welding institute and sent to the process, An PLC is adopted as the main control component to realize the control of the stud gun and welding procedure. the stud action can be looked as constituted by some micro steps.The settingting of the stepping arc welding gun behavior parameters are accomplished independently．It is indicated from the results of process tests and bending test that the stepping arc stud welding process is practicable. Keywords arc stud welding PLC control unit step-by-step screw 目 錄 摘 要 ……………………………………………………………………………Ⅰ Abstract……………………………………………………………………………Ⅱ 緒論…………………………………………………………………………………1 1總體方案的制定……………………………………………………………………2 緒論 螺柱焊是一種高效的全截面焊接方法。由于這種焊接技術(shù)具有快速、可靠、簡化工序、降低成本等一系列優(yōu)點而得到了日益廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著鋼結(jié)構(gòu)在建筑、橋梁等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，大直徑栓釘（焊釘）的焊接越來越多的采用螺柱焊方法。目前，國產(chǎn)的電弧螺柱焊機型號有RSN-630、1000、1600 RSN2-2500、3150 等，可焊mm的螺柱。 這類焊機與進(jìn)口產(chǎn)品相比，其焊接電源都是用晶閘管控制，并可連續(xù)調(diào)節(jié)焊接電流。從調(diào)節(jié)和穩(wěn)流性能以及可靠性方面考核，差別不大。在控制方面，進(jìn)口產(chǎn)品采用單片機控制的，而國內(nèi)產(chǎn)品基本都是用分立器件控制，與進(jìn)口產(chǎn)品相比差距較大。因此，研制單片控制的電弧螺柱焊機對提升國產(chǎn)螺柱焊機的技術(shù)水平和可靠性，具有重要的現(xiàn)實意義。 傳統(tǒng)電弧螺柱焊槍主體是電磁線圈和彈簧結(jié)構(gòu)，在焊接過程中，螺柱運動的實現(xiàn)主要由線圈的通斷電和彈簧的壓縮、釋放來完成利用線圈彈簧式焊槍進(jìn)行電弧螺柱焊接的過程。．采用傳統(tǒng)電弧螺柱焊槍進(jìn)行焊接時，在螺柱提起時對電磁線圈通以一定的電流，在電磁力和彈簧阻力的共同作用下，使動鐵心以一定的加速度向上提起，螺柱送下則主要由彈簧壓縮產(chǎn)生的彈力和動鐵芯,自身的重力作用產(chǎn)生向下的運動．為了調(diào)節(jié)螺柱的提起和送下速度，電弧螺柱焊槍的結(jié)構(gòu)中一般都要配備阻尼機構(gòu)，這就使焊槍的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜．提起和送下速度的調(diào)節(jié)受多方面因素的影響，較難把握。 本文從電弧螺柱焊的實現(xiàn)過程出發(fā)，對焊槍結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行了全新的設(shè)計，研制出步進(jìn)式電弧螺柱焊槍及其控制系統(tǒng)．焊槍以步進(jìn)電機帶動螺旋傳動裝置完成電弧螺柱焊焊接過程各動作，焊槍及焊接過程由單片機系統(tǒng)控制．此焊槍可以通過程序控制實現(xiàn)螺柱提起高度、送下深度、提起和送下速度等參數(shù)的設(shè)定。這種設(shè)計在對電弧螺柱焊螺柱的提起送進(jìn)速度更容易而且有效的進(jìn)行控制。 1總體方案的制定 1.1設(shè)計目的和意義 螺柱焊是一種將金屬螺柱或類似的其他緊固件快速焊于金屬工件上的焊方法，電弧螺柱焊的應(yīng)用始于1939年的造船行業(yè)。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，焊接在生產(chǎn)過程中的運用越來越重要，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，電弧螺柱焊已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑、汽車制造、船舶制造、橋梁等行業(yè)。電弧螺柱焊的基本原理是在待焊螺柱與工件間引燃電弧，當(dāng)螺柱與工件被加熱到合適溫度時，在外力作用下，螺柱送入工件上的焊接熔池形成焊接接頭。螺柱焊焊接螺柱類緊固件代替了費時費力的鉚接、鉆孔和攻絲等方法。由于電弧螺柱焊的應(yīng)用節(jié)省了人力物力同時是生產(chǎn)效率也得到了提高。在工業(yè)高速發(fā)展的今天，生產(chǎn)過程中效率和質(zhì)量同樣重要的今天，電弧螺柱焊的應(yīng)用不僅越來越廣泛，而且電弧螺柱焊也得到了空前的發(fā)展。這個課題的研究符合發(fā)展的趨勢，本課題的研究讓我學(xué)會了搞設(shè)計的思路流程以及在每個階段需要注意的問題，在畢業(yè)前在老師的指導(dǎo)下親自弄一次設(shè)計，熟悉一下設(shè)計的理念及過程，對我們今后的設(shè)計起個鋪墊的作用。 1.2總體方案的確定 經(jīng)過對當(dāng)前電弧螺柱焊的了解及和電弧螺柱焊相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀，對螺柱焊槍及控制部分的設(shè)計有了初步的方案。總體的方案分為兩個部分：螺柱提起送進(jìn)動力部分及對提起送進(jìn)速度的控制部分。對這個方案解決的思路如下：本課題的關(guān)鍵問題首先是如何使電弧螺柱焊實現(xiàn)低速送進(jìn)同時又能保證對于不同焊件都能達(dá)到所需要的擠壓壓力。以我個人的意見解決這個問題需要對焊槍的槍體進(jìn)行全新的設(shè)計，螺柱通過絲桿的轉(zhuǎn)動進(jìn)行送進(jìn)，擠壓的壓力通過彈簧的變形來監(jiān)測控制，所以我們還需要傳感器，使檢測到的壓力轉(zhuǎn)化成信號傳到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過和設(shè)定的壓力進(jìn)行對比來控制螺柱的送進(jìn)速度進(jìn)而控制擠壓的壓力。然而在加工過程中電壓的不穩(wěn)定同樣會造成質(zhì)量問題，在這次設(shè)計中我選擇步進(jìn)電機來控制傳動系統(tǒng)，步進(jìn)電機由脈沖信號觸發(fā)控制。它的轉(zhuǎn)動角度由脈沖數(shù)量決定，轉(zhuǎn)速只和脈沖頻率有關(guān)，而和電壓、電流等的大小及波動沒有直接關(guān)，誤差不會積累。 2 機械部分的設(shè)計 2．1 焊槍的機械結(jié)構(gòu) 步進(jìn)式電弧螺柱焊槍的機械結(jié)構(gòu)原理如圖1所示．焊槍可以看作由動力機構(gòu)、運動機構(gòu)以及固定保護(hù)機構(gòu)3部分組成。
(1)焊槍的動力機構(gòu)為步進(jìn)電機．步進(jìn)電機具有慣性小，不需制動裝置，啟動性能好，能頻繁瞬間啟動、倒轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)等優(yōu)點．步進(jìn)電機由脈沖信號觸發(fā)控制。它的轉(zhuǎn)動角度由脈沖數(shù)量決定，轉(zhuǎn)速只和脈沖頻率有關(guān)，而和電壓、電流等的大小及波動沒有直接關(guān)系．誤差不會積累。 (2)運動機構(gòu)的主體是螺旋傳動裝置，即絲杠螺母傳動裝置．傳動機構(gòu)使得步進(jìn)電機的角位移轉(zhuǎn)化為上下方向的直線位移，最終實現(xiàn)電弧螺柱焊焊接過程的運動要求．絲杠與電機軸通過機械方式連接在一起，接受來自步進(jìn)電機的角位移；在導(dǎo)向裝置作用下，傳動螺母只作沿徑向的運動，通過電機正反轉(zhuǎn)的改變，傳動螺母可完成上下直線運動．傳動螺母通過連接件與焊槍夾具連接，夾具上的螺柱隨之產(chǎn)生縱向的運動，完成焊槍的機械結(jié)構(gòu)電弧螺柱焊接過程中的提起、送下等運動。 2.2 滾珠絲桿副的選型與計算 滾珠絲桿副是在絲桿和螺母的軌道之間放入適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動摩擦。其作用是將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。絲桿或螺母轉(zhuǎn)動時，帶動滾珠沿螺紋軌道滾動。螺母的螺旋槽兩端設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置，滾珠通過此裝置自動返回其入口，形成循環(huán)回路。滾珠絲桿副的外形如圖3-15所示。 