劉澤民，付麗，敖茜，李慧

(1.天津理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津300384;2.天津市電工銅質(zhì)線材企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300384)

隨著現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)生產(chǎn)效率和安全作業(yè)的要求越來越高，將自動(dòng)化應(yīng)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(jià)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(jī)上進(jìn)行研配［2－4］。該液壓研配機(jī)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(biāo)準(zhǔn)凸模安裝在研配液壓機(jī)上橫梁的下平面上的翻板上，將紅丹粉涂在標(biāo)準(zhǔn)凸模的型面上;再將粗加工后的凹模坯料裝在移動(dòng)工作臺(tái)上，按下可編程控制器(PLC)上的啟動(dòng)按鈕，移動(dòng)工作臺(tái)沿著滑軌移動(dòng)到下橫梁上，在下橫梁上移動(dòng)工作臺(tái)下沉一小段距離使移動(dòng)工作臺(tái)的底面與下橫梁接觸，而移動(dòng)工作臺(tái)的車輪轂不與下橫梁接觸［6－7］。然后，液壓缸驅(qū)動(dòng)上橫梁和翻板慢慢平行下降，標(biāo)準(zhǔn)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(qū)動(dòng)上橫梁回升到上限位置，上橫梁的翻板打開并沿著翻板導(dǎo)軌下移到一定位置，檢查凸、凹模型腔面貼合是否均勻，根據(jù)凹模粗加工面上著色紅點(diǎn)的分布，將著紅色處打磨或刮研掉。如此反復(fù)，直至標(biāo)準(zhǔn)凸模型面與凹模型面貼合率達(dá)到要求時(shí)為止［1］。

2 主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

研配液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該模具研配機(jī)具有全鋼焊接框架結(jié)構(gòu)，由左右立柱、上梁、底座組成封閉框架，還有移動(dòng)工作臺(tái)和導(dǎo)軌等。

圖1 研配液壓機(jī)結(jié)構(gòu)圖

主油缸的內(nèi)徑為280 mm，行程為2 070 mm;翻板油缸的內(nèi)徑為100 mm，行程為1 100 mm;升軌油缸的內(nèi)徑為80 mm，行程80 mm。翻板可以沿著翻板導(dǎo)軌下滑，翻板可以翻轉(zhuǎn)180°，使上模具和凹模便于觀察，翻板上有一個(gè)掛鉤可以掛在上橫梁上。上橫梁和移動(dòng)工作臺(tái)上都有定位孔，可以固定和鎖緊模具。上橫梁在動(dòng)態(tài)和靜態(tài)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(tái)屏幕上顯示。上橫梁有可靠的液壓鎖緊裝置，以防動(dòng)梁的突然下落。

在翻板翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，翻板與上橫梁是鉸鏈聯(lián)結(jié)，需要翻轉(zhuǎn)時(shí)，移動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)到外部左側(cè)起始位置，然后翻板由翻板油缸活塞桿頭部的擺動(dòng)缸掛鉤推動(dòng)翻板向外側(cè)90°的豎直位置翻轉(zhuǎn)，上橫梁下降使翻板前部的滾輪落到翻板導(dǎo)軌面上，然后上橫梁繼續(xù)下降，滾輪沿曲線導(dǎo)軌向前滾動(dòng)，掛鉤與翻板銷軸脫開，墊板翻到180°水平位置，此時(shí)上橫梁停止運(yùn)動(dòng)。翻板翻回時(shí)，首先上橫梁上升帶動(dòng)翻板上升，翻板沿曲線導(dǎo)軌移動(dòng)，翻板由180°位置向垂直狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，當(dāng)翻板轉(zhuǎn)到90°的豎直位置后，銷軸進(jìn)入掛鉤，此時(shí)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(shù)要求是:安裝立柱時(shí)，保證框架機(jī)身與下橫梁的垂直度不大于0.05 mm，;導(dǎo)軌總成裝在主滑塊上，應(yīng)保證滑塊導(dǎo)軌與滑塊下平面的垂直度不大于0.03 mm，最終調(diào)整后把滑塊導(dǎo)軌與滑塊焊接固定;導(dǎo)軌手工磨平刮研八面導(dǎo)軌進(jìn)行精確調(diào)整，使滑塊與工作臺(tái)的平行度不大于0.03 mm，垂直運(yùn)動(dòng)直線度不大于0.03 mm;調(diào)整液壓銷，使翻板與主滑塊能緊密貼合;調(diào)整完成后，把各定位銷座焊接固定。移動(dòng)工作臺(tái)由可調(diào)速三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以正反轉(zhuǎn)，受PLC 的控制。

