畢業(yè)設(shè)計說明書題 目： 鋁型材擠壓機電氣系統(tǒng)的設(shè)計 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 年 5 月 25 日 2畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書論文（設(shè)計）題目： 鋁型材擠壓機電路控制部分的設(shè)計 學(xué)號： 姓名： 專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求 1、設(shè)計鋁型材擠壓機 PLC 控制系統(tǒng)，要求能實現(xiàn)料膽缸進、料膽缸退、擠壓缸快進、擠壓缸工進、擠壓缸退、擠壓缸下、擠壓缸上、機械手上、機械手下等基本控制功能。 2、PLC 連接圖一張。 3、電動機啟動控制圖一張。 4、配電板接線圖一張。 5、流程圖一張。 6、根據(jù)接線圖和流程圖繪制 PLC 控制梯形圖并編寫 PLC 控制程序，要求邏輯清晰，簡單明了，可讀性強。 7、說明書一份，要求條例性強，語句通順，無錯別字，不少于 25 頁。 8、英文文獻翻譯一份，不少于 3000 字。 二、重點研究的問題1、鋁型材擠壓機 PLC 總體控制方案設(shè)計 2、 控制流程設(shè)計 三、進度安排3序號 各階段完成的內(nèi)容 完成時間1 查閱資料、調(diào)研 2012 年 3 月上旬2 開題報告、制訂設(shè)計方案 2012 年 3 月中旬3 實驗（設(shè)計） 2012 年 4 月上旬4 分析、調(diào)試等 2012 年 4 月中旬5 寫出初稿 2012 年 4 月下旬6 修改，寫出第二稿 2012 年 5 月上旬7 寫出正式稿 2012 年 5 月中旬8 答辯 2012 年 5 月下旬四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻[1] 周良得，朱泗芳 .現(xiàn)代工程圖學(xué)[M].湖南：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2000 [2] 項毅.機床電氣控制[M].福建：東南大學(xué)出版社，2003 [3] 趙云路，唐力志 .鋁塑型材擠壓成型技術(shù)[M].北京：機械工程出版社 [4] 王占林. 近代液壓控制[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997 [5] 孫玉安. 液壓技術(shù)在工程中的應(yīng)用[M].南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1986 [6] 程憲平. 機電傳動與控制[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2003 [7] 楊長能，張興毅 .可編程控制器（ PLC）基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，1992 [8] 張萬奎. 機床電氣控制技術(shù)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2006 4畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱表學(xué)號 姓名 專業(yè) 機械制造設(shè)計及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計）題目： 鋁型材擠壓機電氣控制部分的設(shè)計 評價項目 評 價 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點和教學(xué)計劃的基本要求，達到綜合訓(xùn)練的目的；2.難度、份量是否適當(dāng)；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結(jié)合。能力1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運用知識的能力；3.是否具備研究方案的設(shè)計能力、研究方法和手段的運用能力；4.是否具備一定的外文與計算機應(yīng)用能力；5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。論文（設(shè)計）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實驗是否正確，設(shè)計、計算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語是否準(zhǔn)確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；3.有無理論價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值，有無創(chuàng)新之處。綜合評價評閱人： 年 月 日5畢業(yè)論文（設(shè)計）鑒定意見學(xué)號： 姓名： 專業(yè)： 機械設(shè)計制造及自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 23 頁 圖 表 5 張論文（設(shè)計）題目： 鋁型材擠壓機電氣系統(tǒng)的設(shè)計 內(nèi)容提要： 鋁及其鋁合金具有一系列的優(yōu)異特性，在金屬材料的應(yīng)用中僅次于鋼材而居于第二位。隨著全球經(jīng)濟的增長及鋁型材料用途的不斷擴展，全球鋁型材的消耗量預(yù)計至 2012 年將達到 1800 萬 t.