PLC程序控制研配液壓機的結構設計

劉澤民，付麗，敖茜，李慧

(1.天津理工大學材料科學與工程學院，天津300384;2.天津市電工銅質線材企業重點實驗室，天津300384)

隨著現代制造業對生產效率和安全作業的要求越來越高，將自動化應用于制造大、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上進行研配［2－4］。該液壓研配機采用PLC 程序控制，操作簡單，安全可靠［5］。

1 研配過程簡介

首先，將標準凸模安裝在研配液壓機上橫梁的下平面上的翻板上，將紅丹粉涂在標準凸模的型面上;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，液壓缸驅動上橫梁和翻板慢慢平行下降，標準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軌下移到一定位置，檢查凸、凹模型腔面貼合是否均勻，根據凹模粗加工面上著色紅點的分布，將著紅色處打磨或刮研掉。如此反復，直至標準凸模型面與凹模型面貼合率達到要求時為止［1］。

2 主機結構設計

研配液壓機的結構如圖1所示，該模具研配機具有全鋼焊接框架結構，由左右立柱、上梁、底座組成封閉框架，還有移動工作臺和導軌等。

圖1 研配液壓機結構圖

主油缸的內徑為280 mm，行程為2 070 mm;翻板油缸的內徑為100 mm，行程為1 100 mm;升軌油缸的內徑為80 mm，行程80 mm。翻板可以沿著翻板導軌下滑，翻板可以翻轉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。上橫梁在動態和靜態有較高的平行度，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。

在翻板翻轉機構中，翻板與上橫梁是鉸鏈聯結，需要翻轉時，移動工作臺移動到外部左側起始位置，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90°的豎直位置翻轉，上橫梁下降使翻板前部的滾輪落到翻板導軌面上，然后上橫梁繼續下降，滾輪沿曲線導軌向前滾動，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，翻板沿曲線導軌移動，翻板由180°位置向垂直狀態翻轉，當翻板轉到90°的豎直位置后，銷軸進入掛鉤，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］。

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

3 液壓系統設計

液壓系統原理圖如圖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。此機采用了遠程調壓回路的設置，可以在便于操作的位置手動調控壓力;手動調控好壓力之后，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，設置了液控單向閥12，并設置了單向調速閥13來調節上橫梁的下降速度，回程時速度不受影響。翻板油缸上也設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 液壓系統原理圖

4 PLC 程序控制

該研配液壓機的電氣系統采用可編程控制器(PLC)進行控制，并配有光柵位移傳感器等裝置，監控整個系統的研配動作，包括控制移動工作臺沿導軌進入和退出下橫梁、在下橫梁上的上升和下降，上橫梁的下降和上升，翻板沿導軌下滑和返回等。在床身兩側的機架上分別裝有9 個光柵位移傳感器，用以檢測和監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，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;翻板油缸驅動翻板翻轉到90°的豎直位置，上橫梁下降，翻板沿翻板導軌移動到180°位置，然后上橫梁和翻板的運動停止。此時機器處于暫停狀態，可以對模具進行檢查，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。

此機采用三菱FX2N-64MR-001 型PLC 進行程序自動控制，其接線設計如圖3所示。

圖3 可編程控制器外部接線圖

5 結論

在該液壓研配機上，可實現研配、修模和小批量生產制造。該液壓研配機采用框架結構機身，具有抗偏載能力強、精度保持性好、耐磨性良好、使用壽命長等特點。將PLC 應用于研配液壓機系統的控制，極大地提高了系統的可靠性，簡化了操作，同時也增強了位控精度，很好地提升了研配質量，實現了機電液的有機結合。

［1］張宏.PLC 控制模具研配液壓機系統的研究［D］.沈陽:沈陽工業大學，2003.

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

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

［4］裴連翥.模具研配液壓機的設計［J］.機械設計與制造，2009(1):216－218.

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

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

［7］胡曉波.機械設計技術的發展現狀與趨勢［J］.輕工機械，2005(3):4－7.

［8］劉善增.PLC 控制系統的可靠性設計［J］.工業控制計算機，2004，17(7):38－39.