滾珠絲桿副具有傳動效率高、運動平穩(wěn)、使用壽命長等特性，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備、精密儀器和數(shù)控機床等。滾珠絲桿副由專門工廠制造，當(dāng)型號計算選定后，可以外購或定制。 （1） 、滾珠絲桿副的主要尺寸參數(shù) 滾珠絲桿副的主要尺寸參數(shù)如圖3-16所示。 a 、公稱直徑 用于標(biāo)示的尺寸值（無公差） b 、節(jié)圓直徑 滾珠與滾珠螺母體及滾珠絲桿位于理論接觸點時，滾珠球心包絡(luò)的圓柱直徑。節(jié)圓直徑通常與滾珠絲桿的公稱直徑相等。 c 、導(dǎo)程 滾珠螺母相對滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)2弧度時的行程。 d 、公稱導(dǎo)程 通常用作尺寸標(biāo)識的導(dǎo)程值（無公差）。 e 、行程L 轉(zhuǎn)動滾珠絲杠或滾珠螺母時，滾珠絲桿或滾珠螺母的軸向位移量。 f 、有效行程 有指定精度要求的形成部分（即行程加上滾珠螺母提的長度）。 此外，還有絲桿螺紋外徑、絲桿螺紋底徑、螺母體外徑、螺母體螺紋底徑、螺母體螺紋內(nèi)徑、滾珠直徑、絲桿螺紋全長。 （2） 計算和選型 a 、最大工作載荷的計算 最大工作載荷是指滾珠絲桿副在驅(qū)動工作臺時所承受的最大軸向力，由于在焊槍中絲桿是用來帶動螺柱運動的并且運動方向與工件垂直。所以所承受的最大軸向力就是螺柱與工件間的最大擠壓力。螺柱與工件間的擠壓力只有50-80N。 根據(jù)公式 （為進(jìn)給方向的載荷、為垂直方向載荷、為橫向載荷、G為移動部件的總重力、K=1.1） 由于螺柱是垂直運動，所以在運動過程只承受進(jìn)給方向的擠壓力。 所以 b 、最大動載荷的計算 最大動載荷的計算公式如下： 式中 — 滾珠絲桿副的壽命，單位為r。（其中T為使用壽 命，普通機械取，數(shù)控機床及一般機電設(shè)備取T=15000h；n為絲桿每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)）； — 載荷系數(shù)，由表3-30查得； — 硬度系數(shù) （58HRC時，取1.0；等于55HRC時，取1.11；等于52.5HRC時，取1.35；等于50HRC時，取1.56；等于45HRC時，取2.40） — 滾珠絲桿副的最大工作載荷，單位為N。 由于初選電動機為微型電機，額定轉(zhuǎn)速在1000r以內(nèi)。 絲桿的壽命 根據(jù)上式可計算得最大動載荷 N 所選滾珠絲桿副其額度動載荷，初步選定的滾珠絲桿為FSW12—4B1 其規(guī)格參數(shù)如下: 型號 公稱外徑（mm） 導(dǎo)程（mm） 剛性（KN） 最大載荷（KN） FSW12—4B1 12 4 8 638 2.3 電動機的選型和計算 （1）、對于步進(jìn)電機的計算與選型，通常按照以下及步驟： 1) 根據(jù)機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，求得加載步進(jìn)電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量 2) 計算不同工況下加在步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 3) 取其中最大的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩，作為確定步進(jìn)電動機最大轉(zhuǎn)矩的依據(jù)； 4) 根據(jù)運行矩頻特性、啟動慣頻特性等，對初選的電動機進(jìn)行校對。 （2）、步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量的計算 加在步進(jìn)電機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的主要參數(shù)之一，他對選擇電動機具有重要意義。主要包括電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量、減速裝置與滾珠絲桿以及移動部件等折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量等。 的計算方法 傳動比、絲桿轉(zhuǎn)動慣量。 所以，總轉(zhuǎn)動量 （3） 、步進(jìn)電機轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算 步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同工況下是不同的。通?？紤]兩種情況：一種情況是快速空載啟動，另一種情況是承受最大工作負(fù)載。下面分別進(jìn)行討論： 1）最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 a 、式中電機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算 式中為進(jìn)給方向最大工作載荷，單位為N；為滾珠絲桿導(dǎo)程，單位為m；為傳動鏈的總效率，這里??；傳動比。 所以 b、移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩： 為導(dǎo)軌的摩擦力 由于在這個設(shè)計中運動是垂直方向，摩擦力比較小可以忽略不計 所以 c 、滾珠絲桿與今后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩： 式中為滾珠絲桿的預(yù)緊力，一般去滾珠絲桿工作載荷的1/3 為滾珠絲桿未預(yù)緊時的傳動效率，一般取 有與滾珠絲桿傳動效率很高所以摩擦轉(zhuǎn)矩可以忽略不計。 所以 綜上可得： (2) 、快速空載起動時折算到電機上的最大加速轉(zhuǎn)矩： 式中 為快速空載啟動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩，單位為Nm 為移動部件運動時折算到電機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 為滾珠絲桿預(yù)緊后折算到電機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 a 、快速空載啟動時折算到電機轉(zhuǎn)軸上的最大轉(zhuǎn)矩： 式中 為步進(jìn)電機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，為電機角加速度，為電機轉(zhuǎn)速； 為電機加速所用的時間，一般在0.3-1s之間取。 所以 所以 綜合上述計算可知加在步進(jìn)電機轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： =0.06Nm (3)、步進(jìn)電動機的初選 將上述計算所得的乘上一個系數(shù)K，用K的值來選擇電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩，其中系數(shù)K稱為安全系數(shù)，其取值范圍為2.5-4 所以所選的電機最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于24Ncm 初步選擇的步進(jìn)電動機型號為57BYGH803 基本參數(shù)如下： 型號 步距角 相數(shù) 電壓（V） 電流 （A） 電阻 靜轉(zhuǎn)矩Ncm 重量 kg 額定功率（W） 57BYGH001 1.8 2 6.3 1.5 4.2 140 1.1 10-50 外形尺寸 2.4 聯(lián)軸器的選擇 一般聯(lián)軸器的選用依據(jù)是其工作條件和結(jié)構(gòu)形式。選型時，主要考慮以下幾點： 1）選擇聯(lián)軸器的類型 根據(jù)傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和轉(zhuǎn)速高低，以及對緩沖和振動的要求，參考各類型聯(lián)軸器的特點，選擇適用的聯(lián)軸器類型。 2） 計算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩 傳動軸上的公稱轉(zhuǎn)矩T可用下式進(jìn)行計算： 式中 p為傳遞的功率，單位為kw； n為軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。 根據(jù)上式和所選的電機可計算出： 由于機器啟動時的動載荷和運動中可能出現(xiàn)的過載現(xiàn)象，所以應(yīng)當(dāng)按軸上的最大轉(zhuǎn)矩作為計算轉(zhuǎn)矩，計算公式為 式中，T為公稱轉(zhuǎn)矩，為工況系數(shù)， 工況系數(shù)如下表： 根據(jù)工況系數(shù)表可選得=1.3 所以 3） 確定聯(lián)軸器的型號 根據(jù)計算轉(zhuǎn)矩及所選的聯(lián)軸器類型，初步選擇的聯(lián)軸器型號SGS-C-26 聯(lián)軸器的參數(shù)如下： 型號 軸徑 扭矩 最高轉(zhuǎn)速 角向偏差 螺絲 SGS-C-26 6、6.35、8、10 2.8Nm 10000rpm M3 2.5 軸承的選擇 根據(jù)所選擇的絲桿的直徑初步選擇的軸承為深溝球軸承，其型號為FAG6200 其基本參數(shù)如下： 內(nèi)徑（mm） 外徑（mm） 厚度（mm） 10 30 9 2.6 彈簧的選擇 (1) 焊槍彈簧保護(hù)機構(gòu)主要作用是焊接過程中，螺柱送進(jìn)深度偏大的時候，把螺柱送進(jìn)位移轉(zhuǎn)化為彈簧壓縮位移，以保護(hù)步進(jìn)電動機不受損壞。