组合机床液压系统设计

关键词： 滑台 机床 液压 组合

组合机床液压系统设计（精选十篇）

组合机床液压系统设计 篇1

液压系统在组合机床上主要是用于实现工作台的直线运动和回转运动, 如 YT4543型组合机床液压动力滑台可以实现多种不同的工作循环, 其中一种比较典型的工作循环是:快进→I工进→II工进→死挡铁停留→快退→停止。

2 组合机床动力滑台液压系统特点

(1) 调速回路:

采用了由限压式变量泵和调速阀的调速回路, 调速阀放在进油路上, 回油经过背压阀;

(2) 快速运动回路:

采用限压式变量泵在低压时输出的流量大的特点, 并采用差动连接来实现快速前进;

(3) 换向回路:

采用电液动换向阀实现换向, 并由压力继电器与时间继电器发出的电信号控制换向信号。

3 液压系统设计的节能措施

设计液压系统时, 必须多途径地考虑降低系统的功率损失, 从而达到液压系统设计节能的目的。

(1) 液压回路和调速方式的选择。

(2) 定量泵节流调速回路应力求减少溢流损失。

3.1 采用卸荷回路

如图1所示, 在先导式溢流阀1的遥控口接一小规格的二位二通电磁阀2。其卸荷压力的大小取决于溢流阀主阀弹簧的 强弱, 一般为 (2～4) ×105Pa。由于阀2只须通过先导式溢流阀1 控制油路中的油液, 故可选用较小规格的阀, 并可进行远程 控制。这种型式卸荷回路适用于流量较大的液压系统。

3.2 采用双泵双压供油回路

图2是双泵供油的快速运动回路。液压泵1为高压小流量泵, 其流量应略大于最大工作速度所需要的流量, 其工作压力由溢流阀5调定。泵2为低压大流量泵 (两泵的流量也可相等) , 其流量与泵1流量之和应等于液压系统快速运动所需要的流量, 其工作压力应低于液控顺序阀3的调定压力。

这种快速回路功率利用合理, 效率较高, 缺点是回路较复杂, 成本较高。

3.3 采用容积调速回路和联合调速回路

(1) 利用改变量泵或变量液压马达的排量来调节执行元件运动速度的回路, 称为容积调速回路。这种调速回路无溢流损失和节流损失, 故效率高、发热少, 适用于高压大流量、大功率设备的液压系统。

(2) 联合调速回路无溢流损失, 其效率比节流调速回路高。在采用联合调速方式中, 应区别不同情况而选不同方案:对于进给速度要求随负载的增加而减少的工况, 宜采用限压式变量泵节流调速回路;对于在负载变化的情况下进给速度要求恒定的工况, 宜采用稳流式变量泵节流调速回路;对于在负载变化的情况下, 供油压力要求恒定的工况, 宜采用恒压变量泵节流调速回路。

3.4 合理选用控制元件及系统管路

各类控制元件应根据其在系统中相应位置可能出现的最大压力和流量来确定其规格, 不宜过大或过小。对于系统管路, 应尽量缩短管长, 减小弯头, 弯头处的角度不宜过小 (通常应≥90°) ;应根据管道类型合理选择管中流速, 管路系统应尽量采用集成化方式进行连接。设计方案中还应注意优化管路系统, 在满足功能要求的前提下, 力求系统简单可靠, 避免多余的元件和油路, 以达到节能效果。

4 选用高效率的节能液压元件

在液压元件的选用方面, 应尽量选用那些效率高、能耗低的。如:选用效率高的变量泵, 根据负载的需要改变压力, 可节约能源的损耗;选用集成阀以减小管连的压力损失;选择压降小、可连续控制的比例阀等。

摘要：以组合机床液压系统为例, 介绍实际的液压系统及其基本回路, 分析了他们的工作原理和特点, 并对液压系统设计的节能问题提出了指导建议。

关键词：液压系统,机床,机械,节能

参考文献

[1]黄德莹.液压系统节能理念的应用与分析[J].液压气动与密封, 2010, (4) .

基于DSP测量组合导航系统设计 篇2

基于DSP测量组合导航系统设计

随着微机电系统(MEMS)技术的发展,采用MEMS技术的微小型低成本捷联惯性导航系统已成为目前的一个研究热点;而单一的.导航定位定向系统已经不能满足我国在军事领域和民用领域对导航、定位、定向精度的要求,以捷联惯导系统(SINS)和全球定位系统(GPS)相结合构成的组合导航系统以其较高的精度、低廉的成本逐渐被应用于各个领域.本文以MEMS芯片为基础,研究基于DSP测量的低成本SINS/GPS组合导航系统的设计和实现,旨在实现组合导航系统小型化、低成本、高可靠性和智能化.

作 者：刘博为 鲍其莲 仇斌 Liu Bowei Bao Qilian Qiu Bin 作者单位：上海交通大学电子信息与电气工程学院,40刊 名：电子测量技术 ISTIC英文刊名：ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY年，卷(期)：30(10)分类号：V249.32+8关键词：组合导航 卡尔曼滤波 DSP测量

三维平动并联机床控制系统设计 篇3

关键词：并联机床;运动控制;软件平台

前言：并联机床是一种将并联机构作为进给传动机构的数控机床，具有高刚度、高精度、高速度、高动态性能、高承载能力等优点[1]，三维平动并联机床在我国经济活跃的地区用于非金属切割、雕刻、打孔等方面，得到快速发展，但目前的加工设备价格昂贵，控制系统复杂，难以保证加工精度。本文设计了一种基于PC机和GTS运动控制器的三维加工用并联机床的控制系统，利用Delphi 7.0编程工具所开发的控制系统能够对该三维平动并联机床进行实时监测和控制。

一、三维平动并联机床结构简介

三维平动并联机床的动平台通过3根连杆和安装在丝杠上的三个滑块与静平台相连。通过控制交流伺服电动机的运动控制三滑块协调运动，从而精确控制动平台的位置，即控制加工点的位置。

三根连杆两端均采用胡克铰与丝杆螺母和动平台相连。

二、控制系统硬件构成

系统硬件组成如图1所示，其中包括三套伺服电机作为电气执行元件;GTS运动控制器作为运动控制核心部件[9]，完成各个电机之间的实时运动插补、运动控制功能;PC机作为上位机，完成路径规划、文件处理、仿真显示、手动控制等功能。

其中，GTS运动控制器是固高科技的运动控制产品之一，基于计算机PCI总线，可同时控制4轴运动。

图1  并联机床控制系统硬件图

三、控制系统软件总体框架设计

为了实现对三维平动并联机床的实时监测，同时考虑到人机交互的便捷性，利用Delphi 7.0编写上位机程序，上位机调用运动控制器的指令，运动控制器按照主机发送的指令工作，驱动电机运动，改变滑块位置，即移动动平台。

该控制系统主要由5个模块组成：手动模块、自动模块、测试模块、编程模块、参数设置模块。

手动模块主要用于动平台的小位移的运动控制和手轮操作控制。

自动模块主要用于程序的自动运行，运动轨迹的实时显示。

测试模块主要用于对于所编写好的程序进行运动轨迹的模拟仿真，可选择进行单步或单次等不同的调试方式。

编程模块主要用于新建任务，进行运动程序的编写等，在编写程序的过程中要能对一些明显的编程错误进行报错提醒。

参数设置模块主要用于设定机床零点和默认进给速度等。

手动模块和自动模块的界面都以显示灯的形式实时显示外部输入信息：如主轴开关、冷却液开关、极限限位等信息，并实时显示坐标数据。

四、主要功能模块

本三维平动并联机床的控制系统以Delphi 7.0作为编程工具进行控制系统的开发。Delphi 7.0是Borland公司推出的Delphi编程软件的新且成熟的一个版本，它采用面向对象的程序设计、组件化的编程方式，其开发功能强大，且易于学习使用[1]。本控制系统采用GTS系列运动控制卡，只需将运动控制卡的动态链接库和函数声明文件复制到工程文件夹中，并将函数声明文件添加到工程中，并添加对函数声明文件的引用，用户就可以在Delphi中调用函数库中的任何函数，编写应用程序，进行控制系统的开发[2]。

图2  作业编辑处理过程

（一）编程模块。该模块主要用于进行作业管理：新建作业、编辑作业、删除作业。当初次建立编程任务时，设置编程环境，创建临时作业区，读取临时作业区内容并显示，默认将程序起始语句“START”和结束语句“END”置于程序首末，并设置第一个语句的序号“001”。若仅是编辑作业，则复制当前作业到临时作业区，然后显示。进行正常语句编写，包括机床作业点的三维坐标以及运动速度。每个语句结束处，键入回车键即可进入下一行程序编辑状态，同时自动输入行号。除了运动位置输入外，还可依据运动中的要求（如打开冷却液、主轴开启等）选择或设置指令。程序编辑中也可以进行删除行、插入行、更改内容等工作。编辑完毕，即可保存该运动程序，也可直接执行该文件。编程过程如图2所示，运行界面如图3所示。

