棒料切割機的設(shè)計.

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1、江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆畢業(yè)項FI 摘要: 通過對切割過程的觀察和研究，本課題采用了機電一體化系統(tǒng)設(shè)計思想， 對其整體造型、機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進行設(shè)計，此棒料切割機電一體化系統(tǒng)主 要由四個部分組成：機械本體、電子控制單元、執(zhí)行器和動力源。工作原理 是電動機通過帶傳動帶動切割片做高速旋轉(zhuǎn)運動，電機與工作臺之間采用錢 支撐方式，升降液壓缸可推動切割片進行上下移動帶動刀片完成順序切割動 作。切割機采用PLC控制各個液壓換向閥的電磁鐵，實現(xiàn)棒料的自動下料和 切割以及檢測工作。隨動工作臺前進速度也可以通過夾緊機械手夾緊棒料使 之與棒料速度同步。橫向切割吋的切割速度可以通過液壓缸來調(diào)節(jié)?，F(xiàn)場

2、運 行情況表明，此切割機具有動作快、運動平穩(wěn)以及與計算機聯(lián)機方便等優(yōu)點, 能夠降低工人的勞動強度，實現(xiàn)自動控制，提高勞動牛產(chǎn)率。 關(guān)鍵詞： 切割機；機電一體化；液壓；棒料；PLC控制 1切割部分設(shè)計 I 1.1切割部分設(shè)計要求 I 1.2切割部分設(shè)計方案 1 1.3切割部分工作原理 2 1.4切割部分結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 1.4.1帶傳動設(shè)計 3 1.4.2升降液壓缸的設(shè)計 3 1.4.3滾動軸承的選取及校核 3 1.4.4升降液壓缸的設(shè)計 6 1.4.5滾動軸承的選取及校核 10 2夾緊部分設(shè)計 13 2.1夾緊機構(gòu)設(shè)計要求 13 2.2夾緊部分方案設(shè)計 13 3縱橫行走

3、部分的設(shè)計 14 3.1縱橫行走裝置設(shè)計要求 14 3.2縱橫行走部分方案設(shè)計 14 3.3直線導(dǎo)軌的選擇計算 14 3.3.1選定條件 14 3.3.2選擇方式 14 4液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計 17 4.1液壓傳動機構(gòu) 17 4.2液壓傳動原理圖 17 5電氣控制的設(shè)計 18 5」電氣控制設(shè)計要求 18 5.2電氣控制設(shè)計方案 18 5.3可編程控制器PLC控制流程 19 參考文獻 20 致 謝 21 附錄A—PLC I/O端口分配圖 22 附錄B—棒料切割機裝配圖 23 江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆畢業(yè)項FI 1切割部分設(shè)計 1.1切割部分設(shè)計要求

4、 為了保證棒料的剪斷，剪應(yīng)力應(yīng)超過材料的許應(yīng)剪應(yīng)力［刃，即切斷棒料的條件為： r = y <［r］ (2-1) 查資料可知棒料的許用剪應(yīng)力為：［刁=128 - 285 MPa，取最大值285MPa。由于本 切斷機切斷的最大棒料粗度為：= 35mm。 則木機器的最小切斷力Q由(2-1)得： 0 二 kb 切二 _ 285 x 3.14 x 35 2 幺 4 4 Q > 274063N 取切割機的Q = 280000N 項H設(shè)計采用機電一體化設(shè)計思想，要求棒料切割機采用PLC對棒料的切割過程及檢 測進行口動控制，并能根據(jù)PLC定長信號分別切割兩條連續(xù)的棒料，完成了系統(tǒng)的碩件和 軟件

5、設(shè)計后可以實現(xiàn)對棒料的準確定長切割，切割后動返回初始位置。原始棒料尺寸范 圍在角鋼：100x100x10圓鋼:<050槽鋼:120x53鋼管:0135x6,切割成0.1?］m之 間的棒料，其切口深度為5?35mm,再用壓斷機進行壓斷處理。 1.2切割部分設(shè)計方案 切割部分主要有砂輪切片、電動機和傳動機構(gòu)組成?，F(xiàn)在設(shè)計的在切割部分有兩種方 案可行：第一，電動機通過帶傳動帶動切割片轉(zhuǎn)動。第二，電動機通過圓錐齒輪傳動方式 帶動切割片轉(zhuǎn)動。但考慮到切割過程屮電動機帶動切割片進行高速旋轉(zhuǎn)運動，所以優(yōu)先選 取第一種方案，原因是圓錐齒輪傳動不宜應(yīng)用在轉(zhuǎn)速太高的場合，并且在運用齒輪進行傳 動吋，還應(yīng)考慮怎

