畢業(yè)論文---液壓折彎機PLC控制系統(tǒng)的設計.doc

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1、第54頁 1緒論1.1選題背景及目的近幾十年來，由于電子技術以及計算機應用技術的日益普及化，使得板材折彎自動控制技術得到較快發(fā)展。出現了一大批高精度微機控制的液壓板料折彎系統(tǒng)，其中PLC控制系統(tǒng)是一種非常典型的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的液壓折彎機折彎時主要靠人為手動操作，這就使得在折彎板料時主要靠工人的經驗去把握折彎機滑塊的快進、工進的行程，難以準確控制折彎精度，導致誤差較大，折彎工件不夠精度而不符合產品要求，并且折彎機本身也要求對折彎金屬板料具有較高的勞動生產率和一定的精度，這樣，傳統(tǒng)的人為操作勢必不能達到較高的勞動生產率的要求，也難以長久得保持一定的折彎精度，而且人為操作經常易出現操作失誤，導致浪費折彎

2、材料，從而加重了生產成本。在這種情況下勢必要改變傳統(tǒng)靠人工操作的方式，鑒于PLC控制技術的日趨成熟，設計一種由PLC控制的液壓板料折彎系統(tǒng)有著非?，F實的意義。這種由PLC控制的系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的人為操作的不足，不僅提高了精度，節(jié)約了材料，省卻了很多人為的失誤，而且大幅度的提高了生產率，是對傳統(tǒng)的折彎機控制系統(tǒng)的重大改進，有著非?，F實得意義。選擇該題目的目的和意義：經過在四川德陽東方汽輪機廠深入的實習，進行對液壓折彎機PLC控制系統(tǒng)的設計，實習及設計的整個過程鞏固了基本理論和專業(yè)知識；培養(yǎng)了生產實際分析、解決實際問題的能力和初步的研究思想及創(chuàng)新能力。同時，提高了設計能力及查閱資料能力，這些能力的提

3、高有助于快速的適應以后的工作。通過這次的畢業(yè)設計，認識到動手能力級理論聯系實際的重要性。1.2國內外研究現狀1.2.1折彎機的發(fā)展狀況目前，國內外折彎機發(fā)展速度較快，折彎機的更新換代速度也較快，折彎機的應用也很廣泛，在飛機、造船、汽車、電器業(yè)等上面都有應用。就我國生產折彎機的情況來說，已形成各種式樣的折彎機的生產類型數種，生產折彎機的廠家也有數百十家，像折彎機的專業(yè)生產廠商有：南通江海機床有限公司，無錫市威華機械有限公司，南通雙利剪床有限公司，江南機械制造有限公司等，他們在折彎機的生產規(guī)模及折彎機的制造技術上都在國內處于領先，包括專業(yè)生產折彎機模具的廠家也有數家，比方說馬鞍山新興機械刃模廠，上

4、海蘇力機械刀具有限公司等都是多年從事折彎機磨具的生產廠商。目前國內對折彎機的需求量也很大。但國內折彎機的發(fā)展水平仍落后于國外。折彎機的類型也多種多樣，有液壓折彎機、數控折彎機、招標折彎機、冷凝器折彎機、手動折彎機、母線折彎機，剪板折彎機等數十種，用途非常廣，配備各種不同的模具就能將金屬板料折彎成各種不同形狀的工件，當配備相應的裝備時，還可作從孔之用。其中液壓折彎機又有很多系列型號，常見的有：WC67Y 液壓板料折彎機、WC67K 液壓板料數控折彎機、2-WC67Y系列雙機聯動液壓折彎機、2WE67K 雙機聯動數控折彎機、HPB系列液壓折彎機等。簡單的以數控折彎機發(fā)展為例：80年代，折彎機數控技

5、術應用有了很大的發(fā)展，我國從國外進口的折彎機，幾乎全部配有先進的數控系統(tǒng)。目前，國內折彎機數控系統(tǒng)基本上是引進的，每年要花大量外匯，因外文顯示，操作不便，且不易維修。特別是進口數控系統(tǒng)價格昂貴，用戶難 接受。據此，我們用了近四年的時間，研制成功了具有漢字提示、圖形CADCAM 功能、組配靈活的主從分布式多微機折彎機數控系統(tǒng)折彎機對數控系統(tǒng)的要求，有別于一般的切削加工機床。首先，在折彎過程中工件的幾何形狀隨時改變，若用一般的代碼形式描述，將給用戶造成一定的困難。例如，展開長度、滑塊下行量、擋料位置等需要計算，而這些參數與折彎工藝緊密結合。折制一個工件，用戶準備這些數據要化費很多時間 其次，折彎機

6、的控制軸數隨折彎工件的復雜程度及自動化程度而變，可以從2軸到8軸變化，據報道國外已有22軸的數控折彎機。但各軸之間并無嚴格的聯動及速度要求，精度除滑塊外要求也不高。目前，國內只是針對某特定的折彎機開發(fā)數控系統(tǒng)，其開發(fā)周期長、費用高。困此，開發(fā)一種通用的、模塊化的、軸數可隨意組合的折彎機數控系統(tǒng)是具有現實意義和經濟意義的。1.2.2PLC的發(fā)展歷程1968年美國GM(通用汽車)公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國數宇公司研制出了第一代可編程序控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。隨著集成電路技術和計算機技術的發(fā)展，現在已有第五代PLC產品。在以改變幾何形狀和機械性能為特征的制造工業(yè)和以物理

7、變化和化學變化將原料轉化成產品為特征的過程工業(yè)中，除了以連續(xù)量為主的反饋控制外，特別在制造工業(yè)中存在了大量的開關量為主的開環(huán)的順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作號按照時序動作：另外還有與順序、時序無關的按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制；以及大量的開關量、脈沖量、計時、計數器、模擬量的越限報警等狀態(tài)量為主的一離散量的數據采集監(jiān)視。由于這些控制和監(jiān)視的要求，所以PLC發(fā)展成了取代繼電器線路和進行順序控制為主的產品?？删幊绦蚩刂破饕蛟缙谥饕獞糜陂_關量的邏輯控制，因此也稱PLC。在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領域中是以繼電器控制占主導地位的。在可編程序控制器問世后就改變了傳統(tǒng)的由繼電器構成的