我國鋁材的產(chǎn)量由 2001 年的 172 萬 t 增加到 2009年的 729 萬 t，建筑鋁型材和工業(yè)鋁型材的產(chǎn)量分別是 496 萬 t 和 233 萬 t。到 2012 年我國鋁型材產(chǎn)銷量預(yù)計將達到 1440 萬 t. 建筑業(yè)是我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，也是鋁消費的最大市場之一。建筑鋁型材銷售量仍將長期旺盛，受益于城市化進程加快，舊有建筑的更新，建筑型材銷售量仍將長期旺盛，受益于城市化進程加快，舊有建筑的更新，建筑鋁型材的銷售量將繼續(xù)增長。鋁材在建筑業(yè)上的主要作用是鋁合金門、窗、幕墻型材、鋁塑復(fù)合板和管材等。為滿足建材裝飾市場對各種鋁型材的大量需求。我們考慮設(shè)計一種鋁型材加工機械，我們設(shè)計的這種擠壓機一方面保證產(chǎn)品的高質(zhì)量。另一方面也保證生產(chǎn)的高效率。我們采用 800 噸臥式擠壓機，最大擠壓力：高頓位7850KN低頓位 6540KN，擠壓回程力 650KN。電氣控制系統(tǒng)通過編程實現(xiàn)擠壓機各道工序的自動化進程，提高工作效率，提供勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。6指導(dǎo)教師評語指導(dǎo)教師： 年 月 日 答辯簡要情況及評語答辯小組組長： 年 月 日7答辯委員會意見答辯委員會主任： 年 月 日目 錄摘要 .1文獻綜述 .11.1 PLC 的產(chǎn)生與發(fā)展 .11.2 PLC 的特點 .2第一章 機械部分設(shè)計簡介 6第二章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計簡介 72.1 液壓缸機構(gòu)形式確定 .72.2 液壓缸尺寸的計算 .72.3 液壓系統(tǒng)圖 .8第三章 電氣系統(tǒng)的設(shè)計 103.1 電氣控制方法 103.2 擠壓機的電控系統(tǒng)設(shè)計 103.2.1 設(shè)計方法 103.2.2 系統(tǒng)工作循環(huán)順序 .103.2.3 分析各 缸擠壓過程 .103.2.4 設(shè)置行程開關(guān)和壓力繼電器 .113.2.5 設(shè)計重點環(huán)節(jié) .123.3 動作分析 153.3.1 主缸動作分析 153.3.3 機械 手動作分析 1783.3.4 剪切缸動作分析 173.3.5 設(shè)計要點 183.4 PLC 語句指令表 .19結(jié)束語 21參考文獻 .22附錄 .231鋁型材擠壓機電氣系統(tǒng)的設(shè)計及研究摘要: 本文講述鋁合金擠壓機電氣控制系統(tǒng)的原理及設(shè)計過程。本文首先介紹了擠壓技術(shù)的相關(guān)知識，分析了擠壓機的組成部分以及工作步驟，并對擠壓機的機械和液壓設(shè)計部分做了簡單的介紹。對電氣控制分為電動機的啟動控制和循環(huán)動作的控制。電動機的啟動控制采用繼電器接觸式控制，循環(huán)動作采用可編程控制器 PLC 控制，本文重點對電氣控制系統(tǒng)進行設(shè)計，同時還從整體上對機械和液壓部分進行分析，從而達到了對機、電、液等多方面知識的綜合訓(xùn)練。關(guān)鍵字: 鋁型材、擠壓機、液壓系統(tǒng)、繼電器、PLCThe design of the aluminium extruded section extruderAbstract: This text related the principle and the process of the aluminum alloy extruder system.The text firstly introduced both the related knowledge technical of the extruding and the related requirements of the hydraulic system, aiming at applying the request of the design, the author used the new energy pump, and designed the whole slide valve loop. Then, the author made some improvement to the valves of the chief loop; completed simple conversion of valve from the traditional to the inserted pattern, let the switch of the oil loop and the movement of the parts respectively controlled, simplified the system.This text also designed the electrical control system in order to gain the comprehensive training containing machinery, electricity, hydraulics.Key Word: Extruder、Cartridge Valve、Hydraulic System、Relay、PLC1文獻綜述當(dāng)今社會，由于經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市建設(shè)的步伐顯著加快，鋁及鋁合金的應(yīng)用日趨重要，高強度、低重量的鋁型材結(jié)構(gòu)鋼架日益成為建筑領(lǐng)域的主導(dǎo)，壓力加工逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的鑄造、熔煉方法已經(jīng)不能滿足對產(chǎn)品質(zhì)量和大批量生產(chǎn)的要求，因此，將目標(biāo)集中在壓力加工領(lǐng)域成為必然，擠壓機的系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)運而生。