组合机床动力滑台液压控制系统设计文献综述

1、前言

毕业设计是在南昌理工学院修完机械设计及其自动化专业的绝大部分课程后，由指导老师据生产实践选题分配给学生进行的一次综合性设计，全面考察我们作为本科教育的知识点的全面性与系统性。

组合机床是一种高效率的专用机床，动力滑台是组合机床用来实现进给运动的一种通用部件，其中液压滑台在生产机械中被广泛采用，液压传动系统易获得很大的力矩，运动传递平稳、均匀，准确可靠，控制方便，易于实现自动化。

液压动力滑台是典型的电液控制装置，它由滑台、滑座和液压缸组成，由于它自身带油泵、油箱等装置，需要单独设置专门的液压站及配套，液压动力滑台由电动机带动中的油泵送出压力油，经电气和液压元件的控制，推动油缸中的活塞来带动工作台。

根据控制工艺要求，液压动力滑台可组成多种工作循环，如一次工进、二次工进、死挡铁停留、跳跃进给、分级进给等。具有一次工进及死挡铁停留的工作循环是组合机床比较常用的工作循环之一。其控制方式可以采用电气控制，部分场合采用PLC控制液压系统中的阀门的线圈来实现系统功能。

根据任务书的要求对此课题的研究中涉及液压系统的分析与设计、液压元件的选择；采用继电-接触器控制系统；采用PLC程序控制方法实现。即在了解以前控制方法上采用目前市场或生产过程中常见的控制方法来实现其控制功能，具有实用价值。

2.文献资料综述

（一）百度文库《组合机床设计1》中对组合机床进行了以下介绍

组合机床是采用模块化原理设计的，以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按已确定的工序进行加工，广泛应用于汽车、内燃机、电动机、阀门等大批量成产行业的高效专用机床。其功能：能对工件进行多刀、多面、多工位同时加工；完成钻孔、镗孔、扩孔、攻丝、铣削、车端面等切削工序和焊接、热处理、测量、装配、清洗等非切削工序。其运动特点：由机械传动实现刀具的旋转主运动，由机械或液压传

动实现刀具或工作台的直线进给运动。

其组成：（1）通用部件：滑台、切削头、动力箱、中间底座、侧底座、立柱、立柱底座，辅助部件和控制部件。（2）专用部件：夹具、多轴箱。其类型：立式、倾斜式、复合式。

此内容对我在设计过程中了解其机械结构，全面理解控制过程及设计相应控制方案具有很重要的作用。

（二）机械工业出版社左健民主编的《液压与气压传动》一书P164页码中对YT4543型液压动力滑台的液压系统工作特点和原理做了以下分析：

该动力滑台要求进给速度范围6.6～100mm/min，最大进给力45000N。该系统采用限压式变量泵供油、电液动换向阀换向、快进由液压缸差动连接来实现。用行程阀来实现快进与工进的转换，二位二通电磁换向阀用来进行两个工进速度之间的转换，为了保证进给的尺寸精度，才用了止挡块停留来限位。通常实现的工作循环为：快进→第一次工作→第二次工作→止挡块停留→快退→原位停止。

本次设计过程中以这个作比较或参照此资料进行设计，具有直接的指导的作用，是重要内容。

（三）在百度文库《液压动力滑台PLC控制系统设计》中对液压动力滑台的应用作了如下说明：

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以得到广泛的运用。液压动力滑台通过液压系统可以方便的进行无级调速、正反向平稳、冲击小。便于频繁地换向工作。

为了满足不同工艺的要求，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，出快进和快退不可改变外，用户可以根据工艺要求，对工进速度的大小进行调节。由于液压动力滑台机械结构简单，配上电器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。

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极调速等优点，因而在一些大中型机床中应用广泛。但由于国内液压技术水平及液压传动本身的缺陷，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，作为广泛使用的基础件，如何充分利用其优势，克服或改善不足，是一个继续解决的问题。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