彈簧保護(hù)機構(gòu)在焊接前要預(yù)設(shè)一定的彈簧力，以避免在螺柱送進(jìn)過程中彈簧過早的進(jìn)入壓縮狀態(tài)，影響正常的螺柱送進(jìn)。 (2) 根據(jù)所設(shè)計的彈簧套筒的尺寸及本設(shè)計所需的彈簧預(yù)緊力的范圍初步選擇的彈簧為316不銹鋼彈簧，其編號為C0720—096—0880—X 該彈簧的基本參數(shù)如下： 外徑（mm） 線徑（mm） 近似自由長度（mm） 承載長度 （mm） 彈性系數(shù) （N/mm) 18.29 2.44 22.35 17.36 28.24 (3) 在螺柱送進(jìn)過程中，螺柱進(jìn)入熔池與工件接觸后，螺柱與熔池金屬之間擠壓力逐漸增大，當(dāng)擠壓力的大小超過彈簧保護(hù)機構(gòu)預(yù)設(shè)壓力后，彈簧保護(hù)機構(gòu)將產(chǎn)生一定的壓縮位移，位移大小與擠壓力的大小成正比。彈簧保護(hù)機構(gòu)預(yù)設(shè)壓力P根據(jù)以下公式確定 (k為彈性系數(shù)、為彈簧變形量） 彈簧的預(yù)壓力根據(jù)焊接工件來確定，根據(jù)資料顯示焊槍焊接過程中壓力只有50—80N。 所以可以初步確定彈簧的預(yù)壓變形量 2.7 夾頭的設(shè)計 夾頭是在焊接過程中用來夾緊螺柱來實現(xiàn)螺柱的提起送進(jìn)過程，在這個設(shè)計中采用了傳統(tǒng)的電弧螺柱焊槍的夾頭，由于傳統(tǒng)的螺柱焊槍的夾頭用起來也比較方便同時比較容易購買，簡化了設(shè)計的過程和成本。 夾頭的基本結(jié)構(gòu)如圖： 3 控制部分的設(shè)計 3.1 驅(qū)動器的選擇 （1）在選擇步進(jìn)電動機的驅(qū)動器時，主要考慮以下幾個問題： 1） 驅(qū)動電動機的類型 不僅是電機分為永磁式、反應(yīng)式、混合式三種，每種電動機又有 不同的相數(shù)，必須清楚所選擇的驅(qū)動器是來驅(qū)動哪種類型的步進(jìn)式電動機。 2） 輸出電流 輸出電流的大小時是步進(jìn)電動機驅(qū)動器的重要參數(shù)。通常，所選擇的驅(qū)動器的最大電流要大于電動機的額定電流。 3） 輸出電壓 輸出電壓的高低是判斷驅(qū)動器升速能力的標(biāo)志。 4） 輸入電壓 有些驅(qū)動器直接使用220V交流的市電，有些驅(qū)動器需要經(jīng)過變壓器降壓后供電，還有的驅(qū)動器需要變壓后的兩個獨立繞組供電，甚至有些驅(qū)動器需要供給它直流電源。因此，選擇驅(qū)動器電源時要考慮到驅(qū)動器本身的供電問題。 5） 有無細(xì)分功能 如果需要小的轉(zhuǎn)角或者要求步進(jìn)電動機的轉(zhuǎn)動非常平穩(wěn)，所以所選擇的驅(qū)動器電源最好帶有細(xì)分功能。需要注意，有些細(xì)分電源對已知電動機的低頻震蕩有幫助，但可能會影響微步距的精度。 6） 有無環(huán)分 驅(qū)動器是否帶有環(huán)分電流，與之配套的控制器分配脈沖的方式就會不同。 7） 控制信號的定義 帶有環(huán)分的電路時，驅(qū)動器接收信號有兩種形式：方向、脈沖或正轉(zhuǎn)脈沖、反轉(zhuǎn)脈沖：不帶環(huán)分時，環(huán)形分配通常用軟件來實現(xiàn)，這時，驅(qū)動電源的控制信號取決于電動機的相數(shù)。另外，還要清楚控制器送出的信號線、在驅(qū)動器端的接線方式是共陰還是共陽。 （2） 根據(jù)前面所選擇的步進(jìn)電機的參數(shù)初步選擇驅(qū)動器型號為YKA2304ME YKA2304ME是等角度恒力矩細(xì)分型高性能步進(jìn)驅(qū)動器，驅(qū)動電壓DC12-40V，采用單電源供電。適配6或8出線電流在3.0A以下，外徑42-86mm的各種型號的二相混合式步進(jìn)電機。 該驅(qū)動器內(nèi)部采用雙極恒流斬波方式，使電機噪音減小，電機運行更平穩(wěn)；驅(qū)動電源電壓的增加使得電機的高速性能和驅(qū)動能力大為提高；而步進(jìn)脈沖停止超過100ms時，線圈電流自動減半，使驅(qū)動器的發(fā)熱可減少50%，也使得電機的發(fā)熱減少。用戶在脈沖頻率不高的時候使用低速高細(xì)分，使步進(jìn)電機運轉(zhuǎn)精度提高，最高可達(dá)200細(xì)分，振動減小，噪聲降低。 特點 ◆ 高性能、低價格 ◆ 設(shè)有12/8檔等角度恒力矩細(xì)分，最高200細(xì)分 ◆ 采用獨特的控制電路，有效的降低了噪音，增加了轉(zhuǎn)動平穩(wěn)性 ◆ 最高反應(yīng)頻率可達(dá)200Kpps ◆ 步進(jìn)脈沖停止超過100ms時，線圈電流自動減半，減小了許多場合 的電機過熱 ◆ 雙極恒流斬波方式，使得相同的電機可以輸出更大的速度和功率 ◆ 光電隔離信號輸入/輸出 ◆ 驅(qū)動電流從0.0A/相到3.0A/相連續(xù)可調(diào) ◆ 可以驅(qū)動任何3.0A相電流以下兩相混合式步進(jìn)電機 ◆ 單電源輸入，電壓范圍：DC12-40V ◆ 出錯保護(hù)： ――過熱保護(hù) ――過流、電壓過低保護(hù) ◆ 體積小巧 YKA2304ME是一款經(jīng)濟、小巧的步進(jìn)驅(qū)動器，體積為25x136x92 驅(qū)動器信號示意圖如下： 驅(qū)動器接線示意圖如下： 3.2 PLC的選擇 （1） 選擇PLC時主要考慮以下幾個方面：機型的選擇、容量的選擇、輸入輸出模塊的選擇、電源模塊的選擇等。根據(jù)這個設(shè)計所選電機的功率以及上面幾點的綜合考慮，初步選擇PLC的型號為EC10—1614BTA （2） EC10—1614BTA主模塊的外形結(jié)構(gòu)圖如下圖: PORT0 和PORT1 為通訊端口。PORT0 為RS232 電平，插座為Mini DIN8。PORT1 提供RS485 和RS232 兩種電平。母線插座用于連接擴展模塊。模式選擇開關(guān)有ON、TM、OFF 三個檔位。 （3） EC10—1614BTA端子分布如下圖： 各端子的定義如下表： 3.3 開關(guān)電源的選擇 在這個設(shè)計中驅(qū)動器的輸入信號光電隔離公共端所需要的電壓為5V，驅(qū)動電壓為12—40V，PLC的L/N端可以直接接在220V交流電源輸入端。 初步選擇的開關(guān)電源型號為D-120A的雙輸出開關(guān)電源，輸出的電壓為5V和24V。 3.4 引弧電路 引弧電路只能提供40—50A的小電流，目的是在短路引弧時，短路電流就是采用這個小電流，而不是上前安培的大電流。否則，若用這個大電流作為短路電流，會使短路的螺柱產(chǎn)生電阻焊的效果，從而粘在焊件上面提升不動。提升時引弧電路提供的小電流首先產(chǎn)生小電弧，延時引發(fā)大電弧，大電弧是在已經(jīng)電離化了的空間發(fā)生的，因此大電弧的引燃有了可靠地保證。引弧電路的存在是大功率電弧螺柱焊槍的特點，這一點是與等離子電弧的小電弧印發(fā)大電弧情況一樣。 引弧電路的空載電壓要大于焊接主電路的空載電壓，一般在80—110V之間。引弧電路如下： T1：雙繞組變壓器 VT1：單向擊穿二極管 VD2：半導(dǎo)體二極管 L1、L2：電感器 R：電阻 3.5 控制系統(tǒng) （1） 控制系統(tǒng)由電源控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、引弧電路組成。控制系統(tǒng)采用微機控制既可以簡化控制系統(tǒng)的硬件電路，也可以使焊接系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性和可靠性，同時還可以擴展焊機的其他輔助更能，如焊接參數(shù)的存儲、監(jiān)測監(jiān)控和優(yōu)化、焊接過程參數(shù)的顯示、焊釘?shù)挠嫈?shù)、重復(fù)焊接的鎖定、焊機故障的自檢和診斷等，使整機走進(jìn)數(shù)字化和智能化。 （2）控制系統(tǒng)是由PLC通過驅(qū)動器來控制焊槍的步進(jìn)電機，步進(jìn)電機通過聯(lián)軸器鏈接絲桿，PLC對焊槍的控制其實是對焊槍動力機構(gòu)步進(jìn)電機的控制，步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)角與PLC輸出端口提供的脈沖數(shù)成正比，如果判斷螺柱送進(jìn)深度以達(dá)到要求，PLC停止脈沖輸出，步進(jìn)電機停止轉(zhuǎn)動，螺柱送進(jìn)過程結(jié)束，如果判斷送進(jìn)深度還沒達(dá)到要求，PLC繼續(xù)輸出一定量的脈沖，驅(qū)動步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動，螺柱繼續(xù)向熔池送進(jìn)。 