在老師的指導(dǎo)下，我們設(shè)計了鋁型材擠壓機。通過對《液壓機的結(jié)構(gòu)與控制》 、 《冶金機械液壓傳動系統(tǒng) 100 例》和《可編程控制器（PC）基礎(chǔ)及應(yīng)用》等相關(guān)資料的閱讀與分析，我了解到液壓擠壓機的基本結(jié)構(gòu)及組成，對其中有關(guān)電氣控制系統(tǒng)部分現(xiàn)分述如下。在本設(shè)計中，采用繼電器接觸式來控制電機啟動，用可編程控制器來控制循環(huán)動作。常用控制方法有兩種，繼電器接觸式控制系統(tǒng)和可編程控制器（PLC）控制系統(tǒng)。繼電器接觸式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉但是有明顯的不足之處，繼電器接觸式控制系統(tǒng)靈活性差，修改程序不方便?？删幊炭刂破鞑粌H結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，而且具有極高的靈活性，修改程序方便等優(yōu)點。1.1 PLC 的產(chǎn)生與發(fā)展在可編程控制器出現(xiàn)前，在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中，繼電器控制占主導(dǎo)地位，應(yīng)用廣泛。但是電器控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點，特別是其接線復(fù)雜、不易更改，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。1968 年美國通用汽車公司（G.M）為了適應(yīng)汽車型號的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。于是就設(shè)想將計算機功能強大、靈活、通用性好等優(yōu)點與電器控制系統(tǒng)簡單易懂、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置，而且這種裝置采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用，取得很好的效果。從此這項技術(shù)迅速發(fā)展起來。早期的可編程控制器僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序控制功能，只是用來取代2傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller ）。隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，20 世紀(jì) 70 年代中期微處理器技術(shù)應(yīng)用到 PLC 中，使 PLC 不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。20 世紀(jì) 80 年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16 位和 32 位微處理器應(yīng)用于 PLC 中，使 PLC 得到迅速發(fā)展。PLC 不僅控制功能增強，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能，使 PLC 真正成為具有邏輯控制、過程控制、運動控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實的多功能控制器。自從第一臺 PLC 出現(xiàn)以后，日本、德國、法國等也相繼開始研制 PLC，并得到了迅速的發(fā)展。目前，世界上有 200 多家 PLC 廠商，400 多品種的 PLC 產(chǎn)品，按地域可分成美國、歐洲、和日本等三個流派產(chǎn)品，各流派 PLC 產(chǎn)品都各具特色，如日本主要發(fā)展中小型 PLC，其小型 PLC 性能先進，結(jié)構(gòu)緊湊，價格便宜，在世界市場上占用重要地位。著名的 PLC 生產(chǎn)廠家主要有美國的 A-B（Allen-Bradly）公司、GE（General Electric）公司，日本的三菱電機（Mitsubishi Electric）公司、歐姆龍（OMRON）公司，德國的 AEG 公司、西門子（Siemens）公司，法國的 TE（Telemecanique）公司等。我國的 PLC 研制、生產(chǎn)和應(yīng)用也發(fā)展很快，尤其在應(yīng)用方面更為突出。在 20 世紀(jì)70 年代末和 80 年代初，我國隨國外成套設(shè)備、專用設(shè)備引進了不少國外的 PLC。此后，在傳統(tǒng)設(shè)備改造和新設(shè)備設(shè)計中，PLC 的應(yīng)用逐年增多，并取得顯著的經(jīng)濟效益，PLC 在我國的應(yīng)用越來越廣泛，對提高我國工業(yè)自動化水平起到了巨大的作用。目前，我國不少科研單位和工廠在研制和生產(chǎn) PLC，如遼寧無線電二廠、無錫華光電子公司、上海香島電機制造公司、廈門 A-B 公司等。