性能得到了一定改善提高。

此资料在设计中进一步明确方向，更广泛了解系统实现方法及现代最先进的控制理念。

（四）北京大学出版社刘耀元主编的《可编程控制器原理及应用教程》一书中：PLC 控制系统设计的一般步骤：

（1）根据产生的工艺过程分析控制要求，需要完成的动作（动作顺序、动作条件、必须的保护和连锁等）、操作方式（手动、自动；连续、单调期、单步等）。

（2）根据控制要求确定系统的总体配置如需要的输入、输出设备，从而确定PLC 的I/O点数。

（3）选择PLC的机型及容量。

（4）定义输入、输出点的名称，分配PLC的I//O点，设计连接图。

（5）根据PLC的所需要完成任务及应用具备的功能，进行PLC程序设计，同时可进行控制台的设计和现场施工。其中对PLC程序设计步骤与内容主要有以下几点:

①对于复杂的控制系统，需绘制系统控制流程图，用以清除地表明动作顺序和条件。

②设计梯形图。这是程序设计的关键一步，夜市比较困难的一步。要设计好梯形图，先要十分熟悉控制系统，同时还要有一点的电气设计实验实践。③根据梯形图编制程序清单。④用计算机或编程器将程序键入到用户存储器中，并检查键入的程序是否正确。⑤对程序进行调试和修改，知道满足要求为止。⑥待控制台设计及现场施工完成后，进行联机调试。如果不满足要求，再修改程序或检查接线。⑦编制技术文件⑧交付费用。

此部分内容祥细介绍液压滑台的控制方法中采用计算机控制的基本流程及设计步骤，清析思路。

（四）在又到资料共享关于《三菱PLC控制四层电梯(FX2N可编程控制器)本科生毕业设计》中对三菱FX2N-48MR-001机型进行了一下介绍：

FX2N-48MR-001技术指标

合计总数48点-24点输入，DC24V，24点继电器输出；

尺寸（mm）：182*87*90

FX2N-48MR-001系列PLC的功能

1.集成型、高性能CPU电源输入输出三位一体。对6中基本单元，可以以最小8点位单位链接输入输出设备，最大可以扩展输入输出256点。

2.高速运算基本指令：0.08μs/指令，应用指令：100μs/指令。

3.宽裕的存储器规格内置8000步RAM存储器。安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。

4.丰富的软元件范围辅助寄存器：8000点

此部分对我选择以三菱公司的PLC为技术核心进行设计过程。

（五）继电接触器控制线路图设计方法步骤及典型线路等

电气控制设计包括电器原理图设计和电气工艺设计。电气原理图设计师为满足生产机械及其工艺要求而进行的电气控制系统设计：电气工艺设计是位满足电气控制系统装置本身的制造、使用、运行以及维修的需要而进行的生产工艺设计，包括机箱体设计、布线工艺设计、保护环节设计、人体工学设计及操作、维修工艺设计等。

电气原理图设计的质量决定着一台设备的实用性、先进性和自动化程度的高低，是电气控制设计的核心。而电气工艺设计则决定着电气控制设备的制造、使用、维修的可行性，直接影响电气原理图设计的性能目标及经济技术指标的实现。

电气设计的基本任务是根据控制要求设计和编制出设备制造和使用维修过程中所必须的图纸、资料，包括总图、系统图、电器原理图、总装配图、部件装配图、电器元器件布置图、电气安装接线图、电气箱制造工艺图、控制面板及电器元件安装底板、非标准件加工图等，以及编制外购器件目录、单台材料消耗清单、设备使用维修说明书等资料。

在电气控制系统设计过程中，通常遵循以下几个原则：

（1）最大限度的满足机械或设备对电气控制系统的要求是电气设计的依据，这些要求常常以工作循环图、执行元件动作节拍表、检测元件状态等形式提供，有调速要求的设备还应给出调速指标。其他如启动、转向、制动等控制要求应该根据生产需求要充分考虑。（2）在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济。在电气控制系统设计时，为满足同一控制要求，往往要设计几个方案，应该选择简单、经济、可靠和通用性强的方案，不要盲目追求自动化程度和高指标。

