0PLC控制630kN框架式液压机设计plc.docx
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0PLC控制630kN框架式液压机设计plc
摘要
液压机是锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲、粉末冶金、成型等压力加工工艺中广泛应用的机械设备。
本文设计了一种以油为介质的PLC控制630kN框架式液压机。
设计了框架式液压机的整体框架、导轨、主缸、顶出缸、导套、导轨底板、活塞杆、尾盖等零件和部件。
采用整体焊接框架结构,三角形导轨,在设计中,对主缸、液压泵、活塞杆、框架的整体结构以及液压系统进行了较为具体的验算和校核,通过校核,对液压机的具体机构有了更为彻底的认识和了解。
本次设计中,控制部分我选择了FX系列的PLC进行控制设计,并在设计中,绘制了PLC的接线图、流程图和梯形图,使此次框架式液压机的设计计算更具体、更细化。
关键词:
液压机,整体框架,导轨,主缸,顶出缸,PLC,梯形图
ABSTRACT
Hydraulicpressistheforging,stamping,coldextrusion,straightening,bending,powdermetallurgy,suchaspressuremoldingiswidelyusedprocessingmachineryandequipment.
ThispaperdesignsakindofoilasthemediumofPLCcontrol630kNframetypehydraulicpress.Designaframeworkfortheoverallframeworkofthehydraulicpress,guide,mastercylinder,topofthecylinder,guidesleeve,bottomrail,rod,endcapsandotherpartsandcomponents.Theoverallframestructurewithwelded,triangularrail,inthedesignofmastercylinders,hydraulicpumps,pistonrod,theoverallstructureofframeandhydraulicsystemwasmorespecificcheckingandverification,bychecking,thespecificbodyhydraulicmachinesWithamorethoroughknowledgeandunderstanding.Thedesign,thecontrolsectionIchosetheFXseriesPLCtocontroldesign,anddesign,thedrawingofthePLCwiringdiagrams,flowchartsandladder,sothattheframedesignofhydrauliccalculationofmorespecific,moredetailedof.
Keywords:
hydraulicpress,theoverallframework,guide,mastercylinder,atanktop,PLC,Ladder
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1绪论
1.1课题的来源、目的和意义
1.1.1课题的来源:
本课题来自于企业生产实际,液压机是一种广泛使用的压力加工设备,具有多种型号,系列产品。
本设计的液压机主要用于可塑性材料的压制工艺,如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等,也用于校正、压装、塑料及粉末制品的压制成型工艺。
1.1.2课题的目的和意义:
液压机是一种典型的机电液一体化设备,它采用液压系统驱动、电气控制或可编程序控制器或单片机控制,具有典型的工作循环、电气控制系统以及较典型结构。
通过框架式液压机的设计,学生可以综合运用液压传动、机械设计、控制技术以及材料学、传感测试技术、机电一体化原理等相关知识,采用数字化设计手段,完成毕业设计任务。
