变速箱箱体卧式双面铣削组合机床控制系统毕业设计

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1、毕业设计论文变速箱箱体卧式双面铣削组合机床控制系统设计摘要本课题是根据已给出的参数，设计出某组合机床的液压系统，具体包括液压传动系统设计和电气控制系统设计。对于液压传动系统设计，要使系统完成“夹紧缸夹紧工作台快速接近工件工作台进给工作台后退夹紧缸松开原位停止”的工作循环。根据此要求，设计出液压回路，再根据参数，选择符合要求的液压元件，例如液压泵、液压阀、滤油器、行程开关等；对于非标准件液压缸，则要确定所有尺寸，选择合理结构形式，用AUTOCAD软件绘制出装配图；系统设计完成后，要对系统进行性能验算，例如回路压力损失验算、油液温升验算等，以确定系统是否符合实际要求。对于电气控制系统设计，现在，由

2、于PLC可靠性高、编程简单、使用方便、体积小、重量轻等优点，普遍采用PLC控制来代替继电器接触器控制，本系统也采用PLC控制。根据系统的输入输出性质、对相应功能、I/O点数、系统容量的要求，选择合适型号的PLC，PLC选定后，分配I/O点并绘制PLC外部接线图，确定输入输出信号与I/O点的对应关系，最后设计出程序，并修改，直至符合要求。关键词：液压传动；液压控制；PLCGEAR-BOX HORIZONTAL DOUBLE-SIDED MILLING COMBINATION MACHINE TOOLS CONTRONL SYSTEM DESIGNAbstractThis topic is alr

3、eady given parameters according to, the design gives a combination machine tools system, specific including hydraulic transmission system design and electrical control system design.For the hydraulic transmission system design，to make the system to accomplish the job cycle of combination machine too

4、ls system -clamping cylinder for clampingworkbench fast approaching workpieceworkbench feedingworkbench backclamping cylinder loosenIn-situ stop. According to this requirement, design a hydraulic circuit, then,according to parameters,select to meet the requirements of hydraulic components, such as h

5、ydraulic pumps, hydraulic valves, filters, Travel switch, etc. For non-standard hydraulic cylinders, will have to determine all sizes, choose the right structure, then, mapping the assembly drawing by AUTOCAD. After accomplished design, there are some checking of system performance, such as the chec

6、king of the circuitpressure loss and the oil temperature rise, to determine whether the system meet the actual requirements.To electrical control system, nowadays, to PLC, because of its high reliability, convenient use, simple programming, small size, light weight, etc., it is widely used to instea

7、d of relay and contactor. So, this electrical control system uses PLC, too. According to the nature of the system input and output, the demand of corresponding functions, I/O points and system capacity, choose the suitable type of PLC, after that, distribute I/O points and external wiring diagram of

8、 PLC todetermine the input and output signals and I/O points of correspondence, finally, design the program, and modify, until it meets the requirements.Keywords:Hydraulic transmission;Hydraulic control; PLC1绪论1.1课题背景液压传动是流体传动的一种，它起源于17世纪的液体静压力传动原理，在现代被明确定义为一种通过液体作为介质来传递能量和进行控制的传动形式，液压传动技术在工农业生产部门都有

9、着极大的应用空间，其水平的高低已经成为国家工业发展程度的标志之一。液体传动的先驱者是英国的约瑟夫布拉曼，他于1795年在伦敦制造了世界上第一台水压机，这是液压传动技术以水为介质的第一次工业应用，后来到1905年时，约瑟夫布拉曼将工作介质从水改为了油，使得液压机械又向前迈进了一步。液压传动技术的广泛研究是开始于第一次世界大战之后，从1920年开始液压传动技术得到了迅速的发展，液压传动技术领域涌现了一批杰出的人才，液压元件也逐步走入了正规的工业生产阶段。液压传动技术和液压元件工业在1925年迎来了维克斯（F.Vikers），他发明的压力平衡式叶片泵为后来者奠定了基础。到20世纪初叶，康斯坦丁尼斯克

10、提出了能量波动传递理论，而后在1910年又在液力传动方面提出了自己的理论见解，为这一领域的发展做出了贡献。液压传动技术被工业企业所应用则是开始于第二次世界大战期间，在这个时期美国已经有30%的机床应用了液压传动。液压传动技术现居世界领先位置的日本，其科研活动实际上比欧美等国晚了将近20年，但是靠着后期的努力，日本在现代液压传动领域得到了巨大发展。液压技术与现代社会中人们的日常生活、工农业生产、科学研究活动产生着日益密切的关系，已成为现代机械设备和装置中的基本技术构成、现代控制工程的基本技术要素和工业与国防自动化的重要手段，自上世纪60年代后，原子能技术、空间技术、计算机技术（微电子技术）等的发

11、展又一次将液压技术推向前进，使它发展成为包括传动、控制、检测在的一门完整的自动化技术，使它在国民经济的各方面都得到了应用。其在某些领域甚至已占有压倒性的优势，例如，国外今日生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动4。因此液压技术的发展程度现在已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。1.2液压传动技术的发展趋势液压传动作为一种传动方式，由于具备功率密度高，结构小巧 ，配置灵活，组装方便，可靠耐用等独到的特点，已成功地用于一切需要中等以上功率输出，且需对运动过程进行灵活控制和调节的地方，是现代化传动与控制 的关键技术之一。2 l 世纪是一个高度自动化的社会