（3）妥善处理机械与电气的关系。机械或设备与电力拖动已经紧密结合并融为一体，传动系统为了获得较大的调速比，可以采用机电结合的方法来实现，但要从制造成本、技术要求和使用方便等具体条件去协调平衡。

（4）要有完善的保护措施，防止发生人生事故和设备损坏事故。要预防可能出现的故障，采用必要的保护措施。例如短路、过载、失压、和误操作等电气方面的保护功能和是设备

正常运行所需要的其他方面保护。

典型的电气控制线路

点动控制

当电动机容量较小时，可以采用直接启动的方法控制。

图4.14为点动控制线路，主回路由刀开关S（或用转换开关）、

接触器的主触点KM和电动机M组成。熔断器FU作短路保

护用，刀开关S用作电源引入开关。电动机的启动或停车由

接触器KM的三个主触点来控制。控制回路由启动按钮SB

（只用了它的常开触点）和接触器线圈KM串接而成。

线路的工作原理如下：按下启动按钮SB时，控制回路接

通，接通器线圈KM得电，其主触点KM闭合，接通主回路，

电动机M得电运转。当手松开时，由于按钮复位弹簧作用于，使得SB断开，接触器线圈KM断电，主触点断开，使电机主回路断电，电动机停转。这种用手按住按钮电机就转，手一松电机就停在控制线路称为点动控制线路。

生产上有时需要电动机作点动运行。例如，在起重设备中常常需要电动机点动运行；在机床或自动线的调整工作时，也需要电动机作点动运行。所以点动控制线路是一种常见的控制线路，也是组成其它控制线路的基本线路。

长动控制

如需要电动机连续运行，则在点动控制线路中的启动按钮SB2的两端并上接触器KM的辅助常开触点，如图4.15所示。按下按钮SB2时，按触器线圈KM得电，在接通主回路的同时，也使接触器的辅助常开触点KM闭合。手松开后，虽然按钮SB2断开，但电流从辅助常开触点KM上流过，保证接触器线圈KM继续得电，使电机能连续运行。辅助常开触点的这种作用称为自锁（或自保）。起自锁作用的触点称自锁触点。

在此线路中还需串联停止按钮SB1（只用了它的常闭触点）。此按钮受压时，其常

闭触点断开，接触器线圈KM断时，主触点

断开，电机停止转动。

上述的自锁触点还具有零压保护作用。

当线路突然断时，接触器线圈KM失电，在

断开主回路的同时，也断开了自锁触点，当

电源重新恢复电压时，由于自锁触点已经断开，线路不再接通，这样就可以避免发生事故，起到保护作用。

为了防止长期过载烧毁电机，线路中还接了热继电器KOL。当电动机长期过载运行时，串接在主回路中的受热体膨胀引起动作，顶开串接在控制回路中的常闭触点。断开控制回路和主回路，从而保护了电动机。