6、樣消除震動和用什么方法潤滑齒輪，這樣就會使設(shè)計成本增加，而帶傳 動則具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)、價格低廉和緩沖吸振等優(yōu)點。切割部分結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。 3 圖2-1切割部分結(jié)構(gòu)圖 1-電動機：2-升降液壓缸：3■砂輪片；4-支撐板：5-傳送帶 1.3切割部分工作原理 切割部分的原理如圖2-2所示，電動機帶動割切片高速旋轉(zhuǎn)運動，電機與工作臺之間 采用較鏈支撐方式，升降液壓缸可推動切割片進行上下移動，完成切割運動。橫向行走液 壓缸可推動工作臺橫向移動，控制切割的長度?？v向行走液壓缸可使工作臺縱向移動，使 切割片能切割兩根棒料。其屮電動機和液壓缸電磁閥都需要通過由PLC機控制，實現(xiàn)

7、其按 照順序完成動作。 I 2 3 圖2-2切割部分原理簡圖 1-帶輪；2-傳送帶：3-電機；4-砂輪：5-升降液壓缸：6-進料道：7-橫向行走板；8-夾具；9-待加工棒料；10-橫向行 走液壓缸:11-縱向行走板；12-縱向行走液圧缸 1.4切割部分結(jié)構(gòu)設(shè)計 1.4.1切割片的選取 設(shè)計任務(wù)所需電機的最小功率為Pmin=2.2KW，主軸轉(zhuǎn)速： 2800r-Pm條件下，輪片的最大線速度為40加/$。最終選取砂輪片的型號為A型,其規(guī)格 為400x3.2x32,磨料為棕剛玉,粒度為20# ,硬度為R［2］。 1.4.2電機的選取 根據(jù)切割系統(tǒng)的要求，應(yīng)考慮電動機的種類、型式、

8、額定電壓、 額定轉(zhuǎn)速和額定功率、工作方式，在決定電動機功率時考慮到電動機的發(fā)熱，允許過載能 力啟動能力等問題，現(xiàn)選用比較適合的Y系列三相杲步電動札 這是由于Y系列三相異步 電動機的功率等級和安裝尺寸與國外同類型的先進產(chǎn)品相當，因而具有與國外同類型產(chǎn)品 之間良好的互換性，供配套出口及引進設(shè)備替換。選取功率為3. 0KW,額定電壓：380V, 頻率：50HZ,額定轉(zhuǎn)速為2880r. p. m,額定轉(zhuǎn)矩2.3N?加，型號為Y100-2,電動機選用三 角型啟動方法啟動［3］。 1.4.3帶傳動設(shè)計 根據(jù)帶截面形狀的不同，帶傳動可分為：平帶傳動、多楔帶傳動、 圓帶傳動、V帶傳動等。在一般的機械屮由于

9、V帶的楔形增壓原理，結(jié)構(gòu)緊湊，允許的傳 動比大，且多標準化并大批量牛產(chǎn)，所以被廣泛應(yīng)用。 本設(shè)計屮選用V帶傳動。由于V帶傳動屮的帶及帶輪槽型均已標準化，所以設(shè)計的主 要內(nèi)容包括帶的型號、確定基準長度、根數(shù)、屮心距、帶輪的材料、基準直徑以及結(jié)構(gòu)尺 寸、初拉力和壓軸力、張緊裝置等參數(shù)。 (1) 確定計算功率 由《機械設(shè)計》查得工作情況系數(shù)Ka=1?2［4］(電機帶動砂輪切割鐵棒，載荷性質(zhì) 為載荷變動較大)，則計算功率為 P(l =心?P = 1.2x3 = 3.6KW (2-2) 公式中： Ka—工作系數(shù)［3］； P—所需傳遞的額定功率，KW。 (2) 初選帶的型號 根據(jù)心和由《

10、機械設(shè)計》查的初選普通V帶［4］。 (3) 確定帶輪的基準直徑〃也和心2,并驗算帶速" 1) 《機械設(shè)計》查得V帶的最小基準直徑^-=75〃加［4］,考慮到帶輪太小，其彎曲應(yīng)力 過大，所以要使為皿取ddx=l60mm 7 2）驗算帶的速度- _ 7iddx -/Z] _ ,/r x 160 x 2880 V — — 60x1000 60x1000 =24.1m / 5 (2-3) 帶速不宜過高或過低，一般應(yīng)使心5?25加/$,因為5/n < 24」5 25力帶速符合要求。 3）計算大帶輪的基準直徑心J并根據(jù)《機械設(shè)計》加以取整 刃2 (2-4) 由于電機轉(zhuǎn)速與砂輪