本课题通过对PLC控制的框架式液压机的总体设计控制设计系统、液压传动系统的设计以及关键零部件的设计,达到毕业设计综合训练的目的,其结果对于企业设备的技术改造具有一定的实际意义。
1.2国内外研究现状
我此次设计的液压机是框架式液压机。
液压机按照机架结构形式液压机可分为梁柱式、组合框架型、整体框架式、单臂式等。
在我所查找的框架式液压机的实例中,由于没有一个比较特殊的框架式液压机,所以这次的框架式液压机的设计我准备以通用液压机为模板,加以改进和设计,最后初定为设计整体框架式液压机,其机身为整体焊接式结构,特点是制造周期较铸造整体结构短,在结构设计上可以根据受力情况合理布置和选用不同厚度的筋板,因此重量较轻,多用于小型液压机。
对于一般整体框架式液压机机身,根据模块划分原则,按照功能将其划分为上梁、工作台和立柱三个虚拟模块。
此次的整体框架式液压机的组成:
上下滑块、主液压缸、顶出机构、液压传动系统、电器控制系统。
液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一。
液压机是锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲、粉末冶金、成型等压力加工工艺中广泛应用的机械设备。
按其工作介质是油还是水(乳化液),液压机可分为油压机和水压机两种。
液压机要求液压系统完成的主要动作是:
主缸滑块的快速下行、慢速加压、保压,泄压、快速回程及在任意点停止;顶出缸活塞的顶出、退回等。
在作薄板拉伸时、有时还需要利用顶出缸将坯料压紧。
这时顶出缸下腔须保持一定压力并随主缸一起下行,在一个工作循环内,系统中的压力和流量变化很大,因此要特别注意功率的合理利用。
自19世纪问世以来发展很快,已成为工业生产中必不可少的设备之一。
由于液压机在工作中的广泛适应性,使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。
如板材成型;管、线、型材挤压;粉末冶金、塑料及橡胶制品成型;胶合板压制、打包;人造金刚石、耐火砖压制和炭极压制成型;轮轴压装、校直等等。
各种类型液压机的迅速发展,有力地促进了各种工业的发展和进步。
八十年代以来,随着微电子技术、液压技术等的发展和普及应用,液压机有了更进一步的发展。
目前,液压机的最大标称压力已达750MN,用于金属的模锻成型。
众多机型已采用CNC或工业PC机来进行控制,使产品的加工质量和生产率有了极大的提高。
流体传动包括液体传动和气体传动,以液体的静压能传递动力的液压传动是以油液作为工作介质的,为此必须了解油液的种类、物理性质、研究油液的静力学、运动学和动力学规律。
从微观的观点来看,油液与其他流体相同,也是由一个一个的、不断作不规则运动的分子组成的。
分子之间存在着间隙,他们是不连续的。
但是由于分子之间的间隙是极其微小的,因而在研究宏观的机械运动时可以认为它是一种连续介质,这样就可以把油液的运动参数看作是时间和空间的连续函数,并有可能利用解析数学来描写她的运动规律。
另一方面,由于油液分子与分子间的内聚力极小,几乎不能抵抗任何拉力而只能承受较大的压应力;不能抵抗剪切变形而只能对变形速度呈现阻力。
不管作用的剪力怎样微小,油液总会发生连续的变形,这就是油液的易流性,它使得油液本身不能保持一定的形状,只能呈现所处容器的形状。
工程实际中都是基于液压传动与控制技术的某种优点而应用的。
例如:
液压机是利用液压传动能够输出极大的压制力而应用;金属切削机床是利用液压传动具有无级调速、频繁启动性、换向快速性和平稳性等应用;工程机械和所有运动机械是利用液压传动结构简单,体积小、重量轻,可多执行元件工作的功能得到应用等等。
到目前为止,液压传动与控制技术已在20多个领域的不同方面得到应用,这些说明液压传动不仅是在某一方面的动力传输,更重要的是在自动控制中所起的作用。
随着其他工业技术的发展和需要,将会出现更多的应用。
液压机是利用液压传动能够输出极大的压制力而应用;金属切削机床是利用液压传动具有无级调速、频繁启动性、换向快速性和平稳性等应用;工程机械和所有运动机械是利用液压传动结构简单,体积小、重量轻,可多执行元件工作的功能得到应用等等。
到目前为止,液压传动与控制技术已在20多个领域的不同方面得到应用。
液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一。