8、控制系統(tǒng)存在的明顯缺點：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度不高等。PLC的發(fā)展與計算機技術、半導體技術、控制技術、數字技術、通信網絡技術等高新技術發(fā)展息息相關。這些高新技術的發(fā)展推動了可編程序控制器的發(fā)展，而可編程序控制器的發(fā)展又對這些高新技術提出了更高、更新的要求，促進了他們的發(fā)展。PLC從簡單的邏輯運算功能，發(fā)展到數據傳送、數據比較、數據運算，直到通信功能，功能的不斷發(fā)展使PLC能適應各種工業(yè)生產過程控制的要求，從而在工業(yè)生產過程控制領域中成為主流產品之一。PLC的發(fā)展適應工業(yè)生產過程控制的要求，適應工業(yè)環(huán)境的要求。PLC能如此迅速發(fā)展的原因，除了工業(yè)自動化的客觀需要外，還有許多獨

9、特的優(yōu)點。它較好地解決了工業(yè)控制領域中普遍關心的可靠、安全、靈活、方便、經濟等問題。其主要特點有：編程方法簡單易學；功能強，性能價格比高；硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強；可靠性高，抗干擾能力強；系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少；維修工作量小，維修方便；體積小，能耗低。在PLC的發(fā)展初期，由于其價格高于繼電器控制裝置，使得其應用受到限制。但最近幾年來，PLC的應用面越來越廣，使得PLC的成本下降，PLC的功能大大增強。再短短的二、三十年中，PLC得到了如此飛速的發(fā)展，并在各行各業(yè)得到了廣泛的應用，這些事實說明，PLC具有強大的生命力。PLC將在工業(yè)控制領域發(fā)揮越來越大的作用，并將成為工業(yè)控制

10、領域的主要控制設備。1.2.3PLC在折彎機中的應用如今,各國都在研究怎樣將PLC控制技術應用于折彎機控制系統(tǒng)中,怎樣實現折彎機操作的自動化,以便提高折彎機的生產效率等。液壓機是常用的鍛壓機械，生產實際應用已很普遍，機械系統(tǒng)已成為固定模式，要發(fā)展變化也僅僅是在控制系統(tǒng)應用方面的改進，隨著可編程序控制器在繼電器控制和計算機控制的基礎上開發(fā)，近年來可編程序控制器逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術、通信技術融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置?？删幊绦蚩刂破鲝姶蟮目垢蓴_能力、高質量的可靠性，簡單的編程語言以及發(fā)達國家使用PLC的廣泛普及，都使PLC生產量大幅度增加。我國可編程序控制器應

11、用也在快速發(fā)展，在液壓控制系統(tǒng)上的應用有普及的趨勢。從國外來看，折彎機的生產較我國生產有相對靈活的機械性能、優(yōu)秀的耐磨材料和零件設計，有效的折彎效率及先進的折彎控制系統(tǒng)和優(yōu)化合理的設計。如今技術上的差異使得我們不得不加快研究步伐，爭取與國外齊頭并進。1.3折彎機的用途及液壓傳動理論1.3.1折彎機的用途折彎機主要用于加工金屬板材，只要配備各種不同的模具就能將金屬板料折彎成用戶所需形狀，當配備相應的裝備時，還可作從孔之用。折彎機可供飛機、造船、汽車、電器等工廠使用，生產效率較高。當前國內外折彎機滑塊的主流傳動方式液壓傳動，液壓傳動折彎機的特點：傳動力大，在大規(guī)格機器上應用，其性價比相對較高。機床

12、的基本技術參數公稱力，工作臺長度，工作臺高度滑塊行程，工作臺與滑塊間最大開啟高度，滑塊行程速度，空載，工作等。折彎機的性能及特點：液壓折彎機，由板料折彎力表或折彎力計算公式得出折彎力，由于采用液壓傳動，因此在工作時不致因板料厚度變化，或下膜V形槽選擇不當而引起嚴重的超載事故。因此工作平穩(wěn)，激起噪音小，操作方便，特別是在整個工作行程中均有同等的額定壓力。1.3.2液壓傳動理論液壓折彎機采用液壓傳動的方式，液壓傳動是以流體為介質，來實現能量的轉換、傳遞及控制。液壓傳動是利用各種液壓元件組成具有不同控制功能的基本回路，再由若干基本回路組成傳動系統(tǒng)來進行能量轉換、傳遞和控制。以液體為工作介質的液壓傳動

13、具有無級調速和傳動平穩(wěn)的優(yōu)點，故在磨、拉、插、刨、銑等機床上得到廣泛應用；因其布置方便并易實現自動化，在組合機床上應用較廣；由于執(zhí)行的輸出力（或轉矩）較大、操縱方便、布置靈活，液壓元件和電器易實現自動化和遙控，在冶金機械、礦山機械、鉆探機械、起重運輸機械、建筑機械、塑料機械、農業(yè)機械、液壓機、鑄造機以及飛機和軍艦上的許多控制機構都普遍采用液壓傳動。一部完整的液壓機一般主要由三部分組成，即原動機、傳動機構和工作機。原動機包括電動機、內燃機等。工作機即完成該機器之工作任務的直接工作部分。由于原動機的功率和轉速變化范圍有限，為了適應工作機的工作力（轉矩）和工作速度（轉速）變化范圍較寬的要求，以及其它

14、操作性能的要求，在原動機和工作機之間設置了傳動機構。傳動機構通常分為機械傳動、電器傳動和流體傳動機構。流體傳動是以流體為工作介質進行能量轉換、傳遞和控制的傳動。它包括液體傳動和氣體傳動。液體傳動是以液體為工作介質的流體傳動。它包括液力傳動和液壓傳動。夜力傳動是主要利用液體動能的液體傳動。液壓傳動是主要利用液體壓力能的液體傳動。1.3.2.1液壓傳動的優(yōu)點（1）液壓傳動的各種元件，可根據需要方便、靈活的來布置；（2）重量輕、體積小、運動慣性小、反應速度快；（3）操縱控制方便，可實現大范圍的無級調速；（4）可自動實現過載保護；（5）一般采用礦物有位工作介質，相對運動面可自行潤滑，使用壽命長；（6）