图3  程序编辑界面

（二）手动模块。手动模块完成的功能主要有：归零（回机床零点），设定进给量、进给速度，手动驱动，手轮驱动等，运行控制界面如图4所示。

无论手轮驱动还是手动驱动动平台运动，均可以实现三电机联动，这样做的目的是为了避免一个电机的过度运动，使并联机构发生干涉。如图4所示，在手动运行的界面可以实时刷新显示加工点位置。

图4  手动运行控制界面

回零操作，是借助于极限开关和GTS运动控制的限位功能进行编程实现的，具体的操作将在下一节进行描述。

图5  测试运行控制界面

（三）测试模块。测试模块主要用来对已有作业任务进行测试，检验编程的正确与否，有三种测试模式：单步、单次、循环。

根据用户所选定的测试模式，可以确定程序测试时是按何种方式进行运行，需要注意的是在测试模式下，作业中的辅助功能指令不起作用。控制界面如图5所示。

（四）自动模块。对于已经通过测试，确认正确的作业，可以在自动模式下进行运行。自动模块的控制运行界面如图6所示。

图6  自动运行控制界面

该界面右上角为当前坐标的显示，中上部为仿真界面，左边的指示灯同步显示个外部输入信号，中下部显示正在运行的任务。

五、零位、限位报警设置

本三维平动并联机床的零位及左右极限位置的确定使用的是限位开关和硬件捕获的功能确定的，限位开关按图7所示的方式进行布置（以其中一条丝杠的限位开关布置进行说明）。

图7  各限位开关的布置

根据整个并联机床的工作空间，由逆解可求得滑块所要求的运动区域，根据该区域的长度可安装左右限位开关A、B，零位开关选择安装在滑块工作区域外的左侧，这样安排的好处是，在每次找零时都可直接使对应的电机驱动滑块左移，进行找零。找到零位开关后，进行相应的偏置，设定零点。与将零位开关安装在工作区域中间相比，简化了找零过程，因为断电后重新上电再次找零，并不能记录滑块位置，即不知道滑块在零位的左侧还是右侧。将零位开关安装在工作区域中进行找零时需要配合左右极限开关进行找零。

结束语：系统通过上位机控制该三维平动并联机床的使用，能够控制三电机联动，对并联机床的运动进行实时监测和控制，具有较好的人机交互性，并且操作使用也比较简单方便。

参考文献：

[1] 黄真，孔令富，方跃法.并联机器人机构学理论及控制[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2] 张霏霏，吴洪涛，严伟. 三维平动并联机床的运动分析， 机械制造，2013，12：17-20

组合机床液压系统设计 篇4

双面钻孔组合机床的工作流程及其控制要求

组合钻床继电接触器控制线路的工作原理

工件放入定位夹具内→按下启动按钮SB6液压系统电机启动并定位工件定位→压合行程开关SQ2→SQ2闭合后液压系统对工件进行夹紧压力继电器SP工作→SP常开闭合左右滑台快进并分别压合行程开关SQ3、SQ6滑台开始工进同时冷却泵电机开始工作→工作完毕滑台压合行程开关SQ4、SQ7滑台快退→滑台快退完毕压合行程开关SQ5、SQ8夹紧装置松开工件同时闭合开关SQ9→拔位销后开关SQ1闭合→工作完毕。

组合钻床的控制要求及工作流程

控制要求:在双面钻孔组合机床中, 进给运动由液压动力滑台提供控制, 同时液压系统还提供定位夹紧工件时所需要的动力, 而主轴的切削运动则是以三相交流异步电动机提供动力。双面钻孔组合机床的控制程序中, M1是液压电动机, 驱动液压泵, 液压系统必须先启动, 才能启动其他部分的控制电路。M2、M3分别为左、右机主轴电机, 控制钻头的旋转。当一次循环开始时, 首先是液压动力滑台的进给运动, 主轴开始工作, 当循环结束时, 液压动力滑台会回到原点, 主轴也相应停止工作。M4是冷却泵, 手自两用, 既可以手动启停, 需要时也可以自动在液压滑台工进时提供冷却液, 并自动在工进结束后停止工作。

工作过程:

(1) SB4为液压系统的启动按钮, 当其得电后, 机床开始进行工件定位, 当定位行程开关被按下后, 定位完成。再对工件进行夹紧, 当压力传感器SP得电后, 左右两面的液压动力滑台同时开始加工循环, 执行快进、工进、快退等步骤, 与此同时, 系统的冷却泵与刀具电动机也开始工作。当完成一次加工循环加工循环后, 液压动力滑台会回原点, 松开工件, 并拔出定位销, 等待下次加工。

(2) 液压动力滑台、工件定位与夹紧装置的控制要求

在本设计中, 液压系统为液压动力滑台、工件定位与夹紧装置提供动力。YV1和YV2两个电磁阀控制了工件定位销的运动方向;YV3和YV4两个电磁阀则控制了工件夹紧与放松动作。左机液压滑台的工进、快进与快退三种工作状态分别由电磁阀YV5、YV6、YV7三个换向电磁阀控制。YV8、YV9、YV10为右机液压滑台的换向电磁阀, 分别控制右机液压滑台的工进、快进与快退三种工作状态。

表1显示的是各电磁阀线圈得电后对应的工作状态。

由表1可知, 电磁阀YV1的线圈得电时, 该机床的工作定位装置将进行定位动作, 电磁阀YV3线圈得电, 夹紧工件。在工件夹紧状态下, 若电磁阀YV5、YV7线圈同时得电时, 左侧液压动力滑台快速进给;若电磁阀YV8、YV10线圈同时得电时, 右侧液压滑台快速进给。左右液压动力滑台工进状态分别对应电磁阀YV3、YV5线圈同时得电和电磁阀YV3、YV8线圈同时得电。左右液压动力滑台快速退回状态则分别对应的是电磁阀YV3、YV6同时得电和电磁阀YV3、YV9同时得电。当液压滑台退回原位后, YV4的线圈得电后松开工件定位销, YV2的线圈得电后拨出定位销。定位销松开后, 撞击行程开关SQ1, 机床停止运行。

(3) 机床运行整体流程

当需要双面钻孔组合机床工作时, 首先把工件放入工件定位、夹紧装置中, 然后再按下液压系统启动按钮SB4, 机床将按以下步骤工作:按下液压系统启动按钮SB4→工件定位夹紧→左右两面动力滑台同时快速进给→左右两面动力滑台同时工进→左右两面动力滑台快退至原位→夹紧装置松开→拔定位销。

系统的硬件设计

I/O选择及分配

硬件接线图

本课题硬件接线图如图2所示。

电气控制系统软件设计

双面组合钻孔机床是典型的步进制控制设备, 所以在编写梯形图程序时, 采用步进指令编写是最简单、最方便的。根据其控制要求以及实用化设计本设计将自动控制和手动控制分开, 这样更好的加强机床在工厂中的实用性。

程序流程图

程序执行过程说明

自动过程说明

按下液压泵启动按钮X2, 液压电动机Y13启动并自锁常开触头闭合S2置位。按下液压系统启动按钮X4, 置位S20液压系统指示灯亮, 然后程序自动运行。直至运行完毕, 中间若有紧急情况可按X1停止程序。

手动过程说明

在液压电机启动的前提下, 按下手动和自动选择按钮X26, 中间继电器M0线圈得电, 定位夹紧元件后按X10 X11 X12 X13对左右滑台进行快进快退的点动控制。然后按下X5、X6对工件进行切削钻孔, 加工完毕后按下X7放松元件, 加工过程结束。

组合机床液压系统设计 篇5

文献综述

设计（论文）题目：

学 院：＿＿＿＿＿＿＿＿ 专 业：＿＿＿＿＿＿＿＿ 班 级：＿＿＿＿＿＿＿＿ 学 号：＿＿＿＿＿＿＿＿ 学生姓名：＿＿＿＿＿＿＿＿ 指导教师：＿＿＿＿＿＿＿＿

****年**月**日

摘要

在千斤顶液压缸加工机床电气控制系统设计中，设计了PLC控制系统总体方案，概括了PLC的简介，对千斤顶液压缸加工机床进行了设计分析，给出了硬件、软件设计与实现方案。在设计分析千斤顶液压缸加工机床中，对机床的结构及工作原理做出来了阐述，并绘制了机床结构图，还阐述了机床液压系统工作原理以及机床工作流程。在硬件设计部分，阐述了电动机主电路及其电气控制电路的设计过程，画出了注电流图，给出了工作示意图，给出了这两个电路的电器元件的选择结果以及硬件配置接线图。在控制电路的设计部分，阐述了I/O接线图的设计过程，给出 PLC及其输入／输出元件的选择结果。在软件设计部份详细地阐述了PLC用户程序的设计过程，其中包括对公用程序、手动程序、自动程序与故障报警程序的设计过程的阐述，并给出了上述所有程序的梯形图、语句表以及仿真。

