PLC控制的液压加工实训.docx
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PLC控制的液压加工实训.docx
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PLC控制的液压加工实训
第1章实验目的要求内容
1.1实验目的
1.能熟悉基于PLC控制的液压/气动系统开发流程,并设计一个具体的气动/液压控制系统。
2.熟悉并掌握各种液压/气动元件的技术参数和使用方法。
3.熟练掌握PLC的控制系统设计方法。
4.能熟练使用梯形图编写液压系统的控制软件。
5.搭建具体硬件(含油/气/电路)连接,并完成软硬件的联调。
1.2实验器材
计算机、液压泵、各种液压阀、油管、液压接头、PLC实验板、导线等。
1.3实验要求
自己设计零件的批量生产加工工艺流程方案,要求采用液压/气动系统作为动力部件,且不少于两个油缸,设计系统的工艺动作循环及系统控制油路/气路、电磁阀的得点顺序表、系统功能设计、PLC控制电路原理图、PLC编程及系统调试。
1.4实验内容
1.详细说明本次实验设计思路、方案,画出动作循环、系统油路、电磁阀的得点循序表、系统功能设计(手动/自动控制模式在操作)、PLC选型及控制电路原理图设计,并文字说明。
2.详细说明PLC控制流程,确定输入/输出口,作I/O规划。
3.设计PLC控制梯形图,要求有自锁、定时器、MC及MCR指令的应用。
4.说明本次实验使用的传感器,与控制电路的接口。
5.自我总结。
(说明你在实验中所做的具体工作内容,从实验中所学到具体专业知识,有何体悟。
)
第2章系统工艺设计
2.1总体方案设计
设计产品的加工工艺过程,首先设计一个具体产品的加工,画出零件图,根据零件图及其加工工艺要求,编制加工工艺过程。
2.2零件图
根据设计要求,所设计加工的零件如下图(图1):
图1
工艺要求:
1.毛坯大小不确定,要求保证加工台阶的精度。
2.3加工工艺示意图以及动作循环图
图2
液压缸A控制X方向移动,液压缸B控制Y方向移动
2.3.1零件加工工艺过程及其位置控制
1.原位传感ST0检测到位,Y快进
2.Y快进到位,传感器SQ0测到信号,X工进
3.X工进到位,传感器ST4测到信号,Y工进,延时
4.延时0.5s,Y工进到位,X工退
5.X工退到位,传感器ST1测到信号,Y工进,延时
6.延时0.5s,Y工进到位,X工进
7.开始循环加工,直到X工退时传感器SQ1、ST4或者X工进时SQ1、ST1测到信号,Y工进
8.Y工进到位,传感器SQ3测到信号,X工退,延时
9.延时0.5s,X工进到位,Y工退
10.Y工退到位,传感器SQ1测到信号,X工退,延时
11.延时0.5s,X工进到位,Y工进
12.开始循环加工,直到Y工退时传感器SQ1、ST3或者Y工进时SQ1、ST3测到信号,X工退
13.X工退到位,传感器ST1测到信号,Y工退,延时
14.延时0.5s,Y工退到位,X工进
15.X工进到位,传感器ST3测到信号,Y工退,延时
16.延时0.5s,Y工退到位,X工退
17.开始循环加工,直到X工退时传感器ST1、SQ2或者X工进时SQ2、ST3测到信号,Y工退
18.Y工退到位,传感器SQ1测到信号,X工进,延时
19.延时0.5s,X工进到位,Y工进
20.Y工进到位,传感器SQ3测到信号,X工进,延时
21.延时0.5s,X工进到位,Y工退
22.开始循环加工,直到Y工退时传感器SQ1、ST2或者Y工进时SQ2、ST2测到信号,X快退
23.X快退到位,传感器ST0测到信号,Y快退
24.Y快退到位,程序结束
2.3.2动作循环图
根据加工工艺过程设计,画出动作循环图如下(图3):
图3
第3章系统液压油路的设计
3.1液压回路设计
系统的液压回路又2组回路构成,分别控制X轴与Y轴,他们都是又三位四通电磁换向阀,和二位三通电磁阀构成。
液压回路图如下图(图4):
图4
有关液压回路各项参数的计算
铣刀驱动电机功率P=7.5kw
铣刀直径DE=12mm工作电机转速n=3500r/min
工作台质量m1=400kg工件及夹具最大质量m2=5.5kg
工进行程Lg=100mm快进快退最大速度Vk=4.5m/min
工进速度Vg=200mm/min导轨静摩擦μs=0.2
导轨动摩擦μd=0.1
静摩擦负载Fs=(m1+m2)μs∙g=0.2x(400+5.5)x10=811N
动摩擦负载Fd=μd∙(m1+m2)∙g=405.5N
工作负载Fe=P/(πDe∙n)=3410N.m
液压缸机械效率η=0.9
快进(快退)启动F=Fs=811N推力F1=F/η=901.1N
恒速F=Fd=405.5N推力F1=F/η=450.6N
工进F=Fe+Fd=3410+405.0=3815.5N推力F1=F/η=4239N
无杆腔与有杆腔的有效面积A1、A2,推杆直径d,腔直径D且满足D=√2∙d