從近年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，在世界范圍內(nèi) PLC 產(chǎn)品的產(chǎn)量、銷量、用量高居工業(yè)控制裝置榜首，而且市場需求量一直以每年 15%的比率上升。PLC 已成為工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的通用工業(yè)控制裝置。1.2 PLC 的特點（1）使用簡單采用自然語言——梯形圖語言編程方式，編程容易，更改方便。PLC 的最大特點之一，就是采用易學(xué)易懂的梯形圖語言，它是以計算機軟件技術(shù)構(gòu)成人們慣用的繼電器模型，形成一套獨具風(fēng)格的以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言。梯形圖符號的和定義與常規(guī)繼電器展開圖完全一致，電氣操作人員使用起來得心應(yīng)手，3不存在計算機技術(shù)和傳統(tǒng)電氣控制技術(shù)之間的專業(yè)“鴻溝” 。在了解 PLC 簡要工作原理和它的變成技術(shù)之后，就可結(jié)合實際需要進行應(yīng)用設(shè)計，進而將 PLC 用于實際控制系統(tǒng)中。此外，PLC 輸入輸出接口可以與各種開關(guān)、傳感器、繼電器、接觸器、電磁閥連接，接線簡單。（2）可靠性高、抗干擾能力強①硬件方面：采用微電子技術(shù)開關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)體電路及大規(guī)模集成電路完成，CPU 與輸入輸出之間，采用光電隔離措施，隔離了它們之間電的聯(lián)系。②軟件方面：有自身的監(jiān)控程序，對強干擾信號、欠電壓等外界環(huán)境定期檢查，有故障時，存現(xiàn)狀態(tài)到存儲器，并對其封閉以保護信息；監(jiān)視定時器 WTD，檢查程序循環(huán)狀態(tài)，超出循環(huán)時間時報警；對程序進行校驗，程序有錯誤進輸出報警信息并停止執(zhí)行。（3）靈活、通用控制功能改變，只要改變軟件及少量的線路即可實現(xiàn)。（4）功能強、體積小縱向——PLC 不僅可能完成各種條件控制，還能完成模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換并進行數(shù)字運算，可以完成對模擬量的控制；橫向——可以控制一臺至幾臺設(shè)備，還可實現(xiàn)遠距離控制；重量輕，體積小，便于安裝。（5）設(shè)計施工周期短使用 PLC 完成一項控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計完成以后，現(xiàn)場施工和 PLC 程序可以同時進行，周期短，而且程序的調(diào)試和修改都很方便。綜上所述，可編程序控制器在性能上均優(yōu)于繼電器邏輯控制，與微型計算機 、單片機相比，它也是一種用于工業(yè)自動化控制的理想工具。3.擠壓原理簡介所謂擠壓，就是通過對放在容器（擠壓筒）中的錠坯一端施壓力，使之通過?？壮尚偷囊环N壓力加工方法。在生產(chǎn)斷面較復(fù)雜的管材、型材方面，擠壓法是唯一可以的壓力加工方法。因此，鋁型材加工采用擠壓法實現(xiàn)。擠壓法的實現(xiàn)方式又可分為兩種：正擠壓和反擠壓。正擠壓時，金屬的流動方式與擠壓桿的運動方向相同，其主要特征是錠坯與擠壓筒內(nèi)壁間存在著較大的外摩擦。反擠壓時，金屬的流動方向與擠壓的運動方向相反，其特點是金屬與擠壓筒內(nèi)壁間無相對滑動，繼而也就不存在外摩擦。正擠壓和反擠壓的不同特點對擠壓過程、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有著極大影響。4本設(shè)計采用正向法，原因如下：（1） 鋁合金流動性較大，摩擦力對型材質(zhì)量影響較小。（2） 反向擠壓是將模子設(shè)置在擠壓桿內(nèi)部，這樣對擠壓桿擠壓強度要求較高，且模座更換異常復(fù)雜，生產(chǎn)效率不高。（3） 反向擠壓法對型材長度有一定限制，應(yīng)用場合將大大減小。正向擠壓法產(chǎn)生棒材、線材、型材的示意圖如圖 1 所示，通常是將鑄錠加熱至規(guī)定的溫度后放入擠壓筒中，比擠壓筒內(nèi)徑稍小的擠壓桿迫使金屬通過?？琢鞒龆兂膳c模孔形狀、尺寸相同的制品。為了減少擠壓桿磨損，將擠壓桿直徑做得比擠壓筒內(nèi)徑稍小，并在其端頭加一個直徑幾乎與擠壓閥中的部分金屬稱為壓余。圖 1 正向擠壓法擠壓成型示意圖1—棒材 2—模座 3—模子 4—錠坯5—墊片 6—擠壓筒內(nèi)襯 7—料膽 8—擠壓缸擠壓機構(gòu)由擠壓機和擠壓工具組成。擠壓機分臥式和立式兩類。擠壓桿運動方向與地面平行的稱其為臥式機，能力一般為 1000～5000 噸；擠壓桿運動方向與地面垂直的為立式機，能力一般為 300～1000 噸。考慮到立式機對型材長度要求有限制，故本設(shè)計采用臥式擠壓機。擠壓工具一般包括模子、穿孔針（管材用） ，擠壓墊和擠壓筒（或稱料膽筒）以及一些其他配件。5模座：模座是擠壓產(chǎn)生中重要的工具，它的結(jié)構(gòu)形式，各部件尺寸，以及所用材料和加工處理擠壓力、金屬流動均勻性、制品尺寸的精度、表面質(zhì)量及其使用壽命都有極大影響。最基本的使用最廣泛的是平模和錐模。穿針孔：穿孔針或芯棒是用來確定空心制品內(nèi)部尺寸和形狀的工具。當(dāng)用實心錠擠壓時，用來穿針工具稱為穿孔針，而在用空心錠擠壓時，稱為芯棒。