关键词：机床系统分析，硬件设计，软件设计

Abstract In the design of electrical control system of hydraulic cylinder of hoisting jack machine, designed the overall scheme of PLC control system, summarizes the introduction of PLC, the cutting machine for jack hydraulic cylinder is designed and analyzed, given the hardware and software design and implementation.In the design of machine tool hydraulic cylinder of hoisting jack, the structure and working principle of the machine to do it described, and draw the structure of machine tool, also describes the working principle and working process of hydraulic system of machine tool.In the hardware design part, expounds the design process of the main circuit and control circuit of the electric motor, draw the current map diagram is given, the electrical components of the two circuit are given and the hardware configuration of the wiring diagram.In the design part of the control circuit, the design process of the I/O wiring diagram is described, and the selection results of the PLC and its input / output components are given.In the software design part describes in detail the design process of PLC user programs, including the design process of alarm program utility, manual procedures, automatic program and fault description, and gives all of the above program ladder diagram, statement table and simulation。

Keywords：Machine tool system analysis, hardware design, software design

第 1 页

贵州理工学院毕业设计（论文）

第一章 概述

1.1 千斤顶液压缸加工机床电气控制系统发展现状

目前，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，PLC已由最初一位机发展到现在的以16位和32位微处理器构成的微机化PC，而且实现了多处理器的多通道处理。如今，PLC技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。现在，世界上有200多家PLC生产厂家，400多品种的PLC产品，按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，各流派PLC产品都各具特色。其中，美国是PLC生产大国，有100多家PLC厂商，著名的有A-B公司、通用电气（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司。欧洲PLC产品主要制造商有德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG公司、法国的TE公司。日本有许多PLC制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士等，韩国的三星（SAMSUNG）、LG等，这些生产厂家的产品占有80%以上的PLC市场份额。经过多年的发展，国内PLC生产厂家约有三十家，国内PLC应用市场仍然以国外产品为主。国内公司在开展PLC业务时有较大的竞争优势，如：需求优势、产品定制优势、成本优势、服务优势、响应速度优势。PLC的发展趋势随着PLC应用领域日益扩大，PLC技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高。可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)是专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统，是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械和生产过程。可编程控制器及其有关设备都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

第 2 页

贵州理工学院毕业设计（论文）

1.2 未来发展趋势

（1）、在产品规模方面，向两极发展。一方面，大力发展速度更快、性价比更高的小型和超小型PLC。以适应单机及小型自动控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技术完善的大型PLC方向发展。随着复杂系统控制的要求越来越高和微处理器与计算机技术的不断发展，人们对PLC的信息处理速度要求也越来越高，要求用户存储器容量也越来越大。

（2）、向通信网络化发展

PLC网络控制是当前控制系统和PLC技术发展的潮流。PLC与PLC之间的联网通信、PLC与上位计算机的联网通信已得到广泛应用。目前，PLC制造商都在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强PLC的联网能力。各PLC制造商之间也在协商指定通用的通信标准，以构成更大的网络系统。PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的组成部分。

（3）、向模块化、智能化发展

为满足工业自动化各种控制系统的需要，近年来，PLC厂家先后开发了不少新器件和模块，如智能I/O模块、温度控制模块和专门用于检测PLC外部故障的专用智能模块等，这些模块的开发和应用不仅增强了功能，扩展了PLC的应用范围，还提高了系统的可靠性。

（4）、编程语言和编程工具的多样化和标准化

多种编程语言的并存、互补与发展是PLC软件进步的一种趋势。PLC厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向MAP(制造自动化协议)靠拢，使PLC的基本部件，包括输入输出模块、通信协议、编程语言和编程工具等方面的技术规范化和标准化。

第 3 页 贵州理工学院毕业设计（论文）

第二章 机床控制方法与控制系统的确定

机床控制系统在现代机床生产业中有很重要的的作用，机床的控制系统相当于机床的大脑和心脏。一台机床要想很好的运行其控制系统一定要做好，一个好的机床控制系统要能够很好的控制机床的运行，能使机床的每一步都能够准确运行到位，并且还要有好的安全保护系统，还要有好的调试系统等。机床控制系统有继电器控制、单片机控制、PLC控制等。现将几种控制系统作出分析比较选取最优的控制系统来实现其功能。

2.1 PLC控制与继电器控制比较

（1）控制逻辑：继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，其连线多而复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。另外继电器触点数目有限，每只一般只有4～8对触点，因此灵活性和扩展性都很差。而PLC采用存储逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序，故称为“软接线”，其连线少，体积小，加之PLC 中每只软继电器的触点数理论上无限制，因此灵活性和扩展性都很好。PLC由中大规模集成电路组成，功耗小。

（2）工作方式：当电流接通时，继电控制线路中各继电器都处于受约状态，即该吸合的都应吸合，不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合。而PLC的控制逻辑中，各继电器都处于周期性循环扫描接通之中，从宏观上看，每个继电器受制约接通的时间是短暂的。

（3）控制速度：继电控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低。触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级。另外机械触点还会出现抖动问题。而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级。PLC内部还有严格的同步，不会出现抖动问题。

（4）限时控制：继电控制逻辑利用时间继电器的滞后动作进行限时控制。时间继电器一般分为空气阻尼式、电磁式、半导体式等，其定时精度不高，定时时间易受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难。有些特殊的时间继电器结构复杂，不便维护。PLC使用半导体集成电路作定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度相当高，定时范围一般从0.1s到若干分钟甚至更长，用户可根据需要在程序中设定定时值，然后由软件和硬件计数器来控制定时时间，定时精度小于10ms且定时时间不受环境的影响。

第 4 页 贵州理工学院毕业设计（论文）

（5)计数控制：PLC能实现计数功能，而继电控制逻辑一般不具备计数控制功能。

（6）设计与施工：使用继电控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难。工程越大，这一点就越突出。而用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计（包括梯形图和程序设计）。基于PLC的静态切割机控制系统设计可以同时进行，周期短，且调试和修改都很方便。

（7）可靠性和可维护性：继电控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，它体积小、寿命长、可靠性高。PLC还配备有自检和监督功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。

（8）价格：继电控制逻辑使用机械开关、继电器和接触器，价格比较便宜。而PLC使用中大规模集成电路，价格比较昂贵。

2.2 PLC的特点

高可靠性：所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10～20ms各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。采用性能优良的开关电源。对采用的器件进行严格的筛选。良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。

丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。

采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

第 5 页

贵州理工学院毕业设计（论文）

安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。

PLC的功能：(1)逻辑控制(2)定时控制（3)计数控制(4)步进(顺序)控制(5)PID控制(6)数据控制：PLC具有数据处理能力（7）通信和联网(8)其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。基于PLC的静态切割机控制系统设计

第 6 页

贵州理工学院毕业设计（论文）

第三章 机床系统分析

3.1 机床结构及工作原理

数控机床一般由输入、输出装置、数控装置、可编程控制器、伺服系统、检测反馈装置和机床主机等组成。输入输出装置其作用是将零件加工程序、参数、命令送入数控装置。数控装置是一种专用计算机，一般由中央处理器、存储器、总线、输入/输出接口组成，是数控系统的核心，其作用是对数控加工程序进行译码、数据转换、插补计算，最后将加工程序信息转换为输出到伺服驱动系统的脉冲、电流或电压等控制信号。机床本体包括机床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和底座、立柱、刀架、工作台等基础部件。机床本体要具有较高的精度和刚度，良好的精度保持性，主运动、进给运动部件要有高运动精度和高灵敏度。本机床用于千斤顶液压缸两个端面的加工，采用装在动力滑台上的左、右两个动力头同时进行切削。动力头的快进、工进及快退由液压缸驱动。液压系统采用两位四通电磁阀控制，并用调整死挡铁的方法实现位置控制。

千斤顶液压缸两端面加工的工作循环如图所示，加工时，将工件放在工作台上并加紧，当工件夹紧后发出加工命令，左、右滑台开始快进，当接近加工位置时，左、右滑台变为工进进给，直到加工完成后再快退返回。至原来左、右滑台分别停止，并将工件放松取下，工作循环结束。既工作循环如下：工件定位—工件夹紧—滑台入位—加工零件—滑台复位—夹具松开。