12、 ，随着科技的发展和人类的新需要，大型智能型行走机器人将应运而生。资料表明，液压技术作为能量传递或做功环节是其中必不可少的一部分。故无论现在还是将来 ，液压技术在国民经济中都占有重要的一席之地 ，发挥着无法替代的作用。 现代液压技术与微电子技术 、计算机控制技术、传感技术等为代表的新技术紧密结合，形成一个完善高效的控制中枢，成为包括传动、控制检测、显示乃至校正、预报在的综合自动化技术。它是功率机械设备实现自动化不可缺少的基础技术，应用面极其广泛。下面从考查其主要服务领域需求入手，来展望液压技术的发展趋势。1 可靠性和性能稳定性逐渐提高 可靠性和性能稳定性是涉与面最广的综合指可靠性设计 、制造以

13、与可靠性维护三大方 面。随着诸如工程塑料、复合材料、高强度轻合金等新材料的应用，新工艺新结构的出现，元、器件性能的可靠性得以大大增加 。系统可靠性设计理论的成熟与普与，使合理地进行元器件的选配有了理论依据。此外，过滤技术的完善和精度的提高(过滤器精度可达13 pm，而典型现代液压元件的动态间隙为0.55um) ，除了能彻底清除固体杂质外，还能分离油中的气体和水分。在线实时油污检测器和电子报警逻辑系统的应用，使得液压系统的维护从过去的简单拆修发展到主动维护，对可预见的诸因素进行全面分析，最大限度地提前消除诱发故障的潜在因素。2 增强对环境的适应性，拓宽应用领域液压传动虽然具有很多优点，但由于存在

14、着热、噪声、工作介质污染等不尽人意的地方，其应用受到某种程度上的制约。面对环保意识来越强的未来，应采取相应措施逐步解决和改以上问题。比如，对于泵电动机全封闭式动力组合，通采用降噪、隔声结构，并用专门材料做外壳，可将噪声降至6 0dB以下。又如，选择环保介质、水基介质和新型的“ 电流变”液体作为介质，将优化系统性能，控制污染 ，扩大其应用场合。此外，能耗控制技术也越来越受到重视，因为这不仅意味着节约能源，降低损耗，而且能消除发升温这个诱发液压系统故障的根本潜因，提高统的工作可靠性和性能稳定性，更重要的是它使冷却系统的必要性不断缩小。通过采用集成回路和铸造流道以减少管道损失，减少非安全要的溢流量，

15、减少系统的节流损失等，以达到控制系统的能耗。3 机电液一体高度集成化 微电子技术的飞速发展，为液压技术的进步注入了新的活力。液压器件是机电一体化的重要接口器件，充分考虑到液压技术的特点，而开发研制出的集液压、电子、传感技术于一体的新产品与其组成系统，兼备了电气和液压技术的双重优势。如低耗高速 (10mA以下响应时间在2ms以)电磁铁与数字式电液器件，可作为直接接口的电液转换器。藏位移传感器的液压缸用于高精度闭环控制时，可实现工况监视和传感功能。液电技术的融合使得液压技术的发展超出自身传统的科学领域，向着包括传动、控制、检测在的综合自动化技术方向发展。为提高液压技术的应用水平和加速拓展其应用领域

16、并最大限度地方便用户，发展集成式多功能元器件已成为必然的趋势。集成化发展分为三个层次：首先是单功能元件的组合向多功能元件的发展，如用于工程机械闭式泵一马达系统的一 种多功能阀，能完成单向补油、高压溢流、旁路和压力释放。其次是集成器件子系统化。最后，是开发智能型一体化器件，它可以实现功率的合理分配，修正人为控制信号，使元器件或系统自动保持最佳工作状态。如此一来，组成系统时技术含量高的部分工作就逐渐向生产厂家转移，这样就可最大限度地方便用户，普与其应用。 4 液压 CAD技术 CAD技术使人工设计方式变为自动化和半自动化的方式，尤其是CADCAMCAPP的推广和应用使液压技术得到迅速发展。在液压C

17、AD的开发和研究方面应注意以下几点 ：( 1 )充分利用现有的液压CAD设计软件，进行二次开发，建立知识库信息系统，它将构成设计制造销售使用设计的闭式循环系统。(2)将计算机的仿真与适时控制结合起来，将模型放入“硬”件和系统中，借此在建造实际样机之前，便可在软件里修改其特性参数，以达到最佳设计结果。下一个比较长远的目标是，利用技术全面支持液压产 品从概念设计、外观设计、性能设计、可靠性设计到零部件详细设计的全过程，并把计算机辅助设计、计算机辅助分析、计算机辅助工艺规划、计算机辅助检验、计算机辅助测试和现代管理系统集成在一起，建立计算机制造系统，使液压设计与制造技术有一个突破性的进展。 5 新材