15、 很容易實現直線運動；1.3.2.2液壓傳動的主要缺點：（1）由于流體流動的阻力損失和泄露較大，所以效率較低。如果處理不當，泄漏不僅污染場地，而且還可能引起火災和爆炸事故。（2）工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作。（3）液壓元件的制造精度要求較高，因而價格較貴。（4）由于液體介質的泄漏及可壓縮性影響，不能得到嚴格的定比傳動。1.4 液壓板料折彎機的結構及工作原理1.4.1液壓板料折彎機的結構下圖1是折彎機的結構圖： 圖折彎機整體結構圖以下列舉一組折彎機膜具圖，如圖12： 圖 12折彎機模具圖根據用戶采用的不同的膜具，可將金屬板料折彎成不同形狀的工件。當配備相應的裝

16、備時，還可作沖孔之用。 1.4.2液壓板料折彎機的工作原理液壓折彎機是采用液壓傳動的方式控制的液壓機。這次設計的液壓折彎機主要由機械主機、液壓系統(tǒng)和PLC電氣控制3部分組成。液壓機有兩種工作狀態(tài)，即自動循環(huán)和手動狀態(tài)。設計的液壓折彎機PLC控制系統(tǒng)使其能夠完成空運轉（滑塊上限），快進（滑塊快速下行）工進（滑塊慢速下行）快退（滑塊快速上行）的動作。如下工況圖所示其動作：圖 1工況圖1.5現代PLC控制技術及其發(fā)展在工業(yè)控制過程中，繼電接觸器控制系統(tǒng)因其沒有運算、處理、通訊等功能，而不能完成復雜的控制方式，2O世紀6O年代PLC控制系統(tǒng)應運而生，它綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術等現代科技

17、，是當今工業(yè)自動控制的標準設備之一；70年代以后，又相繼出現了集散控制系統(tǒng)DCS、現場總線控制系統(tǒng)FCS，現在以及今后很長一段時間內三種控制方式并存，在這一背景下該文分析PLC控制的現狀及發(fā)展前景。1.5.1PLC控制系統(tǒng)的特點與功能可編程序控制器(Programmable Logic Controller簡稱PLC)是一種專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的數字運算電子系統(tǒng)，它將計算機技術、自動控制技術和通訊技術融為一體，成為實現單機、車間、工廠自動化的核心設備，具有可靠性高、抗干擾能力強、組合靈活、編程簡單、維修方便等諸多優(yōu)點。隨著技術的進步，其控制功能由簡單的邏輯控制、順序控制發(fā)展為復雜的連續(xù)控制

18、和過程控制，成為自動化領域的三大技術支柱(PLC、機器人、CADCAM)之一。其主要應用的技術領域有：順序控制、過程控制、位置控制、生產過程的監(jiān)控和管理、結合網絡技術等。PLC的主要功能：在線數據采集和輸出；控制功能（包括順序控制、邏輯控制、定時、計數等；數據處理功能）；既能進行基本數學、邏輯運算，還可通過編程實現復雜的控制算法；輸人輸出信號調制功能；通信、聯網功能；可進行1：N的遠程控制、多臺PLC間聯網通信、外部器件與PLC的信號處理單元之間實現程序和數據交換等；支持人機界面功能；編程、調試等。1.5.2PLC的分類及其應用現狀自60年代中期以來PLC產品在電力、冶金、化工等行業(yè)發(fā)揮了重大

19、作用，尤其近2O年來計算機和信息技術的飛速發(fā)展，不斷成倍擴大的功能和成倍降低的價格，使PLC、通訊聯網技術、過程控制軟件都獲得了長足進步，也使PLC的廣泛應用成為可能。（1）根據PLC的IO點數分類及其應用領域大型：不少于1024個IO點，這一類PLC主要用于冶金自動化生產線和電廠。所有的大型PLC都是由系統(tǒng)集成商來完成的，這一類系統(tǒng)的附加值比較高。目前有超過8，000個點的巨型PLC系統(tǒng)在電廠運用。由于鋼鐵行業(yè)的大幅增長，大型PLC在2003年增幅最大。中型：2561，023點，這一類PLC主要也是用作控制系統(tǒng)，運用于冶金、電力、造紙、化工、加工組裝生產流水線、包裝流水線等領域。這一類的系統(tǒng)

20、主要也是由系統(tǒng)集成商來完成，也有個別用戶由自己來完成。小型：64255點，主要用于設備控制，也有用作小型系統(tǒng)控制器的。微型：少于64點，這一類PLC主要用于單臺設備的監(jiān)控，在紡織機械，數控機床，塑料加工機械，小型包裝機械上運用廣泛。（2）PLC的冶金行業(yè)的市場將持續(xù)增加2003年中國的工業(yè)出現了快速增長，工業(yè)產值同比增長在12以上，而且中國的最大鋼鐵出口對象美國在2003年下半年取消了鋼鐵附加稅，中國鋼材對其出口也將迅速回升。這些利好因素刺激了中國冶金行業(yè)的投資，據調查，中國冶金行業(yè)對設備的投資同比增長接近50。冶金設備的大量增長帶動了PLC在該行業(yè)的增長，2003年PLC在冶金行業(yè)的市場達到

21、26億元，2004年有望達到3億元。（3）PLC在紡織行業(yè)的應用分析在中國，PLC在紡織機械上的運用已經有l(wèi)7年的歷史了，從最早的進口合成纖維生產設備到目前的中小型紡機，PLC無處不在。占各類紡織機械 60以上的織機平均每一臺帶有一個小型的PLC，主要用于檢測，報警，速度控制和機器起?？刂啤＜彊C的比例不到5 ，卻用到更多的PLC，單臺紡紗機最多用到17臺PLC，主要是60點以下的微型產品。梳棉機也用微d,型PLC控制。其他各類紡織機械基本上采用PLC控制，只有一些相對簡單的設備采用單片機或者其他控制方式。而且其輔助設備也主要由PLC控制，如循環(huán)水系統(tǒng)，空調系統(tǒng)，蒸氣系統(tǒng)，廢水處理系統(tǒng)，包裝線等