11、轉(zhuǎn)速基本同步，選速比化/二1,則基準直徑 d 2 = cldx = 160mm ⑷確定屮心距Q并選擇V帶的基準長度6 1）根據(jù)帶傳動總尺寸的限制條件或要求的小心距初定小心距。 由綜合式 0.7（〃右 +心2）- - 2（〃di +心2）， （2-5） 考慮到結(jié)構(gòu)要求，初選^o=9OO/mn 帶的初始長度。： 2 厶 do = 2。0 + 彳（〃“2 +〃/）+ （2-6） 2 4aQ = 2x900 + -（160+160） + ^（^（）^ 2 4 + 900 =2302 mm 由《機械設(shè)計》V帶的基準長度系列及長度系數(shù)表小取帶的^=0*87 [4],帶基準長度

12、Ld = 2000 mm 2）最后確定中心距。 Lz-L/0 “c 2000 - 2302 八 a = + = 900 H = 149 mm 2 2 amin = a - 0.015 Lj = 765 - 0.015 x 2000 = 735m/n 最后取 67max =a + 0.03L(/ = 765 一 0.030 x 2000 = 825/nm a = 735 ?825/n/n (2-7) (2-8) (2-9) （5）驗算帶輪包角⑦ d -d a嚴180。-仏迫 a 57.3 x a (2-10) = 180- 150-150 57

13、.3 x 765 750 = 180 >120 （合適） （6）確定帶的根數(shù)z 一 P— KaP (2-11) 其中: 匕一額定功率，KW ； 由《機械設(shè)計》查得：A^=O.3WC＜； 由《機械設(shè)計》查得包角系數(shù)心=1"； 由《機械設(shè)計》查得長度系數(shù)心=1.03工； 采用非化纖結(jié)構(gòu)的普通帶，取材質(zhì)系數(shù)K = ().75⑷。 由《機械設(shè)計》查得V帶處于臨界打滑狀態(tài)所能傳遞的最大功率P. = 22KW [4 Pf = (22 xlxl.03) x 0.75 = 1.70K W Pr 1.70 取z=3根。 ⑺確定單根帶的初拉力Fo 花=500x((2?5_

14、KJP(t * qy K-zv (2-12) 查得q=0.L,對于新安裝的帶，初拉力為1?5(坨馬；對于運轉(zhuǎn)后帶初拉力1.3(^)mill R=500x((2” I )x3.6 +o」x24.12 = 95.47V (2-13) 0 1.0x3x24.1 (8) 計算帶對軸的壓力Q a I QAO Q = 2F(憶 sin 乞=2 x 95.4 x 3 x sin ——=572.6N (2-14) 2 2 (9) 張緊裝置的選擇 各種材質(zhì)的V帶都不是完全的彈性體，在預(yù)緊力的作用下，經(jīng)過一定吋間的運轉(zhuǎn)后， 就會由于塑性變形而松弛，使初拉力降低。為了保證帶傳動的能力，應(yīng)定期檢查初

15、拉力的 數(shù)值。如發(fā)現(xiàn)不足吋，必須重新張緊，才能正常工作。常見的張緊裝置有以下幾種：定期 張緊裝置、口動張緊裝置和采用張緊輪的裝置。因為在本方案屮屮心距不能調(diào)節(jié)，可采用 張緊輪將帶張緊。張緊輪放在松邊內(nèi)側(cè)，使帶只受單向彎曲，同時張緊輪還應(yīng)盡量靠近大 輪，以免過分影響小帶輪的包角。 (10) 帶輪的設(shè)計 帶輪的設(shè)計要求及設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計帶輪時應(yīng)滿足的要求有：質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝性好，無過大的鑄造應(yīng)力，質(zhì)量分布 均勻，轉(zhuǎn)速高吋經(jīng)過動平衡，輪槽工作面加工精細，以減小帶的磨損，各槽的尺寸和角度 保持一定的精度，以使載荷分布均勻。設(shè)計內(nèi)容為根據(jù)帶輪的基準直徑和帶輪的轉(zhuǎn)速等己 知條件，確定帶輪的材料，結(jié)構(gòu)形