控制電路框圖如下： 天津工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目：擠壓機液壓系統(tǒng)及PLC控制 姓 名 朱永生 學(xué) 院 機械電子學(xué)院 專 業(yè) 機械工程及自動化 班 級 機自S071班 學(xué) 號 0750310107 指導(dǎo)教師 肖放 王恩鴻 職 稱 教授 2009年6月18日 摘 要 本文主要介紹了擠壓機的現(xiàn)狀，擠壓機液壓系統(tǒng)的工作原理、特點，從設(shè)計角度出發(fā)分析液壓系統(tǒng)各個元件的特點、工作條件，根據(jù)計算通過對電控閥、流量控制閥、壓力控制閥等元件的選擇設(shè)計連接液壓回路，形成液壓的傳動系統(tǒng)；根據(jù)液壓系統(tǒng)的傳動特點設(shè)計電氣接線圖，分析在電氣控制與液壓系統(tǒng)的自動、手動控制方式、開閉環(huán)特點，利用原理分析、計算找出可能出現(xiàn)的控制問題，編寫PLC梯形圖程序，最終由PLC程序控制液壓系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的控制系統(tǒng)整體，達(dá)到利用自動化手控制液壓系統(tǒng)完成特定的工作行程的目的。 關(guān)鍵詞： 液壓系統(tǒng) PLC控制 擠壓機 Abstract This paper introduces the present situation of extruder, the working principle and the characteristics of hydraulic system, , from the design point of view of analysis the various components of hydraulic system characteristics, working conditions, according to the calculation of electric control valves, flow control valves, pressure control valves, such as the choice of components designed to connect the hydraulic circuit to forming the hydraulic drive system; the transmission hydraulic system in accordance with the characteristics of the design of electrical wiring diagram, analysis in the electrical control and hydraulic system of automatic, manual control mode, the closed-loop characteristics.Use of the principle to analysis and computation the control to identify possible problems and the preparation of PLC ladder program, ultimately form the PLC control hydraulic system to control the formation, achieved the popuse of automated hand-controlled hydraulic system to complete the work of a particular trip. Keywords：PLC 、Order control、 Hydraalic system 目 錄 摘要 ABSTRACT 第一章 緒論………………………………………………………………………1 1.1液壓傳動與控制概述………………………………………………………………………1 1.2 液壓機的發(fā)展及工藝特點 ………………………………………………………………1 1.3 PLC的國內(nèi)外 ………………………………………………………………………………2 1.4 PLC的特點…………………………………………………………………………………3 第二章 明確設(shè)計要求進(jìn)行工況分析……………………………………………4 2.1運動分析……………………………………………………………………………………4 2.2 動力分析……………………………………………………………………………………5 第三章 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) …………………………………………………10 3.1液壓缸的設(shè)計計算…………………………………………………………………………10 3.2液壓馬達(dá)的設(shè)計計算………………………………………………………………………11 第四章 液壓元件的選擇 …………………………………………………………12 4.1液壓泵的確定與所需功率的計算…………………………………………………………12 4.2閥類元件的選擇 …………………………………………………………………………13 4.3 蓄能器的選擇 ……………………………………………………………………………14 4.4管道的選擇 ………………………………………………………………………………14 4.5油箱的設(shè)計 ………………………………………………………………………………16 4.5濾油器的選擇 ……………………………………………………………………………16 第五章 液壓系統(tǒng)性能的驗算 ……………………………………………………………17 5.1管路系統(tǒng)壓力損失的驗算 ………………………………………………………………17 第六章 PLC控制 ……………………………………………………………………………19 6.1 控制要求 ………………………………………………………………………………19 6.2梯形圖程序設(shè)計…………………………………………………………………………19 6.3 電氣系統(tǒng)圖、程序及PLC外部接線圖………………………………………………… 20 6.4.程序分析及設(shè)計…………………………………………………………………………23 6.6 系統(tǒng)特點…………………………………………………………………………………25 第七章 結(jié)論 ……………………………………………………………………26 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………… ……27 致謝 ………………………………………………………………………………28 附錄 中英文翻譯…………………………………………………………………29 天津工業(yè)大學(xué)2009屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計 第一章 緒論 1.1 液壓傳動與控制概述 液壓傳動與控制是以液體（油、高水基液壓油、合成液體）作為介質(zhì)來實現(xiàn)各種機械量的輸出（力、位移或速度等）的。它與單純的機械傳動、電氣傳動和氣壓傳動相比，具有傳遞功率大，結(jié)構(gòu)小、響應(yīng)快等特點，因而被廣泛的應(yīng)用于各種機械設(shè)備及精密的自動控制系統(tǒng)。液壓傳動技術(shù)是一門新的學(xué)科技術(shù)，它的發(fā)展歷史雖然較短，但是發(fā)展的速度卻非常之快。自從1795年制成了第一臺壓力機起，液壓技術(shù)進(jìn)入了工程領(lǐng)域；1906年開始應(yīng)用于國防戰(zhàn)備武器。 第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)迫切需要反應(yīng)快、精度高的自動控制系統(tǒng)，因而出現(xiàn)了液壓伺服控制系統(tǒng)。從60年代起，由于原子能、空間技術(shù)、大型船艦及電子技術(shù)的發(fā)展，不斷地對液壓技術(shù)提出新的要求，從民用到國防，由一般的傳動到精確度很高的控制系統(tǒng)，這種技術(shù)得到更加廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。 在國防工業(yè)中：海、陸、空各種戰(zhàn)備武器均采用液壓傳動與控制。如飛機、坦克、艦艇、雷達(dá)、火炮、導(dǎo)彈及火箭等。 在民用工業(yè)中：有機床工業(yè)、冶金工業(yè)、工程機械、農(nóng)業(yè)方面，汽車工業(yè)、輕紡工業(yè)、船舶工業(yè)。 另外，近幾年又出現(xiàn)了太陽跟蹤系統(tǒng)、海浪模擬裝置、飛機駕駛模擬、船舶駕駛模擬器、地震再現(xiàn)、火箭助飛發(fā)射裝置、宇航環(huán)境模擬、高層建筑防震系統(tǒng)及緊急剎車裝置等，均采用了液壓技術(shù)。 總之，一切工程領(lǐng)域，凡是有機械設(shè)備的場合，均可采用液壓技術(shù)。