PLC程序控制研配液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

劉澤民，付麗，敖茜，李慧

(1.天津理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津300384;2.天津市電工銅質(zhì)線材企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300384)

隨著現(xiàn)代制造業(yè)對生產(chǎn)效率和安全作業(yè)的要求越來越高，將自動化應(yīng)用于制造大、中型模具的精加工和裝配的趨勢越來越明顯［1］。這種模具平面尺寸很大，價格十分昂貴，一般是先在仿形銑床上粗加工，然后將粗加工后的模具坯料在研配液壓機(jī)上進(jìn)行研配［2－4］。該液壓研配機(jī)采用PLC 程序控制，操作簡單，安全可靠［5］。

1 研配過程簡介

首先，將標(biāo)準(zhǔn)凸模安裝在研配液壓機(jī)上橫梁的下平面上的翻板上，將紅丹粉涂在標(biāo)準(zhǔn)凸模的型面上;再將粗加工后的凹模坯料裝在移動工作臺上，按下可編程控制器(PLC)上的啟動按鈕，移動工作臺沿著滑軌移動到下橫梁上，在下橫梁上移動工作臺下沉一小段距離使移動工作臺的底面與下橫梁接觸，而移動工作臺的車輪轂不與下橫梁接觸［6－7］。然后，液壓缸驅(qū)動上橫梁和翻板慢慢平行下降，標(biāo)準(zhǔn)凸模的型面與粗加工后的凹模輕輕接觸，使凹模的粗加工面著上紅色，之后液壓缸驅(qū)動上橫梁回升到上限位置，上橫梁的翻板打開并沿著翻板導(dǎo)軌下移到一定位置，檢查凸、凹模型腔面貼合是否均勻，根據(jù)凹模粗加工面上著色紅點(diǎn)的分布，將著紅色處打磨或刮研掉。如此反復(fù)，直至標(biāo)準(zhǔn)凸模型面與凹模型面貼合率達(dá)到要求時為止［1］。

2 主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計

研配液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該模具研配機(jī)具有全鋼焊接框架結(jié)構(gòu)，由左右立柱、上梁、底座組成封閉框架，還有移動工作臺和導(dǎo)軌等。

圖1 研配液壓機(jī)結(jié)構(gòu)圖

主油缸的內(nèi)徑為280 mm，行程為2 070 mm;翻板油缸的內(nèi)徑為100 mm，行程為1 100 mm;升軌油缸的內(nèi)徑為80 mm，行程80 mm。翻板可以沿著翻板導(dǎo)軌下滑，翻板可以翻轉(zhuǎn)180°，使上模具和凹模便于觀察，翻板上有一個掛鉤可以掛在上橫梁上。上橫梁和移動工作臺上都有定位孔，可以固定和鎖緊模具。上橫梁在動態(tài)和靜態(tài)有較高的平行度，上橫梁的停止位置精度要高，并能在操作臺屏幕上顯示。上橫梁有可靠的液壓鎖緊裝置，以防動梁的突然下落。

在翻板翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，翻板與上橫梁是鉸鏈聯(lián)結(jié)，需要翻轉(zhuǎn)時，移動工作臺移動到外部左側(cè)起始位置，然后翻板由翻板油缸活塞桿頭部的擺動缸掛鉤推動翻板向外側(cè)90°的豎直位置翻轉(zhuǎn)，上橫梁下降使翻板前部的滾輪落到翻板導(dǎo)軌面上，然后上橫梁繼續(xù)下降，滾輪沿曲線導(dǎo)軌向前滾動，掛鉤與翻板銷軸脫開，墊板翻到180°水平位置，此時上橫梁停止運(yùn)動。翻板翻回時，首先上橫梁上升帶動翻板上升，翻板沿曲線導(dǎo)軌移動，翻板由180°位置向垂直狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，當(dāng)翻板轉(zhuǎn)到90°的豎直位置后，銷軸進(jìn)入掛鉤，此時上橫梁停止上升，翻板油缸活塞桿收回，掛鉤將翻板拉回水平位置并鎖緊［1］。

其技術(shù)要求是:安裝立柱時，保證框架機(jī)身與下橫梁的垂直度不大于0.05 mm，;導(dǎo)軌總成裝在主滑塊上，應(yīng)保證滑塊導(dǎo)軌與滑塊下平面的垂直度不大于0.03 mm，最終調(diào)整后把滑塊導(dǎo)軌與滑塊焊接固定;導(dǎo)軌手工磨平刮研八面導(dǎo)軌進(jìn)行精確調(diào)整，使滑塊與工作臺的平行度不大于0.03 mm，垂直運(yùn)動直線度不大于0.03 mm;調(diào)整液壓銷，使翻板與主滑塊能緊密貼合;調(diào)整完成后，把各定位銷座焊接固定。移動工作臺由可調(diào)速三相異步電機(jī)驅(qū)動，可以正反轉(zhuǎn)，受PLC 的控制。