22、。1.5.3 PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展前景現在，雖然出現了性能更加優(yōu)越的DCS和FCS控制系統(tǒng)，PLC控制也終將會被先進的FCS控制所取代，但是，在今后相當長的一段時間內，PLC還會與DCS和FCS共存、基于以下原因：（1）現在企業(yè)的確正在朝著自動化、信息化、開放化的方向發(fā)展，但這是否就意味著要將現有控制系統(tǒng)推到重來呢?答案是否定的。企業(yè)投入大量的人力和財力建立起來的PLC控制系統(tǒng)已經成型，如果要完全推翻再建立新的DCS或FCS控制系統(tǒng)，需要更大的資金投入，將造成很大的浪費。（2）基于以上市場需求，許多軟件廠商(例如：華富惠通軟件公司)正在考慮如何利用企業(yè)已經成型的控制系統(tǒng)及新建的廠級網絡，開發(fā)控

23、制系統(tǒng)軟件，幫助企業(yè)實現工廠自動化、信息化，為企業(yè)提供控制系統(tǒng)與管理網絡的集成。（3）目前，PLC的功能增強、結構優(yōu)化，IO模塊趨向分散化、智能化，編輯工具和編程語言更具標準化和高級化。（4）PLC的聯網通信能力增強，向高速度、多層次、大信息量、高可靠性及開放式的通信發(fā)展。（5）現在的PLC系統(tǒng)與DCS技術、現場總線IO技術相結合，結構開放，擴展方便、技術先進、價格低廉。每種PLC都有自己的工作環(huán)境要求，在選型時應考慮這一點。在設計、安裝時，滿足PLC的工作環(huán)境是最基本的要求，有條件的情況下應盡可能改善現場環(huán)境條件，以求延長其使用壽命、提高系統(tǒng)的可靠性。此外還應注意PLC的通訊電纜和輸入輸出信

24、號電纜應遠離高壓電纜，通訊電纜一般要求穿管。由以上分析可以預見，未來PLC將朝著多功能化、集成化、智能化、標準化、開放化的方向發(fā)展，故PLC雖然面臨其它自動化控制系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，但同時也在吸收它們的優(yōu)點，互相融合，不斷創(chuàng)新，在今后一段時間內將與其它先進控制方式并存，共同發(fā)展。1.5.4結束語PLC已經走過了近40年的里程，PLC以其結構緊湊、可靠性高、功能強、速度快、價格低等優(yōu)點，迅速獲得廣泛應用，已經成為工業(yè)控制系統(tǒng)的主流。據美國專家調查，2000年PLC占控制市場份額超過了50 。目前PLC與DCS相結合的控制系統(tǒng)發(fā)展很快，PLC與DCS相互滲透、相互融合、相互競爭，已成為當前工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)

25、展趨勢。 液壓系統(tǒng)原理的擬定.1系統(tǒng)要求液壓板料折彎機PLC控制系統(tǒng)設計，最大工作壓力：22Mpa；要求快速上行速度為44mm/s,快速下行40mm/s，慢速下行8mm/s,快速向下行程為260mm,慢速下行工作行程100mm。往復加減速時間為0.2s。.2液壓原理圖的設計通過上述畢業(yè)設計任務書的要求，并且通過翻閱資料查找可繪制折彎機系統(tǒng)原理圖21，如下：圖1折彎機系統(tǒng)原理圖上述折彎機的原理圖清楚的表達了折彎機的工作原理，再根據上述折彎機原理圖可以擬定出系統(tǒng)工況及設計出折彎機系統(tǒng)工況圖：快進工進快退。下圖是繪制的折彎機的工況原理圖22。圖22折彎機工況原理圖通過以上的設計可草擬液壓系統(tǒng)原理圖，

26、如下所示，共有三種設計方案。方案一：圖23液壓系統(tǒng)原理圖本液壓系統(tǒng)可以通過采用流量為25Lmin的定量柱塞泵，可實現空程快速下行、滑塊慢速接近和加壓、保壓、卸壓、回程和任意停止等動作，具有點動、單次行程和連續(xù)行程等工作方式。本系統(tǒng)在長期生產應用中易產生：滑塊下壓時壓緊力不穩(wěn)，造成各折彎件變形存大較大差異；滑塊返程時的速度極其緩慢，遠沒有達到系統(tǒng)設定的速度等問題，不利于長期應用。因而本次設計也就不采用此方案。方案二：圖24液壓系統(tǒng)原理圖本液壓系統(tǒng)控制可實現左、右折彎的平穩(wěn)性，采用了出口節(jié)流調速回路。液壓系統(tǒng)采用雙聯泵供油，以實現左、右折彎液壓回路壓力和速度的獨自調整，互不干涉。為了減小功率損耗，

27、液壓系統(tǒng)采用了電磁溢流閥卸載回路。研制的出的折彎機主機結構新穎，工作可靠、效率高?？蓪⒉煌睆降陌袅险鄢刹煌螤畹漠a品，并能實現一次三彎折彎成型。但由于該系統(tǒng)的左右端都具備控制折彎的功能，就導致折彎機成本相對的增高，對生產實際不具備普遍性，適用于專用的場合。而且本液壓系統(tǒng)相對復雜，要設計出相應的PLC控制系統(tǒng)難度就大，從經濟上和實用上考慮并且鑒于本次設計時間相對短暫及本人能力也相對有限，本次設計亦不采用此液壓系統(tǒng)進行設計方案三：圖5液壓系統(tǒng)原理圖3本液壓系統(tǒng)結構清晰，并且可以很好的實現快進工進快退的動作控制，按照設計要求，希望系統(tǒng)結構簡單，工作可靠，在這一方面對于方案二的液壓系統(tǒng)的有一定的改善