它的發(fā)展如此之快，應(yīng)用如此之廣，其原因就是液壓技術(shù)有著優(yōu)異的特點，歸納起來液壓動力傳動方式具有顯著的優(yōu)點：其單位重量的輸出功率和單位尺寸輸出功率大；液壓傳動裝置體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、布局靈活，易實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍寬，便于與電氣控制相配合實現(xiàn)自動化；易實現(xiàn)過載保護(hù)與保壓，安全可靠；元件易于實現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化；液壓易與微機控制等新技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成“機-電-液-光”一體化便于實現(xiàn)數(shù)字化。 1.2 液壓機的發(fā)展及工藝特點 液壓機是制品成型生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的設(shè)備之一，自19世紀(jì)問世以來發(fā)展很快，液壓機在工作中的廣泛適應(yīng)性，使其在國民經(jīng)濟各部門獲得了廣泛的應(yīng)用。由于液壓機的液壓系統(tǒng)和整機結(jié)構(gòu)方面，已經(jīng)比較成熟，目前國內(nèi)外液壓機的發(fā)展不僅體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面，也主要表現(xiàn)在高速化、高效化、低能耗；機電液一體化，以充分合理利用機械和電子的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個液壓系統(tǒng)的完善；自動化、智能化，實現(xiàn)對系統(tǒng)的自動診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理功能；液壓元件集成化、標(biāo)準(zhǔn)化，以有效防止泄露和污染等四個方面。 作為液壓機兩大組成部分的主機和液壓系統(tǒng)，由于技術(shù)發(fā)展趨于成熟，國內(nèi)外機型無較大差距，主要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使機器在過濾、冷卻及防止沖擊和振動方面，有較明顯改善。在油路結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，國內(nèi)外液壓機都趨向于集成化、封閉式設(shè)計，插裝閥、疊加閥和復(fù)合化元件及系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中得到較廣泛的應(yīng)用。特別是集成塊可以進(jìn)行專業(yè)化的生產(chǎn)，其質(zhì)量好、性能可靠而且設(shè)計的周期也比較短。 近年來在集成塊基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型液壓元件組成的回路也有其獨特的優(yōu)點，它不需要另外的連接件其結(jié)構(gòu)更為緊湊，體積也相對更小，重量也更輕無需管件連接，從而消除了因油管、接頭引起的泄漏、振動和噪聲。邏輯插裝閥具有體積小、重量輕、密封性能好、功率損失小、動作速度快、易于集成的特點，從70年代初期開始出現(xiàn)，至今已得到了很快的發(fā)展。我國從1970年開始對這種閥進(jìn)行研究和生產(chǎn)，并已將其廣泛的應(yīng)用于冶金、鍛壓等設(shè)備上，顯示了很大的優(yōu)越性。 液壓機工藝用途廣泛，適用于彎曲、翻邊、拉伸、成型和冷擠壓等沖壓工藝，壓力機是一種用靜壓來加工產(chǎn)品。適用于金屬粉末制品的壓制成型工藝和非金屬材料，如塑料、玻璃鋼、絕緣材料和磨料制品的壓制成型工藝，也可適用于校正和壓裝等工藝。 由于需要進(jìn)行多種工藝，液壓機具有如下的特點： （1） 工作臺較大，滑塊行程較長，以滿足多種工藝的要求； （2） 有頂出裝置，以便于頂出工件； （3） 液壓機具有點動、手動和半自動等工作方式，操作方便； （4） 液壓機具有保壓、延時和自動回程的功能，并能進(jìn)行定壓成型和定程成型的操作，特別適合于金屬粉末和非金屬粉末的壓制； （5） 液壓機的工作壓力、壓制速度和行程范圍可隨意調(diào)節(jié)，靈活性大。 1.3 PLC的國內(nèi)外狀況 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable ,是世界上公認(rèn)的第一臺PLC. 限于當(dāng)時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的PLC為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。 20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了PLC的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計算機廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。 1.4 PLC的特點 （1） 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達(dá)30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 (2) PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 (3) PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 (4) PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 (5)以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)設(shè)備 第二章 明確設(shè)計要求進(jìn)行工況分析 在設(shè)計液壓系統(tǒng)時，首先應(yīng)明確以下問題，并將其作為設(shè)計依據(jù)。 1.主機的用途、工藝過程、總體布局以及對液壓傳動裝置的位置和空間尺寸的要求。 2.主機對液壓系統(tǒng)的性能要求，如自動化程度、調(diào)速范圍、運動平穩(wěn)性、換向定位精度以及對系統(tǒng)的效率、溫升等的要求。 3.液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境，如溫度、濕度、振動沖擊以及是否有腐蝕性和易燃物質(zhì)存在等情況。 在上述工作的基礎(chǔ)上，應(yīng)對主機進(jìn)行工況分析，工況分析包括運動分析和動力分析，對復(fù)雜的系統(tǒng)還需編制負(fù)載和動作循環(huán)圖，由此了解液壓缸或液壓馬達(dá)的負(fù)載和速度隨時間變化的規(guī)律，以下對工況分析的內(nèi)容作具體介紹。 2.1運動分析 主機的執(zhí)行元件按工藝要求的運動情況，可以用位移循環(huán)圖(L—t)，速度循環(huán)圖(v—t)，或速度與位移循環(huán)圖表示，由此對運動規(guī)律進(jìn)行分析。 2.1.1位移循環(huán)圖L—t 圖2-1為液壓機的液壓缸位移循環(huán)圖，縱坐標(biāo)L表示活塞位移，橫坐標(biāo)t表示從活塞啟動到返回原位的時間，曲線斜率表示活塞移動速度。該圖清楚地表明液壓機的工作循環(huán)分別由快速下行、減速下行、壓制、保壓、泄壓慢回和快速回程六個階段組成。 圖2-1位移循環(huán)圖 2.1.2速度循環(huán)圖v—t(或v—L) 工程中液壓缸的運動特點可歸納為三種類型。圖9-2為三種類型液壓缸的v-t圖，第一種如圖2-2中實線所示，液壓缸開始作勻加速運動，然后勻速運動， 圖2-2 速度循環(huán)圖 最后勻減速運動到終點；第二種，液壓缸在總行程的前一半作勻加速運動，在另一半作勻減速運動，且加速度的數(shù)值相等；第三種，液壓缸在總行程的一大半以上以較小的加速度作勻加速運動，然后勻減速至行程終點。V-t圖的三條速度曲線，不僅清楚地表明了三種類型液壓缸的運動規(guī)律，也間接地表明了三種工況的動力特性。 2.2 動力分析 動力分析，是研究機器在工作過程中，其執(zhí)行機構(gòu)的受力情況，對液壓系統(tǒng)而言，就是研究液壓缸或液壓馬達(dá)的負(fù)載情況。 2.2.1液壓缸的負(fù)載及負(fù)載循環(huán)圖 (1)液壓缸的負(fù)載力計算： 工作機構(gòu)作直線往復(fù)運動時，液壓缸必須克服的負(fù)載由六部分組成： (2-1) 式中：Fc為切削阻力；Ff為摩擦阻力；Fi為慣性阻力；FG為重力；Fm為密封阻力；Fb為排油阻力。 圖2-3導(dǎo)軌形式 ① 切削阻力Fc： 為液壓缸運動方向的工作阻力，對于機床來說就是沿工作部件運動方向的切削力，此作用力的方向如果與執(zhí)行元件運動方向相反為正值，兩者同向為負(fù)值。該作用力可能是恒定的，也可能是變化的，其值要根據(jù)具體情況計算或由實驗測定。該主液壓缸的活塞直徑為180，根據(jù)機械設(shè)計手冊查詢主切削力為F407.15N ②摩擦阻力Ff： 為液壓缸帶動的運動部件所受的摩擦阻力，它與導(dǎo)軌的形狀、放置情況和運動狀態(tài)有關(guān)，其計算方法可查有關(guān)的設(shè)計手冊。 