3 液壓系統(tǒng)設(shè)計

液壓系統(tǒng)原理圖如圖2所示。研配過程中，凹模和凸模貼合時，需要控制得較為精確。此機(jī)采用了遠(yuǎn)程調(diào)壓回路的設(shè)置，可以在便于操作的位置手動調(diào)控壓力;手動調(diào)控好壓力之后，主油缸所需的壓力、翻板油缸所需的壓力和移動工作臺所需的壓力都可以在PLC 的工作下自動切換。主油缸需要防止在空載時下滑，設(shè)置了液控單向閥12，并設(shè)置了單向調(diào)速閥13來調(diào)節(jié)上橫梁的下降速度，回程時速度不受影響。翻板油缸上也設(shè)置了液控單向順序閥，和翻板的掛鉤一起保證了翻板在研配過程中不會下滑。

圖2 液壓系統(tǒng)原理圖

4 PLC 程序控制

該研配液壓機(jī)的電氣系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC)進(jìn)行控制，并配有光柵位移傳感器等裝置，監(jiān)控整個系統(tǒng)的研配動作，包括控制移動工作臺沿導(dǎo)軌進(jìn)入和退出下橫梁、在下橫梁上的上升和下降，上橫梁的下降和上升，翻板沿導(dǎo)軌下滑和返回等。在床身兩側(cè)的機(jī)架上分別裝有9 個光柵位移傳感器，用以檢測和監(jiān)控移動工作臺和上下橫梁以及翻板的位移和反饋信號［8］。

當(dāng)凹凸模具手工安裝在移動工作臺和上橫梁以后，PLC 的主要控制過程是:按下“啟動按鈕1”，移動工作臺從起始位置開始前行，到達(dá)下橫梁，移動工作臺下降使底面貼緊下橫梁，上橫梁緩慢下降使凹凸模具貼合在一起，然后上橫梁返回最高點(diǎn)，移動工作臺上升回到初始水平高度，然后左移返回起始位置;翻板油缸驅(qū)動翻板翻轉(zhuǎn)到90°的豎直位置，上橫梁下降，翻板沿翻板導(dǎo)軌移動到180°位置，然后上橫梁和翻板的運(yùn)動停止。此時機(jī)器處于暫停狀態(tài)，可以對模具進(jìn)行檢查，待檢查完之后，按下“啟動按鈕2”按鈕，上橫梁上升，翻板沿導(dǎo)軌上升到豎直位置，銷軸鎖緊，翻板回到水平位置，翻板和上橫梁鎖緊并上移到起始位置，工作停止。

此機(jī)采用三菱FX2N-64MR-001 型PLC 進(jìn)行程序自動控制，其接線設(shè)計如圖3所示。

圖3 可編程控制器外部接線圖

5 結(jié)論

在該液壓研配機(jī)上，可實(shí)現(xiàn)研配、修模和小批量生產(chǎn)制造。該液壓研配機(jī)采用框架結(jié)構(gòu)機(jī)身，具有抗偏載能力強(qiáng)、精度保持性好、耐磨性良好、使用壽命長等特點(diǎn)。將PLC 應(yīng)用于研配液壓機(jī)系統(tǒng)的控制，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性，簡化了操作，同時也增強(qiáng)了位控精度，很好地提升了研配質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電液的有機(jī)結(jié)合。

［1］張宏.PLC 控制模具研配液壓機(jī)系統(tǒng)的研究［D］.沈陽:沈陽工業(yè)大學(xué)，2003.

［2］彭熙偉，陳建萍.液壓技術(shù)的發(fā)展動向［J］.液壓與氣動，2007(3):1－3.

［3］付麗.寬大臺面可偏置負(fù)載連桿式液壓機(jī)的設(shè)計要點(diǎn)［J］.液壓與氣動，2006(6):21－22.

［4］裴連翥.模具研配液壓機(jī)的設(shè)計［J］.機(jī)械設(shè)計與制造，2009(1):216－218.

［5］張琪.電氣自動化中PLC 技術(shù)的應(yīng)用研究［J］.河南科技，2013(11):125－126.

［6］李彥文.機(jī)械零件的可靠性設(shè)計簡介［J］.輕工機(jī)械，2003(4):5－7.

［7］胡曉波.機(jī)械設(shè)計技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢［J］.輕工機(jī)械，2005(3):4－7.

［8］劉善增.PLC 控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計［J］.工業(yè)控制計算機(jī)，2004，17(7):38－39.