28、。它取消了左右都具備折彎的功能，可以降低生產的成本，因而具有一定的通用性，并且根據此液壓系統(tǒng)設計出的PLC控制系統(tǒng)可靠性高，性能穩(wěn)定，操作方便。綜合以上三種方案，我這次設計采用方案三進行進一步的設計計算。對于上述方案三，以及工況原理圖相結合，我可以設計出液壓系統(tǒng)工作期間各個電磁鐵的動作表，如下表21所示：表21折彎機電磁鐵動作表工況1DT2DT3DT4DT5DT6DT空運轉+快進工進快退點動3液壓折彎機PLC控制系統(tǒng)主要參數的確定3.1基本結構參數原始尺寸：液壓板料折彎機系統(tǒng),最大工作壓力：22Mpa,工件材料為金屬。要求執(zhí)行元件快速上行速度為44mm/s，快速下行速度為40mm/s，慢速下行

29、工作速度為8mm/s，快速向下行程為260mm，慢速向下工作行程100mm。往復加減速時間0.2s。公稱壓力為630千牛。3.2主要工作參數的計算3.2.1計算液壓缸的參數3.2.1.1工作臺液壓缸外負載的確定工作負載可用下式公式計算： （3）（32）式中，液壓缸軸線方向上的作用力（N）；液壓缸軸線方向上的重力（N）；運動部件的摩擦力（N）；運動部件的慣性力（N）；液壓缸的工作負載力（N）；由已知條件，其中公稱負載力為630千牛，則有效負載力慣性力（N）摩擦力由液壓缸的密封阻力與滑臺運動時的摩擦力組成。當密封阻力按%5有效作用力估算時，總的摩擦阻力（N）故總負載力 （N）（1）確定系統(tǒng)的工作壓

30、力由已知條件，知道系統(tǒng)的最大工作壓力為（2）確定液壓缸的幾何參數因為采用無干腔工作，所以由下式公式計算： （33）式中，液壓缸內徑（m）；液壓缸工作負載（N）；液壓缸機械效率，一般取；液壓缸工作壓力（Pa）；液壓缸回油腔壓力，即背壓力（Pa）。3.2.1.2活塞桿直徑的確定（1）按速比要求確定活塞桿直徑（34）式中，液壓缸內徑（m）；活塞直徑（m）；液壓缸往返工作速度之比。速比的確定：當往返速度都有一定要求時，速比應按速度的比值來確定，即。一般，液壓缸速度在610 m/min左右時，速比和工作壓力有如表31所示的關系，可按表31選定速比值。表31速比與工作壓力的關系壓力（MPa）12.5202

31、0速比1.331.46,22確定的速比值要符合JB106867的系列數值。該系列規(guī)定的速比為：2，1.46，1.33，1.25，1.15。（2）按工作壓力確定活塞桿直徑對于有常用速比的液壓缸，可根據缸的不同工作壓力和已知的缸體內經D值，選定桿徑d(表32)。表32按工作壓力確定活塞桿直徑缸的工作壓力(Mpa)577活塞直徑d（0.50.56）D(0.620.7)0.7D按表31，由最大工作壓力（MPa）,所以取速比，則由公式（34）計算：（34）或由表32亦可知。一般取背壓，,取3.14，帶入公33式得：因而根據上述計算求出了缸體內經D值，由公式（34）可以得出桿徑：按表33，34取液壓缸系列

32、化的標準尺寸。表33 液壓缸內徑系列（JB2183-77） (mm)1620253240505563708090100110125140160180200220250320400500630當活塞桿直徑求出之后，要按JB2183-77標準系列尺寸圓整。以下是活塞桿的標準直徑系列，如表34所示：表34 活塞桿直徑系列（JB2183-77） (mm)410121416182022252832354045505563708090100110125140160180200220250280320360400450500所以液壓缸系列化的標準尺寸為：，。當速比選定時，活塞桿與液壓缸內徑有表35所示的關系

33、，可以選用。表35 活塞桿直徑液缸體內徑的關系缸體內徑D(mm)活塞桿直徑 d(mm)速比21.461.331.251.154028222018145035282522186345353228228055454035289060504540321007055504535110806055504012590706055451401008070605015010585756555160110908070551801251009080632001401101009070 由上表亦可選出，。（3）液壓缸的推力計算當液壓缸的基本參數確定之后，即可用下式計算出實際工作推力。(N)（35）式中,A活塞有效工

34、作面積（）；液壓缸工作壓力（）。其中，,。由公式（35）得：。（4）液壓缸的流量計算當液壓缸基本尺寸確定之后，即可用下式來計算其所需要的工作流量：（36）式中，液壓缸或活塞桿工作速度；液壓缸有效工作面積。其中，。由公式（36）得：（5）活塞桿直徑的驗算：按強度條件驗算活塞桿的直徑取活塞桿長度，按下式驗算：（37）式中，活塞桿推力（N）；活塞桿長度（m）；活塞桿材料的許用應力；材料屈服極限；安全系數，選取活塞桿材料為45號優(yōu)質碳素結構鋼，其取，則計算活塞桿許用應力得：則把前面計算的代入活塞桿直徑的驗算公式（37），得：由前面算得的經以上驗算可知活塞桿直徑符合要求。（6）液壓缸壁厚的確定液壓缸壁厚

35、的計算：對于高、中壓系統(tǒng)的液壓缸，其壁厚應按厚壁液壓缸()計算,即： （38）式中，缸壁厚度（m）；實驗應力（Pa）；當額定壓力時，；當額定壓力時，；液壓缸內徑（m）；缸體材料的許用應力；材料的抗拉強度；安全系數，一般可取。額定壓力取將，的值及液壓缸直徑代入公式（38）可得： 則取壁厚為。（7）液壓缸外徑的計算液壓缸外徑的計算用下式公式： （39）式中，液壓缸外經；液壓缸內徑；液壓缸壁厚。代入內徑及壁厚值，由公式（39）可得：（mm）液壓缸的外徑按標準JB1068系列或無縫鋼管的尺寸選取，參看表36：表36工程機械用標準液壓缸外徑（JB106867）液壓缸內徑90100110125液壓缸外徑2