3.2 机床液压系统工作原理

机床液压系统如图所示，由于左右液压滑台工作油路相同，图中只画出一个液压滑台油路。千斤顶液压缸两端面加工机床采用了两位四通电磁阀控制，液压缸4主要驱动工件的定位，液压缸7主要驱动工件的夹紧和放松，液压缸12主要驱动动力头的快进、工进以及快退。当我们把零件装入夹具后，打开主开关，运行机床，此时只有电磁换向阀YV1得电，电磁换向阀右位接通，液压泵流出的液压油驱动液压缸左行，插入定位销，此时工件定位：工件定位后，经过一段时间，点此换向阀YV2得电，液压油经过压力油经阀5，驱动液压缸7动作，将零件固定在夹具内，压力继电器检测到油路到一定压力，零件夹紧后，电磁换向阀YV3、YV4、YV5同时得电，此时，为了保证滑台入位，YV1失电，使定位油缸退出，YV4得电，使液压缸左行快进，快速进入加工位置，回油经单向阀14流入油缸；当液压缸12驱动动力头到达加工位置时，YV5失电，回油经调速阀17，单向阀15流入油缸，机床进入工进状态，左右动力台进行两端面切削加工；当动力头

第 7 页

贵州理工学院毕业设计（论文）

到达加工终点时，停止工进，延长一段时间后，YV4失电，液压油经过单向阀13快速退回原位；左右动力头退到原位后，YV3失电，使滑台复位；滑台复后，电磁阀YV2失电，夹具松开，可以取出工件。

3.3 机床工作流程

1.工件定位人工将零件装入夹具后，定位液压缸动作，工件定位。

2.工件夹紧零件定位后，延时15s，夹紧液压缸动作使零件固定在夹具内，同时定位液压缸退出以保证滑台入位。

3.滑台入位滑台带动动力头一起快速进入加工位置。

4.加工零件左右动力头进行两端面切削加工，动力头到达加工终点位置即停止工进，延时30s后停转，快速退回原位。

5.滑台复位左右动力头退回原位后，滑台复位。6.夹具松开当滑台复位后夹具松开，取出零件。

第 8 页 贵州理工学院毕业设计（论文）

第四章 硬件设计

4.1 控制要求

（1）左右动力头旋转切削由电动机M1集中传动，切削时冷却泵电动机同时运转。（2）只有在液压泵电动机M3工作，油压达到一定压力（压力继电器检测）后，才能进行其他的控制。

（3）机床即能半自动循环工作，又能对各个动作单独进行调整。（4）要求有必要的电气连锁与保护，还有显示与安全照明。

4.2 加工过程的设计

1.工件的定位和加紧是靠电动机、液压系统和电磁阀来完成的。通过三者的配合将工件定位和加紧。

2.滑台的入位和复位是靠电动机的拖动和电磁阀来完成的，在滑台入位的过程中，电动机要能够根据滑台的实际位置来实现加速、减速、正转，电磁阀也要能够相应的得电和断电，从而实现滑台的准确入位和精确加工。

3.在加工过程中，根据具体的控制要求使电动机的工作过程、电磁阀的通断电符合控制要求。避免加工过程中的错误。如在工件定位的过程中，电磁阀YV1得电，其它的电磁阀都不能得电，并且只有在工件定位结束后夹紧液压缸才允许动作。

4.在整个工作过程中，能够根据所给出的辅助电路，判断出现在的工作环节。当电路产生故障时可以通过辅助电路判断出故障可能发生在哪个环节。如HL1是动力头M1、冷却泵M2的运行指示.4.3 主电路的设计

其中M1带动动力头，M2带动冷却泵，M3带动液压泵。KM1为M1、M2的接触器。KM2为M3的接触器。左右动力头旋转切削由电动机M1集中传动，切削时冷却泵电机M2同时运转。M3带动液压泵，只有在液压泵电动机M3工作，油压达到一定压（压力继电器检测）后，才能进行其他的控制。主电路图如下

第 9 页 贵州理工学院毕业设计（论文）

4.4 I/O点数的确定

根据上述控制要求可知系统采用自动工作方式，控制系统所需的输入端有启动开关SB1、停止开关SB2、压力继电器输入开关SB3、左动力头原位限位开关SB4、右动力头原位限位开关SB5、左动力头工进限位开关SB6、右动力头限位开关SB7、左动力头快进限位开关SB8、右动力头快进限位开关SB9，一共九个输入端；而输出端包括电磁换向阀YV1、YV2、YV3、YV4、YV5和动力头M1、冷却泵M2接触器以及故障指示HL1，一共8个输出端，考虑充裕量要求，因此估算用户程序存储容量：存储器字数≥开关量I/O总数X10=170.所以选用输入点个数≥

9、输出点个数≥

8、用户程序存储器容量≥170的PLC。

4.5 主电路的电机选择

电动机是主要的动力机械，它的应用是非常广泛的，所以就其全国电动机的总耗电量来说，它是极为可观的。因此，合理选择电动机是相当重要的，它直接关系到生产机械的运行安全和投资效益。电动机的选择内容包括电动机种类、外壳型式、额定电压、额定转速、额定功率、各项性能等电力拖动系统中拖动生产机械运行的原动机即驱动电机，包括直流电动机和交流电动机两大种，交流电动机又有异步电动机和同步电动机两种。本次的电机主要选择是异步电动机。

第 10 页 贵州理工学院毕业设计（论文）

第五章 软件设计

（1）将零件装入夹具中，按下液压泵M3的启动按钮，启动电机M3，接触器KM2得电，KM2常开开关闭合，电路自锁。

（2）KM2常开开关闭合，电磁阀Y2得电，工件开始定位。

（3）零件定位之后，开始延时，延时15S后，加紧液压缸动作使零件固定在夹具里，同时停止按钮SB2启动，定位液压缸退出以保证滑台入位。

（4）当压力达到一定时，压力继电器开关SP闭合，左动力头原位限位开关SQ1、右动力头原位限位开关SQ2、左动力头工进限位开关SQ3得电，内部辅助继电器得电闭合，此时工件进行左快进动作。

（5）入位之后，电磁阀YV4得电，左右动力头开始进行两端面切削加工。（6）当动力头到达加工终点位置即停止工进，延时30S后复位，工件进行快退动作。

（7）退位后电磁阀YV2、YV3得电动作，动力头开始退回原位。（8）左右动力头退回原位后，滑台复位，夹具松开，取出零件。

第 11 页

贵州理工学院毕业设计（论文）

参考文献

组合机床液压系统设计 篇6

关键词：少齿数齿轮  最少齿数  专用机床传动系统  设计

必要性

0 引言

机械产品的重要零件便是齿轮。齿轮因为它自身显著的优点被广泛应用于各个领域。其中齿轮传动是其最重要的应用。

齿轮传动，作为机械传动中最重要的传动之一，是利用两齿轮的轮齿相互啮合来传递动力和运动的机械传动。齿数在2-10之间的渐开线圆柱齿轮是少齿数齿轮，少齿数齿轮传动是利用少齿数齿轮的齿轮传动。因为在少齿数齿轮传动中很大程度上减少了小齿轮的齿数，所以其单级传动比较大且拥有结构简单、传动效率高等等的诸多特点。现今，少齿数齿轮传动在例如电动自行车、摩托车以及减速器等诸多的机械中都发挥了它们不可替代的作用。

1 少齿数齿轮的简要介绍

作为齿轮传动技术的新进展的少齿数齿轮传动拥有体积小、单级传动比大且承载能力高等等的显著的特点，所以，其具有较高的研究意义以及应用价值。

齿数是2-8的渐开线圆柱齿轮便是少齿数齿轮，其传动为渐开线齿轮传动的重要构成还有延伸，优点也是十分明显的，它适用于中小功率、结构尺寸受限制、传动比大等等的场合，对于现代发展的需求是十分契合的。

首先，少齿数齿轮常采用斜齿的形式，换句话说，少齿数齿轮就是特殊的渐开线斜齿圆柱齿轮;因为少齿数齿轮的相关特点，所以通常情况之下将其设计为齿轮轴的形式，且在使用少齿数齿轮的时候，对其安全性的验证是极其重要的;在选择少齿数齿轮时，一个必须要进行考虑的技术指标是齿轮的耐磨性，因为少齿数齿轮无法用磨齿机磨削，所以，少齿数齿轮必须要做成硬齿面形式等等。