18、料新工艺的应用 新型材料的使用，如瓷、聚合物或涂料，可使液压技术的发展有一个新的飞跃。为了保护环境，减少漏油对环境的危害，可采用生物降解迅速的压力流体，如菜油基和合成脂基的传动用介质将得到广泛应用。据专家预测，今后10年大部分行走机械中使用的液压油(矿物油)将会为生物降解迅速的流体所替代。铸造工艺的发展，将促进液压元件性能的提高，如铸造流道在阀体和集成块中的广泛使用，可优化元件部流动，可减少压力损失和降低噪声，实现元件小型化。如果上述提高液压技术的方向得到充分实现，可以肯定，液压技术和其他传动方式相比将继续持其有力的竞争地位。 总之，液压技术具有十分广泛的应用面，它作为一种重要的工业自动化基础

19、件，已与微电子技术、传感技术紧密结合，形成并发展成为包括传动、控制、检测、校正在的综合自动化技术，其涵较之传统的液压技术更加丰富而完整 。 1.3液压传动技术的应用液压传动是以流体作为工作介质对能量进行传动和控制的一种传动形式。利用有压的液体经由一些机件控制之后来传递运动和动力。相对于电力拖动和机械传动而言，液压传动具有输出力大，重量轻，惯性小，调速方便以与易于控制等优点，因而广泛应用于工程机械，建筑机械和机床等设备上。由于要使用原油炼制品来作为传动介质，近代液压传动技术是由19世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的，最早实践成功的液压传动装置是舰船上的炮塔转位器，其后出现了液压六角车床和磨床

20、，一些通用车床到20世纪30年代末才用上了液压传动。第二次世界大战期间，在一些兵器上用上了功率大，反应快，动作准的液压传动和控制装置，大大提高了兵器的性能，也大大促进了液压技术的发展。战后，液压技术迅速转向民用，并随着各种标准的不断制订和完善，各类元件的标准化，规格化，系列化而在机械制造，工程机械，材料科学，控制技术，农业机械，汽车制造等行业中推广开来。由于军事与建设需要的刺激，液压技术日益成熟。20世纪60年代后，原子能技术，空间技术，计算机技术等的发展再次将液压技术推向前进，使它发展成为包括传动，控制，检测在的一门完整的自动化技术，在国民经济的各个方面都得到了应用。如工程机械，数控加工中心

21、，冶金自动线等。液压传动在某些领域甚至已占有压倒性优势。液压传动系统的主要优点：(1)在一样功率下，液压执行元件体积小，重量轻，结构紧凑。液压传动一般使用的压力在7Mpa左右，也可高达50Mpa。而液压装置的体积比同样输出压力的电机与机械传动装置的体积小得多。(2)液压传动的各个元件，可根据需要方便，灵活地来布置。(3)液压。(4)易于自动化。液压设备配上电磁阀，电气元件，可编程控制器和计算机等，可装配成各式自动化机械。(5)速度调整容易。液压装置速度调整非常简单，只要调整流量控制阀即可轻易且可实行无级调速。(6)不会有过载的危险。液压系统中装有溢流阀，当压力超过设定压力时，阀门开启，液压经由

22、溢流阀流回油箱，此时液压油不处在密闭状态，故系统压力永远无法超过设定压力。今天，为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断发展，不断提高和改进元件和系统的性能，以满足日益变化的市场需求。这是液压技术的创新特征，液压技术的不断发展体现在如下一些比较重要的特征上：一，提高元件性能，创制新元件，体积不断缩小。为了能在尽可能小的空间里传递尽可能大功率，液压元件的结构不断地在向小型化发展。市场上出现了一种新型的被称为“肌腱”的执行元件。它的形状像一根两端有接头的软管，把它接入系统使用时，它的径向和轴向都会发生伸缩，轴向的伸缩量可达其总长的15%-30%。在一样条件下，它的作用力是普通汽缸的10倍。这

23、种元件抗污染，运动时不会生抖动，在有些场合还可用它的径向膨胀去夹持工件等，是一种极有应用前景的元件，而微型元件也得到发展，如活塞直径小到2.5mm的汽缸，10mm宽的气阀以与相关的辅助元件已成为系列化产品。由于这些元件能在0.2-0.7Mpa压力下工作，所以可被方便地集成到标准的系统中。新小型阀，在流量一样时，它的体积仅是过去的7%。这些小，微型的元件已被应用于精密机械加工，电子工业，制药工业，食品加工和包装技术等场合。二，高度的组合化，集成化和模块化。液压系统由管式培配置经板式配置，箱式配置，集成块式配置发展到叠加式配置，插装式配置，使连接的通道越来越短。也出现了一些组合集成件，如把液压泵和

24、压力阀作成一体，把压力阀插装在液压泵的壳体，把液压缸和换向阀作成一体，只需接一条高压管与液压泵相连，一条回油管与油箱相连，就可以构成一个液压系统。这种组合件不但结构紧凑，工作可靠，而且简便，也容易维护保养。三，与微电子结合，走向智能化。液压技术从本世纪70年代中期起就开始和微电子工业接触，并相互结合。在迄今30多年时间，结合层次不断提高，由简单拼装，分散混合到总体组合，出现了多种形式的独立产品如数字液压泵，数字阀，数字液压缸等，其中的高级形式已发展到把编了程的芯片和液压控制元件，液压执行元件或能源装置，检测反馈装置，数模转换装置，集成电路等汇成一体，这种汇在一起的联结体只要一收到微处理机或微型