16、式、輪槽、輪輻和輪轂的幾何尺寸、公差和表面粗糙度 以及相關(guān)技術(shù)要求。 1) 帶輪的材料 帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號為HT150或HT200,轉(zhuǎn)速較高吋宜采用鑄 鋼，或用鋼板沖壓后焊接而成⑺。在本次設(shè)計小，采用了比較常見的HT150o 2) 帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 由于帶輪的基準巨徑dd = 160mm,軸的直徑d = 30mm ,根據(jù)帶輪的選擇原則：即當 2.5f/ < di( < 30()m/w時采用腹板式結(jié)構(gòu)，鑄造帶輪的結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。 圖2-3 帶輪的結(jié)構(gòu) 1.4.4升降液壓缸的設(shè)計 (1) 液壓缸設(shè)計要求 根據(jù)主機系統(tǒng)設(shè)計的要求，應(yīng)考慮液壓系統(tǒng)的執(zhí)行件

17、的數(shù)量、運動形式、工作循環(huán)、 行程范圍、各執(zhí)行件的運作順序、液壓元件承受的負載、運動速度、變化范圍。對液壓系 統(tǒng)的性能要求有調(diào)速性能，運動平穩(wěn)性能、轉(zhuǎn)換精度、可靠性程度、使用與維修的方便性 等 (2) 選擇安裝方式 根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，要實現(xiàn)砂輪片的上下移動完成切割，要求液壓缸在丄下伸縮的 同吋，還要繞點轉(zhuǎn)動，所以選用較鏈連接安裝方式。 2 圖2~4 手動切割機支力不意圖 1-砂輪片；2-手柄 （3） 負載大小 根據(jù)手動切割機的工作原理（如圖2-4所示）， 圖|> F=300N估算得砂輪片的支反力為7V=600o 再由所設(shè)計切割機的切割受力示意圖（如圖2-5所示）

18、 由于砂輪所受的支反力相同，算得液壓缸所承受的力即理論推力為F = 1200N （4） 工作壓力 當前所用的液壓缸的負載小于5Kg的工作壓力一般在O.SMPa左右，所以選取其正常 工作壓力為\MPa[5]o因為在設(shè)計吋一般要求安全系數(shù)比較高，所以在選取液壓缸的吋候一 般要求有較大余量，所以在缸徑選擇吋，其工作壓力一般按IMP。計算。 （5） 缸徑選擇 圖2-5 棒料切割機受力示意圖 1-砂輪片：2-液壓缸 理論推力為1200N時，需選擇其缸徑為40/nm □考慮到安全系數(shù)，初選缸徑為60加n。(6) 行程大小 根據(jù)機構(gòu)簡圖(如圖2-6所示)，其屮實線為機構(gòu)初始位置，在初

19、始位置時，砂輪片 的直徑在最大狀態(tài)，當砂輪切割到終位(圖2-6 虛線部分)吋，連桿所轉(zhuǎn)過的角度為10。， 此時砂輪直徑為最小直徑。 卜砂輪:2-液壓缸；3-1# 在初始位置時測得液壓缸的總長度為厶=540mm,在終了位置時測得液壓缸的總長為 厶廠440肋2,所以在此過程中氣缸的行程 L = L、一 L2 = lOOm/n (2~15)即 升降液壓缸的行程為L = 100加加 (7) 液壓缸穩(wěn)定性校核 1)液壓缸直徑校核 液壓工作壓力J ixlOUa,則液壓缸直徑 (2-16) 仃理論力 I 4x1200 一 . 二 11 = 39.1 mm 龍 xP| 作

20、V^-xlxlO6 取D = 40mm o考慮到安全系數(shù)，選缸徑為60加加合理。 2)液丿*缸活塞桿選擇及校核 倫壓缸 (2-17) 乃 X 0.052 X lx 1()6 4 =1962.5.1(N)〉F理論=1200N 64 9 故設(shè)計符合要求。 由d70 = 0.2-0.3,可計算出活塞桿直徑〃 (2-18) (2-19) (0.2-0.3)D = 12-18mm 可取活塞桿直徑〃 = 12mm。 通過公式 4尸：什 < [o-] /rd 2 對〃進行校核， 其屮 [cr]= 120MPa ； F理論=1200/V : 貝lj d > 1

