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1、2008 年 4 月保 定 学 院 学 报Apr.2008第 21 卷第 2 期JOURNAL OF BAODING UNIVERSITYVol.21 No.2文章编号: 1674-2494(2008) 02-0047-03YT4543型组合机床动力滑台液压系统的PLC改造武涛, 张永博( 华南农业大学 工程学院, 广东 广州 510642)摘 要: 可编程控制 器( PLC) 以其极高的可靠性和使用灵活性, 正在大量的替代传统的继电接触电气控 制系统. 以YT4543型原有组合机床液压动力滑台为改造对象, 利用性能优良 、价 格合理的三菱FXos- 30MR- D 超小型PLC对其实施改造,
2、 并设计出相应的电气控制原理图, 提高了机床的可靠性和控制精度.关键词: 组合机床; PLC; 控制系统中图分类号: TH137; TP273文献标识码: A组合机床是由通用部件和部分专用部件组成的高效 、专 用 、自 动化程度较高的机床. 它能完成钻 、扩 、铰 、镗 、铣 、攻 丝等工序和工作台转位、定位、夹紧、输送等 辅助动作, 被广泛应用于大批量生产的机械加工流水线中, 如汽车零部件制 造中的许多生产线. 动力滑台作为组合机床的一种通用部件, 通常安装着各种旋转着的刀具, 其液压系统的功用是使这 些刀具做轴向进给运动, 并完成一定的动作循环. YT4543型动力滑台是一种使用广泛的通用
3、液压动力滑台, 该滑台由液 压缸驱动, 在电气和机械装置的配合下可以实现多种自动加工工作循环.以往采用继电接触控制系统, 不但接线复杂, 而且系统经常出现故障, 可靠性差. PLC日 益广泛应用于机械设备等电器控制中, 可以使机械加工设备的效率和可靠性提 高到一个新的水平, 采用PLC对YT4543型动力滑台液压系统进行改造, 能实现控 制系统的自动化 1 .1 动力滑台液压系统工作原理YT4543型动力滑台液压系统由以下一些基本回路构成: 限压式变量叶片泵 和进油路调速阀组成的容积节流调速回路; 差动连接快速运动回路; 电液换向阀 的换向回路; 由行程阀 、电 磁阀和液控顺序阀等联合控制的速
4、度切换回路以及用 M型中位机能电液换向阀的卸荷回路等. 液压系统的性能就由这些基本回路所决 定. 系统原理如图1.该系统用限压式变量叶片泵供油, 用电液阀换向, 用行程阀实现快进速度和 工作速度的切换, 用调速阀使进给速度稳定.该液压系统可实现“快进工 进停 留快退原位停止”等多种自动工作循环.1.1 快进按下启动按钮, 电磁铁1YA通电吸合, 控制油路进油路线为: 泵1经电磁先导 阀5左位 、单 向阀13, 进入液动阀4的左端油腔, 液压阀芯向右移动; 控制油路回油 则从液动阀4的右端油腔经节流器和阀5的左位回油箱. 液动阀4处于左位. 主油 路进油路为: 泵1 单向阀11 液动阀4左位 行
5、程阀9( 常态位) 液压缸左腔 ( 无杆腔) . 回油路为: 液压缸右腔阀4左位单向阀12阀9液压缸左腔.由于 动力滑台空载, 系统压力低, 液控顺序阀3关闭, 液压缸成差动连接, 且变量泵1有 最大的输出流量, 滑台向左快进( 活塞杆固定, 滑台随缸体向左运动) .1.2 第一工进收稿日期: 2008- 03- 26快进到一定位置, 滑台上的行程挡块压下行程阀9, 使原来通过阀9进入液压 缸无杆腔的油路切断. 此时阀8电磁铁3YA处于断电状态, 调速阀6接入系统进油 路, 系统压力升高. 压力的升高一方面使液控顺序阀3打开, 另一方面使限压式变 量泵的流量减小, 直到与经过调速阀6后的流量相
6、同为止.这时进入液压缸无杆腔作者简介: 武 涛( 1979- ) , 男, 河北张家口人, 助教, 工学硕士.图1 YT4543型动力滑台液压系统图注: 1- 变 量 泵 , 2- 背 压 阀 , 3- 顺 序 阀 , 4- 换向 阀 , 5- 先 导 阀 , 6、7- 调 速 阀 , 8- 电 磁 阀 , 9- 行程阀, 10、11、12、13- 单向阀 , 14- 压力 继电器.48保定学院学报2008 年第 2 期的流量由调速阀6的开口大小决定. 液压缸有杆腔的油液则通过液动阀4后经液控顺序阀3和背压阀2回油 箱( 两侧的压 力差使单向阀12关闭) .液压缸以第一种工进速度向左运动.1.