25、计算机处送来的信息，就能实现预先规定的任务。液压技术的智能化阶段虽然开始不久，但是从它的星星点点实践成功的事例来看，成果已非常诱人。例如，折臂式小汽车装卸器能把小汽车吊起来，拖入集装箱，按最紧凑的排列位置堆放好，最多时能装入8辆。装卸器装有微型计算机，它能按预定程序操纵8个液压缸，在传感器的配合下协调连杆机构的动作，完成堆装任务。卸车时的操作按相反的顺序协调动作，以使受训练的波音民航喷气客机驾驶员不用上天就可以经历6个自由度的颠簸摇摆，座椅振动，着陆弹跳等项的运动感觉，并能对驾驶员的操作作出拟真的响应。总之，液压技术在与微电子技术紧密结合后，在微型计算机或微处理机的控制下，可以进一步拓宽它的应

26、用领域，形形式式机器人和智能元件的使用不过是它最常见的例子而已。1.4本文主要研究容某卧式双面铣削组合机床用于加工铸铁变速箱箱体的两个端面，试设计该机床的液压控制系统。机床的动作循环为夹紧缸夹紧工作台快速接近工件工作台进给工作台后退夹紧缸松开原位停止。要求夹紧力可调并保压，工作台运动平稳且进给速度可调。 已知参数如下：夹紧缸：夹紧力800N， 快进行程30mm、快退行程30mm，快退的速度4000。工作台：重量4000N，轴向最大工作负载为12000N，快进行程100mm，速度3500，工进200mm，速度80300，快退300mm，速度6000，加减速时间0.2s，工作台为平导轨，静、动摩擦

27、系数分别为0.2，0.1.2液压系统设计2.1液压系统原理与组成以液体作为工作介质来进行能量传递和控制的传动形式称为液压传动，与利用液体动能的液力传动不同的是它以液体的压力能来传递动力，是根据17世纪帕斯卡提出液体静压力传动原理来实现的。液压系统一般是由以下5个部分组成：动力源用来将原动机的机械能转变为液体的压力能，输出有一定压力的油液，最常见的形式就是液压泵。执行器用来将液体的压力能转变为机械能，来驱动工作机构带动负载工作，可实现往复直线运动、连续回转运动、摆动等。有液压缸、液压马达等。控制调节装置控制液压系统油液压力、流量和方向，以保证执行器驱动的工作机构完成预期动作。有各种液压阀。辅助装

28、置用来存放、提供、回收油液，滤除油液杂质，给油液降温；存储、释放液压能或吸收液压脉动、冲击；显示系统压力、油温等。有、管件、过滤器、热交换器、蓄能器、各种指示仪表等。液压工作介质传递能量的介质，同时起着润滑、冷却等作用。有各种液压油。2.2 双组合铣面床液压系统主功能结构如图2.1所示为双面组合铣床主机结构布局示意图图2.11，3-底座；2-中间底座；4，16-纵向底座；5-纵向滑台；6-立柱；7-立置滑座；8-立置滑台；9，13-洗削头；10-加紧液压缸；11-夹紧机构支架；12-压板；14-纵向滑台；15-横向滑座（兼做纵向滑台）该铣床的主机结构如图2.1所示，它采用了立，卧复合式双面双主

29、轴洗削头跨两个工位的大主轴箱配置方案。穿越本机床与自动线中其他各机床中间底座的运输带完成工件的自动拔销，向前和定位；门式夹紧机构安装在中间底座2上方，由两个同规格液压缸10分别驱动两个压板12完成工件1和工件2的夹紧，松开。铣床左面的双面洗削头9由立置动力滑台8驱动，完成洗削加工时的垂直进给和复位动作，立柱6安装在卧式纵向动力滑台上，故滑台5用以驱动立柱与滑台8完成洗削前后的空程快速进退动作。机床右面的两个滑台均卧式配置，横向动力滑台14驱动双轴洗削头13完成洗削加工时的横向进给和复位动作，纵向动力滑台15兼作滑台14的滑座，来驱动滑台14完成洗削前后的空程快速进退动作。空腔立柱6装有铸铁块平

30、衡锤，用以平衡立置滑台8与洗削头9的自重。滑台5与滑台15快速前进采用可调限位挡块限位，以防止冲程。除洗削头的旋转切削动力是由电动机提供外，夹具与各动力滑台的动力均由液压系统提供。2.3负载分析负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。因工作部件是卧式放置，重力的的水平分力为零，这样需要考虑的力有：切削力，导轨摩擦力和惯性力。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为Ffs，动摩擦力为Ffd则 工作负载Fft =12000N G=4000N g=10=0.2s=3500-300=3200=0.0533惯性负载Fm=106.7N=0.2 =0

31、.1 阻力负载 静摩擦 Ffs =0.24000=800N 动摩擦 Ffd=0.14000=400N如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率，则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出，见表2.1表2.1 液压缸各运动阶段负载表工况负载组成负载值F/N推力起动800888.9N加速506.7563N快进400444.4N工进1240013777.8N快退400444.4N根据负载计算结果和已知的各阶段的速度，可绘制出负载图（F-l）和速度图（F-2） 图2.22.4液压缸主要参数的确定表2.2按负载选择执行元件工作压力负载F /N50000压力p/MPa57组合机床液

