轴类零件校直机液压及PLC控制系统设计

2013-03-20张贤赵明光

机床与液压 2013年8期

张贤，赵明光

(淮海工学院机械工程学院，江苏连云港222005)

轴类零件是机械产品的重要组成部分，其加工质量直接影响到机械设备的传动稳定性和使用寿命。在轴类零件的前期加工和后续热处理过程中，不可避免地会出现弯曲变形，如果不及时进行校直处理会直接影响工件的后序加工或使用，甚至可能会出现相当数量的废品。轴类零件校直机正是为克服这种不良影响而设计制造的。随着现代科学技术的发展，机械加工水平的不断提高，对零件加工用料、工艺衔接及零部件质量要求越来越高，校直机尤其成为轴类工件热处理后不可缺少的关键设备。作者所设计的轴类零件校直机利用反向弯曲并逐渐减小压弯挠度方法达到校直目的。该校直机集机械、液压、检测技术和PLC控制技术于一体，提高了产品的技术含量和加工精度。

1 校直机的结构和工作步骤

作者所设计的校直机是单悬臂式，主要由机架、工作台、两个V型支撑块、压力传感器、校直液压缸，以及用于调整V型块间距的液压缸组成，其基本结构如图1所示。其中，两个V型支撑块之间通过工作台内部的联动机构实现同步对中;压力传感器安装底座的高度可以根据校直零件的直径进行调整。该校直机的工作方式是由液压系统提供动力，通过校直液压缸带动压头下压，对轴类零件的弯曲部位进行校直;通过压力传感器监测下压程度，避免反向弯曲。

图1 轴类零件校直机的基本结构

一次校直循环工作步骤如下:

(1)根据工件的长度和弯曲的位置，通过液压缸和同步机构调整两个V型支承块的间距;

(2)将工件的原始弯曲部位支承在工作台的两个V型块之间;使工件最弯部位处于压头下方;

(3)压头在校直液压缸的带动下，对准最弯部位进行反向压弯;

(4)当压弯量与工件弹复量相等时，由压力传感器发信号，液压缸带动压头撤回，工件的弯曲部位变直;

(5)校直工序完成后将工件取出。

2 校直机液压系统及其工作原理

2.1 液压系统的组成

所设计的校直机液压系统如图2所示。

图2 液压系统原理图

从节省成本考虑，采用定量叶片泵供油。系统的主要回路有调速回路、保压回路、减压回路和卸荷回路。卸荷阀10 在泵启动和更换工件时起到卸荷作用，以减少能量损失，提高泵的使用寿命，在泵正常工作时也可以起到安全保护作用。

2.2 液压系统的工作原理

液压系统启动后，按下工作按钮，卸荷阀10的电磁铁YA5得电，液压泵11处于工作状态。如需要调整V型支撑块间距，则按下“缩小”或“加大”按钮，分别使三位四通电磁换向阀3的电磁铁YA4或YA3得电，液压缸5 推动或拉动左侧V型支撑块移动，左右两个V型支撑块通过底部的同步移动机构联系，可以使两个V型支撑块间距以对中的方式缩小或加大。间距满足要求后，按下停止按钮，使电磁铁YA4或YA3断电，换向阀3 回到中位，O型中位使V型块定位，为校直工作做好准备。

按下校直按钮，换向阀9的电磁铁YA2的得电，校直液压缸6 带动压头下压，下压的速度由单向调速阀8 调节。校直到位后压力传感器发信号，使YA2断电，换向阀9 回到中位，校直回路依靠液控单向阀7 实现保压，保压时间由定时器设定。保压时间到，换向阀9的电磁铁YA1得电，校直缸退回，到位后触发接近开关，使电磁铁YA1断电，完成一次校直。控制系统在压力传感器接收的压力达到一定程度时会使整个系统停机，避免系统故障造成损失。在调整校直位置或更换工件时，使电磁铁YA5断电，泵11处于卸荷状态，以减少能量损失。

3 PLC控制系统设计

跟据上述校直机的工作步骤和液压系统的工作原理，因需要压力传感器发送校直到位或故障信号，因此选用以PLC为核心的控制系统，同时也便于保证设备运行的安全可靠。依据控制系统对输入/输出点数的要求，并考虑20%～30%的备用量，以便于系统的扩展，此次设计选用三菱FX2N-48MR型PLC，外加FX2N-2AD 模拟量输入模块，通过压力变送器接收压力传感器送来的连续电信号。上位机用来实时监控程序的执行状态。控制系统的硬件结构图如图3所示。