21、2()()_ 3 6mm < 12mm V x 120 選活塞桿直徑為〃 =12mm的液壓缸符合要求。 在所需要的如長2行程的前提下L/d>l5，須進行穩(wěn)定校核，應(yīng)使活塞桿承 受的力F不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界壓力巴「，但考慮到安全性，安全因數(shù) " = 工作應(yīng)大于規(guī)定的許用安全因數(shù),以免發(fā)?？v向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。 (厲作二"為液壓缸桿工作負載；心二4[6])關(guān)于穩(wěn)定安全因數(shù)可在設(shè)計手冊屮查到。 兩端較支鏈接的、細長壓桿的臨界力的歐拉公式[6] (2-20) =於EI cr = W 其中： 截面的慣性矩：I=—d\ 江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆畢業(yè)項FI

22、 桿件的兩端都是較鏈連接：// = !; (2-21) Fcl = g & 竹=4 x 1 x 1 ()6 x 乃 x (60 x 10』)$ N = 45216N 0.215m = 215mm (2-22) # 則所選取的桿長不超過215加加，且大于行程2x100mm,所以選取液壓缸活塞桿的長度 3）缸筒壁厚的計算 (2-23) (2-24) (2-25) 缸筒壁厚nJ按薄壁筒公式計算: 式中: 8 缸筒壁厚（mm）； D 液壓缸內(nèi)徑（60mm）； Pp——實驗壓力,取Pp=2P,作=2x10認; 材料為:ZQ的許用應(yīng)力[cr]= 2AMPa⑹ 可

23、計算出壁厚》 60x2xl05 _ o u — —厶 3 mm 2x2.4xl06 因此，液壓缸外徑D > = 60 + 2 x 2.5 = 65mm (8) 確定液壓缸型號 綜上所述，根據(jù)《液壓與氣壓傳動》,選用型的標準液壓缸ZQ-60/12X200-F2[7]合適, 缸徑為60加加，活塞桿直徑為nmm ,液壓缸行程為20（）m/n ,帶防塵罩F數(shù)量為2。 1.4.5滾動軸承的選取及校核 在結(jié)構(gòu)設(shè)計屮，采用了既有轉(zhuǎn)速高的優(yōu)點，乂能夠承受 少量軸向力的角接觸球軸承，（其屮軸向力的主要來源是安裝或拆卸帶輪時所承受的載荷 估算載荷大小為100N）。據(jù)分析，在安裝和拆卸帶輪時的力相同

24、的情況下，拆卸帶輪時， 軸承所受的力更大，所以選取軸向力心的方向向右，如圖2-6所示。 圖屮M為電極的輸出轉(zhuǎn)矩，F(xiàn)為砂輪的切割阻力，在切割過程屮，電極的輸出轉(zhuǎn)矩與砂輪 所受的切割阻力矩大小和同，方向和反，在切割吋相互抵消，所以在計算過程屮不再考慮 電極輸出轉(zhuǎn)矩和切割阻力對軸承的影響。 由于軸承受一定的軸向力，所以選取接觸角Q = 25。的角接觸球軸承。其代號為7207ACJE7], 基木額定動載荷C—2.5KN ,基本額定靜載荷C“=16?5KN[8]。 軸承的校核計算 (1) 計算軸承所受的徑向力&、凡，其受力如圖2-6所示 由力矩平衡條件工“2 =得徑向力尺 廠 F, x20

25、0 -F.x20 & = —— 180 _ 800x200-550x20 (80 = 8362 由工Mi =0得徑向力/?2 口 _ F2 x200^)X20 — ~ 180 _ 550x200-800x20 180 (2-26) (2-27) = 522N II 20 180 20 I R. R , 1 —- 2 1 1 ■ > , F (2-28) (2-29) 圖2-6軸承計算簡圖 （4）

26、計算當量動載荷人、P2 15 527 0.63 863 (2-30) (2-31) A2 _ 627 522 由《簡明機械零件于冊》查得7207ACJ型軸承的軸向載荷影響的判斷系數(shù)= 0.68⑼ 因為 AJRX =0.63 所以 /=1,乙=0； AJR2 =1.20>e,所以 X2 =0.41,r2 =0.87 由《機械設(shè)計》查得，當軸承受中等沖擊或中等慣性力時,取載荷系數(shù)力=出[4],由于 軸承1、2均不受力矩載荷的作用，所以取九廣1?,九2"?。 則 （2-32） = 1.5x1.0x（1.0x836 + 0x527） = I254N