取背向压为0.5Mpa
A1=F0/(P1-1/2∙P2)=4239/((3-0.8/2)∙106)=16.3CM2
液压缸内径
D=√(4A1/π)=0.046m=46mm取整D=5cm
d=3.6cm
实际A1=(πD2)/4=1963mm2A2=(πD2)/4=946mm2
A=A1−A2=1017mm2
快进阶段液压缸压力计算
启动时P1=F/A=901.1/1017=0.886mpa
恒速时P2=(F+A2∆P)/A=(450.6+946∙0.5)/1017=0.908mpa
工进阶段
P3=(F+A1∙P2)/A1=(4239+946∙0.5)/1017=4.9mpa
快退阶段液压缸压力计算
启动时P1=F/A2=901.1/946=0.952mpa
恒速时P2=(F+A1∙P2)/A2=(450.6+1963∙0.5)/946=1.51mpa
流量计算
快进恒速q=A∙Vk=1017x4.5x103x10-6=4.58(L/min)
工进阶段q=A1∙Vg=1963x200x10-6=0.393(L/min)
快退阶段q=A2∙Vk=946x4.5x10-6x103=4.26(L/min)
功率计算
快进恒速P=P2∙q=(0.908x4.58x103)/60=69.3w
工进阶段P=P3∙q=(4.9x0.393x103)/60=32.1w
快退阶段P=P2.q=(1.51x4.26x103)/60=107.21w
液压泵最高工作压力计算,最高压力出现在工进阶段,p=4.9mpa,进油路压力损失∆P=0.3mpa
Pp=4.9+0.3=5.2mpa
液压缸流量计算以快进恒速流量q=4.58L/min计算泄漏系数k=1.3
qp≥qv=k∙qlmax=1.3x4.58=5.95(L/min)
液压系统的选择:
定量叶片泵:
通过流量6.67(L/min),额定流量6(L/min),额定压力6.3N选择型号YB-6市场价格195RMB
溢流阀:
通过流量6.67(L/min),额定流量63(L/min),额定压力6.3N
选择型号YF3-10B市场价格150RMB
节流阀:
选择型号L21W市场价格100RMB/套
两位三通阀:
通过流量4.26(L/min),额定流量10(L/min),额定压力6.3N
选择型号23D-10B市场价格150RMB
三位四通阀:
额定流量6(L/min),额定压力16N,选择型号34DF3-E4B
市场价格220RMB
3.2液压回路得点顺序表
X快进
1YA
X快退
2YA
X工进/退
3YA
Y快进
4YA
Y快退
5YA
Y工进/退
6YA
X手动进
+
-
-
-
-
-
X手动退
-
+
-
-
-
-
Y手动进
-
-
-
+
-
-
Y手动退
-
-
-
-
+
-
X工进
+
-
+
-
-
-
X快进
+
-
-
-
-
-
X工退
-
+
+
-
-
-
X快退
-
+
-
-
-
-
Y工进
-
-
-
+
-
+
Y快进
-
-
-
+
-
-
Y工退
-
-
-
-
+
+
Y快退
-
-
-
-
+
-
第4章PLC控制系统设计
4.1系统功能设计
了解设计零件的加工工艺需要,需要主轴电机与泵站电机,其中输入端口有主轴启动、X/Y轴选择、手动选择、手动进、手动退、手动回位、循环启动、急停、泵启动、ST0-ST4传感器输入、SQ0-SQ4传感器输入;plc需要分配2个输出口分别控制电机与液压泵,即Y0/Y7,还需要3个输出端口控制X轴快进,共进,快退三个缸即Y1/Y2/Y3,3个输出端口控制Y轴快进,共进,快退三个缸即Y4/Y5/Y6
,
4.2PLC的选型设计
输入端口一共需要19个地址端口,输出端口一共需要8个地址端口,
选择型号为EC10-2416BTA的PLC控制器,其特点是小机型、高配置、大容量、高速度,内置高速处理:
6路高速脉冲输出,最大50KHZ;2路100KHZ高速脉冲输出,程序容量达到12k,基本指令只需0.3uS,可扩展4个模块,主模块24个输入口/16个输出口,其中PLC工作电压100-240V,输出频率100khz,PLC市场价格1320RMB
4.3I/O口的点数及地址分配
M1
自动运行
M2
手动运行
M3
y快进
M4
+X工进
M5
+Y工进
M6
X工退
M7
+Y工进
M8
M9
+Y工进
M10
X工退
M11
Y工退
M12
X工退
M13
M14
X工退
M15
Y工退
M16
+X工进
M17
Y工退
M18
M19
Y工退
M20
+X工进
M21
+Y工进
M22
+X工进
M23
M24
y快退
M25
x快退
M30
X进
M31
y进
M32
x退
M33
y退
T1
+Y工进延时
T2
Y工进延时
T3
X工退延时
T4
X工退延时
T5
Y工退延时
T6
Y工退延时
T7
+X工进延时
T8
+X工进延时
SB1
X0
泵启动