32、压系统的最大负载约为14000N，初选液压缸的设计压力P1=3MPa，为了满足工作台快速进退速度相等，并减小液压泵的流量，这里的液压缸课选用单杆式的，并在快进时差动连接，则液压缸无杆腔与有杆腔的等效面积A1与A2应满足A1=2A2（即液压缸径D和活塞杆直径d应满足：d=0.707D。为防止铣削后工件突然前冲，液压缸需保持一定的回油背压，暂取背压为0.5并取液压缸机械效率=0.9。则液压缸的平衡方程：故液压缸无杆腔的有效面积：液压缸径： 按GB/T2348-1980，取标准值D=80mm；因A1=2A，故活塞杆直径d=0.707D=56mm（标准直径）则液压缸有效面积为：差动连接快进时，液压缸有

33、杆腔压力P2必须大于无杆腔压力P1，其差值估取P2P1=0.5MPa，并注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时P=0；另外取快退时的回油压力损失为0.5MPa。根据假定条件经计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力.流量和功率，并可绘出其工况图表2.3液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工作阶段计算公式推力F（N）回油腔压力P2（MPa）工作腔压力P1（MPa）输入流量q（L/min）快进启动888.90 0.35快进加速5631.230.73快进恒速444.41.180.688.8795工进13777,80.53.000.41.5快退启动 888.9 00.34快退加速 563 0.51.20快

34、退恒速 444.4 0.50.957.17注：1.差动连接时，液压缸的回油口到进油口之间的压力损失.2.5液压系统图的拟定2.5.1选择液压回路1调速回路的选择该机床液压系统的功率小（1kw）,速度较低；钻镗加工时连续切削，切削力变化小，故采用节流调速的开式回路是合适的，为了增加运动的平稳性，防止钻孔时工件突然前冲，系统采用调速阀的进油节流调速回路，并在回油路中加背压阀。2油源与其压力控制回路的选择该系统由低压大流量和高压小流量两个阶段组成，因此为了节能，考虑采用双联叶片泵油源供油。3快速运动与换向回路由于系统要求快进与快退的速度一样，因此在双泵供油的基础上，快进时采用液压缸差动连接快速运动回

35、路，快退时采用液压缸有杆腔进油，无杆腔回油的快速运动回路。4速度换接回路由工况图可以看出，当动力头部件从快进转为工进时滑台速度变化较大，可选用行程阀来控制快进转工进的速度换接，以减少液压冲击。5压力控制回路在泵出口并联一先导式溢流阀，实现系统的定压溢流，同时在该溢流阀的远程控制口连接一个二位二通电磁换向阀，以便一个工作循环结束后，等待装卸工件时，液压泵卸载，并便于液压泵空载下迅速启动。6行程终点的控制方式这台机床用于钻、镗孔（通孔与不通孔）加工，因此要求行程终点的定位精度高因此在行程终点采用死挡铁停留的控制方式。2.5.2组成液压系统原理图将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改

36、补充，即组成如下图2.3所示的液压系统图。为便于观察调整压力，在液压泵的进口处、背压阀和液压缸无腔进口处设置测压点，并设置多点压力表开关。这样只需一个压力表即能观测各点压力。图2.3液压系统原理图1，夹紧缸；2，行程开关；3，调速阀；4，工作缸；5，卸荷阀；6，二位三通换向阀；7，单向加压阀；8，调速阀；9，调速阀；10，三位四通换向阀；11，三位四通换向阀；12，液压泵；14，油箱；15，单向阀液压系统中各电磁铁的动作顺序如表2.4所示。表2.4电磁铁动作顺序动作名称1YA2YA3YA4YA5YA夹紧缸夹紧+-工作台快进+-+-工作台工进+- +-+工作台快退+-+夹紧缸放松-+-1）工作台

37、夹紧：启动电机，点击按钮使电磁阀1YA得电，使三位四通换向阀10开到左路，推动夹紧缸1活塞杆前进进油路：液压泵12的压力油换向阀10的左路通过单向节流阀夹紧缸1左腔使夹紧缸1的活塞杆伸出（夹紧）。回油路：油由夹紧缸1的右腔流出，通过单向节流阀和换向阀10的左路，返回油箱。2）工作台快进 夹紧缸1得活塞杆完全伸出，压下行程开关SQ2，使电磁铁3YA得电，使三位四通换向阀11开到左路，推动工作缸活塞杆前进。进油路：液压泵12的压力油换向阀11左路单向节流阀工作缸4的左腔，使活塞向右运动。回油路：油由工作缸4的右腔流出换向阀5左路换向阀11左路液压泵123）工作缸工进：工作缸4的活塞运动到100mm