擠壓墊：它用來將錠坯與擠壓桿隔離，一方面防止驟熱損壞擠壓桿表面質(zhì)量；一方面代替擠壓桿與擠壓筒內(nèi)壁摩擦。二者都有利于提高擠壓質(zhì)量。擠壓桿：它用來向錠坯施加壓力。由于在擠壓過程中長時間承擔(dān)大噸位壓力，故對其質(zhì)量要求也相當(dāng)嚴(yán)格。否則，擠壓不均勻或者使管材偏心都是常見的廢品形成原因。此外，工作時擠壓桿還可能產(chǎn)生壓潰、龜裂和碎裂等，都會影響產(chǎn)品質(zhì)量。擠壓筒：它由兩層或者三層以上的村套以過盈熱配合組裝在一起，是擠壓過程中的關(guān)鍵部件。擠壓筒內(nèi)表面裝態(tài)和潤滑情況決定了鑄錠與筒壁相接觸表面上摩擦力的大小。當(dāng)表面光滑且潤滑良好時，摩擦力小，擠壓均勻。所以將擠壓筒設(shè)置多層銅套降低摩擦，且摩損后易更換。加工過程中擠壓筒應(yīng)緊靠模座，并保持一定鎖緊力，以避免出現(xiàn)飛邊、流涏。以上部件見圖 2：圖 2 模子、穿孔針、擠壓墊和擠壓筒液壓控制部分包括供錠機構(gòu)、合模機構(gòu)、擠壓機構(gòu)、剪切機構(gòu)和換模機構(gòu)。整個壓力過程簡述如下：泵啟動→料膽缸前進，料膽筒緊壓模座→供錠缸上升送錠至擠壓中心→擠壓缸快進推錠入?！╁V缸復(fù)原→擠壓缸工進擠壓成形→料膽缸退使壓余、墊片脫離料膽筒→擠壓缸快退復(fù)原→料膽缸復(fù)原→剪切缸下行剪斷型材→剪切缸復(fù)原→模座缸下行換模→模座缸復(fù)原并鎖定。至此一個循環(huán)結(jié)束。6第一章 機械部分設(shè)計簡介擠壓機工作順序如下圖：圖 1.1 擠壓機工作順序圖擠壓機處于初始位置[見圖 1.1（a）]接受加熱的錠坯 1；擠壓筒 2 向前梁方向移動，使錠坯裝入擠壓筒[見圖 1.1（b）]；擠壓墊片用專用設(shè)備送至擠壓軸中心線[見圖1.1（c）]，此時，錠坯處于擠壓筒內(nèi)模座與擠壓墊片之間；接著，擠壓過程開始[見圖 1.1（d）]，向主缸送入高壓液體，主柱塞通過擠壓軸對錠坯加壓，錠坯從?？字袛D出；擠壓過程完成之后，擠壓軸少許后撤，所鍵 5 向上提起[見圖 1.1（e）]；擠壓軸7再次前進，推出制品和壓余[見圖 1.1（f）],壓型嘴 4 前移，將制品和壓余拉出；擠壓筒后撤，用墊片夾鉗將墊片取出[見圖 1.1（g）];移動平臺移至分離剪處，將制品與壓余分離[見圖 1.1（h）]；移動平臺重新返回，鎖鍵下落，新墊片重新送到擠壓軸前上方，擠壓機恢復(fù)初始狀態(tài)[見圖 1.1（i）] 。第二章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計簡介2.1 液壓缸機構(gòu)形式確定由擠壓工藝要求，擠壓系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)由模座、料膽、機械手、剪刀、擠壓等五部分組成，其中各部件運動的實現(xiàn)應(yīng)當(dāng)由液壓缸完成。下面分別設(shè)計。模座缸 用來更換擠壓缸模以達到加工不同鋁錠材的目的。工作時，應(yīng)當(dāng)保證穩(wěn)定不動，所以應(yīng)當(dāng)有鎖緊裝置，可用普通活塞缸實現(xiàn)。料膽缸 用于限制錠坯橫向運動。由于在擠壓過程中，它要以左邊模座接受錠坯，且模座缸在其右的中央位置，故料膽缸不宜采用單臂工作。將其設(shè)計為水平雙缸操作是合理的。機械手（供錠手） 用來將熱錠坯運送到擠壓中心線上。它的工作循環(huán)僅僅是上升下降，故機構(gòu)也應(yīng)為普通活塞缸。 。剪切缸 它將擠壓結(jié)束后棒料剩余部分剪下，剪切完畢后自動退回，其運動方向應(yīng)是豎直平面內(nèi)的上下往復(fù)，故機構(gòu)形式與模座缸一樣，只不過在柱塞狀頭部加一合金刀具而已。主缸 主缸是整個擠壓過程的關(guān)鍵，其要求有很多特點：（1）承受大的擠壓力，要求有較大油壓面積。（2）主缸在推動棒料進入料膽時，應(yīng)當(dāng)是快速前進。（3）全壓擠壓時，速度緩慢，應(yīng)當(dāng)可調(diào)。（4）主缸退回也應(yīng)當(dāng)快速進行。2.2 液壓缸尺寸的計算經(jīng)過計算，得出的液壓缸尺寸數(shù)據(jù)如下表：擠壓缸料膽缸 剪切缸 機械手 模座缸主缸 側(cè)缸數(shù)量 2 1 1 1 1 18表 2.1 液壓缸的尺寸數(shù)據(jù)2.3 液壓系統(tǒng)圖自裝擠壓機的液壓系統(tǒng)原理圖如圖 2.1d 所示。系統(tǒng)的執(zhí)行器有驅(qū)動擠壓桿 29 的主液壓缸 24、供錠液壓缸 25、擠壓筒移動液壓缸 26、剪刀液壓缸 27 和模架移動液壓缸 28 等 5 種液壓缸，除了主缸 24 為多工作腔的復(fù)合缸外，其余輔助作用的缸均為單活塞桿液壓缸。缸 24~28 的運動方向分別由三位四通電液換向閥 12~16 控制，其中，閥 12、14、20 為 O 型中位機能，可用于常態(tài)時保壓和鎖定液壓缸而不至于因外力而移位。系統(tǒng)的油源為定量柱塞泵 1、定量葉片泵 2 和變量柱塞泵 3、4，泵的壓力和卸荷分別由電磁溢流閥 5、6、7、8 控制，各泵出口均設(shè)有單向閥，用以防止壓力油倒灌。系統(tǒng)中右邊（缸 25~28）的油路與左邊（主缸 1）的油路可以通過起合流作用的二位二通換向閥 9 實現(xiàn)連通和隔開，以便于實現(xiàn)液壓缸的快慢速控制。主缸 1 快速動作時，泵 1 的壓力油通過二位二通電磁換向閥 11 控制主缸充液活塞 F 的升降，啟閉充液油口D，實現(xiàn)副油箱 34 向主缸 B 腔的充液工作，泵 2、3 和 4 一并向缸 1 大量供油（閥 9 切換至下位） ，調(diào)速閥 2 用于調(diào)節(jié)主缸 1 慢速擠壓時的速度；單向節(jié)流閥 20 和 21 用于調(diào)節(jié)供錠缸 25 的升降速度。