36、0號鋼工作壓力(MPa)10812113314645號鋼1081211331462510812113315231.5114127140152液壓缸內徑140160180200液壓缸外徑20號鋼工作壓力(MPa)16819421925045號鋼1681942192502516819421925031.5亦可得液壓缸外徑為250mm。（8）液壓缸的進出口尺寸的確定液壓缸的進出口尺寸，是根據油管內的平均流速來確定的。要求壓力管路內的最大平均流速控制在45m/s以內，過大會造成壓力損失劇增，并會引起氣蝕、噪音、振動等，因此油口不易過小。但是，也要注意到結構上的可能。一般按表37選取或按38選取。表37

37、液壓缸進出口尺寸 液壓缸內徑 (mm)進出口尺寸 錐螺紋接頭法蘭接頭(mm)31.54010456315711122012516025170190 32200224 4025050 表3工程機械液壓缸基本參數項 目缸筒外徑(mm)活塞桿直徑(mm)進出口連接20號鋼45號鋼速比 公稱直徑壓 力12516020025032021.461.331.25缸筒內徑(mm)4050505050542822201810506060606063.5352825221063767676838345353228158095959510210255454035159010810810810811460504540

38、1510012112112112112770555045201101331331331331408060555020125146146146152152907060552014016816816816816810080706025150180180180180180105857585251601941941941941941109080702518021921921921921912510090803220024524524524524514011010090323.2.2確定液壓泵規(guī)格和電動機功率及型號3.2.2.1確定液壓泵規(guī)格：（1）確定理論流量：液壓缸最大流量由公式（36）得：m/s=

39、42.3 L/min（2）確定液壓泵流量液壓缸的最大流量是系統(tǒng)的最大理論供油量?？紤]到泄露流量和溢流閥的溢流流量，可取液壓泵流量為系統(tǒng)最大理論流量的1.11.3倍?，F取1.2倍值計算，則用下述公式計算液壓泵流量。（310）式中，液壓泵流量（m/s）由（1）計算出的帶入（310）式得：由上式的計算值，查找機械設計手冊液壓傳動，選擇型號為63MCY14-1B的軸向柱塞泵，其性能參數為下表所示： 表39 液壓泵技術性能型號排量ml/r額定壓力MPa額定轉速 r/min驅動功率 kW容積效率 %重量 kg63MCY14-1B6332150059.256則由上表可計算出泵的理論流量，計算公式如下所示：（

40、311）式中，泵的理論流量；泵的角速度；泵的排量。把，帶入公式（311）得： 則泵的理論流量為94.5L/min。3.2.2.2確定電動機功率及型號：電動機功率用下式公式計算： （312）式中，電動機功率；最大工作液壓負載；泵額定流量。其中，=22（MPa），則帶入公式（312）得：所以取主電動機的型號為,其額定功率為，轉速1500r/min。3.2.3確定各類控制閥系統(tǒng)最大工作壓力為22Mpa,油泵額定最高壓力為32Mpa，所以可以選取額定壓力大于或等于32Mpa的各種元件，其流量按實際情況選取。本液壓系統(tǒng)可以選取控制閥型號為以下系列：節(jié)流閥的型號為：；電磁換向閥的型號為：34EC-H10B

41、-T，34EP-H10B-T；液控操縱單向閥型號為：；電磁溢流閥的型號為：；壓力表開關：；壓力表：Y-100；網式慮油器： ；3.2.3.1通徑的選擇閥類一經選定，管道的通徑基本上已經確定，這是標準化設計的一大方便。只有在有特殊需要時才按管內平均流速的要求計算管道通徑。按標準： 25L/min 流量處，選用通徑的管道。10L/min 流量處，選用通徑的管道。3.2.3.2壁厚計算壁厚按強度公式計算有： （313）式中，壁厚；材料的許用應力。 其中（314）式中，材料的強度極限；材料的安全系數；因為本液壓系統(tǒng)屬于高壓系統(tǒng)，所以安裝管道采用的材料為45號優(yōu)質碳素結構鋼。通過查材料力學書，查得45號

42、鋼的，；則45號鋼：又由前面知道則將以上數據代入公式（313）計算得： 所以可以取、壁厚1mm和、壁厚0.8mm的45號鋼管?？紤]到擴口處管子的強度，壁厚可以略有增加，一般按常用45號鋼管的規(guī)格選取即可。3.2.4油箱的設計金屬切削機床的液壓泵裝置，主要有兩種結構形式：集中式與分散式。集中式液壓裝置是在機床之外另設單獨的液壓站，油箱的結構尺寸不受床身結構尺寸的限制，安裝、維修都很方便，并且，油源的振動及發(fā)熱對機床幾乎沒有影響，但它增大了機床的占地面積。分散式液壓裝置，是利用床身的一個或幾個空腔作為油箱，它的主要優(yōu)點是結構緊湊，泄露油易回收，但是油源的振動、發(fā)熱對機床的工作精度都將產生不利影響。

43、液壓站由油箱、液壓泵裝置和液壓連接裝置三部分組成。目前，國內機床用液壓站，有YZ系列、YGF系列及YGC系列等，這部分內容可參閱液壓零件設計手冊液壓傳動和氣壓傳動（以下簡稱零件手冊）。目前國內組合機床所用液壓站，可參閱大連組合機床研究所的產品系列。在開始傳動的油路系統(tǒng)中，油箱是必不可少的。它的作用是：儲存油液，凈化油液，使油液的溫度保存在一定范圍內，以及減少吸油區(qū)油液中氣泡的含量。因此，進行油箱設計時要考慮油箱的容積、油液在油箱中的冷卻和加熱、油箱內的裝置和防噪音等問題。3.2.4.1油箱有效容積的確定：從油箱的散熱、沉淀雜質、分離氣泡等職能來看，油箱容積越大越好。但容積太大，會導致體積大，重

44、量大，操作不便，特別是在行走機械中矛盾更為突出。對于固定設備的油箱，一般建議其有效容積V為液壓泵每分鐘流量的三倍以上。通常根據系統(tǒng)的工作壓力來概略的確定油箱的有效容積V：壓力超過中壓，連續(xù)工作時，油箱有效容積V應按發(fā)熱量計算確定。在自然冷卻情況下，對長、寬、高之比為1：（12）：（13）的油箱，油面高度為油箱高度的80%時，其最小有效容積可近似按下式確定：（315）（W）（316）式中，油液溫升值；系統(tǒng)允許的最高溫度；環(huán)境溫度；系統(tǒng)單位時間的總發(fā)熱量；液壓泵的輸入功率。設計時，應使 ，則油箱的散熱面積的近似值為（）（317）則油箱的總容積為（）（318）對于本液壓系統(tǒng)，油箱的有效容積可以用以下