自19世纪问世以来发展很快,已成为工业生产中必不可少的设备之一。
由于液压机在工作中的广泛适应性,使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。
如板材成型;管、线、型材挤压;粉末冶金、塑料及橡胶制品成型;胶合板压制、打包;人造金刚石、耐火砖压制和炭极压制成型;轮轴压装、校直等等。
各种类型液压机的迅速发展,有力地促进了各种工业的发展和进步。
八十年代以来,随着微电子技术、液压技术等的发展和普及应用,液压机有了更进一步的发展。
目前,液压机的最大标称压力已达750MN[1],用于金属的模锻成型。
众多机型已采用CNC或工业PC机来进行控制,使产品的加工质量和生产率有了极大的提高。
随着人们生活水平的提高,金属压制和拉伸制品的需求逐年提高,同时,对产品品种的需求也越来越多,另一方面产品的生产批量日益缩小。
为与中、小批量生产相适应,需要能够快速调整的加工设备,这使液压机成为理想的成型工艺设备。
特别是当液压机系统实现具有对压力、行程速度单独调整功能后,不仅能够实现对复杂工件以及不对称工件的加工,而且,实现了极低的废品率。
这种加工方式还适合于长行程、难成型以及高强度的材料。
可变的动力组合、短的加工时间、根据工件长度的简易的压力行程调整,这与机械加工系统相比,有其优越性。
液压机作为一种通用的无削成型加工设备,其工作原理是利用液体的压力传递能量以完成各种压力加工的。
按照机架结构形式液压机可分为梁柱式、组合框架型、整体框架式、单臂式等。
按照功能用途液压机可分为手动液压机、锻造液压机、冲压液压机、一般用途液压机、校正、压装液压机、层压液压机、挤压液压机、压制液压机、打包压块液压机、专用液压机十组类型。
根据压机的工作过程,我们采用了液压驱动和电动机驱动2种方式。
工件的上料、下料和压头的下行、上行4个动作采用液压驱动,工件的上料、下料选用2个两位四通换向阀进行控制,压头的下行、上行选用一个三位四通换向阀进行控制,而隔离门的开启、关闭和小车的送料、出料4个动作则是采用电动机驱动,需要4个接触器进行控制。
加工对象:
可塑性材料的压制工艺。
如冲压、弯曲、压装、校正等工艺。
由于液压机的液压系统和整机结构方面,已经比较成熟,国内外液压机的发展主要体现在控制系统方面。
微电子技术的飞速发展,为改进液压机的性能、提高稳定性、加工效率等方面提供了可能。
相比来讲,国内机型虽种类齐全,但技术含量相对较低,缺乏技术含量高的高档机型,这与机电液一体化,中小批量柔性生产的发展趋势不相适应。
在国内外液压机产品中,按照控制系统,液压机可分为三种类型:
一种是以继电器为主控元件的传统型液压机——继电器控制方式是延续了几十年的传统控制方式,其电路结构简单,技术要求不高,成本较低,相应控制功能简单,适应性不强。
其适用于单机工作、加工产品精度要求不高的大批量生产(如餐具、厨具产品等),其也可组成简单的生产线,但由于电路的限制,稳定性、柔性差。
现在,国内许多液压机厂家是以这种机型为主,使用对象多为小型加工厂,或加工精度要求不高的民用产品。
国外众多厂家只是保留了对这种机型的生产能力,而主要面向以下两种技术含量高的机型组织生产;一种是采用可编程控制器控制的液压机——可编程控制器是在继电器控制和计算机控制发展的基础上开发出来的,并逐渐发展成以微处理器为核心,把自动化技术,计算机技术,通讯技术溶为一体的新型工业自动控制装置。
目前已被广泛的应用于各种生产机械以及自动化生产过程中。
随着技术的不断发展,可编程序控制器的功能更加丰富。
早期的可编程序控制器在功能上只能进行简单的逻辑控制。
后来一些厂家开始采用微电子处理器作为可编程序控制器的中央处理单元(CPU),从而扩大了控制器的功能,使其不仅可以进行逻辑控制,而且还可以对模拟量进行控制。
因此,可编程控制器控制方式是介于继电器方式和工业控制机控制方式之间的一种控制方式。
可编程控制器有较高的稳定性和灵活性,但在功能方面与工业控制机相比有一定差异。
现在,国内有些厂家采用可编程控制器控制方式,如天津锻压机械厂有近60%的产品装有PLC。
通过采用PLC控制,使系统的控制性能和可靠性大大提高。
国外厂家如丹麦的STENHQJ公司采用了SIEMENS的可编程控制器,实现对压力和位移的控制。