減壓閥 10 用于調(diào)定主缸之外的其他液壓的工作壓力。擠壓過程的動作原理如下：（1）主缸快速前進（右行） 電磁鐵 1YA、2YA、3YA、4YA、5YA、6YA、7YA、17ＹＡ通電，泵４的壓力油經(jīng)閥９的下位與泵２和泵３的壓力油在換向閥９之前匯合后，通過換向閥１２的左位進入主缸１的小腔Ａ（作用面積為小柱塞的橫截面積） ，驅(qū)動擠壓桿２９快速前進（右行） ，同時泵１的壓力油經(jīng)出口單向閥、換向閥１１餓右位進入主１的Ｅ腔，使活塞Ｆ上移，打開充液口Ｄ，副油箱向主缸的Ｂ腔充液。（2）擠壓 當(dāng)擠壓桿２９將鋁錠料送進擠壓筒３１時，系統(tǒng)壓力升高，當(dāng)壓力升高到順序閥６的調(diào)定值打開時，泵２和泵３的壓力油經(jīng)閥６進入主缸Ｂ腔，同時壓力繼電器７發(fā)信號，使電磁鐵６ＹＡ斷電使閥１１復(fù)至作位，充液活塞Ｆ受彈簧Ｇ的作直徑/mm 45 140 50 50 560 180負載/mm 80 350 15 15 7859KN工進 快退速度/mm·s 1?240 110 100 2805.4～13.5 130壓力/MPa 10.07 25.2 13.26 14 7.51 —流量/L·min 1?117.8 101.54 .54 33 96.29～ 22.8 205.58供油泵 泵 1、2 泵 1、2 泵 1 泵 1 泵 1、2此欄為泵源設(shè)計結(jié)果9用下移，關(guān)閉充液口Ｄ，同時電磁閥１ＹＡ斷電使泵１經(jīng)閥５卸荷，電磁閥４ＹＡ斷電隔離開左右回路。此時僅泵２和３向主缸供油，輸入主缸的高壓油作用面積變?yōu)椋虑幻娣e和Ａ腔面積之和，主缸以較大的他推力推動擠壓桿慢慢向前擠出制品，擠壓速度由旁路調(diào)速閥２２的開度調(diào)定。（3）主缸卸荷釋壓 擠壓結(jié)束后，電磁鐵７ＹＡ斷電，換向閥１２復(fù)至中位，該閥的４個油口互不系統(tǒng)系統(tǒng)相通，主缸中殘余的高壓油不能使主缸立即停住，此時，使電磁鐵１７ＹＡ斷電，主缸中的殘余高壓油經(jīng)電磁溢流閥１９卸荷釋壓（通油箱） 。但主缸也要保持一定的壓力，以便使擠壓筒順利后退，所以卸荷時間不宜過長，通過時間繼電器一般將卸荷時間設(shè)定為２ｓ。壓力繼電器５用于擠壓過程中的安全保護，亦即擠壓過程中一旦主缸壓力超過５的設(shè)定值就發(fā)信號，自動停止擠壓。（4）主缸快速退回（左行） 當(dāng)擠壓筒后退至中位后，電磁鐵８ＹＡ通電，泵２和泵３的壓力油經(jīng)換向閥１２的右位進入主缸１的Ｃ腔，主缸快速退回。而主缸Ｂ腔的油液經(jīng)單向順序閥１７中的單向閥與Ａ腔的油液一并經(jīng)換向閥１２的右位排回油箱。如果要求主缸１有更高的快退速度，還可以使合流閥９切換至下位，讓泵４與泵２、泵３－起向主缸供油。原理圖如圖 2.1：圖 2.1 液壓系統(tǒng)原理圖10第三章 電氣系統(tǒng)的設(shè)計3.1 電氣控制方法常用控制方法有兩種，繼電器接觸式控制系統(tǒng)和可編程控制器控制系統(tǒng)。繼電器接觸式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉但是有明顯的不足之處，繼電器接觸式控制系統(tǒng)靈活性差，修改程序方便等優(yōu)點。故在本設(shè)計中采用繼電器接觸式來控制電機啟動，用可編程序控制器來控制循環(huán)動作。3.2 擠壓機的電控系統(tǒng)設(shè)計3.2.1 設(shè)計方法設(shè)計方法主要有兩種：1.經(jīng)驗法，此種設(shè)計方法的特點是根據(jù)經(jīng)驗設(shè)計，一般要經(jīng)過反復(fù)修改，逐步完善，其優(yōu)點是簡便，不 需要專門進行學(xué)習(xí)就可以應(yīng)用，但影響速度，有不易獲得最佳方案。由于此法需要一定經(jīng)驗，設(shè)計中往往因考慮不周而影響電路的可靠性，一般需要反復(fù)驗證。2.邏輯法此法是利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學(xué)工具設(shè)計電器控制路線，也就是根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，將控制電路中的接觸器，繼電器線圈的通電和斷電，觸電的逼和與斷開，以及主要元件的接通與斷開，看成邏輯函數(shù)和邏輯變量。它們之間的邏輯關(guān)系表示為邏輯函數(shù)關(guān)系式，再運用邏輯函數(shù)基本表達式相應(yīng)的電氣原理圖。此法比較嚴(yán)謹(jǐn)，設(shè)計路線合理可靠，能充分發(fā)揮元件作用，可極大提高設(shè)計效率，但是要求設(shè)計者掌握較高的專業(yè)知識才能充分發(fā)揮它的作用。在此我采用經(jīng)驗法。3.2.2 系統(tǒng)工作循環(huán)順序根據(jù)系統(tǒng)工作循環(huán)，確定其動作順序：泵啟動——料膽前進——料膽保壓——機械手上——主缸快進——機械手下——料膽退 I——主缸快退——料膽退 II——剪切缸下——剪切缸上。此部分能實現(xiàn)自動循環(huán)。