2 渐开线齿轮不发生根切的最少齿数

当前，在普通滚齿机上加工齿轮时可以加工到的最少齿数介绍如下：

2.1 标准直齿轮不发生根切的最少齿数

■

图1  用标准齿条型刀具切制标准齿轮

用标准齿条型刀具切制标准齿轮的情况见图1。只有充分熟知了产生根切的原因才可以避免根切。刀具的刀刃从啮合线上B1点开始切削齿轮轮廓，切至啮合线与刀具齿顶线的交点B2处，这个时候，被切齿轮渐开线齿廓已被全部切出。倘若被切齿轮的齿数不够多那么会使其极限啮合点N1″落在刀具齿顶线之下，这个时候刀具的齿顶就会把轮齿已切好的一部分齿根渐开线齿廓切去，跟切也就产生了。为了将根切的出现的情况加以避免，应该使极限点N1必须位于刀具齿顶线之上，即应让PN1sinα？叟ha*m，进而求得标准直齿轮不发生根切的最少齿数为：

Zmin=2ha*/sinα（式1）

当齿顶高系数ha*取1，压力角取20°时，计算得出Zmin=17;当轮齿有轻微根切时，增大了齿根圆角半径，从而增大了轮齿抗弯强度，因此在一些场合也常允许轮齿产生轻微根切，此时可取Zmin=14;另外，加工渐开线圆柱直齿轮时，可以不考虑齿轮变位调整对刀具的干涉，此时其最少齿数可取Zmin=4。

2.2 渐开线标准斜齿圆柱齿轮不发生根切的最少齿数

■

图2  斜齿轮的当量模型

设经过斜齿轮分度圆柱面上的一点c，作轮齿的法面，见图2，将斜齿轮的分度圆柱剖开，剖面则为一椭圆。现以椭圆上c点的曲率半径ρ为半径作一圆，作为一假想直齿轮的分度圆，以该斜齿轮的法面模数为模数，法面压力角为压力角，作一直齿轮，其齿形就是斜齿轮的法面近似齿形，称此直齿轮为斜齿轮的当量齿轮，而其齿数即为当量齿数（用Zv表示）。

由图可知，椭圆的长半轴a=d/（2cosβ），短半轴b=d/2，而ρ=a2/b=d/（2cosβ），所以：

Zv=2ρ/mn=d/（mncos2β）=zmt（mncos2β）

=z/cos3β（式2）

由式2可得出渐开线标准斜齿圆柱齿轮不发生根切的最少齿数为：

Zmin=Zvmincos3β（式3）

Zvmin为当量直齿标准齿轮不发生根切的最少齿数;β 为螺旋角，一般取8°～20°;mn为法面模数，按国家标准取标准值;mt为端面模数，mt=mn/cosβ。

可见，斜齿轮的最少齿数可以比直齿轮的少，而且采用斜齿轮传动时轴承的跨距较小，轴的刚度也较大。采用渐开线圆柱斜齿传动时，小齿轮的齿数可以选择2-10。

2.3 变位齿轮的最少齿数

当下，对少齿数渐开线圆柱齿轮传动来讲，最大问题便是滚切少齿数齿轮而出现的根切。为了避免根切经常选用较大的变位系数，然而较大的变位系数在解决根切问题的同时势必又会引起齿顶厚变薄（Sa？燮（0.25～0.4）mm）还有变尖（Sa？燮0）以及干涉等问题。另外，在一定的情况下甚至还会出现节点外啮合现象。对于齿轮齿顶齿厚变薄及变尖问题，可以通过削顶的方法来保证少齿数齿轮必要的齿顶厚，但这样同时又会使实际的齿顶高降低，从而使得实际啮合线缩短、端面重合度减小。然而当齿轮端面重合度很小时，会出现齿轮节点偏离实际啮合线中点，甚至处在实际啮合线外，造成相对滑动系数很大、磨损严重等问题。此时，可以通过采用较大的螺旋角和较大的齿宽系数来增大轴向重合度。

在实际生产中，虽然用范成法滚切加工标准直齿轮时不发生根切的最少齿数是Zmin=17，但是可以通过正变位等方法加工齿轮，使得齿轮的齿数变得更少。

当需要加工制造齿数少于17，而又不产生根切现象的齿轮时，由式1可知，可采用减小齿顶高系数ha*及加大压力角α的方法来实现。然而减小ha*将使重合度减小，而增大α要采用非标准刀具。除了这两种方法外，解决上述问题的最好方法是在加工齿轮时，将齿条刀具由标准位置相对齿坯中心向外移出一段距离，即采用所谓的变位修正法进行加工。当加工少齿数齿轮时，可采用将刀具由齿轮轮坯中心移远的正变位加工法，但是齿轮齿数也是有限制的：当齿轮齿数取8时，齿轮齿顶开始变尖;当齿轮齿数取7时，计算出的齿顶圆齿厚变为负值。对于少齿数齿轮，少齿数齿轮传动机构中齿轮的变位是用改变刀具对齿坯的径向相对位置来实现的，通过选择合理的变位系数，可以消除根切，提高少齿数齿轮齿根抗弯曲疲劳强度和齿面耐磨性能，使大小齿轮接近等强度。另外，为了提高齿轮表面接触强度，渐开线少齿数齿轮通常采用正向变位。

3 设计一种少齿数齿轮专用机床传动系统必要性

在机械传动中有了非常大比重的便是齿轮传动。但是，当有空间的限制的时候，为了达到小型化这一目的，一种趋势便出现了，那就是，采用少齿数齿轮。但是因为少齿数齿轮具有齿数少、齿轮轴细这些特点，使得少齿数齿轮的加工更加困难;国外的加工少齿数齿轮的机床售价高且技术封锁，这些都制约着少齿数齿轮的应用还有推广。

于是我们可以得出，少齿数齿轮应用的最大困难就是加工工艺，同时结合国内现状，目前还没有专门加工少齿数齿轮的机床。我们可以得出，设计一种少齿数齿轮专用机床传动系统是非常必要的并且研究意义重大。

4 结束语

少齿数齿轮传动在当下被广泛应用的重要原因就是其单级传动比大、传动效率高等等的优点。通过分析当下在普通滚齿机上加工齿轮时可加工到的最少齿数的情况以及设计少齿数齿轮专用机床传动系统的必要性可以让我们对少齿数齿轮传动有更深一步的了解，从而在进行具体设计时有更精准的把握。

参考文献：

[1]日本机械学会.齿轮强度设计资料[M].北京：机械工业出版社，1984.

[2]孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]濮良贵，纪明刚.机械设计（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]张根保，王国强，何文辉，曾海峰.基于任务的数控机床可靠性分配技术研究[J].中国机械工程，2010（19）.

组合机床液压系统设计 篇7

1 三面铣组合机床的工作过程

三面铣组合机床主要用于加工零部件孔的端面以及定位面, 其主要由底座、床身、铣削动力头、液压动力滑台、油缸以及工作台等组成。具体的加工过程如下:先把工件放到液压动力滑台的夹具之中, 待其他工作准备完之后, 发出加工指令。等工件夹紧后使得压力继电器工作, 液压动力滑台快进, 到位后转工进, 同时启动左、右铣1进行加工, 待加工到一定位置后, 立铣头开始加工, 到达位置后停止右铣头1, 右铣头2进行加工, 终点后停止三台电机。液压动力滑台退回原位, 松开工件, 工件加工结束。

2 三面铣组合机床电气控制系统的设计要求

三面铣组合机床由液压泵、左、右铣头1、右铣头2以及立铣头五台电机组成, 其采用三相交流异步电机, 主要有如下设计要求: (1) 五台电机均是单向旋转。 (2) 组合机床需有单铣头自动循环控制、自动循环以及点动控制三种工作方式。 (3) 单铣头自动循环还分为:左铣头自动循环、右铣头1和2自动循环、立铣头自动循环四种。各铣头工作时需注意其各自的工作区间。 (4) 点动控制的功能主要有:四台主轴电极的点动对刀控制、滑台的快进、快退控制以及油缸的松紧控制。 (5) 要具有电源、油泵工作以及油缸夹紧等信号指示。 (6) 应具有照明和必要的联锁和保护环节。

3 基于PLC三面铣组合机床电气控制系统的硬件配置

(1) PLC选型。通过分析原控制系统的输入/输出点规模, 可以选取西门子S7-200的系列产品, 其基本控制单元为CPU224, 外加EM223数字量的输出/输入扩展模块, 包括8个24VDC输入点和8个继电器输出点。该系列产品PLC的控制系统拥有22个输入点和18个输出点。硬件设计时, 照明灯无需通过PLC进行控制, 使用照明灯开关控制即可满足要求, 隔离变压器可提供电源的信号指示。此外, 点动控制时可以把启动、停止按钮用作液压动力滑台的快进、快退调整按钮, 启动和调整按钮还可以用作单铣头自动循环和自动循环的启动和停止。经过整合, 整个控制系统只需22个输入点、13个输出点就能满足其控制系统的要求, 输入信号的电源一律由PLC内部提供, 提供输出信号电磁阀和指示灯为直流24V的电源, 而接触器线圈的电源是交流220V。