38、，压下行程开关SQ4，使电磁铁5YA得电，此时的油液流动路线如下。进油路：液压泵12的压力油换向阀11左路单向节流阀工作缸4的左腔，推动工作缸活塞杆前移。回油路：油液由工作右腔流出换向阀6右路调速阀换向阀11左路油箱。4）工作缸快退 工作缸4活塞至最右边，触动行程开关SQ5，使电磁铁3YA断电，4YA得电，此时的油液流动路线如下。进油路：液压泵12的压力油换向阀11右路单向节流阀换向阀6右路，使活塞向左运动。回油路：油由工作缸4的左腔流出单向节流阀换向阀7左路油箱。5）插销缸拔销 定位缸5活塞至最顶上，触动行程开关SQ6，使电磁铁YA5断电（换向阀7回到中位），同时使YA4得电，此时的油液流动

39、路线如下。进油路：泵13的压力油换向阀8右路单向节流阀插销缸3的上腔，使活塞向下运动。回油路：油由插销缸3的下腔流出调速阀换向阀11右路油箱。6）夹紧缸放松：当工作缸活塞回到缸底，压下行程开关SQ3，使电磁铁4YA断电（换向阀11回到中位），同时使2YA得电，此时的油液流动路线如下。进油路：液压的压力油换向阀10右路夹紧缸1的右腔，推动夹紧缸活塞杆返回。回油路：油液由夹紧缸左腔流出溢流节流阀调速阀换向阀10右路油箱。2.5.3液压元件的选择首先确定液压泵的最高压力：前已经算出步移缸的工作压力p1=4.52Mpa,考虑到本系统油路较为简单，故取泵至缸间的压力损失为=0.4Mpa，根据式pp（pa

40、）所以Pp=4.52+0.4=4.92Mpa然后确定液压泵的流量：液压泵的最大供油量Qp由表2.6可知，按液压缸的最大输入流量2.21*10-3m3/s进行估算。由式Qp（m3/s）得式中k系统的泄漏系数，一般取1.1-1.3.这里取k为1.2。同时动作的液压执行器的最大流量；对于工作过程中始终用流量阀节流调速系统，尚需加上溢流阀的最小溢流两，一般取2-3L/min.这里取2L/min所以Qp=1.2*（2.21*10-3+0.03*10-3）=2.69*10-3m3/s=161.28L/min最后确定液压泵与驱动电机的规格：根据以上计算结果查阅机械设计手册，选用规格相近的YB-C171B型叶

41、片泵，其额定压力为7Mpa，排量为171.9mL/r，额定转速为1000r/min，额定工况下能保证的输出流量为157.6L/min。又由表5-13可得，取泵的总效率为0.80，则所需电机功率为：Pp=pp*Qp/=4.92*106*161.28*10-3/（0.80*60*1000）=16.53kW选用电动机型号：查表5-14，选用规格相近的Y200L1-6型封闭式三相异步电动机，其额定功率为18.5kW，转速为970r/min。阀类元件与辅助元件由表2.6、图2.4可以得到各类阀类元件与辅助元件的工作过程中的工作流量。可选出各类阀类元件与辅助元件的型号在下表2.8。表2.8 铸型输送机液压

42、控制系统元件类型规格序号 元件名称额定压力/Mpa额定流量/L*min-1 型号、规格说明3单向节流阀31.550MG10G通径为10mm6单向节流阀31.550MG10G通径为10mm7、8三位四通电磁换向阀最大压力3580WE6通径为6mm9、12过滤器0.06160XU-B160*100通径为40mm11溢流阀13液压泵7157.6YB-C171B额定转速为970r/min，驱动电机功率为18.5kW14压力表与开关6.3(压力指示围)AF6P30/Y63通径为6mm，此压力表带压力开关15三位四通电磁换向阀最大压力25160DSV(D)通径1016调速阀0.1-1.0（压差）0-160

43、（调节流量）2FRM-16-20通径16（三）油管各元件间的连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则根据ISO6020/2，可知油口尺寸处连接螺纹为M221.5,根据表2-8（827-66）选外径为22mm，壁厚为1.6mm的无缝钢管。表2-9 钢管公称通径、外径、壁厚、连接螺纹与推荐流量表（四）油箱查阅液压工程手册， V=qp， 取=3，qp=132.6，带入数据，得V=397.8L，根据/T7938-1999规定，取标准值V=400L。6.液压缸的设计和计算液压缸的设计是在对整个液压系统进行了工况分析，编制了负载图，选定了工作压力之后进行的：先根据使用要求选择结构类型，然后按

44、负载情况、运动要求、最大行程等确定其主要尺寸，进行强度、稳定性和缓冲验算，最后再进行结构设计。（一）液压缸设计中应注意的问题液压缸的设计和使用正确与否，直接影响到它的性能和易否发生故障，在这方面，经常碰到的是液压缸安装不当、活塞杆承受偏载、液压缸或活塞下垂以与活塞杆的压杆失稳等问题，所以，在设计液压缸时，必须注意如下几点：1. 尽量使活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或在受压状态下具有良好的纵向稳定性。2. 考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题。缸如无缓冲装置和排气装置，系统中须有相应的措施。但是并非所有的液压缸都要考虑这些问题。3. 正确确定液压缸的安装、固定方式。如承受弯曲的活塞