3.2.3 分析各缸擠壓過程由液壓系統(tǒng)可以分析出各缸工作時電磁閥的狀態(tài)表 3.1 所示：11表 3.1 各缸工作時電磁閥的狀態(tài)表液壓缸動作 工作電磁閥料膽缸進 3YA,13YA料膽缸退 4YA,13YA擠壓缸快進 3YA,7YA,12YA,14YA擠壓缸工進 3YA,7YA,14YA擠壓缸退 4YA,8YA,11YA擠壓缸下 4YA,6YA擠壓缸上 3YA,6YA機械手上 9YA機械手下 10YA3.2.4 設(shè)置行程開關(guān)和壓力繼電器根據(jù)動作順序，設(shè)置行程開關(guān)和壓力繼電器如下（1） 將自動循環(huán)開關(guān)按鈕 SB31 按下，循環(huán)開始，料膽進，進程，末壓下行程開關(guān) 1XK（2）1XK 發(fā)訊是機械手上，末端壓下行程開關(guān) 2XK（3）2XK 發(fā)訊，主缸快進，推錠到位后側(cè)缸壓力上升到一定值，壓力繼電器 （TE）發(fā)訊（4）按 TE 發(fā)訊，主缸快進，行程終了壓下 4XK（5）4XK 發(fā)訊，主缸工進，擠壓終了壓下 3XK、9XK（6）3XK 發(fā)訊，料膽缸稍退，放開 1XK 后 MT 得電（7）MT 發(fā)訊，主缸快退，至末端壓下 5XK（8）5XK 發(fā)訊，料膽缸退回原位，壓下 6XK（9）6XK 發(fā)訊，主導(dǎo)剪切缸下行，到位后壓下 7XK（10）7XK 發(fā)訊，剪切缸復(fù)原，壓下 8XK，重復(fù)循環(huán)12因為模座缸靠點動方式控制，故沒必要重復(fù)設(shè)置行程開關(guān).如圖 3.1。圖 3.1 行程開關(guān)位置分布圖3.2.5 設(shè)計重點環(huán)節(jié)（1）電動機的啟動控制。如圖 3.2 和圖 3.3圖 3.2 電機接線圖13圖 3.3 電機啟動電路圖圖 3.3 表明了其啟動電路，按下 SB22 按鈕，KM21 線圈得電，其主觸頭 KM21 直接控制電機得電實現(xiàn)啟動。泵 P1、P2 的共同驅(qū)動電機Ｄ1 因其功率超過 100KW,此處選擇“Y-⊿”法啟動，見圖 2.16 和 2.17。SB12 按下，KM11 線圈得電，同時 KT1 時間繼電器得電。在 KT1 作用下其延時閉合觸頭仍斷開，KM12 線圈不得電，而此時延時斷開觸頭使得 KM12 線圈保持得電，其主觸頭的閉合使得電機聯(lián)接方式為“Y”行。延時特定時間后，KM12 線圈因KT1 斷開而失電，同時 KT1 閉合使 KM12 線圈得電。主要電機在一定速度下轉(zhuǎn)換為“⊿”形聯(lián)接，避免了全壓啟動時電流過大。（2）循環(huán)動作的 PLC 控制a、PLC 型號的選擇從功能來看，在設(shè)計中需要對開關(guān)量進行控制，故對 PLC 的選擇沒有特求（即不需要 PLC 具有特殊功能模塊） 。從 I/0 點數(shù)來考慮，系統(tǒng)要求輸入點數(shù)為 13，輸出點數(shù)為 14。綜合考慮，采用三菱小型可編程控制器 FX 系列，它是整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)具有一個 16位的微處理器和一個專用的邏輯處理器，執(zhí)行速度為 1.6—3.6 μs/步。根據(jù) I/0 點數(shù)和輸出信號確定 PLC 型號為 FX2N——32MR——001，該型號具有 16 個輸入點數(shù)和 16 個輸出點數(shù)。b、輸入信號地址編輯14表 3.2 行程開關(guān)編號表名稱 功能 編號1XK 料膽缸行程開關(guān) X02 XK 機械手上行程開關(guān) X13 XK 主缸工進到位行程開關(guān) X24 XK 機械手下行程開關(guān) X35 XK 主缸快退行程開關(guān) X46 XK 料膽缸復(fù)位行程開關(guān) X57 XK 剪切缸到位行程開關(guān) X68 XK 剪切缸復(fù)位行程開關(guān) X79 XK 料膽缸小退行程開關(guān) X10SB31 工作循環(huán)控制開關(guān) X11SB41 模座缸上運行開關(guān) X12SB51 模座缸下運行開關(guān) X13TE 壓力繼電器 X14C、由各工作缸的動作對梯形圖進行整理分析首先按順序?qū)Ω鱾€動作所要使用的電磁閥進行整理表 3.3 電磁閥狀態(tài)表動作序號 必須用到的電磁閥 必須關(guān)閉的電磁閥1 料膽進 13YA,3YA 4YA152 機械手上 9YA,5YA 10YA3 主缸快進 3YA,7YA 12YA4 機械手下 5YA,10YA 9YA5 主缸工進 3YA,7YA,11YA6 料膽缸工進 4YA,13YA 3YA7 主缸退 4YA,8YA,11YA,7YA8 剪切缸下 4YA,6YA 3YA9 剪切缸下 3YA,6YA 4YA3.3 動作分析3.3.1 主缸動作分析最初循環(huán)開關(guān)按下后，Y2(3DT)自鎖，一直到第 5 步后 Y2 才發(fā)生作用，所以在 Y2自鎖電路中間加個 3XK 常閉開關(guān)，是第 6 步后 Y2 斷開，在第 6 步前 Y2 一直保持暢通。在 Y6（7DT）的支路上，由 2XK 發(fā)訊引起 Y6 導(dǎo)通，又在主缸工進后時 Y6 也需要導(dǎo)通，而此時機械手已經(jīng)下位了，X1(2XK)斷開，于是在 Y6 處設(shè)置一自鎖裝置，到第 7 步，通過料膽缸小退行程開關(guān) X10(9XK)發(fā)訊，主缸快退，Y6 支路上加一常閉開關(guān) X4，有考慮到第 6 步的時間繼電路，得出梯形圖如圖 3.4：16圖 3.4 主缸動作梯形圖分析其工作工程：最初循環(huán)開始，SB31 按下后，Y2 自鎖，保持導(dǎo)通，此時機械手上端壓下行程開關(guān)，X1 得電，Y6 導(dǎo)通，于是主缸快退。當(dāng)機械手復(fù)位時 4 XK 壓下，Y13 導(dǎo)通；Y6 由于 M2 自鎖導(dǎo)通，主缸工進。單方主缸到位時，X2（3XK）壓下，Y2、Y6 斷開，主缸停止運動。