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采用PLC控制的铣床液压传动系统设计
以铣床十字滑台为研究对象，通过对铣床的工作过程和控制要求进行分析，给出了机床动作循环图、液压工作原理图；采用 ＰＬＣ控制铣床液压传动系统，并进行软、硬件设计，绘制了 ＰＬＣ 外部接线图，列出了Ｉ／Ｏ 地址分配表等。实验结果表明，采用 ＰＬＣ控制铣床液压传动系统，可以对其进行实时监控，大大缩短了安装和调试时间。
０.引言
ＰＬＣ（可编程控制器）使用位置控制指令或专用的运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置、速度、加速度进行控制，使运动控制与顺序控制功能有机地结合起来，因此广泛应用于各种机械设备，如金属切削机床、机器人等场合［１］。
目前新疆工程学院的液压传动实验设备以及实习工厂的机床设备等多采用传统的继电器－接触器控制系统，由于采用的是物理电子器件而且需要大量复杂的硬接线［２］，实验数据需手工处理，使得实验数据精度不高，工作效率低下，故障排除困难，严重影响了学生实习实训的学习效率。笔者经过研究和实验，采用ＰＬＣ来控制液压传动系统，在实验教学中取得了显著的效果，不仅提高了实验的精度和效率，还锻炼了学生思考问题和动手解决问题的能力。本文主要介绍ＰＬＣ控制铣床液压系统的设计和实现。
１.铣床控制要求分析
本实验方案中要求铣床能够在Ｘ－Ｙ方向上铣削出工件的平面，铣床工作面如图１所示。图１是一个由液压系统控制的铣床上固定工件的ＸＹ轴十字滑台，其各阶段的速度包括工进、工退、快进、快退。由于本实验方案中铣床只要求铣完整的平面，故采用工作台Ｘ轴方向直线往复运动、Ｙ轴方向上直线运动的方式来加工平面，因而需要用到液压回路中的换向阀来改变工作台的运动方向，采用调速阀控制速度。图１中的ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４四个接近开关所在的位置是滑台的工作范围，ＳＴ０是滑台的原点位置。在铣削平面的过程中，工作台首先从ＳＴ０开始以快进的速度运动到ＳＴ１位置，接触到ＳＴ１时，开始工进（铣平面），当滑台接触到ＳＴ２时，系统开始延时，Ｘ轴停止工进０．５ｓ，同时Ｙ轴正向工进０．５ｓ。当延时完成后，Ｙ轴停止工进，而Ｘ轴开始向负向工进，当到达ＳＴ１的位置时，Ｘ轴停止工进０．５ｓ，Ｙ轴正向工进０．５ｓ，然后Ｘ轴重复正向工进，如此反复，直到触发ＳＴ４开关，此时Ｙ轴首先快退回ＳＴ３位置，然后Ｘ轴快退回ＳＴ０位置。
图１ 铣床工作面示意图
２.液压控制回路
铣床工作平台控制系统以液压泵为动力源，中间通过管道与各种控制阀相连接，并通过换向阀改变液压缸的供油方向，从而起到控制工作台换向的作用，通过调速阀来控制工作台的运行速度。由以上控制要求分析可以得到工作台的动作循环图如图２所示。
十字滑台Ｘ、Ｙ轴运动的油路分别由两个油缸控制，如图３所示。Ｘ、Ｙ轴滑台各阶段的速度包括快进、工进、快退、工退等均由液压回路中的调速阀控制。由于铣床只要求铣完整个平面，而不要求其能够加工出各种图案，故采用这样的方法来调速。Ｘ、Ｙ轴运动换向通过三位四通电磁换向阀控制。图３中的主油路旁边接有溢流阀，当主油路中的油压过大时，起到卸荷的作用。液压系统具体的工作原理如下：
（１）当Ｘ轴快进时，电磁铁ＹＡ５、ＹＡ１得电，液压油不经过调速阀直接进入液压缸左腔，所以油的流速比较大，推动活塞快速向右运动，起到快进的作用。
（２）当Ｘ轴工进时，电磁铁ＹＡ５不得电，油路须经过调速阀，从而油的流量下降，活塞向右运动速度减慢，Ｘ轴工进。
（３）当Ｘ轴快退时，ＹＡ５、ＹＡ２得电，压力油进入液压缸右腔，推动活塞快速向左运动，Ｘ轴快退。
（４）当Ｘ轴工退时，ＹＡ５不得电，油路经过调速阀控制工退速度。Ｙ轴的调速原理和Ｘ轴相同。
图３ 液压工作原理图
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