(2) PLC外部电路的设计。 (1) 转换开关SA可以实现三面铣组合机床三种工作方式之间的转换。 (2) 为了节省PLC的输入点数, 可以将油泵和各铣头电动机的过载保护触点FR1~FR5并联接入PLC中, 同时为了节省输出点数, 也可以将工件的放松、夹紧信号;滑台快进、退信号;各铣头的加工信号等并联入相应的电磁铁或接触器线圈的两端。 (3) 加工指令按钮为SBO, 滑台原位开关是SQ1, SQ2作为滑台快进转工进的位置开关, 机床电源的主开关由QS控制, 而SAI用于控制机床的照明按钮, 其中其采用36V的电压就能满足要求。 (3) 单铣头自动循环控制、自动循环工作时应先开启液压泵, 这样可以保证液压泵与各铣头间的顺序联锁, 从而减少故障的发生, 提高工件的加工质量。

4 基于PLC三面铣组合机床电气控制系统的软件设计

以自动循环为例进行控制系统的软件设计, 具体设计如下所示:把转换开关调到自动循环的工作位置, 工件放到滑台的夹具中, 启动加工指令按钮SBO, 工件逐渐夹紧, 夹紧后压力继电器BP2触点动作, HL1信号灯变亮, 滑台快速进给, HL3信号灯开始变亮, 滑台原位开关SQ1复位;按下滑台快进转工进开关SQ2, HL5变亮, HL3灯灭, 另外, 启动左铣头与右铣头1进行加工, 此时HL7、HL8信号灯变亮;待加工到规定的位置时, 立铣头开始动作, HL5信号灯变亮;到达指定位置后, 右铣头1停止工作, HL8灯灭, 右铣头2开始动作, HL9变亮, 待到达终点后左铣头、立铣头以及右铣头2停止工作, 信号灯全部熄灭。压力继电器BP2使滑台自动退回原位, 松开工件, 一个自动循环流程结束, 其流程图如下所示。

本文通过利用PLC程序改造的组合机床的控制系统, 此控制系统极大的弥补了传统控制系统的不足, 本文对控制系统的软、硬件的设计部分进行了详细的阐述, 并结合实例, 简单介绍了工件加工的过程, 经过实践结果表明, 采用PLC程序极大的改善了工件加工的表面质量, 提高了加工效率, 增加了企业的经济效益, 对以后同类机床的改造具有一定的参考价值。

参考文献

[1]曾燕飞, 李虎山.基于PLC的三面铣组合机床电气控制系统设计.组合机床与自动化加工技术.2011.[1]曾燕飞, 李虎山.基于PLC的三面铣组合机床电气控制系统设计.组合机床与自动化加工技术.2011.

[2]罗麦丰, 刘娇月.三面铣组合机床的PLC改造.煤矿机械.2011.[2]罗麦丰, 刘娇月.三面铣组合机床的PLC改造.煤矿机械.2011.

[3]赵华.用PLC改造三面铣组合机床控制系统.现代机械.2012.[3]赵华.用PLC改造三面铣组合机床控制系统.现代机械.2012.

数控机床及其系统设计探析 篇8

随着现代科技及工业的发展, 自由曲面已广泛应用于各行各业, 大到汽车外形, 飞机机身, 船舶船体, 小到电话机座等。因此, 如何精确、高效地设计和制造自由曲面件成为必须解决的问题。

数控机床是一种装了程序控制系统的机床;该程序控制系统能逻辑地处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序;数控机床是典型的机电一体化产品。数控机床的加工过程:将各种机床动作由数字化的代码表示, 通过某种载体将信息输入数控系统, 控制计算机对输入的数据进行处理, 从而控制机床的伺服系统或其他执行原件, 使机床加工出所需的工件。

2 数控机床的控制原理

数控机床是一种高度自动化的机床, 在加工工艺与加工表面形成方法上, 与普通机床是基本相同的, 最根本的不同在于实现自动化控制的原理与方法上。数控机床是用数字化的信息来实现自动控制的, 将与加工零件有关的信息—工件与刀具相对运动轨迹的尺寸参数 (进给执行部件的进给尺寸) , 切削加工的工艺参数 (主运动和进给运动的速度、切削深度等) , 以及各种辅助操作 (主运动变速、刀具更换、冷却润滑液启停、工件加紧松开等) 等加工信息一一用规定的文字、数字和符号组成的代码, 按一定的格式编写成加工程序单, 将加工程序通过控制介质输入到数控装置中, 由数控装置经过分析处理后, 发出各种与加工程序相对应的信号和指令控制数控机床进行加工。数控机床的控制原理通过下述的数控机床的各系统得以实现其功能。

3 数控机床的组成

3.1 程序编制及程序载体

数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上, 确定:零件坐标系在基础坐标系上的相对位置, 即零件在机床上的安装位置;刀具与零件相对运动的尺寸参数;零件加工的工艺路线或加工顺序、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。

3.2 输入装置

它的作用是将程序载体上的数控代码变成相应的电脉冲信号, 传送并存入数控装置内。

3.3 数控装置及强电控制装置

数控装置是数控机床的核心, 它接受输入装置送来的脉冲信号, 经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译令控制机床的各个部分, 进行规定的运算和逻辑处理后, 输出各种信号和指有序的动作。

3.4 伺服驱动系统及位置检测装置

伺服驱动系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置 (电机) 组成, 并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。

3.5 机床的机械部分

数控机床的机械部分包括:主运动部件, 进给运动执行部件如工作台、拖板及其传动部件和床身立柱等支撑部件, 此外, 还有冷却、润滑、排屑、转位和加紧等辅助装置。

4 数控系统的硬件部分

本数控铣床系统是基于“铣床专用数控器”的半闭环数控系统。其基本结构由机床本体、铣床专用数控器、数字交流伺服进给驱动器及电机、无刷直流主轴电机及驱动器等装置组成。系统硬件的主要组成部分如下:

1台H4C-M铣床专用数控器;1块输入信号板INPUT;1块输出信号板OUTPUT;3台ASDA-B系列ASD-B0221-A交流伺服驱动器;3台PM型交流伺服电机ECMA-C30602ES;1台主轴57BL-1O15H1-LK-001无刷直流电机;1台B L-2203 C无刷直流电机驱动器;配套电源、若干排线、若干接近开关等。

5 数控系统的软件部分

此数控铣床系统的软件部分由H4C-M铣床专用数控器自带。为了满足数控铣床系统要求, 需要修改铣床专用数控器的一些参数。同时, 对需要使用到的程序的编辑输入操作及程序设计及指令进行说明。

5.1 参数设置

参数设置的方法如下:连按两下【自动/MDI】进入MDI模式中, 执行M9999指令, 即可进入参数修改模式中 (或按住【M】键5秒钟, 也可进入参数修改模式中) , 各参数代码, 可以参照参数表, 修改完成后必需按下【RESET】。

5.1.1 分辨率分子或分母设定值

分辨率分子或分母设定值是依据机械轴向传动装置规格和伺服电机回授的脉波数来决

X轴扮杠螺距=4.OOOmm, 马达EN-CODER=2＿500pulse, 倍率=4, 齿数比1:1。

5.1.2 马达旋转方向设定

工作台设计, 各厂不一。因此伺服马达装在扮杠的位置可左可右, 可前可后。伺服马达装上之后, 如果工作台行走方向正好相反, 可以利用参数把工作台方向修正过来。设定0为旋转正方向, 1为旋转负方向。根据数控铣床实际情况设定:X轴电机旋转方向为1, Y轴电机旋转方向为0, Z轴电机旋转方向为0。

5.1.3 各轴最高进给速度设定

此数控铣床较小, 各轴行程均较短, 过高的速度造成较大的冲击, 会损害电机及滚珠丝杠。因此, 将各轴最高进给速度设定如下:X轴向最高进给速度为1000即表示X轴最高进给速度是每分钟1000毫米, 同样Y, Z轴最高进给速度也设为10000

5.2 程序的选择

H4C-M铣床专用数控器, 可以存储编号00-0999的程序。在这些程序中, 可以任选其中一程序编辑或执行。程序选择的方式:快按【编辑/程式选择】键两次, 进入程序选择模式, 显示档案目录页, LCD显示如下图所示。移动游标至欲选择的程序后, 可以通过输入键或选取键选择。