當(dāng) X2(3XK)壓下時，Y3、 Y7、Y12 導(dǎo)通，料膽缸開始小退，到位后松開行程開關(guān) X10(9XK)，此時機械手壓下 X3，使得 Y6 導(dǎo)通，主缸后退。當(dāng)主缸退到原位時，5XK(X4)被壓下，Y612、Y6 均斷開，主缸停止動作。3.3.2 料膽缸動作分析。梯形圖如圖 3.5圖 3.5 料膽缸動作梯形圖X11 壓下后 Y12 自鎖，剪切缸處于原位，8XK(X7)被壓下，Y14 導(dǎo)通，料膽進。到位后， 壓下 X0,Y14 斷開，料膽缸停止。當(dāng)主缸擠壓完畢后 3XK(X2)被壓下，由主缸部分可知，Y3 導(dǎo)通，M3 導(dǎo)通,X8 導(dǎo)通，Y14 導(dǎo)通，料膽缸開始后退，經(jīng)過一段時間后，行程開關(guān) X10(9XK)斷開，Y14 斷開，料膽缸停止后退。此時主缸開始后退，退到原位后，5XK(X4)壓下，Y14 導(dǎo)通，料膽缸繼續(xù)后退，直到壓下 6XK(X5)停止。料膽到位后需要保壓，于是以 1XK(X0)做觸發(fā)條件，Y15 導(dǎo)通，保壓。直到 3XK(X2)被壓下 Y15 斷開，保壓結(jié)束。173.3.3 機械手動作分析梯形圖如圖 3.6：圖 3.6 機械手動作梯形圖當(dāng) 1XK(X0)壓下時，Y4 得電，Y10 得電，機械手向上運動。當(dāng)運動到位時就要停止，于是在 Y10 支路上設(shè)置一個常閉開 X1 即 2XK（機械手行程開關(guān)） ，使機械手到位后停止。當(dāng)壓力達到一定值時，壓力繼電器 TE(X14)接通，Y11 被導(dǎo)通，與原來就接通的 Y4 同時工作，使機械手向下運動。在向下運動的過程中，X1 被放開，為了防止 Y10 支路上設(shè)計了一個壓力繼電器 X14 的常閉觸點，使 Y10 在機械手下降過程中保持?jǐn)嚅_。機械手下行到原位后應(yīng)當(dāng)停止，于是 Y11 支路上設(shè)計了 一個機械手下行程開關(guān) 4XK（X3）控制的常閉開關(guān)。3.3.4 剪切缸動作分析。梯形圖如圖 3.7：18圖 3.7 剪切缸動作梯形圖料膽退至原位時壓下 6XK（X5） ，此信號用作剪切缸下行的觸發(fā)訊號。X5 得電，Y5導(dǎo)通，此為剪切缸上下運動的先提條件，為了保證機器安全。防止切到與料膽發(fā)生碰撞，于是在 Y5 支路上增加一個由料膽缸左行程開關(guān) 6XK(X5)控制的常閉開關(guān)，只有料膽缸處于正確位置，剪切缸才能運動。當(dāng)?shù)?6 步（剪切）開始時，在第 5 步 3XK 壓下使得繼電器產(chǎn)生自鎖，從而使 Y3 導(dǎo)通，于是剪切缸下行。當(dāng)剪切缸運行到底后壓下7XK（X6）,因為剪切缸的復(fù)位時循環(huán)的最后一步，Y3,Y7,Y12 都都要斷開才能使循環(huán)順利進行，于是在繼電器 M3 的支路上安排一個常閉開關(guān) X6。X6 得訊，Y2 觸發(fā)并自鎖，剪切缸上，循環(huán)過程完成。等到剪切缸復(fù)位，壓下開關(guān) 8XK，料膽缸進，又一個新的循環(huán)開始。3.3.5 設(shè)計要點在循環(huán)過程中大部分動作都是一次運動到位，只有料膽缸的后退分為兩步：第一步，料膽稍退，使壓余從料膽筒中退出：第二步，料膽缸退回原位。在這兩步過程中需要使主缸退回到原位。這幾步動作比較復(fù)雜，是設(shè)計的要點。為了能夠在料膽缸小退到位時，主缸后退，料膽缸停止，就必須有一個信號發(fā)出，于是設(shè)置了行程開關(guān) 9XK，其作用就是在料膽缸小退到位后，產(chǎn)生訊號，來實現(xiàn)各個動作。由前面分析可以知道，料膽缸的主要行動控制 13DT(Y14)主缸運動時電磁閥7DT(X6)要保持接通，于是在 Y114,Y6 支路上設(shè)計了由 X10(9XK)控制的回路。見圖3.8：19圖 3.8 料膽缸動作梯形圖當(dāng)主缸工進到位時，壓下 3XK（X2） ，由前面分析可以知道料膽缸開始后退，當(dāng)退到一定位置后，9XK(X8)放開，13DT（Y14）失電，料膽缸停止運動，而與此時同時也為 9XK 的放開 7DT(Y6)得電，主缸開始后退，退回初始位置后，壓下 5XK(X4),13DT(Y14)另一回路接通，料膽缸退，直到原位，壓下 6XK（X5）,Y14 斷開，停止運動。3.4 PLC 語句指令表1. LD Y22. ANI X23. OR X114. OR X65. OUT Y26. LDI X107. ANI X48. AND X39. LD M210. OR X111. ANI X22012. ORB 13. MPS14. ANI X415. OUT M216. MPP 17. OUT Y618. LD X319. AND X1420. OUT Y1321. LD X222. OR M323. MPS 24. ANI X625. OUT M326. MRD 27. ANI X428. OUT Y1229. MRD 30. OUT Y731. MPP32. OUT Y333. LD Y234. ANI X035. AND X736. LD X437. ANI X538. OR X1039. AND M340. 0RB 41. OUT Y1442. LD X043. ANI X244. MPS45. ANI X142146. ANI X147. OUT Y1048. MRD 49. OUT Y1550. MPP51. OUT Y452. LD X1453. ANI X1354. OUT Y1155. LD X556. ANI X757. OUT Y558. LD X1259. OUT YO 60. LD X1361. OUT Y1