车床液压系统PLC控制系统设计

引 言

　　在机械工业中，传统普通车床仍占有相当比例，其中部分车床采用液压系统来控制刀具的自动切换，机床电气控制部分多应用继电器——接触器控制来实现，这类系统元器件多，体积大，连线复杂，可靠性和可维护性低，故障率高，工作效率低，而随着计算机技术、电子技术等的发展，计算机控制技术在液压传动控制中也得到了广泛的应用。以计算机技术为核心的PLC(可编程序控制器)具有抗干扰性强，运行可靠等诸多优点在工业自动化领域已被广泛应用。本文即是利用PLC控制技术，对传统液压回路进行系统控制设计，变传统电气控制为PLC控制。

1 工作原理

　　1.1车床液压控制回路的液压元件构成

　　此车床液压控制回路主要由以下原件组成：左夹紧液压缸用于夹紧工件和卸下工件，中横向进给液压缸带动刀具横向进给，右纵向进给液压缸带动刀具纵向进给，6个电磁换向阀控制进给液压缸的前进与后退，2个调速阀控制进给液压缸进给速度，双联泵提供液压油输出，另外采用3个单向阀控制液压油流动方向，减压阀和压力继电器监控夹紧缸的油压。

　　1.2 车床液压控制回路的工作原理

　　液压控制回路如图1所示，其作用主要是能够控制车床完成完整的切削加工过程，并且工作一个循环，分为8个步聚：1、装件夹紧；2、横快进；3、横工进；4、纵工进；5、横快退；6、纵快退；7、卸下工件；8、原位停止；各步骤的切换分别由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7控制，具体工作循环如图2所示。行程开关用于控制液压回路中6个电磁换向阀电磁铁的通电与否，进而改变液压油流向，影响液压缸实现动作顺序，完成切削过程。断电情况如表1所示。

 
图1 车床液压控制系统
 

　　(1)装件夹紧。接通液压回路电源，按下启动按钮SB1，电磁铁6YA、7YA通电，5YA失电，两阀右位接人液压回路，双联泵左侧高压小流量泵提供高压液压油，保证夹紧力；此时夹紧液压缸右腔进油，活塞左移，完成工件的夹紧。

　　(2)横快进。活塞左移到一定位置，工件夹紧后，压下行程开关SQ1，此时7YA断电使双联泵右侧低压大流量泵提供大流量液压油，1YA通电使该阀左位接通，横向进给液压缸下腔进油，带动刀具快进，实现横向快进动作。

 
图2 工作循环图

　　(3)横工进。当横向进给液压缸到达切削加工区域时，压下行程开关SQ2，此时电磁铁1YA、3YA、6YA、7YA通电，此处快速油路切断，液压油从其右侧调速阀经过，从而控制横向液压缸进给速度，完成横向工进，对工件进行横向切削加工。

　　(4)纵工进。横向进给液压缸到达一定位置时，压下行程开关SQ3，此时电磁铁1YA、2YA、3YA、4YA、6YA、7YA通电，纵向进给液压缸右腔进油，回油从调速阀经过，液压缸带动刀具进行纵向切削加工，完成纵工进给动作。

　　(5)横快退。纵向切削加工完成后，进给液压缸压下行程开关SQ4，IYA、3YA、7YA断电，使双联泵低压大流量提供液压油，横向液压缸带动刀具快速后退。

　　(6)纵快退。横快退完成后，液压缸压下行程开关SQ5，此时电磁铁2YA、4YA断电，使两阀右位接通，纵向进给液压缸左腔进油，带动刀具完成纵向快速后退动作。

　　(7)卸下工件。纵快退动作完成后，液压缸压下行程开关SQ6，此时电磁铁5YA、7YA得电，6YA断电。使双联泵左侧高压小流量泵提供高压液压油，保证卸下工件动作平稳进行；完成卸下工件动作。

　　(8)原位停止。卸下T件后，活塞杆退回原位，压下行程开关SQ7，此时所有电磁铁都断电，液压系统恢复原始停止状态。

2 PLC控制系统设计

　　PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

　　目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，在各个领域的应用都得到了广泛的发展。PLC具有自己的特点：1、可靠性高，抗干扰能力强；PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时问高达30万小时。2、配套齐全，功能完善，适用性强；现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。目前已经渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。3、易学易用，深受工程技术人员欢迎；PLC作为通用工业控制计算机，接口容易，编程语言简单，容易掌握。4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；5、体积小，重量轻，能耗低 。

　　本设计采用三菱FX2N-32MR型PLC进行控制设计。

　　2.1 液压回路控制系统硬件设计

　　系统中输入信号由行程开关及按钮产生，其中按钮SB1控制系统启动，按钮SB2控制系统停止；输出信号主要控制液压回路中的7个电磁阀。PLC硬件具体输入输出分配如表2所示。

　　2.2 液压回路控制系统软件设计

　　根据前文所述的控制要求，可绘制出PLC梯形图如图3所示。

 
图3 PLC 控制梯形图

3 结束语

　　对传统的液压回路控制由继电器——接触器控制系统变为PLC控制，可充分利用PLC控制的优点，增加控制的灵活性。让电磁阀与计算机相联接，可实现数据处理的自动化，使得自动化程度越来越高。PLC控制系统具有很好的柔性，特别是改变工艺路线时，只需改变控制程序，系统元件不需重新安装，不需改变电气控制柜中继电器硬接线逻辑，投资较少，灵活性大大提高，故障率低，使用起来更加方便。