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

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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

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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。

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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

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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

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