将起、停按钮、接触器和热继电器组装在一起就构成所谓磁力启动器，它是一种专用于三相异步电动机起、停控制和长期过载保护的电器。

正反转控制

许多生产机械的运动部

件，根据工艺要求需要电机能

正、反两个方向旋转。由三相

异步电动机的工作原理可知，

改变定子绕组中流过电流的

相序就可使电机的旋转方向

发生改变。为此，可控制两个

接触器分别引入不同相序的

电流到电机便可实现电机正

图4.16

反转控制。

图4.16(a)为电机正、反转主回路。图中KM1为控制正转的接触器，KM2为控制反转的接触器。它们的主触点均接在主回路上。KM1的主触点闭合时，将A、B、C三相电流分别引进电机U1、V1、W1绕组中，电机正转。当KM2的主触点闭合时，A、C相电流对调（即A相电流流入W1绕组，C相电流流入U1绕组中），电机便反转。从主回路可以看出，如果KM1和KM2同时得电时，将造成线间短路。为避免事故发生，必须在KM1和KM2中的一个线圈得电时，迫使另一个线圈不可能得电，这种两线圈不能同时得电的互相制约的控制方式叫做互锁。在实际控制线路中，只要将KM1和KM2的常闭辅助触点分别串入对方线圈的控制线路中就可达到互锁的目的。如图4.16(B)所示。这样，当线圈KM1得电时。串接在线圈KM2电路中的KM1常闭触点断开，此时即使按下反转按钮SB3，KM2也不可能得电。只有先按停止按钮SB1和KM1断时，其常闭触点KM1闭合后，再按下SB3时，电机才能反转。同理可知电机在反转时也能达到互锁目的联锁控制

在实际生产中，还存在着另一种制约情况，如第一台电机工作后，第二台电机才能工作，或者第一台电机不停止，第二台电机不能停止等等。这种由一台电机的工作情况决定其它电机工作情况的制约关系叫做联锁。

联锁控制根据具体要求不同采用不同的控制方式。在图4.17中，控制电动机IM（图中主电路未画出）的接触器IKM的辅助常开触点串接在控制电机2M工作的接触器2KM 的线路中，这样，只有当1KM得电后2KM才具备得电的条件，即只有当电机IM工作后电机2M才可能工作。

在图4.18中，2KM的常开触点并接在1KM的停止按钮上。只有当2KM失电后，1KM才可能失电。这样就可满足当电机2M停止工作后电机1M才能停止工作的要求。

3.小结

至此，我们从组合机床控制系统的整体设计，控制系统的硬件设计、控制系统的软件设计完整的介绍了组合机床控制系统的设计。从实际的调试和试验结果来看，基本上完成了课题预定的任务。该液压系统有以下几个特点：

1、次用了限压式变量泵和调速阀的容积节流调速回路，保证了稳定的低速运动，有较好的速度刚性和较大的调速范围。

2、系统采用限压式变量液压泵和液压缸差动连接实现快进，得到较大快进速度，能量利用也比较合理。滑台工作间歇停止时，系统采用单向阀和M型中位机能换向阀串联使液压泵卸荷，既减少了能量损耗，又使控制油路保持一定的压力，保证下一工作循环的顺利起动。

3、系统采用行程阀和外控顺序阀实现快进与工进的换接，不仅简化了油路和电路，而且使动作可靠，换接位置精度较高。两次工进速度的换接采用由电磁阀切换的调速阀串联的回路，保证了换接精度，避免换接时滑台前冲，且油路的布局简单、灵活。采用

死挡块作限位装置，定位准确、可靠、重复精度高。

4、采用了二位二通电液换向阀换向，提高了换向平稳性，减少了能量损失。

5、介绍了继电接触器控制系统的设计及线路。

6、重要的是采用了工业专用计算机来实现其功能，其有较先进的理念和较大的实用价值。是目前工厂中较为常见的控制方式，充分体现工程能力培养。

7、是典型的机电液相结合的控制方法，涉及相关学科相对较多，知识面广，是自动化控制的发展方向。

参考文献

［1］《可编程控制器入门与应用实例》中国电力出版社张万忠主编

［2］《液压传动》哈工大出版社姜继海主编

［3］《液压与气动技术》北京理工大学出版社欧阳毅文主编

［4］《电气控制与PLC原理及应用技术》电子工业出版社程周主编

［5］《PLC应用实践》东南大学出版社束长宝主编

［6］《电气控制与可编程控制器》机械工业出版社黄净主编

［7］《机械工程测试技术》机械工业出版社熊诗波主编

［8］《液压传动》机械工业出版社李芝主编

［9］《液压与气动传动》左健民主编机械工业出版社第四版

[10] 豆丁网 https://www.360docs.net/doc/0116139870.html,/p-96613942.html

[11] 百度文库https://www.360docs.net/doc/0116139870.html,/view/e8c610d8ad51f01dc281f1a7.html

[12] 道客巴巴https://www.360docs.net/doc/0116139870.html,/p-41470436147.html

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