圖2-1為最常見的兩種導(dǎo)軌形式，其摩擦阻力的值為： 此處采用平導(dǎo)軌： (2-2) V形導(dǎo)軌： (2-3) 式中：f為摩擦因數(shù)，參閱表2-1選取；∑Fn為作用在導(dǎo)軌上總的正壓力或沿V形導(dǎo)軌橫截面中心線方向的總作用力；α為V形角，一般為90°。? ③慣性阻力Fi： 慣性阻力Fi為運動部件在啟動和制動過程中的慣性力，可按下式計算： (2-4) 表2-1 摩擦因數(shù)f 導(dǎo)軌類型 導(dǎo)軌材料 運動狀態(tài) 摩擦因數(shù)(f) 滑動導(dǎo)軌 鑄鐵對鑄鐵 啟動時 低速(v＜0.16m/s) 高速(v＞0.16m/s) 0.15～0.20 0.1～0.12 0.05～0.08 滾動導(dǎo)軌 鑄鐵對滾柱(珠) 淬火鋼導(dǎo)軌對滾柱(珠) 0.005～0.020.003～0.006 靜壓導(dǎo)軌 鑄鐵 0.005 式中：m為運動部件的質(zhì)量(kg)； a為運動部件的加速度(m/s2)； G為運動部件的重量(N)； g為重力加速度，g=9.81 (m/s2)； Δv為速度變化值(m/s)； Δt為啟動或制動時間(s)， 一般機床Δt＝0.1～0.5s，運動部件重量大的取大值。 ④重力FG： 垂直放置和傾斜放置的移動部件，其本身的重量也成為一種負(fù)載，當(dāng)上移時，負(fù)載為正值，下移時為負(fù)值。 由于此主缸采用水平放置， 所以FG =0. ⑤密封阻力Fm： 密封阻力指裝有密封裝置的零件在相對移動時的摩擦力，其值與密封裝置的類型、液壓缸的制造質(zhì)量和油液的工作壓力有關(guān)。在初 算時，可按缸的機械效率(ηm=0.9)考慮；驗算時，按密封裝置摩擦力的計算公式計算。 （2-5） ⑥排油阻力Fb： 排油阻力為液壓缸回油路上的阻力，該值與調(diào)速方案、系統(tǒng)所要求的穩(wěn)定性、執(zhí)行元件等因素有關(guān)，在系統(tǒng)方案未確定時無法計算，可放在液壓缸的設(shè)計計算中考慮。 (2)液壓缸運動循環(huán)各階段的總負(fù)載力： 液壓缸運動循環(huán)各階段的總負(fù)載力計算，一般包括啟動加速、快進(jìn)、工進(jìn)、快退、減速制動等幾個階段，每個階段的總負(fù)載力是有區(qū)別的。 對此液壓系統(tǒng)，上述計算過程可簡化。例如采用單定量泵供油，只需計算工進(jìn)階段的總負(fù)載力，若簡單系統(tǒng)采用限壓式變量泵或雙聯(lián)泵供油，則只需計算快速階段和工進(jìn)階段的總負(fù)載力。 工進(jìn)階段： (2-7) (3)液壓缸的負(fù)載循環(huán)圖： 對較為復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，為了更清楚的了解該系統(tǒng)內(nèi)各液壓缸(或液壓馬達(dá))的速度和負(fù)載的變化規(guī)律，應(yīng)根據(jù)各階段的總負(fù)載力和它所經(jīng)歷的工作時間t或位移L按相同的坐標(biāo)繪制液壓缸的負(fù)載時間(F—t)或負(fù)載位移(F—L)圖，然后將各液壓缸在同一時間t(或位移)的負(fù)載力疊加。 圖2-4負(fù)載循環(huán)圖 圖2-4為一部機器的F—t圖，其中：0～t1為啟動過程；t1～t2為加速過程；t2～t3為恒速過程； t3～t4為制動過程。它清楚地表明了液壓缸在動作循環(huán)內(nèi)負(fù)載的規(guī)律。圖中最大負(fù)載是初選液壓缸工作壓力和確定液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸的依據(jù)。 2.2.2 液壓馬達(dá)的負(fù)載 工作機構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運動時，液壓馬達(dá)必須克服的外負(fù)載為： (2-9) (1) 工作負(fù)載力矩Me： 工作負(fù)載力矩可能是定值，也可能隨時間變化，在此為額定力矩 。 (2) 摩擦力矩Mf： 為旋轉(zhuǎn)部件軸頸處的摩擦力矩，其計算公式為： (2-10) 式中：G為旋轉(zhuǎn)部件的重量(N)；f為摩擦因數(shù)，啟動時為靜摩擦因數(shù)，啟動后為動摩擦因數(shù)；R為軸頸半徑(m)。 (3)慣性力矩Mi。為旋轉(zhuǎn)部件加速或減速時產(chǎn)生的慣性力矩，其計算公式為： 由機械設(shè)計手冊查表得該型號馬達(dá) 綜上力矩之和 ： 根據(jù)上式，便可繪制液壓馬達(dá)的負(fù)載循環(huán)圖。 第三章 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) 3.1液壓缸的設(shè)計計算 3.1．1.初定液壓缸工作壓力 液壓缸工作壓力主要根據(jù)運動循環(huán)各階段中的最大總負(fù)載力來確定，此外，還需要考慮以下因素： (1)各類設(shè)備的不同特點和使用場合。 (2)考慮經(jīng)濟和重量因素，壓力選得低，則元件尺寸大，重量重；壓力選得高一些，則元件尺寸小，重量輕，但對元件的制造精度，密封性能要求高。 所以，液壓缸的工作壓力的選擇有兩種方式： 一是根據(jù)機械類型選；二是根據(jù)切削負(fù)載選。 如表3-1、表3-2所示。 表3-1 按負(fù)載選執(zhí)行文件的工作壓力 負(fù)載/N ＜5000 500～10000 10000～20000 20000～30000 30000～50000 ＞50000 工作壓力/Mpa ≤0.8～1 1.5～2 2.5～3 3～4 4～5 ＞5 表3-2 按機械類型選執(zhí)行文件的工作壓力 機械類型 機 床 農(nóng)業(yè)機械 工程機械 磨床 組合機床 龍門刨床 拉床 工作壓力/MPa a≤2 3～5 ≤8 8～10 10～16 20～32 3.1.2.液壓缸主要尺寸的計算 缸的有效面積和活塞桿直徑，可根據(jù)缸受力的平衡關(guān)系具體計算，詳見第五章第一節(jié)。 3.1.3液壓缸的流量計算 下式中：A為液壓缸的有效面積A1或A2(m2)；vmax為液壓缸的最大速度，vmin為液壓缸的最小速度，該主液壓缸的速度為：2.5~ 12(mm/s)。所以液壓缸的流量為： 液壓缸的最大流量： (3-1) 液壓缸的最小流量： (3-2) 液壓缸的最小流量qmin，應(yīng)等于或大于流量閥或變量泵的最小穩(wěn)定流量。若不滿足此要求時，則需重新選定液壓缸的工作壓力，使工作壓力低一些，缸的有效工作面積大一些，所需最小流量qmin也大一些，以滿足上述要求。 流量閥和變量泵的最小穩(wěn)定流量，可從產(chǎn)品樣本中查到。 3.2液壓馬達(dá)的設(shè)計計算 3.2.1 計算液壓馬達(dá)排量 液壓馬達(dá)排量根據(jù)下式?jīng)Q定： (3-3) 式中：T為液壓馬達(dá)的負(fù)載力矩(N·m)；Δpm為液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓力差為14MP；ηmin為液壓馬達(dá)的機械效率，一般齒輪和柱塞馬達(dá)取0.9～0.95，葉片馬達(dá)取0.8～0.9。 所以 2.計算液壓馬達(dá)所需流量液壓馬達(dá)的最大流量： 式中：vm為液壓馬達(dá)排量(m3/r)；nmax為液壓馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速(r/s)。 第四章 液壓元件的選擇 4.1、液壓泵的確定與所需功率的計算 4.1.1 液壓泵的確定 (1)確定液壓泵的最大工作壓力。液壓泵所需工作壓力的確定，主要根據(jù)液壓缸在工作循環(huán)各階段所需最大壓力，再加上油泵的出油口到缸進(jìn)油口處總的壓力損失ΣΔp， 根據(jù)表4-1中的壓力損失計算： 即 3個溢流閥， 2個單向閥， 7個換向閥， 1節(jié)流閥， 所以確定泵的最大工作壓力為： (4-1) ΣΔp包括油液流經(jīng)流量閥和其他元件的局部壓力損失、管路沿程損失等，在系統(tǒng)管路未設(shè)計之前，可根據(jù)同類系統(tǒng)經(jīng)驗估計，一般管路簡單的節(jié)流閥調(diào)速系統(tǒng)ΣΔp為(2～5)×105Pa，用調(diào)速閥及管路復(fù)雜的系統(tǒng)ΣΔp為(5～15)×105Pa，ΣΔp也可只考慮流經(jīng)各控制閥的壓力損失，而將管路系統(tǒng)的沿程損失忽略不計，各閥的額定壓力損失可從液壓元件手冊或產(chǎn)品樣本中查找，也可參照表3-1選取。 表4-1 常用中、低壓各類閥的壓力損失(Δpn) 閥名 Δpn(×105Pa) 閥名 Δpn(×105Pa) 閥名 Δpn(×105Pa) 閥名 Δpn(×105Pa) 單向閥 0.3～0.5 背壓閥 3～8 行程閥 1.5～2 轉(zhuǎn)閥 1.5～2 換向閥 1.5～3 節(jié)流閥 2～3 順序閥 1.5～3 調(diào)速閥 3～5 (2)確定液壓泵的流量qB：泵的流量qB根據(jù)執(zhí)行元件動作循環(huán)所需最大流量qmax和系統(tǒng)的泄漏確定。 多液壓缸同時動作時，液壓泵的流量要大于同時動作的幾個液壓缸(或馬達(dá))所的最大流量，并應(yīng)考慮系統(tǒng)的泄漏和液壓泵磨損后容積效率的下降，下式中：K為系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取1.1～1.3，大流量取小值，小流量取大值；(Σq)max為同時動作的液壓缸(或馬達(dá))的最大總流量(m3/s)。 (4-2) (3)選擇液壓泵的規(guī)格：根據(jù)上面所計算的最大壓力pB和流量qB，查液壓元件產(chǎn)品樣本，選擇與pB和qB相當(dāng)?shù)囊簤罕玫囊?guī)格型號。 上面所計算的最大壓力pB是系統(tǒng)靜態(tài)壓力，系統(tǒng)工作過程中存在著過渡過程的動態(tài)壓力，而動態(tài)壓力往往比靜態(tài)壓力高得多，所以泵的額定壓力pB應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大25%～60%，使液壓泵有一定的壓力儲備。若系統(tǒng)屬于高壓范圍，壓力儲備取小值；若系統(tǒng)屬于中低壓范圍，壓力儲備取大值。 (4)確定驅(qū)動液壓泵的功率。 ①當(dāng)液壓泵的壓力和流量比較衡定時，所需功率為： (4-5) 式中：pB為液壓泵的最大工作壓力(N/m2)；qB為液壓泵的流量(m3/s)；ηB為液壓泵的總效率，各種形式液壓泵的總效率可參考表4-2估取，液壓泵規(guī)格大，取大值，反之取小值，定量泵取大值，變量泵取小值。 表4-2 液壓泵的總效率 液壓泵類型 齒輪泵 螺桿泵 葉片泵 柱塞泵 總效率 0.6～0.7 0.65～0.80 0.60～0.75 0.80～0.85 所以液壓泵所需功率： 按上述功率和泵的轉(zhuǎn)速，可以從產(chǎn)品樣本中選取標(biāo)準(zhǔn)電動機，再進(jìn)行驗算，使電動機發(fā)出最大功率時，其超載量在允許范圍內(nèi)。 4.2、閥類元件的選擇 4.2.1選擇依據(jù) 選擇依據(jù)為：額定壓力，最大流量，動作方式，安裝固定方式，壓力損失數(shù)值，工作性能參數(shù)和工作壽命等。 4.2.2選擇閥類元件應(yīng)注意的問題 (1)應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品，除非不得已時才自行設(shè)計專用件。 (2)閥類元件的規(guī)格主要根據(jù)流經(jīng)該閥油液的最大壓力和最大流量選取。選擇溢流閥時，應(yīng)按液壓泵的最大流量選?。贿x擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時，應(yīng)考慮其最小穩(wěn)定流量滿足機器低速性能的要求。 (3)一般選擇控制閥的額定流量應(yīng)比系統(tǒng)管路實際通過的流量大一些，必要時，允許通過閥的最大流量超過其額定流量的20%。 4.3 蓄能器的選擇 4.3.1蓄能器用于補充液壓泵供油不足時，其有效容積為： (4-7) 式中：A為液壓缸有效面積(m2 )；L為液壓缸行程(m)；K為液壓缸損失系數(shù)， 估算時可?。耍?.2；qB為液壓泵供油流量(m3/s)；t為動作時間(s)，根據(jù)工作狀況測得該液壓缸的行程為L=6000mm。 液壓缸的有效面積為活塞桿與活塞之間的面積差： 所以蓄能器補充液壓泵供油不足時，有效容積為： 4.3.2蓄能器作應(yīng)急能源時，其有效容積為： (4-8) 當(dāng)蓄能器用于吸收脈動緩和液壓沖擊時，應(yīng)將其作為系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)與其關(guān)聯(lián)部分一起綜合考慮其有效容積。 4.4、管道的選擇 4.4.1油管類型的選擇 液壓系統(tǒng)中使用的油管分硬管和軟管，選擇的油管應(yīng)有足夠的通流截面和承壓能力，同時，應(yīng)盡量縮短管路，避免急轉(zhuǎn)彎和截面突變。 (1)鋼管：中高壓系統(tǒng)選用無縫鋼管，低壓系統(tǒng)選用焊接鋼管，鋼管價格低，性能好，使用廣泛。 (2)銅管：紫銅管工作壓力在6.5-10MPa以下，易變曲，便于裝配；黃銅管承受壓力較高，達(dá)25MPa，不如紫銅管易彎曲。銅管價格高，抗震能力弱，易使油液氧化，應(yīng)盡量少用，只用于液壓裝置配接不方便的部位。 (3)軟管：用于兩個相對運動件之間的連接。高壓橡膠軟管中夾有鋼絲編織物；低壓橡膠軟管中夾有棉線或麻線編織物；尼龍管是乳白色半透明管，承壓能力為2.5～8MPa，多用于低壓管道。因軟管彈性變形大，容易引起運動部件爬行，所以軟管不宜裝在液壓缸和調(diào)速閥之間。 4.4.2油管尺寸的確定 (1)油管內(nèi)徑d按下式計算： (4-9) 式中：q為通過油管的最大流量(m3/s)；v為管道內(nèi)允許的流速(m/s)。一般吸油管取0.5～5(m/s)；壓力油管取2.5～5(m/s)；回油管取1.5～2(m/s)。 所以吸油管內(nèi)經(jīng)為尺寸為： (2)油管壁厚δ按下式計算： (4-10) 式中：p為管內(nèi)最大工作壓力；〔σ〕為油管材料的許用壓力，〔σ〕=σb/n；σb為材料的抗拉強度；n為安全系數(shù)，鋼管p＜7MPa時，取n=8；p＜17.5MPa時，取n=6；p＞17.5MPa時，取n=4。由于系統(tǒng)最大工作壓力為p=21Mp>17.5Mp，所以n=4。采用20#鋼，抗拉強度查詢機械設(shè)計手冊得。 所以許用應(yīng)力和油管壁厚為： 根據(jù)計算出的油管內(nèi)徑和壁厚，查手冊選取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格油管。 4.5油箱的設(shè)計 油箱的作用是儲油，散發(fā)油的熱量，沉淀油中雜質(zhì)，逸出油中的氣體。其形式有開式和閉式兩種：開式油箱油液液面與大氣相通；閉式油箱油液液面與大氣隔絕。開式油箱應(yīng)用較多。 4.5.1油箱設(shè)計要點 (1)油箱應(yīng)有足夠的容積以滿足散熱，同時其容積應(yīng)保證系統(tǒng)中油液全部流回油箱時不滲出，油液液面不應(yīng)超過油箱高度的80%。 (2)吸箱管和回油管的間距應(yīng)盡量大。 (3)油箱底部應(yīng)有適當(dāng)斜度，泄油口置于最低處，以便排油。 (4)注油器上應(yīng)裝濾網(wǎng)。 (5)油箱的箱壁應(yīng)涂耐油防銹涂料。 4.5.2油箱容量計算 油箱的有效容量V可近似用液壓泵單位時間內(nèi)排出油液的體積確定。 (4-11) 式中：K為系數(shù)，低壓系統(tǒng)取2～4，中、高壓系統(tǒng)取5～7；Σq為同一油箱供油的各液壓泵流量總和。根據(jù)管路流量估算選取容量為6300L的油箱。 4.6濾油器的選擇 選擇濾油器的依據(jù)有以下幾點： (1)承載能力：按系統(tǒng)管路工作壓力確定。 (2)過濾精度：按被保護(hù)元件的精度要求確定，選擇時可參閱表9-6。 (3)通流能力：按通過最大流量確定。 (4)阻力壓降：應(yīng)滿足過濾材料強度與系數(shù)要求。 表4-3 濾油器過濾精度的選擇 系統(tǒng) 過濾精度(μm) 元件 過濾精度(μm) 低壓系統(tǒng) 100～150 滑閥 1/3最小間隙 70×105Pa系統(tǒng) 50 節(jié)流孔 1/7孔徑(孔徑小于1.8mm) 100×105Pa系統(tǒng) 25 流量控制閥 2.5～30 140×105Pa系統(tǒng) 10～15 安全閥溢流閥 15～25 電液伺服系統(tǒng) 5 高精度伺服系統(tǒng) 2.5 第五章 液壓系統(tǒng)性能的驗算 為了判斷液壓系統(tǒng)的設(shè)計質(zhì)量，需要對系統(tǒng)的壓力損失、發(fā)熱溫升、效率和系統(tǒng)的動態(tài)特性等進(jìn)行驗算。由于液壓系統(tǒng)的驗算較復(fù)雜，只能采用一些簡化公式近似地驗算某些性能指標(biāo)，如果設(shè)計中有經(jīng)過生產(chǎn)實踐考驗的同類型系統(tǒng)供參考或有較可靠的實驗結(jié)果可以采用時，可以不進(jìn)行驗算。 5.1管路系統(tǒng)壓力損失的驗算 當(dāng)液壓元件規(guī)格型號和管道尺寸確定之后，就可以較準(zhǔn)確的計算系統(tǒng)的壓力損失，壓力損失包括：油液流經(jīng)管道的沿程壓力損失ΔpL、局部壓力損失Δpc和流經(jīng)閥類元件的壓力損失ΔpV，即： (5-1) 5.1.1沿程壓力損失 計算沿程壓力損失時，如果管中為層流流動，可按下經(jīng)驗公式計算： (5-2) 式中：q為通過管道的流量(m3/s)；L為管道長度(m)；d為管道內(nèi)徑(mm)；υ為油液的運動粘度(m2)。液壓油推薦使用N68號，其粘度在正常工作條件40時為61.2 ~ 76.8，已知管道內(nèi)徑d=17.3mm，流量，管路總長度約為L=308m。 所以沿程壓力損失為： 5.1.2局部壓力損失可按下式估算： (5-3) 取 5.1.3閥類元件的ΔpV值可按下式近似計算： (5-4) 式中：qVn為閥的額定流量(m3/s)；qV為通過閥的實際流量(m3/s)；Δpn為閥的額定壓力損失(Pa)。 計算系統(tǒng)壓力損失的目的，是為了正確確定系統(tǒng)的調(diào)整壓力和分析系統(tǒng)設(shè)計的好壞。 5.1.4系統(tǒng)的調(diào)整壓力： (5-5) 式中：p0為液壓泵的工作壓力或支路的調(diào)整壓力；p1為執(zhí)行件的工作壓力。 