3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)原理圖如圖2所示。研配過程中，凹模和凸模貼合時(shí)，需要控制得較為精確。此機(jī)采用了遠(yuǎn)程調(diào)壓回路的設(shè)置，可以在便于操作的位置手動(dòng)調(diào)控壓力;手動(dòng)調(diào)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(dòng)工作臺(tái)所需的壓力都可以在PLC 的工作下自動(dòng)切換。主油缸需要防止在空載時(shí)下滑，設(shè)置了液控單向閥12，并設(shè)置了單向調(diào)速閥13來調(diào)節(jié)上橫梁的下降速度，回程時(shí)速度不受影響。翻板油缸上也設(shè)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(huì)下滑。

圖2 液壓系統(tǒng)原理圖

4 PLC 程序控制

該研配液壓機(jī)的電氣系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC)進(jìn)行控制，并配有光柵位移傳感器等裝置，監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的研配動(dòng)作，包括控制移動(dòng)工作臺(tái)沿導(dǎo)軌進(jìn)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(dǎo)軌下滑和返回等。在床身兩側(cè)的機(jī)架上分別裝有9 個(gè)光柵位移傳感器，用以檢測和監(jiān)控移動(dòng)工作臺(tái)和上下橫梁以及翻板的位移和反饋信號(hào)［8］。

當(dāng)凹凸模具手工安裝在移動(dòng)工作臺(tái)和上橫梁以后，PLC 的主要控制過程是:按下“啟動(dòng)按鈕1”，移動(dòng)工作臺(tái)從起始位置開始前行，到達(dá)下橫梁，移動(dòng)工作臺(tái)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(diǎn)，移動(dòng)工作臺(tái)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(qū)動(dòng)翻板翻轉(zhuǎn)到90°的豎直位置，上橫梁下降，翻板沿翻板導(dǎo)軌移動(dòng)到180°位置，然后上橫梁和翻板的運(yùn)動(dòng)停止。此時(shí)機(jī)器處于暫停狀態(tài)，可以對(duì)模具進(jìn)行檢查，待檢查完之后，按下“啟動(dòng)按鈕2”按鈕，上橫梁上升，翻板沿導(dǎo)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(jī)采用三菱FX2N-64MR-001 型PLC 進(jìn)行程序自動(dòng)控制，其接線設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 可編程控制器外部接線圖

5 結(jié)論

在該液壓研配機(jī)上，可實(shí)現(xiàn)研配、修模和小批量生產(chǎn)制造。該液壓研配機(jī)采用框架結(jié)構(gòu)機(jī)身，具有抗偏載能力強(qiáng)、精度保持性好、耐磨性良好、使用壽命長等特點(diǎn)。將PLC 應(yīng)用于研配液壓機(jī)系統(tǒng)的控制，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性，簡化了操作，同時(shí)也增強(qiáng)了位控精度，很好地提升了研配質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電液的有機(jī)結(jié)合。

［1］張宏.PLC 控制模具研配液壓機(jī)系統(tǒng)的研究［D］.沈陽:沈陽工業(yè)大學(xué)，2003.

［2］彭熙偉，陳建萍.液壓技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向［J］.液壓與氣動(dòng)，2007(3):1－3.

［3］付麗.寬大臺(tái)面可偏置負(fù)載連桿式液壓機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)［J］.液壓與氣動(dòng)，2006(6):21－22.

［4］裴連翥.模具研配液壓機(jī)的設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2009(1):216－218.

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

［6］李彥文.機(jī)械零件的可靠性設(shè)計(jì)簡介［J］.輕工機(jī)械，2003(4):5－7.

［7］胡曉波.機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢［J］.輕工機(jī)械，2005(3):4－7.

［8］劉善增.PLC 控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)［J］.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2004，17(7):38－39.