27、^=Z/xL2（W2+M2） （2-33） = 1.5xl.0x （0.41x522 + 0.87 x 627） = 1140N （5）計算所需軸承的動載荷 由《機械設(shè)計》查得，當軸承的工作溫度小于匕。。。時，其溫度系數(shù)/>1[4]比較兩當 量動載荷知，人>卩2，所以應(yīng)該按片計算（球軸承應(yīng)取 = 3 ）則所需軸承的額定動載荷 (2-34) _ _1254 3 60x2840x365x12 ~To~v io5 =匚里 #60x2840x4830 100 = 11286N （6）確定軸承型號 由《簡明機械零件手冊》查得軸徑〃 =35加加時，應(yīng)選軸承的代號為7207ACJ[

28、8],其額 定載荷為G = 22.5KN >c =11.286KN 故選用代號為7207ACJ的軸承合適。 2夾緊部分設(shè)計 2.1夾緊機構(gòu)設(shè)計要求 夾緊機構(gòu)不但要求在切割之前機械手能夠根據(jù)事先收到的信號準確地運動到每個工 位，而且在切割過程屮要夾緊運動著的棒料，使砂輪與棒料同步。 2.2夾緊部分方案設(shè)計 夾緊部分是由液壓缸推動機械手實現(xiàn)夾緊和放松的。這部分的兩種可行性方案是：一 是用一個機械手同吋負責夾緊兩根鑄棒，根據(jù)需要對被切割的那條進行夾緊。二是用兩個 機械手，毎個機械手負責夾緊一根鑄棒。第一種方案屮，機械手可通過一個二位液壓缸和 一個三位液壓缸實現(xiàn)對棒料的夾緊。第二種方案小

29、，每個機械手都需要兩個二位液壓缸來 實現(xiàn)對棒料的夾緊?？紤]到第一種方案設(shè)計工作量小，安裝方便，而且控制簡單，所以優(yōu) 先使用第一種方案。 1 -夾緊機械手：2-夾緊氣壓缸：3-橫向行走氣壓缸：4-縱向行走板；5-縱向行走液壓缸：6-橫向行走板 夾緊部分原理如圖3-1所示，夾緊氣缸能使夾緊機械手夾緊或放松工件，當活塞向右 移動吋，機械手夾緊工件，當活塞向左移動吋，機械手放松工件。橫向行走氣缸推動工作 臺左右移動，能控制機械手使Z夾緊左邊或右邊的工件，從血對夾緊的工件進行切割?？v 向行走液壓缸的作用是當完成一次切割過程完成時，推動工作臺使之恢復(fù)到初始位置。整 個工作過程都由PLC控制實現(xiàn)

30、。其屮ST4-ST9為控制液壓缸的行程開關(guān)。 3縱橫行走部分的設(shè)計 3.1縱橫行走裝置設(shè)計要求 縱橫行走裝置主要是為了配合切割裝置和夾緊裝置，使砂輪片和夾緊機械手能夠在走 刀過程屮橫向移動，迅速準確地達到工作位，在切割過程屮能夠隨著棒料縱向移動，切完 后在返回初始位置。 3.2縱橫行走部分方案設(shè)計 縱橫行走裝置主要是為了實現(xiàn)切割機砂輪片的縱向和橫向移動，使之完成切割動作。 為了設(shè)計和制造方便，在方案設(shè)計屮縱、橫向行走裝置的原理大致和同，即采用結(jié)構(gòu)簡單 而又便于控制的液壓傳動方式，液壓缸帶動縱向行走板或橫向行走板在導(dǎo)軌上滑動。 在設(shè)計過程小，考慮到能量的損耗程度，縱橫行走裝置

31、采用了直線導(dǎo)軌，既提高了運 動系統(tǒng)的運動精度，乂很大程度的減小了摩擦力，達到了節(jié)能的效果。 3.3直線導(dǎo)軌的選擇計算 3. 3. 1選定條件 （1）載荷 根據(jù)粗略計算，導(dǎo)軌上橫向行走部分的總質(zhì)量為2檢 所以重量 W =200x10 = 2000N （2） 行程 根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)的要求，選定行程Ls = 2.5m （3） 往復(fù)次數(shù)4=2 （次/分） （4） 壽命要求 假設(shè)機器壽命為5年，則導(dǎo)軌壽命為厶 厶= 5x365x24 = 35000 小時 假設(shè)安裝4個滑塊，要計算一個滑塊的負載人，可用下式 巴亠‘000N 4 4 同時由于兩個滑塊裝在一個導(dǎo)軌上，因此接觸系數(shù)=0.8