45、杆不能用螺纹连接，要用止口连接。液压缸不能在两端用键或者销定位，只能在一端定位，为的是不致阻碍它在受热时的膨胀。如冲击载荷使活塞杆压缩，定位件须设置在活塞杆端，如为拉伸则设置在缸盖端。4. 液压缸各部分结构须根据推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽可能做到结构简单、加工、装配和维修方便。（二）液压缸主要尺寸与相关零件的确定设计出的液压图，如图2.5所示图2.51活塞杆；2缸盖；3防尘圈；4挡油环；5、6、11、12密封圈；7、13密封环；8缸体；9、14排气阀；10活塞；15垫圈；16螺母；17防松螺母；18螺母；19螺杆。设计过程如下：根据负载大小和选定的工作压力，参照GB/T2348-19

46、93,已经选定了缸筒径D=100mm，液压缸活塞缸的直径d=56mm。根据新版机械设计手册第四卷，表23.6-59工程机械用液压缸外径系列选取液压缸120mm。由于活塞杆外伸时承受的力比较小，所以活塞杆和活塞的连接可以选用螺纹，选用螺纹连接，活塞的宽度根据其结构，参考相关书籍，取为25mm。液压缸的缸筒长度由最大工作行程决定，缸筒的长度一般最好不超过其径的20倍，本液压系统行程为60mm，根据GB/T2349-1980，液压缸活塞行程选取为60mm，活塞宽度25mm，结合具体结构，会有一定长度的预留，所以经过综合，缸筒长度为153mm，本液压缸缸筒径不大，缸筒厚度参考相关书籍取为5mm。本液压

47、缸油口的开设，本液压缸的油口开在缸筒加厚处。油口与油管的连接采用螺纹连接，根据表2-9，选进、出油口螺纹为M161.5，再查827-66，选择进、出油口的油管，选公称通径为10mm，外径为16mm，壁厚为1.6mm的无缝钢管。关于密封，密封件与密封装置的基本要求有如下几点：1） 良好的密封性能，且密封能力随压力升高而升高，并在磨损后有一定的自动补偿能力。2） 密封材料要与工作介质有良好的“兼容性”，弹性好，永久变形小，有适当的机械强度，耐热耐磨性能好。3） 动密封装置的动、静摩擦阻力小，摩擦系数稳定，与金属接触不相互粘着和腐蚀；不出现运动偶合件卡死或运动不均与现象。4） 制造简单，装拆方便，成

48、本低。常用的密封件有压紧型O形与滑环组合O形密封圈、Y形、V形唇形圈与双向组合唇形密封圈等。O形圈可作动、静密封使用，安装方便，价格便宜，所以，活塞与缸筒之间，缸筒和缸盖之间用O形圈密封，查阅O形圈的国标GB3452.1-1992，选1063.55G GB3452.1-92。胶型圈比O形圈寿命长，使用速度围宽，所以活塞杆与缸盖之间用J形圈密封，据此选择其d=56mm，D=60mm，L1=12mm，符号意义，参见标准。为了排除液压缸中剩留的空气，缸盖上设置有排气孔，与排气阀相连，可以排除缸空气。液压回路中由于工作中的运行速度不是太快，并且加速的时间不是很长，所以液压缸不需要再另外设置缓冲装置。导

49、向装置，导向套是装在液压缸有杆侧的缸盖，用以对活塞杆导向。导向套的侧装有密封装置，保证缸筒有杆腔的密封性，外侧装有防尘圈，防止活塞杆缩时把杂质、灰尘、水分带到密封装置区，以致破坏密封装置，当导向套不是用耐磨材料制成时，其环可以装导向环，用以对活塞杆导向。根据经验公式，导向套滑动面的长度取（0.61.0）d，其中d为活塞杆直径，据此，取为20mm。缸盖和缸筒用螺栓连接，经过设计，左侧选择M535的螺栓，右侧选择M550。液压缸的缸筒壁厚、活塞杆直径d和缸盖处固定螺栓的直径，在高压系统中必须进行强度校核，本系统压力小，且选择的尺寸、零件都有足够的余量，完全符合强度要求，所以，不进行校核。2.5.4

50、液压系统的性能验算验算液压系统性能的目的在于判断设计质量，或从几种方案中评选最佳设计方案。液压系统的性能验算是一个复杂的问题，目前只是采用一些简化公式进行近似估算，以便定性地说明情况。当设计中能找到经过实践检验的同类系统作为对比参考，或可靠的实验结果可供使用时，系统的性能验算就可以省略。液压系统性能验算的项目很多，常见的有回路压力损失验算和油液温升验算。（一）回路压力损失验算压力损失包括管道的沿程损失和局部损失以与阀类元件处的局部损失三项。管道的这两种损失可才液压工程手册中的有关公式估算；阀类元件的局部损失则须从产品样本中查出。当通过阀类元件的实际流量q不是其公称流量qn时，它的实际压力损失p

51、与其额定压力损失pn间将呈如下的近似关系 p=pn（q/qn）2 (2-13)计算液压系统的回路压力损失时，不同的工作阶段要分开来计算。回油路上的压力损失一般都折算到进油路上去。根据回路压力损失估算出来的压力阀调整压力和回路效率，对不同方案的对比来说都具有参考价值，但在进行这些估算时，回路中的油管布置情况必须先行明确。在本系统中，由于系统的具体管路布置尚未确定，整个回路的压力损失无法估算，不过，本液压系统工作压力小，各元件与泵的额定压力远大于系统所需最大压力，故压力损失再严重，也不会使系统所需压力达到系统能提供的最大值。（二）油液温升验算这项验算是用热平衡原理来对油液的温升值进行估计。单位时间