7、3 第二工进当滑台以第一工进速度行进到一定位置时, 挡块压下行程开关, 使电磁铁3YA通电, 经阀8的通路被切断. 此时油液 需经调速阀6与阀7才能进入液压缸无杆腔. 由于阀7的开口比阀6小, 滑台的速度减小, 速度大小由调速阀7的开口决定. 1.4 停留当滑台以第二工进速度行进到碰上死挡铁后, 滑台停止运动. 液压缸有杆腔压力升高, 压力继电器YJ发出信号给时 间继电器, 使滑台在死挡铁上停留一段时间后再开始下一动作. 滑台在死挡铁上停留, 主要是为了满足加工端面或台肩 孔的需要, 使其轴向尺寸精度和表面光洁度达到一定要求.当滑台在死挡铁上停留时, 泵的供油压力升高, 流量减少, 直 到限压
8、式流量泵流量减少到仅能满足补偿泵和系统的泄漏量为止. 这时处于需要保压的流量卸荷状态.1.5 快退当滑台在死挡铁上停留一段时 间( 由时间继电器调整) 后, 时间继电器发出使滑台快退的信号. 此时电磁铁1YA断 电, 2YA通电, 阀5和阀4处于右位. 主油路进油路为: 泵1阀11液动阀4右位液压缸右腔; 回油路为: 液压缸左腔单 向阀10阀4右位油箱. 由于此时为空载, 系统压力很低, 泵1输出的流量最大, 滑台向右快退.1.6 原位停止当滑台快退到原位时, 挡块压下原位行程开关, 使电磁铁1YA、2YA和3YA都 断电, 阀5和阀4处于中位, 滑台停止运 动, 泵1通过阀4中位卸荷.2电气
9、控制系统的设计2.1 输入信号的确定表1 输入信号的确定输入信号说明表3 PLC控制系统I/O分配表对象说明I/O统的输入信号由点动按钮 、行 程开关 、压 力继电器及时间继电器提供. 为了提高控SB SW1动力滑台启动按钮1/4选择开关SW循环SBSW1动力滑台启动按钮1/4选择开关SW循环X5X1制系统的可靠性 、精 准度及灵敏度, 改 造SW21/4选择开关SW循环SW21/4选择开关SW循环X2后的新控制系统更换原来压力继电器, 去SW31/4选择开关SW循环SW31/4选择开关SW循环X3除 时 间 继 电 器 改 由PLC内 部 计 时 器 提 供SW41/4选择开关SW循环SW4
10、1/4选择开关SW循环X4计时功能 2 .其他输入信号由常开点动 按XK1循环工进行程开关XK1循环工进行程开关X6钮提供, 如表1.XK2XK3循环一工进行程开关循环一工进行程开关XK2循环一工进行程开关X7YT4543型组合机床动力滑台 液 压系 2.2 控制对象的确定YT4543型组合机床动力滑台 液 压系 统采用电液方式控制, 由1个先导电磁阀 5, 1个二位二通电磁阀8和1个一位二通行 程阀9来调控.先导电磁阀5的电磁铁1YA、 2YA, 二位二通电磁阀8的 电 磁 铁3YA和 一位二通行程 阀 9的 电磁 铁 4YA为PLC控 制系统的直接控制对象.考虑到控制系统 操作的直观简易性
11、及安全性, 增加了工作 指 示 灯 LED0, 第 1 种 工 作 循 环 指 示 灯 LED1, 第 2种 工 作 循 环 指 示 灯LED2, 第 3 种工作循环( 典型工作循环或普通工作循 环) 灯LED3, 第4种工作循环指示灯LED4. 控制对象信号的确定如表2所示 3 .工作方式选择开关的4个位置分别对 应 于 4种 工 作 循环 方 式 , 例 如 : 1/4选 择 开 关SW循 环, SW2 对 应 于 第 二 种 工 作 循 环, 此时LED2亮.2.3 PLC资源分配在确定了控制对象、控制内容后, 对PLC的I/O资源分配如表3所提示.XK4循环一工进行程开关SD压力传感器
12、XK5循环二工进行程开关XK6循环二工进行程开关XK7循环快进行程开关XK8循环二工进行程开关XK9快退行程开关XK10原位停止行程开关 表2 控 制 对 象 信 号 确 定 控 制 对 象说 明 LED1 循环工作指示灯 LED2 循环工作指示灯 LED3 循环工作指示灯 LED4 循环工作指示灯 LED0 工作指示灯1YA先导电磁阀5的电磁铁2YA先导电磁阀5的电磁铁3YA二位二通电磁阀8的电磁铁4YA一位二通行程阀9的电磁铁XK3 循环一工进行程开关 X10 XK4 循环一工进行程开关 X11 SD 压力传感器X12 XK5 循环二工进行程开关 X13 XK6 循环二工进行程开关 X14