45、經驗公式確定： （319）式中，系數；油箱的有效容積；油泵額定流量。低壓系統(tǒng)，；中壓系統(tǒng)，；高壓系統(tǒng)，。取，由于（L/min）,代入公式（319）得：3.2.4.2油箱的冷卻和加熱現代機械設備的液壓系統(tǒng)，要求結構緊湊，占地面積小，但這又常常使得散熱面積不能滿足發(fā)熱驗算的要求；另一方面，氣候寒冷時又應考慮防止油溫過低的面積，因此，必須重視油液的冷卻和加熱問題。（1）油液的冷卻器有風冷式和水冷式兩大類。風冷式冷卻器不需要水源或循環(huán)水源裝置，但它的傳熱系數較小，常見的如汽車散熱器。水冷式冷卻器又分為蛇形管式（俗稱冷卻水管），板式，多管式等三種形式，其中第一種結構簡單，體積小，應用最為普遍，但冷卻效果

46、差。當冷卻水管用銅管時，傳熱系數為110175W/MC，板式冷卻器的效果最好，傳熱系數為465W/MC，多管冷卻器的傳熱系數為116W/MC。（2）油液的加熱。為了保證油路系統(tǒng)中油液的溫度不低于15，在氣溫低的季節(jié)，啟動油泵前往往需要將油液加熱，一般在油箱中內安放電加熱器。電加熱器一般呈水平狀態(tài)安裝于油箱側壁上，并且使發(fā)熱部分全部分浸在油里。3.2.4.3油箱的結構設計進行油箱結構設計時，首先要考慮的是油箱的剛度，其次是要考慮便于換油和清洗油箱以及安裝和拆卸油泵裝置，當然，油箱的結構應盡量簡單，以便于密封和降低造價。（1）油箱體。油箱體一般由A3鋼板焊接而成，取其鋼板厚度為36MM，箱體大者取

47、大值。油箱分為固定式和移動式兩種，前者應用較多，油箱側壁上安裝油位指示器，電加熱器和冷卻器，油箱底面與基礎面的距離為150200MM，油箱下部焊接底腳，其厚度為油箱側壁厚度的23倍。中小型油箱體側壁為整塊鋼板，大型油箱在與隔板垂直的一個側壁上常常開清洗孔，以便于清洗油箱。（2）油箱底部。油箱底部一般為傾斜狀，以便于排油，底部最底處有排油口，要注意排油口與基礎面的距離一般不小于150MM。焊接結構油箱，箱底用A3鋼板，其厚度等于或稍大于箱體側壁鋼板的厚度。（3） 油箱隔板。為了使吸油區(qū)和壓油區(qū)分開，便于回油中雜質的沉淀，油箱中常設置隔板。隔板的安裝方式主要有兩種?；赜蛥^(qū)的油液按一定的方向流動，即

48、有利于回油中的雜質，氣泡的分離。又有利于散熱?；赜徒浉舭迳戏揭缌鞯轿蛥^(qū)，更有利于雜質及氣泡的分離。隔板的位置，一般使吸油區(qū)的容積為油箱容積的1/21/3，隔板的高度，約為最低油面的1/2。隔板的厚度等于或稍大于油箱側壁的厚度。（4）油箱蓋。油箱蓋多用鑄鐵或鋼板兩種材料制造。在油箱蓋上應考慮有下列通孔：吸油管孔，回油管孔，通大氣孔（孔應有空氣過濾器或氣體過濾裝置），測溫孔，帶有濾油網的注油口，以及安裝液壓集成裝置的安裝孔。目前使用的泵站系統(tǒng)，往往將液壓泵，液壓泵電動機及集成塊裝置安裝在油箱蓋上，這種油箱結構緊湊，但產生的噪音較大，當箱蓋上安裝油泵和電動機時，箱蓋的厚度應是油箱側壁厚度的34倍。

49、3.2.4.4油箱的防噪音問題防噪音問題是現代化機械裝備設計中必須考慮的問題之一。油路系統(tǒng)的噪音源，以及泵站為首，因此進行油箱設計時，應從下列幾方面著手減輕噪音：（1）箱體及箱蓋的材質，在條件允許的情況下，用鑄鐵代替鋼板，以利于吸振；（2）箱體與箱蓋間增加防振橡皮墊；（3）用地腳螺栓將油箱牢固地固定在基礎上；（4）吸油區(qū)與回油區(qū)之間增加一層60100目的金屬網，以便于分離回油液中的氣泡；（5）油泵排油口用橡膠軟管與閥類元件相連接；（6）回油管管接頭振動噪音較大時，改變回油管直徑或增加一條回油管，使每個回油管接頭的通路減少。3.2.4.5其它注意事項（1）吸油管端部的濾油器與油箱底面的距離不小于

50、20MM，在條件允許時，油箱蓋的吸油管孔應比濾油器的直徑稍大些，以便于對濾油器進行清洗與更換；（2）吸油管，回油管都應插入最低油面以下，管端一般斜切45度，并使斜面向著油箱側壁，管口與箱底，箱壁的距離均不得小于管徑8倍。泄油管一般不插入油中；（3）大型油箱的箱體與箱蓋應有加強筋，以保證剛度；（4）油箱內部應涂耐油防銹漆；3.2.5液壓泵裝置的設計液壓泵裝置是指將電能轉化為液壓能所需要的設備，元件及其輔助元件，具體而言，主要是指電動機，聯軸器，液壓泵，吸油管，排油管以及吸油管口的濾油器。正確地設計尤其是正確地安裝液壓泵裝置，是液壓系統(tǒng)正常工作的重要保證，必須給予足夠的重視。3.2.5.1液壓泵的