在此模式下, 可输入程序注解而可用的字符张度1到12字。

5.3 修改旧程序

在修改旧程序的过程中, 可以分为以下几种情况:

5.3.1 增加 (修改) 一个指令

在程序语句区, 将光标移动到要增加 (修改) 指令的单节;在数据输入区依次输入增加 (修改) 指令所需的字母和数字;再次按删除键即可完成。

5.3.2 删除一个指令

在程序语句区, 将光标移动到要删除指令的单节;在数据输入区, 依次输入该指令所需的字母, 而在该字母后面不输入任何数值;再次按输入键, 即可完成。

5.3.3 插入一个单节

在程序语句区, 将光标移动到需要插入单节程序的上一个单节;在数据输入区, 输入插入单节第一个指令所需的字母和数字, 按下输入键即可完成。

5.3.4 删除一个单节

在程序语句区, 将光标移动到需要删除的单节;按下删除键;即可完成。

6 数控系统的机械部分

本数控铣床系统为二轴联动数控铣床系统, 如下图所示。鉴于机床本身的误差和需要加工零件的精度, 需要对机床进行误差补偿。

6.1 联轴器

本数控铣床系统的联接结构采用电机与滚珠扮杠直接相联的方式, 需要借助联轴器让它们相联。联轴器是用来将原动机所产生的转矩传递给从动机的装置。

6.2 工作台

数控铣床的工作台, 不仅要平整还要与主轴刀具保持垂直。即使把工作磨得很光滑平整、主轴及刀具的垂直度精度很高。也会存在着装配误差以及由于地基不平所带来的误差。因此, 这里工作台的加工方式采用“自干自”的加工方法。

7 总结

本文结合当前国内外机械设计制造的发展趋势, 结合机械制造技术基础、机床设计理论、数控技术、电子技术应用理论、计算机应用技术、曲线和曲面论、CATIA自由曲面造型及CATIA数控加工等论述了机械设计及其自动化方向技术。在一定程度上有一定的理论意义和借鉴价值, 特别是对从事曲面件设计和制造以及数控系统和数控装置开发的人员。

参考文献

[1]廖效果, 数控技术, 湖北科学技术出版社, 2000年

数控机床多故障诊断专家系统设计 篇9

现代机床故障诊断大多数是靠经验丰富的技术员来进行,这种方法具有耗时耗力的缺点,而且一旦有故障会导致工厂停产,导致的后果很严重。少部分较为先进的机床采用简单的故障诊断模式,即读取故障代码,从数据库里显示出故障原因和诊断建议。它是一个简单的查找数据库的功能,如果有以前的先例出现,它无法高效率地进行诊断,如果有多故障多报警的情况出现它不可能完成任务。

本文以故障诊断的智能、高效为目标,主要采用Java语言平台,运用my Eclipse,JSP,MS SQL,Jess, Matlab等工具设计开发了一套图形化数控机床多故障诊断的专家系统。从组成结构方面它包括: JSP页面、数据库、知识库、推理机。从系统平台方面,它包括登陆界面,用户模块,维护模块,诊断模块。从信息流方面,从机床获取报警号之后,首先通过相似度函数与案例库进行匹配,若匹配不符合要求,则将报警号输入推理系统进行故障推理,推理出的故障原因进行优先级排序,确定出主要的故障提供专家建议。其后可以选择将此次诊断的过程作为案例放入案例库中。

1故障诊断的数据流通

1. 1故障诊断过程中模块内的数据流通结构

由客户端发出请求指令,经过网络,传递给JSP / Servlet,再传递给Tomcat,再经JDBC传递给数据库服务器。具体过程如图1所示。指令在数据库服务器内执行查询、修改、删除、添加等功能后,将数据经过JDBC传递给Tomcat Web服务器,经过JSP/ Servlet传递给客户端程序。

1. 2诊断的程序模块以及相互关系

诊断的组件包括有: 匹配机、推理机、人机界面、 用户、知识库,数据库、专家等。诊断程序模块之间关系如图2所示。

2故障诊断系统设计

2. 1匹配机

案例匹配中的相似度计算

本文中的案例匹配即基于案例推理( Case - Based Reasoning) 起源于认知科学中记忆在人类推理活动中所扮演的角色[1]。CBR是人工智能领域中一种迅速而且有效的推理方法[2]。CBR策略在通用问题求解、司法审判、医疗诊断等领域中得到广泛的应用,证明了它的有效性和实用性[3]。基于案例推理的诊断,在已经有案例库的基础上,通过最近相邻算法实现未知案例的匹配检索,并根据整体相似度的降序排列检索得到的源案例,得到与该故障最相似的源案例,根据检索筛选得到的源案例排除故障。

在案例检索匹配过程中,相似度的计算是核心。 在此专家系统中,定义了计算结果的阈值[4]。若相似度大于70% 则认为匹配成功。通过比较案例各特征属性的某函数关系值来判断两个案例的相似程度。对未知案例X和源案例I的相似度计算,本文提出了一种改进的最近相邻算法计算情况。

1最近相邻算法[5]:

式中,n为两案例特征属性并集BI∩X= BI∩BX的特征属性个数,wi为源案例I的等r个特征属性的权值,sim( Ir,Xr) 表示两案例第r个特征属性的局部相似度。

2本次改进的最近相邻算法:

假设M中含有m个故障号,I中含有i个故障号,M与I中相同的故障号集合为S,s为S中的故障号数目。M中有而I中没有的故障号集合为M1, m1为M1中故障号数目。I中有而M中没有的故障号集合为I1,i1为I1中故障号数目。

u,v,w为权重值[6]。

u为S的权重,v为M1中元素的权重,w为I1中元素的权重。η 值是综合相似系数。定义相似度大于70% 则认为匹配成功。

η 值的确定方法:

先建立主要故障号数据库文件F,F中包含了发生问题的主要故障号,藉此可以迅速找到故障原因。设f∈F,如果s中包含了F中故障号,则设为2. 3,如果s中没有包含而m1或者i1中包含了,则设为0,如果s中包含了F中故障号同时m1或者i1中也包含了则设为1. 3,如表1所示。

2. 2推理系统

知识库中包含规则和案例。

若案例匹配不采纳,则自动把故障信息导入推理系统。推理采用Jess内置的正向推理和反向推理。神经网络通过多重案例训练BP的权值来进行。

1单故障的推理

单故障的推理通过查询规则库的数据来进行。

2多故障的推理

多故障的推理通过化为单故障的推理来进行。

多故障诊断过程如图3所示。

其中,A、B、C、D为故障号,a1、a2、b1、b2、c1、c2、G是故障原因的集合。一般地,多故障的诊断结果确定的故障原因是唯一的,设为x。最终的故障原因是G中的元素。

得到a1、a2、b1、b2、c1、c2等数据后,进行公共元素的提取,设提取到的公共元素为n1、n2、n3…, 那么接下来进行n1、n2、n3的逐一故障排查,直到最终找到x为止。

2. 3图形化的辅助诊断

图形显示模块的主要功能是直观、准确地向用户显示故障定位的结果,帮助用户更好地理解故障发生的原因,制定相应的维修策略。

为了实现图形显示功能,在建立数控系统结构库时,就需要将数控机床的图形存储在数据库中,并且按对应的部件与部件发生的故障联系起来,这种关系是以规则的形式储存在知识库中,在系统得出故障诊断结果之后,就可以快速利用规则对图片进行调用显示。图形化辅助诊断示例如图4所示。

2. 4通过自学习功能实现智能化

在初期,系统中的案例很少,随着使用的深入, 系统会积累经验,从而实现智能化。在学习的过程中,需要判断新入系统的案例与以前案例的相似度。

此相似度计算一般采用TC相似模型,设有案例I与J,设两案例特征属性并集BI∩J含k个特征属性,wi、wj分别表示BI∩J中第r个特征属性在案例I和J中的权值,若案例不含有该特征属性则其值置为0; ir、jr表示特征属性的取值。

其中,sim( ir,jr) 表示两案例间第r个特征属性的局部相似度。

此处依旧采用前述的本次改进的最近相邻算法:

I,J代表待检验的案例。若两个案例的相似度大于0. 7,则放入同一个组中。反之,认为两个案例不相似。

3结束语

数控机床的故障诊断至今已被广泛研究,本文从实践和工业应用的角度论述了数控机床的多故障诊断系统的构成、主要功能和算法优化。并且该故障诊断系统具有图形化的显示界面和自学习功能。 参考文献:

摘要：系统以数控机床的数控系统为分析对象,结合某数控公司提供的故障分析手册和积累的案例以及参照该公司故障诊断专家给出的诊断方法,学习其他的专家系统的成功经验,设计了一套数控机床图形化多故障诊断系统。文中介绍了数控机床故障诊断专家系统中的一个故障诊断的方法,它具有多故障诊断的能力,可以图形化辅助诊断过程。开发了一种新的匹配算法,它是由最近相邻算法根据本系统的实际情况而开发的一种新算法。对于多故障诊断,系统采用化多故障为单故障处理的方法。开发了图形化辅助诊断功能,提高了诊断系统的实用性。开发了针对数控机床故障诊断的自学习功能,实现了故障诊断的经验积累。

组合机床液压系统设计 篇10

1 CNC系统的作用

CNC (数控机床) 是计算机数字控制机床 (Com pute r num e rical control) 的简称, 是一种由程序控制的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序, 通过计算机将其译码, 从而使机床执行规定好了的动作, 通过刀具切削将毛坯料加工成半成品成品零件。CNC对机床的坐标运动进行控制。在控制原理上这是位置量控制系统。需要控制的是:几个轴的联动, 运动轨迹 (加工轮廓) 的计算:最重要的是保证运动精度和定位精度 (动态的轮廓几何精度和静态的位置几何精度) ;各轴的移动量 (mm) ;移动速度 (mm/分) ;移动方向;起/制动过程 (加速/降速) ;移动的分辨率。现代的CNC系统是纯电气的控制系统。进给轴的移动是由伺服电动机执行的。通常, 一个进给轴由一个伺服电动机驱动。电动机由伺服放大器供给动力。伺服放大器的工作由CNC的插补器的分配输出信号控制。

2 数控机床的组成

主机, 他是数控机床的主体, 包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。数控装置, 是数控机床的核心, 包括硬件 (印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等) 以及相应的软件, 用于输入数字化的零件程序, 并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。驱动装置, 他是数控机床执行机构的驱动部件, 包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时, 可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。辅助装置, 指数控机床的一些必要的配套部件, 用以保证数控机床的运行, 如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头, 还包括刀具及监控检测装置等。编程及其他附属设备, 可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。

3 机床的运动坐标及进给轴

一台机床有几个运动轴执行加工时的切削进给, 因此称其为进给轴。机床开机后以机床零点为基准建立了机床的机械坐标系 (直角坐标系) 。每个轴对应于其中的一个相应的坐标。轴有直线运动的, 有回转运动的。国际标准ISO对坐标轴的方向与名称是有规定的。

根据规定, 按直角坐标系右手法则定义各坐标轴, Z轴正方向一般为机床主轴的方向。X、Y、Z定义为直线运动轴;U、V、W为分别平行于X、Y、Z的直线运动轴;A、B、C为回转运动轴, 分别围绕X、Y、Z运动, 其正方向符合右手螺旋规则。CNC控制时用程序命令X、Y、Z、U、V、W、A、B、C等指令被控的坐标轴, 用数值指令其运动的距离, 正负号指令移动方向, F指令运动速度。例如:G01X120Y-300 F1000;意义是G01:X轴与Y轴协调运动, 加工一条直线;X120, Y-300:X轴走120mm;Y轴走-300m m;F:进给速度为1000m m/分。

4 CNC插补与位置控制指令的输出

CNC对机床进给轴的控制, 是执行事先编制好的加工程序指令。程序指令是按零件的轮廓编制的加工刀具运动轨迹。程序是根据零件轮廓分段编制的。直线运动指令;G02———顺时针圆弧运动指令;G03——逆时针运动圆弧指令;G32 (G33) ——螺纹加工……但是, 在一段加工指令中, 只是编写此段的走刀终点。

G90 G17 G02 X100.Y-200.R50.F500;此段的起点已在前一段编写, 就是前段的终点。因此, 加工此段时, CNC控制器即计算机处理器只知道该段的起点和终点坐标值。段中的刀具运行轨迹上其它各个点的坐标值必须由处理器计算出来。处理器是依据该段轮廓指令 (G02) 和起点和终点的坐标值计算的, 即必须算出希望加工的工件轮廓, 算出在执行该段指令过程中刀具沿X轴和Y轴同时移动的中间各点的位置。X轴和Y轴的合成运动即形成了刀具加工的工件轮廓轨迹。除此之外, 在程序中必须指令运动速度 (加工速度) , 如:F500 (mm/min) 。在位置计算时, 要根据轮廓位置算出对应点的刀具运动方向速度。此例中是分别算出沿X轴各点的对应速度和沿Y轴各点的对应速度。

实现上述运算的机构称之为插补器。插补器每运算一次称为一个插补周期, 一般为8ms;计算复杂型面的插补器使用高速CPU, 插补周期可缩短, 目前可达2ms。一个程序段分多个插补周期, 取决于轮廓形状和轮廓尺寸。执行上例程序段的指令是进行顺时针圆弧的插补。是执行以圆弧计算公式为基础的插补子程序。计算时的判断条件是:不断地执行刀具沿X轴向和Y轴向的进给, 每进给一个脉冲当量即判断是否到达终点, 是否超差, 计算方向是顺时针, 进给当量是1μm/脉冲, 速度是500mm/min。CNC的系统控制软件中包括了多个插补子程序, 工件形状的每一种几何元素均对应着刀具的一种几何运动, 因此就要求CNC有相应的插补子程序。这就是CNC系统控制软件中控制坐标轴运动的G代码。如:G01, G02, G03, G32, G33, G05, G08……还有一些子程序是考虑加工工艺的要求控制刀具运动的。G代码越多, CNC的功能也就越强。用这些G代码编制零件的加工程序。CNC的系统控制软件是用汇编语言编制的。不同类型的机床使用不同的CNC系统。当然, 这些系统的控制软件是完全不同的。插补器的硬件是CNC的主CPU。当然, 还有用纯硬件的插补器。

5 加工刀具的偏置及补偿

上述插补的位置脉冲, 是按工件轮廓编制的程序计算出来的, 即刀具中心点的运行轨迹是工件的轮廓。考虑到刀具有半径和不同的长度, 实际加工时刀具中心不能按此轨迹行进, 必须根据实际使用的刀具, 计入其实际半径和长度, 由CNC计算出实际刀具的中心轨迹, 按此轨迹控制刀具的移动。此功能叫做“刀具的偏置及补偿”。

实际的刀具中心轨迹与按照零件轮廓尺寸编制的CNC加工程序轨迹偏移了一个刀具半径的尺寸。在编程时, 用G指令 (G41, G42) 告诉CNC的插补器执行刀具半径的偏置计算, 插补器即按照实际的刀具半径计算出刀具的中心轨迹, 以此控制刀具的行进。就是说, 上脉冲分配器输出的给各个进给轴的脉冲数, 是插补的零件轮廓偏移了一个刀具半径后的刀心轨迹的进给脉冲数。每个轴的补偿脉冲分别送给相应的进给轴。实际刀具的半径值在加工前必须输入至刀具补偿存储器。刀具补偿存储器可同时存储多把刀具的几何尺寸 (半径值) 。加工中用哪一把刀具, 由程序用刀具号指定, 如:T102。根据程序中指令的刀号, CNC插补器找到实际的刀具半径值执行计算。加工前, 用一把刀具的长度作为基准, 将实际加工中使用的各把刀具先测量好其与基准刀具刀长的正、负差值, 将这一差值与上述的刀具半径值一样按刀号输入刀具补偿存储器。编制加工程序时, 编入刀具号。加工的开始, 用基准刀具的刀尖对刀。CNC执行加工程序时, 根据程序中指令的刀号找出刀长的差值, 按刀长差值的符号伸长或缩短, 进行补偿。

为了防止产生加工运动的冲击、提高加工精度和光洁度, 在脉冲分配给各进给轴之前, 对进给速度都进行加/减速。CNC可实现两种加/减速控制:插补前加/减速和插补后加/减速。插补后通常用直线型或指数型加减速方法:指数型加/减速的速度变化比较平滑, 加工出的零件轮廓可能与裎编的轮廓接近。插补前用直线型加减速方法。除此之外还开发了预读/预处理多个程序段、精细加减速等CNC软件用以机床改造。

参考文献

[1]何格.C618车床床头箱的改造[J];中国机械工程, 1982年03期.

[2]徐侠, 樊太兴, 王晓刚, 陈桂楠, 郭瑞.车床床头箱噪声计算公式探讨[J].制造技术与机床, 1983年12期.

[3]龙高翰.CW6140A车床主轴防漏[J].机械工人.冷加工, 1983年05期.

[4]姜国全.降低C620-3车床床头箱噪声试验[J].制造技术与机床, 1984年02期.

[5]虞树英.仪表车床模块化设计[J].机械设计与研究, 1984年01期.