32、1 o 3. 3. 2選擇方式 （1）根據(jù)靜態(tài)安全系數(shù)選型號 G) X fc〉f (4-1) 其小 人一靜態(tài)安全系數(shù) 幾一載荷系數(shù)（在無外部沖擊或振動、低速吋取1.5） C。一基本額定靜載荷 現(xiàn)設(shè)靜態(tài)安全系數(shù)人=5 則有 Co > ls X (4-2) fc _ 5x500 0.81 =3086切 在正常運行吋一般選取安全系數(shù)為5,根據(jù)上述情況，選取SBG35FL的導(dǎo)軌比較理想。(2) 根據(jù)壽命要求選型號 根據(jù)標準壽命L計算公式 L = 0.54 x 17500 = 9450肋2 若使用17500小時，則總的移動距離為厶 L =(.心仏X L X )3 X

33、50 (4-3) 其川 fr——溫度系數(shù)(由手冊查得當導(dǎo)軌的工作溫度小于100C吋，其溫度系 數(shù)取 1.0[8]) fH——硬度系數(shù) (為了使直線運動系統(tǒng)達到最佳承載能力，需要保持導(dǎo) 軌的硬度在HRC58-62,由手冊查得幾為1. 0涇) C—基本動載荷 fT x /? x f C . L = ( ——— X—)3 x50 所以 九 & 1x1x0.81 C 3 5 9450 = ( x ——)? x 50 1.5 250 解得 C = 3000矽 因此，選取 SGB45FL ( C = 3800^ ) (3) 復(fù)查 理論上選取SGB35FL或上一級似乎比較恰當，

34、但考慮到標準壽命，選擇SGB45FL[8]更理想。 縱橫行走部分的結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示： 江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆畢業(yè)項FI # 2 4-1縱橫行走部分的結(jié)構(gòu)圖 1-橫向行走導(dǎo)軌；2-縱向行走導(dǎo)軌 4液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計 4.1液壓傳動機構(gòu) 根據(jù)切割機的機構(gòu)原理，繪制的機構(gòu)簡圖如圖5-1所示，其? |> ST0-ST4為控制液壓缸 的行程開關(guān)。 5-

35、1切割機機構(gòu)簡圖 1-帶輪；2-傳送帶；3-電機；4-砂輪；5-升降液壓缸; 6-橫向行走液壓缸；7-橫向行走板：8-縱向行走液壓缸；9-縱向行走板 4.2液壓傳動原理圖 如圖5-2液壓傳動原理圖 17 江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆畢業(yè)項FI 5電氣控制的設(shè)計 5.1電氣控制設(shè)計要求 電氣控制線路的設(shè)計是在傳動形式及控制方案選擇的基礎(chǔ)上進行的，是傳動形式與控 制方案的具體化。應(yīng)滿足機電設(shè)備對電氣控制線路的要求，工藝耍求準確、控制線路簡單、 經(jīng)濟、安全、可靠地工作，具有必要的保護裝置［10］。 5.2電氣控制設(shè)計方案 電氣控制線路的設(shè)計運用經(jīng)驗設(shè)計法［11］進

36、行設(shè)計的，先從滿足牛產(chǎn)工藝的要求出發(fā), 按照電動機的控制方法，利用各種基本的控制環(huán)節(jié)和控制方法，借鑒典型的控制線路，把 它們綜合地組合成一個整體以滿足牛產(chǎn)需要。由于切割機需要控制的對彖較多，所以系統(tǒng) 的控制部分比較復(fù)雜，電氣在接收PLC命令對系統(tǒng)進行設(shè)置后，還要根據(jù)要求切割過程完 成輸入信號的循環(huán)監(jiān)控，并輸出不同的信號對系統(tǒng)的各個執(zhí)行部件進行控制，使其協(xié)調(diào)工 作，完成工件的切割［⑵,電氣原理圖如圖6-1所示,其中為PLC的I/O端口分配見附錄 Ao 3Q1 3.0KW 6-1電氣原理圖 I8 5.3可編程控制器PLC控制流程 6. 2-控制流程圖

37、 21 參考文獻 ［1］ 梁景凱，蓋玉先.機電一體化技術(shù)與系統(tǒng)皿］?北京：機械工業(yè)出版社，2012. 1. ［2］ 徐 澈.機械設(shè)計手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1991. ［3］ 陸鑫盛，周洪.氣動自動化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計［M］?上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻岀版社, 1995. ［4］ 濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計［M］. 8版.北京：高等教育出版社，2006. 5. ［5］ 劉延俊.液壓與氣