52、进入液压系统的热量Hi（以Kw计）是液压泵输入功率Pi和液压执行元件有效功率P0之差，假如这些热量全部由油箱散发出去，不考虑系统其它部分的散热效能，则油液温升的估算公式可以根据不同的条件分别从有关的手册中找出来。例如，当油箱三个边的尺寸比例在1:1:1到1:2:3之间、油面高度是油箱高度的80%、且油箱通风良好时，油液温升T（以oC计）的计算式可以用单位时间输入热量Hi和油箱有效容积V（以L计）近似地表示成T=（Hi/）*103 (2-14)当验算出的油液温升值超过允许数值时，系统中必须考虑设置适当的冷却器。油箱中油液允许的温升值随主机不同而不同：一般机床为2530oC，工程机械为3540oC

53、，等等。本系统中，以最大速度时，系统的有效功率P0最小，所产生的功率损失最大，发热量也最大，现把所有阶段完全视为最大速度来计算温升。系统工进时，液压缸的有效功率为 P0 =Fv=40000*0.25=10kW 这时泵通过卸荷阀卸荷，输出功率Pi=qp*=156.7L/min*4.92*106*0.8=10.28kW由此得到液压系统的发热功率为Hi= Pi- P0=（10.28-10）kW=0.28kW 油液温升T（以oC计）的计算式可以用单位时间输入热量Hi和油箱有效容积V（以L计）近似地表示成T=（Hi/）*103带入数据，求出油液温升近似值 T=（0.28*103）/=5.16oC 温升没

54、有超出允许围，液压系统中不须设置冷却器。3控制系统设计3.1可编程控制器的概述可编程控制器（programmable controller）简称PC。它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：Programmable Logic Controller）和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。它是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通讯技术等融合为一体的新型工业自动控制装置。PLC面向控制过程、面向用户，被广泛应

55、用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，以成为一种最重要、最普与、工作方便、可靠性高、应用场合最多的工业控制装置，被公认为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。3.1.1 PLC的产生和发展PLC的产生源于美国汽车制造业飞速发展的需要。1968年美国通用汽车公司（G.M）为了适应汽车型号的不断更新、生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统与接线，以降低成本，缩短周期，于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来制成一种通用控制装置。由此提出

56、了新型工业控制装置的几点招标要求。1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制，通常称为可编程控制器（PLC），即其英文全称为Programmable Logic Controller，随着微电子技术和计算机技术的发展，在20世纪70年代中期将微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。20世纪80年代以后，随着大规

57、模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图像显示灯功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名副其实的多功能控制器。自从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并取得了迅速的发展。目前，世界上有200多家PLC厂商，400多品种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，如日本主要发展中小型PLC，其小型PLC

58、性能先进，结构紧凑，价格便宜，在世界市场上占有重要地位。著名的PLC生产厂家主要有美国的A-B（Allen-Bradly）公司、GE（General Electric）公司，日本的三菱电机（Mitsubishi Electric）公司，欧姆龙（OMRON）公司，德国的AEG公司、西门子（Siemens）公司，法国的TE（Telemecanique）公司等。3.1.2 PLC的组成和工作原理PLC是微机技术和控制技术相结合的产物，是一种以微处理器为核心的用于控制的特殊计算机，因此PLC的基本组成与一般的微机系统类似7。1.PLC的硬件组成PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、

59、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等部分组成。其中CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。1）中央处理单元（CPU）同一般的微机一样，CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU随机型不同而不同，常用有三类：通用微处理器、单片微处理器、位片式微处理器。2）存储器存储器主要有两种：一种是可读/写操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。在PLC中，存储器主要用于存放系统程序、用户程序与工作数据。3）输入/输出单元输入/输出单元通常也成为I/O接口电路或I/O模块

60、，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入单元输入被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的一句；同时PLC又通过输出单元将处理结果输出到被控对象，以实现控制目的。4）通信接口PLC配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信处理器。PLC通过这些通信接口可与监视器、打印机、其他PLC、计算机等设备实现通信。5）智能接口模块智能接口模块是一个独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器以与与PLC系统总线相连的接口。它作为PLC系统的一个模块，通过总线与PLC相连，进行数据交换，并在PLC的协调管理下独立地进行工作。6）编程装置编程装置的作用是编辑、调试

61、、输入用户程序，也可在线监控PLC部状态和参数，与PLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLC不可缺少的工具。7）电源PLC配有开关电源，以供部电路使用。与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。对电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在额定值15%的围波动。8）其他外部设备除了以上所述的部件和设备外，PLC还有许多外部设备，如EPROM写入器、外存储器、人/机接口装置等。PLC的工作原理为PLC扫面工作方式，执行用户程序时，扫面是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫面执行，周而复始运行。PLC在每次扫描工作过程中，除了执行用户程序外，还要完成部处理、通信服务工作。整个扫描工作过程包括部处理、通信服务、输入采样、程序执行、输出刷新五个阶段。3.1.3PLC的特点、应用与发展趋势PLC技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点。它较好地解决了工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。归结起来，