;第三种是应用高级微处理器(或工业控制计算机)的高性能液压机——工业控制机控制方式是在计算机控制技术成熟发展的基础上采用的一种高技术含量的控制方式。
这种控制方式以工业控制机或单片/单板机作为主控单元,通过外围接口器件(如A/D,D/A板等)或直接应用数字阀实现对液压系统的控制,同时利用各种传感器组成闭环回路式的控制系统,达到精确控制的目的。
这种控制方式的主要特点如下:
①具有友好的人机交互性,操作简单。
②控制精度高。
③易于实现高速化,提高生产效率。
④可顺利实现对工作参数(压力、速度、行程等)的单独调整。
⑤预存工作模式,可对不同工件的工艺过程、工艺参数预先存储和重复调用,缩短调整时间。
这与柔性加工要求相适应。
⑥对高速下的换向冲击可利用软件来消除,以降低噪声,提高系统的稳定性。
⑦在安全方面,可利用软件进行故障预诊断,并自动修复故障和显示错误。
⑧易实现生产线的集成控制,组成柔性生产线及与上位机进行通讯和实现调度控制。
三种类型功能各有差异,应用范围也不尽相同。
但总的发展趋势是高速化、智能化。
现在,国外众多液压机生产厂家生产这种高性能的工业控制机控制方式的液压机产品,如美国MULTIPRESS,丹麦STENHQJ及加拿大的BROWN BOGGS等公司。
正是因为采用这种先进的控制方式,使整机的控制性能,生产效率都有很大提高。
而与国外发展情况相比,国内极少有采用工业控制机控制方式的产品,成熟的产品是采用可编程控制器(PLC)的控制方式。
作为液压机两大组成部分的主机和液压系统,由于技术发展趋于成熟,国内外机型无较大差距。
主要差别在于加工工艺和安装方面。
良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面,有较明显改善。
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在油路结构设计方面,国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计。
插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。
国外已开始广泛采用封闭式循环油路设计。
这种油路设计有效地防止泄油和污染。
更重要的防止灰尘、污物、空气、化学物质侵入系统,延长了机器的使用寿命。
由于加工工艺等方面的原因,国内采用封闭式循环油路设计的系统还不多见。
在安全性方面,国外某些采用微处理器控制的高性能液压机利用软件进行故障的检测和维护,如BROWNBOGGS产品可实现负载检测、自动模具保护以及错误诊断等功能。
1.3液压机的发展趋势:
(1)高速化,高效化,低能耗。
提高液压机的工作效率,降低生产成本。
(2)机电液一体化。
充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。
(3)自动化、智能化。
微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分的条件。
自动化不仅仅体现的在加工,应能够实现对系统的自动诊断和调整,具有故障预处理的功能。
(4)液压元件集成化,标准化。
集成的液压系统减少了管路连接,有效地防止泄漏和污染。
标准化的元件为机器的维修带来方便。
框架式液压机的实物和相关介绍有以下几种:
导轨框架式液压机(YD-1200):
本机为新型快速下压式液压机。
机身采用框架焊接结构,刚性好。
适用于金属材料的压印工艺,如表壳、表带、首饰、眼镜架和餐具制品成形。
本机设有快速油缸,结构简单、动作灵敏可靠、操作安全方便,可实现点动调整和半自动工作两种操作方式。
半自动工作中,活动工作台可完成快速下行、慢速靠模、加压、自动回程和回程停止整个工作循环。
生产效率高,模具使用寿命长,能耗低。
采用导轨导向,保证压制精度。
下顶式多层液压机:
本机为下顶式多层液压机专为纸板定型专用机,采用四缸布置,纸板成型厚度均匀,前后带自动升降台,操作按钮置于升降台上,操作方
便、具有效率高、性能先进及压力自动补压等特点
MLGK-A系列:
用途和特点:
本系列产品结构简单,操作方便。
适用于五金、电器、表带、眼镜配件、砂轮等行业产品的压花、复模、浅拉深等压制成型工艺。
1、手动控制和半自动控制