13、 XK7 循环快进行程开关 X15 XK8 循环工进二行程开关 X16 XK9 快退行程开关X17XK10 原位停止行程开关 X0停留计时器T0LED0 工作指示灯Y0LED1 循环工作指示灯 Y5LED2 循环工作指示灯 Y6LED3 循环工作指示灯 Y7LED4 循环工作指示灯 Y101YA 电磁铁Y12YA 电磁铁Y23YA 电磁铁Y34YA 电磁铁Y4 武 涛, 张永博: YT4543型组合机床动力滑台液压系统的PLC改造492.4 主程序设计依照流程图的设计思想, 用传统的顺序控制的程序结构, 根据系统工作循环及电磁铁动作顺序表设计出系统顺序 功能图, 如图2. 系统的主程序根据图2
14、以转换为中心的编程方式来编写 4 .2.5 PLC外部接线图PLC外部接线图, 输入输出设备、负载电源的类型等的设计应结 合系统的控制要求来设定.液压动力滑台PLC外部接 线图如图3所示.M8002XK10原位停止, 指示灯亮Y1 Y4 工进X14X15M50Y2 Y3 Y4快退X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16X17Y0LED0M0Y0SW1 SW2 SW3 SW4SBLED1X5Y5M10Y1启动快进LED2Y6X1 X6M11X12M12Y1 Y4工进X2 X7M21X13M22X3 X10X4 X11Y7LED3Y1
15、Y4一工进M31Y1 Y4一工进M41XK1 XK2 XK3 XK4 SD XK5 XK6 XK7 XK8XK9LED4Y10Y1 Y3 Y4 T0 K30 停留Y1 Y3 Y4二工进M32Y1 Y3 Y4二工进M42Y1快进1YAX12X16Y1M33Y1 Y3 Y4 T0 K30 停 留M43Y1 Y4工进T0X17T0X17Y22YA3YAY34YAX0Y4图2 YT4543型组合机床动力滑台液压系统PLC控制顺序功能图COMCOMDC3结论图3 系统硬件安装线路通过采用PLC对原有组合机床的液压动力滑台进行改进, 可以充分发挥PLC可靠性高 、接 线简单 、学 习容易 、使 用灵 活等
16、优点, 克服了原有组合机床在继电器控制方面的弊病, 保证了系统的控制功能, 给系统维护和灵活改变控制程序带 来很大方便, 提高了生产效率, 在生产实际中有一定的推广价值.参考文献: 1 周振宝. PLC在普通铣床数控化改造中的应用 J . 机床电器, 2006( 3) : 30- 31. 2 王建方, 刘海军. PLC使用技术 J . 组合机床与自动化加工技术, 2003( 12) : 60, 64. 3 陈立定. 电气控制和可编程序控制器的原理及应用 M . 北京: 机械工业出版社, 2004. 4 廖常初. 可编程序控制器的编程方法与工程应用 M . 重庆: 重庆大学出版社, 2001.T
17、he Transformation of the Hydraulic System for the Power Sliding Feed Table Model YT4543 by Using PLCWU Tao, ZHANG Yong-bo( Engineering College, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)Abstract : PLC control system are replacing the conventional relay contact ones in large quanti
18、ty because of its excellent reliability and adaptability. This paper as hydraulic power slider in the original YT4543 combination machine for objects of the transformation, in depth understanding of their work on the basis of principle, makes good use of reasonably-priced Mitsubishi FXos- 30MR- D ultra-small PLC to implement transformation hydraulic power slide in the original YT4543 combination machine, and designs the corresponding electrical control schematics.Key words: modular machine tool; programmable logic controller; control system