38、壓傳動［M］. 1版.北京：清華大學(xué)出版社，2012. 12. ⑹ 劉鴻文.材料力學(xué)［M］?4版.北京：高等教育出版社，2004. 5. ［7］孫恒.機械原理［M］. 8版.北京：高等教育岀版社，2008. 5. ［8］蔡春源.簡明機械零件手冊［M］?北京：冶金工業(yè)出版ft, 1996. 3. ⑼ 李紅萍?工控組態(tài)技術(shù)及應(yīng)用一組態(tài)王［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2011. 5. ［10］ 黃大宇，梅瑛.機械設(shè)計課程設(shè)計［M］.吉林：吉林大學(xué)岀版社，2006. 12. ［11］ 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)［M］. 2版.北京：北京航空大學(xué)出版社, 2008. 2.

39、 ［12］陳建嘰電氣控制與PLC應(yīng)用練習(xí)與實踐［M］. 4版.北京：電子工業(yè)出版社,2006. 2. 時光飛逝，四年的大學(xué)?；顚㈦S著本次畢業(yè)論文的完成而畫上完美的句號。 感謝李宏老師在木次論文設(shè)計屮對我的悉心指導(dǎo)，不論是從課題選擇到具體的寫作過程， 還是論文初稿與定稿，都透露出老師的心血和汗水。在本次畢業(yè)論文設(shè)計期間，閆冰潔老 師一絲不茍的工作作風(fēng)，治學(xué)嚴謹?shù)膽B(tài)度，讓我受益匪淺，深受感動。多謝老師在專業(yè)他 識上的指導(dǎo)和提出的一些富于創(chuàng)造性的建議，在這樣無私的幫助和熏陶下，我終于順利完 成了我的畢業(yè)設(shè)計。在此，向老師至于我深深地感謝和祟高的敬意。 借此畢業(yè)Z際，向各位給予我悉心教誨的老師表

40、示真誠的謝意。感謝他們四年來對我的辛 勤栽培，讓我能很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計屮得以體現(xiàn)，順利完成此次論文。 通過畢業(yè)設(shè)計的鍛煉，使我們運用專業(yè)知識的能力得到了進一步提高，知識得到了鞏 固，使我們對設(shè)備的整體設(shè)計思想有了更進一步的認識，通過對棒料切機的設(shè)計，我運用 了各門專業(yè)課程，再一次夯實了我的知識。 最后，謝謝幫助我的同學(xué)和舍友，感謝你們給我的啟發(fā)、提出的寶貴意見。 Mf^A——PLC 抬刀換向閥DTI 走刀1換向閥I)T2 走刀2換向閥DT3 夾緊換向閥DT4 隨動換向閥DTB 初位指示燈HL2 白動指示燈HL3 1位指示燈11L4 2位指示燈HL5

41、 電機啟動KH1 七si初位邕號 舟ST 0抬刀缸原位 2 呂) 茫t抬飢終位 辰ST 2走少［1終位 當ST3走刀 密ST4走坐［2原位 ST 5走少〔2終位 密ST6夾鑒［原位 茫ST7夾瘞［終位 g ST8行生穌原位 己ST9行辱［終位 電SB1啟翌停止 刃SB2自塑手動 汶SB3抬少落刀 已SB4走丿衛(wèi)步［前進/返冋 羽SB5走與［前進/返冋 5 SB6夾氐祐 ? V. SB7隨動/返回 20 一 2J1.卡巨昌zn -、0匾口步亀因

42、 3 i 附錄B—棒料切割機裝配圖 23 C IT ■CX 匸 002 uonL 02巴 b a 〔用一 1??0 1SQQ 1700 I. WW^OKW.烏疏.加加n 2- 0別&2用：700322「如玻 :為佗p.少MmT7亦" 附錄-B棒料切割機裝配圖 (2) 計算派生軸向力、2 3 * 52 所選的軸承型號為7207ACJ,其派牛軸向力5 = 0.63/? 則 5, = 0.63/?, = 0.63 x 863 = 521N S2 = 0.63/?2 = 0.63 x 522 = 329N (3) 求軸承所受的軸向力人、仏 S] + Fa = 527 + 100 = 627N > S2 故軸承2被壓緊，軸承1被放松，所以有 A? = Fa +5, =527 + 100 = 627 N A, =S| = 5277V