2、四柱精确导向
3、空载上行速度快、升压快、效率高
4、光电保护装置
主要技术参数
型号:
MLGK-100
主油缸公称力:
1000(KN)
液压系统锁定工作压力:
20MPa
工作台最大行程:
160mm
活动横梁下平面到工作台面的最大距离:
420mm、
工作台有效面积:
416mm(左右)、416(前后)
工作台上升速度:
105mm/s
压制速度:
5mm/s
电动机功率:
4kw
外形尺寸:
965mm(左右)、965mm(前后)、1500mm(高)
整机总重:
1.2t
CXH-A系列下缸框架式液压机:
CXH-A系列下缸框架式液压机产品特点及适用范围:
CXH-A系列下缸框架式液压机采用整体钢板焊接框架式机架,主要液压元件、电气元件采用国际名牌产品。
采用整体钢板焊接框架式机架,机架钢性好,抗压强度高;结构紧凑、便于维修;空行程度快、工作效率高、操作方便;主要液压元件、电气元件采用国际名牌产品。
主要应用于钟表、眼镜、像框、餐具、厨具等金属产品的压印、挤压和浅拉深;金属和非金属产品的整形、冲压、折边等。
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2框架式液压机总体方案设计
2.1机架结构设计方案
框架式结构液压机是一种应用广泛的液压机之一,其主要特点是容易获得较高的刚度,滑块大多采用450斜面导轨导向,导向精度较高。
框架式液压机主要有两种工艺结构,分别是铸造结构和焊接结构。
(1)铸造结构
铸造结构的最大优点是省去大量的焊接工作和焊接前的各承载钢板的切削加工量,机架刚度大。
但需要制造木型,铸造工艺要求较高,整机重量教焊接结构重,因此只有在批量较大的情况下采用。
(2)焊接结构
这一结构的有点是各个承载钢板相互搭接传递载荷,极大地改善了焊缝的受力情况,上梁结构上通过筋板载荷较为均匀的传递至整个横梁截面上,并在较大的面积上传递给支柱,减小了上支柱联结部分的转角处的应力集中。
此外,此种结构中各承载钢板均可根据受力情况合理选择,不受型钢或铸造工艺的限制,因此重量较轻。
因此采用整体焊接结构的框架式结构。
整体焊接结构设计中要注意以下的问题:
各承载板应尽可能相互搭接避免焊缝传递载荷;油缸支撑部分要有筋板,是局部的载荷均匀的传递至上下横梁;立柱与横梁的焊缝连接处刚度要均匀,因为在传动力连接部分的刚度越大,其受力也越大;各承载钢板焊接前要先粗加工,通常保证不垂直度≤1.5/1000毫米,焊接后要去应力退火;最后再用龙门铣床加工整体框架,保证工作区间的各承载板的加工精度。
2.2框架式液压机的组成
框架式液压机主要由主机、液压控制系统、电气控制系统三部分组成。
其中主机包括工作台、导轨、滑块、上缸、顶出缸等结构;液压系统由控制元件、执行元件、辅助元件、动力装置、工作介质等组成;电气控制控制系统主要由单片机、按钮、行程开关等电器元件组成。
(1)控制方式的选择
采用液压系统与电气系统相结合的控制方式。
具有手动、半自动工作方式,可实现定压、定程两种加工工艺。
(2)液压系统
液压油路采用封闭式回路,供油方式选用变量泵供油,液压控制元件采用插装阀形式。
针对液压机快进时供油不足以及工进时的高压特性,系统应设有补油和卸压装置
(3)电气控制
采用行程开关、单片机、手动按钮等元件进行手动、半自动控制。
(4)主机
主机结构形式采用框架式上压形式,主缸和顶出缸为执行元件。
2.3设备的设计要求
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按照设计要求,本630KN框架式液压机主要用于可塑性材料的压制工艺。
如冲压、弯曲、压装、校正等工艺。
上滑块行程450mm,滑块下平面至工作台面最大距离700mm,工作台有效尺为(左右)500×(前后)500mm,顶出缸公称压力190KN,顶出行程160mm,操作方式为半自动。
送料方式为手动或半自动。
要求液压机加压后有保压延时。
(1)为完成一般的压制工艺,要求上液压缸缸驱动滑块,能够实现“快速下行,慢速加压,保压延时,快速返回,原位停止”的工作循环;要求顶出缸实现“向上顶出,停留,向下退回,原位停止”的工作循环。
液压机基本工作流程如图2.1所示。
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