SB2
X1
急停
SB3
X2
循环启动
SB4
X3
手动
ST0
X4
原点位置
SB5
X5
手动回位
X6
SQ0
ST4
X7
ST4
SQ1
X10
SQ1
SQ3
X11
SQ3
ST3
X12
ST3
SQ2
X13
SQ2
ST2
X14
ST2
SQ4
X15
SQ4
ST1
X16
ST1
X17
X、Y选择
X20
进
X21
退
X22
主轴启动
Y0
泵站电机
Y1
1YA
Y2
2YA
Y3
3YA
Y4
4YA
Y5
5YA
Y6
6YA
Y7
主轴电机
4.4画出电气原理回路设计
4.5流程图
4.6PLC程序设计
第5章PLC系统程序调试
5.1理论上的PLC输出对应如下表所示
输出端口
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
输出位置
泵站电机
1YA
2YA
3YA
4YA
5YA
6YA
主轴电机
5.2实际遇到的问题
编译程序,在仿真软件中运行程序,首先进行手动调试,选择坐标轴,然后控制快、进运动,程序无错误,接着进行自动调试,用开关代替各个位置的传感器,原位传感器得到信号,Y开始快进,此时理论上只有下一个控制传感器能控制其X工进运动,然而在实际调试中,通过按动各个传感器开关按钮,发现其他传感器的按动也控制了X的工进,解决方法,在起始快进的时候程序上加上各个控制位置的常闭互锁,防止后续传感器的控制凌乱,导致不能准确控制,在控制到加工位置是否到位后,用按钮控制时,需要控制按钮的先后顺序,如果先后顺序不同,则达成的目的不同。
当仿真程序调试完成后,讲程序传至PLC控制器中,按照线路连线,再进行模拟调试,自动程序模拟正常,当手动模拟时,按下手动开关,再按进、退开关,发现不能让那个控制轴的运动,经检查,发现手动开关是点触开关,若要进行手动控制,则应该一直按住手动开关,才能使其处于手动模式。
结论
通过本次实训,掌握了PLC控制器的液压控制系统开发流程,熟练并掌握了各种液压元件的技术参数和使用方法,熟悉了使用梯形图编写液压系统的控制软件,并且最后调试好硬件,实现实验目的。
通过此次综合练习,提高了我们的综合动手能力,进一步掌握了X-builer的应用,包括所编梯形图中问题的发现,问题的解决,也对利用梯形图编制循环加工程序有了进一步的掌握,
自我总结
本次PLC程序控制器实习,将以前所学的PLC与液压原理相结合,通过PLC梯形程序进行控制,实现对所设计零件的自动手动加工,在起初的零件设计阶段,我们最初局限于示例参考题目中,轴类零件的车削加工,以至于起初的设计都为轴类零件,且加工过程也和例题相似,后来经过探讨和老师的指点,决定进行台阶的回型铣削。
在液压系统的设计时,要确定液压缸的各项参数,以及各个状态的负载力,也必须算出液压缸在各种工作状态的流量,其流量决定着工作轴的快进速度、工进速度、快退速度,如果流量与加工切削不合适,在加工过程中,容易引起切削力不足,零件的加工质量粗糙度无法达到要求,所以液压缸流量的控制是加工运动的关键。
在本次实训中,主要任务是程序的编制,通过程序的编制进一步掌握了X-builer的应用,包括所编梯形图中问题的发现,问题的解决,例如在编制所设计零件的加工控制梯形图时,由于是台阶的回型铣削,需要设计循环控制程序,在程序的编制中应注意前一运动环节和后一运动环节的相互制约,在任意一个面的铣削中,由于设计采用来回走刀的路线,则要进行垂直于切削方向上的延时进给,这样既能保证加工精度,也能保证加工效率,避免某一方向上的空走刀,当此面加工结束后,理论上进行下一个面的加工,实际上需要各个位置到位的信号,应该注意两钟情况,1,当正向工进到位时,此面的加工也到位,则进行下一面的加工;2,当反向工进到位时,此面的加工也到位,则先自动进行正向回位,回到检测位置,即下一面的加工起点,进行下一面的加工。
如果不考虑2钟情况,则在实际加工过程中,不能确定毛坯的大小,不能确定零件此面加工完成后到位是否在下一面的加工起点,所以需要条件进行判断及控制,通过此次程序编制过程,进一步熟练利用辅助M线圈来进行梯形图的设计,也更加掌握自锁与互锁的运用,如果自锁互锁运用不到位,则会导致程序控制的不准确性,例如在此次梯形图PLC程序控制中,如果自锁互锁运用不到位,则可能引起工进,快进,快退的同时运行,或者在循环加工过程中程序工进后不能延时后工退等情况。
其次在此次实训中,学会了MC和MRC指令的运用,在程序编制过程中还应注意梯形图的编制顺序,有几个串联电路相并联时,应将串联触点多的回路放在上方,在有几个并联电路相串联时,应将并联触点多的回路放在左方。
在实际连线过程中,注意电器元件正负极的方向,由于本次模拟是用开关盒来代替传感器控制,所以要注意常开常闭开关的选取。
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- 关 键 词:
- PLC 控制 液压 加工