51、安裝方法金屬切削機床的液壓站，多用定量或限壓式變量葉片泵。變量葉片泵僅能臥式安裝，而定量葉片泵，無論上是單泵還是雙聯泵，都可以有立式和臥式兩種安裝方法。臥式安裝的液壓泵，其位置又可分為上置式與非上置式兩種。上置式是指液壓泵裝置安裝在油箱上，立式安裝在液壓泵為上置式。各種安裝方式的特點見下表表310 各種安裝方式的比較 安裝方法和比較項目上置立式上置臥式非上置臥式振動情況較大小占地面積小較大油箱清洗較麻煩容易液壓泵工作條件泵浸在油中，工作條件好一般好對液壓泵安裝的要求泵與電動機同心泵與電動機同心考慮液壓泵的自吸高度，吸油管與泵連接處密封要求嚴格泵與電動機同心，吸油管與泵連接處密封要求嚴格應用中，

52、小型液壓站中，小型液壓站較大型液壓站安裝液壓泵應注意的問題：（1）為了防止振動與保證液壓泵的使用壽命，液壓泵必須牢固地緊固在箱蓋或基礎上，注意經常檢查連接螺釘是否松動。（2）調整好液壓泵與電動機的聯軸器，使二者同心，用手撥動聯軸器時不能有松緊不一致的現象。（3）在有條件的情況下，盡量將液壓泵安裝在油液內。（4）液壓泵吸油管路的安裝必須注意密封可靠及油管插入油液有足夠的深度，以防止空氣被吸入液壓泵中。（5）安裝液壓泵時，應注意各類液壓泵的吸油高度，正確確定液壓泵與油液液面的距離。3.2.5.2液壓泵與電動機的連接液壓泵與電動機之間的聯軸器，一般用簡單型彈性圓柱銷聯軸器或彈性圓柱銷聯軸器，其二者的

53、共同特點是傳動扭矩范圍較大，轉速較高，彈性好，能緩沖扭矩急劇變化引起的振動，能補償軸位移，但在使用中應定期檢查彈性圈，發(fā)現其損壞后應及時更換。上述兩種聯軸器中，簡單型彈性圈柱銷聯軸器的結構簡單，裝卸方便，使用壽命長，故比彈性圈柱銷聯軸器用的較多些，應用時，一定要注意彈性圈材料必須用耐油橡膠。安裝聯軸器的技術要求：（1）半聯軸器I盡量做主動件。（2）半聯軸器與電動機軸配合時采用H7/R6配合。與其它軸端則采用低于H7/R6的配合。否則應驗算輪轂強度。（3）最大同軸度偏差不大于0.1MM，軸線傾斜角度不大于40度。3.2.6輔助元件的設計3.2.6.1濾油器液壓系統(tǒng)中油的過濾精度是以污粒最大粒度為

54、標準的，一般分為四種，粗的（D小于等于100PM），普通的（D小于等于10PM），精的（D小于等于5PM），特精的（D小于等于1PM），非伺服系統(tǒng)要求油的過濾精度與壓力的關系為：P小于等于7MPA，D小于等于2570UM，P大于等于7MPA，D小于等于25UM，P等于35MPA，D小于等于10UM；伺服系統(tǒng)一般要求D小于等于5UM。濾油器的安裝，有以下幾種不同情況：（1）濾油器安裝在液壓泵的吸油管路上。要求濾油器有較大的通油能力和較小的阻力。阻力一般不大于（0.10.2）*100000PA，否則吸油不充分，此處的濾油器多用網式和線隙式。（2）濾油器裝于液壓泵的壓油管路上。能保護除泵以外所有的液

55、壓元件，要求濾油器能承受系統(tǒng)工作壓力和沖擊力。過濾阻力不大于350000PA。（3）濾油器裝于回油管路上，可間接保護油路。濾油器本身在低壓下工作，并且允許濾油器有較大的壓力降。（4）濾油器裝于支路油管上。這種方式又稱為為局部過濾。濾油器裝在支路上，其優(yōu)點是可以減小濾油器尺寸，但最主要的缺點是不能完全保證液壓元件的安全，因此重要的液壓傳動系統(tǒng)中不宜采用。（5）濾油器裝在重要元件之前。濾油器應安裝在容易檢修的地方，并避免安裝在液流方向變化的油路上。選擇濾油器主要是應該考慮系統(tǒng)的過濾精度和過濾能力及濾油器的強度，有時還考慮濾油器的抗腐蝕能力。所選擇的濾油器的過濾能力要大于計算出來的數值，吸油管端濾油

56、器的過濾能力，還需為液壓泵流量的兩倍以上，以保證吸油路通暢。3.2.6.2油位指示器油箱上安裝的油位指示器有圓形油標，長型油標等，長型油標公稱尺寸有50，80，120，200MM四種，選擇哪一種規(guī)格，需要考慮油箱的尺寸及液面允許變化量。3.2.6.3空氣濾清器空氣濾清器安裝在油箱蓋上，它包括兩個部分：空氣過濾裝置和加油濾網。其公稱尺寸有30，45，60，90，120MM五種，選擇尺寸時，主要考慮油箱的容積及添加油液的速度。3.2.6.4溫度計為測量油箱內油液的溫度，往往在油箱蓋上測溫孔內插入溫度計，目前常用的溫度計有水銀或有機液體溫度計和壓力式指示溫度計兩種。4軟件編制對于PLC控制系統(tǒng)來說，

57、軟件的設計也是不可缺少的，軟件設計就是利用硬件設計提供的系統(tǒng)編制應用程序，去完成應用要求。一般軟件設計都使用模塊化設計方法，即將應用系統(tǒng)的多種要求劃分為若干個功能模塊，分別編制功能模塊程序，最后再將它們有機地結合起來，組成一個完整的程序，主要是模塊化程序設計方法有利于程序的編制和調試。只有正確的軟件程序結構，PLC控制系統(tǒng)才能正常的工作。程序設計是為了解決其一問題，將指令有序地組合在一起。程序有簡單有繁雜，有些復雜的程序往往也是由簡單的基本程序所構成。4.1軟件設計的一般步驟軟件設計步驟一般是：先分析應用系統(tǒng)對軟件的要求；再進行軟件總體設計，包括程序結構設計，應用程序模塊劃分等；然后進行模塊程序設計；最后進行主程