由于系統(tǒng)的最大工作壓力為21Mp，支路的調(diào)整壓力為16Mp，同時只需考慮最大工作壓力及調(diào)整壓力，所以系統(tǒng)的調(diào)整壓力。 如果計算出來的Δp比在初選系統(tǒng)工作壓力時粗略選定的壓力損失大得多，應(yīng)該重新調(diào)整有關(guān)元件、輔件的規(guī)格，重新確定管道尺寸。 第六章 PLC控制 6.1 控制要求 鋁型材擠壓機是一種把鋁或鋁合金棒料擠壓成各種規(guī)格型材的機器 擠壓機工作時，鋁棒坯料由加熱爐加熱到所需擠壓溫度，然后送至供錠器中，供錠器自動把坯料和擠壓墊送至模筒口，由工作缸活塞推^模筒直至?？?，并在快速推科過程中，供錠器自動復(fù)位，同時，擠壓筒及模具進(jìn)行預(yù)熱，最后，由工作缸進(jìn)行擠壓加工。在擠壓過程中，棒料靠裝在擠壓筒內(nèi)的電熱元件保持一定的溫度 擠壓結(jié)束后，由剪切裝置將制品與壓余分離，剩料和壓墊掉人殘料溜槽，壓機各部件全部復(fù)原，一次擠壓加工結(jié)束。擠壓機加工時的工藝流程如下，整個擠壓過程分模具閉合、送錠到位、擠壓快進(jìn)、送錠復(fù)位、擠壓工進(jìn)、頂出殘料、擠壓軸退、模具開啟、剪切殘料、剪切復(fù)位、換模進(jìn)、換模退等工序。這些動作是由液 壓系統(tǒng)中的電動機帶動大小油泵產(chǎn)生油壓來執(zhí)行的，而控制這些動作的裝置是各種電器，有按鈕開關(guān)sB、行程開熒sA，轉(zhuǎn)換開關(guān)及電磁鐵YA。 圖6-1 工藝流程圖 6.2梯形圖程序設(shè)計 梯形圖程序根據(jù)擠壓機工藝流程圖和PLC的I／O地址分配情況進(jìn)行設(shè)計，所得梯形圖如圖6-1所示。此擠壓機選用西門子S7-200系統(tǒng) 梯形圖設(shè)計說明： 6.2.1擠壓機加工過程為順序控制，其工作循環(huán)從模具閉合開始一步一步依次進(jìn)行，每一工序都執(zhí)行部分命令，使相應(yīng)的電磁鐵運作，并由行程或工藝過程時問來判斷該工序是否完成，同時，只有上一步工序完成后才能進(jìn)入下一步工序。 6.2.2 各工序?qū)?yīng)的輔助繼電器控制支路一般包括下列觸點：手動起動按鈕、手動停止按鈕、該工序原位行程開關(guān)、該工序終端行程開關(guān)、上一工序輔助繼電器常閉觸點、相應(yīng)工序的互鎖觸點。 6.3 電氣系統(tǒng)圖、程序及PLC外部接線圖 6.3.1 控制線路分析 圖6-2 電氣控制原理圖 圖6-2為電氣控制線路原理圖，圖中KM為接觸器，控制線路中相對應(yīng)的常開常閉觸點，電動觸頭SB1為停機，常開觸頭SB2為開機，F(xiàn)R1、FR2、FR3為熱繼電器，當(dāng)系統(tǒng)過熱時三個常閉觸點會斷開，按下點動SB2，繼電器KA1得電，KA1常開觸點閉合、常閉觸點斷開線路自鎖，此時SD1指示燈亮起，表示該線路就緒。按下SB4點動，接觸器KM2得電，同時KM2常開觸點閉合，線路自鎖，此時與KM2線路并聯(lián)的KM1及時間繼電器KT1同時得電，在主電路中電機M1啟動；根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時間值KT1常開觸點延時閉合，常閉觸點延時斷開，（此過程中有KM1與KM3的互鎖，防止二者同時帶電）；之后KM1繼電器斷電同時KM3繼電器得電，完成M1電機的星角啟動，如圖6-3 主電路圖。 KT線路中的KM3常開觸點閉合后，KT時間繼電器線圈得電，KT常開觸點延時閉合，KM5接觸器線圈得電，KM5常開觸點閉合形成KM5接觸器線路的自鎖，同時接通KM4接觸器其常開觸點閉合，同理與KM6形成互鎖線路，此線路與M1電機啟動方式相同，為星角啟動，目的是為了防止啟動電流過大燒毀線路。 6.3.2主電路及接線圖分析 圖6-3為主電路圖，有三相交流電線路，個分別由兩個星角啟動的分線路組成，這種方式的特點是在啟動時能夠防止啟動電流過大燒毀電路，在其中有兩個熱繼電器，在線路過熱時斷開，能過有效地保護(hù)線路，同時電流表也可以實時監(jiān)控線路中的電流異常情況。 圖6-3 主電路圖 擠壓機的控制是順序控制，它的工作循環(huán)從閉模開始一步一步有條不紊地進(jìn)行，每個工序步執(zhí)行一些指令使電磁鐵動作，用行程開關(guān)或工藝過程時間來判斷每一步是否已完成?？刂浦兄挥星耙徊襟E完成后，才能進(jìn)入下一步工序，即下一步接通的條件取決于上一步的邏輯結(jié)果以及附加在這一步上的條件。而PLC內(nèi)部有多組輔助繼電器，這些繼電器可記系統(tǒng)工作狀態(tài)；可編程控制器內(nèi)部定時器可以完成定時控制 下圖是根據(jù)擠壓機工藝流程對控制系統(tǒng)的要求，相應(yīng)的并對照VO端子分配表。 在線路中利用接觸器控制相應(yīng)觸點的閉合，接觸器的特點是能夠在大功率、大電流的電路中使用，由于這個特點再加上電路中的其他保護(hù)元件，能夠使主電路正常工作。 圖6-4 系統(tǒng)接線總圖 功能實現(xiàn)方式： 利用行程開關(guān)、輔助繼電器順序完成各道工序。在“原點” 工步時，行程開關(guān) 閉合，按啟動按鈕SB1時，相應(yīng)輔助繼電器打開，使輸出繼電器得電，電磁鐵YA2、YA3、YA15通電，進(jìn)人“模具閉合”工步。當(dāng)行程開關(guān)SA5閉合時，相應(yīng)的繼電器得電，電磁鐵YA2、YA15斷電，YA3、YA9通電，“模具閉合”工步結(jié)束，進(jìn)入“送錠到位 工步 這樣依次完成其它工步。 表6-1 SA1 手動自動轉(zhuǎn)換開關(guān) SQ6 擠進(jìn)轉(zhuǎn)擠壓 SA2 噸位選擇 SQ7 快進(jìn)限位/料架返回 SA3 排氣動作 SQ8 擠退停止 SB5 動作停止 SQ9 剪切到位 SB6 半自動啟動 SQ10 剪切返回到位 SB13 擠壓筒閉合 SQ11 模架內(nèi)限 SB14 擠壓筒開放 SQ12 模架外限 SB15 擠壓桿前進(jìn) SQ13 料架上限 SB16 擠壓桿后退 SQ14 料架下限 SB17 料架上 SQ15 定位返回到位 SB18 料架下 SQ16 擠壓速度1 SB19 剪切向下 SQ17 擠壓速度2 SB20 剪切退上 SQ18 擠壓速度3 SB21 模架向內(nèi) KT11 定位時間 SB22 模架向外 KT12 打開時間 SQ1 閉合到位 KT13 擠退時間 SQ2 連動 壓力繼電器1 邊缸壓力 SQ3 擠壓筒開停 壓力繼電器2 高壓保護(hù) SQ4 擠壓到位 點動 泵4選擇 SQ5 允許剪切 6.4.程序分析及設(shè)計 梯形圖程序根據(jù)擠壓機工藝流程圖和PLC的I／O地址分配情況進(jìn)行設(shè)計，所得梯形圖如圖6-3所示。 梯形圖設(shè)計說明： 6.2.1擠壓機加工過程為順序控制，其工作循環(huán)從模具閉合開始一步一步依次進(jìn)行，每一工序都執(zhí)行部分命令，使相應(yīng)的電磁鐵運作，并由行程或工藝過程時問來判斷該工序是否完成，同時，只有上一步工序完成后才能進(jìn)入下一步工序。 6.2.2 各工序?qū)?yīng)的輔助繼電器控制支路一般包括下列觸點：手動起動按鈕、手動停止按鈕、該工序原位行程開關(guān)、該工序終端行程開關(guān)、上一工序輔助繼電器常閉觸點、相應(yīng)工序的互鎖觸點。 圖6-5 PLC程序圖 6.4.1通常擠壓機都具有手動、自動、半自動、調(diào)速及報警等功能，其作用為： 1)手動．自動、半自動功能手動功能用于單段運行，供維修用；半自動功能用于單周期生產(chǎn)或試車；自動功能用于連續(xù)生產(chǎn)。 2)嚴(yán)格的動作及保護(hù)功能 擠壓機動作順序要求嚴(yán)格，因而電氣互鎖保護(hù)設(shè)計要求嚴(yán)密。 3)故障指示及報警功能 當(dāng)擠壓機工作期間有故障時要發(fā)出報警信號，并通過操 作面板閥位動作等指示燈查找故障點。 4)主柱塞位移及速度顯示 主要用于方便調(diào)整擠壓速度，使產(chǎn)品產(chǎn)量高，質(zhì)量好。 5)手動、自動調(diào)速功能調(diào)整比例泵改變進(jìn)油量，進(jìn)而調(diào)整擠壓速度。 6)暫停、緊急停車功能暫停功能用于處理自動循環(huán)運行中的微小問題，緊急停車 功能用于處理發(fā)生重大異常情況。 6.4.2 可編程控制器主要程序分析 編程方式有2種，即梯形圖法、語句法，園梯形圖法與實際電路接近，直觀易懂，故本編程采用梯形圖法本擠壓機程序設(shè)計主要分為機器零位及起始條件設(shè)計，自動、半自動循環(huán)程序設(shè)計，手動單步運行程序設(shè)計，自動調(diào)速程序設(shè)計。 1)機器零位及起始條件設(shè)計此設(shè)計就是考慮通電后到擠壓機自動循環(huán)開動前，機器各部位應(yīng)處在何種位置，各種泵運行是否正常，操作臺指令開關(guān)狀態(tài)是否處在正確位置，設(shè)置手動、自動軟件互鎖及暫停指令等。 在擠壓機自動循環(huán)開動前要求所有動作都在零位16當(dāng)中任一點接通，即1號、2號送錠機都在低部位置，剪刀在上升極限位置，主柱塞在回程極限位置，擠壓筒松開，模架處在1～4任一位置，只有這樣才能保證運行后不發(fā)生損壞設(shè)備的現(xiàn)象。 2)自動、半自動循環(huán)程序設(shè)計因本循環(huán)控制是按順序依次發(fā)生的，因此采用步進(jìn)的控制方式，即選